CN105570220B - 多路阀及液压流量共享系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多路阀及液压流量共享系统，多路阀包括首联阀体、尾联阀体和设置在首联阀体和尾联阀体之间的多个工作联阀体，多个工作联阀体内的主阀均为中位闭式，且在每个工作联阀体中还设有补偿阀；首联阀体设有负载增压阀和中位卸荷阀，负载增压阀的进油口和出油口分别与多路阀的主油路和负载敏感油路连通，负载增压阀的带弹簧控制端和无弹簧控制端分别与多路阀的负载控制油路和负载敏感油路连通，中位卸荷阀的进油口和出油口分别与多路阀的主油路和回油路连通，中位卸荷阀的带弹簧控制端和无弹簧控制端分别与多路阀的主油路和负载敏感油路连通。本发明能够实现抗饱和功能，并且解决压力补偿阀的位移响应超调的问题。

Description

多路阀及液压流量共享系统
技术领域
本发明涉及液压机械领域，尤其涉及一种多路阀及液压流量共享系统。
背景技术
在工程、冶金、矿山、水利等多个行业的液压机械中，在工作过程中往往会要求多执行机构一起复合运动。以工程机械为例，在这个复合运动过程中，当泵的流量出现饱和时，各个执行机构的流量受到负载的影响而不再与主阀的开度成比例，这会给工程机械的操作性带来很大的影响。为了解决这一问题，提出了抗饱和技术，即当泵的流量达到饱和时，各联执行机构运动仍然与主阀的开度成比例，保证了各执行机构操纵的稳定性。
目前在负载敏感系统中，通常采用次级压力补偿的方式来抗饱和。次级压力补偿采用的是先节流后减压的方法，当多执行机构复合动作时，各联主阀保持同一压差，来实现流量与开度成比例；当泵到达饱和时，各联主阀压差统一下降，但下降后压差保持一致，进而保证主阀开度与流量成比例。
目前主要以阀后补偿的方式来实现次级压力补偿，即在每联中设置一个压力补偿阀，压力补偿阀的位置设置在主阀杆后，保证流体先节流后减压。主阀动作时，压力补偿阀将主阀节流后的压力反馈至变量泵压力控制端，通过调压弹簧的设置从而使主阀阀口两端保持恒定压差，从而使主阀开度与流量成正比，复合动作时，由于各联所需的负载压力与流量不同，通过主阀控制各联的流量，通过压力补偿阀对各联压力进行减压，从而实现压力与流量的自适应。当泵的流量达到饱和时，主阀阀口两端压差统一下降，各联主阀的流量仍与主阀开度成比例，而压力补偿阀的减压作用不受泵流量饱和的影响，仍能实现压力与流量的自适应，进而保证了各联执行机构的协调工作。
目前的压力补偿阀虽然能实现抗饱和功能，但仍存在一些问题：首先是压力补偿阀存在位移响应问题，现有的压力补偿阀一般为阶跃位移响应，在不同流量下通过压力损失来实现流量的增减，由于补偿阀位移为阶跃响应信号，在有控制压力的作用下，压力补偿阀的位移响应超调量大，容易撞击堵头或限位装置，尤其是每次启动的瞬间都会产生很大的冲击；其次是压力信号传递的损失问题，压力补偿阀通过阻尼孔将压力信号传递到负载反馈通道来控制泵的出口压力，但由于补偿阀及管道的压力损失，使泵的出口压力减小，从而使主阀两端的压差变小，影响了主阀的最大流量。
发明内容
本发明的目的是提出一种多路阀及液压流量共享系统，能够实现抗饱和功能，并且解决压力补偿阀的位移响应超调的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种多路阀，包括首联阀体、尾联阀体和设置在所述首联阀体和尾联阀体之间的多个工作联阀体，其中，所述多个工作联阀体内的主阀均为中位闭式，且在每个工作联阀体中还设有补偿阀，所述补偿阀的一个控制端与所述多路阀的负载敏感油路连通，各个工作联阀体的负载反馈与所述多路阀的负载控制油路连通；所述首联阀体设有负载增压阀和中位卸荷阀，所述负载增压阀的进油口和出油口分别与所述多路阀的主油路和负载敏感油路连通，所述负载增压阀的带弹簧控制端和无弹簧控制端分别与所述多路阀的负载控制油路和负载敏感油路连通，所述中位卸荷阀的进油口和出油口分别与所述多路阀的主油路和回油路连通，所述中位卸荷阀的带弹簧控制端和无弹簧控制端分别与所述多路阀的主油路和负载敏感油路连通。
