CN110259746B - 全桥式液压阀导控机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全桥式液压阀导控机构，能够实现单伸出杆下的全桥液压导控，包括导控部与分隔部：导控部，其具备两个拥设有螺旋伺服机构且共用一个低压油腔的阀芯台阶；分隔部，其具备在该导控部的阀芯台阶与分隔部间建立压力敏感腔的隔断板。阀芯端部台肩上的高压孔、回油口与阀套内的平行四边形孔相交，形成两个微小的开口面积，构成液压阻力半桥，单侧敏感腔的压力受控于所述的液压阻力半桥；驱动机构作用于2D阀芯使其旋转，进而改变敏感腔压力，控制阀芯轴向运动；实施本发明的有益效果是：采用本发明的液压阀导控级不受背压影响，将导控级与功率级有机结合，具有结构紧凑、装配简单、体积小、重量轻、流通能力大、抗污染能力强等优点。

Description

全桥式液压阀导控机构

技术领域

本发明涉及电液控制系统领域，更具体地说，涉及全桥式液压阀导控机构。

背景技术

插装阀在流体控制功能的领域的使用种类比较广泛，已应用的元件包括电磁换向阀，单向阀，溢流阀，减压阀，流量控制阀和顺序阀等。由于其装配过程的通用性、阀孔规格的通用性、互换性的特点，使用插装阀完全可以实现完善的设计配置，也使插装阀广泛地应用于各种液压机械。

目前将二维阀设计为的技术均是采用单边伸出杆的半桥导控技术，而在工程机械中，出于安全等因素的考虑，液压系统通常存在背压，回油口的压力不为理论上的油箱压力，使得半桥导控方式的阀芯的轴向定位出现偏差，无法完成阀芯开口的精准控制，而不受背压影响的双伸出杆全桥导控机构又无法应用于插装阀，故解决插装形式与传统双伸出杆全桥导控机构间的矛盾是实现不受背压影响的全桥式导控机构的关键。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供结构简单紧凑的全桥式液压阀导控机构。

本发明解决其技术问题所采用的第一技术方案是：提供一种全桥式液压阀导控机构，包括：

导控部，其具备两个设有螺旋伺服机构且共用一个低压油腔的阀芯台阶；

和分隔部，其具备在所述导控部的阀芯台阶与分隔部间建立压力敏感腔的隔断板。

根据本发明的第二技术方案，提供一种以第一技术方案为基础的全桥式液压阀导控机构，其中，所述阀芯在所述隔断板所在轴段分为两段，通过机械连接装配为一体。

根据本发明的第三技术方案，提供一种以第一技术方案为基础的全桥式液压阀导控机构，其中，所述隔断板包括两个可组成一个完整圆环板的金属板，所述圆环板内圈与阀芯之间形成间隙密封。

根据本发明的第四技术方案，提供一种以第一技术方案或第三技术方案为基础的全桥式液压阀导控机构，其中，所述隔断板具备保证其两侧阀套同轴度的同心圆形台阶。

根据本发明的第五技术方案，提供第四技术方案为基础的全桥式液压阀导控机构，其中，所述两片金属互相配合的接触面具备增加有效密封长度的几何形状部。

根据本发明的第六技术方案，提供五技术方案为基础的全桥式液压阀导控机构，其中，所述金属板在所述阀芯的轴向方向上对称布置的对数可增加，且接合面在周向上互相错位。

根据本发明的第七技术方案，提供一种以第一、三、五、六技术方案中任一方案为基础的全桥式液压阀导控机构，其中，所述隔断板的台阶具备关于阀芯轴周向对称的以该全桥式液压导控机构中自身的油液压力抱紧所述一对金属板的承压面。

在此基础上，根据以上技术方案可提供一种全桥式液压阀导控方法，其中包括：

使两个均拥有螺旋伺服机构的阀芯台阶共用一个低压油腔，

使导控部阀芯台阶与分隔部的隔断板间建立压力敏感腔。

实施本发明具有以下有益效果：通过分段阀芯或分段阀套的方式在导控部阀芯台阶与分隔部间设置隔断板，并建立压力敏感腔，通过借助该压力敏感腔，结合共用一个低压油腔的两个拥有螺旋伺服机构的阀芯台阶，将现有的常规全桥导控的结构有机整合并转移到了液压阀的单侧，省去了原本另一侧的阀芯伸出杆，避免了双伸出杆下的驱动器与导控级距离过远时，由阀芯杆扰度带来的偏差，实现了只有单伸出杆的全桥式液压阀导控机构；同时采用了同心台阶、几何形状部、错位安装方式与自抱紧承压面等方式，大大提高了间隙密封的可靠性，具有显著的效果；故采用本发明的液压阀具有导控级不受背压影响、结构紧凑、装配简单、体积小、重量轻、流通能力大、抗污染能力强等优点。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是一例实施上述全桥式液压阀导控机构的换向阀示意图；

