CN112431806B - 一种带背压补偿功能的先导大流量负载控制阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带背压补偿功能的先导大流量负载控制阀。包括主阀体、先导阀体、主阀芯、主阀套、反馈弹簧、先导阀套、先导阀芯、先导压缩弹簧、控制活塞和控制端盖；负载控制阀内部形成了背压腔（回油腔）、负载腔、控制敏感腔、快关腔、先导阀芯内部容腔、背压反馈腔、先导泄油腔、先导作用腔、先导进油腔，以及沟通背压腔与高压腔的通道。本发明可通过调节先导控制压力对下放速度进行精确控制，兼容较大范围的先导控制压力及先导流量，有效抑制系统背压对下放速度的影响，保证背压增大时负载下放不会失速并维持原有下放速度调节区间。

Description

一种带背压补偿功能的先导大流量负载控制阀

技术领域

本发明涉及液压控制元件，尤其涉及一种带背压补偿功能的先导大流量负载控制阀。

背景技术

在工程机械施工中经常会出现超越负载的工况，如汽车起重机、履带吊的变幅下放，主、副卷扬下放等工况。在超越负载工况下，要求执行机构动作平稳无失速，尤其是大吨位起重机变幅下放时对动作稳定性要求更高，在存在超越载荷的液压回路一般都需要负载控制阀。

工程机械在超越负载工况下，负载变化大，对流量控制特性要求高，传统的直动式负载控制阀的控制特性极易受负载变化、液动力及系统背压的影响，因此一般只用于负载平稳且流量较小的卷扬回路。先导式负载控制阀多应用于系统流量大的回路，但仍易受系统背压影响，系统背压作用于阀芯开大的方向，在背压升高时负载控制阀开口变大，下放速度变大导致负载控制阀的控制区间变小，严重时会出现下放失速状态，影响整机的安全性能。

在系统背压升高时需使负载控制阀的流量保持不变或略有降低，以保证超越负载工况下的控制特性及整车动作的安全性，因此，带背压补偿功能的先导大流量负载控制阀具有重要的实用意义。

发明内容

针对背景技术中存在的超越负载工况下系统背压升高造成负载控制阀的控制特性变差、动作易失速的缺点，本发明的目的在于提供一种带背压补偿功能的先导大流量负载控制阀，该阀不仅在超越负载下速度控制稳定、速度调节区间大、微控性能好、单向开启压降小，而且能够补偿系统背压对负载控制阀流量的影响，使系统背压升高时通过负载控制阀的流量有所降低，保证超越工况动作的安全性。

为实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

本发明包括主阀体、先导阀体、主阀芯、主阀套、反馈弹簧、先导阀套、先导阀芯、先导压缩弹簧、控制活塞和控制端盖；主阀体后端同轴固定对接到先导阀体的前端形成总阀体，且主阀体和先导阀体内部阀腔连通形成总阀腔，先导阀体的后端通过螺栓固定安装有控制端盖，控制端盖外端面开设有中心通孔作为先导大流量负载控制阀的Px口，总阀体中部内设有环形隔板将自身内部阀室分为前阀室和后阀室的两个阀室，环形隔板中心设有通孔，通孔将前阀室和后阀室连通，后阀室和中心通孔连通。

前阀室内由先导阀体到主阀体方向依次安装有先导阀套、主阀套，主阀套内开设有中空通道，中空通道和前阀室连通并在连通后的内部装有主阀芯，位于主阀芯前端的中空通道和前阀室形成背压腔，背压腔外周围的主阀体侧壁开设有油口作为先导大流量负载控制阀的A口，背压腔和A口之间连通；位于主阀芯外周围和主阀套之间的中空通道形成负载腔，位于主阀芯和先导阀套之间的中空通道形成控制敏感腔；主阀套前端部外壁和主阀体内壁之间密封连接，主阀套中部开设有环形凹槽，环形凹槽外周围的主阀体侧壁开设有油口作为先导大流量负载控制阀的B口，环形凹槽和B口直接连通，环形凹槽经主阀套侧壁的通孔和总中空通道的负载腔之间连通；主阀芯后端部外壁沿周向间隔设有多个轴向布置的条形通道槽，条形通道槽将负载腔和控制敏感腔连通。

主阀芯靠近先导阀套的一端开设有弹簧孔腔，弹簧孔腔内安装反馈弹簧，先导阀套内开设中空腔，中空腔前端和控制敏感腔连通，中空腔后端经先导阀套通孔、环形隔板的通孔后和后阀室连通，中空腔内装有先导阀芯，先导阀芯开有通道孔作为先导阀芯内部容腔，先导阀芯内部容腔将控制敏感腔和先导阀套的中空腔连通，反馈弹簧穿过主阀套后和先导阀芯的端部连接，先导阀套中部外壁开设有环形槽作为快关腔，并且在先导阀套中部外壁沿周向间隔设有多个径向通孔，径向通孔将快关腔和先导阀套的中空腔联通；先导阀套后端部和总阀体内壁之间密封连接，主阀套后端部和先导阀套前端部连接后的外壁沿周向间隔设有多个轴向布置的条形通槽，条形通槽将环形凹槽和快关腔连通。

先导阀套后端面的先导阀体内设有背压反馈腔，背压反馈腔和前阀室连通，背压反馈腔和背压腔均分别经各自内部流道连通到主阀体和先导阀体侧壁的开口，开口处安装塞子，且背压反馈腔和背压腔之间经主阀体和先导阀体内部开设的轴向流道连通，轴向流道中安装背压反馈阻尼。

