CN108223493B - 一种先导比可变的平衡阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种先导比可变的平衡阀，阀体具有控制油口，控制活塞具有位于两个端部的第一作用面和第二作用面；阀套具有第一容腔，第一容腔靠近第一作用面；阀芯的一端与第二作用面相抵；端盖与控制活塞形成滑动密封连接；控制活塞具有至少一个环形凸台，环形凸台靠近第一容腔的一侧端面为第一环形作用面；端盖具有至少一个与相应的一个环形凸台形成滑动密封的环形凹槽和至少一个连通相应一个环形凹槽的油道；环形凹槽靠近第一容腔的一侧端面为第二环形作用面；第一环形作用面与相应第二环形作用面之间形成第二容腔。本发明具有的有益效果：能够在要求系统稳定性高的工况采用低先导比，在稳态工况采用高先导比，从而降低系统能耗。

Description

一种先导比可变的平衡阀

技术领域

本发明属于工程机械技术领域，具体涉及一种先导比可变的平衡阀。

背景技术

随着社会的发展及移动式起重机用户对设备使用要求的不断提高，移动式起重机研发的重点由满足用户基本要求向智能化、高可靠性、低能耗及人机交互舒适性方向发展。高性能的移动式起重机对液压元件的要求也较高。在移动式汽车起重机伸缩、变幅、卷扬系统中，为保证液压系统的安全性，执行机构上均装有具有锁紧功能的液压平衡阀，主要用于防止系统的内泄引起的负载位置的变动和液压管路损坏造成执行机构急速运动引起的安全事故。

通常地，平衡阀正向开启时，液压油直接流经平衡阀内单向阀供油；反向开启时，需控制液压油进入平衡阀控制腔推动阀芯换向，液压油才可流经平衡阀。如图1所示，平衡阀正向开启时，高压油从平衡阀的A口推动单向阀6压缩单向阀弹簧7，液压油从A口流向B口，实现平衡阀的单向功能。平衡阀反向开启时，控制油从控制口1通过油道2进入平衡阀的控制阀盖容腔，此时单向阀12处于关闭状态，当控制油经过螺纹阻尼11流向容腔10后，待该容腔内建立一定的压力后控制活塞9推动阀芯向右有微小的运动，平衡阀有微小的开口，同时容腔10内的压力油推动单向阀12向左运动，单向阀打开，控制油经过单向阀流向容腔10内，容腔10内的压力推动阀芯压缩平衡阀复位弹簧5，使平衡阀开启，待平衡阀控制压力达到一定压力后平衡阀全开；当平衡阀控制口压力减小时，阀芯在复位弹簧的推动下向左运动，使平衡阀趋于关闭。控制活塞9左侧的环形作用面积即为平衡阀的先导控制面积。如图2所示，平衡阀的先导控制压力-过流面积曲线中，横轴A(x)为平衡阀过流面积，纵轴P(x)为先导控制压力，曲线R为先导比，由该曲线可以看出，R_小曲线表示先导比小，在同样阀芯位移波动量下，平衡阀控制口压力波动幅度更大，意味着抗负载压力波动能力更强，系统稳定性更高；但该类平衡阀的最大的不足是平衡阀的全开压力较高，尤其是在低负载、大流量下的液压系统节流损失较大，节能效果差。R_大曲线表示先导比大，阀芯全开对应控制压力相比也低，在系统中消耗压损也小，节能性高，但该平衡阀最大的缺点是稳定性能差，先导控制压力微小的变化就会引起主阀芯较大的变化。

由此可见，现有平衡阀均采用固定的控制容腔控制平衡阀的开度且平衡阀的控制压力不可控。应用该平衡阀的液压系统一般能量损失大、系统的产热量高，系统中液压元件的匹配效果不好。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种先导比可变的平衡阀，能够在要求系统稳定性高的工况采用低先导比，在稳态工况采用高先导比，从而降低系统能耗。

