CN107725515A - 液压阀 - Google Patents

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Abstract

一种液压阀包括：阀芯；阀体，其限定出用于容纳阀芯的阀腔，其中，阀芯适于在阀腔内沿着轴向方向直线往复运动，阀腔至少包括压力腔和第一工作腔，压力腔和第一工作腔之间设有位于阀体上的第一阀体凸台，阀芯具有适于与第一阀体凸台接触或轴向脱开的第一阀芯凸台，以液压隔离或连通压力腔和第一工作腔；其中，压力腔设有用于降低液压阀内的稳态液动力的径向向内凸出的阀腔导流结构；和/或第一阀体凸台面向压力腔的一侧设有用于降低液压阀内的稳态液动力的第一导流斜坡；和/或阀芯设有用于通过改变液压流体从压力腔到第一工作腔的流动路径降低液压阀内的稳态液动力的第一阀芯导流结构。本发明的液压阀具有较低的稳态液动力，可低成本实施。

Description

液压阀
技术领域
本发明涉及一种液压阀，尤其是具有低的稳态液动力的液压阀。
背景技术
与机械传动装置等其他类型的传动装置相比，液压传动装置具有体积小、重量轻、动作灵敏、可实现频繁启动和换向、操纵简单和易于控制等诸多优点。因此，目前在许多机械设备中得到了广泛应用。
在各种液压传动装置中，液压控制阀是必不可少的元件，其是指液压传动中用于控制流体压力、流量和方向的元件，其中常见的一种液压控制阀为滑阀。
为了精确控制滑阀，需要对滑阀的受力和工作过程进行深入研究。作用在滑阀上的液压力、推力、弹簧力通常都是可控和可预知的。然而，液压流体流经阀口时，由于流动方向和流速的变化会造成液压流体动量的改变，阀芯会受到附加作用力，即液动力，这种力同样会影响对阀芯的控制。液动力通常随阀的开口的大小、通过流量的大小、入口压力等变化。
液动力可以分为稳态液动力和瞬态液动力，所谓的稳态液动力是指阀的开口量一定时，液压流体通过阀口时因动量变化而作用在阀芯上的使阀趋于关闭的力。因此，稳态液动力会增大操纵滑阀所需的力，尤其是在高压大流量的情况下，对滑阀的操控有着明显不利影响，甚至会出现液动力大于操控力而使阀芯动作失效的情况。因此，如何减小或抵消稳态液动力一直是液压领域广受关注的问题。
目前的解决方法主要有：1)通过设计阀腔使流入和流出阀腔的液压流体的轴向动量不变，从而减小轴向液动力；2)使用先导阀控制主阀芯。然而，无论使用哪种方法，都会使滑阀的铸造和机加工过程变得复杂，而且还可能需要使用附加的先导阀，所有这些都会增大滑阀的成本。目前的阀腔设计这种方式比较复杂，不利于加工和制造。
因此，目前迫切需要一种简单的设计来降低滑阀的稳态液动力。稳态液动力的降低，反过来又会进一步简化滑阀的设计和降低滑阀的成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种设计简单、具有低的稳态液动力且可低成本实施的液压阀。
为此，根据本发明，提供了一种液压阀，包括：阀芯；阀体，其限定出用于容纳阀芯的阀腔，其中，所述阀芯适于在阀腔内沿着轴向方向直线往复运动，所述阀腔至少包括压力腔和第一工作腔，所述压力腔和第一工作腔之间设有位于阀体上的第一阀体凸台，所述阀芯具有适于与第一阀体凸台接触或轴向脱开的第一阀芯凸台，以液压隔离或连通压力腔和第一工作腔；其中，所述压力腔设有用于降低液压阀内的稳态液动力的径向向内凸出的阀腔导流结构；和/或所述第一阀体凸台面向压力腔的一侧设有用于降低液压阀内的稳态液动力的第一导流斜坡；和/或所述阀芯设有用于通过改变液压流体从压力腔到第一工作腔的流动路径降低液压阀内的稳态液动力的第一阀芯导流结构。
