CN107218262B - 一种机液节流调速控制阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机液节流调速控制阀，包括阀体、柱塞式阀芯、顶簧和顶杆，阀体中开设有柱塞腔，以及分别与柱塞腔连通的正腔油口和反腔油口，阀芯设置于阀体的柱塞腔中且使阀芯的周壁与柱塞腔的周壁之间滑动配合，阀芯的周壁中部沿周向开设有环槽，顶簧设置于阀芯的一端与阀体的柱塞腔一端壁之间，顶杆的一端固定于阀芯相对于顶簧的另一端，且使顶杆的另一端伸出阀体。其具有结构简单、使用方便、响应速度快、控制精度高、安全稳定的优点，将其应用在液压系统中可实现快速节流、建压的目的，特别适合大吨位快速旋转、举升液压系统使用。

Description

一种机液节流调速控制阀

技术领域

本发明涉及一种阀门，具体涉及一种可通过机械结构改变阀芯位移从而控制流量和压力的机液节流调速控制阀。

背景技术

举升液压系统中，为适应不同旋转角度、举升位置下快速响应的流量、压力需求，需要在旋转角度、举升位置变化的同时进行流量、压力调节，以实现快速节流、建压的目的。特别是对于大吨位快速旋转液压系统，在负载过质量重心之后，受液压系统压力、负载重力、运动惯性等综合因素的影响，负载后倾速度非常快，速度可达3～4度/秒，此时液压系统若不能快速节流、有效建压，很容易造成大吨位负载速度失控、失速后倾，进而引发安全事故。现有液压系统对流量、压力进行控制的方式主要有数字控制、比例控制和机械控制。数字控制是通过数字控制阀件实现的，其响应时间一般需要3～8秒，存在响应速度慢的问题，无法保证快速节流、建压。比例控制是通过比例控制阀实现的，虽然比例控制阀本身的动作响应时间较快，但需要进行采集位置信号、判断动作趋势、确定控制策略、发出控制信号等一系列电控闭环，受信号采样频率、判断计算速度、控制信号频率等电控因素影响，其全响应周期也在秒级以上，且存在控制难度大、运行不稳定的问题。机械控制是将阀件位移与执行结构机械连接，通过控制执行机构的位移迅速改变阀件的行程，进而改变流量和压力，具有响应速度快的优点。但现有采用机械控制的阀件存在结构复杂、容易损坏、控制不准确的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种机液节流调速控制阀，其具有结构简单、使用方便、响应速度快、控制精度高、安全稳定的优点，将其应用在液压系统中可实现快速节流、建压的目的，特别适合大吨位快速旋转、举升液压系统使用。

为解决现有技术中的液压系统其流量压力控制方式存在的响应速度慢、控制难度大、运行不稳定、结构复杂、准确度差的问题，本发明提供了一种机液节流调速控制阀，包括阀体、柱塞式阀芯、顶簧和顶杆，所述阀体中开设有柱塞腔，以及分别与柱塞腔连通的正腔油口和反腔油口，所述阀芯设置于阀体的柱塞腔中且使阀芯的周壁与柱塞腔的周壁之间滑动配合，阀芯的周壁中部沿周向开设有环槽，所述顶簧设置于阀芯的一端与阀体的柱塞腔一端壁之间，所述顶杆的一端固定于阀芯相对于顶簧的另一端，且使顶杆的另一端伸出阀体。

进一步的，本发明一种机液节流调速控制阀，其中，所述阀体中还开设有第一流道和第二流道，所述第一流道和第二流道的一端对应与正腔油口和反腔油口连通，第一流道和第二流道的另一端相互连通并在连通处设有从第二流道到第一流道开启的单向阀。

