CN105889159B - 一种具备超高压输出能力的液压系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具备超高压输出能力的液压系统，包括油箱、泵、快进回路和工进回路。本发明中，使用两个三位四通阀完成快进回路和工进回路的油液的换向，通过单向节流阀调节油液的流量，通过超高压增压缸为执行油缸提供超高压油液，由此可知，各部件相互配合实现了超高压压力的输出，而且系统中设置的各种压力传感器和压力表可以直观的显示压力数值，并可以与电控系统联合使用，在压力数值异常时自动停止增压过程，泄压后将各部件关闭，综上所述，上述系统能够在压力较高的特殊应用场景中安全、稳定的使用。

Description

一种具备超高压输出能力的液压系统
技术领域
本发明属于实现超高压输出的液压系统的技术领域，尤其是一种具备超高压输出能力的液压系统。
背景技术
液压系统以油液作为工作介质，利用油液的压力能并通过控制阀门等附件操纵液压执行机构工作的整套装置，其作用是通过提高油液压力而增大输出作用力通过改变压强而增大作用力，完整的系统由动力部分、执行部分、控制部分、辅助部分和液压油构成，动力部分主要是指液压泵，其为整个系统提供动力，执行部分主要是指液压缸，其可以驱动或挤压负载，控制部分主要是指各种液压阀，包括压力控制阀、流量控制阀、方向控制阀等，主要调节油液的压力、流量和方向，辅助部分主要是指油箱、过滤器、油管等，液压油可以使用矿物油、合成液压油等。普通液压系统的最高压力为32MPa，能满足工业领域多数的使用需求，但在某些要求输出力大、重量轻的特殊应用场景中，需要将液压系统的压力提高到70MPa、140MPa甚至更高，这就需要对液压系统中的每个部分进行优化，以实现大流量无压力波动的增压、稳定保压的能力、工进速度及泄压速度的可调节性、无极加载能力以及高可靠性等目标，综上所述，在压力较高的特殊应用场景中，急需一种能够安全工作且具备上述各种特点的具备超高压输出能力的液压系统。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供工进速度及泄压速度可调、稳定保压、无极加载的一种具备超高压输出能力的液压系统。
本发明采取的技术方案是：
一种具备超高压输出能力的液压系统，其特征在于：包括油箱、泵、快进回路和工进回路；
所述快进回路包括快进三位四通阀、两通阀、超高压液控单向阀、单向节流阀和执行油缸，快进三位四通阀的一个工作油口串联连接两通阀和超高压液控单向阀后连通所述执行油缸的无杆油腔，快进三位四通阀的另一个工作油口串联连接单向节流阀后连通所述执行油缸的有杆油腔，所述超高压液控单向阀的控制油路口并联在所述快进三位四通阀的另一个工作油口和所述单向节流阀之间的油管上，所述快进三位四通阀的进油口通过泵连通油箱的出油 口，所述快进三位四通阀的吸油口连通油箱的回油口；
所述工进回路包括工进三位四通阀、液控单向阀、单向节流阀和超高压增压缸，工进三位四通阀的一个工作油口串联液控单向阀和单向节流阀后连通所述超高压增压缸的大油缸油口，工进三位四通阀的另一个工作油口串联液控单向阀后连通所述超高压增压缸的小油缸油口，所述超高压增压缸的增压油油口并联连接在所述执行油缸的无杆油腔和所述超高压液控单向阀之间的油管上，所述工进三位四通阀的进油口并联连接在泵和快进三位四通阀的进油口之间的油管上，所述工进三位四通阀的吸油口并联连接在油箱的出油口和快进三位四通阀的吸油口之间的油管上。
而且，所述泵的进口自油箱的出油口伸入油箱内且其末端安装一吸油过滤器，所述泵的出口处的油管上串联一压力管路过滤器和单向阀，该单向阀与所述快进三位四通阀进油口之间的油管上并联两个充液阀，每个充液阀所在的油管的末端分别安装一个蓄能器。