后阀室外周围的先导阀体开设有油口作为先导大流量负载控制阀的L口，后阀室内装有先导压缩弹簧和控制活塞，控制活塞主要由轴部和盘部同轴连接构成，轴部朝向前阀室延伸布置，盘部靠近控制端盖，先导压缩弹簧连接在控制活塞的盘部和环形隔板台阶面之间；先导阀芯穿过环形隔板的通孔后伸入到后阀室内用于和控制活塞的轴部接触连接；位于控制活塞和环形隔板之间的后阀室形成先导泄油腔，位于控制活塞和控制端盖之间的后阀室形成先导作用腔，控制端盖开设和Px口连通的腔室形成先导进油腔，控制活塞的盘部一侧偏心位置开设有孔道，孔道将先导泄油腔和先导作用腔连通，先导作用腔和先导进油腔之间经控制端盖的内部孔道连通，内部孔道中安装先导进口阻尼。

所述主阀芯的条形通道槽分为从主阀体前端到先导阀套沿轴向依次布置且连通的U型槽和反馈节流槽，反馈节流槽的槽宽小于U型槽的槽宽，反馈节流槽的深度小于U型槽的深度，U型槽连通负载腔，反馈节流槽连通控制敏感腔。

所述的先导阀芯主要由大径段和小径段同轴连接构成，位于大径段和先导阀套后端部通孔之间的中空腔形成阀套过渡腔，大径段内部开设通道孔作为先导阀芯内部容腔，大径段和小径段之间衔接处开设有沿圆周间隔布置的连通通孔，连通通孔将先导阀芯外部的阀套过渡腔和先导阀芯内部容腔连通。

所述的控制活塞盘部的孔道中装有先导回油阻尼。

所述的背压反馈阻尼、先导回油阻尼、先导进口阻尼实际均为一个带有中心小通孔的套筒结构。

所述的控制活塞靠近控制端盖一侧的端面设置为内凹的锥面，使得在控制活塞最靠近贴近控制端盖时，在控制活塞和控制端盖的端面之间形成锥形空间作为先导作用腔。

所述的主阀芯主要由位于后端的圆柱段、位于中间的锥形段和位于前端的减振尾结构组成，主阀芯圆柱段的前部和主阀套的中空通道内壁滑动配合，主阀套的中空通道前部设有内凸缘，内凸缘的台阶面和主阀芯圆柱段和锥形段之间的衔接处间形成锥面密封连接。

所述的先导阀芯小径段为锥体结构，小径段穿设过先导阀套后端部的通孔，小径段和先导阀套后端部的通孔之间滑动配合并在初始状态下锥面密封。

所述先导阀芯小径段上开设有两组不同深度、槽壁斜率、长度的三角节流槽，第一组三角节流槽包括分别在先导阀芯小径段对称两侧布置的沿轴向布置的两个条形槽，第二组三角节流槽包括分别在先导阀芯小径段对称两侧布置的沿轴向布置的两个条形槽；第一组三角节流槽的条形槽相比第二组三角节流槽的条形槽具有更浅的深度和沿轴向更长的长度，第一组三角节流槽的条形槽到先导阀芯的连通通孔之间的距离小于第二组三角节流槽的条形槽到先导阀芯的连通通孔之间的距离，两组三角节流槽的条形槽靠近先导阀芯连通通孔一侧的槽壁均为斜面过渡，第一组三角节流槽的条形槽的斜面槽壁的倾斜角度小于第二组三角节流槽的条形槽的斜面槽壁的倾斜角度。

本发明的大流量是指通流能力200L/min以上。

本发明的负载控制阀内部形成了背压腔（回油腔）、负载腔、控制敏感腔、快关腔、先导阀芯内部容腔、背压反馈腔、先导泄油腔、先导作用腔、先导进油腔，以及沟通背压腔与高压腔的通道。

在存在超越负载的下方工况下，本发明的负载控制阀可通过调节先导控制压力对下放速度进行精确控制，通过匹配控制端盖及控制活塞上的液压半桥进油、回油阻尼，可兼容较大范围的先导控制压力及先导流量。

本发明的负载控制阀将负载上升时的单向开启功能集成于主阀芯上，单向大流量开启时阀口压降可控制在1MPa以内，通过背压反馈腔将系统背压反馈至先导阀芯回油口，能有效抑制系统背压对下放速度的影响，保证背压增大时负载下放不会失速并维持原有下放速度调节区间。

本发明具有的有益效果是：

本发明在存在超越负载的下方工况下，本负载控制阀可通过调节先导控制压力对下放速度进行精确控制，通过匹配控制端盖及控制活塞上的液压半桥进油、回油阻尼，可兼容较大范围的先导控制压力及先导流量。本负载控制阀将负载上升时的单向开启功能集成于主阀芯上，单向大流量开启时阀口压降可控制在1MPa以内。通过背压反馈腔将系统背压反馈至先导阀芯回油口，能有效抑制系统背压对下放速度的影响，保证背压增大时负载下放不会失速并维持原有下放速度调节区间。

附图说明

图1是本发明的带背压补偿功能的先导大流量负载控制阀的正视外观图。

图2是图1的B-B剖面图。

图3是本发明的带背压补偿功能的先导大流量负载控制阀的俯视外观图。

图4是图3的C-C剖面图。

图5是负载下放时负载控制阀的状态图。

图6是负载下放工况负载控制阀的典型应用系统原理图。

图7是负载上升时负载控制阀的状态图。

图8是负载上升工况负载控制阀的典型应用系统原理图。

图9是负载控制阀主阀芯的结构图。

图9（a）是图1中主阀芯的外观图。

图9（b）是图9（a）的A-A剖视图。

图10是图1中先导阀芯的结构图。

图10（a）是先导阀芯的一侧视图。

图10（b）是图10（a）的E-E剖面图。

图10（c）是先导阀芯的另一侧视图。

图10（d）是图10（c）的F-F剖面图。

图11是超越负载压力10MPa，背压6bar与20bar的负载控制阀的压力-流量对比曲线图。

图12是超越负载压力25MPa，背压6bar与20bar的负载控制阀的压力-流量对比曲线图。

图中1-主阀体、2-主阀套、3-主阀芯、4-反馈弹簧、5-背压反馈阻尼、6-先导阀套、7-先导阀芯、8-先导阀体、9-先导压缩弹簧、10-控制活塞、11-先导回油阻尼、12-先导进口阻尼、13-控制端盖、14-背压腔（回油腔）、15-负载腔、16-控制敏感腔、17-快关腔、18-先导阀芯内部容腔、19-背压反馈腔、20-先导泄油腔、21-先导作用腔、22-先导进油腔、23-阀套过渡腔。

