CN106594299A - 超高压阀及液压系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超高压阀及液压系统。该超高压阀包括阀座、阀芯和施力部件，所述施力部件与所述阀芯之间设置有力放大机构，所述力放大机构能够将所述施力部件输出的力传递至所述阀芯并推动所述阀芯移动。本发明提供的超高压阀在施力部件与阀芯之间设置有力放大机构，可将施力部件施加的力放大，从而使得阀能够适用于超高压系统，结构简单，成本低且调节精度高。

Description

超高压阀及液压系统

技术领域

本发明涉及超高压阀领域，更具体地涉及一种能够适用于超高压系统的超高压阀以及具有该超高压阀的液压系统。

背景技术

在电控液压系统中，电液比例控制阀是用比例电磁铁取代普通阀的手动调节装置或普通电磁铁，对液压各参量进行远距离、高精度连续自动控制的液压阀。其中溢流阀是控制系统内工作压力的关键器件，根据输入的电信号，按工作要求对工作系统内的压力、流量进行比例控制。国内常规标准液压系统的工作压力范围均在32Mpa以下，当液压系统工作压力超过32Mpa时称为高压。当系统压力超过40Mpa时为超高压。系统在超高压状态下能够按工艺要求用电信号控制压力尤为重要，也是液压设备达到自动化控制要求的关键。在液压机械控制设计中，设备的载荷能力是由液压压力与实际做功受压截面积决定的。显然，当载荷确定之后，提高系统压力是提高设备载荷，优化结构设计的最经济有效的途径。由于国内现有技术电控系统压力达不到超高压级别，很难满足大吨位重载液压设备的需要，不得不以加大设备施力面积A作为牺牲(即加大实际受压面积)，即F＝P*A,(F设计载荷、P系统油压、A施力面积)。为达到设备的设计载荷，直接导致了设备外形体积和重量的大大增加，使液压设备粗、大、笨重。这给大吨位工作现场带来了诸多不便，很难适应生产的需要。

现有比例溢流阀有直动式和先导式两种，直动式比例溢流阀的结构参见图1，其包括阀座12、阀芯15以及比例电磁铁142，阀座12内设置有溢流孔121，比例电磁铁142经阀杆直接与阀芯15连接，比例电磁铁142输入的电流在要求的范围变化，产生的推力也随之变化，这个变化的推力推动阀芯15，得到对应变化的系统压力。但是因为比例电磁铁142输出的推力并不大，不能推动大功率大流量的溢流阀。因此直动式比例溢流阀只能采用较小的阀芯和溢流孔直径，其产生的较小的液压力与比例电磁铁的推力平衡，虽然直动式比溢流阀功率小流量小，但其有很多优点如：使用方便、重复精度高、滞环小、响应速度快、动态性能较好、阀芯质量小、机械摩擦力小、控制环节少等。但由于输出流量和输出功率很小，导致其没有太大的实用价值，多用于先导阀在先导式比例溢流阀的先导级中使用。现有的大流量、大功率的先导式比例溢流阀是经过一级或二级的液力放大后实现小功率信号对大功率输出的控制。由于工作介质是液压油，对油液的洁净度、温度、粘度要求非常高，这种液力放大的溢流阀的压力是间接检测值，只能构成对先导级压力的局部反馈，主阀芯上的各种干扰力的影响未能受到抑制，因此有一定的压力超调，其快速反应性能较差。且其工作压力仍然处在31.5Mpa以下状态，系统压力很难达到超高压的目标，不能满足使用要求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一是提供一种结构简单紧凑、能够适用于超高压系统的超高压阀及液压系统。

第一方面，提供一种超高压阀。

一种超高压阀，其特征在于，包括阀座、阀芯和施力部件，所述施力部件与所述阀芯之间设置有力放大机构，所述力放大机构能够将所述施力部件输出的力传递至所述阀芯，并推动所述阀芯移动。

优选地，所述力放大机构包括杠杆机构、连杆机构和/或齿轮机构。

优选地，所述杠杆机构包括杠杆和支点，所述杠杆具有与所述施力部件配合的第一端和与所述阀芯配合的第二端，所述施力部件在所述第一端的施力力臂大于所述第二端向所述阀芯的施力力臂。