进一步的，本发明一种机液节流调速控制阀，其中，所述阀体中还开设有连通第一流道和第二流道的节流孔。

进一步的，本发明一种机液节流调速控制阀，其中，所述环槽一端或两端的侧壁设为锥面。

本发明一种机液节流调速控制阀与现有技术相比，具有以下优点：(1)本发明通过设置阀体、柱塞式阀芯、顶簧和顶杆，并在阀体中开设柱塞腔，以及分别与柱塞腔连通的正腔油口和反腔油口，让阀芯设置于阀体的柱塞腔中且使阀芯的周壁与柱塞腔的周壁之间滑动配合，在阀芯的周壁中部沿周向开设环槽，并让顶簧设置于阀芯的一端与阀体的柱塞腔一端壁之间，让顶杆的一端固定于阀芯相对于顶簧的另一端，且使顶杆的另一端伸出阀体。由此就构成了一种结构简单、使用方便、响应速度快、控制精度高、安全稳定的机液节流调速控制阀，将其应用到液压系统中，并使顶杆伸出的一端与位移控制机构机械连接，根据“阀芯位移——正腔节流面积——节流流量和压差”的匹配设计，通过位移控制机构控制阀芯位移即可实现快速节流、建压的目的。具体过程如下：应用在举升液压系统中，初始状态下，阀芯处在预设位置并通过其周壁上的环槽使正腔油口与反腔油口连通。举升时，液压油液从正腔油口进入阀芯的环槽，并从反腔油口回油，当通过位移控制机构逐步驱使顶杆和阀芯向反腔油口的一侧移动时，正腔油口的面积逐渐减小，反腔油口的面积逐渐增大，此时为进油节流形式。此时，通过阀芯的液压油液流量逐渐减小，同时正反腔之间的压差逐渐增大，从而实现节流、建压的目的。通过本发明调节液压缸通过的流量，同时提供一定的背压，能减缓大吨位负载后倾的速度，尤其是在举升机构过重心之后，提供的背压能对负载起到支撑、平衡、减缓速度的作用，可有效防止负载失速和过快后倾。在回收时，位移控制机构逐步回位，顶杆和阀芯在顶簧复位力的作用下逐步向正腔油口的一侧移动，液压油液从反腔油口进入阀芯的环槽，并从正腔油口回油，反腔油口的面积逐渐减小，正腔油口的面积逐渐增大，直至阀芯和液压系统回到初始状态。(2)作为优化方案，本发明在阀体中还开设了第一流道和第二流道，并让第一流道和第二流道的一端对应与正腔油口和反腔油口连通，让第一流道和第二流道的另一端相互连通且在连通处设置从第二流道到第一流道开启的单向阀。在举升液压系统回收初始时，当阀芯被推至行程末端并使正反腔之间完全关闭的情况下，反腔油口的液压油液通常无法正常流至正腔油口进行回油，很容易导致憋压过高，无法回收。而通过设置第一流道、第二流道和单向阀，在回收初始时，反腔油口的液压油液压力会推动单向阀的芯阀并开启，从而导通反腔油口和正腔油口，实现回收时的快速启动和正常回收的目的。而这一结构设置在举升过程中，液压油液是从正腔油口进油的，单向阀在其弹簧预紧力的作用下会保持阀口关闭，保证了举升过程中节流、建压控制的准确性。(3)作为进一步优化方案，本发明还在阀体中开设了连通第一流道和第二流道的节流孔。在举升液压系统举升过程中，当阀芯被推至完全关闭或因故障卡滞在完全关闭的位置时，液压油液是无法从正腔油口通过阀芯的环槽到达反腔油口的，此时很容易导至控制阀本身以及与正腔油口连接的液压油缸异常憋压，进而引发安全事故。而通过设置节流孔可使液压油液在此状态下通过，有效避免了因憋压过大造成安全事故的问题，提高了安全性。

下面结合附图所示具体实施方式对本发明一种机液节流调速控制阀作进一步详细说明：

附图说明

图1为本发明一种机液节流调速控制阀的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示本发明一种机液节流调速控制阀的具体实施方式，包括阀体1、柱塞式阀芯2、顶簧3和顶杆4。在阀体1中开设柱塞腔11，以及分别与柱塞腔11连通的正腔油口12和反腔油口13。让阀芯2设置于阀体1的柱塞腔11中且使阀芯2的周壁与柱塞腔11的周壁之间滑动配合，并在阀芯2的周壁中部沿周向开设环槽21，以便通过环槽21可连通正腔油口12和反腔油口13，环槽21的宽度应根据正腔油口12和反腔油口13的宽度以及两者之间的距离匹配设计。让顶簧3设置于阀芯2的一端与阀体1的柱塞腔11一端壁之间，让顶杆4的一端固定于阀芯2相对于顶簧3的另一端，且使顶杆4的另一端伸出阀体1。

