CN109185498B - 一种比例平衡阀 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种比例平衡阀，包括：阀体，螺堵，主阀芯，控制阀芯，弹簧座，挡圈，堵塞、弹簧和比例电磁铁。根据本发明实施例的比例平衡阀，节能、不需要先导手柄和液控比例多路阀。

Description

一种比例平衡阀
技术领域
本发明涉及一种阀，具体来说涉及一种比例平衡阀。
背景技术
现代的工程机械、建筑机械等机械设备中，大量应用了起升液压回路，其中平衡阀是控制起升回路中液压油缸工作的关键液压元件，平衡阀性能的优劣直接影响着主机的性能。由于平衡阀主要增加背压，而且调定压力通常比最大负载要大30％～50％，因而平衡阀在系统中是属于耗能元件，通过功率的消耗来获得稳定。目前现有技术均是固定设定压力，一般为1.3～1.5倍最大负载，当负载变小或者空载时也同样需要满载时的那么大背压，因而必须增大先导压力，以打开设定的压力，这将造成不必要的无用功输出，造成能量浪费。另外，现有技术中，含有平衡阀的液压回路一般都是由液控比例多路阀、先导手柄和平衡阀组成，不但耗能、且构成复杂，整体成本高。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种节能型的、不需要先导手柄和液控比例多路阀，从而可以降低液压平衡回路整体成本的比例平衡阀。
根据本发明实施例的一种比例平衡阀，包括：
阀体，所述阀体具有上下贯通的阀体阶梯孔，所述阀体阶梯孔的小孔径部包括从上至下依次间隔布置的第一通流槽、第二通流槽、第三通流槽和第四通流槽，所述阀体阶梯孔的大孔径部与小孔径部连接处设有第一密封锥面，所述阀体的侧壁上具有与第一通流槽连通的第一油口、与第二通流槽连通的第二油口、与第三通流槽连通的第三油口和与所述阀体阶梯孔的大孔径部连通的第四油口，所述第四通流槽位于所述第三油口和第四油口之间且位于所述密封锥面的上方；
螺堵，所述螺堵设在所述阀体的下端以封闭所述阀体阶梯孔的下开口；
主阀芯，所述主阀芯可上下滑动地设在所述阀体阶梯孔内且位于所述螺堵的上面，所述主阀芯上具有上下贯通的主阀芯通孔，所述主阀芯通孔自上而下包括主阀芯通孔上段、主阀芯通孔中段和主阀芯通孔下段，所述主阀芯通孔上段与主阀芯通孔中段连接处设有第二密封锥面，所述主阀芯的侧壁上具有连通所述主阀芯通孔上段与所述第三通流槽的第一通流孔，所述主阀芯上由上至下设有第一凸肩、第二凸肩、第三凸肩、第四凸肩和第五凸肩，所述第二凸肩上设有用以控制第一油口与第二油口通断的第一节流槽和用以控制第二油口与第三油口通断的第二节流槽，所述第三凸肩上设有用以控制第三油口和第四通流槽通断的第三节流槽，所述第四凸肩与所述第一密封锥面相配合以控制第四油口与第四通流槽的通断，所述第五凸肩与所述阀体阶梯孔的大孔径部滑动配且所述第五凸肩的直径大于第四凸肩的直径，所述螺堵与所述主阀芯之间限定有第一控制腔，所述主阀芯上设有用以连通所述主阀芯通孔中段和所述第一控制腔的第二通流孔，所述第四凸肩的侧壁上设有用以连通第四油口和所述第二通流孔的阻尼孔；
堵塞，所述堵塞固定设在所述主阀芯通孔下端内以封闭所述主阀芯通孔的下开口；
弹簧座，所述弹簧座固定设在所述阀体阶梯孔内且位于所述主阀芯的上面；
控制阀芯，所述控制阀芯包括可上下滑动地配合在所述主阀芯通孔下段内的控制阀芯滑动段以及位于所述控制阀芯滑动段上面且上端向上穿过所述弹簧座的控制阀芯缩径段，所述控制阀芯滑动段的上端面和所述第二密封锥面相配合以控制所述主阀芯通孔中段与主阀芯通孔上段的通断，所述控制阀芯上具有开口向下的控制阀芯盲孔，所述控制阀芯盲孔的上端向上延伸至所述控制阀芯缩径段，所述控制阀芯缩径段具有连通所述控制阀芯缩径段的外周壁与所述控制阀芯盲孔的控制阀芯通流孔，在所述阀体阶梯孔内，所述弹簧座、所述控制阀芯以及所述主阀芯之间限定有第二控制腔，在所述主阀芯通孔内，所述控制阀芯的下端和所述堵塞之间限定有第三控制腔；