优选地，所述杠杆包括与所述施力部件配合的第一杆段，以及与所述阀芯配合的第二杆段，所述第一杆段与所述第二杆段之间呈一定角度设置。

优选地，所述第一杆段和第二杆段为整体结构。

优选地，所述超高压阀为溢流阀，所述溢流阀包括阀体，所述阀体具有阀腔，所述阀座位于所述阀腔内，所述阀体上设置有流体入口和溢流出口，所述阀座上设置有溢流孔。

优选地，所述阀座的外周面上设置有第一环形槽，所述第一环形槽经连通孔与所述溢流孔连通，所述流体入口与所述第一环形槽的位置对应；和/或，

所述阀腔的侧壁上设置有第二环形槽，所述溢流出口与所述第二环形槽连通。

优选地，所述阀芯上靠近所述阀座的一端向所述阀座的方向外径逐渐减小。

优选地，所述施力部件包括电磁铁推杆以及与所述电磁铁推杆相连的比例电磁铁。

第二方面，提供一种液压系统。

一种液压系统，包括如上所述的超高压阀。

本发明提供的超高压阀在施力部件与阀芯之间设置有力放大机构，可将施力部件施加的力放大，从而使得阀能够适用于超高压系统，结构简单，成本低且对液压油洁净度要求较低，调节精度高。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出现有直动式比例溢流阀的结构示意图；

图2示出本发明具体实施方式提供的比例溢流阀的结构示意图之一；

图3示出本发明具体实施方式提供的比例溢流阀的结构示意图之二；

图4示出本发明具体实施方式提供的液压系统的结构示意图。

图中，1、比例溢流阀；11、阀体；111、流体入口；112、溢流出口；12、阀座；121、溢流孔；122、第一环形槽；123、连通孔；13、阀腔；131、第二环形槽；14；施力部件；141、电磁铁推杆；142、比例电磁铁；15、阀芯；151、阀芯头；152、阀芯杆；16、杠杆机构；161、杠杆；1611、第一杆段；1612、第二杆段；162、支点；17、调节旋钮；2、控制部件；3、比例放大器；4、液压系统。

具体实施方式

以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件并没有详细叙述。

此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。

除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

针对现有比例溢流阀功率小、反应性能差的问题，本发明提供了一种超高压阀。然而，该阀不仅限于比例溢流阀，而是同样可以用于具有阀芯、阀座并需要控制阀芯位置以调节系统压力的其他类型的阀。本发明的以下详细描述中，将主要以比例溢流阀为例，阐明本发明的超高压阀的各种实施方式。

本发明提供了一种比例溢流阀，如图2和图3所示，其包括阀体11、阀座12、阀芯15和施力部件14，阀体11内具有阀腔13，阀座12位于阀腔13内。阀体11的侧壁上设置有流体入口111和溢流出口112，流体入口111连接液压系统，溢流出口112连接储油装置，用于泄油。阀座12内设置有连通流体入口111和溢流出口112的通路，阀芯15能够在杠杆161的推动下移动以改变该通路的流通面积，进而对系统压力进行调节。

具体的，阀体11的阀腔13呈圆柱状，阀座12的中部设置有溢流孔121，溢流孔121沿阀座12的轴向延伸。溢流孔121的第一端与阀座12的第一端的端面连通，即溢流孔121的第一端为开口端，溢流孔121的第二端为盲端，阀芯15位于溢流孔121的第一端且阀芯15的轴线与溢流孔121的轴线优选重合设置。

在比例溢流阀中，施力部件14包括电磁铁推杆141以及与电磁铁推杆141相连的比例电磁铁142，通过改变通入比例电磁铁142的电流来改变电磁铁推杆141所产生的推力。施力部件14能够推动阀芯15移动，以改变阀座12内的溢流孔121的开口端开度的大小，进而调节液压系统中的压强大小。其中施力部件14也可以采用其他的施力结构，例如由弹簧等偏置结构作为施力部件，其只要能够对阀芯15提供与液压系统内的液压压力相对应的压力即可。

为提高施力部件14施加到阀芯15上的作用力，使得比例溢流阀能够适用于超高压系统，本申请中，在施力部件14与阀芯15之间设置力放大机构，施力部件14能够经力放大机构推动阀芯15移动，通过力放大机构将施力部件14施加的力放大，即，力放大机构对阀芯15的作用力大于施力部件14对力放大机构施加的力，从而能够使得通过施力部件14与力放大机构和阀芯15相配合来平衡更高的液压力，在满足大尺寸、大功率比例溢流阀要求的同时，无需增大溢流阀的尺寸和体积；使得比例溢流阀能够适用于超高压系统中，结构简单，成本低，调节精度高，不受外界温度变化引起的热胀冷缩现象的影响，故障率低，经测试，本申请提供的比例溢流阀能够在高达60Mpa的液压系统中稳定工作。优选地，所述力放大机构为机械结构，通过机械结构来对施力部件14所施加的力进行放大，不可控因素少，响应速度快，对阀芯15的油压为直接检测，没有其他因素的干扰，克服了现有液压放大机构(采用先导式比例溢流阀)存在的压力超调及其快速反应性能较差的缺点，不存在先导式比例溢流阀中滑阀的间隙移动，避免液压放大机构存在的因油液品质问题产生的卡死现象，具有使用方便、对油液洁净要求低、重复精度高、滞环小、响应速度快、动态性能好、阀芯质量小、机械摩擦力小、控制环节少等诸多优点。