图2是图1所示换向阀的阀芯装配图；

图3是图1所示的另一实施方式的换向阀的阀芯装配图；

图4是另一例实施上述全桥式液压阀导控机构的开关阀示意图；

图5是图4所示全桥式液压阀导控机构的隔断板结构图；

图6是另一例实施上述全桥式液压阀导控机构的压力阀示意图；

图7是图6所示全桥式液压阀导控机构的隔断板结构图；

图8是图6所示的另一实施方式的全桥式液压阀导控机构隔断板结构图；

图9是另一例实施上述全桥式液压阀导控机构的换向阀示意图；

图10是图9所示全桥式液压阀导控机构的隔断板位置关系示意图；

图11是另一实施方式的全桥式液压阀导控机构隔断板结构图。

图12是另一例实施上述全桥液压阀导控机构的螺纹插装阀结构图；

图13是图12所示螺纹插装阀运动过程关系示意图；

图14是图12所示螺纹插装阀运动过程关系示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“左”、“右”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

例如，图1与图2示意性地给出一例实施上述全桥式液压阀导控机构的换向阀，其包括导控部与分隔部。具体地，图1所示的实施例中，此类换向阀主要机构由左堵头1、左密封环2、阀芯3、左阀套4、右阀套5、右密封环6、右堵头7与密封圈8轴向配合组装组成，其中上述全桥式导控机构可包括位于阀芯3上的台阶a与b、环形低压油腔d、右阀套5内壁上的关于阀芯轴周向对称的左平行四边形槽502和右平行四边形槽501(在图中以虚线绘出)。在一个典型例子中，所述分隔部为右阀套5的左侧壁面。右阀套5的左侧壁的内圆壁面与阀芯3之间为同轴间隙配合，由于两者间微小的间隙，两者之间形成间隙密封，所述间隙的大小由右阀套5左侧壁面左右两侧的压力差、密封长度与零件表面质量决定，所述间隙通常取3～6微米。故使得右阀套5的左侧壁面与左高压油孔307A所在阀芯3台阶左端面之间形成左压力敏感腔e；阀芯3在右阀套5的左侧壁面所在的阀芯3轴段处分为左右两部分，在一个典型例子里，所述左右两部分阀芯可通过分设在每一部分端部的内螺纹303与外螺纹302装配连接为一体，并通过泰勒胶等专用螺纹胶紧固，可达到超过阀芯本身材料性能的强度，其螺纹配合部位设有保证两段阀芯同轴度的凹槽301，在一个典型例子里，在阀芯3对应位置上设置轴向0型密封圈。阀芯3内有贯通的左高压油道308A与右高压油道308B，该左高压油道308A与右高压油道308B在完成上述配合组装后可彼此贯通。位于阀芯3上的导控部的阀芯台阶a与b上设有与高压油道308B相通的左高压油孔307A与右高压油孔307B，左高压油孔307A与右高压油孔307B分别所在的阀芯台阶a与b间设有共用的环形低压油腔d，分别与左敏感腔e和右敏感腔c三者组成一个导控级油腔。输入数字或模拟信号并通过电机械转换器驱动阀芯正反转即可实现高速换向，由于采用液压力导控，可以在高速的同时实现高压大流量。

另外，例如，上述实施方式中分段式阀芯3的两个或可能更多分段部分间的机械连接方式并不限定于上述实施方式。

又例如，图3示意性地给出了图1所示的实施全桥式液压阀导控机构的换向阀的另一实施方式的阀芯装配方式，阀芯3同样在右阀套5的左侧壁面所在的阀芯3轴段分为两部分，左右两部分设有可互相配合并保证两段阀芯同轴度的凹槽309A与台阶309B，凹槽309A与台阶309B在同一位置设有等大的圆形通孔，两者装配后通过销306连接，但本发明不限于此类机械连接方式。

