CN107869490A - 一种数字液压变速操纵阀 - Google Patents

一种数字液压变速操纵阀 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种数字液压变速操纵阀,应用于工程机‑装载机,该装载机配置有用于测量装载机车轮转速的转速传感器;包括驱动装置、阀体、阀芯及PLC逻辑程序控制器;本发明的有益效果是:将变速操纵阀与PLC控制器及速度传感器连接,实现自动切换挡位的功能,响应速度快,换向精准;应用于装载机上可大大降低操作者的劳动强度,且装有本发明的装载机对于操作者的技术要求不高。

Description

一种数字液压变速操纵阀
技术领域
本发明涉及一种液压阀,具体涉及一种数字液压变速操纵阀,属于装载机换挡机构领域。
背景技术
装载机在铲掘作业时,铲斗前端来自于二个方向作用力,一个是水平方向的装载机牵引力,一个是垂直方向的装载机掘起力。装载机牵引力是由装载机传动系提供的。掘起力是由工作液压系统提供的。装载机作业是一个循环过程:插入料堆,铲掘(至铲斗铲满斗),退出料堆前进到目标卸料点,举升,卸料。在整个作业循环过程中,装载机传动系统全程发挥了重要作用。目前装载机大部分使用动力换挡双涡轮变速器,它提供二个前进挡,一个倒退挡,一个空挡,换挡是由一个机械控制变速操纵阀来完成的。在二个前进挡中,Ⅰ挡是提供最大牵引力,Ⅱ挡是提供最高效率。因此,在装载机使用过程中,什么时候用Ⅰ挡,什么时候用Ⅱ挡,完全由操作者来判断。受操作者人为因素影响,换挡不及时将耗能,换挡过早又影响了作业效率。尤其是不能实现根据负载自动换挡,有非常大的局限性。
目前行星式动力换挡前二后一装载机所使用的变速操纵阀都是由人工来推动阀芯运动达到换挡的目的,这种变速操纵阀给装载机驾驶员工作带来以下问题:
1、给驾驶员带来较大工作强度。因为,在装载机作业时,铲掘时需要装载机最大牵引力,所以要切换到Ⅰ挡工作,而在行走时,又要提高效率,往往要切换到Ⅱ挡工作,每一次操纵变速挡位需要20N操纵力。所以驾驶员要频繁地操纵变速挡位切换其劳动强度是非常大的。
2、对驾驶员作业熟练程度要求高。装载机在铲掘作业、及行走时,需要驾驶员要熟练撑握负载情况,什么时候该切换到Ⅰ挡,什么时候该切换到Ⅱ挡,因此作业效率与驾驶员熟练程度有很大的关系。
3、耗能。当驾驶员长时间工作时,难免身心疲惫,作业时,切换挡位判定时间增长或过快,作业效率低,因此产生了装载机做无用功的时间。
4、不能实现自动化作业。
因此,提供一种根据实际需要自动换挡的变速操纵阀成为一个亟需解决的问题。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供了一种数字液压变速操纵阀,包括驱动装置、阀体、阀芯及PLC逻辑程序控制器,阀体内具有贯穿阀体两端的通孔,阀芯穿设在通孔内且两端伸出通孔;阀体上具有Ⅰ挡进油道和Ⅰ挡回油道、Ⅱ挡进油道和Ⅱ挡回油道及R挡进油道和R挡回油道;阀体上具有压力油通道,驱动装置驱动阀芯仅沿着通孔的轴向移动,Ⅰ挡进油道和Ⅰ挡回油道、Ⅱ挡进油道和Ⅱ挡回油道、R挡进油道和R挡回油道与压力油通道可转换连通;PLC逻辑程序控制器连接驱动装置,PLC逻辑程序控制器与转速传感器连接。
本发明的有益效果是:通过PLC逻辑程序控制器对驱动装置进行驱动控制,当驱动装置获得PLC逻辑程序控制器发出的数字信号后,驱动装置驱动,进而带动阀芯轴向位移,使压力油通道与所需挡位对应的进油道连通,其它挡位进油道和回油道连通,进而使车辆达到换挡的目的。
