CN111022404B - 换向阀、液压系统以及工程机械 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种换向阀、液压系统以及工程机械，涉及工程机械领域，用以优化换向阀的性能。该换向阀包括第一阀以及第一先导控制组件。第一阀包括第一阀芯。第一阀包括第一阀位和第二阀位，且第一阀芯被构造为在第一阀位和第二阀位之间移动。第一先导控制组件包括第二阀、力传导组件以及第一先导控制油路组件。第一先导控制油路组件通过液压油作用于第一阀芯。第二阀包括第二阀芯以及比例电磁铁，比例电磁铁与第二阀芯驱动连接，力传导组件设于第二阀芯和第一阀芯之间。第二阀芯通过力传导组件与第一阀芯抵接；第一阀芯的位移与比例电磁铁的电流大小呈正比。上述技术方案，实现第一阀芯位移的精准控制。

Description

换向阀、液压系统以及工程机械

技术领域

本发明涉及工程机械领域，具体涉及一种换向阀、液压系统以及工程机械。

背景技术

比例换向阀用于工程机械的液压系统中的精确控制，以实现阀的开口大小满足要求，进而实现流量精准控制。

发明人发现，现有技术中至少存在下述问题：目前两位两通先导式电比例换向阀多采用开环控制，阀芯的控制精度较低，不利于执行元件的精确控制，从而影响整个系统的控制性能。在对控制精度要求较高的场合，多采用伺服阀作为精确控制阀。伺服阀的结构复杂、加工精度要求高、价格昂贵、且对油液敏感度较高，因此多用于军工产品，并未在普通工业产品上得到大规模推广。现有两位两通电比例换向阀采用先导阀芯控制主阀芯的控制压力，进而控制主阀芯运动。工作时比例电磁铁得电，驱动先导阀芯移动，主阀芯的控制压力变化，使得主阀芯被驱动运动。普通两位两通电比例换向阀结构简单，但是控制精度较低，主阀芯位移受液动力等外界干扰因素影响较大，不能实现阀芯位移与比例电磁铁输入电流的比例变化，且不利于自动化控制技术的发展。

发明内容

本发明提出一种换向阀、液压系统以及工程机械，用以优化换向阀的性能。

本发明实施例提供一种换向阀，包括：

第一阀，包括第一阀芯；其中，所述第一阀包括第一阀位和第二阀位，且所述第一阀芯被构造为在第一阀位和第二阀位之间移动；以及

第一先导控制组件，包括第二阀、力传导组件以及第一先导控制油路组件；所述第一先导控制油路组件通过液压油作用于所述第一阀芯；

其中，所述第二阀包括第二阀芯以及比例电磁铁，所述比例电磁铁与所述第二阀芯驱动连接，所述力传导组件设于所述第二阀芯和所述第一阀芯之间；

所述第二阀芯通过所述力传导组件与所述第一阀芯抵接；

其中，所述第一阀芯的位移与所述比例电磁铁的电流大小呈正比。

在一些实施例中，所述第一先导控制油路组件的进油压力与所述第一先导控制油路组件对所述第一阀芯的第一端施加的液压油压力是等压的。

在一些实施例中，所述第一阀包括：

第一阀体，包括第一阀本体以及设置于所述第一阀本体内部的第一油道、与所述第一油道相连通的第一进出油口和第一工作油口；以及

其中，所述第一阀芯安装于所述第一油道内部。

在一些实施例中，所述第二阀包括：

第二阀体，包括第二阀本体以及设置于所述第二阀本体内部的第二油道、与所述第二油道相连通的第二进油口和第二回油口，所述第二阀芯设置有第二工作油口；所述第二阀芯安装于所述第二油道内部；以及

第二先导控制油路组件，用于控制所述第二阀芯的阀位；

其中，当所述第二阀芯处于第一工作位置，所述第二进油口与所述第二工作油口连通；当所述第二阀芯处于第二工作位置，所述第二回油口与所述第二工作油口连通。

在一些实施例中，

所述第一先导控制油路组件包括第一先导油路以及第二先导油路：所述第一先导油路作用于所述第一阀芯的第一端；所述第二先导油路作用于所述第一阀芯的第二端；所述第二先导油路与所述第二工作油口连通；

