CN107989991B - 一种双向滑阀式电液比例减压阀 - Google Patents

一种双向滑阀式电液比例减压阀 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种双向滑阀式电液比例减压阀，属于液压控制阀领域。所述比例减压阀包括：阀体、阀芯、两个节流活塞、两个复位弹簧、音圈电机及挡板。当一侧音圈电机工作时，推动该侧活塞轴向移动，进而推动阀芯轴向移动，使液压油流入阀腔，在阀芯表面产生压力，与弹簧力和电机驱动力形成力平衡，当电机驱动力不同时，所需的油压不同，从而控制相应一侧工作油路的压力。由于音圈电机的驱动力与通电电流有关，因此可以实现驱动力的无级调节，从而能够获得连续无级的工作油路油压压力。本发明的比例减压阀能够实现双向工作，系统稳定性高，结构设计简单，加工容易，制作成本低，能够通过变更尺寸，改变工作流量，适用性较高。

Description

一种双向滑阀式电液比例减压阀
技术领域
本发明涉及一种双向滑阀式电液比例减压阀，尤其涉及车用变速箱电液比例减压控制阀领域，属于液压控制阀领域。
背景技术
电液比例减压阀是一种采用比例电磁铁取代了传统液压控制阀的手调机构的控制阀，利用电磁线圈通电变化得到不同的电磁力，通过控制输入电磁力来控制减压阀节流面积进而改变减压阀工作油压，使得液压力和弹簧力共同作用使电磁力得到平衡，从而得到按照一定比例连续变化的油压来控制机械结构的位移。尤其可以应用于汽车变速箱同步器的换挡控制,利用比例减压阀产生的压力连续升高的液压油对同步器位置进行控制，实现换挡。
现有的比例减压阀结构繁琐、加工工艺复杂，对于阀芯一体式、阀腔阶梯型的结构，其阀体结构复杂，往往需要通过铸造工艺加工整体，而一体化的阀芯也存在装配复杂的问题，例如在专利CN1959166A中，通过面积不同的M腔与N腔的设计，调节使两腔室油压力之差与电磁力平衡，这在加工和装配上存在制造工艺复杂、装配繁琐的问题。在实际应用中，最初汽车变速器上的电液比例减压控制阀多是购买成品直接使用，成本高且不易维修。在汽车变速器换挡控制的实际应用中，对于可以双向选挡的同步器控制使用单方向控制阀，例如专利CN103912710A设计的可完全国产的减压阀，需要两个减压阀，分别为同步器的两侧提供动力，这种设计增加了空间成本。本发明提供了一种结构简单、加工方便、并且可以双向运动的减压阀结构，能够实现减压阀功能，工作效率高，降低了成本的同时，可以实现使用一个减压阀控制一个同步器进行双向的移动。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有比例减压阀存在加工工艺复杂的问题，提供一种双向滑阀式电液比例减压阀，该比例减压阀结构简单，能够实现双向液压油路压力的调节，并且可以改变设计尺寸，不影响减压阀功能的同时，实现工作流量的改变，适应性强。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
一种双向滑阀式比例减压阀，包括：音圈电机、挡板、阀体、节流活塞、阀芯、回位弹簧、进油口、第一工作油口、第二工作油口、第一回油口、第二回油口、径向通孔、轴向深孔、等径通孔和中部周向凹槽；
阀体为中空圆柱体；圆柱体上开设中心点位于同一直线上的方形结构的进油口、第一工作油口、第二工作油口、第一回油口和第二回油口；
节流活塞为十字形结构；十字形结构上开设径向通孔，以及与径向通孔垂直的轴向深孔，径向通孔与轴向深孔成T字形结构的节流孔；
阀芯为圆柱体结构，沿圆柱体两端面分别向内开设盲孔；两盲孔之间的部分为中间部分；在中间部分上开设中部周向凹槽；在两盲孔对应的圆柱体侧壁上分别开设等径通孔；所述等径通孔需与盲孔相通；阀芯与阀体配合的圆柱体外侧壁上开设小锥形槽；