以上，例举上述实施方式来说明本发明，但本发明并不限定于上述实施方式。

例如，图4示意性地给出另一例实施上述全桥式液压阀导控机构的开关阀，其包括导控部与分隔部。具体地，图4所示的实施例中，此类开关阀主要是由左堵头1、左密封环2、阀芯3、左阀套4、右阀套5、右密封环6、右堵头7、密封圈8与隔断板11轴向配合组装而成，其中上述导控部可包括阀芯3上的台阶a与b、环形低压油腔d、右阀套5相对于阀芯轴周向对称的内壁上的左平行四边形槽502和右平行四边形槽501，分隔部为隔断板11。在一个典型例子里，如图5所示，该例全桥式液压阀导控机构在保证阀芯一体化加工完整的前提下，并结合装配的需要将隔断板11分为两片可组成一个完整圆环板的金属1101、1102，所述隔断板11的内圈圆孔与阀芯3同轴心，且所述内圆圆孔的内壁面与阀芯3的轴段外圆面之间为间隙配合，由于所述微小的间隙，所述内圆圆孔的内壁面与阀芯3的轴段外圆面之间形成间隙密封，间隙的大小由隔断板11左右两侧的压力差、密封长度与零件表面质量决定，通常取3～6微米较佳，使得右阀套5的左侧壁面与左高压油孔307A所在阀芯3台阶左端面之间形成左压力敏感腔e。以图2为参考(下文涉及阀芯结构标号均以图2为参考，后图不在标出)，一体式阀芯3内有贯通的左高压油道308A与右高压油道308B，阀芯3导控部阀芯台阶a与b上分别设有与高压油道308B相通的左高压油孔307A与右高压油孔307B，左高压油孔307A与右高压油孔307B分别所在的阀芯台阶a与b间设有共用的低压油腔d，分别与左敏感腔e和右敏感腔c三者组成导控级油腔。由计算机输入数字信号并通过电机械转换器驱动阀芯正转或反转即可实现高速开关，由于采用液压力导控，可以在高速的同时实现高压大流量。

以上，例举上述实施方式来说明本发明，但本发明并不限定于上述实施方式。

例如，图6示意性地给出另一例实施上述全桥式液压阀导控机构的压力阀，其包括导控部与分隔部。具体地，图6所示的实施例中，此类导控机构主要是由左堵头1、左密封环2、阀芯3、左阀套4、右阀套5、右密封环6、右堵头7、密封圈8与隔断板11组成，其中上述导控部可包括阀芯3上的台阶a与b、环形低压油腔d、右阀套5内壁上的左平行四边形槽502和右平行四边形槽501，分隔部为隔断板11。在一个典型的例子里，如图7所示，该例全桥式液压阀导控机构在保证阀芯一体化加工完整的前提下，并结合装配的需要将隔断板11分为两片可组成一个完整圆环板的金属1101、1102，所述两片金属1101、1102上均设有用于保证其两侧左阀套4与右阀套5同轴度的台阶1103，所述两片金属1101、1102组成的圆环板上开设有放置密封圈的完整环形凹槽1104。所述圆环板内圈与阀芯之间形成间隙配合，由于所述微小的间隙，所述内圆圆孔的内壁面与阀芯3的轴段外圆面之间形成间隙密封，间隙的大小由隔断板11左右两侧的压力差、密封长度与零件表面质量决定，通常取3～6微米为佳，使得右阀套5的左侧壁面与左高压油孔307A所在阀芯3台阶左端面之间形成左压力敏感腔e。阀芯3内有贯通的左高压油道308A与右高压油道308B，阀芯3导控部阀芯台阶a与b上分别设有与高压油道308B相通的左高压油孔307A与右高压油孔307B，左高压油孔307A与右高压油孔307B分别所在的阀芯台阶a与b间设有共用的低压油腔d，与左敏感腔e和右敏感腔c三者组成导控级油腔。输入模拟信号并通过电机械转换器驱动阀芯正转或反转产生压力输出，再由外部传感检测压力并反馈至控制器，控制器输出反馈信号修正阀芯转角，又螺旋伺服机构定位改变阀芯开度，从而控制出口压力，由于采用液压力导控，可以实现输出高压的同时具有大流量。

此外，在上述实施方式的情况下，隔断板11相对于主体固定，因此通过完善其密封的结构与方式来减少泄露，例如，图8示意性地给出了图6所示的实施上述全桥式液压阀导控机构的压力阀另一实施方式的隔断板结构图。所述两片金属1101、1102互相配合的接触面1105为阶平行四边形状，具备增加轴向有效密封长度的作用，然而本发明不限于此，上述几何形状部也可以采用其他能够增加密封长度的形状，也可以通过增加径向密封的方式改善密封性能。

