CN108644169B - 集成优先速度控制的高压自动控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种集成优先速度控制的高压自动控制装置，包括阀体，阀体内设有先导液控阀和恒压阀；先导液控阀包括先导液控阀腔；先导液控阀腔内设有先导液控阀芯，先导液控阀芯外周面上设有第一槽和第二槽；恒压阀包括恒压阀阀孔，恒压阀阀孔内设有恒压阀阀套，恒压阀阀套内设有恒压阀阀芯，恒压阀阀芯的外周面上设有第三槽；恒压阀阀芯与恒压阀阀孔之间设有空隙，恒压阀阀芯内设有第三流道；恒压阀阀套上设有第四流道；所述阀体内设有第一流道、第二流道和第六通道。本发明具有先导油提供的先导压力较低的时候，工程机械主机执行元件依旧可以快速切换速度和扭矩的优点，并且成本低、不容易使马达高压自动控制性能下降使得工程机械使用效果好。
Description
技术领域
本发明属于斜轴式轴向柱塞变量马达的控制元件领域，尤其涉及一种集成优先速度控制的高压自动控制装置。
背景技术
斜轴式轴向柱塞变量马达(简称马达)是常用的液压执行元件，马达的扭矩输出一方面主要依靠通过马达负载压力的变化自动调整排量,从而达到改变马达输出扭矩的目的，另一方面通过改变外部输入作用在整个阀芯尾部的先导油液压力使马达排量发生变化来适应输出扭矩的要求。
以上两个方面调整的功能被设置在同一个控制阀上，当马达负载压力升高并达到变量起点时，由于阀台阶存在面积差，阀逐渐打开，马达进油口的油液经过控制阀流入马达变量活塞大端，马达在变量活塞的作用下，向大排量变化，达到增加马达输出扭矩的目的；当增加作用在阀芯尾部的先导油压力时，马达本身自动控制压力的起点随之降低，即每增加0.1MPa的先导压力，其自动控制压力就会下降1.7MPa，比例为1/17,所以对于自动控制的压力要求很高，当先导压力较低的时候，工程机械主机执行元件无法快速切换速度和扭矩，另一方面由于先导压力和自动控制压力之间1/17的比例偏大，导致该控制方式对先导油液压力的控制精度要求很高，会产生较高的成本；另一方面，由于先导油液作用的阀芯尾部是闭死腔，如果在控制过程中，其尾部油液没有及时排出，就会降低马达本身的高压自动控制性能，不利于工程机械的使用。
因此，现有的控制阀存在当先导油提供的先导压力较低的时候，工程机械主机执行元件无法快速切换速度和扭矩的缺陷，并且成本高、容易使马达高压自动控制性能下降使得工程机械使用效果差。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种集成优先速度控制的高压自动控制装置。本发明具有先导油提供的先导压力较低的时候，工程机械主机执行元件依旧可以快速切换速度和扭矩的优点，并且成本低、不容易使马达高压自动控制性能下降使得工程机械使用效果好。
本发明的技术方案：集成优先速度控制的高压自动控制装置，包括阀体，阀体内设有先导液控阀和恒压阀；
所述先导液控阀包括贯穿阀体的先导液控阀腔，先导液控阀腔包括依次串联的第一孔和第二孔，第一孔的外侧端部设有堵头；先导液控阀腔内设有先导液控阀芯，先导液控阀芯的外周面上设有位于第一孔内的凸环，凸环和堵头之间设有先导阀弹簧，从第一孔到第二孔方向上的先导液控阀芯外周面上依次设有第一槽和第二槽；
所述恒压阀包括恒压阀阀孔，恒压阀阀孔内设有恒压阀阀套，恒压阀阀孔的底面和恒压阀阀套之间设有空腔，恒压阀阀套内设有通孔，通孔内设有恒压阀阀芯，恒压阀阀芯的外周面上设有第三槽；恒压阀阀芯远离空腔的端部与恒压阀阀孔之间设有空隙，恒压阀阀芯内设有第三流道，第三流道的一端与空腔连接、另一端与空隙连接；恒压阀阀套上设有第四流道，第四流道的一端穿过阀体与第一槽连接、另一端与空隙连接；
所述阀体内设有第一流道、第二流道和第六通道，所述第一流道的一端与第二槽连接、另一端设有第一油口，第一流道上设有与变量活塞小端连接的小端油口；所述第二流道的一端与第一槽连接、另一端设有与变量活塞大端连接的大端C口；所述第六通道的一端穿过恒压阀阀套后连接第二槽、另一端连接第三槽，第六通道与第一流道连通。
前述的集成优先速度控制的高压自动控制装置中，所述第一孔通过第五通道与变量活塞大端泄油通道T连接。
前述的集成优先速度控制的高压自动控制装置中，所述第一槽、第二槽和第三槽都是环形槽。
前述的集成优先速度控制的高压自动控制装置中，所述恒压阀阀芯是台阶阀芯，第三槽靠近空腔的底面直径小于第三槽远离空腔的底面直径。