总体连接关系：节流活塞带有深孔的一端插入到阀芯的盲孔中；回位弹簧安装在节流活塞上；节流活塞、阀芯、回位弹簧共同放置在阀体的中空内腔处；进油口与中部周向凹槽相通；音圈电机的输出轴插入挡板的中心通孔处；所述阀芯上的等径通孔分别与第一工作油口和第二工作油口相通；
所述阀芯的两端面处开设周向凹槽；
所述回位弹簧的原始长度应与活塞与阀芯接触的另一侧到挡板的距离相同；
所述阀体上需开设轴向通道将第一回油口和第二回油口相连通；
所述阀体的进油口、第一工作油口、第二工作油口、第一回油口、第二回油口以及阀芯的盲孔和中部周向凹槽的位置及宽度需满足在阀芯在双侧工作极限位置之内，中部周向凹槽始终与进油口相通；在阀芯向一侧运动到极限位置时，该侧的节流活塞的径向通孔应不再与该侧的回油口相通，反方向也是同样；在阀芯从初始位置到一侧极限位置之间，始终满足该侧等径通孔与该侧工作油口相通，而另一侧工作油口与中部周向凹槽不相通，反方向也是同样；节流活塞与阀芯盲孔配合的另一侧轴的直径需要大于挡板的中心孔直径，该侧轴端到挡板的距离即为阀芯一侧工作总行程；
所述阀体与挡板之间需设有密封圈；
工作过程：当减压阀不工作时，音圈电机不通电，不提供驱动力，此时回位弹簧处于原始长度，阀芯位于中心位置；当右侧音圈电机工作时，节流活塞与阀芯共同左移，左侧弹簧受力变形，提供回位弹簧力，同时压力油从进油口流向第一工作油口，第一工作油口的压力油经阀芯上的等径通孔引入到阀芯盲孔与节流活塞共同构成的工作腔内，再通过节流活塞的节流孔流回到第一回油口，这样阀芯受到向右的液压力，该液压力和回位弹簧力的合力与右侧音圈电机的驱动力相平衡，第一工作油口的油液输出压力与音圈电机的通电电流相对应，作用在阀芯上，控制了阀芯的位置，实现了方向和流量的节流控制。相反，当左侧音圈电机工作时，第二工作油口得到与音圈电机的通电电流相对应的油液输出压力，进入第二回油口的油液通过所述阀体的轴向通道流入第一回油口。
有益效果
1、本发明提供了一种新型电液比例减压阀，在保证工作可靠性的前提下，简化结构设计，阀体为等径阀腔设计，加工方便；阀芯设计拆分为阀芯与节流活塞设计，配合简单，加工容易；阀芯结构依据阀体进行加工配合，保证了装配的可靠性，通过改变阀芯与节流活塞的尺寸设计可以适应不同的工作流量要求，适用性良好；加工装配难度大大降低，能够实现自主加工生产使用，以及批量化生产，降低了制造成本。
2、本发明能够实现双向液压油口控制，对于以往单一液压油口控制需要两个比例减压阀实现的双侧油路控制，本发明可以用一个比例减压阀代替，减小了占用空间，提高了空间利用率。
附图说明
图1为本发明的比例减压阀装配图；
图2为阀体结构图；
图3为阀芯结构图；
图4为活塞结构图；
图5为比例减压阀不工作时原理图；
图6为比例减压阀阀芯向左运动一定行程时原理图；
图7为比例减压阀阀芯向左运动极限位置时原理图。
其中，1—音圈电机、2—挡板、3—阀体、4—节流活塞、5—阀芯、6—回位弹簧、7—进油口、8—第一工作油口、9—第二工作油口、10—第一回油口、11—第二回油口、12—径向通孔、13—轴向深孔、14—等径通孔、15—中部周向凹槽。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为实现目的而采用的技术手段与功效，以下结合原理图，对本发明提出的新型比例减压阀的具体方案、结构、特征及功效进行详细说明。
实施例1
一种双向滑阀式比例减压阀的具体实施例结构包括：音圈电机1、挡板2、阀体3、节流活塞4、阀芯5、回位弹簧6、进油口7、第一工作油口8、第二工作油口9、第一回油口10、第二回油口11、径向通孔12、轴向深孔13、等径通孔14和中部周向凹槽15；
阀体3为中空圆柱体；圆柱体上开设中心点位于同一直线上的方形结构的进油口7、第一工作油口8、第二工作油口9、第一回油口10和第二回油口11；其中第一回油口10与第二回油口11之间通过轴向通道相通，实际应用中与该阀体配合的阀座上只需加工一个回油通道与第一回油口10相通，这样可以简化阀座的结构；