进一步的，所述补偿阀的负载腔与所述多路阀的负载控制油路通过单向阀单向连通。
进一步的，所述负载增压阀、所述中位卸荷阀和所述补偿阀的各个控制端对应的油路均设有阻尼，所述负载增压阀的进油口与所述多路阀的主油路之间也设有阻尼。
进一步的，在所述首联阀体还设有第一溢流阀，所述第一溢流阀的进油口和回油口分别与所述多路阀的主油路和回油路连通。
进一步的，所述尾联阀体设有第二溢流阀和压力补偿节流阀，所述第二溢流阀和压力补偿节流阀并联于所述多路阀的主油路和回油路之间。
进一步的，所述多个工作联阀体中的至少一个工作联阀体中的主阀能够实现浮动功能，实现浮动功能的主阀的阀芯的两端分别设有通过阀芯内通道连通的阻尼孔，所述实现浮动功能的主阀在切换到工作位置时遮盖阀芯上对应于回油路的阻尼孔，使所述实现浮动功能的主阀的进油口仅与对应的工作油口连通，而在切换到浮动位置时阀芯上对应于回油路的阻尼孔与回油路连通，使所述实现浮动功能的主阀的进油口与回油口及两个工作油口均连通。
进一步的，在所述多个工作联阀体中连接执行元件的工作油路上还设有第三溢流阀。
为实现上述目的，本发明提供了一种液压流量共享系统，包括液压油箱、负载敏感泵及对应的泵变量机构，其中，还包括前述的多路阀，所述负载敏感泵通过所述多路阀向多个执行元件提供液压动力。
进一步的，所述负载敏感泵的出口通过所述多路阀的首联阀体与所述多路阀的主油路连通，所述泵变量机构的控制油口通过所述多路阀的尾联阀体与所述多路阀的负载敏感油路连通，所述多路阀的多个工作联阀体上的工作油口分别用于连接对应的执行元件。
进一步的，在所述泵变量机构的控制油口与所述多路阀的负载敏感油路之间的油路上还设有阻尼。
基于上述技术方案，本发明通过负载增压阀和补偿阀的配合实现液压流量共享，解决了泵流量达到饱和时多路阀连接的多个执行元件进行复合动作的协调问题，通过负载增压阀还使得补偿阀获得了良好的位移特性，消除了补偿阀的撞击问题，进而消除了撞击产生的噪声，而负载增压阀自身的调压弹簧也有效的补偿了负载敏感反馈通道的压力损失，保证了工作联阀体的最大流量。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明液压流量共享系统的一实施例的液压原理示意图。
图2为本发明多路阀实施例中的一种首联阀体实例的结构示意图。
图3、4为本发明多路阀实施例中能够实现浮动功能的主阀分别在工作位置和浮动位置时的油路连通关系示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
如图1所示，为本发明液压流量共享系统的一实施例的液压原理示意图。在本实施例中，液压流量共享系统包括液压油箱28、负载敏感泵1及对应的泵变量机构2和由最大范围的点划线围成的多路阀，负载敏感泵1通过该多路阀向多个执行元件17、20、24等提供液压动力。该多路阀包括首联阀体、尾联阀体和设置在首联阀体和尾联阀体之间的多个工作联阀体，其中首联阀体对应到图1中点划线在左边围成的第一个区域，尾联阀体对应于图1中点划线在右边围成的第一个区域，而多个工作联阀体则位于首联阀体和尾联阀体两者之间，仍由点划线围成的区域来划分不同的工作联阀体。
具体到图1中负载敏感泵1、泵变量机构2、液压油箱28及各个执行元件17、20、24和多路阀的连通关系，则负载敏感泵1从液压油箱28吸油，再通过出口输送到多路阀的首联阀体，通过首联阀体与该多路阀的主油路连通，而用于控制负载敏感泵1的出口排量的泵变量机构2的控制油口则通过尾联阀体与多路阀的负载敏感油路LS连通，多路阀的多个工作联阀体上的工作油口分别用于连接对应的执行元件17、20、24。