挡圈，所述挡圈设在所述控制阀芯缩径段上且位于所述弹簧座的上面；
弹簧和比例电磁铁，所述弹簧套接在所述控制阀芯缩径段上，所述弹簧的下端抵靠所述弹簧座且所述弹簧的上端抵靠所述挡圈，所述比例电磁铁设在所述阀体上以封闭所述阀体阶梯孔的上端，所述比例电磁铁的推杆向下伸入到所述阀体阶梯孔内，所述弹簧向上常推动所述控制阀芯以使所述控制阀芯缩径段的上端常抵靠所述推杆的下端；
当所述比例电磁铁失电时，所述推杆上抬，所述控制阀芯滑动段上移以封闭所述第二密封锥面，且所述第四凸肩上移封闭所述第一密封锥面，所述第二油口通过所述第二节流槽与所述第三油口相连通，所述第一油口和所述第二油口断开，所述第三油口和所述第四通流槽断开；
当所述比例电磁铁得电时，所述推杆下移，所述控制阀芯滑动段下移以打开所述第二密封锥面，主阀芯在第四油口和第一控制腔的压差下向下运动打开所述第一密封锥面，第二油口和第三油口断开，第三油口通过所述第三节流槽与所述第四通流槽相连通，第一油口通过所述第一节流槽与所述第二油口相连通。
有利地，所述控制阀芯滑动段的中部设有与主阀芯通孔中段相对应的控制阀芯通流槽。
有利地，所述第一节流槽、第二节流槽、第三节流槽皆为矩形槽。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例的比例平衡阀的结构示意图；
图2是根据本发明一个实施例的比例平衡阀的阀体结构示意图；
图3是根据本发明一个实施例的比例平衡阀的主阀芯结构示意图；
图4是根据本发明一个实施例的比例平衡阀的控制阀芯结构示意图；
图5是根据本发明一个实施例的比例平衡阀的液压原理图；
图6是根据本发明一个实施例的比例平衡阀的一个应用场景的液压原理图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考附图来详细描述跟本发明实施例的比例平衡阀。
如图1至图6所示，根据本发明实施例的一种比例平衡阀，包括：阀体1，主阀芯2，弹簧座3，控制阀芯4，弹簧5，螺堵6，比例电磁铁7，堵塞8和挡圈9。
具体而言，阀体1具有上下贯通的阀体阶梯孔，阀体阶梯孔的小孔径部包括从上至下依次间隔布置的第一通流槽101、第二通流槽102、第三通流槽103和第四通流槽104，所述阀体阶梯孔的大孔径部与小孔径部连接处设有第一密封锥面105，阀体1的侧壁上具有与第一通流槽101连通的第一油口P、与第二通流槽102连通的第二油口A、与第三通流槽103连通的第三油口T和与所述阀体阶梯孔的大孔径部连通的第四油口B，第四通流槽104位于第三油口T和第四油口B之间且位于第一密封锥面105的上方。
螺堵6设在阀体1的下端以封闭所述阀体阶梯孔的下开口。
主阀芯2可上下滑动地设在所述阀体阶梯孔内且位于螺堵6的上面，主阀芯2上具有上下贯通的主阀芯通孔，所述主阀芯通孔自上而下包括主阀芯通孔上段2a、主阀芯通孔中段2b和主阀芯通孔下段2c，主阀芯通孔上段2a与主阀芯通孔中段2b连接处设有第二密封锥面208，主阀芯2的侧壁上具有连通主阀芯通孔上段2a与第三通流槽103的第一通流孔209，主阀芯2上由上至下设有第一凸肩201、第二凸肩202、第三凸肩203、第四凸肩204和第五凸肩205，第二凸肩202上设有用以控制第一油口P与第二油口A通断的第一节流槽210和用以控制第二油口A与第三油口T通断的第二节