例如，图9示意性地给出另一例实施上述全桥式液压阀导控机构的换向阀，其包括导控部与分隔部。具体地，图9所示的实施例中，此类换向阀主要由左堵头1、左密封环2、阀芯3、左阀套4、右阀套5、右密封环6、右堵头7、密封圈8、第一隔断板11与第二隔断板12组成，其中上述导控部可包括阀芯3、右阀套5内壁上的左平行四边形槽502和右平行四边形槽501，分隔部为第一隔断板11与第二隔断板12。在一个典型的例子中，如图10所示，该例全桥式液压阀导控机构设置了两层隔断板，从侧面方向上看，该金属半圆环板1101、1102的接合面与金属半圆环板1201、1202的接合面互相错位，以达到增加径向有效密封长度的作用，并且隔断板在阀芯3轴向方向上数目可以增加，只需保证接合面在周向上互相错位即可达到增加径向有效密封长度的作用。所述圆环板内圈与阀芯之间形成间隙配合，由于所述微小的间隙，所述内圆圆孔的内壁面与阀芯3的轴段外圆面之间形成间隙密封，间隙的大小由隔断板11左右两侧的压力差、密封长度与零件表面质量决定，通常取3～6微米为佳，使得右阀套5的左侧壁面与左高压油孔307A所在阀芯3台阶左端面之间形成左压力敏感腔e。阀芯3内有贯通的左高压油道308A与右高压油道308B，阀芯3导控部阀芯台阶a与b上分别设有与高压油道308B相通的左高压油孔307A与右高压油孔307B，左高压油孔307A与右高压油孔307B分别所在的阀芯台阶a与b间设有共用的低压油腔d，与左敏感腔e和右敏感腔c三者组成导控级油腔。输入数字或模拟信号并通过电机械转换器驱动阀芯正反转即可实现高速换向，由于采用液压力导控，可以在高速的同时实现高压大流量。

另外，通过优化隔断板11的结构利用系统自身油液压力也可以达到改善密封的作用。

例如，图11是另一实施方式中的全桥式液压阀导控机构的隔断板结构图。所述隔断板的右侧台阶上具备承压面1106，所述承压面1106关于阀芯轴周向对称，工作时系统自身左压力敏感腔e的油液流入所述承压面1106与右阀套5所形成的弓形槽内，所产生的对中压力将所述一对金属板抱紧，减少所述金属板的配合间隙以达到减少轴向泄露的作用。

本发明全桥式液压导控机构适用于导控各类方向阀、压力阀与流量阀，在安装形式上，由于实现了单伸出杆下的全桥导控，采用插装形式具有独特的优势，例如图12是一较佳实施上述全桥液压阀导控机构的螺纹插装阀结构图，包括上述的全桥式液压阀导控机构与螺纹插装阀，具体地，图12所示的该类插装阀主要包括左堵头1、阀芯3、阀体5、双自由度电机9以及密封元件组成，其中上述导控部可包括阀芯3上的台阶a与b、环形低压油腔d、阀体5内壁上的左平行四边形槽502和右平行四边形槽501，分隔部为阀体5内部主阀芯通道中的圆环形凸台。该圆环形凸台与阀芯3之间为同轴间隙配合，在两者之间设置O型密进行封圈，左堵头1与阀芯3间同理，故使得该圆环形凸台与右高压油孔307B所在阀芯3的台阶b的左端面之间形成右压力敏感腔c，该左堵头与左高压油孔307A所在阀芯3的台阶a的右端面之间形成左压力敏感腔e；图中低压油腔d由阀体内部流道g与T口相连；阀芯3在阀套5的上述圆环形土台所在的阀芯3轴段处分为左右两部分，在一个典型例子里，如图中f所示，所述左右两部分阀芯可通过分设在每一部分端部的内螺纹303与外螺纹302装配连接为一体，并通过泰勒胶等专用螺纹胶紧固，可达到超过阀芯本身材料性能的强度，其螺纹配合部位设有保证两段阀芯同轴度的凹槽301，在一个典型例子里，在阀芯3对应位置上设置轴向0型密封圈。阀芯3内有完成上述配合组装后可彼此贯通贯通的高压油道308。位于阀芯3上的导控部的阀芯台阶a与b上设有与高压油道308相通的左高压油孔307A与右高压油孔307B，左高压油孔307A与右高压油孔307B分别所在的阀芯台阶a与b间设有共用的环形低压油腔d，分别与左敏感腔e和右敏感腔c三者组成一个导控级油腔。下面结合该插装阀详细讲述本发明全桥式液压阀导控机构的工作原理。