通过以上结构设置就构成了一种结构简单、使用方便、响应速度快、控制精度高、安全稳定的机液节流调速控制阀。将其应用到液压系统中，并使顶杆4伸出的一端与位移控制机构机械连接，根据“阀芯位移——正腔节流面积——节流流量和压差”的匹配设计，通过位移控制机构控制阀芯2的位移即可实现快速节流、建压的目的。具体过程如下：应用在举升液压系统中，初始状态下，阀芯2处在预设位置并通过其周壁上的环槽21使正腔油口12与反腔油口13连通。举升时，液压油液从正腔油口12进入阀芯2的环槽21，并从反腔油口13回油，当通过位移控制机构逐步驱使顶杆4和阀芯2向反腔油口13的一侧移动时，正腔油口12的面积121逐渐减小，反腔油口13的面积131逐渐增大，此时为进油节流形式。此时，通过阀芯2的液压油液流量逐渐减小，同时正反腔之间的压差逐渐增大，从而实现节流、建压的目的。通过本发明调节液压缸通过的流量，同时提供一定的背压，能减缓大吨位负载后倾的速度，尤其是在举升机构过重心之后，提供的背压能对负载起到支撑、平衡、减缓速度的作用，可有效防止负载失速和过快后倾。在回收时，位移控制机构逐步回位，顶杆4和阀芯2在顶簧3的复位力作用下逐步向正腔油口12的一侧移动，液压油液从反腔油口13进入阀芯2的环槽21，并从正腔油口12回油，反腔油口13的面积131逐渐减小，正腔油口12的面积121逐渐增大，直至阀芯2和液压系统回到初始状态。需要说明的是，本发明一种机液节流调速控制阀不限于应用于举升液压系统中，应用于其他液压系统中同样可实现快速节流、建压的技术目的。

作为优化方案，本具体实施方式还在阀体1中开设了第一流道14和第二流道15，并使第一流道14和第二流道15的一端对应与正腔油口12和反腔油口13连通，使第一流道14和第二流道15的另一端相互连通，并在连通处设置从第二流道15到第一流道14开启的单向阀5。在举升液压系统回收初始时，当阀芯2被推至行程末端并使正反腔之间完全关闭的情况下，反腔油口13的液压油液通常无法正常流至正腔油口12进行回油，很容易导致憋压过高，无法回收。而通过设置第一流道14、第二流道15和单向阀5，在回收初始时，反腔油口13的液压油液压力会推动单向阀5的芯阀并开启，从而导通反腔油口13和正腔油口14，实现了回收时的快速启动和正常回收的目的。而这一结构设置在举升过程中，液压油液是从正腔油口12进油的，单向阀5在其弹簧预紧力的作用下会保持阀口关闭，保证了举升过程中节流、建压控制的准确性。

作为进一步优化方案，本具体实施方式在阀体1中还开设了连通第一流道14和第二流道15的节流孔16。在举升液压系统举升过程中，当阀芯2被推至完全关闭或因故障卡滞在完全关闭的位置时，液压油液是无法从正腔油口12通过阀芯2的环槽21到达反腔油口13的，此时很容易导至控制阀本身以及与正腔油口12连接的液压油缸异常憋压，进而引发安全事故。而通过设置节流孔16可使液压油液在此状态下通过，有效避免了因憋压过大造成安全事故的问题，提高了安全性。

需要说明的是，本发明一种机液节流调速控制阀在制备时，应根据“阀芯位移——正腔节流面积——节流流量和压差”的对应关系匹配设计，且可通过让环槽21的一端或两端的侧壁设为锥面以使正腔油口或/和反腔油口形成异形阀口。在实际应用中，与顶杆4机械连接的位移控制机可采用凸轮机构等多种形式。

作为具体实施方式，为帮助本领域技术人员理解本发明，下面以凸轮机构作为位移控制机并以举升液压系统为例对本发明进行简略说明，凸轮的轮廓曲线根据“凸轮的旋转角度与阀芯位移的对应关系”匹配设计。