为解决现有技术问题，本发明公开了一种先导比可变的平衡阀，包括阀体、阀芯、阀套和控制活塞；

阀体具有控制油口；

控制活塞具有位于两个端部的第一作用面和第二作用面；

阀套具有第一容腔，第一容腔靠近第一作用面；

阀芯的一端能够与第二作用面相抵接；

控制油经控制油口进入第一容腔，待第一容腔建立一定压力后推动控制活塞和阀芯移动从而使平衡阀反向开启；

还包括：

端盖，安装于阀体内；以及控制阀；

控制活塞和阀套均设置于端盖中，阀套与端盖形成静密封，控制活塞与端盖形成动密封；

控制活塞具有至少一个环形凸台，环形凸台靠近第一容腔的一侧端面为第一环形作用面；

端盖具有至少一个与相应的一个环形凸台形成滑动密封的环形凹槽和至少一个连通相应一个环形凹槽的油道；环形凹槽靠近第一容腔的一侧端面为第二环形作用面；

第一环形作用面与相应第二环形作用面之间形成第二容腔；

控制油能够经控制阀进入第二容腔内从而在腔内建立一定压力后推动控制活塞和阀芯移动从而使平衡阀反向开启。

作为优选方案，环形凸台和环形凹槽的数目均为多个时，其均形成沿轴向的阶梯排列。

作为优选方案，第二容腔的数目为多个时，控制油通过一个控制阀共同进入到所有第二容腔中。

作为优选方案，第二容腔的数目为多个时，控制油通过多个控制阀分别进入到每个第二容腔中。

作为优选方案，第二容腔中的控制油能够通过控制阀泄油。

作为优选方案，阀体具有外泄油道，外泄油道与控制阀连接。

作为优选方案，阀体具有内泄油道，第二作用面位于其中一个环形凹槽中，内泄油道的一端与控制阀连接，另一端与收容第二作用面的环形凹槽连接。

作为优选方案，内泄油道设置有液压阻尼或阻尼堵。

作为优选方案，控制阀为二位三通电磁换向阀或电比例减压阀。

本发明具有的有益效果：

1)节能效果好：平衡阀先导比可变，通过改变平衡阀的先导比，可实现分级控制，降低不同负载下平衡阀的全开压力。从而降低系统的能量损失，减少发动机的输出功率，减少发动机的燃油消耗量。

2)系统产热量低：平衡阀控制先导面积分级控制，增大平衡阀控制端先导控制面积，平衡阀全开的压力较低，产热量较小，系统的热平衡温度低。

3)稳定性、可靠性高：通过分级控制，实现平衡阀先导比可变，在系统调速阶段使用小先导比，保证系统的稳定性，待系统稳定后，使用大的先导比，降低平衡阀全开压力，实现平衡阀的节能效果。

4)该平衡阀还可实现外控内泄和外控外泄两种控制方式，平衡阀启闭特性好，通过电磁阀切换平衡阀的先导比，可以实现平衡阀切换平稳、可靠。

附图说明

图1为现有技术中一种平衡阀的结构示意图；

图2为平衡阀的先导控制压力-过流面积曲线；

图3为本发明一个优选实施例的结构示意图；

图4为图3所示实施例的原理图；

图5为本发明另一个优选实施例中控制活塞与端盖的装配示意图。

附图标记：

1调节螺杆；2第二单向阀；3螺纹阻尼；4第一容腔；5第二容腔；6控制活塞；7第三容腔；8阀芯；9泄油孔；10第一弹簧；11第一单向阀；12复位弹簧；13阻尼孔；14阀体；15控制油口；16第一油道；17端盖；18阀套；19环形凹槽；20第二油道；21第一环形作用面；22第二环形作用面；23第一作用面；24第二作用面；25环形凸台。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明利用多级控制的原理，在不改变原有平衡阀内部结构的前提下，通过增加控制活塞的作用面积改变平衡阀的先导比，以下通过具体实施例作进一步描述。