流槽211，第三凸肩上203设有用以控制第三油口T和第四通流槽104通断的第三节流槽212，第四凸肩204与第一密封锥面105相配合以控制第四油口B与第四通流槽104的通断，第五凸肩205与所述阀体阶梯孔的大孔径部滑动配且所述第五凸肩205的直径大于第四凸肩204的直径，螺堵6与主阀芯2之间限定有第一控制腔1a，主阀芯2上设有用以连通所述主阀芯通孔中段2b和第一控制腔1a的第二通流孔207，第四凸肩204的侧壁上设有用以连通第四油口B和第二通流孔207的阻尼孔206。第一节流槽210、第二节流槽211、第三节流槽212皆为矩形槽。
堵塞6固定设在所述主阀芯通孔下端内以封闭所述主阀芯通孔的下开口。
弹簧座3固定设在所述阀体阶梯孔内且位于主阀芯2的上面。
控制阀芯4包括可上下滑动地配合在所述主阀芯通孔下段2c内的控制阀芯滑动段402以及位于控制阀芯滑动段402上面且上端向上穿过弹簧座3的控制阀芯缩径段401，所述控制阀芯滑动段402的上端面和第二密封锥面208相配合以控制所述主阀芯通孔中段2b与主阀芯通孔上段2a的通断，控制阀芯4上具有开口向下的控制阀芯盲孔404，控制阀芯盲孔404的上端向上延伸至所述控制阀芯缩径段401，所述控制阀芯缩径段401具有连通所述控制阀芯缩径段401的外周壁与控制阀芯盲孔404的控制阀芯通流孔406，在所述阀体阶梯孔内，弹簧座3、控制阀芯4以及主阀芯2之间限定有第二控制腔1b，在主阀芯通孔内，控制阀芯4的下端和堵塞8之间限定有第三控制腔1c。控制阀芯滑动段402的中部设有与主阀芯通孔中段2b相对应的控制阀芯通流槽403。
挡圈9设在控制阀芯缩径段401上且位于弹簧座3的上面。
弹簧5套接在控制阀芯缩径段401上，弹簧5的下端抵靠所述弹簧座3且所述弹簧5的上端抵靠挡圈9，比例电磁铁7设在阀体1上以封闭所述阀体阶梯孔的上端，比例电磁铁7的推杆71向下伸入到所述阀体阶梯孔内，弹簧5向上常推动控制阀芯4以使控制阀芯缩径段401的上端常抵靠推杆71的下端。
当比例电磁铁7失电时，推杆71上抬，控制阀芯滑动段402上移以封闭所述第二密封锥面208，且第四凸肩204上移封闭所述第一密封锥面105，第二油口A通过第二节流槽211与第三油口T相连通，第一油口P和第二油口A断开，第三油口T和第四通流槽104断开；
当比例电磁铁7得电时，推杆71下移，所述控制阀芯滑动段402下移以打开第二密封锥面208，主阀芯2在第四油口B和第一控制腔1a的压差下向下运动打开所述第一密封锥面105，第二油口A和第三油口T断开，第三油口T通过第三节流槽212与所述第四通流槽104相连通，第一油口P通过第一节流槽210与第二油口A相连通。
下面简单介绍根据本发明实施例的比例平衡阀的工作原理。
如图1所示，当比例电磁铁7不带电时，在弹簧5的作用力下，控制阀芯滑动段402上移以封闭所述第二密封锥面208，在第四油口B压力的作用下，第四凸肩204封堵住第一锥面105(压力油自第四油口B、阻尼孔206、第二通流孔207以及第一控制腔1a作用在第五凸肩205的圆周面积上，使第四凸肩204上移封堵住第一锥面105)，第一控制腔1a和第三油口T断开，第四油口B和第三油口T截止不通；同时第二油口A通过第二节流槽211与第三油口T相连通，第一油口P和第二油口A断开。其中第二控制腔1b通过第一通流孔209与第三油口T相连通，第三控制腔1c通过第一通流孔209、控制阀芯通流孔406和控制阀芯盲孔404后与第三油口T相连通，使控制阀芯4的受力达到平衡只受弹簧5的作用力。