与现有技术相比，通过设置先导液控阀和恒压阀实现优先速度控制和高压自动控制。相较于现有控制阀的控制方式，本发明对先导油液压力的要求明显降低，只需提供大于2MPa的先导压力就可以实现优先速度控制，达到工程主机执行元件快速切换速度和扭矩的目的，另外，本发明对所以先导油液压力的控制精度要求低，使得成本低。本发明先导油作用的先导液控阀芯尾部不是死腔，第一孔内的油液可以及时排出，不会降低马达本身的高压自动控制性能，有利于工程机械的使用。由于先导阀与恒压阀相互独立工作，两阀互不干扰，实现了马达的速度优先控制的目的。
因此，本发明具有先导油提供的先导压力较低的时候，工程机械主机执行元件依旧可以快速切换速度和扭矩的优点，并且成本低、不容易使马达高压自动控制性能下降使得工程机械使用效果好。
附图说明
图1是本发明的正视剖视图。
图2是本发明的左视剖视图。
图3是是恒压阀的结构示意图。
图4是先导液控阀的结构示意图。
图5是本发明连接马达后对马达进行控制的原理图。
附图中的标记为：1-阀体，7-马达，8-先导液控阀，9-恒压阀，
801-第一孔，802-第二孔，804-堵头，805-先导液控阀芯，806-凸环，807-先导阀弹簧，808-第一槽，809-第二槽，810-第五通道；
901-恒压阀阀孔，902-恒压阀阀套，903-空腔，904-通孔，905-恒压阀阀芯，906-第三槽，907-空隙，908-第三流道，909-第四流道；
101-第一流道，102-第二流道，103-第六通道，104-第一油口，105-小端油口，106-大端C口，
701-第一单向阀，702-第二单向阀,703-变量活塞大端,704-变量活塞小端,705-变量活塞杆,706-反馈弹簧,707-恒压阀弹簧,708-泄油口，709-先导油口，B-马达进油口,X-先导油口,A-马达出油口,T-变量活塞大端泄油通道。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例。集成优先速度控制的高压自动控制装置，如图1至图4所示，包括阀体1，阀体内设有先导液控阀8和恒压阀9；
所述先导液控阀8包括贯穿阀体的先导液控阀腔，先导液控阀腔包括依次串联的第一孔801和第二孔802，第一孔801的外侧端部设有堵头804；先导液控阀腔内设有先导液控阀芯805，先导液控阀芯805的外周面上设有位于第一孔801内的凸环806，凸环806和堵头804之间设有先导阀弹簧807，从第一孔801到第二孔802方向上的先导液控阀芯805外周面上依次设有第一槽808和第二槽809；
所述恒压阀9包括恒压阀阀孔901，恒压阀阀孔901内设有恒压阀阀套902，恒压阀阀孔901的底面和恒压阀阀套902之间设有空腔903，恒压阀阀套902内设有通孔904，通孔904内设有恒压阀阀芯905，恒压阀阀芯905的外周面上设有第三槽906；恒压阀阀芯905远离空腔903的端部与恒压阀阀孔901之间设有空隙907，恒压阀阀芯905内设有第三流道908，第三流道908的一端与空腔903连接、另一端与空隙615连接；恒压阀阀套902上设有第四流道909，第四流道909的一端穿过阀体1与第一槽808连接、另一端与空隙615连接；
所述阀体内设有第一流道101、第二流道102和第六通道103(即P通道)，所述第一流道101的一端与第二槽809连接、另一端设有第一油口104，第一流道101上设有与变量活塞小端604连接的小端油口105；所述第二流道102的一端与第一槽808连接、另一端设有与变量活塞大端703连接的大端C口106；所述第六通道103的一端穿过恒压阀阀套902后连接第二槽809、另一端连接第三槽906，第六通道103与第一流道101连通；
所述第二孔802上设有螺纹。
所述第一孔801通过第五通道810与变量活塞大端泄油通道T连接。
所述第一槽808、第二槽809和第三槽906都是环形槽。
所述恒压阀阀芯905是台阶阀芯，第三槽906靠近空腔903的底面直径小于第三槽906远离空腔903的底面直径。
本发明的应用：如图5所示，马达7有一个马达出油口A和一个马达进油口B，根据马达正旋反旋的转换，马达出油口A和马达进油口B的进出油功能会发生转换。马达出油口A和马达进油口B分别经第一单向阀701和第二单向阀702与第一油口104连接，马达7的变量活塞大端703与大端C口106连接，马达7的变量活塞小端704与小端油口105连接，马达7的变量活塞杆705通过反馈弹簧706和恒压阀弹簧707(反馈弹簧706和恒压阀弹簧707均是马达7上的自有零件)与恒压阀阀芯905连接，马达7的泄油口708与恒压阀阀孔901连通，第二孔802与工程机械主机的先导油口X(先导油从先导油口X流出)连接，恒压阀阀孔901与变量活塞大端泄油通道T连接。