而且，所述单向阀所在的油管上并联一压力传感器，该压力传感器所在的油管的末端安装一个压力表。
而且，与油箱回油口连接的油管上串联连接一回油过滤器，该回油过滤器出口处的油管和所述单向阀出口处的油管之间并联一个比例溢流阀。
而且，所述两通阀出口处的油管上和所述快进三位四通阀另一个工作油口处的油管上均串联链接一个截止阀。
而且，所述工进三位四通阀的两个工作油口处的两个油管之间并联连接一个溢流阀。
而且，所述大油缸油口处的油管上和所述小油缸油口处的油管上均串联连接一个截止阀。
而且，所述大油缸复位侧的缸体上安装一用于检测活塞是否复位的接近开关，靠近所述小油缸油口的缸体上安装高压压力传感器。
而且，所述超高压液控单向阀包括阀杆、弹簧、阀体和基体，基体的一侧端面制出一凹槽，该凹槽内嵌装所述阀体的一侧端部，该阀体一侧端部内制出一滑套腔，在阀体的另一侧端部内制出一阀杆腔，阀杆腔与滑套腔同轴向，阀杆腔一侧端部与滑套腔连通且其直径小于滑套腔该处的直径，阀杆腔另一侧端部位于阀体的另一侧端部表面且制成出油口，靠近基体的滑套腔内密封滑动嵌装一滑套，在滑套上设置一向阀杆腔延伸的阀杆，该阀杆伸出出油口的端部外缘与出油口内缘密封贴合，在阀杆腔内的阀杆直径小于阀杆腔的直径，在滑套腔内的阀杆外缘套装弹簧，该弹簧一侧端部顶压在滑套的端面，该弹簧的另一端端部顶压在该处滑套腔端部的阀体上，所述阀杆伸入凹槽的端部安装能在凹槽内密封滑动的活塞，滑套与活 塞相对的端面之间保留间隙，在机体另一侧端部制出一开口，该开口与凹槽连通且其直径小于凹槽的直径，在阀体上制出一与滑套腔连通的进油口，在滑套上制出一连通滑套腔和滑套与活塞之间间隙的节流口。
而且，所述阀杆伸出出油口的端部制出直径大于阀杆的阀芯，该阀芯与阀杆的连接处制成圆锥台形过渡段，在出油口内缘制出与圆锥台形过渡段相互密封贴合的圆锥台形密封段；
所述阀体的另一侧端部制出一圆柱凸起，该圆柱凸起的端面制出出油口，该出油口内缘与阀芯外缘密封贴合，在圆柱凸起的外缘套装一密封环。
本发明的优点和积极效果是：
1.本系统中，工进回路中的超高压增压缸采用大流量的设置，增压比大，输出压力高，单次行程输出的增压油液的流量能够满足执行油缸工进的需求，避免了频繁使用换向阀的增压方式导致的压力波动，保证了增压的稳定性。
2.本系统中，快进回路中采用的超高压液控单向阀具备承受超高压的能力，使保压过程稳定、安全，而且在控制有路口施加控制油时能够自动打开，使油液运行方向发生改变，与快进三位四通阀配合，使执行油缸复位，等待下一次操作，该阀结构紧凑、体积小、无泄漏，使用安全。
3.本系统中，在泵的出口处设置比例溢流阀，可使泵出口压力无级变化，超高压增压缸的增压比为固定值，则超高压增压缸输出的超高压压力无级变化，即实现系统无级加载功能。
4.本系统中，超高压液控单向阀的阀体为一体式结构，承压能力更强，提高了使用寿命，而且降低了加工精度和装配难度，避免了传统液控单向阀泄漏点较多而不利于超高压环境使用的缺陷，圆柱凸起可直接插装在负载的接口上并通过密封环密封，进一步减少了超高压使用时的泄漏点，阀芯与出油口上分别制出的圆锥台形过渡段和圆锥台形密封段，二者为面接触式硬密封，可靠性更高，阀体内的整体结构简单，有利于长期使用，而且在维修时，将基体拆下即可以将其它部件拆开，安装和维护非常的方便。
5.本发明中，使用两个三位四通阀完成快进回路和工进回路的油液的换向，通过单向节流阀调节油液的流量，通过超高压增压缸为执行油缸提供超高压油液，由此可知，各部件相互配合实现了超高压压力的输出，而且系统中设置的各种压力传感器和压力表可以直观的显示压力数值，并可以与电控系统联合使用，在压力数值异常时自动停止增压过程，泄压后将各部件关闭，综上所述，上述系统能够在压力较高的特殊应用场景中安全、稳定的使用。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是超高压液控单向阀的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进一步说明，下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。