具体实施方式

下面参照附图来说明本发明的实施例。

如图1～图4所示，包括主阀体1、先导阀体8、主阀芯3、主阀套2、反馈弹簧4、先导阀套6、先导阀芯7、先导压缩弹簧9、控制活塞10和控制端盖13；主阀体1后端同轴固定对接到先导阀体8的前端形成总阀体，且主阀体1和先导阀体8内部阀腔连通形成总阀腔，先导阀体8的后端通过螺栓固定安装有控制端盖13，控制端盖13和先导阀体8的后端面之间通过密封圈连接，控制端盖13外端面开设有中心通孔作为先导大流量负载控制阀的Px口，即为控制油口。总阀体呈筒体结构，内部具有多个中空阀室，总阀体中部内设有环形隔板将自身内部阀室分为前阀室和后阀室的两个阀室，环形隔板中心设有通孔，通孔将前阀室和后阀室连通，后阀室和中心通孔连通。

前阀室内由先导阀体8到主阀体1方向依次安装有先导阀套6、主阀套2，主阀套2通过径向O型圈与主阀体1内孔配合密封，主阀套2内开设有沿总阀体轴向的中空通道，中空通道和前阀室连通并在连通后的内部装有主阀芯3，主阀芯3能在中空通道的轴向移动，位于主阀芯3前端的中空通道和前阀室形成背压腔14，背压腔14外周围的主阀体1侧壁开设有油口作为先导大流量负载控制阀的A口，背压腔14和A口之间连通；位于主阀芯3外周围和主阀套2环形槽之间的中空通道形成负载腔15，位于主阀芯3和先导阀套6之间的中空通道形成控制敏感腔16；主阀套2前端部外壁经密封圈和主阀体1内壁之间密封连接，主阀套2中部开设有环形凹槽，环形凹槽外周围的主阀体1侧壁开设有油口作为先导大流量负载控制阀的B口，环形凹槽和B口直接连通，环形凹槽经主阀套2侧壁的通孔和总中空通道的负载腔15之间连通；主阀芯3后端部外壁沿周向间隔设有多个轴向布置的条形通道槽，条形通道槽将负载腔15和控制敏感腔16连通。

如图9所示，主阀芯3的条形通道槽分为从主阀体1前端到先导阀套6沿轴向依次布置且连通的具有软限位功能的U型槽和反馈节流槽，反馈节流槽的槽宽小于U型槽的槽宽，U型槽连通负载腔15，反馈节流槽连通控制敏感腔16，能对主阀芯在超越负载下放时进行液压限位，防止下放动作失速。这样主阀芯3大圆柱面上开有对称布置的深度较小斜型槽口及深度较大的U型槽口，超越负载下负载控制阀正常工作时负载腔15与控制敏感腔16之间通过较小的斜型阀口节流，负载腔15与控制敏感腔16之间存在相对较大的压差。在其他突发因素的作用下，若主阀芯3的开启位移过大，负载腔15与控制敏感腔16之间通过较大的U型槽连通，两腔之间的压差相对很小，在两腔作用力下推动主阀芯3向关闭的方向移动，从而使主阀芯在超越负载下放时的位移受到U型阀口的液压限位，保证负载控制阀不会大流量失速。

如图9所示，主阀芯3大圆柱面上开有对称布置的深度较小斜型槽口及深度较大的U型槽口，超越负载下负载控制阀正常工作时负载腔15与控制敏感腔16之间通过较小的斜型阀口节流，负载腔15与控制敏感腔16之间存在相对较大的压差。在其他突发因素的作用下，若主阀芯3的开启位移过大，负载腔15与控制敏感腔16之间通过较大的U型口连通，两腔之间的压差相对很小，在两腔作用力下推动主阀芯3向关闭的方向移动，从而使主阀芯在超越负载下放时的位移受到U型阀口的液压限位，保证负载控制阀不会大流量失速。

主阀芯3靠近先导阀套6的一端开设有沿总阀体轴向的弹簧孔腔，弹簧孔腔内安装反馈弹簧4，先导阀套6内开设沿总阀体轴向的中空腔，中空腔前端和控制敏感腔16连通，中空腔后端经先导阀套6后端的通孔、环形隔板的通孔后和后阀室连通，中空腔内装有先导阀芯7，先导阀芯7开有通道孔作为先导阀芯内部容腔18，先导阀芯内部容腔18将控制敏感腔16和先导阀套6的中空腔连通，反馈弹簧4穿过主阀套2后和先导阀芯7的端部连接，这样反馈弹簧4两端分别连接在弹簧孔腔内底部和先导阀芯7的端部。

主阀芯3与主阀套2内孔同轴，先导阀芯7与先导阀套6内孔同轴，先导阀芯7小端与主阀芯3小端为相向布置。

先导阀套6通过径向O型圈与主阀套2及总阀体配合安装，先导阀套6前侧端面与主阀套2大径端面压紧，并通过端面O型圈密封；先导阀套6中部外壁开设有环形槽作为快关腔17，并且在先导阀套6中部外壁沿周向间隔设有多个径向通孔，径向通孔将快关腔17和先导阀套6的中空腔联通；先导阀套6后端部经密封圈和总阀体内壁之间密封连接，主阀套2后端部和先导阀套6前端部之间通过密封圈密封连接，主阀套2后端部和先导阀套6前端部连接后的外壁沿周向间隔设有多个轴向布置的条形通槽，条形通槽将环形凹槽和快关腔17连通；