当比例电磁铁7得电时，推杆71下移，所述控制阀芯滑动段402下移以打开第二密封锥面208，油液由第四油口B依次经过阻尼孔206、第二通流孔207、主阀芯通孔中段2b、主阀芯通孔上段2a、第一通流孔209后流入第三油口T，因为阻尼孔206的作用，第四油口B与第一控制腔1a之间产生了压差，主阀芯2在第四油口B和第一控制腔1a的压差下(其中第四油口B的压力作用在第四凸肩204与第五凸肩205的环形面积上产生向下的推力，第一控制腔1a的压力作用在第五凸肩的圆周面积上产生向上的推力)向下运动打开所述第一密封锥面105，使第二油口A和第三油口T断开，第三油口T通过第三节流槽212与所述第四通流槽104相连通，第一油口P通过第一节流槽210与第二油口A相连通，当主阀芯2向下移动后使控制阀芯滑动段的上端面与第二密封锥面208之间的开口减小，第四油口B与第一控制腔1a之间的压差减小，主阀芯2受力达到平衡。
继续增大比例电磁铁7上的电压，控制阀芯4继续向下运动，在第四油口P与第一控制腔1a压差作用下，主阀芯2继续向下运动，第一节流槽210、第三节流槽212的开度增大，第二油口A与第三油口T断开不通；主阀芯2再次向下运动后又减小了第四油口B与第一控制腔1a之间的开度，主阀芯2又达到了新的平衡点。
总之，给定比例电磁铁7的电压越大，第一油口P与第二油口A之间的开度越大，同时第四油口B与第三油口T之间的开度也越大。
如图6所示，是根据本发明一个实施例的比例平衡阀的一个应用场景的液压原理图。其中采用了两个根据本发明实施例的比例平衡阀，即第一比例平衡阀12a和第二比例平衡阀12b。第一比例平衡阀12a和第二比例平衡阀12b的第一油口P均与液压泵11的出口相连通，第一比例平衡阀12a和第二比例平衡阀12b的第三油口T均与油箱相连。第一比例平衡阀12a的第四油口B与液压缸10的有杆腔相连，第一比例平衡阀12a的第二油口A通过单向阀13a后与液压缸10的无杆腔相连，第二比例平衡阀12b的第四油口B与液压缸10的无杆腔相连，第二比例平衡阀12b的第二油口A通过单向阀13b后与液压缸10的有杆腔相连。当需要控制液压缸10伸出时，使第一比例平衡阀12a的比例电磁铁7带电，给第一比例平衡阀12a的电压越大，液压缸10的伸出速度越快。当需要控制液压缸10缩回时，使第二比例平衡阀12b的比例电磁铁7带电，给定第二比例平衡阀12b的电压越大，液压缸10的缩回速度越快。当需要控制液压缸10锁止时，使第一比例平衡阀12a和第二比例平衡阀12b均失电，液压缸10的无杆腔在单向阀13a和第二比例平衡阀12b的第四油口B的线密封下处于截止无泄漏状态，液压缸10的有杆腔在单向阀13b和第一比例平衡阀12a的第四油口B的线密封下处于截止无泄漏状态。
根据本发明实施例的比例平衡阀的有益效果在于：
1、通过比例电磁铁可以控制控制阀芯的位移，由控制阀芯的位移使第四油口B与第一控制腔之间产生压差，此压差推动主阀芯位移，只需很小的电磁铁力就可以控制比例平衡阀的开启和换向，电磁铁功耗在50w左右，不像现有技术中消耗很大的能量，具有节能的效果。
2、采用本发明的液压平衡回路，无需像现有技术中配置液控比例多路阀和先导手柄，简化了液压回路，降低了整体成本。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，均落入本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种比例平衡阀，其特征在于，包括：
阀体，所述阀体具有上下贯通的阀体阶梯孔，所述阀体阶梯孔的小孔径部包括从上至下依次间隔布置的第一通流槽、第二通流槽、第三通流槽和第四通流槽，所述阀体阶梯孔的大孔径部与小孔径部连接处设有第一密封锥面，所述阀体的侧壁上具有与第一通流槽连通的第一油口、与第二通流槽连通的第二油口、与第三通流槽连通的第三油口和与所述阀体阶梯孔的大孔径部连通的第四油口，所述第四通流槽位于所述第三油口和第四油口之间且位于所述第一密封锥面的上方；