实施例一

如图3和4所示，一种先导比可变的平衡阀，包括阀体14、阀芯8、调节螺杆1、第一单向阀11、第二单向阀2、第一弹簧10、第二弹簧、复位弹簧12、阀套18、阀座、端盖17和控制活塞6。

阀体14具有控制油口15、油口A、油口B、泄油口L和一贯通的腔体。阀芯8和控制活塞6均滑动安装于腔体中，控制活塞6具有位于两个端部的第一作用面23和第二作用面24。阀芯8的一端与第二作用面24相抵接以便传递控制力，另一端滑动安装于阀座中并通过复位弹簧12与阀座形成弹性连接，移动阀芯8能够控制第一单向阀11的开口从而控制平衡阀的开度。阀芯8的内部具有贯通的泄油孔9，阀座具有连通泄油孔9和腔体的阻尼孔13。第一单向阀11通过第一弹簧10弹性安装于油口A和油口B之间的腔体之间。端盖17安装于腔体中，阀套18安装于端盖中形成静密封，阀套18具有第一容腔4，第一容腔4靠近第一作用面23，以实现该腔压力作用于第一作用面23。调节螺杆1通过螺纹阻尼3可调节地拧入至阀套18中以封堵第一容腔4，调节螺杆1内具有一腔道，腔道的一端通过端盖17上的第一油道16连接控制油口15，另一端与第一容腔4连接。第二单向阀2通过第二弹簧弹性安装于腔道中。

端盖与控制活塞6形成滑动密封连接，控制油经控制油口15进入第一容腔4，待第一容腔4建立一定压力后推动控制活塞6和阀芯8移动从而使平衡阀反向开启。

控制活塞6具有一个环形凸台25，环形凸台25靠近第一容腔4的一侧端面为第一环形作用面21。

端盖17具有一个与环形凸台25形成滑动密封的环形凹槽19和一个连通环形凹槽19的第二油道20；环形凹槽19靠近第一容腔4的一侧端面为第二环形作用面22；第一环形作用面21与第二环形作用面22之间形成第二容腔5。控制油能够经控制阀进入第二容腔5内从而在腔内建立一定压力后推动控制活塞6和阀芯8移动从而使平衡阀反向开启。

控制阀为二位三通电磁换向阀，其进油口与控制油口15连接，其出油口与第二油道20连接，其回油口与阀体14上的外泄油道连接。

平衡阀正向开启时，高压油从平衡阀的油口A推动第一单向阀11压缩第一弹簧10，液压油从油口A流向油口B，实现平衡阀的单向功能，该方案和现有技术完全一致。

平衡阀反向开启时，控制油从控制油口15通过第一油道16进入平衡阀的端盖的第一容腔4，此时第一单向阀11处于关闭状态，当控制油经过螺纹阻尼3流向第一容腔4后，待该容腔内建立一定的压力后控制活塞6推动阀芯8向右有微小的运动，平衡阀有微小的开口，同时第一容腔4内的压力油推动第二单向阀2向左运动，第二单向阀2打开，控制油经过第二单向阀2流向第一容腔4内，第一容腔4内的压力推动阀芯8压缩平衡阀复位弹簧12，使平衡阀开启。在平衡阀反向开启过程中，控制阀可根据相应的控制策略实现平衡阀的电控功能，当控制阀接收到控制信号后，其输出的控制油经过相应的油道进入平衡阀的第二容腔5内，控制压力通过控制活塞6推动阀芯8向右运动，使平衡阀向开启的方向运动；因第二容腔5的切入使平衡阀先导控制面积增大，先导比变大，平衡阀全开的压力降低；当控制阀接收到平衡阀趋于关闭的控制信号后，控制阀的控制电流逐渐减小至0，第二容腔5的控制油先完成泄压，当控制油口15压力减小时，阀芯8在复位弹簧12的推动下向左运动，使平衡阀趋于关闭。