所述力传导组件包括第一弹性件以及第二弹性件，所述第一弹性件与所述第一阀芯的第二端抵顶；所述第二弹性件也与所述第一阀芯的第二端抵顶。

在一些实施例中，所述第二先导控制油路组件包括：

第三先导油路，作用于所述第二阀芯的第一端；

第四先导油路，作用于所述第二阀芯的第二端；

第三弹性件，与所述第二阀芯的第二端抵顶；以及

其中，所述比例电磁铁作用于与所述第二阀芯的第二端，所述第二弹性件也与所述第二阀芯的第一端抵顶。

在一些实施例中，所述第一阀本体的第二端与所述第二阀本体的第一端固定相连；

所述换向阀还包括第一阀芯推杆，所述第一阀芯推杆的第一端抵顶所述第一阀本体的第二端，所述第一阀芯推杆的第二端和所述第二阀芯的第一端之间夹设有所述第二弹性件。

在一些实施例中，所述第二阀芯的第二端安装有比例电磁铁安装座，所述比例电磁铁安装与所述比例电磁铁安装座。

在一些实施例中，所述比例电磁铁安装座设置有第一通孔，所述第二阀芯的第二端位于所述第一通孔中且与所述比例电磁铁的第一端抵顶。

在一些实施例中，所述第三弹性件位于所述第一通孔的孔壁同时与所述比例电磁铁以及所述第二阀芯围成的第一油腔中；

所述第三弹性件的第一端抵顶所述第二阀芯的第二端，所述第三弹性件的第二端抵顶所述比例电磁铁的第一端。

在一些实施例中，所述第一油腔与所述第二阀芯的第三工作油口被构造为：随着所述第二阀芯的位置变化，在连通和切断之间切换。

在一些实施例中，所述第二阀芯包括内部油道；所述内部油道被构造为阶梯状的，且包括第一段油道和第二段油道，所述第一段油道位于所述第二阀体的第一端，所述第二段油道位于所述第二阀体的第二段；所述第一段油道的内径尺寸大于位于所述第二段油道的内径尺寸。

在一些实施例中，所述第二段油道内安装有阻尼。

在一些实施例中，所述第一阀芯推杆的第二端端面设置有第一润滑油道。

在一些实施例中，所述第一阀芯的第一端安装有位移传感器。

在一些实施例中，所述位移传感器通过位移传感器安装座安装于所述第一阀芯的第一端。

在一些实施例中，所述第二阀芯的第二端端面设置有第二润滑油道以及第三润滑油道，所述第二润滑油道以及所述第三润滑油道是独立的。

本发明实施例还提供一种液压系统，包括本发明任一技术方案所提供的换向阀。

本发明实施例又提供一种工程机械，包括本发明任一技术方案所提供的液压系统。

本发明实施例提供的技术方案，用于实现比例电磁铁给定电流时，第一阀芯输出等比例的位移，从而实现对阀口开度的控制，进一步实现阀口流量的精确控制。该电比例换向阀带有用于反馈位移、力的第二弹性件，实现第一阀芯位移的闭环控制，从而实现第一阀芯位移的精准控制。上述技术方案，控制精度高，结构简单，工作可靠，制造简单，价格较低、且对油液敏感度较低，因此可广泛应用于各类工业产品，应用范围广。具体应用中，可以使用单个换向阀工作，控制执行元件一个动作；也可以使用多个换向阀组合，控制一个或者多个执行元件的多个动作，增加执行元件控制的灵活性和液压阀的通用性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的换向阀原理示意图；

图2为本发明实施例提供的换向阀主视结构示意图；

图3为本发明实施例提供的换向阀剖视结构示意图；

图4a为本发明实施例提供的换向阀第二阀芯剖视示意图；

图4b为本发明实施例提供的换向阀第二阀芯侧视示意图；

图5a为本发明实施例提供的换向阀第一阀芯推杆剖视示意图；

图5b为本发明实施例提供的换向阀第一阀芯推杆侧视示意图；

图6为本发明实施例提供的换向阀的第二阀芯处于第一工作位置的示意图；

图7为本发明实施例提供的换向阀的第二阀芯处于第二工作位置的示意图；

图8为本发明实施例提供的换向阀的第二阀芯处于第三工作位置的示意图。

具体实施方式

下面结合图1～图8对本发明提供的技术方案进行更为详细的阐述。

电比例换向阀，是采用比例电磁铁控制的、用于控制液压油流动方向的液压阀。先导式电比例换向阀，是指采用比例电磁铁通过控制先导控制阀芯(即后文中的第二阀芯)，来控制主阀芯(即后文中的第一阀芯)运动的电比例换向阀。两位两通先导式电比例换向阀，是指具有两个工作位和两个主油口的先导式电比例换向阀。

参见图1至图3，本发明实施例提供一种换向阀，具体比如为两位两通先导式电比例换向阀。换向阀包括第一阀1以及第一先导控制组件2。第一阀1被构造为换向阀。第一阀1包括第一阀芯16；其中，第一阀1包括第一阀位和第二阀位，且第一阀芯16被构造为在第一阀位和第二阀位之间移动。