螺堵，所述螺堵设在所述阀体的下端以封闭所述阀体阶梯孔的下开口；
主阀芯，所述主阀芯可上下滑动地设在所述阀体阶梯孔内且位于所述螺堵的上面，所述主阀芯上具有上下贯通的主阀芯通孔，所述主阀芯通孔自上而下包括主阀芯通孔上段、主阀芯通孔中段和主阀芯通孔下段，所述主阀芯通孔上段与主阀芯通孔中段连接处设有第二密封锥面，所述主阀芯的侧壁上具有连通所述主阀芯通孔上段与所述第三通流槽的第一通流孔，所述主阀芯上由上至下设有第一凸肩、第二凸肩、第三凸肩、第四凸肩和第五凸肩，所述第二凸肩上设有用以控制第一油口与第二油口通断的第一节流槽和用以控制第二油口与第三油口通断的第二节流槽，所述第三凸肩上设有用以控制第三油口和第四通流槽通断的第三节流槽，所述第四凸肩与所述第一密封锥面相配合以控制第四油口与第四通流槽的通断，所述第五凸肩与所述阀体阶梯孔的大孔径部滑动配且所述第五凸肩的直径大于第四凸肩的直径，所述螺堵与所述主阀芯之间限定有第一控制腔，所述主阀芯上设有用以连通所述主阀芯通孔中段和所述第一控制腔的第二通流孔，所述第四凸肩的侧壁上设有用以连通第四油口和所述第二通流孔的阻尼孔；
堵塞，所述堵塞固定设在所述主阀芯通孔下端内以封闭所述主阀芯通孔的下开口；
弹簧座，所述弹簧座固定设在所述阀体阶梯孔内且位于所述主阀芯的上面；
控制阀芯，所述控制阀芯包括可上下滑动地配合在所述主阀芯通孔下段内的控制阀芯滑动段以及位于所述控制阀芯滑动段上面且上端向上穿过所述弹簧座的控制阀芯缩径段，所述控制阀芯滑动段的上端面和所述第二密封锥面相配合以控制所述主阀芯通孔中段与主阀芯通孔上段的通断，所述控制阀芯上具有开口向下的控制阀芯盲孔，所述控制阀芯盲孔的上端向上延伸至所述控制阀芯缩径段，所述控制阀芯缩径段具有连通所述控制阀芯缩径段的外周壁与所述控制阀芯盲孔的控制阀芯通流孔，在所述阀体阶梯孔内，所述弹簧座、所述控制阀芯以及所述主阀芯之间限定有第二控制腔，在所述主阀芯通孔内，所述控制阀芯的下端和所述堵塞之间限定有第三控制腔；
挡圈，所述挡圈设在所述控制阀芯缩径段上且位于所述弹簧座的上面；
弹簧和比例电磁铁，所述弹簧套接在所述控制阀芯缩径段上，所述弹簧的下端抵靠所述弹簧座且所述弹簧的上端抵靠所述挡圈，所述比例电磁铁设在所述阀体上以封闭所述阀体阶梯孔的上端，所述比例电磁铁的推杆向下伸入到所述阀体阶梯孔内，所述弹簧向上常推动所述控制阀芯以使所述控制阀芯缩径段的上端常抵靠所述推杆的下端；
当所述比例电磁铁失电时，所述推杆上抬，所述控制阀芯滑动段上移以封闭所述第二密封锥面，且所述第四凸肩上移封闭所述第一密封锥面，所述第二油口通过所述第二节流槽与所述第三油口相连通，所述第一油口和所述第二油口断开，所述第三油口和所述第四通流槽断开；
当所述比例电磁铁得电时，所述推杆下移，所述控制阀芯滑动段下移以打开所述第二密封锥面，主阀芯在第四油口和第一控制腔的压差下向下运动打开所述第一密封锥面，第二油口和第三油口断开，第三油口通过所述第三节流槽与所述第四通流槽相连通，第一油口通过所述第一节流槽与所述第二油口相连通。
2.根据权利要求1所述的比例平衡阀，其特征在于，所述所述控制阀芯滑动段的中部设有与主阀芯通孔中段相对应的控制阀芯通流槽。
3.根据权利要求1所述的比例平衡阀，其特征在于，所述第一节流槽、第二节流槽、第三节流槽皆为矩形槽。
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