在图1实施例中，多路阀中的多个工作联阀体内的主阀14、21、22均为中位闭式，且在每个工作联阀体中还设有补偿阀11、18，补偿阀的一个控制端与多路阀的负载敏感油路LS连通，各工作联阀体的负载反馈与多路阀的负载控制油路LC连通。需要说明的是，图1中并非所有液压器件和结构均进行了标记，例如图1中各个工作联阀体由于内部结构基本相同，因此在后续描述结构时主要以最左侧的工作联阀体为例，而其他工作联阀体仅对必要的液压器件和结构进行了标记，在理解其他工作联阀体的结构及工作原理时可参考最左侧的工作联阀体，以下对此不再赘述。
首联阀体设有负载增压阀6和中位卸荷阀3，负载增压阀6的进油口和出油口分别与多路阀的主油路和负载敏感油路LS连通，负载增压阀6的带弹簧控制端和无弹簧控制端分别与多路阀的负载控制油路LC和负载敏感油路LS连通，中位卸荷阀3的进油口和出油口分别与多路阀的主油路和回油路连通，中位卸荷阀3的带弹簧控制端和无弹簧控制端分别与多路阀的主油路和负载敏感油路LS连通。
为了使较高负载的工作联阀体的压力信号无法逆向传递给较低负载的工作联上的补偿阀的压力控制腔，可以在补偿阀11的负载腔与负载控制油路LC之间设置单向阀12，来通过单向阀12单向连通，进而使得补偿阀11两端压差稳定，不会受到高负载压力信号的影响，保证补偿阀的补偿功能稳定，减小波动。
考虑到各个液压元件的流量承受能力以及流量控制需要，可以在负载增压阀6的有弹簧控制端对应的油路设置阻尼7，在无弹簧控制端对应的油路设置阻尼8，而中位卸荷阀3的有弹簧控制端对应的油路由于与负载增压阀6的无弹簧控制端均采用负载增压阀6出口的LS压力信号，因此可共用阻尼8，而中位卸荷阀3的无弹簧控制端对应的油路设置有阻尼5，负载增压阀6的进油口与多路阀的主油路之间设有阻尼4。对于工作联阀体来说，补偿阀11的控制端对应的油路也设有阻尼10等。对于本发明的多路阀来说，设计人员可以根据多路阀的功能需要在相应的位置设置阻尼，这里就不再一一赘述了。
在首联阀体中，还可以在主油路上设置安全用的第一溢流阀9，即将第一溢流阀9的进油口和回油口分别与多路阀的主油路和回油路连通，以实现过载保护功能。
负载敏感泵1启动供油时以最大排量进行输出，给系统提供最大流量，但此时由于各工作联阀体的主阀均为中位闭式，流量会停滞于负载敏感泵1的出口和各主阀的进口之间的主油路上，随着泵流量的不断输入，使停滞压力逐渐增大，通过阻尼4流向负载增压阀6，负载增压阀6的出口压力为弹簧调定压力，LS通道将此弹簧调定压力反馈至补偿阀11、18，而该LS压力信号也会反馈至负载敏感泵1的流量补偿器。当负载敏感泵1的出口压力超过负载增压阀7的弹簧调定压力与流量补偿器调定压力值之和时，泵变量机构2使其变量角变小，直至最小变量，从而使负载敏感泵1在最小排量下工作，而停滞压力不断增高，当压力达到中位卸荷阀3的调定压力时，开始卸荷，通过此过程能够使负载敏感泵1维持在低压小流量待命状态。
以最左侧的工作联阀体为例，当该阀体中的主阀14右位工作时，主油路中的液压流量经由主阀14上的节流结构流向补偿阀11，通过补偿阀11的液压流量顶开单向阀13流向执行元件17，并且此时顶开单向阀12，将该执行元件17的负载压力输入到LC通道中。LC通道的LC压力信号经阻尼7反馈至负载增压阀6的有弹簧控制端，负载增压阀6通过弹簧对负载反馈压力进行增压，增压后作为LS压力信号流向LS通道，同时通过阻尼8反馈至负载增压阀6的无弹簧控制端，同时也反馈至中位卸荷阀3的有弹簧控制端，从而使中位卸荷阀3关闭。LS压力信号并联提供给各个补偿阀的控制油路，最终可以通过设置在泵变量机构2的控制油口与LS通道之间的油路上的阻尼26反馈至流量补偿器，从而使负载敏感泵1的出口压力与LS压力信号保持定差，而LS压力信号通过阻尼10反馈至补偿阀11的控制端上，从而使补偿阀进口压力与LS反馈压力一致，保证了主阀14的进出口压差与负载敏感泵1的流量补偿器调定压差一致，进而实现了负载敏感功能。