先导阀套6通过径向O型圈与主阀套2及先导阀体8配合安装，先导阀套6左侧端面与主阀套2大径端面压紧，并通过端面O型圈密封；先导阀套6与主阀芯3之间形成控制敏感腔16，控制敏感腔的压力作用在主阀芯3的最右侧大端面上，作用方向是主阀芯3关闭方向。先导阀套6上开有径向孔，将负载腔15的高压油引至先导阀套6径向孔，先导阀套6径向孔与主阀体1之间形成快关腔17。

主阀套2、先导阀套6与先导阀芯7配合设计形成的快关腔17，在先导阀芯7关闭至一定位置后通过快关腔17将负载腔15与控制敏感腔16连通，使作用在主阀芯3大端面的压力快速升至负载压力，推动主阀芯3快速关闭。

先导阀芯7外圆柱面与先导阀套6内孔滑动配合并形成先导阀芯内部容腔18；反馈弹簧4安装在主阀芯3内孔与先导阀芯7左侧台阶面上，反馈弹簧带有一定的预紧力，以使主阀芯3能够压紧主阀套2；先导阀芯7小圆柱面与先导阀套6细孔滑动配合，并在初始状态下靠反馈弹簧4的预紧压力使先导阀芯7的过渡锥圆柱面贴紧先导阀套6的细孔形成锥面密封，以此保证先导阀芯内部容腔18与背压反馈腔之间无泄漏。

先导阀套6后端面的先导阀体8内设有背压反馈腔19，背压反馈腔19和前阀室连通，背压反馈腔19和背压腔14均分别经各自内部流道连通到主阀体1和先导阀体8侧壁的开口，开口处安装塞子，且背压反馈腔19和背压腔14之间经主阀体1和先导阀体8内部开设的轴向流道连通，轴向流道中安装背压反馈阻尼5；

通过背压反馈腔19和轴向流道的设计，使控制敏感腔16的压力受背压正反馈作用，背压升高时，阀套过渡腔23、先导阀芯内部容腔18、控制敏感腔16的压力随之升高，作用在主阀芯3大端面关闭方向上的力增大，以此来补偿背压作用在主阀芯3尾端开启方向的力，保证主阀芯3在不同背压下位移基本无变化，从未使超越负载下放时的流量不受系统背压影响。

图5显示了负载控制阀的快关阀口的作用原理，快关腔17与负载腔15连通，在负载控制阀开启过程时，先导阀芯7向左运动，快关腔17与控制敏感腔16的连通被阻断，控制敏感腔16的压力由主阀芯3上节流槽口节流决定；在负载控制阀关闭复位时，先导阀芯7向右关闭到一定位置后，快关腔17与控制敏感腔16从新连通，从而将负载高压油直接引至控制敏感腔，使作用在主阀芯3关闭方向的压力立即增大，进而使主阀芯快速关闭。

后阀室外周围的先导阀体8开设有油口作为先导大流量负载控制阀的L口，即为回油口，后阀室内装有先导压缩弹簧9和控制活塞10，控制活塞10主要由轴部和盘部同轴连接构成，轴部朝向前阀室延伸布置，盘部靠近控制端盖13，先导压缩弹簧9连接在控制活塞10的盘部和环形隔板形成的台阶面之间；先导阀芯7穿过环形隔板的通孔后伸入到后阀室内用于和控制活塞10的轴部接触连接；位于控制活塞10和环形隔板之间的后阀室形成先导泄油腔20，位于控制活塞10和控制端盖13之间的后阀室形成先导作用腔21，控制端盖13开设和Px口连通的腔室形成先导进油腔22，控制活塞10的盘部一侧偏心位置开设有孔道，孔道将先导泄油腔20和先导作用腔21连通，先导作用腔21和先导进油腔22之间经控制端盖13的内部孔道连通，内部孔道中安装先导进口阻尼12。

先导阀体8的后阀室内设有台阶，台阶对控制活塞10的盘部轴向移动进行行程限位。

先导阀芯7主要由大径段和小径段同轴连接构成，大径段的直径大于小径段的直径，大径段和先导阀套6中空腔内壁之间密封连接，位于大径段和先导阀套6后端部通孔之间的中空腔形成阀套过渡腔23，大径段内部开设通道孔作为先导阀芯内部容腔18，大径段和小径段之间衔接处开设有沿圆周间隔布置的连通通孔，连通通孔将先导阀芯7外部的阀套过渡腔23和先导阀芯内部容腔18连通，这样通孔就将阀套过渡腔23和先导阀芯内部容腔18连通；先导阀芯内部容腔18另一端和控制敏感腔16连通。

控制活塞10盘部的孔道中装有先导回油阻尼11。背压反馈阻尼5、先导回油阻尼11、先导进口阻尼12实际均为一个带有中心小通孔的套筒结构，均通过螺纹套装入各自的孔/腔。

先导进口阻尼12安装在控制端盖13内螺纹孔中，位于先导进油腔22与先导作用腔21之间，先导回油阻尼11安装在控制活塞10内螺纹孔中，位于先导泄油腔20与先导作用腔21中间。

控制活塞10靠近控制端盖13一侧的端面设置为内凹的锥面，使得在控制活塞10最靠近贴近控制端盖13时，在控制活塞10和控制端盖13的端面之间形成锥形空间作为先导作用腔21。