一种具备超高压输出能力的液压系统，如图1所示，本发明的创新在于：包括油箱16、泵(可以是变量泵)18、快进回路和工进回路；
所述快进回路包括快进三位四通阀10、两通阀9、超高压液控单向阀7、单向节流阀8和执行油缸5，快进三位四通阀的一个工作油口(A口)串联连接两通阀和超高压液控单向阀后连通所述执行油缸的无杆油腔6，快进三位四通阀的另一个工作油口(B口)串联连接单向节流阀后连通所述执行油缸的有杆油腔4，所述超高压液控单向阀的控制油路口(K)并联在所述快进三位四通阀的另一个工作油口(B口)和所述单向节流阀之间的油管28上，所述快进三位四通阀的进油口(P口)通过泵连通油箱的出油口，所述快进三位四通阀的吸油口(O口)连通油箱的回油口；
所述工进回路包括工进三位四通阀23、液控单向阀25、单向节流阀26和超高压增压缸2，工进三位四通阀的一个工作油口(A口)串联液控单向阀和单向节流阀后连通所述超高压增压缸的大油缸29油口，工进三位四通阀的另一个工作油口(B口)串联液控单向阀后连通所述超高压增压缸的小油缸30油口，所述超高压增压缸的增压油油口31并联连接在所述执行油缸的无杆油腔和所述超高压液控单向阀之间的油管上，所述工进三位四通阀的进油口(P口)并联连接在泵和快进三位四通阀的进油口之间的油管上，所述工进三位四通阀的吸油口(O口)并联连接在油箱的出油口和快进三位四通阀的吸油口之间的油管上。
本实施例中，执行油缸和超高压增压缸中的缸体和其它部件均需要使用能够承受超高压的材料，以及适当的增加厚度，由此保证在进行超高压压力输出时工作的稳定性和安全性。上述快进三位四通发和工进三位四通阀均使用Y型三位四通换向阀，其阀芯上的油液通道为已知技术，在此不做详细描述。在工进回路中的两个单向节流阀可以使用一个双单向节流阀即可。
所述泵的进口自油箱的出油口伸入油箱内且其末端安装一吸油过滤器17，所述泵的出口处的油管上串联一压力管路过滤器19和单向阀20，该单向阀与所述快进三位四通阀进油口之间的油管上并联两个充液阀12，每个充液阀所在的油管的末端分别安装一个蓄能器11。
所述单向阀所在的油管上并联一压力传感器22，该压力传感器所在的油管的末端安装一个压力表21。与油箱回油口连接的油管上串联连接一回油过滤器14，该回油过滤器出口处的油管和所述单向阀出口处的油管之间并联一个比例溢流阀13。所述两通阀出口处的油管上和所述快进三位四通阀另一个工作油口处的油管上均串联链接一个截止阀27。
所述工进三位四通阀的两个工作油口处的两个油管之间并联连接一个溢流阀24。所述大油缸油口处的油管上和所述小油缸油口处的油管上均串联连接一个截止阀27。所述大油缸复位侧的缸体上安装一用于检测活塞是否复位的接近开关1，靠近所述小油缸油口的缸体上安装高压压力传感器3。所述油箱的进气口上安装一个空气滤清器15。
上述结构中的超高压液控单向阀如图2所示，包括阀杆37、弹簧38、阀体34和基体44，基体的一侧端面制出一凹槽45，该凹槽内嵌装所述阀体的一侧端部所制的突起46，该阀体一侧端部内制出一滑套腔36，在阀体的另一侧端部内制出一阀杆腔48，阀杆腔与滑套腔同轴向，阀杆腔一侧端部与滑套腔连通且其直径小于滑套腔该处的直径，阀杆腔另一侧端部位于阀体的另一侧端部表面且制成出油口49，靠近基体的滑套腔内密封滑动嵌装一滑套39，在滑套上设置向阀杆腔延伸的阀杆，该阀杆伸出出油口的端部外缘50与出油口内缘密封贴合，在阀杆腔内的阀杆直径小于阀杆腔的直径，在滑套腔内的阀杆外缘套装弹簧，该弹簧一侧端部顶压在滑套的端面，该弹簧的另一端端部顶压在该处滑套腔端部的阀体17上，所述阀杆伸入凹槽的端部安装能在凹槽内密封滑动的活塞42，滑套与活塞相对的端面之间保留间隙41，在机体另一侧端部制出一开口43，该开口与凹槽连通且其直径小于凹槽的直径，在阀体上制出一与滑套腔连通的进油口35，在滑套上制出一连通滑套腔和滑套与活塞之间间隙的节流口40。