工作原理：通过分段阀芯或分段阀套/阀体的方法设置隔断板，在导控部阀芯台阶b与分隔部间建立压力敏感腔c，通过借助该压力敏感腔c，结合共用一个低压油腔d的两个拥有螺旋伺服机构的阀芯台阶a、b，将现有的常规全桥导控的结构有机整合并转移到了液压阀的单侧。

平衡状态下(图12)：左平行四边形槽502与左高压油孔307A相交得第一弓形孔，右平行四边形槽502与右高压油孔307B相交得第二弓形孔，平衡时第一弓形孔与第二弓形孔节流面积相等，并且在阀芯运动过程中左平行四边形槽502左侧始终与左压力敏感腔e相交，左平行四边形槽502右侧始终与回油口相交，形成两个微小的开口面积，构成液压阻力半桥，左侧敏感腔的压力受控于所述的液压阻力半桥；右平行四边形槽501右侧始终与右压力敏感腔c相交，右平行四边形槽501左侧始终与回油口相交，形成两个微小的开口面积，构成液压阻力半桥，右侧敏感腔的压力受控于所述的液压阻力半桥；上述敏感腔与低压油腔d在运动过程中阻尼效果由上述平行四边形槽在径向上的截面积决定，该数值为不变量，故只需要分析第一弓形孔与第二弓形孔节流面积大小即可得出敏感腔c、e压力大小；此时第一弓形孔与第二弓形孔节流面积相等，左压力敏感腔e与右压力敏感腔c压力相等，导控级阀芯台肩a、b左右受力平衡，阀芯处于平衡状态，阀芯A、B口均关闭。

作动时(图13～14，图中为清楚表示位移，进行了夸张画法)：例如外部驱动机构(如双自由度电机10)使阀芯顺时针旋转Δθ(从右看)，位于阀芯导控级台阶a、b上的高压油孔307随之顺时针运动(图中用蓝色虚线表示)，第一弓形孔面积减少，左压力敏感腔e压力减小，第二弓形孔面积增加，右压力敏感腔c压力增加(图13)，控级阀芯台肩a、b左右受力不平衡，推动阀芯向左运动，阀芯A口打开与P口接通，B口与T口接通，在向左运动过程中，第一弓形孔面积逐渐增加，第二弓形孔面积逐渐减少，左右敏感腔c、e中的压力也随之正相关变化，直至阀芯向左移动到第一弓形孔面积与第二弓形孔面积再次相等，左右敏感腔c、e压力重新相等，导控级阀芯台肩a、b左右受力平衡，阀芯停止运动，阀芯位移即开口为ΔX，完成螺旋伺服定位控制过程(图14)，完成电液控制，阀芯旋转的角度决定了阀芯开口的大小，两者为一一对应关系，复位/往右轴动原理同理,驱动阀芯逆时针旋转即可。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (1)

1.一种全桥式液压阀的导控机构，包括阀套与装入该阀套的阀芯，其特征在于所述导控机构包括： 导控部，其具备两个设有螺旋伺服机构且共用一个低压油腔的阀芯台阶； 和分隔部，其具备在所述导控部的阀芯台阶与分隔部间建立压力敏感腔的隔断板； 所述阀芯在所述隔断板所在轴段分为两段，通过机械连接装配为一体； 所述隔断板包括两个可组成一个完整圆环板的金属板，所述圆环板内圈与阀芯之间形成间隙密封；所述金属板互相配合的接合面具备增加有效密封长度的几何形状部；所述金属板在所述阀芯的轴向方向上对称布置的对数可增加，且接合面在周向上互相错位； 所述隔断板具备保证其两侧阀套同轴度的同心圆形台阶；所述隔断板的台阶具备关于阀芯周向对称的以该全桥式液压导控机构中自身的油液压力抱紧所述一对金属板的承压面，使两个均拥有螺旋伺服机构的阀芯台阶共用一个低压油腔，使导控部阀芯台阶与分隔部的隔断板间建立压力敏感腔。

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