CN106762506B - 一种能够实现双向变量的控制阀及开式液压泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种能够实现双向变量的控制阀及开式液压泵，属于液压系统技术领域，通过对开式柱塞泵变量控制机构的设计使泵斜盘能够实现双向变量，通过对泵的变量控制阀的设计使泵的变量控制机构能够得到稳定控制。对变量控制阀上两个比例电磁阀的逻辑控制，使液压泵变量机构变量缸大腔的压力比例变化，推动变量缸伸缩运动，变量缸的伸缩运动推动斜盘摆动，达到斜盘正负摆角的目的。在斜盘运动过程中斜盘摆角或变量缸位移反馈到反馈弹簧上，实现角度/位移—力反馈，反馈力与比例电磁阀的电磁力实现力平衡，达到稳定控制。本发明有效实现斜盘的双向变量，既可实现泵功能，又能实现马达功能。

Description

一种能够实现双向变量的控制阀及开式液压泵

技术领域

本发明涉及一种能够实现双向变量的控制阀及开式液压泵，属于液压系统技术领域。

背景技术

目前，市面上常用的液压泵为力士乐的A10VO/31系列和A11V系列柱塞泵，此系列油泵为开式柱塞泵，泵排量的调节由一对差动变量缸推动斜盘摆动实现，变量控制阀控制进入变量缸油液的压力，推动变量缸处于不同位置，对应于斜盘不同的摆角；复位缸缸杆与反馈杆连接，反馈杆通过弹簧作用在控制阀芯上，实现变量控制的位移-力反馈。

差动缸由变量缸、复位缸、弹簧组成，通过控制变量缸的位置变化实现斜盘摆角的改变。变量缸中设计有泄压油孔，限制斜盘最小摆角位置。差动缸的行程限制和变量控制阀的功能限制，使此系列泵无法实现斜盘的双向变量。

因此，现有的柱塞泵不能实现斜盘的双向变量，只能实现泵功能，不能实现马达功能，不能用于能量回收系统；另外，A10VO/31系列变量泵为流量控制，不能实现泵排量的电比例控制。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种能够实现双向变量的控制阀及开式液压泵，有效实现斜盘的双向变量，既可实现泵功能，又能实现马达功能。

为了实现上述目的，本发明采用的一种能够实现双向变量的控制阀，包括控制阀阀体、泵斜盘、与泵斜盘连接的变量反馈杆，及设置在控制阀阀体外且与变量反馈杆配合的比例电磁阀I和比例电磁阀II；

所述比例电磁阀I与阀杆I连接，所述阀杆I的前端设有弹簧座，所述弹簧座上设有大弹簧、小弹簧，所述小弹簧位于大弹簧的前端且小弹簧的端部设有端盖，所述端盖与变量反馈杆的一端配合；

所述比例电磁阀II与阀杆II连接，所述阀杆II的前端设有弹簧座，所述弹簧座上设有大弹簧、小弹簧，所述小弹簧位于大弹簧的前端且小弹簧的端部设有端盖，所述端盖与变量反馈杆的另一端配合；

当斜盘往一个方向摆动时，斜盘带动变量反馈杆摆动，使变量反馈杆压紧端盖，端盖通过小弹簧、大弹簧和弹簧座传递作用力到阀杆I上，使变量反馈杆的反馈力与比例电磁阀I的作用力相平衡；

当斜盘往另一个方向摆动时，斜盘带动变量反馈杆往另一方向摆动，使变量反馈杆压紧端盖，端盖通过小弹簧、大弹簧和弹簧座传递作用力到阀杆II上，使变量反馈杆的反馈力与比例电磁阀II的作用力相平衡。

作为改进，所述变量反馈杆通过固定销与泵斜盘连接。

作为改进，所述比例电磁阀I和比例电磁阀II位于控制阀阀体的同一侧。

作为改进，所述控制阀阀体由螺栓固定连接至泵本体上。

本发明还提供了另一种能够实现双向变量的控制阀，包括控制阀阀体、一端设置在控制阀阀体内的变量反馈杆、及对称设置在变量反馈杆两侧的比例电磁阀I和比例电磁阀II，所述变量反馈杆的另一端与变量缸连接；

所述比例电磁阀I与阀杆I连接，所述阀杆I的前端设有弹簧座，弹簧座的前端设有弹簧、端盖；所述比例电磁阀II与阀杆II连接，所述阀杆II的前端设有弹簧座，弹簧座的前端设有弹簧、端盖；