所述阀杆伸出出油口的端部制出直径大于阀杆的阀芯51，该阀芯与阀杆的连接处制成圆锥台形过渡段50，在出油口内缘制出与圆锥台形过渡段相互密封贴合的圆锥台形密封段。所述阀体的另一侧端部制出一圆柱凸起33，该圆柱凸起的端面制出出油口，该出油口内缘与阀芯外缘密封贴合，在圆柱凸起的外缘套装一密封环32。所有部件均使用316不锈钢，提高使用寿命。
超高压液控单向阀的工作原理是：
1.进油口(A)进入超高压油液时，油液自节流口流入滑套和活塞之间的间隙内，并推动滑套向出油口方向运动，此时阀芯与出油口脱离，使油液自出油口(B)处流出。
2.出油口(B)处于超高压状态，阀芯受到超高压油液挤压并处于封闭状态，液控单向阀进入超高压保压状态。
3.开口(X)进入控制油液并使活塞带动阀杆和阀芯运动，此时油液可由出油口(B)进入，并通过进油口(A)流出。
本发明的工作过程是：
1.初始时，执行油缸的活塞在最下方，超高压增压缸的大油缸的活塞在最左侧；
2.工进回路整体截止状态，两个充液阀导通，快进三位四通阀的阀芯向左侧推动，蓄能器和泵供油，使执行油缸的活塞快速的向上快进；
3.当执行油缸的活塞快进到位后，快进三位四通发的阀芯复位，快进回路整体截止状态，工进三位四通阀的阀芯向左侧推动，泵向超高压增压缸供油，使大油缸的活塞向右侧运行，由此使超高压的油液自增压油油口进入执行油缸的无杆油腔内，使其活塞进入高压工进状态；
4.增压油的油量可以满足执行油缸整个工进状态的使用，当工进到位后，工进回路整体截止状态，超高压液控单向阀的出油口(B)处于超高压状态，液控单向阀进入超高压保压状态；
5.保压结束后，工进三位四通阀的阀芯向右侧推动，此时由于液控单向阀的控制油路口(液控单向阀开口X)流入控制油液，使其反向导通，超高压增压缸的大油缸活塞向左侧复位运行，使执行油缸无杆油腔的超高压降低，进入泄压状态，此时快进三位四通阀的阀芯处于中位；
6.泄压结束后，快进三位四通阀的阀芯向右侧推动，大油缸活塞继续向左侧运动，此时两通阀仍然处于截止状态，无杆油腔的油液逐渐回到超高压增压缸内，当大油缸活塞回到最左侧时，接近开关动作，通过电控部分驱动两通阀回到导通状态，工进三位四通阀复位，工进回路整体截止状态，执行油缸的活塞继续向下运动；
7，当执行油缸的活塞回到最下方时，完成一次工作循环，所有阀复位，等待下一次操作。
本发明中，使用两个三位四通阀完成快进回路和工进回路的油液的换向，通过单向节流阀调节油液的流量，通过超高压增压缸为执行油缸提供超高压油液，由此可知，各部件相互配合实现了超高压压力的输出，而且系统中设置的各种压力传感器和压力表可以直观的显示压力数值，并可以与电控系统联合使用，在压力数值异常时自动停止增压过程，泄压后将各部件关闭，综上所述，上述系统能够在压力较高的特殊应用场景中安全、稳定的使用。

Claims (8)

1.一种具备超高压输出能力的液压系统，其特征在于：包括油箱、泵、快进回路和工进回路；
所述快进回路包括快进三位四通阀、两通阀、超高压液控单向阀、单向节流阀和执行油缸，快进三位四通阀的一个工作油口串联连接两通阀和超高压液控单向阀后连通所述执行油缸的无杆油腔，快进三位四通阀的另一个工作油口串联连接单向节流阀后连通所述执行油缸的有杆油腔，所述超高压液控单向阀的控制油路口并联在所述快进三位四通阀的另一个工作油口和所述单向节流阀之间的油管上，所述快进三位四通阀的进油口通过泵连通油箱的出油口，所述快进三位四通阀的吸油口连通油箱的回油口；
