CN1065708A - 低控制压力的顺序液控单向阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低控制压力的顺序液控单向阀， 它属于先导型外泄式液控单向阀类。该阀由阀体，锥 形导阀、带凸肩的主阀、控制活塞和顺序滑阀等部分 组成。该阀的特点是控制压力低，且与负载压力大小 和逆向进油通道有源与否无关，其控制压力可任意设 置。此外，本发明还可作为内控顺序阀和外控顺序阀 使用。

Description

本发明涉及一种低控制压力的顺序液控单向阀，该阀属于先导式液控单向阀类，即由先导阀、主阀和控制活塞等部分组成。它可以分别作为液控单向阀和顺序阀使用，因而是液压系统中应用广泛的一种液压元件。

目前的液控单向阀主要存在两方面的问题，一是当逆向进口压力很高时，需要很高的控制压力才能打开主阀窗口。因为主阀芯要靠与其对顶的控制活塞打开，考虑到阀体的体积和控制部分的功率，控制活塞与主阀芯面积之比不能过大，一般为3倍左右。困此当逆向进口压力为31.5MPa时，控制压力需大于或等于10MPa才能打开主阀芯。这一点常给液压系统的使用带来困难。为解决此问题已发展出先导式液控单向阀，若逆向进口压力为31.5MPa，而逆向回路又是一个封闭负载时，例如蓄压器，则控制压力只需要1MPa以下即可打开主阀芯。美国专利说明书US3623509公开的一种控制液压装置的单向阀就是这类先导式液控单向阀，其导阀是一个设置在主阀轴线上的锥阀，此锥阀细端有一段顶杆并有部分露在主阀芯外面，锥阀大端朝里，并被主阀弹簧紧压在主阀芯上，因而主阀芯也借此被压在主阀座上。当控制活塞杆向主阀芯靠近时，首先碰到导阀芯的上述顶杆，并将其推开。由于导阀座的面积通常是控制活塞面积的1/30～1/70，因此当逆向进口压力为31.5MPa时，只需要1～0.45MPa的控制压力即可打开导阀芯。导阀开启后将有部分流体从导阀窗口流出。由于逆向回路是一个封闭负载，而液体又可近似看成不可压缩，故当导阀打开之后逆向压力便大大地降低，因此当控制活塞杆碰到主阀芯端面时便可以较小的压力打开主阀芯。然而，若逆向回路是一个有源网络，诸如一台高压泵源，或是一个负有重物的垂直油缸等，此时导阀开启后流出的微小流量不足以降低逆向进口压力。因此打开主阀芯的控制压力仍然需要逆向压力的1/3左右。这是液控单向阀目前存在的主要问题之一。另一方面的问题是同负载压力，即逆向出口压力的影响。因为负载压力分别作用于控制活塞与主阀端面上，由于前者面积约是后者面积的3倍，故控制压力因而增加的值是负载压力的2/3，若负载压力为10MPa，则控制压力增加值约为7MPa。由于加工工艺和零件强度和刚度所限，控制活塞的右出杆直径不能做得太小，一般是活塞直径的0.45倍，而导阀窗口直径又通常是控制活塞直径的1/7左右。故这种结构在负载压力作用下，虽然减小了顶开主阀芯所需要的控制压力，但却增加了顶开导阀芯所需要的控制压力。例如，若A₃是控制活塞面积，P_k是控制压力，A₂＝0.025A₃是导阀窗口面积，A₄＝0.2A₃是控制活塞右出杆端面积，P₁＝10MPa是负载压力，则顶开导阀所需增加的控制压力P_k＝（A₄-A₂）P₁/A₃＝（0.2-0.025）10＝1.75MPa，若逆向进口压力P₂＝31.5MPa，则顶开导阀芯所需要的控制压力P_k＝2.7MPa，而无负载压力P_k约为1MPa，可见负载压力的影响不能忽视。

本发明的任务在于，提出一种带有顺序功能的先导型外泄式液控单向阀，这种阀在不增加控制活塞直径的前题下，利用很低的控制压力即可打开逆向回路为高压有源时的主阀窗口，而且不受负载压力的影响。此外，本发明提出的这种液控单向阀还可以作为内控顺序阀和外控顺序阀使用。

解决本发明任务的技术措施是，主阀芯的凸肩将所在阀体中的圆孔划分成前后两腔，前控与逆向进油口相通，也与主阀窗口连接，后腔即弹簧腔，该腔通过在阀体上的一条斜孔与逆向进油口相通，在此斜孔中设置一个阻尼孔，为使控制活塞的前腔与负载腔隔开，而与回油相通，将控制活塞设置成外泄式，而且令其右出杆的截面积与导阀窗口的面积相等，在控制油液进口与控制活塞进油腔之间设置一个圆柱形双边三通阀，阀芯下端与控制油液进口相通，上端与回油相通，中间与控制活塞进油腔相通，阀芯上端有调压弹簧，弹簧上端设有调压螺栓。