节流活塞4为十字形结构；十字形结构上开设径向通孔12，以及与径向通孔12垂直的轴向深孔13，径向通孔12与轴向深孔13成T字形结构的节流孔；该节流孔在阀芯开启的时候起节流作用，如图6所示；但在阀芯开启到极限位置后该节流孔应当关闭，以减少能量损失，这个功能可以根据阀芯的极限行程对回油口的开设位置进行相应的设计，如图7所示；
阀芯5为圆柱体结构，沿圆柱体两端面分别向内开设盲孔；两盲孔之间的部分为中间部分；在中间部分上开设中部周向凹槽15，中部周向凹槽15在整个阀芯任意方向开启过程中需始终与进油口7相通，如图6、图7所示；在两盲孔对应的圆柱体侧壁上分别开设等径通孔14；所述等径通孔需与盲孔相通，且在整个阀芯开启过程中，等径通孔应始终与工作油口相通，如图6、图7所示；阀芯与阀体配合的圆柱体外侧壁上开设小锥形槽，以达到减少泄油损失的目的；在阀芯5的两端面处开设周向凹槽，这个结构能够使音圈电机的驱动力有效地通过节流活塞传递给阀芯以及另外一个节流活塞；
总体连接关系：节流活塞4带有深孔的一端插入到阀芯5的盲孔中；回位弹簧6安装在节流活塞4的另一端上，回位弹簧6的长度需与节流活塞到挡板的距离相同，而节流活塞4的端面不与挡板接触，两者之间的距离为阀芯极限工作行程；节流活塞4、阀芯5、回位弹簧6共同放置在阀体3的中空内腔处；音圈电机1的输出轴插入挡板2的中心通孔处，音圈电机1工作时，其输出轴通过挡板中心孔插入阀体中，与节流活塞4端面接触，提供驱动力；所述阀体3与挡板2之间设有密封圈；
如图5所示，当减压阀不工作时，音圈电机1不通电，不提供驱动力，此时两端回位弹簧6均处于原始长度，阀芯5位于中心位置；
如图6所示，当右侧音圈电机工作时，节流活塞4与阀芯5在电机驱动力的作用下共同左移，阀芯5开启，第一工作油口8向外输出工作液压油，左侧回位弹簧受力变形，提供回位弹簧力；压力油从进油口7流向第一工作油口8，第一工作油口8的压力油经阀芯上的等径通孔14引入到阀芯5盲孔与节流活塞4共同构成的工作腔内，再通过节流活塞4的节流孔流回到第一回油口10，这样阀芯5受到向右的液压力，该液压力和回位弹簧力的合力与右侧音圈电机的驱动力相平衡，第一工作油口8的油液输出压力与音圈电机的通电电流相对应，作用在阀芯5上，控制了阀芯5的位置，实现了方向和流量的节流控制。
如图7所示，当阀芯5运动到左侧极限位置时，该侧的节流活塞4的节流孔关闭，该侧工作油口的工作油压达到最大值，在实际应用中，阀芯开启到最大、提供最大的油压力对应同步器完成换挡，并保持在该挡位置，此时关闭节流孔能够减少油液泄漏造成的能量损失。
通过受力分析可以得到比例减压阀工作油压，解释了本发明能够得到连续无级变化油压的油液的原理，在比例减压阀的工作过程中，阀芯受到的力平衡方程式如下：
F＝P·S+k·Δx
式中，F为音圈电机通电后提供的驱动力，P为工作油口输出油液的油压，S为油液作用于阀芯内工作腔的表面积(结构确定后为定值)，k为回位弹簧刚度(结构确定后为定值)，Δx为工作回位弹簧压缩量。随着阀芯开启面积增大，为了使液压力和回位弹簧力的合力能够与电机驱动力构成力平衡，油液在阀芯工作腔产生的液压力会逐渐增加，从而实现电信号对工作油口油压的调节。
对于音圈电机，电机驱动力与通电电流之间的关系为：
F＝K·I
式中，K为比例系数(由音圈电机参数决定，为定值)，I为电流值(可控输入量)，当对音圈电机通入连续无级变化的电流时，电机驱动力也呈连续无级变化。
工作油口油压：
回位弹簧的刚度很小，如果忽略刚度很小的回位弹簧的作用，就可以认为该比例减压阀的工作油口油压与音圈电机驱动力成正比，则工作油口的油压也是可以连续无级变化的。
以上所述为本专利的工作原理与结构形式。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种双向滑阀式比例减压阀，其特征在于：包括：音圈电机(1)、挡板(2)、阀体(3)、节流活塞(4)、阀芯(5)、回位弹簧(6)、进油口(7)、第一工作油口(8)、第二工作油口(9)、第一回油口(10)、第二回油口(11)、径向通孔(12)、轴向深孔(13)、等径通孔(14)和中部周向凹槽(15)；