具体实施中，先导大流量负载控制阀的B口和所需控制的油缸的无杆腔连接连通，先导大流量负载控制阀的A口和换向阀或者多路阀的A口连通，先导大流量负载控制阀的Px口连接高压油源，先导大流量负载控制阀的L口连接油箱，换向阀或者多路阀的P口经油泵和油箱连接，换向阀或者多路阀的B口和油缸的有杆腔连接，换向阀或者多路阀的T口经单向阀和油箱连接。

油缸缩回模式：

Px口进油，高压油从Px口进入到先导进油腔22，高压油经先导进口阻尼12流入到先导作用腔21中，推动控制活塞10克服先导压缩弹簧9的自然压力作用向靠近先导阀套6移动，压动先导泄油腔20中的油液经L口流出到油箱；同时先导进油腔22高压油经先导进口阻尼12产生压降流入到先导作用腔21中，再经先导回油阻尼11压降流入到先导泄油腔20中，实现控制油口的压力缓释压降。

控制活塞10克服先导压缩弹簧9的自然压力作用向靠近先导阀套6移动后，控制活塞10轴部顶接到先导阀芯7的小径段端部，再继续推动先导阀芯7向靠近主阀体1一侧轴向移动，同时，油缸无杆腔的油液进入B口，推动主阀芯3向靠近先导阀套6移动，反馈弹簧4两端被主阀芯3和先导阀芯7向中间挤压压缩，主阀芯3的圆柱段和主阀套2内部台阶之间间隔距离，背压腔14和负载腔15之间流通，油缸无杆腔的高压油从负载腔15流入到背压腔14，再从背压腔14流入到A口；形成A口和B口导通；

负载腔15和控制敏感腔16之间经主阀芯3的条形通道槽产生压降；负载腔15内的油液经经主阀芯3的条形通道槽压降后流入控制敏感腔16，从控制敏感腔16流入到先导阀芯内部容腔18，先导阀芯内部容腔18经先导阀芯7的通孔流入到阀套过渡腔23内；

先导阀芯7向靠近主阀体1一侧轴向移动后，先导阀芯7的小径段和先导阀套6后端部的通孔之间存在台阶间隙，先导泄油腔20经台阶间隙和阀套过渡腔23连通，阀套过渡腔23的油液经台阶间隙后流入到先导泄油腔20中，最后从L口流出；同时，如图4所示，此时，由于先导阀芯7向左移动，先导阀芯大径圆柱面将快关腔17遮盖，先导阀套6和先导阀芯7之间不存在台阶间隙，控制敏感腔16和快关腔17不连通，主阀套2的环形凹槽中的少量高压油经主阀套2和先导阀套6的条形通槽可以流动到快关腔17，形成封闭容腔，高压油无法从快关腔17流入到阀套过渡腔23和控制敏感腔16。

油缸伸出模式：

Px口不进油，先导进油腔22不具有高压油，控制活塞10在先导压缩弹簧9的自然压力作用下顶接在控制端盖13，控制活塞10轴部和先导阀芯7的小径段之间不接触连接；

油箱的油液进入A口，高压油从A口进入到背压腔14，推动主阀芯3向靠近先导阀套6移动并移动到底部，使得主阀芯3的圆柱段和主阀套2内部台阶之间间隔距离，背压腔14和负载腔15之间流通，高压油从背压腔14流入到负载腔15，再从负载腔15经主阀套2的环形凹槽流入到B口；形成A口和B口导通；

主阀芯3向靠近先导阀套6移动后，经反馈弹簧4向先导阀芯7施加压力，使得先导阀芯7的小径段和先导阀套6后端部的通孔密封套装，阀套过渡腔23内油液无法流通到后阀室内。

如图2和图4所示，主阀芯3主要由位于后端的靠近先导阀套6的圆柱段、位于中间的锥形段和位于前端的减振尾结构组成，主阀芯3圆柱段的前部和主阀套2的中空通道内壁滑动配合，主阀套2的中空通道前部设有内凸缘，内凸缘的台阶面和主阀芯3圆柱段和锥形段之间的衔接处间形成锥面密封连接，使得背压腔14与负载腔15之间密封方式为锥面密封，以此保证背压腔14与负载腔15之间无泄漏。

主阀芯3前端的减振尾结构为带有可消除反向液动力的减振尾结构，能有效抵消主阀芯所受液动力的影响，能有效提高主阀芯开启过程的稳定性。图3显示了负载控制阀内主阀芯3的设计结构，如图3所示，减振尾为主阀芯头部的带圆角的凸台结构，当液压油从主阀芯锥形阀口流出时，带有一定流速的液压油会作用在尾端凸台上，从而有效抵消主阀芯所受的液动力，增加了主阀芯的稳定性。

先导阀芯7小径段为锥体结构，小径段穿设过先导阀套6后端部的通孔，先导阀芯7与主阀芯3之间通过反馈弹簧4带预压紧力连接，小径段和先导阀套6后端部的通孔之间滑动配合并在初始状态下锥面密封。

控制活塞10盘部与先导阀体8后阀室底部之间通过带有带预压紧力的先导压缩弹簧9支撑连接；在初始状态下，控制活塞10的轴部端面与先导阀芯7小径段端面具有间隙距离，以保证先导阀芯7位置不受控制活塞影响；当超越负载工作状态时，控制活塞10的轴部端面与先导阀芯7小径段端面压紧连接，控制活塞10推动先导阀芯7两者同步轴向移动。