第一先导控制组件2包括第二阀3、力传导组件以及第一先导控制油路组件4。第一先导控制油路组件4通过液压油作用于第一阀芯16。其中，第二阀3包括第二阀芯37以及比例电磁铁38，比例电磁铁38与第二阀芯37驱动连接，力传导组件设于第二阀芯37和第一阀芯16之间。第二阀芯37通过力传导组件与第一阀芯16抵接。

其中，第一阀芯16的位移与比例电磁铁38的电流大小呈正比。

上述技术方案中，第二阀3采用比例电磁铁38控制第二阀芯37的阀位。第二阀芯37的阀位直接影响第一阀1的第一阀芯16的阀位。实际使用中，通过控制比例电磁阀38的电流大小来控制控制第二阀3的第二阀芯37对第一阀1的第一阀芯16输出的力的大小，从而实现根据比例电磁铁38的电流大小、使得第一阀1的第一阀芯16具有等比例的位移量，进而实现对第一阀1阀位的精确控制。

参见图1和图3，在一些实施例中，第一阀1包括第一阀体11以及第一阀芯16。第一阀体11包括第一阀本体12以及设置于第一阀本体12内部的第一油道13、与第一油道13相连通的第一进出油口14和第一工作油口15。第一阀芯16安装于第一油道13内部。

如图1所示，第一阀1具有两个极限位置，在第一个极限位置，即第一阀位，第一阀1处于截至位置。在第二个极限位置，即第一阀1处于导通位置，并且第一阀1的第一阀芯16的开度最大。在第一极限位置和第二极限位置之间，第一阀芯16的位置也是可控的，进而控制的第一进出油口14和第一工作油口15的开口大小，以实现对流量的精准控制。

下面介绍控制第一阀芯16位置的各个相关部件。

参见图1、图2和图3，在一些实施例中，第二阀3包括第二阀体31以及第二阀芯37。第二阀体31包括第二阀本体32以及设置于第二阀本体32内部的第二油道33、与第二油道33相连通的第二进油口34和第二回油口35；所述第二阀芯37设置有第二工作油口36。第二阀芯37安装于第二油道33内部。其中，当第二阀芯37处于第一工作位置，第二进油口34与第二工作油口36连通。当第二阀芯37处于第二工作位置，第二回油口35与第二工作油口36连通。

下面介绍各个先导控制油路。

在一些实施例中，第一先导控制油路组件4包括第一先导油路41、第二先导油路42、第一弹性件43以及第二弹性件44。第一先导油路41作用于第一阀芯16的第一端，第一先导油路41的油压为P2。第二先导油路42作用于第一阀芯16的第二端，第二先导油路的油压为P5。第一弹性件43与第一阀芯16的第二端抵顶。第二弹性件44也与第一阀芯16的第二端抵顶。其中，第二先导油路42与第二工作油口36连通。

第一弹性件43以及第二弹性件44比如都为弹簧。第一弹性件43的第一端直接抵顶第一阀芯16的第二端，第一弹性件43的第二端直接抵顶在第二阀本体32上。

第二弹性件44的第一端直接抵顶后文介绍的第一阀芯推杆5，第二弹性件44的第二端抵顶在第二阀芯37的第一端。通过第二弹性件44的形变量，可以判断第二阀芯37所在的位置，进而判断第一阀芯16的精确位置。

上述技术方案，采用第二弹性件44，实现第一阀芯16的位移-力反馈，从而实现先导控制机构与第一阀芯16位移的机械闭环控制，由于比例电磁阀38得电时，第二阀3的阀位处于图1的左位。第二工作油口36与回油口T1连通，作用于第一阀芯16的第二端的油液也会作用于第二阀芯37的第一端和第二端。消除液动力是这样的，假如给定电流为A，理论来说第一阀芯16的位移是M。如果液压系统存在液动力，第一阀芯16位移可能不到M，而是只有0.9M。上述技术方案使得：只要第一阀芯16位移没有达到M，第二阀芯37就继续往右移动，第一阀芯16的第二端P5的压力就继续降低，第一阀芯16在第一端P2压力和第二端P5压力差的作用下继续往左移动，直至达到M。因此，上述技术方案能够消除液动力等干扰因素对第一阀芯16运动的影响，使第一阀芯16位移仅与比例电磁铁38的输入电流有关。

可见，上述技术方案，采用第二弹性件44实现第一阀芯16的位移-力反馈，从而实现先导控制机构与第一阀芯16位移的机械闭环控制，消除液动力等干扰因素对第一阀芯16运动的影响，结构简单，对加工精度要求低，提高了控制精度，且对油液敏感度较低，该两位两通先导式电比例换向阀可用于对单动作执行元件的控制，也可多个配合，实现多动作执行元件的控制，增加执行元件控制的灵活性和通用性。