优选地，所述阀腔导流结构包括用于与阀体连接的连接部和与所述连接部连接并位于连接部的径向内侧的导流部，所述导流部的轴向宽度沿径向向内的方向增大；和/或所述第一和第二阀芯导流结构包括位于第一阀芯凸台与第二阀芯凸台之间的附加凸台；和/或所述第一阀芯导流结构包括位于第一阀芯凸台的面向压力腔的一侧上的第一导流钩状部；和/或所述第二阀芯导流结构包括位于第二阀芯凸台的面向压力腔的一侧上的第二导流钩状部。
优选地，所述导流部的横截面具有梯形形状；和/或所述连接部的横截面具有矩形形状；和/或所述附加凸台的横截面具有梯形形状；和/或所述附加凸台在液压阀的工作过程中始终与阀腔导流结构在径向方向上保持接触。
本发明的其他可选实施例请参看以下描述。本发明的液压阀具有较低的稳态液动力，且可低成本实施。
附图说明
下面，通过参看附图更详细地描述本发明，可以更好地理解本发明的原理、特点和优点。附图包括：
图1示出了根据本发明的一个可选的示例性实施例的滑阀的局部纵向剖视图。
图2以简化的示意图示出了本发明主要涉及的阀芯与阀体的更进一步改进或展现的纵向剖视图。
图3示出了滑阀处于第一工作状态时的液压流体的流动方向。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案以及有益的技术效果更加清楚明白，以下将结合附图以及多个实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而不是用于限制本发明的保护范围。
图1示出了根据本发明的一个可选的示例性实施例的滑阀的局部纵向剖视图。
如图1所示，该滑阀为液压电磁换向阀，其依靠电磁驱动机构产生的电磁作用力实现对阀芯的操作和控制。该滑阀包括第一电磁驱动机构1、第二电磁驱动机构2以及位于第一电磁驱动机构1、第二电磁驱动机构2之间的阀芯3。在阀芯3的第一端4处，第一弹簧5的一端支撑在第一电磁驱动机构1的铁芯管6上，另一端支撑在第一挡圈7上。在阀芯3的与第一端4相反的第二端8处，第二弹簧9的一端支撑在第二电磁驱动机构2的铁芯管10上，另一端支撑在第二挡圈11上。
第一弹簧5和/或第二弹簧9通常为螺旋弹簧，且第一弹簧5和第二弹簧9通常至少部分分别相应地套装在阀芯3的第一端4和第二端8上。
通常，第一挡圈7套装在阀芯3的第一端4上并被阀芯3的第一台阶12轴向阻止。类似地，第二挡圈11套装在阀芯3的第二端8上并被阀芯3的第二台阶13轴向阻止。
在第一弹簧5和第二弹簧9产生的相向的轴向弹簧力的作用下，阀芯3在非工作状态下处于对中位置。具体地讲，阀芯3的第一端4穿过第一挡圈7，而第一挡圈7又被阀芯3的第一端4处的第一台阶12轴向阻止，从而支撑在第一挡圈7上的第一弹簧5可向阀芯3施加向着其第二端8作用的第一轴向作用力。类似地，阀芯3的第二端8穿过第二挡圈11，而第二挡圈11又被阀芯3的第二端8处的第二台阶13轴向阻止，从而支撑在第二挡圈11上的第二弹簧9可向阀芯3施加向着其第一端4作用的第二轴向作用力。通过选择第一弹簧5和第二弹簧9的弹簧特性，可在非工作状态下将阀芯3保持在对中位置。在对中位置，滑阀优选处于零位，使得流体不能流动通过滑阀。
如图1所示，第一电磁驱动机构1包括第一阀芯推杆14。当第一电磁驱动机构1被通电时，第一阀芯推杆14借助于电磁作用力而可以向着阀芯3的第一端4移动，从而可推动阀芯3向着第二电磁驱动机构2移动。阀芯3的这种移动可以使滑阀变换到第一工作状态。在第一工作状态下，滑阀允许流体以一种方向流动通过。
类似地，第二电磁驱动机构2包括第二阀芯推杆15。当第二电磁驱动机构2被通电时，第二阀芯推杆15借助于电磁作用力而可以向着阀芯3的第二端8移动，从而可推动阀芯3向着第一电磁驱动机构1移动。阀芯3的这种移动可以使滑阀变换到第二工作状态。在第二工作状态下，滑阀允许流体以另一种不同的方向流动通过而实现换向功能。