本发明将单向阀功能集成于主阀芯3上，改变了传统负载控制阀负载下放节流功能与负载上升的单向功能由两个阀芯单独完成的设计。

如图10所示，先导阀芯7小径段上开设有两组不同深度、槽壁斜率、长度的三角节流槽，第一组三角节流槽包括分别在先导阀芯7小径段对称两侧布置的沿轴向布置的两个条形槽，第二组三角节流槽包括分别在先导阀芯7小径段对称两侧布置的沿轴向布置的两个条形槽；第一组三角节流槽的条形槽相比第二组三角节流槽的条形槽具有更浅的深度和沿轴向更长的长度，第一组三角节流槽的条形槽到先导阀芯7的连通通孔之间的距离小于第二组三角节流槽的条形槽到先导阀芯7的连通通孔之间的距离，条形槽和连通通孔之间的部分为死区，两组三角节流槽的条形槽靠近先导阀芯7连通通孔一侧的槽壁均为斜面过渡，第一组三角节流槽的条形槽的斜面槽壁的倾斜角度小于第二组三角节流槽的条形槽的斜面槽壁的倾斜角度。

这样上开有对称布置不同深度的三角节流槽口，能够保证负载控制阀具有较好的微动特性及较强的负载过补偿特性。

图10显示了负载控制阀内先导阀芯7的设计结构，先导阀芯细圆柱面上开有4条三角形节流槽口，两两对称布置，E-E截面上的两条节流槽深度斜率较小且死区小，F-F截面上的两条节流槽深度斜率大且死区大。

在先导控制压力较小时，先导阀芯7的位移开度较小，先导阀芯内部容腔18的回油只能通过E-E截面的节流槽回油，先导阀芯节流压差大，导致控制敏感腔16内的压力较大，主阀芯3的开度位移随之较小，从而保证负载控制阀能有较好的微动特性。

在先导控制压力较大时，先导阀芯7的位移开度较大，先导阀芯内部容腔18的回油可通过E-E、F-F截面的节流槽回油，先导阀芯节流压差小，导致控制敏感腔16内的压力较小，主阀芯3的开度位移随之较大，从而满足负载控制阀的大流量通流要求。

如图10所示，可进一步在先导阀芯7的中空通道中安装过补偿阻尼，在负载下放时，控制敏感腔16的油液通过过补偿阻尼流向先导阀芯内部容腔18时会产生一定节流压差，导致先导阀芯左右两端的作用压力存在差异，且负载越大此压差越大，该压差作用合力为先导阀芯关闭方向，因此当负载压力升至一定值后，先导阀芯会随负载压力增大而关小，导致主阀芯上流量随之减小，此即为负载控制阀的过补偿特性。

通过对先导阀芯7上的节流槽的分段设计，先导阀芯后段节流斜率较大，保证负载控制阀具有很好的过补偿特性。

负载控制阀的先导控制压力为0-2MPa，在先导进油压力Px由于外在因素超过此范围时，先导回油阻尼11可与先导进口阻尼12配合形成液压半桥分压，保证作用在控制活塞10大端面的压力维持在0-2MPa区间，因此该负载控制阀可兼容较大的先导控制压力区间。此外，先导进口阻尼12可对流量较大的先导进油进行节流缓冲，保证控制活塞10动作的平缓性。

具体实施中，先导阀芯7上可配装负载补偿阻尼，使负载压力升高至一定值后系统流量随负载压力升高而减小。

负载控制阀在上升工况下的单向开启和下降工况时的节流作用都通过主阀芯3上的阀口来实现，无需设置单独的单向阀上升阀口，因此本负载控制阀的结构紧凑。

本发明实施例提供的带背压补偿功能的先导大流量负载控制阀在超越负载锁紧时原理状态如图2所示：

先导进油口Px的压力油为卸荷状态，控制活塞10在先导压缩弹簧9的作用下保持原位，B口为要锁紧的超越负载高压腔，A口为回油口 。与B口连接的负载腔15为高压腔，主阀芯3有一定预开度的节流槽将负载腔15的高压油引至控制敏感腔16及先导阀芯内部容腔18，由于控制活塞10保持静止，先导阀芯7仍维持原位，先导阀芯内部容腔18与背压反馈腔19未导通，因此控制敏感腔16及先导阀芯内部容腔18均为高压腔，高压油作用在主阀芯3使主阀芯关闭方向的大端面上，通过主阀芯3与主阀套2的锥面密封保证超越负载被锁紧，不会出现下放动作。

本发明实施例提供的带背压补偿功能的先导大流量负载控制阀在超越负载下放时原理状态如图5所示：

先导进油口Px的压力油经过先导进口阻尼12与先导回油阻尼11的分压后作用在控制活塞10的右侧大端面，推动控制活塞10向左运动并带动先导阀芯7向左开启， B口高压油通过负载腔15、控制敏感腔16、先导阀芯内部容腔18流向背压反馈腔19，并经过背压反馈阻尼5向背压腔14回油，由于主阀芯3大圆柱面上的节流槽作用，使控制敏感腔16与负载腔15之间存在压差，负载腔压力作用在主阀芯3台阶圆环面的向右方向力大于控制敏感腔16作用在主阀芯3上的向左方向力，主阀芯3向右运动，B口到A口之间的主阀口打开，当主阀芯3所受负载压力、控制敏感腔压力、背压腔压力及阀块弹簧力达到力平衡时，主阀芯3停在受力平衡位置，B口压力油经主阀口流向回油口A，执行超越负载下放动作。主阀芯3的开度受作用在控制活塞10上压力的精确控制，控制压力越高主阀芯3开度越大，从而实现调速功能。

负载控制阀A口背压作用力为主阀芯3开度开大方向，若无背压补偿功能，在背压增大时主阀芯3开度增大会导致负载控制阀的控制区间变小、控制特性变差，严重时会引起下放失速。现结合附图5对本负载控制阀的背压补偿功能进行说明：

