CN106438546A - 一种稳压先导式溢流阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种稳压先导式溢流阀，包括主阀、先导阀、比较器，系统液压源分别作用于主阀、先导阀、比较器的阀芯，比较器与先导阀相连，比较器根据溢流阀入口压力或流量的变化进行动态调整，使作用于主阀的入口压力在允许的误差内视为稳定不变。在溢流阀入口压力和流量发生变化时，通过比较器的反馈，将流量或压力的变化转化为比较器阀芯的位移，并通过先导阀弹簧转化为先导阀阀芯的位移，从而改变先导阀控制阀口开度，进而调整主阀阀芯上腔的压力，引起主阀阀口的变动，从而使主阀适应入口压力或流量的波动。比较器阀芯采用滑锥阀结构，先导阀阀芯采用滑阀结构，比较器弹簧和先导阀弹簧增加了系统的稳定性，降低了溢流阀发生啸叫的概率。

Description

一种稳压先导式溢流阀

技术领域

本发明涉及溢流阀领域，更具体地说，涉及一种稳压先导式溢流阀。

背景技术

溢流阀是液压系统的重要组成部分，在防止系统过载、保持系统压力稳定等方面具有举足轻重的作用。

常用的直动式溢流阀，由于弹簧刚度和通流量的限制，因此流量一般不能很大，且调压偏差大，抗流量变动能力差。

先导式溢流阀由于先导级的调压作用，调压偏差较直动式溢流阀为小，但仍不可避免的存在调压偏差，以及随入口压力和流量的波动而变化的弊端，从而影响系统工作时的压力稳定性。

而且，一般溢流阀由于加工误差和结构设计问题易产生啸叫现象，使液压系统的压力产生波动，进而引起系统管路的振动及其它液压元件的流量脉动，产生振动噪声，影响液压系统的工作稳定性，并降低液压系统周围环境的舒适性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种保证在流量和压力波动的情况下，均能保证溢流阀入口压力的稳定，且能有效降低溢流阀的啸叫现象的稳压先导式溢流阀。

本发明的技术方案如下：

一种稳压先导式溢流阀，包括主阀、先导阀、比较器，系统液压源分别作用于主阀、先导阀、比较器的阀芯，比较器与先导阀相连，比较器根据溢流阀入口压力或流量的变化进行动态调整，使作用于主阀的入口压力在允许的误差内视为稳定不变。

作为优选，比较器与先导阀之间设置反馈弹簧，保持主阀的主阀阀芯上下两侧的压力不变。

作为优选，系统液压源流入主阀进油口，作用在主阀阀芯的下侧，流入主阀的上腔，作用在主阀阀芯的上侧；系统液压源还流入比较器，作用在比较器上，还经先导阀进油口流入先导阀，并经先导阀控制阀口流回先导阀油箱。

作为优选，比较器包括比较器阀体、比较器阀芯、比较器弹簧，比较器阀芯的一侧与比较器阀体之间形成比较器阀口，比较器弹簧安装在比较器阀芯另一侧和比较器阀体之间。

作为优选，先导阀包括先导阀阀体、先导阀阀芯，先导阀阀芯为两凸肩结构，先导阀阀芯与先导阀阀座之间形成先导阀进油口、先导阀控制阀口，先导阀控制阀口的开度大小根据先导阀阀芯的位置而改变，先导阀控制阀口与先导阀油箱相通。

作为优选，先导阀阀芯与比较器阀芯之间安装有先导阀弹簧，先导阀阀芯的另一侧通过推杆驱动。

作为优选，先导阀阀芯与比例电磁铁的推杆连接，比例电磁铁对先导阀阀芯进行比例驱动。

作为优选，主阀包括主阀阀体、主阀阀芯、主阀弹簧，主阀阀芯为滑锥阀，主阀阀芯的一侧与主阀阀体之间形成主阀阀口；主阀弹簧安装在主阀阀芯另一侧与主阀阀体之间。

作为优选，系统液压源分别经阻尼流入比较器、先导阀；系统液压源先经阻尼，再经动态阻尼流入主阀的上腔。

作为优选，比较器阀芯采用滑锥阀结构，先导阀阀芯采用滑阀结构。

本发明的有益效果如下：

本发明所述的稳压先导式溢流阀，设置有比较器，在溢流阀入口压力和流量发生变化时，通过比较器的反馈，将流量或压力的变化转化为比较器阀芯的位移，并通过先导阀弹簧转化为先导阀阀芯的位移，从而改变先导阀控制阀口开度，进而调整主阀阀芯上腔的压力，引起主阀阀口的变动，从而使主阀适应入口压力或流量的波动。