具体地讲，该滑阀具有在阀体16的内部限定出的阀腔17，阀腔17至少包括压力腔(也可称为P腔)18以及位于压力腔18的轴向两侧的第一工作腔(也可称为A腔)19和第二工作腔(也可称为B腔)20，压力腔18与第一工作腔19通过阀体16的第一环形凸台21轴向间隔开，压力腔18与第二工作腔20通过阀体16的第二环形凸台22轴向间隔开。第一环形凸台21和第二环形凸台22同轴布置而限定出轴向阀芯孔23。此外，第一环形凸台21和第二环形凸台22优选具有相同的内径。阀芯3安装在阀芯孔23内，并可以根据需要在阀芯孔23内轴向移动。
阀芯3至少包括第一环形凸台24、第二环形凸台25和轴向上位于第一环形凸台24与第二环形凸台25之间的环形凹槽26。环形凹槽26与压力腔18始终连通。显然，为了能够实现滑阀的功能，阀芯3的第一环形凸台24的外径与阀体16的第一环形凸台21的内径对应，阀芯3的第二环形凸台25的外径与阀体16的第二环形凸台22的内径对应。
当滑阀处于图1所示的零位时，阀芯3的第一环形凸台24和第二环形凸台25的外周分别抵靠着阀体16的第一环形凸台21和第二环形凸台22的内周，从而使得压力腔18内的液压流体既不能流到第一工作腔19，也不能流到第二工作腔20，即，至第一工作腔19和第二工作腔20的流路均被切断。
当阀芯3向着第二电磁驱动机构2移动时，阀芯3的第二环形凸台25会与阀体16的第二环形凸台22脱离而在环形凹槽26与阀体16的第二环形凸台22之间形成第一间隙，从而，液压流体可从压力腔18通过所述第一间隙流入到第二工作腔20，此时，滑阀处于第一工作状态。
类似地，当阀芯3向着第一电磁驱动机构1移动时，阀芯3的第一环形凸台24会与阀体16的第一环形凸台21脱离而在环形凹槽26与阀体16的第一环形凸台21之间形成第二间隙，从而，液压流体可从压力腔18通过所述第二间隙流入到第一工作腔19，此时，滑阀处于第二工作状态。
当滑阀3从零位状态切换到第一工作状态或第二工作状态时，液压流体的流动会产生稳态液动力，这种稳态液动力趋向于关闭滑阀，从而会影响对滑阀的控制，在极端情况下甚至会使得电磁驱动机构无法使阀芯正常移动。
为此，如图1所示，在压力腔18内设有从阀体16径向向内凸出的导流结构27。根据本发明的一个优选的实施例，所述导流结构27一体地形成在阀体16上。
导流结构27可以使液压流体从压力腔18以期望的方向(角度)流入第一间隙或第二间隙，以便与从第一间隙和第二间隙向着相应的工作腔19或20的液压流体的流动相平衡，从而可以至少降低滑阀内的液压流体流动的稳态液动力。
更具体地讲，当导流结构27将压力腔18在轴向上分成两个部分，即第一子压力腔28和第二子压力腔29。当滑阀处于第一工作状态时，由于导流结构27的作用以及第一压力腔28被第一环形凸台24遮闭，使得液压流体主要从第二子压力腔29相对于径向方向以预定的角度流入第一间隙，然后再从第一间隙相对于径向方向以大致对称的角度流入第二工作腔20，从而，可以降低滑阀内的液压流体流动的稳态液动力。类似地，当滑阀处于第二工作状态时，同样由于导流结构27的作用以及第二压力腔29被第二环形凸台25遮闭，使得液压流体主要从第一子压力腔28相对于径向方向以预定的角度流入第二间隙，然后再从第二间隙相对于径向方向以大致对称的角度流入第一工作腔19，从而，也可以降低滑阀内的液压流体流动的稳态液动力。