当负载控制阀A口背压升高时，通过背压反馈阻尼5回油的背压反馈腔19的压力也随之升高，控制敏感腔16压力随之升高，在负载腔15压力不变的情况下，负载腔15与控制敏感腔16的压差减小，导致作用在主阀芯3上的向右合力减小，以此补偿背压腔14作用在主阀芯3上的右向力，通过合理设计主阀芯3的背压腔作用面积、负载腔圆环面积及控制敏感腔端面作用面积，能够使背压升高时主阀芯3的在位置大负载下保持不变或略向左移动，从而使负载控制阀的流量基本维持不变，实现背压补偿功能。

本发明实施例提供的带背压补偿功能的先导大流量负载控制阀在单向开启上升时原理状态如图7所示：

负载控制阀实现上升功能时A口为高压腔，B口为回油腔，Px口维持卸荷状态。负载腔15、控制敏感腔16、先导阀芯内部容腔18均为低压腔，A口高压油流向背压腔14，并通过背压反馈阻尼5流向背压反馈腔19，由于背压反馈阻尼5的节流缓冲作用，A口高压油首先作用在主阀芯3尾端面积，克服反馈弹簧4的弹簧力使主阀芯向右运动，A口压力油通过主阀芯3上主阀口流向B口，实现单向开启功能。由于反馈弹簧4为软弹簧，单向开启时A口到B口的压降很小，因此能有效降低系统压力损失。

本发明的负载控制阀在超越负载下放时典型应用系统原理如图6所示，负载控制阀的A口接换向阀或多路阀的一路出口，换向阀工作在右位，该路出口与T口相通回油，换向阀的另一路出口与油缸的有杆腔连接，负载控制阀的B口与油缸的无杆腔连接，负载控制阀的L口与油箱直通，Px口与外部的先导控制油连接。负载控制阀在Px口的先导压力控制下工作左位节流状态，油缸大腔的油液经过负载阀B口、负载阀主阀口、A口及换向阀流入油箱，负载控制阀的开口由Px口的控制压力大小决定，从而实现下放过程中的调速。

本发明的负载控制阀在负载上升时典型应用系统原理如图8所示，负载控制阀的A口接换向阀或多路阀的一路出口，换向阀工作在左位，该路出口与泵出口P口连通，换向阀的另一路出口与油缸的有杆腔连接并连通液压回路T口，负载控制阀的B口与油缸的无杆腔连接，负载控制阀的L口与油箱直通，Px口与外部的先导控制油连接。Px口控制压力为零压，负载控制阀工作在右位单向阀状态，泵出口高压油经过换向阀、负载控制阀A口、负载阀主阀口、B口流入油缸大腔，推动油缸向上运动。

图11是超越负载压力为10MPa，背压为6bar与背压为20bar时负载控制阀的压力-流量对比曲线。在负载控制阀的回油背压升至20bar时，通过负载控制阀的流量比背压6bar时流量有所降低，控制压力调节区间基本一致，本发明的负载控制阀在中低负载压力时具有较好的背压补偿性能。

图12是超越负载压力为25MPa，背压为6bar与背压为20bar时负载控制阀的压力-流量对比曲线。在负载控制阀的回油背压升至20bar时，通过负载控制阀的流量与背压6bar时流量基本一致，本发明的负载控制阀在高负载压力时具有较好的背压补偿性能。

Claims (9)

1.一种带背压补偿功能的先导大流量负载控制阀，其特征在于：

包括主阀体（1）、先导阀体（8）、主阀芯（3）、主阀套（2）、反馈弹簧（4）、先导阀套（6）、先导阀芯（7）、先导压缩弹簧（9）、控制活塞（10）和控制端盖（13）；主阀体（1）后端同轴固定对接到先导阀体（8）的前端形成总阀体，且主阀体（1）和先导阀体（8）内部阀腔连通形成总阀腔，先导阀体（8）的后端通过螺栓固定安装有控制端盖（13），控制端盖（13）外端面开设有中心通孔作为先导大流量负载控制阀的Px口，总阀体中部内设有环形隔板将自身内部阀室分为前阀室和后阀室的两个阀室，环形隔板中心设有通孔，通孔将前阀室和后阀室连通，后阀室和中心通孔连通；

前阀室内由先导阀体（8）到主阀体（1）方向依次安装有先导阀套（6）、主阀套（2），主阀套（2）内开设有中空通道，中空通道和前阀室连通并在连通后的内部装有主阀芯（3），位于主阀芯（3）前端的中空通道和前阀室形成背压腔（14），背压腔（14）外周围的主阀体（1）侧壁开设有油口作为先导大流量负载控制阀的A口，背压腔（14）和A口之间连通；位于主阀芯（3）外周围和主阀套（2）之间的中空通道形成负载腔（15），位于主阀芯（3）和先导阀套（6）之间的中空通道形成控制敏感腔（16）；主阀套（2）前端部外壁和主阀体（1）内壁之间密封连接，主阀套（2）中部开设有环形凹槽，环形凹槽外周围的主阀体（1）侧壁开设有油口作为先导大流量负载控制阀的B口，环形凹槽和B口直接连通，环形凹槽经主阀套（2）侧壁的通孔和总中空通道的负载腔（15）之间连通；主阀芯（3）后端部外壁沿周向间隔设有多个轴向布置的条形通道槽，条形通道槽将负载腔（15）和控制敏感腔（16）连通；

主阀芯（3）靠近先导阀套（6）的一端开设有弹簧孔腔，弹簧孔腔内安装反馈弹簧（4），先导阀套（6）内开设中空腔，中空腔前端和控制敏感腔（16）连通，中空腔后端经先导阀套（6）通孔、环形隔板的通孔后和后阀室连通，中空腔内装有先导阀芯（7），先导阀芯（7）开有通道孔作为先导阀芯内部容腔（18），先导阀芯内部容腔（18）将控制敏感腔（16）和先导阀套（6）的中空腔连通，反馈弹簧（4）穿过主阀套（2）后和先导阀芯（7）的端部连接，先导阀套（6）中部外壁开设有环形槽作为快关腔（17），并且在先导阀套（6）中部外壁沿周向间隔设有多个径向通孔，径向通孔将快关腔（17）和先导阀套（6）的中空腔联通；先导阀套（6）后端部和总阀体内壁之间密封连接，主阀套（2）后端部和先导阀套（6）前端部连接后的外壁沿周向间隔设有多个轴向布置的条形通槽，条形通槽将环形凹槽和快关腔（17）连通；