实施例二

如图5所示，与实施例一不同之处在于，本实施例中，控制活塞6具有三个形成沿轴向阶梯排列的环形凸台25，端盖具有三个形成沿轴向阶梯排列从而能够与相应环形凸台25形成滑动密封的环形凹槽19，因此该实施例构建的第二容腔5数目为三个。每个第二容腔5通过一个第二油道20与控制阀连接。通过向三个第二容腔5内输入控制油从而增大先导比。

实施例三

与实施例二不同之处在于，本实施例中，控制阀的数目也为三个，其出油口分别与一个第二油道20连接实现顺序控制。

实施例四

与实施例一不同之处在于，本实施例中，阀体14内还具有内泄油道。第二作用面24位于其中一个环形凹槽19中形成第三容腔7，内泄油道的一端与控制阀的出油口连接，另一端与第三容腔7。对于平衡阀的控制端，也就是控制阀所在端：当外泄油道在阀体14上的油口被油堵堵死(即图3中L口被堵死)、而内泄油道放入液压阻尼时，第二容腔5内的控制油通过控制阀、内泄油道、第三容腔7、泄油孔9和阻尼孔13泄油至油口A中实现外控内泄。当外泄油道外接(即图3中L口连接油箱)、而内泄油道放入阻尼堵时，第二容腔5内的控制油通过控制阀和外泄油道泄油至外部实现外控外泄。

本发明中，第二容腔5的控制压力与第一容腔4的控制压力可以是同一油源；也可以分别采用单独的油源进行控制。控制阀可以是电磁开关阀，亦可以是电比例减压阀。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，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变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种先导比可变的平衡阀，包括阀体（14）、阀芯（8）、阀套（18）和控制活塞（6）；

所述阀体（14）具有控制油口（15）；

所述控制活塞（6）具有位于两个端部的第一作用面（23）和第二作用面（24）；

所述阀套（18）具有第一容腔（4），所述第一容腔（4）靠近所述第一作用面（23）；

所述阀芯（8）的一端能够与所述第二作用面（24）相抵接；

控制油经所述控制油口（15）进入所述第一容腔（4），待所述第一容腔（4）建立一定压力后推动所述控制活塞（6）和所述阀芯（8）移动从而使所述平衡阀反向开启；

其特征在于：还包括：

端盖（17），安装于所述阀体内；以及控制阀；

所述控制活塞（6）和所述阀套（18）均设置于所述端盖（17）中，所述阀套（18）与所述端盖（17）形成静密封，所述控制活塞（6）与所述端盖（17）形成动密封；

所述控制活塞（6）具有至少一个环形凸台（25），所述环形凸台（25）靠近所述第一容腔（4）的一侧端面为第一环形作用面（21）；

所述端盖（17）具有至少一个与相应的一个所述环形凸台（25）形成滑动密封的环形凹槽（19）和至少一个连通相应一个所述环形凹槽（19）的第二油道（20）；所述环形凹槽（19）靠近所述第一容腔（4）的一侧端面为第二环形作用面（22）；

所述第一环形作用面（21）与相应所述第二环形作用面（22）之间形成第二容腔（5）；

控制油能够经所述控制阀进入所述第二容腔（5）内从而在腔内建立一定压力后推动所述控制活塞（6）和所述阀芯（8）移动从而使所述平衡阀反向开启；

所述第二容腔（5）中的控制油能够通过所述控制阀泄油；所述阀体（14）具有内泄油道，所述第二作用面（24）位于其中一个环形凹槽（19）中，所述内泄油道的一端与所述控制阀连接，另一端与收容所述第二作用面（24）的所述环形凹槽（19）连接；所述内泄油道设置有液压阻尼或阻尼堵；所述阀体（14）具有外泄油道，所述外泄油道与所述控制阀连接；

所述环形凸台（25）和所述环形凹槽（19）的数目均为多个时，其均形成沿轴向的阶梯排列；

所述第二容腔（5）的数目为多个时，控制油通过一个或多个所述控制阀共同或分别进入到所有所述第二容腔（5）中；所述控制阀为二位三通电磁换向阀或电比例减压阀。

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