在现有的滑阀中，由于没有这样的导流结构，液压流体基本上以径向方向流入第一间隙和第二间隙中，而液压流体从第一间隙和第二间隙向着相应的工作腔的流动通常并不沿着径向方向，即，此时液压流体流向相应的工作腔的方向与径向方向所成的角度要大于液压流体流向第一间隙和第二间隙的方向与径向方向所成的夹角，这种角度的不同导致了稳态液动力的产生。
通过上述导流结构27，可以使液压流体向着第一间隙或第二间隙的流入方向和从第一间隙或第二间隙的流出方向分别与径向方向成大致相同的角度，从而可以降低稳态液动力。
导流结构27在压力腔18中可以沿着整个圆周延伸，也可沿着圆周的一部分延伸。
图2以简化的示意图示出了本发明主要涉及的阀芯与阀体的更进一步改进或展现的纵向剖视图。图2中更清楚地示出了导流结构27。如图2所示，导流结构27包括用于与阀体16连接的连接部30和用于改变流入方向的导流部31。连接部30的形状基本不受限制，只要能够稳定地支撑导流部31即可，例如可以具有大致矩形的横截面。导流部31的形状只要能够使液压流体以预定的角度流入第一间隙和/或第二间隙即可。
如图2所示，导流部31的轴向宽度沿着径向向内的方向增大，优选连续地增大，从而可以使液压流体相比于现有的滑阀相对于径向方向以增大的角度流入第一间隙和/或第二间隙。例如，导流部31可以具有梯形横截面。在导流部31的横截面为梯形的情况下，导流部31的径向外端与连接部30的径向内端之间优选光滑过渡地连接。
在某些实施例中，导流部31可以沿整个圆周延伸，而连接部30可以沿圆周的一部分、例如沿180°的圆周延伸，只要连接部30能够稳固地支撑导流部31即可。在这种情况下，导流部31的一部分处于悬空状态。当然，导流部31也可沿圆周的一部分设置，即使如此也可在一定程度上减小稳态液动力。对于压力口和压力腔使得无法沿着整个圆周设置连接部和/或导流部的情况，可以使用这种局部设置的方式。
再返回参看图1并结合图2，导流部31优选与轴向阀芯孔23同轴布置。此时，导流部31的内径优选与轴向阀芯孔23的直径相同。在这种情况下，更优选地，当滑阀处于第一工作状态时，导流部31的内周与阀芯3的第一环形凸台24的外周相接触，从而，可以阻止液压流体的分流而能更好地将液压流体以期望的角度引入到第一间隙中。类似地，当滑阀处于第二工作状态时，导流部31的内周与阀芯3的第二环形凸台25的外周相接触，从而，也可以阻止液压流体的分流而能更好地将液压流体以期望的角度引入到第二间隙中。
当然，也可以将导流部31构造成在工作过程中不与阀芯3相接触。
为了进一步确保液压流体能够以预定的角度流入第一间隙和/或第二间隙，还可以在阀体16的第一环形凸台21和/或第二环形凸台22上的面向压力腔18的径向内侧角部处形成导流斜坡。如图2所示，在阀体16的第一环形凸台21上设有第一导流斜坡32，在阀体16的第二环形凸台22上设有第二导流斜坡33。该导流斜坡与导流结构27配合使用，可以更好地确保液压流体以预定的角度流入第一间隙和第二间隙。导流斜坡的倾斜角度、大小和/或形状根据需要选择。
当然，对于本领域的技术人员来说，导流斜坡也可以不依赖于导流结构独立使用，导流斜坡可以沿着整个圆周设置，也可设置在圆周的一部分上。
为了进一步通过改变液压流体的流动方向降低稳态液动力，也可以在阀芯上设置一些导流结构。图2中示出了根据本发明的一个可选的示例性实施例的阀芯。如图2所示，该阀芯在第一环形凸台与第二环形凸台之间设有附加凸台34，所述附加凸台34优选在工作过程中始终与阀体上的导流结构接触，从而可以更好地确保液压流体以预定的角度流入第一间隙和第二间隙。
更优选地，附加凸台34的横截面成大致梯形形状或三角形形状，从而其轴向两侧具有第一导流坡道35和第二导流坡道36。优选地，第一导流坡道35和第二导流坡道36与阀体上的导流结构的相应侧具有大致相同的倾斜方向，从而可以更好地引导液压流体流动。