显然，当控制活塞在控制油液推动下向主阀芯方向靠近时，首先碰到导阀芯前部的细顶杆，并将导阀开启，所需要的控制压力等于导阀窗口面积与控制活塞面积之比再乘上逆向进口压力，再加上弹簧预压力及摩擦力与控制活塞面积之比，此值一般在1MPa以内。导阀窗口打开后有部分液体从其中流出。根据伯努力定理可知，此时主阀芯后腔的油压将因此降低，其降低的量值与导阀窗口的开度有关。应使导阀芯的最大开度大于主阀芯平衡时的导阀开度。当主阀芯前后两腔作用于其上的液压力及弹簧力的合力为零，以后此合力又随着导阀开度的增加而增加，且指向导阀窗口开大的方向时，主阀芯便开始跟着导阀芯一起运动，从而打开主阀窗口，可见本发明的主阀芯并不需要控制活塞直接推动。这种结构和工作原理表明打开导阀的动力即是打开主阀的力，而与逆向回路是否有源无关，又由于控制活塞右出杆的截面积与导阀窗口面积相等，因而打开导阀的力与负载压力无关。在主阀芯开始跟随导阀芯运动时，由于主阀芯后腔的压力小于逆向进油口压力，故此时控制导阀的力将比导阀启动时为小。当取消控制压力时导阀芯在弹簧力及液压力的作用下将自动关闭导阀窗口，按前述同理，主阀芯将跟随导阀芯反向运动并最后关闭主阀窗口。

如果设定控制压力的数值，可通过顺序阀的调压螺栓来实现，显然弹簧的预压力越大需要打开顺序阀窗口的控制压力也越大。

若把控制口当做顺序阀的外控口，则本发明即是外控顺序阀;若把控制口与逆向进油口相通就构成内腔顺序阀。

现在结合附图所示的实施例，对本发明提出的液控单向阀作进一步的说明。其中

图1是本发明液控单向阀的结构剖面示意图;

图2是按图1所示沿A-A线的剖视图;

图3是按图1所示沿B-B线的剖视图。

由图1可知，本发明的液控单向阀由导阀芯4、主阀芯2、主阀弹簧1、控制活塞6、顺序阀芯11、调压弹簧9、调压螺栓8和阻尼孔17等部分组成。其中主阀芯2设置在阀体3右端的圆柱形空腔19内，可以在该腔内左右滑动，主阀芯2的左端面设置成锥台，并与阀体3的中间圆柱形孔5的右端构成锥形窗口22，即构成液控单向阀正、逆向液体流动的主窗口。为便于加工，也可以在主阀芯2与阀体3之间设置一个主阀套。在主阀芯2的轴线上设有两个直径不同、但贯穿其两个端面的圆孔。在右侧较大的圆孔内设有一个锥阀芯，即导阀芯4，而两圆孔的交界处即是其导阀座。在导阀芯4的左端有一个直径与导阀窗口相等的小顶杆，它与导阀芯4是一个整体，并在主阀芯2左端的小孔内滑动。当导阀窗口关闭时，该顶杆伸出主阀芯2的左端外一段长度。在该顶杆的外表面沿轴线方向开几条沟槽，例如，也可做成图3所示的形状，其作用是将导阀窗口与中间腔5沟通起来。在导阀芯4的右端设置一个主阀弹簧1，主阀弹簧的右端固定在弹簧座20上，而弹簧座20则装在右端盖18的圆孔中。显然主阀弹簧1将导阀芯4压在主阀芯2上，因而也将主阀芯2紧压在主阀窗口22上。主阀芯2的外侧由直径不同的两段圆柱组成。主阀芯2直径较大的凸肩段将容腔19分成左右两个腔，其间只靠一个阻尼孔17沟通。其中左腔与阀的逆向进油口16和主阀窗口22相通，阀芯3的中间腔5与阀的逆向出油口15相通。在阀体3的左端空腔内装有一个控制活塞6，该活塞的右出杆23是一个直径与导阀窗口直径相等的活塞顶杆。其右端设置一个凸台，可防止顶杆卡住或顶偏。控制活塞6的右腔设有一个回油口14，左腔则与阀左端盖10上的油孔13相通。在左端盖10上设置一个顺序滑阀，它是一个圆柱形双边三通阀，阀芯11设置在左端盖的垂直圆孔内，该圆孔的下端与控制油口12相通，在靠近阀芯11下凸肩的壁上设有一个扁长油孔13，上述油孔的横断面如图2所示，图中b在2毫米以内，1略小于阀芯11下凸肩的长度。阀芯颈部与左端盖10的圆孔所形成的容腔与上边的容腔24相通，因为阀芯11的上凸肩外侧设有如图3所示的三个半圆形沟槽。容腔24又通过油路7和控制活塞右腔与回油口14相通。阀芯11的上腔24中装有调压弹簧9，其上端则装有一个调压螺栓8，用来调节弹簧的预压力。

