CN110131243A - 液压系统排气补油单元 - Google Patents

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李育
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卢国亮
刘嘉骏
杨慧超
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    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B21/00—Common features of fluid actuator systems; Fluid-pressure actuator systems or details thereof, not covered by any other group of this subclass
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

一种液压系统排气补油单元，包括：由排气阀、截油阀通过管道相对设置构成的排气回路以及由补油阀通过管道与用于排出气体的油池背接构成的补油回路，其中：截油阀另一端通过管道与油池相连，排气阀另一端与补油阀的出油端均通过管道与液压主油路连接。本发明既可以自动实现液压系统的排气功能，也可以自动完成补油，使液压腔内无气体且油量稳定，又保证了液压腔工作时具有稳定的压力，能够应用于各种液压系统中。

Description

液压系统排气补油单元
技术领域
本发明涉及的是一种液压系统领域的技术，具体是一种可以布置在任意液压系统的适当位置而随液压系统的运行自动工作的液压系统排气补油单元。
背景技术
各种车辆、农用机械等的变速器，通常采用液压系统进行操纵(如换档、离合器切换等)。但这种液压系统很容易出现漏油(或油液损耗)和/或混入气体(如空气)。出现这种情况后，往往造成液压系统不能正常工作，如换档、离合器切换功能失效。而对于液压系统(尤其含有动密封的液压系统)来说，漏油(或油液损耗)、混入气体(如空气)是必然存在的。现有的解决方法通常为：对于动压系统而言，通过油泵的持续运转供油补充渗漏的油量并在动压系统的适当位置设置排气口持续不断地排出气体(同时也排出部分油液)，其功能的实现依赖于油泵的运行，并对动压系统的效率造成负面影响；对于静压系统而言，排气补油均与执行系统作动主体活塞机械上关联，即活塞运动到特定位置时，排气补油通道联通，由于功能的实现依赖于与活塞的机械联接，因此这种系统的应用受到较大局限(如换档系统中很难采用)，而且结构上也复杂。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种液压系统排气补油单元，能够在液压系统中自动运行，不需专设动力驱动等耗能装置。排气时带出的微量油液仍可经油池通过补油回路回到液压系统中，形成自动微循环，符合环保、节能要求。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明包括：由排气阀、截油阀通过管道相对设置构成的排气回路以及由补油阀通过管道与用于排出气体的油池背接构成的补油回路，其中：截油阀另一端通过管道与油池相连，排气阀另一端与补油阀的出油端均通过管道与液压主油路连接。
所述的补油阀的进油端与上述油池相连，出油端与液压主油路相连。
所述的截油阀与油池的连接位置高于补油阀与油池的连接位置。
所述的排气回路与补油回路优选呈并联架构，当液压主油路内压力升高时，补油回路因补油阀的出油端受反向油压而不工作，排气回路在排气阀的阀芯受油压作用向排气行程终点位置移动时进行排气，液压主油路内的气体通过管道进入背接的截油阀排至油池，当排气阀的阀芯在油压的作用下移动到行程终点时，排气阀关闭并结束排气过程；在气体排出液压系统后液压系统腔内介质占位减小，因此液压系统工作中会在腔内产生瞬间微负压，这时补油回路进入工作状态，即：补油阀因腔内微负压的作用开启，油池中的油液通过管道经补油阀的进油端和出油端进入液压主油路，随着油液的补入，微负压状态解除，补油完成。
所述的腔内微负压是指大气压与腔内压力之间微小的差值，该值是因为液压系统内执行件(如活塞等)的运动和行程使腔内空间扩大，但介质(如油液)因排气或泄漏而减少使介质在腔内的实际占位小于上述扩大的空间，此时腔内压力会降低到大气压以下，微负压由此产生。该微负压的作用会迅速使补油阀导通使油池中介质(如油液)通过补油阀进入液压系统填补不足的介质占位直至补满，腔内压力与大气压的差值小于补油阀导通门值时，补油阀关闭。
所述的补油阀、排气阀、截流阀的阀芯优选为复合结构，其包括圆柱体和与之相连的圆锥体或球体，其中：圆锥体或球体结构部分作为通断作用端，圆柱体部分作为支撑端。
所述的支撑端的端部设有弹簧，圆柱体的外表面沿轴向均布至少两条通油槽。
所述的支撑端的圆柱外表面上通油槽以外区域与补油阀、排气阀或截流阀的阀体上的圆柱孔内表面之间为机械公差动配合，使阀芯在阀体中的运动既得到很好的导向作用，同时通油槽在补油阀导通时成为补油通道。
所述的补油阀开启的条件为：pS0＞P1S1+F0，其中：p为大气压强，S0为补油阀阀芯圆锥体小端端面面积，P1为液压系统腔内压强，S1为补油阀阀芯带油槽圆柱体支撑端端面面积，F0为补油阀关闭时，阀芯支撑端受到的弹簧预紧力。
所述的弹簧弹性系数为k，弹簧在对阀芯预紧时的压缩位移为h，则F0＝kh
所以：pS0＞P1S1+kh时补油阀导通。
所述的补油阀关闭的条件为：pS0＜P1S1+kh
所述的排气阀的阀芯受弹簧作用处于常开状态，其关闭的条件为：P1S2＞pS01+k1h1，其中：S2为排气阀阀芯带油槽圆柱体支撑端端面面积，S01为排气阀阀芯圆锥体小端端面面积，k1为排气阀阀芯圆锥体小端端部弹簧弹性系数，h1为排气阀弹簧压缩至闭合位置时的压缩位移量。
所述的截流阀导通的条件为：P1S3＞pS02+k2h2，其中：S3为截流阀阀芯圆锥体小端端面面积，S02为截流阀阀芯带油槽圆柱体支撑端端面面积，k2为截流阀阀芯带油槽圆柱体支撑端端部弹簧弹性系数，h2为截流阀弹簧对阀芯预紧的压缩位移量。
所述的截流阀闭合的条件为：P1S3＜pS02+k2h2。
排气过程中随着气体的排出有少量的油液也会被排至油池中，但这些油液会随着补油过程回到主油路中，从而实现系统的良性循环。
补油过程中，由于排气回路中的截油阀受腔内微负压的作用而处于截油状态并关闭排气回路，从而不影响补油过程。
技术效果
与现有技术相比，本发明既可以自动实现液压系统的排气功能，也可以自动完成补油，使液压腔内无气体且油量稳定，又保证了液压腔工作时具有稳定的压力；本发明采用结构简单的少量零件，而且可以单独形成适用性较强的、独立的功能模块，应用于各种液压系统中。
附图说明
图1为本发明结构示意图(无压状态)；
图2a为本发明排气过程示意图(建压状态)；
图2b为本发明排气过程示意图(排气完成)；
图3为本发明补油过程示意图(微负压状态)；
图中：1油池、2a截油阀、2b排气阀、3补油阀、4油槽、5主油路、6阀芯、7通断作用端、8支撑端、9通油槽。
具体实施方式
如图1所示，本实施例包括由排气阀2b、截油阀2a通过管道背对背连接构成的排气回路以及由补油阀3通过管道与油池1背接构成的补油回路；当液压主油路内压力升高时(参见图2a)，补油阀3出油端受油压作用而关闭，补油回路不工作，同时排气阀2b阀芯向排气行程终点位置移动，而截油阀2a排气端受油、气压力作用被打开，油路中的气体经排气阀2b、截油阀2a、油池1排出系统，如图2a所示；当排气阀2b的阀芯在系统压力的作用下移动到排气行程末端，则排气阀关闭，排气过程完成，如图2b所示。
上述排气过程中除了气体排出系统外还有少量油液同时排至油池1，而油池1又与补油通道相连，因此排出油液又将回至液压系统，形成微循环效应。
通过排气，液压系统腔内的介质占位减小，随着系统运行，占位缺损会形成腔内瞬间微负压，此时补油通道中的补油阀3受微负压的作用而打开，油池中的油液通过打开的补油阀3进入液压系统补充占位(如图3所示)，直至微负压消除，补油阀3关闭，补油过程完成(如图1所示)。
此时排气通道内虽然排气阀1b处于开启状态，但截油阀1a处于闭合状态，所以该回路对补油过程不产生任何干涉或影响。
如图3b所示，所述的排气阀2b、截油阀2a、补油阀3的阀芯圆柱体部分设有沿母线方向的2个或以上多条油槽，该油槽在圆周方向均布。这些油槽用作各阀运行过程中的油液通道。各阀阀芯的圆柱体表面与各阀阀体内圆柱表面为尺寸、形状公差保证的动配合关系，使各阀阀芯可以在阀体的内圆柱内精准完成功能所需的行程动作。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (8)