先导阀套（6）后端面的先导阀体（8）内设有背压反馈腔（19），背压反馈腔（19）和前阀室连通，背压反馈腔（19）和背压腔（14）均分别经各自内部流道连通到主阀体（1）和先导阀体（8）侧壁的开口，开口处安装塞子，且背压反馈腔（19）和背压腔（14）之间经主阀体（1）和先导阀体（8）内部开设的轴向流道连通，轴向流道中安装背压反馈阻尼（5）；

后阀室外周围的先导阀体（8）开设有油口作为先导大流量负载控制阀的L口，后阀室内装有先导压缩弹簧（9）和控制活塞（10），控制活塞（10）主要由轴部和盘部同轴连接构成，轴部朝向前阀室延伸布置，盘部靠近控制端盖（13），先导压缩弹簧（9）连接在控制活塞（10）的盘部和环形隔板台阶面之间；先导阀芯（7）穿过环形隔板的通孔后伸入到后阀室内用于和控制活塞（10）的轴部接触连接；位于控制活塞（10）和环形隔板之间的后阀室形成先导泄油腔（20），位于控制活塞（10）和控制端盖（13）之间的后阀室形成先导作用腔（21），控制端盖（13）开设和Px口连通的腔室形成先导进油腔（22），控制活塞（10）的盘部一侧偏心位置开设有孔道，孔道将先导泄油腔（20）和先导作用腔（21）连通，先导作用腔（21）和先导进油腔（22）之间经控制端盖（13）的内部孔道连通，内部孔道中安装先导进口阻尼（12）。

2.根据权利要求1所述的一种带背压补偿功能的先导大流量负载控制阀，其特征在于：所述主阀芯（3）的条形通道槽分为从主阀体（1）前端到先导阀套（6）沿轴向依次布置且连通的U型槽和反馈节流槽，反馈节流槽的槽宽小于U型槽的槽宽，反馈节流槽的深度小于U型槽的深度，U型槽连通负载腔（15），反馈节流槽连通控制敏感腔（16）。

3.根据权利要求1所述的一种带背压补偿功能的先导大流量负载控制阀，其特征在于：所述的先导阀芯（7）主要由大径段和小径段同轴连接构成，位于大径段和先导阀套（6）后端部通孔之间的中空腔形成阀套过渡腔（23），大径段内部开设通道孔作为先导阀芯内部容腔（18），大径段和小径段之间衔接处开设有沿圆周间隔布置的连通通孔，连通通孔将先导阀芯（7）外部的阀套过渡腔（23）和先导阀芯内部容腔（18）连通。

4.根据权利要求1所述的一种带背压补偿功能的先导大流量负载控制阀，其特征在于：所述的控制活塞（10）盘部的孔道中装有先导回油阻尼（11）。

5.根据权利要求4所述的一种带背压补偿功能的先导大流量负载控制阀，其特征在于：所述的背压反馈阻尼（5）、先导回油阻尼（11）、先导进口阻尼（12）实际均为一个带有中心小通孔的套筒结构。

6.根据权利要求1所述的一种带背压补偿功能的先导大流量负载控制阀，其特征在于：所述的控制活塞（10）靠近控制端盖（13）一侧的端面设置为内凹的锥面，使得在控制活塞（10）最靠近贴近控制端盖（13）时，在控制活塞（10）和控制端盖（13）的端面之间形成锥形空间作为先导作用腔（21）。

7.根据权利要求1所述的一种带背压补偿功能的先导大流量负载控制阀，其特征在于：所述的主阀芯（3）主要由位于后端的圆柱段、位于中间的锥形段和位于前端的减振尾结构组成，主阀芯（3）圆柱段的前部和主阀套（2）的中空通道内壁滑动配合，主阀套（2）的中空通道前部设有内凸缘，内凸缘的台阶面和主阀芯（3）圆柱段和锥形段之间的衔接处间形成锥面密封连接。

8.根据权利要求3所述的一种带背压补偿功能的先导大流量负载控制阀，其特征在于：所述的先导阀芯（7）小径段为锥体结构，小径段穿设过先导阀套（6）后端部的通孔，小径段和先导阀套（6）后端部的通孔之间滑动配合并在初始状态下锥面密封。

9.根据权利要求3所述的一种带背压补偿功能的先导大流量负载控制阀，其特征在于：所述先导阀芯（7）小径段上开设有两组不同深度、槽壁斜率、长度的三角节流槽，第一组三角节流槽包括分别在先导阀芯（7）小径段对称两侧布置的沿轴向布置的两个条形槽，第二组三角节流槽包括分别在先导阀芯（7）小径段对称两侧布置的沿轴向布置的两个条形槽；第一组三角节流槽的条形槽相比第二组三角节流槽的条形槽具有更浅的深度和沿轴向更长的长度，第一组三角节流槽的条形槽到先导阀芯（7）的连通通孔之间的距离小于第二组三角节流槽的条形槽到先导阀芯（7）的连通通孔之间的距离，两组三角节流槽的条形槽靠近先导阀芯（7）连通通孔一侧的槽壁均为斜面过渡，第一组三角节流槽的条形槽的斜面槽壁的倾斜角度小于第二组三角节流槽的条形槽的斜面槽壁的倾斜角度。

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