所述变量缸带动变量反馈杆往一方向摆动，使变量反馈杆压紧端盖，端盖通过弹簧和弹簧座传递作用力到阀杆I或阀杆II上，使变量反馈杆的反馈力与比例电磁阀I或比例电磁阀II的作用力相平衡。

作为改进，所述比例电磁阀I中的弹簧座通过限位螺钉I固定在控制阀阀体内。

作为进一步改进，所述比例电磁阀II中的弹簧座通过限位螺钉II固定在控制阀阀体内。

作为改进，所述变量缸设置在控制阀阀体的下端。

另外，本发明还提供了一种开式液压泵，该开式液压泵含有上述任一项所述控制阀。

作为改进，该开式液压泵包括泵本体、变量控制阀、及分别位于泵本体内的变量缸、复位缸和梭阀II；

所述变量控制阀包括位于泵本体内的泵斜盘、反向斜盘位置反馈弹簧、比例电磁阀YII、反向机械限位装置、梭阀I、正向机械限位装置、压力切断阀、正向斜盘位置反馈弹簧和比例电磁阀YI；

所述变量缸内设有变量反馈杆，所述变量缸、复位缸分别与泵斜盘相连，所述梭阀II的进油口分别与工作油口B和外控油口G相连，通过梭阀II控制压力油进入比例电磁阀YI、比例电磁阀YII和压力切断阀；

当比例电磁阀YI得到不同电流、比例电磁阀YII不得电时，该液压泵实现电比例泵功能；当比例电磁阀YII得到不同电流、比例电磁阀YI不得电时，该液压泵实现电比例马达功能。

与现有技术相比，本发明通过变量控制阀控制变量机构的方式，实现斜盘正负摆角，达到电比例排量控制泵和马达的功能，具有如下优点：

1)壳体、柱塞、缸体等基础部件无需改变，只需将变量机构和控制阀块进行更改设计即可实现多功能变量控制，元件成本低。

2)通过内置电磁阀控制逻辑，保证电比例排量控制的泵功能，且通过斜盘角度机械反馈或者变量缸行程反馈与电比例阀调节，实现马达工况电比例控制功能。

附图说明

图1为本发明的一种控制阀的结构示意图；

图2为本发明的第二种控制阀的结构示意图；

图3为本发明的液压原理结构示意图；

图中：1、控制阀阀体，2、变量反馈杆，3、端盖，4、小弹簧，5、大弹簧，6、弹簧座，7、阀杆I，8、阀杆II，9、比例电磁阀I，10、比例电磁阀II，11、弹簧，12、限位螺钉I，13、限位螺钉II，14、变量缸，15、泵本体，16、复位缸，17、反向斜盘位置反馈弹簧，18、比例电磁阀YII，19、反向机械限位装置，20、梭阀I，21、正向机械限位装置，22、压力切断阀，23、正向斜盘位置反馈弹簧，24、比例电磁阀YI，25、梭阀II。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同，本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

一种开式液压泵，包括泵本体15和变量控制阀，所述泵本体15内设置变量缸14、复位缸16和梭阀II25；

所述变量控制阀包括位于泵本体15内的泵斜盘、反向斜盘位置反馈弹簧17、比例电磁阀YII18、反向机械限位装置19、梭阀I20、正向机械限位装置21、压力切断阀22、正向斜盘位置反馈弹簧23和比例电磁阀YI24；

所述变量缸14内设有变量反馈杆2，所述变量缸14、复位缸16分别与泵斜盘相连，所述梭阀II25的进油口分别与工作油口B和外控油口G相连，通过梭阀II25控制压力油进入比例电磁阀YI24、比例电磁阀YII18和压力切断阀22；

当比例电磁阀YI24得到不同电流、比例电磁阀YII18不得电时，该液压泵实现电比例泵功能；当比例电磁阀YII18得到不同电流、比例电磁阀YI24不得电时，该液压泵实现电比例马达功能。该液压泵的液压原理如图3所示。