进一步的,驱动装置为伺服电机,该数字液压变速操纵阀还包括螺母、防转销及伺服电机座;伺服电机通过伺服电机座连接于阀体轴向的一侧;螺母安装于伺服电机座内部,伺服电机的输出轴与螺母一端键连接;螺母另一端的内侧与阀芯一端通过螺母内螺纹螺纹连接;阀芯远离伺服电机的一端沿其轴向设有滑槽,阀体上设有与滑槽位置对应的销孔,防转销销头贯穿销孔插入滑槽内并与其滑动连接;伺服电机固定连接于伺服电机座一端,伺服电机座的另一端螺栓连接于阀体轴向的一侧。本发明采用上述进一步方案的有益效果是:当伺服电机驱动时,伺服电机的输出轴可直接带动螺母转动;螺母与阀芯螺纹连接,通过将防转销销头贯穿插入滑槽内并与其滑动连接进而防止阀芯随螺母转动,使得螺母转动时阀芯产生轴向位移。
进一步的,螺母靠近其两端的位置具有向内轴心方向凹陷的环形开口槽,且靠近伺服电机一端的为第一环形开口槽,靠近阀体一端的为第二环形开口槽;在第一环形开口槽内安装有第一推力球轴承,在第二环形开口槽内安装有第二推力球轴承;第一环形开口槽内安装第一推力球轴承对应的伺服电机座内孔上固定安装有相适配的孔用挡圈,孔用挡圈位于伺服电机与第一推力球轴承之间;第一推力球轴承一端端面紧贴孔用挡圈,第二推力球轴承一端的端面与伺服电机座贴紧,目的是防止螺母轴向移动。本发明采用上述进一步方案的有益效果是:通过在螺母两端的位置设置环形开口槽并在开口槽内安装推力球轴承及孔用挡圈,使得螺母端面与孔用挡圈之间、螺母端面与阀体之间的摩擦大大降低,进而降低了伺服电机的匹配功率及螺母的机械磨损。
进一步的,阀体远离伺服电机的一端固定安装有螺堵。该螺堵限定了阀芯的最大位移及漏油。
进一步的,第一推力球轴承、第二推力球轴承与伺服电机座的内壁之间存在缝隙;该设计可以保证推力球轴承不产生径向摩擦力。
本发明的有益效果是:将变速操纵阀与PLC控制器及速度传感器连接,实现自动切换挡位的功能,响应速度快,换向精准;应用于装载机上可大大降低操作者的劳动强度,且装有本发明的装载机对于操作者的技术要求不高。
附图说明
图1为本发明一种数字液压变速操纵阀的结构示意图。
其中,1-伺服电机,2-第一推力球轴承,3-螺母,4-第二推力球轴承,5- 伺服电机座,6-阀体,7-阀芯,8-滑槽,9-防转销,10-螺堵,11-压力油通道, 12-阀芯螺杆,13-螺母内螺纹,14-Ⅰ挡进油道,15-Ⅱ挡进油道,16-R挡进油道,171-Ⅰ挡回油道,172-Ⅱ挡回油道,173-R挡回油道,18-第一环形开口槽, 19-第二环形开口槽,20-销孔,21-孔用挡圈。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
如图1所示,本发明实施例公开了一种数字液压变速操纵阀,包括驱动装置、阀体6、阀芯7及PLC逻辑程序控制器,阀体6内具有贯穿阀体6两端的通孔,阀芯7穿设在通孔内且两端伸出通孔;阀芯7上具有Ⅰ挡进油道14和Ⅰ挡回油道171、Ⅱ挡进油道15和Ⅱ挡回油道172及R挡进油道16和R挡回油道 173;阀芯7上具有压力油通道11,驱动装置驱动阀芯7仅沿着通孔的轴向移动,Ⅰ挡进油道14、Ⅱ挡进油道15和及R挡进油道16与压力油通道11转换连通;PLC逻辑程序控制器连接驱动装置,PLC逻辑程序控制器与转速传感器连接。