如图1所示，在凸轮6围绕其旋转回转中心转动时，凸轮6的轮廓线就会随着转角变化而变化。假设举升转角增大时，凸轮6顺时针转动，设计轮廓曲面推动顶杆4和阀芯2向反腔油口13一侧移动，并压紧顶簧3；而举升转角减小时，凸轮6逆时针转动，其轮廓曲面缩短，顶杆4、阀芯2在顶簧3的复位力作用下向正腔油口12一侧移动，并使顶杆4保持压紧在凸轮6上。

凸轮6在初始位置时，顶杆4在顶簧3的预紧力作用下压紧在凸轮6上，并通过阀芯2的环槽21使正腔油口12与反腔油口13连通。举升时，举升角度逐渐增大，凸轮6顺时针转动，凸轮6推动顶杆4及阀芯2逐渐向反腔油口12一侧移动，液压油液从正腔油口12进入阀芯的环槽21，并从反腔油口13回油。正腔油口12的面积121逐渐减小，反腔油口13的面积131逐渐增大，此时为进油节流形式，通过阀芯2的液压油液流量逐渐减小，同时正反腔之间的压差逐渐增大，实现了节流、建压的目的。直至举升角度最大，阀芯被完全关闭，正腔油口12的面积121减小为零，而反腔油口13的面积131增到最大。在此过程中，通过本发明的机液节流调速控制阀调节举升液压缸通过的流量，同时提供一定的背压，能减缓大吨位负载后倾的速度，尤其是在举升机构过重心之后，提供的背压可对负载起到支撑、平衡、减缓速度作用，有效防止了负载失速和过快后倾。回收时，举升角度逐渐减小，凸轮6逆时针转动，顶杆4和阀芯2在顶簧3的复位力作用下向正腔油口12一侧移动，液压油液从反腔油口13进入阀芯2的环槽21，并从正腔油口12回油，反腔油口13的面积131逐渐减小，而正腔油口12的面积121逐渐增大，直至阀芯2和液压系统的举升机构回到初始位置。

本发明一种机液节流调速控制阀具有流量压力控制准确、运行稳定、重复精度高、滞环小的特点。应用于大吨位负载快速旋转、举升的液压系统中，取得了良好的使用效果。通过节流流量、压力与大吨位负载旋转角度、举升位置的匹配适应，实现了节流建压迅速、稳定、准确。阀芯与位移控制机构通过机械连接，不需要电控信号即可实时调节液压缸通过的流量，且具有响应速度快的优点，机械行程的改变会瞬时反应在控制阀的流量、压力。其集成的单向阀和节流孔，还可起到反向通油和安全保护的作用，安全稳定性较强。

以上实施例仅是对本发明优选实施方式进行的描述，并非对本发明请求保护范围进行的限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域工程技术人员依据本发明的技术方案做出的各种形式的变形，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (3)

1.一种机液节流调速控制阀，包括阀体(1)、柱塞式阀芯(2)、顶簧(3)和顶杆(4)，其特征在于，所述阀体(1)中开设有柱塞腔(11)，以及分别与柱塞腔(11)连通的正腔油口(12)和反腔油口(13)，所述柱塞式阀芯(2)设置于阀体(1)的柱塞腔(11)中且使柱塞式阀芯(2)的周壁与柱塞腔(11)的周壁之间滑动配合，柱塞式阀芯(2)的周壁中部沿周向开设有环槽(21)，所述顶簧(3)设置于柱塞式阀芯(2)的一端与阀体(1)的柱塞腔(11)一端壁之间，所述顶杆(4)的一端固定于柱塞式阀芯(2)相对于顶簧(3)的另一端，且使顶杆(4)的另一端伸出阀体(1)；

所述阀体(1)中还开设有第一流道(14)和第二流道(15)，所述第一流道(14)和第二流道(15)的一端对应与正腔油口(12)和反腔油口(13)连通，第一流道(14)和第二流道(15)的另一端相互连通并在连通处设有从第二流道(15)到第一流道(14)开启的单向阀(5)。

2.按照权利要求1所述的一种机液节流调速控制阀，其特征在于，所述阀体(1)中还开设有连通第一流道(14)和第二流道(15)的节流孔(16)。

3.按照权利要求2所述的一种机液节流调速控制阀，其特征在于，所述环槽(21)一端或两端的侧壁设为锥面。