该液压泵的具体实现方式如下所述：

1)初始状态。比例电磁阀YI失电，比例电磁阀YII失电。

实现方式：泵未启动情况下，斜盘在复位弹簧作用下处于泵状态最大排量位置，斜盘角度为a°。泵启动后，泵处在0排量，斜盘角度摆到0°。

2)电比例控制泵功能。比例电磁阀YI从0到最大比例控制，比例电磁阀YII失电。

实现方式：比例电磁阀YI 24得电，泵内部控制油通过比例电磁阀YI 24、压力切断阀22、梭阀I 20进入变量控制缸大腔，比例电磁阀YI 24、压力切断阀22、梭阀I 20进入变量控制缸大腔，改变比例电磁阀YI 24控制电流，可实现泵排量比例控制；

正向斜盘位置反馈弹簧23反馈斜盘0°到a°的变化量，比例电磁阀YI 24的输入电流和正向斜盘位置反馈弹簧23的力平衡共同保证泵工况下的比例排量控制特性；

反向机械限位装置19切断正向斜盘位置反馈弹簧23对变量反馈杆2的作用力，使正向斜盘位置反馈弹簧23对变量反馈杆2没有影响。

当泵的输出压力达到压力切断阀22的设定压力时，压力切断阀22换向至左位，斜盘摆至0°，系统不再输出流量，防止泵超载。

3)电比例控制马达功能。比例电磁阀YI得电(最大电流)，比例电磁阀YII从0到最大比例控制。

实现方式：比例电磁阀YI24保持最大控制电流，比例电磁阀YI24处于左位，变量缸大腔无压力。当G口连接外部控制油，外部高压控制油通过梭阀II25、比例电磁阀YII18、梭阀I20进入变量控制缸大腔，高压控制油使变量缸行程增大，把斜盘推向负摆角。改变比例电磁阀YII18控制电流，可实现马达排量比例控制。

反向斜盘位置反馈弹簧17反馈斜盘0°到-a°的变化量，比例电磁阀YII18的输入电流和反向斜盘位置反馈弹簧17的力平衡共同保证马达工况下的比例排量控制特性。

正向机械限位装置21切断反向斜盘位置反馈弹簧17对变量反馈杆2的作用力，使反向斜盘位置反馈弹簧17对变量反馈杆2没有影响。

需要说明的是：若在泵工况，控制马达的比例电磁阀YII意外得电，则将处于泵最小排量位置；若在马达工况，控制泵的比例电磁阀YI意外失电，则将处于马达最大排量位置。这两种情况的发生，本装置均向安全方向变量，不会出现危险状态。

上述液压泵中采用的实现双向变量的控制阀的结构可通过多种方式实现。本发明仅列举两例作为实施例。

第一种控制阀的结构如图1所示。该控制阀包括控制阀阀体1和泵斜盘，所述控制阀阀体1内设有与泵斜盘连接的变量反馈杆2，及设置在控制阀阀体1外且与变量反馈杆2配合的比例电磁阀I9和比例电磁阀II10；

所述比例电磁阀I9与阀杆I7连接，所述阀杆I7的前端设有弹簧座6，所述弹簧座6上设有大弹簧5、小弹簧4，所述小弹簧4位于大弹簧5的前端且小弹簧4的端部设有端盖3，所述端盖3与变量反馈杆2的一端配合；

所述比例电磁阀II10与阀杆II8连接，所述阀杆II8的前端设有弹簧座6，所述弹簧座6上设有大弹簧5、小弹簧4，所述小弹簧4位于大弹簧5的前端且小弹簧4的端部设有端盖3，所述端盖3与变量反馈杆2的另一端配合；

当斜盘往一个方向摆动时，斜盘带动变量反馈杆2摆动，使变量反馈杆2压紧端盖3，端盖3通过小弹簧4、大弹簧5和弹簧座6传递作用力到阀杆I7上，使变量反馈杆2的反馈力与比例电磁阀I9的作用力相平衡；

当斜盘往另一个方向摆动时，斜盘带动变量反馈杆2往另一方向摆动，使变量反馈杆2压紧端盖3，端盖3通过小弹簧4、大弹簧5和弹簧座6传递作用力到阀杆II8上，使变量反馈杆2的反馈力与比例电磁阀II10的作用力相平衡。