在一些实施例中，第一阀本体12的第二端与第二阀本体32的第一端固定相连，具体比如通过螺栓连接。

参见图3，换向阀还包括第一阀芯推杆5，第一阀芯推杆5的第一端抵顶第一阀芯16的第二端，第一阀芯推杆5的第二端和第二阀芯37的第一端之间夹设有第二弹性件44。

如图2所示，第一阀本体12和第二阀本体32通过螺栓连接在一起。第一阀本体12和第二阀本体32的结合处都设置有内凹部，第一阀本体12的第一内凹部121和第二阀本体32的第二内凹部321是连通的，并且第一内凹部121和第二内凹部321都用于安装第一弹性件43。具体来说，第二内凹部321的底面设置有第一弹性件安装座45，第一弹性件43的第二端抵顶在第一弹性件安装座45上。第一弹性件43的第一端抵顶在第一阀芯16的第二端。

第二弹性件44也抵顶在第一阀芯16的第二端，具体地，第二弹性件44通过第一阀芯推杆5抵顶第一阀芯16的第二端。

参见图3，第一阀芯16的第二端的中部设置有沉槽161，第一阀芯推杆5的第一端抵顶在该沉槽161中。第一阀芯推杆5的第二端设置有安装槽53，第二弹性件44的第一端安装在该安装槽53中。第二弹性件44的第二端与第二阀芯37的第一端抵顶接触。

继续参见图1和图3，在一些实施例中，第二先导控制油路组件39包括第三先导油路391、第四先导油路392、第三弹性件393以及比例电磁铁38。第三先导油路391作用于第二阀芯37的第一端。第四先导油路392作用于第二阀芯37的第二端。第三弹性件393与第二阀芯37的第二端抵顶。比例电磁铁38作用于与第二阀芯37的第二端。

在一些实施例中，第二阀芯37的第二端安装有比例电磁铁安装座6，比例电磁铁38安装与比例电磁铁安装座6。设置比例电磁铁安装座6，可以方便地安装比例电磁铁38。

在一些实施例中，比例电磁铁安装座6设置有第一通孔61，第二阀芯37的第二端位于第一通孔61中且与比例电磁铁38的第一端抵顶。

在一些实施例中，第三弹性件393位于第一通孔61的孔壁同时与比例电磁铁38以及第二阀芯37围成的第一油腔9中。第三弹性件393的第一端抵顶第二阀芯37的第二端，第三弹性件393的第二端抵顶比例电磁铁38的第一端。第一油腔9内的油液压力为P4。

在一些实施例中，第二阀芯37还设置有第三工作油口30，第三工作油口30和第二工作油口36都与后文介绍的内部油道330是连通的。第一油腔9与第三工作油口30被构造为：随着第二阀芯37的位置变化，在连通和切断之间切换。

在一些实施例中，内部油道330被构造为阶梯状的，且包括第一段油道373和第二段油道374，第一段油道373位于第二阀体31的第一端，第二段油道374位于第二阀体31的第二段；第一段油道373的内径尺寸大于位于第二段油道374的内径尺寸。

参见图4a和图4b，在一些实施例中，第二段油道374内安装有阻尼378。

参见图5a和图5b，在一些实施例中，第一阀芯推杆5的第二端端面设置有第一润滑油道52。

在一些实施例中，第一阀芯16的第一端安装有位移传感器7，以实时获得第一阀芯16的位移量。

第一阀芯16连接有位移传感器，可实时检测第一阀芯16位移，并将位移传感器检测到的位移信号反馈至控制器，与控制器中输出信号进行比较，实时调整控制器的输出电流，可实现第一阀芯16的外部闭环控制，提高控制精度，增加了控制可靠性。

在一些实施例中，位移传感器7通过位移传感器安装座8安装于第一阀芯16的第一端。设置位移传感器安装座8，便于安装位移传感器7。

在一些实施例中，第二阀芯37的第二端端面设置有第二润滑油道375以及第三润滑油道376。由于第二阀芯37的第二端是阶梯状的，第二润滑油道375位于第二阀芯37的边缘，第三润滑油道376位于第二阀芯37的中间。

下面结合图1～图8，介绍一些具体实现方式。

如图1所示，P1、T1、P2均为先导油路，P、A/B所对应的为主油路。两位两通先导式电比例换向阀的具体结构如图2和图3所示。

第一阀本体12上设置有P口和A口，第一阀芯16安装于第一阀本体12内。第一阀芯16上开有节流口17，第一阀芯16往左以图3的左、右为参照运动时，节流口17打开，第一阀本体12中P口与A口相连通，油液经P口至A口去执行机构；也可由A口至P口，此时P口作为T口且与液压系统的回油油路相连。