工作原理：如图5所示，马达在初始状态时，在反馈弹簧706和恒压阀弹簧707的作用下，恒压阀9处于右位工作状态，由于马达出口油常通变量活塞小端704，所以初始状态时马达始终在小排量状态工作，输出较小的工作扭矩。当马达进油口压力逐渐升高时，作用在恒压阀阀芯905的油液压力克服反馈弹簧706和恒压阀弹簧707的弹力，恒压阀阀芯905向反馈弹簧706一侧移动，恒压阀阀芯905左位开始工作，此时马达出口油经过恒压阀9，再经过先导液控阀8后进入变量活塞大端703，使变量活塞向左移动，使马达向大排量变化，马达进油口压力越高，其排量越大，马达输出的扭矩也就越大。具体变量控制过程分两种，一种先导油没有介入的过程，另一种是先导油介入的过程。
先导油没有介入时变量控制的过程：
此时马达在整个变量过程中,其控制油液都来自马达进油口，第一单向阀701或第二单向阀702使马达进油口高压油能顺利到达控制阀第六通道103，控制油液被截止在第二槽809和第三槽906中。在整个变量过程中，马达进油口油液通过第一流道101始终和变量活塞小端704沟通。
当控制油液作用在恒压阀阀芯905推力小于恒压阀弹簧707和反馈弹簧706的总弹力时，恒压阀9处于右位工作状态(即第四流道909和空隙907连通)，此时，马达进油口油液无法到达变量活塞大端703(此时第三槽906和第四流道909不连通)，此时马达处于最小排量。
当马达进油口油液的压力逐渐增加时，作用在恒压阀阀芯905靠近空腔903一侧的压力逐渐上升，当该压力产生的推力大于恒压阀弹簧707和反馈弹簧706的总弹力时，恒压阀阀芯905移动，第四流道909和空隙907的连通被断开，从变量活塞大端703进入马达壳体的回油被切断，同时第四流道909和第三槽906连通，马达进油口进入变量活塞大端703的油液被沟通，变量活塞大端的压力逐渐上升，由于变量活塞大端703和小端704存在面积差，并且进入两端的油液压力相等，所以变量活塞在变量活塞大端703内压力油的作用下移动，相应的，马达的排量也随之增大，马达输出扭矩也随之增大。变量活塞的位移变化导致了马达排量的变化。在此过程中，反馈弹簧706的弹力随变量活塞的位移量的增大而增大，恒压阀阀芯905在反馈弹簧706的弹力作用下，第四流道909和第三槽906的连通又断开，马达进油口进入变量活塞大端703的油液被切断，第四流道909和空隙907之间又重新连通，变量活塞大端703进入马达壳体回油的油路被接通，变量活塞在变量活塞小端704内的压力油作用下移动，马达排量也因此而减小，直至作用在恒压阀阀芯905两侧的力相等时，作用在变量活塞两端的压力达到平衡，马达也就固定在某一特定排量。马达进口油液始终没有作用在空腔903上，恒压阀阀芯905是台阶阀芯，第三槽906两端底面存在面积差，第三槽906靠近空腔903的底面面积小于第三槽906远离空腔903的底面面积，当进口油液压力超过恒压阀弹簧和反馈弹簧合力时，恒压阀阀芯905会移动并压缩恒压阀弹簧和反馈弹簧，使第四流道909和第三槽906连通。
当马达进口压力很高、恒压阀9左位工作(此时第三槽906和第四流道909连通)、马达处于大排量时，此时，马达进油口油液压力若逐渐减小，恒压阀阀芯95移动，第三槽906和第四流道909连通断开，从马达进油口进入变量活塞大端703的油液被切断，第四流道909和空隙907连通，变量活塞大端703的油液进入马达壳体回油，在变量活塞小端704油液压力的作用下变量活塞向右移动，相应的，马达的排量逐渐减小，其输出扭矩也逐渐减小。马达进口压力的大小，决定了马达的排量大小，由于反馈弹簧706的存在(恒压阀弹簧707只是决定了恒压变量起点，在后续马达比例变量过程中不起作用，它与变量活塞是没有接触的，恒压阀弹簧707在整个变量过程中可以看作是一个回位弹簧。而反馈弹簧706是整个变量控制过程的核心，一侧与恒压阀连接，另一侧与变量活塞连接，活塞位移变化引起的弹力变化都通过反馈弹簧作用在恒压阀阀芯上。)，马达进口压力的连续变化，实现了马达排量、转速、扭矩的无级变化。
从小排量到大排量对应的进口压力变化区间，是由反馈弹簧706刚度决定的，刚度越大，区间越长，反之，则越短。改变变量区间的起点，可以通过改变恒压阀弹簧707的预紧力实现，预紧力越大，变量起点越高，预紧力越小，变量起点越低。