作为实施例的改进，所述变量反馈杆2通过固定销与泵斜盘连接。

作为实施例的改进，所述比例电磁阀I9和比例电磁阀II10位于控制阀阀体1的同一侧。

作为实施例的改进，所述控制阀阀体1由螺栓固定连接至泵本体15上。

具体如图1所示，比例电磁阀II10和阀杆II8控制着二次元件的泵工况，P口进入的控制油通过A口进入变量缸大腔，改变比例电磁阀II10电流大小，控制泵排量大小；

比例电磁阀I9和阀杆I7控制着二次元件的马达工况，此时比例电磁阀II10得最大电流，P口进入的控制油通过阀杆I7使斜盘摆向负摆角，改变比例电磁阀I9电流大小，控制马达排量大小。

变量反馈杆2与泵的斜盘连接，斜盘摆动的角度反馈到阀杆上，实现力平衡，达到稳定控制的目的。

还可以采用另外一种结构形式的控制阀，如图2所示。

一种能够实现双向变量的控制阀，包括控制阀阀体1、一端设置在控制阀阀体1内的变量反馈杆2、及对称设置在变量反馈杆2两侧的比例电磁阀I9和比例电磁阀II10，所述变量反馈杆2的另一端与变量缸14连接；

所述比例电磁阀I9与阀杆I7连接，所述阀杆I7的前端设有弹簧座6，弹簧座6的前端设有弹簧11、端盖3；所述比例电磁阀II10与阀杆II8连接，，所述阀杆II8的前端设有弹簧座6，弹簧座6的前端设有弹簧11、端盖3；

所述变量缸14带动变量反馈杆2往一方向摆动，使变量反馈杆2压紧端盖3，端盖3通过弹簧11和弹簧座6传递作用力到阀杆I7或阀杆II8上，当变量反馈杆2压紧阀杆I7一侧的端盖3，端盖3通过弹簧11和弹簧座6传递作用力到阀杆I7上，使变量反馈杆2的反馈力与比例电磁阀I9的作用力相平衡；当变量反馈杆2压紧阀杆II8一侧的端盖3，端盖3通过弹簧11和弹簧座6传递作用力到阀杆II8上，使变量反馈杆2的反馈力与比例电磁阀II10的作用力相平衡。

作为实施例的改进，所述比例电磁阀I9中的弹簧座6通过限位螺钉I12固定在控制阀阀体1内；进一步的，所述比例电磁阀II10中的弹簧座6通过限位螺钉II13固定在控制阀阀体1内。

作为实施例的改进，所述变量缸14设置在控制阀阀体1的下端。

同样在图2中，比例电磁阀II10和阀杆II8控制着二次元件的泵工况，P口进入的控制油通过A口进入变量缸大腔，改变比例电磁阀II电流大小，控制泵排量大小。

比例电磁阀I9和阀杆I7控制着二次元件的马达工况，此时比例电磁阀II10得最大电流，P口进入的控制油通过阀杆I7使斜盘摆向负摆角，改变比例电磁阀I电流大小，控制马达排量大小。

与图1不同的是，在图2中，变量反馈杆2与泵的变量连接，变量缸14的行程反馈到阀杆上，实现力平衡，达到稳定控制的目的。

本发明通过变量控制阀控制变量机构的方式，实现斜盘正负摆角，达到电比例排量控制泵和马达的功能，具有如下优点：

1)壳体、柱塞、缸体等基础部件无需改变，只需将变量机构和控制阀块进行更改设计即可实现多功能变量控制，元件成本低。

2)通过内置电磁阀控制逻辑，保证电比例排量控制的泵功能，且通过斜盘角度机械反馈或者变量缸行程反馈与电比例阀调节，实现马达工况电比例控制功能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种能够实现双向变量的控制阀，其特征在于，包括控制阀阀体(1)、泵斜盘、与泵斜盘连接的变量反馈杆(2)，及设置在控制阀阀体(1)外且与变量反馈杆(2)配合的比例电磁阀I(9)和比例电磁阀II(10)；

所述比例电磁阀I(9)与阀杆I(7)连接，所述阀杆I(7)的前端设有一弹簧座(6)，所述阀杆I(7)前端的弹簧座(6)上设有大弹簧(5)、小弹簧(4)，所述小弹簧(4)位于大弹簧(5)的前端且小弹簧(4)的端部设有端盖(3)，所述端盖(3)与变量反馈杆(2)的一端配合；

所述比例电磁阀II(10)与阀杆II(8)连接，所述阀杆II(8)的前端设有另一弹簧座(6)，所述阀杆II(8)前端的弹簧座(6)上设有大弹簧(5)、小弹簧(4)，所述小弹簧(4)位于大弹簧(5)的前端且小弹簧(4)的端部设有端盖(3)，所述端盖(3)与变量反馈杆(2)的另一端配合；