1.一种液压系统排气补油单元，其特征在于，包括：由排气阀、截油阀通过管道相对设置构成的排气回路以及由补油阀通过管道与用于排出气体的油池背接构成的补油回路，其中：截油阀另一端通过管道与油池相连，排气阀另一端与补油阀的出油端均通过管道与液压主油路连接。
2.根据权利要求1所述的液压系统排气补油单元，其特征是，所述的背接是指：补油阀的进油端与油池相连，出油端与液压主油路相连。
3.根据权利要求1所述的液压系统排气补油单元，其特征是，所述的截油阀与油池的连接位置高于补油阀与油池的连接位置。
4.根据权利要求1所述的液压系统排气补油单元，其特征是，所述的排气回路与补油回路优选呈并联架构，当液压主油路内压力升高时，补油回路因补油阀的出油端受反向油压而不工作，排气回路在排气阀的阀芯受油压作用向排气行程终点位置移动时进行排气，液压主油路内的气体通过管道进入背接的截油阀排至油池，当排气阀的阀芯在油压的作用下移动到行程终点时，排气阀关闭并结束排气过程；在气体排出液压系统后腔内介质占位减小，因此液压系统工作中会产生瞬间微负压，这时补油回路进入工作状态，即：补油阀因腔内微负压的作用开启，油池中的油液通过管道经补油阀的进油端和出油端进入液压主油路，随着油液的补入，微负压状态解除，补油完成。
5.根据上述任一权利要求所述的液压系统排气补油单元，其特征是，所述的排气阀、截油阀、补油阀的阀芯为复合结构，其包括圆柱体和与之相连的圆锥体或球体，其中：圆锥体或球体结构部分作为通断作用端，圆柱体部分作为支撑端。
6.根据权利要求5所述的液压系统排气补油单元，其特征是，所述的支撑端的端部设有弹簧。
7.根据权利要求5所述的液压系统排气补油单元，其特征是，所述的圆柱体的外表面沿轴向均布至少两条通油槽。
8.根据权利要求7所述的液压系统排气补油单元，其特征是，所述的支撑端的圆柱外表面上通油槽以外区域与补油阀、排气阀或截流阀的阀体上的圆柱孔内表面之间为机械公差动配合。
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