另外，比较器阀芯采用滑锥阀结构，先导阀阀芯采用滑阀结构，均具有很好的导向性，因此，在溢流阀入口压力或流量发生波动时，比较器阀芯和先导阀阀芯均能稳定的随之移动，且由于比较器弹簧和先导阀弹簧的存在，也使得比较器阀芯和先导阀阀芯不会与阀体产生机械碰撞，增加了系统的稳定性，降低了溢流阀发生啸叫的概率。

附图说明

图1是本发明的原理示意图；

图中：10是主阀，11是主阀进油口，12是主阀油箱，13是主阀阀口，14是主阀阀芯，15是主阀阀体，16是主阀弹簧，20是比较器，21是比较器油箱，22是比较器阀口，23是比较器阀芯，24是比较器弹簧，30是先导阀，31是先导阀弹簧，32是先导阀进油口，33是先导阀控制阀口，34是先导阀油箱，35是先导阀阀芯，40是比较电磁铁，50是系统液压源，51是动态阻尼，52是阻尼。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明进行进一步的详细说明。

本发明为了解决现有技术的先导式溢流阀存在的压力不稳、啸叫的不足，提供一种稳压先导式溢流阀，如图1所示，包括主阀10、先导阀30、比较器20，系统液压源50分别作用于主阀10、先导阀30、比较器20的阀芯，比较器20与先导阀30相连，比较器20根据溢流阀入口压力或流量的变化进行动态调整，使作用于主阀10的入口压力在允许的误差内视为稳定不变。其中，比较器20与先导阀30之间设置反馈弹簧，保持主阀10的主阀阀芯14上下两侧的压力不变。

主阀10包括主阀10阀体、主阀阀芯14、主阀弹簧15，主阀阀芯14为滑锥阀，主阀阀芯14的一侧与主阀10阀体之间形成主阀阀口13；主阀弹簧15安装在主阀阀芯14另一侧与主阀10阀体之间。其中，主阀弹簧15刚度较软，使主阀阀芯14在弹力作用下能压在主阀10阀体上。

比较器20包括比较器20阀体、比较器阀芯23、比较器弹簧24，比较器阀芯23的一侧与比较器20阀体之间形成比较器阀口22，比较器弹簧24安装在比较器阀芯23另一侧和比较器20阀体之间，并连接有比较器油箱21。

先导阀30包括先导阀30阀体、先导阀阀芯35，先导阀阀芯35为两凸肩结构，先导阀阀芯35与先导阀30阀座之间形成先导阀进油口32、先导阀控制阀口33，先导阀控制阀口33的开度大小根据先导阀阀芯35的位置而改变，先导阀控制阀口33与先导阀油箱34相通。先导阀阀芯35与比较器阀芯23之间安装有先导阀弹簧31，先导阀阀芯35的另一侧通过推杆驱动。先导阀阀芯35与比例电磁铁40的推杆连接，比例电磁铁40对先导阀阀芯35进行比例驱动。

系统液压源50流入主阀进油口11，作用在主阀阀芯14的下侧，流入主阀10的上腔，作用在主阀阀芯14的上侧；系统液压源50还流入比较器20，作用在比较器20上，还经先导阀进油口32流入先导阀30，并经先导阀控制阀口33流回先导阀油箱34。系统液压源50分别经阻尼52流入比较器20、先导阀30；系统液压源50先经阻尼52，再经动态阻尼51流入主阀10的上腔。即，如图1所示，系统液压源50分为两路，一路流入溢流阀的主阀进油口11，作用在主阀阀芯14的下侧，另一路流经阻尼52后又分为三路，第一路流入比较器20，作用在比较器阀芯23上，第二路经先导阀进油口32流入先导阀30，并经先导阀控制阀口33流回先导阀油箱34，第三路经动态阻尼51流入主阀10上腔，作用在主阀阀芯14的上侧。