附加凸台34优选沿整个圆周延伸而成环形附加凸台，当然也可以沿部分圆周延伸。
为了进一步降低滑阀内的稳态液动力，阀芯的第一环形凸台和/或第二环形凸台在面向压力腔的一侧设有倒钩状的导流钩部37，所述导流钩部37用于改变液压流体从第一间隙和/或第二间隙流出的方向。导流钩部37优选沿着整个圆周设置，当然也可沿着部分圆周设置。
优选地，第一导流坡道35和第二导流坡道36分别光滑地过渡到阀芯的第一环形凸台和第二环形凸台上的导流钩部37。
显然，阀芯上的任何导流结构可以独立于阀体上的任何导流结构单独使用。
为了说明本发明的技术效果，图3示出了滑阀处于第一工作状态时的液压流体的流动方向。液压流体以第一方向38流入第一间隙39，然后以第二方向40流出第一间隙39。第一方向38与径向方向所成的夹角与第二方向40与径向方向所成的夹角大致相同，从而可以显著降低滑阀内的稳态液动力。优选地，当处于第一工作状态时，第二导流坡道36与导流部31的相应的斜坡对齐。类似地，当处于第二工作状态时，第一导流坡道35与导流部31的相应斜坡对齐。
需要指出的是，阀芯3上的结构，例如环形凸台、附加凸台的外周与阀体16上的结构、例如环形凸台、导流部的内周之间所谓的“接触”是指液压意义上的接触，并不排除实际中它们之间具有小的间隙。
通过以上描述可知，本发明以简单的设计实现了稳态液动力的显著降低，也不需要任何单独的装置。这些结构设计很容易在现有的滑阀的基础上实现，从而具有相对较低的成本。另一方面，稳态液动力的降低还可以降低驱动滑阀所需的力，从而允许使用驱动力较小、成本较低的电磁驱动机构。
此外，还发现本发明的这种设计可以降低阀压降和噪声，从而进一步提高了滑阀的性能。
上面虽然以滑阀为例描述了本发明，但本发明的技术思想也可应用于许多液压阀上。
而且，对于本领域的技术人员而言，本发明的其他优点和替代性实施方式是显而易见的。因此，本发明就其更宽泛的意义而言并不局限于所示和所述的具体细节、代表性结构和示例性实施例。相反，本领域的技术人员可以在不脱离本发明的基本精神和范围的情况下进行各种修改和替代。

Claims (10)

1.一种液压阀，包括：
阀芯(3)；
阀体(16)，其限定出用于容纳阀芯(3)的阀腔(17)，其中，所述阀芯(3)适于在阀腔(17)内沿着轴向方向直线往复运动，所述阀腔(17)至少包括压力腔(18)和第一工作腔(19)，所述压力腔(18)和第一工作腔(19)之间设有位于阀体(16)上的第一阀体凸台，所述阀芯(3)具有适于与第一阀体凸台接触或轴向脱开的第一阀芯凸台，以液压隔离或连通压力腔(18)和第一工作腔(19)；
其中，所述压力腔(18)设有用于降低液压阀内的稳态液动力的径向向内凸出的阀腔导流结构；和/或
所述第一阀体凸台面向压力腔(18)的一侧设有用于降低液压阀内的稳态液动力的第一导流斜坡；和/或
所述阀芯(3)设有用于通过改变液压流体从压力腔(18)到第一工作腔(19)的流动路径降低液压阀内的稳态液动力的第一阀芯导流结构。
2.如权利要求1所述的液压阀，其特征在于，
所述阀腔(17)还包括相对于第一工作腔(19)位于压力腔(18)的轴向相反侧的第二工作腔(20)，所述第二工作腔(20)与压力腔(18)之间设有位于阀体(16)上的第二阀体凸台，且所述阀芯(3)还具有适于与第二阀体凸台接触或轴向脱开的第二阀芯凸台，以液压隔离或连通压力腔(18)和第二工作腔(20)；
其中，所述第二阀体凸台面向压力腔(18)的一侧设有用于降低液压阀内的稳态液动力的第二导流斜坡；和/或
所述阀芯(3)设有用于通过改变液压流体从压力腔(18)到第二工作腔(20)的流动路径降低液压阀内的稳态液动力的第二阀芯导流结构。