所述工进回路包括工进三位四通阀、液控单向阀、单向节流阀和超高压增压缸，工进三位四通阀的一个工作油口串联液控单向阀和单向节流阀后连通所述超高压增压缸的大油缸油口，工进三位四通阀的另一个工作油口串联液控单向阀后连通所述超高压增压缸的小油缸油口，所述超高压增压缸的增压油油口并联连接在所述执行油缸的无杆油腔和所述超高压液控单向阀之间的油管上，所述工进三位四通阀的进油口并联连接在泵和快进三位四通阀的进油口之间的油管上，所述工进三位四通阀的吸油口并联连接在油箱的出油口和快进三位四通阀的吸油口之间的油管上；
所述超高压液控单向阀包括阀杆、弹簧、阀体和基体，基体的一侧端面制出一凹槽，该凹槽内嵌装所述阀体的一侧端部所制的突起，该阀体一侧端部内制出一滑套腔，在阀体的另一侧端部内制出一阀杆腔，阀杆腔与滑套腔同轴向，阀杆腔一侧端部与滑套腔连通且其直径小于滑套腔该处的直径，阀杆腔另一侧端部位于阀体的另一侧端部表面且制成出油口，靠近基体的滑套腔内密封滑动嵌装一滑套，在滑套上设置一向阀杆腔延伸的阀杆，该阀杆伸出出油口的端部外缘与出油口内缘密封贴合，在阀杆腔内的阀杆直径小于阀杆腔的直径，在滑套腔内的阀杆外缘套装弹簧，该弹簧一侧端部顶压在滑套的端面，该弹簧的另一端端部顶压在该处滑套腔端部的阀体上，所述阀杆伸入凹槽的端部安装能在凹槽内密封滑动的活塞，滑套与活塞相对的端面之间保留间隙，在机体另一侧端部制出一开口，该开口与凹槽连通且其直径小于凹槽的直径，在阀体上制出一与滑套腔连通的进油口，在滑套上制出一连通滑套腔和滑套与活塞之间间隙的节流口；
所述阀杆伸出出油口的端部制出直径大于阀杆的阀芯，该阀芯与阀杆的连接处制成圆锥台形过渡段，在出油口内缘制出与圆锥台形过渡段相互密封贴合的圆锥台形密封段；
所述阀体的另一侧端部制出一圆柱凸起，该圆柱凸起的端面制出出油口，该出油口内缘 与阀芯外缘密封贴合，在圆柱凸起的外缘套装一密封环。
2.根据权利要求1所述的一种具备超高压输出能力的液压系统，其特征在于：所述泵的进口自油箱的出油口伸入油箱内且其末端安装一吸油过滤器，所述泵的出口处的油管上串联一压力管路过滤器和单向阀，该单向阀与所述快进三位四通阀进油口之间的油管上并联两个充液阀，每个充液阀所在的油管的末端分别安装一个蓄能器。
3.根据权利要求2所述的一种具备超高压输出能力的液压系统，其特征在于：所述单向阀所在的油管上并联一压力传感器，该压力传感器所在的油管的末端安装一个压力表。
4.根据权利要求3所述的一种具备超高压输出能力的液压系统，其特征在于：与油箱回油口连接的油管上串联连接一回油过滤器，该回油过滤器出口处的油管和所述单向阀出口处的油管之间并联一个比例溢流阀。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种具备超高压输出能力的液压系统，其特征在于：所述两通阀出口处的油管上和所述快进三位四通阀另一个工作油口处的油管上均串联连接一个截止阀。
6.根据权利要求5所述的一种具备超高压输出能力的液压系统，其特征在于：所述工进三位四通阀的两个工作油口处的两个油管之间并联连接一个溢流阀。
7.根据权利要求1或2或3或4或6所述的一种具备超高压输出能力的液压系统，其特征在于：所述大油缸油口处的油管上和所述小油缸油口处的油管上均串联连接一个截止阀。
8.根据权利要求7所述的一种具备超高压输出能力的液压系统，其特征在于：所述大油缸复位侧的缸体上安装一用于检测活塞是否复位的接近开关，靠近所述小油缸油口的缸体上安装高压压力传感器。
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