力放大机构的具体结构可以选择杠杆机构、连杆机构、齿轮机构以及前述各种机构的组合等等，可根据具体的放大比例的需求、应用场合、尺寸要求等的不同来具体设置。

在一个具体的实施例中，如图2和图3所示，力放大机构为杠杆机构16，杠杆机构16包括杠杆161和支点162，杠杆161的第一端与施力部件14配合，具体地，杠杆161的第一端与电磁铁推杆141配合，杠杆161的第二端与阀芯15配合，具体地，阀芯15包括阀芯头151和阀芯杆152，杠杆161的第二端与阀芯杆152配合。施力部件14在杠杆161第一端的施力力臂L1大于杠杆161第二端向阀芯15的施力力臂L2，从而将施力部件14施加的力放大后再施加在阀芯152上。如此，电磁铁推杆141向杠杆161施加的力F1与杠杆161向阀芯杆152施加的力F2满足关系：F1*L1＝F2*L2，由于L1大于L2，因此F2大于F1，则L1/L2即为该力放大机构的放大比例，并且，由该公式可知，可通过调节L1与L2的大小来调整力放大机构的放大比例。

杠杆161的具体形状不限，可根据具体的尺寸以及结构要求进行设置，例如，杠杆161呈整体式结构，例如，如图2所示，杠杆161呈L形，包括第一杆段1611和第二杆段1612，支点162设置在第一杆段1611和第二杆段1612的交点位置或位于交点的附近，其中，第一杆段1611与阀芯杆152配合，第二杆段1612与电磁铁推杆141配合，这种方式能够实现阀芯15与施力部件14的轴线垂直布置。再例如，如图3所示，杠杆161呈直杆，这种方式能够实现阀芯15与施力部件14的轴线平行布置。

进一步优选地，阀座12的外周面上设置有第一环形槽122，第一环形槽122经连通孔123与溢流孔121连通，即连通孔123自第一环形槽122的槽底面延伸至溢流孔121，流体入口111与第一环形槽122的位置对应，如此，第一环形槽122、连通孔123以及溢流孔121形成流经阀座12的通路，液压油能够经流体入口111、第一环形槽122、连通孔123进入溢流孔121内，当液压系统中的压强过大时，液压油推动阀芯15移动，将溢流孔121打开，液压油经溢流出口112流回储油装置内。阀芯15能够在杠杆161的推动下沿轴向移动以改变溢流孔121开口端的流通面积。

其中，第一环形槽122的设置使得即使阀座12发生转动，流体入口111流入的液压油也能够进入溢流孔121内，提高比例溢流阀的使用可靠性。进一步优选地，第一环形槽122在轴向上的尺寸大于流体入口111在轴向上的尺寸，使得阀座12即使在轴向上发生少量位移也不会影响液压油的流入，进一步提高比例溢流阀的使用可靠性。

进一步优选地，在阀腔13的侧壁上设置有第二环形槽131，溢流出口112与第二环形槽131连通，即溢流出口112自第二环形槽131的槽底延伸出阀体11，第二环形槽131的设置能够对液压油提供导向作用，使得溢流的液压油汇入溢流出口112。第二环形槽131的至少部分结构位于阀座12第一端的端面的轴向外侧，保证液压油能够顺利经溢流孔121流入溢流出口112。进一步优选地，第二环形槽131在轴向上的尺寸大于溢流出口112在轴向上的尺寸，进一步避免溢流出的液压油的外流。

进一步地，为提高阀芯15的运动平稳性，保证其能够沿轴线方向移动，还设置有导向结构，用于对阀芯杆152的移动进行导向，导向结构的具体结构不限，例如可以为滚珠导轨、导向套等。

进一步优选地，阀芯15上靠近阀座12的一端向阀座12的方向外径逐渐减小，如此，能够进一步提高调节精度，提高灵敏度。在一个具体的实施例中，如图2和图3中所示，阀芯头151呈锥形结构，阀芯头151在杠杆161的推力作用下向阀座12的方向移动，阀芯头151的锥面插入阀座12的溢流孔121中，锥面与溢流孔121之间形成一个环形溢流截面，这个截面随推力的大小变化，与系统的液体压强相平衡。