该电比例换向阀的第一阀1的节流口17构成A型半桥，提高了先导控制油路增益、对称性好、线性度高，增加先导控制油路的静、动态性能。第一阀1的先导油路为A型半桥，增益较高，增加先导控制油路的静、动态性能，第二阀芯37中集成有阻尼378，实现先导级与主级之间的动压反馈。第一阀芯16集成有位移传感器7，可通过控制器编程，实现第一阀芯16的外部闭环控制，增加第一阀芯16的控制精度和控制可靠性。

第一阀芯16的第二端连接有第一阀芯推杆5和第一弹性件43。

第一阀芯推杆5具体结构如图5a和图5b所示，第一阀芯推杆5的第一端设置为螺纹结构，螺纹结构连接至第一阀芯16的第二端。第一阀芯推杆5的第二端为外六方结构，用于第一阀芯推杆5的安装，且该端设计有十字形状的第一润滑油道52，增加第一阀芯推杆5的活动灵活性，防止第一阀芯推杆5活动至最左端时，与第二阀本体32与上限位台阶发生吸合。第一阀芯推杆5的壁体设置有连通孔51，以使得P5油箱的油液能够流至第一阀芯16的第二端，即第二内凹部321所在的区域，此区域的油压与P5相同；上述方式增加了先导油液的流动性。

第一弹性件安装座45与第二阀本体32相配合，用于限制第一弹性件43的预压缩量。第二阀本体32通过连接螺栓固定在第一阀本体12上。

第一阀芯16的第一端通过位移传感器安装底座8与位移传感器7相连接。位移传感器7用于采集第一阀芯16的实时位移。

第二阀本体32内有第二阀芯37，第二阀芯37的第二端连接有第三弹性件393。第二阀芯37的第二端还与比例电磁铁38的推杆相抵，比例电磁铁38通过比例电磁铁安装座6安装于第二阀本体32上。

第二阀芯37具体结构如图4a和图4b所示，其内设置有第一油口371、内部油道330、第二工作油口36。内部油道330具体包括第一段油道373和第二段油道374。上述设置方式，将P3压力与P4、P5压力相连通。P3压力至P4的第一段油道373内装有阻尼378。第二阀芯37带有固定阻尼378，实现了先导级与主级之间的动压反馈。

第二阀芯37的第二端的外部设计有十字形的第三润滑油道376，防止阀杆与比例电磁铁38的推杆相吸合。第二阀芯37的第二端的中部台阶设有十字形的第二润滑油道375，疏通先导油并防止第二阀芯37与比例电磁铁安装座6吸合。第二阀芯37另一端通过第二弹性件44与第一阀芯16相互作用。

工作过程中，P1与P2相联通，保持P1与P2压力相同。当比例电磁铁38未给电时，第二阀芯37在第二弹性件44和第三弹性件393的共同作用下处于如图1所示位置，此时第二阀芯37所处位置使P1压力油仅与P3相通，P3压力油经第二阀芯37内部油道(即内部油道330)与P5相通，并通过第二阀芯37内部设置阻尼378以后与P4相通，此时P1、P3、P4、P5压力均相等。第一阀芯16两端压力P2与P5压力相同，第一阀芯16在第一弹性件43的作用下，与位移传感器安装底座8相抵，此时第一阀芯16处于关闭状态。

当比例电磁铁38给定电流时，P1与P2仍然相联通，保持P1与P2压力相同。比例电磁铁38的推杆产生对应的电磁力，推动第二阀芯37向右活动，则此时P3与T1相联通。T1为先导回油，则P3压力降低。由于P5与P3一直相联通，则P5压力降低，第一阀芯16在P5与P2压差的作用下往左移动。第一阀芯16左移以后，导致第二弹性件44压缩量增加，第二弹性件44的弹簧力增加，从而使第二阀芯37向左移动。此时P3同时与P1、T1相连通，P3压力升高，则P5压力同时升高，P4压力在阻尼378的作用下延迟一端时间后升高，此时第一阀芯16两端压差降低。第一阀芯16在压差的作用下向右移动，导致第二弹性件44压缩量减小，第二弹性件44的弹簧力减小，第二阀芯37右移。如此反复，直至达到平衡位置。

达到平衡位置时，第二弹性件44的压缩量与比例电磁铁38输出电磁力大小成正比。第二弹性件44的压缩量由第一阀芯16和第二阀芯37移动量共同决定。第二阀芯37在平衡位置时总是在先导阀口附近移动，因此比例电磁铁38输出电磁力大小变化时，第二阀芯37的位移变化不大，第二弹性件44的压缩量主要由第一阀芯16移动量决定。亦即第一阀芯16位移与比例电磁铁38输出电磁力大小成正比。因此，第一阀芯16的位移不受液动力等外部因素的影响，与比例电磁铁38的输入电流成正比。