在溢流阀入口压力和流量发生变化时，通过比较器20的反馈，将流量或压力的变化转化为比较器阀芯23的位移，并通过先导阀弹簧31转化为先导阀阀芯35的位移，从而改变先导阀控制阀口33开度，进而调整主阀阀芯14上腔的压力，引起主阀阀口13的变动，从而使主阀10适应入口压力或流量的波动。在此过程中，由于比例电磁铁40输出的电磁力恒定，因此通过所述的反馈过程，虽然先导阀控制阀口33和主阀阀口13的开度均会发生相应的变化，但是主阀阀芯14上下两侧的压力基本保持不变，从而保证了溢流阀入口压力的恒定，起到了稳压的目的。

本发明中，比较器阀芯23采用滑锥阀结构，先导阀阀芯35采用滑阀结构，均具有很好的导向性，因此，在溢流阀入口压力或流量发生波动时，比较器阀芯23和先导阀阀芯35均能稳定的随之移动，且由于比较器弹簧24和先导阀弹簧31的存在，也使得比较器阀芯23和先导阀阀芯35不会与阀体产生机械碰撞，增加了系统的稳定性，降低了溢流阀发生啸叫的概率。

以下对本发明在不同工作状态的工作原理进行说明。

(1)卸荷工况：

当比例电磁铁40不通电时，比例电磁铁40无输出力，此时比例先导阀30的先导阀阀芯35在先导阀弹簧31的作用下处于最右端，则先导阀控制阀口33处于全开状态，先导阀控制阀口33与先导阀进油口32之间处于连通状态；比较器20的比较器阀芯23在比较器弹簧24的作用下处于最左端，压在比较器20的比较器20阀体上，将比较器阀口22堵死。系统液压源50的油路分为两路，一路直接与主阀10的主阀进油口11相连，作用在主阀阀芯14的下侧，一路经阻尼52后又分为三路，一路与比较器20的比较器20进油口相通，一路与先导阀进油口32连通，一路经动态阻尼51进入主阀10的上腔，作用在主阀阀芯14的上侧。此时，从系统液压源50引入的液压油经阻尼52流经先导阀进油口32和先导阀控制阀口33后流入先导阀油箱34，因此先导阀进油口32的压力p₃处于低压状态，压力p₃经动态阻尼51后的主阀10的上腔的压力降低为p₂，即p₂<p₃<<p₁，p₁为溢流阀入口的压力。因此，主阀阀芯14的下侧作用力远大于上侧作用力和弹簧的合力，主阀阀芯14处于最上端，主阀阀口13处于全开状态，系统液压源50经主阀阀口13回主阀油箱12。此时溢流阀处于卸荷状态。

(2)正常溢流工况：

当按照系统要求输出与要求压力相适应的电流给比例电磁铁40后，比例电磁铁40通电并输出与输入电流相适应的电磁力推动先导阀阀芯35克服先导阀弹簧31向左运动，先导控制阀口的开口处于某一开口下，液压油流过时会产生一定的压力降。

系统液压源50的一小部分液压油经阻尼52、先导阀进油口32后进入先导阀30内，并经先导阀控制阀口33流入先导阀油箱34。由于先导阀控制阀口33处于非全开状态，液压油经过时会产生一定的压降，因此压力p₃高于先导阀油箱34压力，经动态阻尼51作用在主阀阀芯14的上侧；当p₁A₁＞p₂A₂+k₁₆x₁₆时，主阀阀芯14向上运动，打开主阀阀口13使其处于某一开口，此时系统液压源50的液压油经主阀阀口13溢流回主阀油箱12。此时溢流阀处于正常的溢流工况。