驱动装置为伺服电机1,还包括螺母3、防转销9及伺服电机座5;伺服电机1通过伺服电机座5连接于阀体6轴向的一侧;螺母3安装于伺服电机座5 内部,伺服电机1的输出轴与螺母3一端的内侧键连接;螺母3另一端的内侧与阀芯7一端通过螺母内螺纹13螺纹连接;阀芯7远离伺服电机1的一端沿其轴向设有滑槽8,阀体6上设有与滑槽8位置对应的销孔20,防转销9销头贯穿销孔20插入滑槽8内并与其滑动连接;伺服电机1固定连接于伺服电机座5一端,伺服电机座5的另一端螺栓连接于阀体6轴向的一侧。
螺母3靠近其两端的位置具有向内轴心方向凹陷的环形开口槽,且靠近伺服电机1一端的为第一环形开口槽18,靠近阀体6一端的为第二环形开口槽19;在第一环形开口槽18内安装有第一推力球轴承2,在第二环形开口槽19内安装有第二推力球轴承4;第一环形开口槽内安装第一推力球轴承2相对应的伺服电机座内孔安装有相适配的孔用挡圈21,孔用挡圈21位于伺服电机1与第一推力球轴承2之间;第一推力球轴承2一端端面紧贴孔用挡圈21,第二推力球轴承 4一端的端面与伺服电机座5贴紧;阀体6远离伺服电机1的一端固定安装有螺堵10;第一推力球轴承2、第二推力球轴承4均与伺服电机座5的内壁之间存在缝隙;伺服电机1的输出轴与螺母3键连接。
本发明的具体工作过程如下:在空挡位置时,PLC没有控制信号给伺服电机,阀芯处于图1位置,伺服电机1获得PLC控制器发出控制位置脉冲数字信号给伺服驱动器,伺服驱动器控制伺服电机1逆时针旋转,带动螺母3逆时针无轴向移动旋转,在防转销9插入滑槽8的作用下,迫使滑动式阀芯7不能逆时针旋转,因此,逆时针旋转的螺母3自转拉动滑动式阀芯7做直线运动,当滑动式阀芯7到位,伺服电机1内带编码器反馈给伺服驱动器控制伺服电机1停机,此时,Ⅰ挡进油道14进油,完成了到Ⅰ挡换挡过程,当转速传感器反馈的转速增加到某一设定值时,PLC再发出控制位置脉冲给伺服驱动器,伺服驱动控制伺服电机1继续逆时针旋转,伺服电机1内带编码器反馈给伺服驱动器控制伺服电机1停机,此时,Ⅱ挡进油道15进油,完成了从Ⅰ挡到Ⅱ挡的升挡过程。当转速传感器反馈的转速减少到降挡某一设定值时,PLC发出控制位置脉冲信号给伺服驱动器,伺服驱动器控制伺服电机1顺时针旋转,伺服电机1内带编码器反馈给伺服驱器,伺服驱动器控制伺服电机1停机,此时,Ⅰ挡进油道14进油,完成了从Ⅱ挡到Ⅰ挡的降挡过程。当进油通道14与回油通道171相通、进油通道15与回油通道172、进油通道16与回油通道173都相通时,此时阀芯7处在中位,即变速操纵处在空挡。图1就是处在空挡位置。
在空挡位置时,由驾驶者手动将挡位转换至倒挡,PLC发出控制位置脉冲信号给伺服驱动控制伺服电机1顺时针旋转,螺母3自转推动滑动式阀芯7做直线运动,当滑动式阀芯7到位,伺服电机1内带编码器反馈给伺服驱动器控制伺服电机1停机,此时,R挡进油道16进油,完成了R挡换挡过程。
实际工作时,驾驶者可先手动将挡位转换至一挡,然后加大发动机油门,再由所述数字液压变速操纵阀根据车轮转速自动换挡。
本发明的有益效果是:将变速操纵阀与PLC控制器及速度传感器连接,实现自动切换挡位的功能,响应速度快,换向精准;应用于装载机上可大大降低操作者的劳动强度,且装有本发明的装载机对于操作者的技术要求不高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,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、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