3.如权利要求2所述的液压阀，其特征在于，
所述第一阀体凸台、第二阀体凸台、第一阀芯凸台和/或第二阀芯凸台为环形凸台；和/或
在压力腔(18)与第一工作腔(19)液压连通的状态下，所述第二阀芯凸台与阀腔导流结构在径向方向上保持接触；和/或
在压力腔(18)与第二工作腔(20)液压连通的状态下，所述第一阀芯凸台与阀腔导流结构在径向方向上保持接触。
4.如权利要求2或3所述的液压阀，其特征在于，
所述阀腔导流结构包括用于与阀体(16)连接的连接部(30)和与所述连接部(30)连接并位于连接部(30)的径向内侧的导流部(31)，所述导流部(31)的轴向宽度沿径向向内的方向增大；和/或
所述第一和第二阀芯导流结构包括位于第一阀芯凸台与第二阀芯凸台之间的附加凸台(34)；和/或
所述第一阀芯导流结构包括位于第一阀芯凸台的面向压力腔(18)的一侧上的第一导流钩状部；和/或
所述第二阀芯导流结构包括位于第二阀芯凸台的面向压力腔(18)的一侧上的第二导流钩状部。
5.如权利要求3或4所述的液压阀，其特征在于，
所述导流部(31)的横截面具有梯形形状；和/或
所述连接部(30)的横截面具有矩形形状；和/或
所述导流部(31)沿着整个圆周延伸而成环状，或沿着圆周的一部分延伸；和/或
所述连接部(30)沿着整个圆周延伸而成环状，或沿着圆周的一部分延伸。
6.如权利要求4或5所述的液压阀，其特征在于，
所述附加凸台(34)的轴向宽度沿径向向外的方向减小；和/或
所述附加凸台(34)的轴向面向第一阀芯凸台的第一导流坡道(35)与所述第一导流钩状部之间光滑过渡；和/或
所述附加凸台(34)的轴向面向第二阀芯凸台的第二导流坡道(36)与所述第二导流钩状部之间光滑过渡。
7.如权利要求4-6中任一所述的液压阀，其特征在于，
所述附加凸台(34)的横截面具有梯形形状或三角形形状；和/或
所述附加凸台(34)在液压阀的工作过程中始终与阀腔导流结构在径向方向上保持接触。
8.如权利要求6或7所述的液压阀，其特征在于，
在所述压力腔(18)与第一工作腔(19)液压连通的状态下，所述附加凸台(34)的第一导流坡道(35)与所述导流部(31)的面向第一阀体凸台的一侧对齐；和/或
在所述压力腔(18)与第二工作腔(20)液压连通的状态下，所述附加凸台(34)的第二导流坡道(36)与所述导流部(31)的面向第二阀体凸台的一侧对齐。
9.如权利要求4-8中任一所述的液压阀，其特征在于，
所述导流斜坡沿着整个圆周延伸，或沿着圆周的一部分延伸；和/或
所述附加凸台(34)沿着整个圆周延伸，或沿着圆周的一部分延伸；和/或
所述第一导流钩状部沿着整个圆周延伸，或沿着圆周的一部分延伸；和/或
所述第二导流钩状部沿着整个圆周延伸，或沿着圆周的一部分延伸。
10.如权利要求2-9中任一所述的液压阀，其特征在于，
在所述压力腔(18)与第二工作腔(20)液压连通的状态下，液压流体从压力腔(18)沿第一方向流入位于第二阀体凸台与阀芯(3)之间的第一间隙，然后以第二方向从所述第一间隙流出到第二工作腔(20)，所述第一方向与径向方向所成的角度与所述第二方向与径向方向所成的角度大致相等；和/或
在所述压力腔(18)与第一工作腔(19)液压连通的状态下，液压流体从压力腔(18)沿第三方向流入位于第一阀体凸台与阀芯(3)之间的第二间隙，然后以第四方向从所述第二间隙流出到第一工作腔(19)，所述第三方向与径向方向所成的角度与所述第四方向与径向方向所成的角度大致相等。
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