现在进一步说明本发明的工作原理。

一、逆向动作的工作原理

当把调节螺栓8退至上限位置时，控制油液可以很小的压力推开阀芯11并通过油路13进入控制活塞6的左腔，从而推动控制活塞6向右运动，于是右出杆23推开导阀芯4，使主阀芯2右腔19中的油液从导阀窗口流出，故此时容腔19中的压力P₃开始小于来自逆向进油口16的压力P₂，因而在主阀芯2左腔中向右的液压合力将大于主阀芯2右腔向左的液压力和弹簧力的合力，因此主阀芯2将自动向右运动并打开主阀窗口22，主阀芯2向右移动又将关小导阀窗口，因而主阀芯2右侧的液压力将增高，直到作用在主阀芯2上的合力为零时，主阀芯2停止运动。实际上，主阀芯2将自动跟踪导阀芯4向右移，两者位置之差恰好使主阀芯2上的合力为零，或微大于零（合力指向右边）。因此，主阀芯的最大开启量取决于控制活塞6的最大行程（从碰到导阀芯4开始算起）。当取消控制压力时，顺序阀芯11将在调压弹簧9的作用下移到下限位置，此时控制活塞6左腔油液通过油路13、7和控制活塞6的右腔回油。因此，导阀芯4在右侧主阀弹簧1和液压力作用下力图关闭导阀窗口，但当关闭到某一值时，由于主阀芯2右侧的液压力增大，使主阀芯2上的合力开始指向左边，因此主阀芯2仍然是跟随导阀芯4向左运动，整个主阀芯2运动的速度取决于阻尼孔17的直径，显然，主阀芯2关闭时没有撞击。

从上述分析看出：逆向开启主阀的最大控制压力是在导阀开启瞬间出现的，以后便开始减小到某个稳态值（即主阀芯跟踪运动时的控制压力值），另一方面由于在取消控制压力时，顺序阀芯11使控制活塞的左腔油液回油，故本发明的液控单向阀启闭误差很小。

二、顺序控制原理

从图1不难看出，控制油液打开顺序阀芯11的条件是作用在顺序阀芯11下端面上的液压力大于或等于其上所设弹簧的预压力，因此通过调压螺栓可以设置控制压力P_k的大小。但其最小值应大于上述的打开导阀芯4所需的最低控制压力。

Claims (7)

1、一种低控制压力的顺序液控单向阀。由阀体、导阀、主阀和控制活塞等部分组成，其中导阀是一个设置在主阀轴线上的锥阀，此锥阀细端有一段顶杆并有部分露在主阀芯外面，锥阀大端朝里，并被主阀弹簧紧压在主阀芯上，因而主阀芯也借此被压在主阀座上，上述主阀芯设置在阀体右端的圆柱形空腔内，可以在该腔内滑动，主阀芯的左端面设置成锥台与阀体的中间圆柱形孔的右端构成锥形主阀窗口，阀体的左端容腔内装有一个控制活塞，该控制活塞与上述锥阀细端之间设有一个活动杆顶，其特征在于，主阀芯(2)在阀体(3)中的后腔(19)通过一条斜孔与逆向进油口(16)相通，在该斜孔中设置一个阻尼孔(17)，控制活塞(6)的右腔设有一个回油口14，同时与油路(7)相通，活动顶杆(23)的右端设置一个凸台，在控制油液进口(12)与控制活塞(6)之间设置一个顺序滑阀。

2、按权利要求1所述的液控单向阀，其特征在于，在主阀芯（2）与阀体（3）之间设置一个主阀套。

3、按权利要求1所述的液控单向阀，其特征在于，控制活塞（6）右出杆的截面积与导阀窗口面积相等。

4、按权利要求1所述的液控单向阀，其特征在于，导阀芯（4）的最大开度应大于主阀芯（2）平稳时的导阀开度。

5、按权利要求1所述的液控单向阀，其特征在于，顺序滑阀包括一个圆柱形双边三通阀芯（11）、一个调压弹簧（9）和一个调压螺栓（8），其中，阀芯（11）的下凸肩下部与控制油液进口（12）相通，阀芯（11）的中间腔与上边的弹簧腔（24）相通，而弹簧腔又通过油路（7）和控制活塞右腔与回油口（14）相通，阀芯（11）下凸肩的侧面设有一个扁长窗口通孔（13）与控制活塞（6）的进油腔相通，控制油液压力小于阀芯（11）上端弹簧力时，控制活塞（6）回油，反之则进油。

6、按权利要求5所述的液控单向阀，其特征在于，扁长窗口通孔（13）的长度（1）略小于阀芯（11）下凸肩的长度，宽度（b）在2毫米以内。

7、按权利要求1-6中任一项所述的液控单向阀，其特征在于，将控制油液进口（12）与逆向进油口（16）相连构成内控顺序阀，将控制油液进口（12）当作外控口构成外控顺序阀。