该比例溢流阀的工作过程为：如图2和图3所示，当液压系统处于平衡状态时，阀芯15的受力平衡，即阀芯15受到的液压力F3与杠杆传递给阀芯15的力F2相等，阀芯15受到的液压力F3＝P*A，其中P为液压系统的液压强度，A为在轴向上液压油对阀芯15的施压面积，该面积等于阀座12的溢流孔121开口端的流通面积。

当需要将液压系统的压强升高时，控制比例电磁铁142的电信号，使得电磁铁推杆141向杠杆161施加的力F1增大，从而F2随之增大，阀芯15受到的杠杆161推力变大，造成F2>F3，阀芯15向阀座12的方向移动，导致阀芯头151与溢流孔121之间的间隙变小，进而使得溢流量变小，液压系统中的压强增大，当比例电磁铁142停止增加推力后，阀芯15停止移动，使得液压系统达到新的平衡。

而当需要将液压系统的压强降低时，控制比例电磁铁142的电信号，使得电磁铁推杆141向杠杆161施加的力F1减小，从而F2随之减小，阀芯15受到的杠杆161推力变小，造成F2<F3，阀芯15在液压的推动下向远离阀座12的方向移动，导致阀芯头151与溢流孔121之间的间隙变大，进而使得溢流量变大，液压系统中的压强减小，当比例电磁铁142停止减小推力后，阀芯15停止移动，使得液压系统达到新的平衡。

在进一步优选的实施例中，在比例溢流阀中还设置有位置调节装置，用于沿轴向调节阀座12在阀腔13内的位置，即调节阀芯15与溢流孔121之间的位置关系，进而调节对液压系统压强的调节范围，可根据具体的系统要求对阀座12的位置进行调节。位置调节装置的具体结构不限，能够方便地对阀座12的位置进行调节即可，例如，在如图2和图3所示的实施例中，位置调节装置能够沿轴向调节阀座12的位置，位置调节装置设置在阀座12的第二端，为调节旋钮17，调节旋钮17与阀座12连接，通过手动转动调节旋钮17使得阀座12沿轴向移动。

进一步地，本申请还提供了一种液压系统，包括如上所述的比例溢流阀1，具体地，如图4所示，该液压系统4还包括控制部件2和比例放大器3，通过控制部件2来控制液压系统4中的压强大小，具体方法为，控制部件2内预存有力放大机构的放大比例，控制部件2根据目标压强、液压系统4当前的压强以及放大比例调整比例电磁铁142的输入电流，进而改变对比例溢流阀1的阀芯15施加的力，以达到调节系统压强的目的。具体的计算向比例电磁铁142输入电流大小的方法在现有的直动式比例溢流阀的计算方式中引入放大比例即可，在此不再赘述。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。

应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本发明的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本发明的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种超高压阀，其特征在于，包括阀座、阀芯和施力部件，所述施力部件与所述阀芯之间设置有力放大机构，所述力放大机构能够将所述施力部件输出的力传递至所述阀芯，并推动所述阀芯移动。

2.根据权利要求1所述的超高压阀，其特征在于，所述力放大机构包括杠杆机构、连杆机构和/或齿轮机构。

3.根据权利要求2所述的超高压阀，其特征在于，所述杠杆机构包括杠杆和支点，所述杠杆具有与所述施力部件配合的第一端和与所述阀芯配合的第二端，所述施力部件在所述第一端的施力力臂大于所述第二端向所述阀芯的施力力臂。

4.根据权利要求3所述的超高压阀，其特征在于，所述杠杆包括与所述施力部件配合的第一杆段，以及与所述阀芯配合的第二杆段，所述第一杆段与所述第二杆段之间呈一定角度设置。

5.根据权利要求4所述的超高压阀，其特征在于，所述第一杆段和第二杆段为整体结构。

6.根据权利要求1至5任一项所述的超高压阀，其特征在于，所述超高压阀为溢流阀，所述溢流阀包括阀体，所述阀体具有阀腔，所述阀座位于所述阀腔内，所述阀体上设置有流体入口和溢流出口，所述阀座上设置有溢流孔。

7.根据权利要求6所述的超高压阀，其特征在于，所述阀座的外周面上设置有第一环形槽，所述第一环形槽经连通孔与所述溢流孔连通，所述流体入口与所述第一环形槽的位置对应；和/或，

所述阀腔的侧壁上设置有第二环形槽，所述溢流出口与所述第二环形槽连通。

8.根据权利要求6所述的超高压阀，其特征在于，所述阀芯上靠近所述阀座的一端向所述阀座的方向外径逐渐减小。

9.根据权利要求6所述的超高压阀，其特征在于，所述施力部件包括电磁铁推杆以及与所述电磁铁推杆相连的比例电磁铁。

10.一种液压系统，其特征在于，包括如权利要求6至9任一项所述的超高压阀。