此时，k₃₁x₃₁＝F_m，k₃₁x₃₁+k₂₄x₂₄＝p₃A₃；即

由于比较电磁铁40的电磁力F_m保持不变，而比较器弹簧24的压缩变动量较小，因此比较器弹簧24的弹簧力变化较小，压力p₃基本保持不变。

主阀阀芯14上的力平衡方程为：p₁A₁＝p₂A₂+k₁₆x₁₆＝p₃A₂+k₁₆x₁₆，则

由于压力p₃基本不变，主阀弹簧15较软，因此溢流阀的入口的压力p₁基本保持不变，因此实现了稳压溢流。

其中，A₁、A₂、A₃分别为主阀阀芯14下侧、主阀阀芯14上侧、比较器阀芯23的承受压力的面积，k₁₆、k₂₄、k₃₁分别为主阀弹簧16、比较器弹簧24、先导阀弹簧31的弹簧刚度，x₁₆、x₂₄、x₃₁分别为主阀弹簧16、比较器弹簧24、先导阀弹簧31的压缩量。

(3)入口压力波动工况：

当溢流阀入口压力即p₁波动时，按一般性原则，假设压力p₁由于某种原因升高，此时压力p₃也随之升高，从而推动比较器阀芯23向右运动，压缩先导阀弹簧31，先导阀弹簧31同时推动先导阀阀芯35向右运动，使先导阀控制阀口33的开度变大，从而使液压油流经先导阀控制阀口33的压降减小，即压力p₃减小。因此比较器阀芯23向左运动，带动先导阀阀芯35向左运动，使先导控制阀口开度减小，最终达到新的平衡。由于比例电磁铁40的输出力在此过程中保持不变，先导阀阀芯35处于力平衡状态。

k₃₁x₃₁＝F_m，k₃₁x₃₁+k₂₄x₂₄＝p₃A₃；即

由于电磁力F_m不变，先导阀弹簧31的压缩量x₃₁基本不变，比较器弹簧24的压缩量x₂₄也基本不变，因此压力p₃基本保持不变，稳态时p₂＝p₃，主阀阀芯14上的力平衡方程为：p₁A₁＝p₂A₂+k₁₆x₁₆＝p₃A₂+k₁₆x₁₆，

由于主阀弹簧15较软，因此弹簧力变化不大，而压力p₃基本保持不变，即主阀进油口11的压力p₁基本保持不变，从而达到了稳定主阀进油口11的压力的目的。

同理，当主阀进油口11的压力减小时，本发明的溢流阀通过自身调整，仍能保证主阀进油口11压力的恒定。

(4)系统流量波动工况：

当系统液压源50提供的流量发生变动时，按一般性原则，假设流量由于某种原因增大，则流入主阀10的流量q₁和流向先导油路的流量q₂均增大；流量q₂一部分流入比较器20，流量为q₂₁和流入先导阀30的流量q₂₂均增大。由于先导阀阀芯35和比较器阀芯23均具有惯性，因此在流入流量增大瞬间，阀芯保持不动，阀口开口面积不变，根据流经阀口的流量公式：q＝C_dA_vΔpⁿ，则阀口前后的压差增大，即压力p₃增大。其中，q为经过阀口的流量，C_d为阀口流量系数，A_v为阀口的截面积，Δp为阀口前后压差，n是0.5～1之间的常数。

比较器阀芯23的受力平衡方程为：k₃₁x₃₁+k₂₄x₂₄＝p₃A₃。

由于压力p₃增大，推动比较器阀芯23向右运动，比较器阀口22增大；同时，压缩先导阀弹簧31和比较器弹簧24使其弹簧力增大。

在先导阀30的先导阀弹簧31的弹簧力作用下，先导阀阀芯35向右运动，先导阀控制阀口33的开度增大，液压油流经先导阀进油口32的阻力减小，即压力p₃减小。经过上述调整过程，保证了压力p₃在流量变动过程中基本保持不变。

此时主阀阀芯14的受力平衡方程为：k₃₁x₃₁+k₂₄x₂₄＝p₃A₃，

由于压力p₃基本保持不变，而主阀弹簧15很软，其产生的弹簧力基本可以忽略，因此主阀进油口11的压力p₁基本保持不变，从而避免了一般溢流阀设定压力随着输入流量的增大而增大的弊端。