此外，第一阀芯16的第一端与位移传感器7相连，可实时检测第一阀芯16位移。位移传感器7检测到的位移信号实时反馈至控制器，并与控制器中输出信号进行比较，以实时调整控制器的输出电流，从而实现对第一阀芯16的外部闭环控制，提高了控制精度，增加了控制可靠性。

下面结合图6至图8再详细介绍一下上述的各个极限位置。

参见图6，此时，比例电磁铁38处于失电状态，没有电磁力输入，内部油道330内的油压P3与第二进油口34的油压P1相通，第二进油口34的油压P1压力与内部油道330压力相同。

参见图6，P4、第二油腔10的油压P5压力与内部油道330压力相同，即第二阀芯37两端先导压力相同，由于第二阀芯37两端作用面积相同。第二阀芯37在第三弹性件393和第二弹性件44的作用下处于左端极限位置。

参见图6，由于第二进油口34的油压P1与P2腔有相同的供油压力，最终第二油腔10的油压P5压力与P2腔压力相同，即第一阀芯16两端先导压力相同，第一阀芯16两端作用面积相同，此时第一阀芯16在第一弹性件43的作用下处于右位，P/T口与A/B油口处于断开状态。

参见图7，此状态下，比例电磁铁38得电，第二阀芯37在比例电磁铁38的推杆推力的作用下向右移动，第二进油口34的油压第二进油口34的油压为P1的先导油经第二油道33与T1腔相连通。由于第二阀芯37节流槽377的节流作用，第二进油口34的油压为P1的先导压力大于内部油道330内的油压为P3的先导压力。第二油腔的油压P5先导压力与内部油道330先导压力相同，P2腔供给与第二进油口34的油压第二进油口34的油压P1相同先导压力。因此，P2腔先导压力大于第二油腔的油压P5先导压力，此时第一阀芯16在阀芯两端压差作用下向左移动，第一阀芯16的节流口17打开。

继续参见图7，内部油道330先导压力通过第二阀芯37内部节流槽377与第一油腔的油压P4相连通，第二阀芯37移动过程中由于阻尼378作用，内部油道330先导压力大于第一油腔的油压P4先导压力，第二阀芯37在第一油腔的油压P4先导压力、第二油腔10的油压P5先导压力、第三弹性件393、第二弹性件44共同作用下左右移动，同时导致第一阀芯16左右移动。第一阀芯16、第二阀芯37自动寻找平衡位置。当达到平衡位置时，第一阀芯16、第二阀芯37不再左右移动，第二阀芯37内部阻尼378孔14不再起阻尼378作用，此时第一油腔的油压P4压力、第二油腔的油压P5压力均与第二油道33压力相同，第二阀芯37最终停留位置仅受比例电磁铁38推杆推力、第三弹性件393、第二弹性件44影响，因此第二弹性件44位移与比例电磁铁38输出力成一定比例关系。而第二弹性件44位移与第一阀芯16呈一定比例关系，最终第一阀芯16位移与比例电磁铁38的推杆推力成一定比例关系，而不受第一阀芯16液动力的影响，从而实现比例电磁铁38推力与第一阀芯16位移的机械闭环控制，提高第一阀芯16位移控制精度。

参见图8，当比例电磁铁38推力达到一定数值后，第二阀芯37向右移动到第二进油口34的油压第二进油口34的油压P1与第二油道33断开位置，如M处所示意的。此位置时第二油道33内的油压P3与T1完全相通，则第二进油口34的油压P1不再有先导压力。同时，P4、第二油腔10的油压P5均没有先导压力，第一阀芯16仅在P2腔先导压力以及第一阀芯16弹簧4的作用下移动，移动位移由P2腔先导压力与第一阀芯16的第一弹性件43的弹簧力决定。

比例电磁铁38采用力控制型比例电磁铁，直接输出力，具有水平的位移—力特性，输出力只与输入电流成比例，而与位移无关。

下面介绍一下换向阀处于各个状态时的平衡公式。

假设第一弹性件43的刚度为K1，第二弹性件44刚度为K2，第三弹性件393刚度为K3。

第一弹性件43预压缩力为F1，第二弹性件44预压缩力为F2，第三弹性件393预压缩力为F3，第一阀芯16两端液压油作用面积为A1，第二阀芯37两端作用面积为A2。

1、初始状态时：P1＝P2＝P3＝P4＝P5

第一阀芯16两端压力相同，在第一弹性件43、第二弹性件44作用下，第一阀芯16顶在位移传感器安装座8上。

第二阀芯37两端压力相同，第二阀芯37在第二弹性件44作用以及第三弹性件393作用下第二阀芯37顶在比例电磁铁安装座6上。

2、平衡状态时：电磁铁推杆推力为F4，假设第一阀芯16位移为X1，第二阀芯37位移为X2，此时各个油腔的压力关系为：P1＝P2>P5＝P4

第一阀芯16的两端的受力平衡公式(1)如下：

P2×A1＝(F1+K1×X1)+P5×A1+[F2+K2×(X1+X2)]