先导油介入时变量控制的过程：当马达处于大小排量之间的任一排量时，需要马达快速输出大扭矩时，先导油介入。
当马达处于恒压阀9变量过程时，先导液控阀8右位工作(此时第一槽808和第二流道102连通)，此时，先导液控阀8不影响马达恒压阀9的变量过程。当马达处于中间排量时，接通2MPa先导油进入第二孔802，此时，作用在先导液控阀芯805远离先导阀弹簧807侧的外控油液压力大于先导阀弹簧807的弹力，先导液控阀芯805向先导阀弹簧807移动，第一槽808和第二流道102之间被阻断，马达进口油液通过第三槽906、第四流道909进入变量活塞大端703的油液被切断，第二流道102和第二槽809连通，马达进口油液依次经第一流道101、第二槽809和第二流道102进入变量活塞大端703，变量活塞移动，马达排量直接到达最大，实现马达速度及扭矩的快速切换。反之，断开先导油时，通过先导液控阀8进入变量活塞大端703的油液被切断，而通过恒压阀9进入变量活塞大端703的油液被接通，马达重新进入恒压阀9变量过程。由于先导液控阀8工作时，通过恒压阀9进入变量活塞大端703的油液被切断，所以，无论何种情况下，只要第二孔802接通先导油，恒压阀9便会失效，故达到了马达的速度优先控制。相较于原有控制阀的高压自动控制和液控越权控制，本发明对先导压力的精度要求明显降低，只需提供大于2MPa的先导压力就可以实现优先速度控制，达到工程机械主机执行元件快速切换速度和扭矩的目的。
因此，本发明具有先导油提供的先导压力较低的时候，工程机械主机执行元件依旧可以快速切换速度和扭矩的优点，并且成本低、不容易使马达高压自动控制性能下降使得工程机械使用效果好。
Claims (4)
1.集成优先速度控制的高压自动控制装置，其特征在于：包括阀体(1)，阀体(1)内设有先导液控阀(8)和恒压阀(9)；
所述先导液控阀(8)包括贯穿阀体的先导液控阀腔，先导液控阀腔包括依次串联的第一孔(801)和第二孔(802)，第一孔(801)的外侧端部设有堵头(804)；先导液控阀腔内设有先导液控阀芯(805)，先导液控阀芯(805)的外周面上设有位于第一孔(801)内的凸环(806)，凸环(806)和堵头(804)之间设有先导阀弹簧(807)，从第一孔(801)到第二孔(802)方向上的先导液控阀芯(805)外周面上依次设有第一槽(808)和第二槽(809)；
所述恒压阀(9)包括恒压阀阀孔(901)，恒压阀阀孔(901)内设有恒压阀阀套(902)，恒压阀阀孔(901)的底面和恒压阀阀套(902)之间设有空腔(903)，恒压阀阀套(902)内设有通孔(904)，通孔(904)内设有恒压阀阀芯(905)，恒压阀阀芯(905)的外周面上设有第三槽(906)；恒压阀阀芯(905)远离空腔(903)的端部与恒压阀阀孔(901)之间设有空隙(907)，恒压阀阀芯(905)内设有第三流道(908)，第三流道(908)的一端与空腔(903)连接、另一端与空隙(907)连接；恒压阀阀套(902)上设有第四流道(909)，第四流道(909)的一端穿过阀体(1)与第一槽(808)连接、另一端与空隙(907)连接；
所述阀体(1)内设有第一流道(101)、第二流道(102)和第六通道(103)，所述第一流道(101)的一端与第二槽(809)连接、另一端设有第一油口(104)，第一流道(101)上设有与变量活塞小端(604)连接的小端油口(105)；所述第二流道(102)的一端与第一槽(808)连接、另一端设有与变量活塞大端(703)连接的大端C口(106)；所述第六通道(103)的一端穿过恒压阀阀套(902)后连接第二槽(809)、另一端连接第三槽(906)，第六通道(103)与第一流道(101)连通。
2.根据权利要求1所述的集成优先速度控制的高压自动控制装置，其特征在于：所述第一孔(801)通过第五通道(810)与变量活塞大端泄油通道(T)连接。
3.根据权利要求1所述的集成优先速度控制的高压自动控制装置，其特征在于：所述第一槽(808)、第二槽(809)和第三槽(906)都是环形槽。
4.根据权利要求1所述的集成优先速度控制的高压自动控制装置，其特征在于：所述恒压阀阀芯(905)是台阶阀芯，第三槽(906)靠近空腔(903)的底面直径小于第三槽(906)远离空腔(903)的底面直径。
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