(5)啸叫消除

由于比较器阀芯23和先导阀阀芯35分别为滑锥阀结构和滑阀结构，具有良好的导向性，因此当主阀进油口11的压力或流量发生波动时，比较器阀芯23和先导阀阀芯35在移动过程中不会产生偏振现象，能够很好在阀体内移动，而不随液体的流动而发生振动；且由于比较器阀芯23与阀体之间及与先导阀阀芯35之间具有比较器弹簧24和先导阀弹簧31，增加了比较器阀芯23和先导阀阀芯35的运动阻力，这在一定程度上也起到了稳定阀芯运动的作用；另外，由于比较器弹簧24和先导阀弹簧31的存在，当溢流阀由于较高的突变压力而推动比较器阀芯23和先导阀阀芯35运动时，能够避免比较器阀芯23和先导阀阀芯35与阀体的碰撞，降低机械振动和噪声。从而避免了溢流阀发生啸叫现象的概率，提高了溢流阀工作的稳定性和安全性，也使得液压系统的压力稳定，无压力脉动和噪声污染。

上述实施例仅是用来说明本发明，而并非用作对本发明的限定。只要是依据本发明的技术实质，对上述实施例进行变化、变型等都将落在本发明的权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种稳压先导式溢流阀，其特征在于，包括主阀、先导阀、比较器，系统液压源分别作用于主阀、先导阀、比较器的阀芯，比较器与先导阀相连，比较器根据溢流阀入口压力或流量的变化进行动态调整，使作用于主阀的入口压力在允许的误差内视为稳定不变。

2.根据权利要求1所述的稳压先导式溢流阀，其特征在于，比较器与先导阀之间设置反馈弹簧，保持主阀的主阀阀芯上下两侧的压力不变。

3.根据权利要求2所述的稳压先导式溢流阀，其特征在于，系统液压源流入主阀进油口，作用在主阀阀芯的下侧，流入主阀的上腔，作用在主阀阀芯的上侧；系统液压源还流入比较器，作用在比较器上，还经先导阀进油口流入先导阀，并经先导阀控制阀口流回油箱。

4.根据权利要求3所述的稳压先导式溢流阀，其特征在于，比较器包括比较器阀体、比较器阀芯、比较器弹簧，比较器阀芯的一侧与比较器阀体之间形成比较器阀口，比较器弹簧安装在比较器阀芯另一侧和比较器阀体之间。

5.根据权利要求4所述的稳压先导式溢流阀，其特征在于，先导阀包括先导阀阀体、先导阀阀芯，先导阀阀芯为两凸肩结构，先导阀阀芯与先导阀阀座之间形成先导阀进油口、先导阀控制阀口，先导阀控制阀口的开度大小根据先导阀阀芯的位置而改变，先导阀控制阀口与油箱相通。

6.根据权利要求5所述的稳压先导式溢流阀，其特征在于，先导阀阀芯与比较器阀芯之间安装有先导阀弹簧，先导阀阀芯的另一侧通过推杆驱动。

7.根据权利要求6所述的稳压先导式溢流阀，其特征在于，先导阀阀芯与比例电磁铁的推杆连接，比例电磁铁对先导阀阀芯进行比例驱动。

8.根据权利要求1所述的稳压先导式溢流阀，其特征在于，主阀包括主阀阀体、主阀阀芯、主阀弹簧，主阀阀芯为滑锥阀，主阀阀芯的一侧与主阀阀体之间形成主阀阀口；主阀弹簧安装在主阀阀芯另一侧与主阀阀体之间。

9.根据权利要求3所述的稳压先导式溢流阀，其特征在于，系统液压源分别经阻尼流入比较器、先导阀；系统液压源先经阻尼，再经动态阻尼流入主阀的上腔。

10.根据权利要求5所述的稳压先导式溢流阀，其特征在于，比较器阀芯采用滑锥阀结构，先导阀阀芯采用滑阀结构。