在上述公式(1)中，P2×A1为第一阀芯16的第一侧压力。F1+K1×X1为第一弹性件43产生的弹力，即第一弹性件力。P5×A1为第一阀芯16的第二侧压力。F2+K2×(X1+X2)为第二弹性件44产生的弹力，即第二弹性件力。

第二阀芯37的两端的受力平衡公式(2)如下：

F4+P4×A2+(F3-K3×X2)＝P5×A2+[F2+K2×(X1+X2)]

上述的公式(2)中，F4为电磁力。P4×A2为第二阀芯37的第二侧的液压力。F3-K3×X2为第三弹性件393对第二阀芯37的弹力，即第三弹性件力。P5×A2为第二阀芯37的第一侧的液压力。F2+K2×(X1+X2)为第二弹性件44对第二阀芯37的弹性力，即第二弹性件力。

由于达到平衡状态时，第二阀芯37总是在节流槽附件很小的一个位移区间活动，可近似看做常数，即X2可近似为常数。则第三弹性件力可近似看为与刚度和预压缩力有关的常数。第二弹性件力受第二阀芯37位移影响部分也近似看为与刚度和预压缩力有关的常数

平衡状态时，第二阀芯37两侧压力相同，即第二阀芯37的第一端压力与第二阀芯37的第二端压力相等。则第一阀芯16移动位移导致第二弹性件44产生的弹性力与电磁力F4成近似正比关系。

即平衡状态时，第一阀芯位移与比例电磁铁38的电磁力线性相关，电磁力大时，第一阀芯16位移大；电磁力小时，第一阀芯16位移小。

而比例电磁铁38的输出电磁力取决于输入电流大小，比例电磁铁38的输出电磁力与输入电流成正比关系。比例电磁铁38的输入电流大，比例电磁铁38的输出电磁力大；比例电磁铁38的输入电流小，比例电磁铁38的输出电磁力小。

因此第一阀芯16位移与比例电磁铁38输入电流成比例关系，比例电磁铁38输入电流大，第一阀芯16响应位移大；比例电磁铁38输入电流小，第一阀芯16响应位移小。

本发明实施例还提供一种液压系统，包括本发明任一技术方案提供的换向阀。

本发明实施例提供的液压系统，因为具有上述技术方案提供的换向阀，所以也具有上文记载的各种技术效果。

本发明实施例还提供一种工程机械，包括本发明任一技术方案提供的液压系统。

本发明实施例提供的工程机械，因为具有上述技术方案提供的液压系统，所以也具有上文记载的各种技术效果。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，仅是为便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明保护内容的限制。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (17)

1.一种换向阀，其特征在于，包括：

第一阀(1)，包括第一阀芯(16)；其中，所述第一阀(1)包括第一阀位和第二阀位，且所述第一阀芯(16)被构造为在第一阀位和第二阀位之间移动；以及

第一先导控制组件(2)，包括第二阀(3)、力传导组件以及第一先导控制油路组件(4)；所述第一先导控制油路组件(4)通过液压油作用于所述第一阀芯(16)；所述第一先导控制油路组件(4)包括第一先导油路(41)以及第二先导油路(42)：所述第一先导油路(41)作用于所述第一阀芯(16)的第一端；所述第二先导油路(42)作用于所述第一阀芯(16)的第二端；

第一阀芯推杆(5)，所述第一阀芯推杆(5)的第一端抵顶所述第一阀芯(16)的第二端；以及

位移传感器(7)，安装于所述第一阀芯(16)的第一端；所述位移传感器被构造为将所述位移传感器(7)检测到的位移信号反馈至控制器，以与控制器中输出信号进行比较，实时调整控制器的输出电流，进而实现对所述第一阀芯(16)的闭环控制；

其中，所述力传导组件包括第一弹性件(43)以及第二弹性件(44)，所述第一弹性件(43)与所述第一阀芯(16)的第二端抵顶；所述第二弹性件(44)也与所述第一阀芯(16)的第二端抵顶；所述第一阀芯推杆(5)的第二端和所述第二阀芯(37)的第一端之间夹设有所述第二弹性件(44)；

其中，所述第二阀(3)包括第二阀芯(37)、比例电磁铁(38)以及第二先导控制油路组件(39)；所述第二先导控制油路组件(39)包括第三先导油路(391)、第四先导油路(392)以及第三弹性件(393)；所述第三先导油路(391)作用于所述第二阀芯(37)的第一端；所述第四先导油路(392)作用于所述第二阀芯(37)的第二端；所述第三弹性件(393)与所述第二阀芯(37)的第二端抵顶；所述比例电磁铁(38)作用于所述第二阀芯(37)的第二端；所述第二弹性件(44)也与所述第二阀芯(37)的第一端抵顶；