当斜盘往一个方向摆动时，斜盘带动变量反馈杆(2)摆动，使变量反馈杆(2)压紧端盖(3)，端盖(3)通过小弹簧(4)、大弹簧(5)和弹簧座(6)传递作用力到阀杆I(7)上，使变量反馈杆(2)的反馈力与比例电磁阀I(9)的作用力相平衡；

当斜盘往另一个方向摆动时，斜盘带动变量反馈杆(2)往另一方向摆动，使变量反馈杆(2)压紧端盖(3)，端盖(3)通过小弹簧(4)、大弹簧(5)和弹簧座(6)传递作用力到阀杆II(8)上，使变量反馈杆(2)的反馈力与比例电磁阀II(10)的作用力相平衡。

2.根据权利要求1所述的一种能够实现双向变量的控制阀，其特征在于，所述变量反馈杆(2)通过固定销与泵斜盘连接。

3.根据权利要求2所述的一种能够实现双向变量的控制阀，其特征在于，所述比例电磁阀I(9)和比例电磁阀II(10)位于控制阀阀体(1)的同一侧。

4.根据权利要求1或2所述的一种能够实现双向变量的控制阀，其特征在于，所述控制阀阀体(1)由螺栓固定连接至泵本体(15)上。

5.一种能够实现双向变量的控制阀，其特征在于，包括控制阀阀体(1)、一端设置在控制阀阀体(1)内的变量反馈杆(2)、及对称设置在变量反馈杆(2)两侧的比例电磁阀I(9)和比例电磁阀II(10)，所述变量反馈杆(2)的另一端与变量缸(14)连接；

所述比例电磁阀I(9)与阀杆I(7)连接，所述阀杆I(7)的前端设有弹簧座(6)，弹簧座(6)的前端设有弹簧(11)、端盖(3)；所述比例电磁阀II(10)与阀杆II(8)连接，所述阀杆II(8)的前端设有弹簧座(6)，弹簧座(6)的前端设有弹簧(11)、端盖(3)；

所述变量缸(14)带动变量反馈杆(2)往一方向摆动，使变量反馈杆(2)压紧端盖(3)，端盖(3)通过弹簧(11)和弹簧座(6)传递作用力到阀杆I(7)或阀杆II(8)上，使变量反馈杆(2)的反馈力与比例电磁阀I(9)或比例电磁阀II(10)的作用力相平衡。

6.根据权利要求5所述的一种能够实现双向变量的控制阀，其特征在于，所述比例电磁阀I(9)中的弹簧座(6)通过限位螺钉I(12)固定在控制阀阀体(1)内。

7.根据权利要求6所述的一种能够实现双向变量的控制阀，其特征在于，所述比例电磁阀II(10)中的弹簧座(6)通过限位螺钉II(13)固定在控制阀阀体(1)内。

8.根据权利要求5或6所述的一种能够实现双向变量的控制阀，其特征在于，所述变量缸(14)设置在控制阀阀体(1)的下端。

9.一种开式液压泵，其特征在于，该开式液压泵含有权利要求1-8任一项所述控制阀。

10.根据权利要求9所述的一种开式液压泵，其特征在于，包括泵本体(15)、变量控制阀、及分别位于泵本体(15)内的变量缸(14)、复位缸(16)和梭阀II(25)；

所述变量控制阀包括位于泵本体(15)内的泵斜盘、反向斜盘位置反馈弹簧(17)、比例电磁阀YII(18)、反向机械限位装置(19)、梭阀I(20)、正向机械限位装置(21)、压力切断阀(22)、正向斜盘位置反馈弹簧(23)和比例电磁阀YI(24)；

所述变量缸(14)内设有变量反馈杆(2)，所述变量缸(14)、复位缸(16)分别与泵斜盘相连，所述梭阀II(25)的进油口分别与工作油口B和外控油口G相连，通过梭阀II(25)控制压力油进入比例电磁阀YI(24)、比例电磁阀YII(18)和压力切断阀(22)；

当比例电磁阀YI(24)得到不同电流、比例电磁阀YII(18)不得电时，该液压泵实现电比例泵功能；当比例电磁阀YII(18)得到不同电流、比例电磁阀YI(24)不得电时，该液压泵实现电比例马达功能。