阀体(3)为中空圆柱体；圆柱体上开设中心点位于同一直线上的方形结构的进油口(7)、第一工作油口(8)、第二工作油口(9)、第一回油口(10)和第二回油口(11)；
节流活塞(4)为十字形结构；十字形结构上开设径向通孔(12)，以及与径向通孔(12)垂直的轴向深孔(13)，径向通孔(12)与轴向深孔(13)成T字形结构的节流孔；
阀芯(5)为圆柱体结构，沿圆柱体两端面分别向内开设盲孔；两盲孔之间的部分为中间部分；在中间部分上开设中部周向凹槽(15)；在两盲孔对应的圆柱体侧壁上分别开设等径通孔(14)；所述等径通孔需与盲孔相通；阀芯与阀体配合的圆柱体外侧壁上开设小锥形槽；
两盲孔中均设有节流活塞(4)，其中节流活塞(4)带有轴向深孔的一端插入到阀芯(5)的盲孔中；回位弹簧(6)安装在节流活塞(4)带有轴向深孔的另一端上；节流活塞(4)、阀芯(5)、回位弹簧(6)共同放置在阀体(3)的中空内腔处；进油口(7)与中部周向凹槽(15)相通；音圈电机(1)的输出轴插入挡板(2)的中心通孔处；所述阀芯上的等径通孔(14)分别与第一工作油口(8)和第二工作油口(9)相通。
2.如权利要求1所述的一种双向滑阀式比例减压阀，其特征在于：所述阀体(3)的进油口(7)、第一工作油口(8)、第二工作油口(9)、第一回油口(10)、第二回油口(11)以及阀芯(5)的盲孔和中部周向凹槽(15)的位置及宽度需满足阀芯(5)在双侧工作极限位置之内，且中部周向凹槽(15)始终与进油口(7)相通；在阀芯(5)向一侧运动到极限位置时，该侧的节流活塞的径向通孔应不再与该侧的回油口相通，反方向也是同样；在阀芯(5)从初始位置到一侧极限位置之间，始终满足该侧等径通孔与该侧工作油口相通，而另一侧工作油口与中部周向凹槽(15)不相通，反方向也是同样；节流活塞(4)与阀芯的盲孔配合的另一侧轴的直径需要大于挡板的中心孔直径，该侧轴端到挡板的距离即为阀芯一侧工作总行程。
3.如权利要求1或2所述的一种双向滑阀式比例减压阀，其特征在于：在所述阀芯(5)的两端面处开设周向凹槽。
4.如权利要求1所述的一种双向滑阀式比例减压阀，其特征在于：所述回位弹簧(6)的原始长度应与节流活塞与阀芯接触的另一侧到挡板的距离相同。
5.如权利要求1所述的一种双向滑阀式比例减压阀，其特征在于：所述阀体(3)上需开设轴向通道将第一回油口(10)和第二回油口(11)相连通。
6.如权利要求1或5所述的一种双向滑阀式比例减压阀，其特征在于：所述阀体(3)与挡板(2)之间需设有密封圈。
7.如权利要求1所述的一种双向滑阀式比例减压阀，其特征在于：比例减压阀的工作过程为：当减压阀不工作时，音圈电机(1)不通电，不提供驱动力，此时回位弹簧(6)处于原始长度，阀芯(5)位于中心位置；当右侧音圈电机工作时，节流活塞(4)与阀芯(5)共同左移，左侧弹簧受力变形，提供回位弹簧力，同时压力油从进油口(7)流向第一工作油口(8)，第一工作油口(8)的压力油经阀芯上的等径通孔(14)引入到阀芯(5)的盲孔与节流活塞(4)共同构成的工作腔内，再通过节流活塞(4)的节流孔流回到第一回油口(10)，这样阀芯(5)受到向右的液压力，该液压力和回位弹簧力的合力与右侧音圈电机的驱动力相平衡，第一工作油口(8)的油液输出压力与音圈电机的通电电流相对应，作用在阀芯(5)上，控制了阀芯(5)的位置，实现了方向和流量的节流控制；相反，当左侧音圈电机工作时，第二工作油口(9)得到与音圈电机的通电电流相对应的油液输出压力，进入第二回油口(11)的油液通过所述阀体(3)的轴向通道流入第一回油口(10)。
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