通过负载增压阀6的调压弹簧设置，使补偿阀11的进出口也保持一定压差，进而使补偿阀11阀芯开口于流量成比例，避免了先前研究的位移阶跃响应。另外，该负载增压阀6还能够通过设置适合的阻尼10与阻尼26大小来实现了LS通道的压力损失的补偿。当执行元件17与20进行复合动作时，假设执行元件20负载较大，负载压力通过单向阀19反馈至LC通道，由于执行元件17负载压力较低，单向阀12关闭，最高负载压力反馈至负载增压阀6，使补偿阀11、18及流量补偿器获得相同的控制压力，进而保证了主阀14、21两端的压差恒定。当负载敏感泵的流量达到饱和时，泵出口压力减小，而补偿阀11、18的控制端仍然为LS最高反馈压力信号，主阀14、21阀口压差同步减小，但仍保持恒定压差，从而实现了流量共享。
图2示出了本发明多路阀实施例中的一种首联阀体实例的具体结构，其中首联阀体包括本体30、对应于图1中的中位卸荷阀3的中位卸荷阀结构31、对应于图1中的负载增压阀6的负载增压阀结构32和对应于图1中第一溢流阀9的溢流阀结构33等。中位卸荷阀结构31的阀芯两个控制端分别设有阻尼孔34和35，本体30的进油口P进油时，流体流向工作联阀体的同时也流向阻尼孔34和35，流向阻尼孔34的流量用于控制中位卸荷阀结构31的无弹簧控制端，而流向阻尼孔35的流量进入到负载增压阀结构32的进油口P，通过负载增压阀结构32增压后流向LS通道及阻尼孔36，流向阻尼孔36的流体用于控制负载增压阀结构32的一端及中位卸荷阀结构31的控制端。
当工作联不工作时，负载增压阀结构32的LC控制端只反馈弹簧的控制压力，对应的出口LS压力就为该弹簧的调定压力，该压力通过阻尼孔36反馈至负载增压阀结构32的一端同时也反馈至中位卸荷阀结构31的弹簧控制端，使中位卸荷压力为中位卸荷弹簧调定压力与LS反馈压力作用面积力之和。当工作联工作时，工作联负载压力通过阻尼孔37反馈至负载增压阀结构32的弹簧端，使负载增压阀结构32的阀芯向左移动，LS出口压力逐渐增加，最终使LS压力为负载反馈压力与增压阀调定压力之和，在力平衡下使阀芯稳定，在这一压力调节过程中，都是瞬间完成的，不存在滞后等环节。LS压力反馈至工作联阀体中的补偿阀及负载敏感泵的的泵变量机构，从而使工作联阀体的主阀节流口压差保持恒定。
如果未采用该负载增压阀，则主油路压力直接通过LS通道作用到补偿阀的控制端，从而使主阀阀口没有压差，流体不会流动。而如果直接将负载反馈压力反馈到补偿阀的控制端，那么补偿阀的位移特性为阶跃位移响应，容易撞击阀体，流量共享特性差，这正是本发明要纠正的问题，因此该负载增压阀对流量共享系统的流量调节起至关性的作用。
为了避免LS压力信号的过载和波动，可以在尾联阀体设置第二溢流阀27和压力补偿节流阀25，第二溢流阀27和压力补偿节流阀25并联于多路阀的主油路和回油路之间，其中压力补偿节流阀25可以具体包括依次串联的过滤器、阻尼和减压阀，通过设置第二溢流阀27，可以实现LS压力信号的过载保护，而通过设置压力补偿节流阀25，能够对LS压力信号起到滤波作用，消除负载压力变化引起的压力波动，使系统流量稳定。
对于各个工作联阀体来说，其连接执行元件的工作油路上还可以设置第三溢流阀15、16，用来对各工作联阀体提供工作压力的过载保护功能。
本发明的多路阀还可以根据工程需要在至少一个工作联阀体中的主阀中实现浮动功能，而图1中最右侧的工作联阀体的主阀22能够实现浮动功能，相比于主阀14和主阀21，主阀22具有第四个工作位置23(此处定义为浮动位置，用于区别于一般的工作位置)，从图1中可以看到，在该浮动位置下，主阀22的进油口与回油口及两个工作油口均连通。具体到阀体内部结构实现，图3、4分别示出了主阀22分别在工作位置和浮动位置时的油路连通关系。其中，设置在主阀22的主阀孔中的阀芯的两端分别设有通过阀芯内通道连通的阻尼孔56、54，当主阀22在切换到工作位置(即一般的工作位置)时，主阀孔会遮盖阀芯上对应于回油路T的阻尼孔56，使主阀22的进油口P仅与对应的工作油口A连通，而在切换到浮动位置时，阀芯上对应于回油路的阻尼孔56与回油路连通，使主阀22的进油口P与回油口T及两个工作油口A、B均连通。