所述第二阀芯(37)通过所述力传导组件与所述第一阀芯(16)抵接；所述第一阀芯(16)的位移与所述比例电磁铁(38)的电流大小呈正比；

其中，当所述比例电磁铁(38)处于失电状态，所述第一阀芯(16)两端的先导压力相等；当所述比例电磁铁(38)处于得电状态，所述第一阀芯(16)的第一端的先导压力大于所述第一阀芯(16)的第二端的先导压力。

2.根据权利要求1所述的换向阀，其特征在于，所述第一先导控制油路组件(4)的进油压力与所述第一先导控制油路组件(4)对所述第一阀芯(16)的第一端施加的液压油压力是等压的。

3.根据权利要求1所述的换向阀，其特征在于，所述第一阀(1)包括：

第一阀体(11)，包括第一阀本体(12)以及设置于所述第一阀本体(12)内部的第一油道(13)、与所述第一油道(13)相连通的第一进出油口(14)和第一工作油口(15)；以及

其中，所述第一阀芯(16)安装于所述第一油道(13)内部。

4.根据权利要求3所述的换向阀，其特征在于，所述第二阀(3)包括：

第二阀体(31)，包括第二阀本体(32)以及设置于所述第二阀本体(32)内部的第二油道(33)、与所述第二油道(33)相连通的第二进油口(34)和第二回油口(35)，所述第二阀芯(37)设置有第二工作油口(36)；所述第二阀芯(37)安装于所述第二油道(33)内部；所述第二先导控制油路组件(39)用于控制所述第二阀芯(37)的阀位；

其中，当所述第二阀芯(37)处于第一工作位置，所述第二进油口(34)与所述第二工作油口(36)连通；当所述第二阀芯(37)处于第二工作位置，所述第二回油口(35)与所述第二工作油口(36)连通。

5.根据权利要求4所述的换向阀，其特征在于，所述第二先导油路(42)与所述第二工作油口(36)连通。

6.根据权利要求4所述的换向阀，其特征在于，所述第一阀本体(12)的第二端与所述第二阀本体(32)的第一端固定相连。

7.根据权利要求1所述的换向阀，其特征在于，所述第二阀芯(37)的第二端安装有比例电磁铁安装座(6)，所述比例电磁铁(38)安装与所述比例电磁铁安装座(6)。

8.根据权利要求7所述的换向阀，其特征在于，所述比例电磁铁安装座(6)设置有第一通孔(61)，所述第二阀芯(37)的第二端位于所述第一通孔(61)中且与所述比例电磁铁(38)的第一端抵顶。

9.根据权利要求8所述的换向阀，其特征在于，所述第三弹性件(393)位于所述第一通孔(61)的孔壁同时与所述比例电磁铁(38)以及所述第二阀芯(37)围成的第一油腔(9)中；

所述第三弹性件(393)的第一端抵顶所述第二阀芯(37)的第二端，所述第三弹性件(393)的第二端抵顶所述比例电磁铁(38)的第一端。

10.根据权利要求9所述的换向阀，其特征在于，所述第一油腔(9)与所述第二阀芯(37)的第三工作油口(30)被构造为：随着所述第二阀芯(37)的位置变化，在连通和切断之间切换。

11.根据权利要求4所述的换向阀，其特征在于，所述第二阀芯(37)包括内部油道(330)；所述内部油道(330)被构造为阶梯状的，且包括第一段油道(373)和第二段油道(374)，所述第一段油道(373)位于所述第二阀体(31)的第一端，所述第二段油道(374)位于所述第二阀体(31)的第二段；所述第一段油道(373)的内径尺寸大于位于所述第二段油道(374)的内径尺寸。

12.根据权利要求11所述的换向阀，其特征在于，所述第二段油道(374)内安装有阻尼(378)。

13.根据权利要求7所述的换向阀，其特征在于，所述第一阀芯推杆(5)的第二端端面设置有第一润滑油道(52)。

14.根据权利要求1所述的换向阀，其特征在于，所述位移传感器(7)通过位移传感器安装座(8)安装于所述第一阀芯(16)的第一端。

15.根据权利要求4所述的换向阀，其特征在于，所述第二阀芯(37)的第二端端面设置有第二润滑油道(375)以及第三润滑油道(376)，所述第二润滑油道(375)以及所述第三润滑油道(376)是独立的。

16.一种液压系统，其特征在于，包括权利要求1～15任一所述的换向阀。

17.一种工程机械，其特征在于，包括权利要求16所述的液压系统。

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