种数字液压变速操纵阀,应用于工程机械-装载机,该装载机配置有用于测量装载机车轮转速的转速传感器;其特征在于,包括驱动装置、阀体(6)、阀芯(7)及PLC逻辑程序控制器,所述阀体(6)内具有贯穿阀体(6)两端的通孔,所述阀芯(7)穿设在所述通孔内且两端伸出所述通孔;所述阀芯(7)上具有Ⅰ挡进油道(14)和Ⅰ挡回油道(171)、Ⅱ挡进油道(15)和Ⅱ挡回油道(172);所述阀芯(7)上具有压力油通道(11),所述驱动装置驱动所述阀芯(7)仅沿着所述通孔的轴向移动,所述Ⅰ挡进油道(14)和Ⅰ挡回油道(171)、Ⅱ挡进油道(15)和Ⅱ挡回油道(172),Ⅰ挡进油道(14)和Ⅱ挡进油道(15)通过阀芯(7)切换与压力油通道(11)连通;所述PLC逻辑程序控制器连接所述驱动装置;所述PLC逻辑程序控制器连接所述转速传感器。
2.根据权利要求1所述一种数字液压变速操纵阀,其特征在于,还包括R挡进油道(16)和R挡回油道(173),所述R挡进油道(16)通过阀芯(7)移动与压力油通道(11)连通。
3.根据权利要求1或2所述一种数字液压变速操纵阀,其特征在于,所述驱动装置为伺服电机(1),所述数字液压变速操纵阀还包括螺母(3)、防转销(9)及伺服电机座(5);所述伺服电机(1)通过伺服电机座(5)连接于所述阀体(6)轴向的一侧;所述螺母(3)安装于所述伺服电机座(5)内部,所述伺服电机(1)的输出轴与所述螺母(3)的一端内侧固定连接;所述螺母(3)另一端的内螺纹(13)与所述阀芯(7)一端外螺纹连接;所述阀芯(7)远离伺服电机(1)的一端沿其轴向设有滑槽(8),所述阀体(6)上设有与所述滑槽(8)位置对应的销孔(20),所述防转销(9)销头贯穿所述销孔(20)插入滑槽(8)内并与其滑动连接。
4.根据权利要求3所述的一种数字液压变速操纵阀,其特征在于,所述伺服电机(1)固定连接于所述伺服电机座(5)一端,所述伺服电机座(5)的另一端螺栓连接于所述阀体(6)轴向的一侧。
5.根据权利要求3所述的一种数字液压变速操纵阀,其特征在于,所述螺母(3)靠近其两端的位置具有向内轴心方向凹陷的环形开口槽,且靠近伺服电机(1)一端的为第一环形开口槽(18),靠近阀体(6)一端的为第二环形开口槽(19);在所述第一环形开口槽(18)内安装有第一推力球轴承(2),在所述第二环形开口槽(19)内安装有第二推力球轴承(4)。
6.根据权利要求5所述的一种数字液压变速操纵阀,其特征在于,所述伺服电机座(5)内孔上装有与第一推力球轴承(2)对应的孔用挡圈(21),所述孔用挡圈(21)位于所述伺服电机(1)与所述第一推力球轴承(2)之间。
7.根据权利要求6所述的一种数字液压变速操纵阀,其特征在于,所述第一推力球轴承(2)一端端面紧贴孔用挡圈(21),所述第二推力球轴承(4)一端的端面与伺服电机座(5)贴紧。
8.根据权利要求7所述的一种数字液压变速操纵阀,其特征在于,所述阀体(6)远离伺服电机(1)的一端固定安装有螺堵(10)。
9.根据权利要求7所述的一种数字液压变速操纵阀,其特征在于,所述第一推力球轴承(2)、第二推力球轴承(4)、均与所述伺服电机座(5)的内壁之间存在缝隙。
10.根据权利要求所述的一种数字液压变速操纵阀,其特征在于,所述伺服电机(1)的输出轴与所述螺母(3)键连接。
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