这样就通过主阀阀芯与阀体的相对位置关系，使得主阀具有第四位的浮动功能。举例来说，如果挖掘机的推土铲碰到障碍物时，如推土铲没有浮动功能，则负载一直增大直至系统溢流，此时挖机还不能越过障碍，而采用具有浮动功能的主阀，推土铲碰到障碍物时，推土铲两腔油压与回油口相通，推土铲抬起，从而越过障碍物。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管用实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种多路阀，包括首联阀体、尾联阀体和设置在所述首联阀体和尾联阀体之间的多个工作联阀体，其特征在于，所述多个工作联阀体内的主阀均为中位闭式，且在每个工作联阀体中还设有补偿阀，所述补偿阀的一个控制端与所述多路阀的负载敏感油路连通，各个工作联阀体的负载反馈与所述多路阀的负载控制油路连通；所述首联阀体设有负载增压阀和中位卸荷阀，所述负载增压阀的进油口和出油口分别与所述多路阀的主油路和负载敏感油路连通，所述负载增压阀的带弹簧控制端和无弹簧控制端分别与所述多路阀的负载控制油路和负载敏感油路连通，所述中位卸荷阀的进油口和出油口分别与所述多路阀的主油路和回油路连通，所述中位卸荷阀的无弹簧控制端和带弹簧控制端分别与所述多路阀的主油路和负载敏感油路连通。
2.根据权利要求1所述的多路阀，其特征在于，所述补偿阀的负载腔与所述多路阀的负载控制油路通过单向阀单向连通。
3.根据权利要求1或2所述的多路阀，其特征在于，所述负载增压阀、所述中位卸荷阀和所述补偿阀的各个控制端对应的油路均设有阻尼，所述负载增压阀的进油口与所述多路阀的主油路之间也设有阻尼。
4.根据权利要求3所述的多路阀，其特征在于，在所述首联阀体还设有第一溢流阀，所述第一溢流阀的进油口和回油口分别与所述多路阀的主油路和回油路连通。
5.根据权利要求1所述的多路阀，其特征在于，所述尾联阀体设有第二溢流阀和压力补偿节流阀，所述第二溢流阀和压力补偿节流阀并联于所述多路阀的主油路和回油路之间。
6.根据权利要求1所述的多路阀，其特征在于，所述多个工作联阀体中的至少一个工作联阀体中的主阀能够实现浮动功能，实现浮动功能的主阀的阀芯的两端分别设有通过阀芯内通道连通的阻尼孔，所述实现浮动功能的主阀在切换到工作位置时遮盖阀芯上对应于回油路的阻尼孔，使所述实现浮动功能的主阀的进油口仅与对应的工作油口连通，而在切换到浮动位置时阀芯上对应于回油路的阻尼孔与回油路连通，使所述实现浮动功能的主阀的进油口与回油口及两个工作油口均连通。
7.根据权利要求1所述的多路阀，其特征在于，在所述多个工作联阀体中连接执行元件的工作油路上还设有第三溢流阀。
8.一种液压流量共享系统，包括液压油箱、负载敏感泵及对应的泵变量机构，其特征在于，还包括权利要求1～7任一所述的多路阀，所述负载敏感泵通过所述多路阀向多个执行元件提供液压动力。
9.根据权利要求8所述的液压流量共享系统，其特征在于，所述负载敏感泵的出口通过所述多路阀的首联阀体与所述多路阀的主油路连通，所述泵变量机构的控制油口通过所述多路阀的尾联阀体与所述多路阀的负载敏感油路连通，所述多路阀的多个工作联阀体上的工作油口分别用于连接对应的执行元件。
10.根据权利要求8所述的液压流量共享系统，其特征在于，在所述泵变量机构的控制油口与所述多路阀的负载敏感油路之间的油路上还设有阻尼。
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