CN113154125A - 比例换向阀的阀芯结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种比例换向阀的阀芯结构，属于换向阀制造领域；本发明包括：所述阀芯上设置有多个用于连通不同油口的导流通道，每个所述导流通道包括：节流槽；所述节流槽沿液压油流动方向上的截面逐步减小。本发明的比例换向阀的阀芯结构，其阀芯过流截面的面积比与差动缸的作用面积比一致或接近，这样比例换向阀的阀芯结构在驱动差动缸时，介质流入差动缸时产生的压降与介质流出差动缸产生的压降相等或接近，从而使得差动缸驱动负载慢速启动和减速制动时能平稳进行。

Description

比例换向阀的阀芯结构
技术领域
本发明涉及阀门制造技术，尤其涉及一种比例换向阀的阀芯结构，属于液压设备制造技术领域。
背景技术
差动缸是液压系统中常见的工作器件。差动缸为单出杆油缸，其无杆腔面积大于有杆腔面积。一般差动缸在驱动负载做功时，先慢速启动，再加速运动，最后减速制动直至停止。
当比例换向阀的阀芯结构控制差动缸驱动负载慢速启动或减速制动时，由于无杆腔面积大于有杆腔面积，使得流进油缸的流量与流出油缸的流量不等，这样在比例换向阀的阀芯结构的进油通道和回油通道会产生不相等的压降，造成与负载运动惯性抗衡的背压不足，使差动缸运动时产生过冲和振动，同时还容易使系统产生真空、工作压力增高等情形。
因此，现有技术中亟待一种可以改善差动缸启动特性的比例换向阀。
发明内容
本发明提供一种新的比例换向阀的阀芯结构，通过将阀芯过流截面的面积比与差动缸的作用面积比一致或接近，以解决现有技术中比例换向阀的阀芯结构运动时产生的振动和过冲的技术问题。
本发明实施例的比例换向阀的阀芯结构，包括：所述阀芯上设置有多个用于连通不同油口的导流通道，每个所述导流通道包括：节流槽；
所述节流槽沿液压油流动方向上的截面逐步减小。
如上所述的比例换向阀的阀芯结构，其中，所述节流槽的截面为两段式结构；该两段式结构包括：用于引入液压油的矩形进料槽，以及用于排出液压油的节流容腔；
所述节流容腔的截面小于所述矩形进料槽截面的一半。
如上所述的比例换向阀的阀芯结构，其中，所述节流容腔的截面形状为条形、圆锥形、三角形或顶部具有半圆的柱形。
如上所述的比例换向阀的阀芯结构，其中，所述节流容腔的截面顶端形状呈抛物线形。
如上所述的比例换向阀的阀芯结构，其中，所述节流容腔的长度不超过所述矩形进料槽的长度。
如上所述的比例换向阀的阀芯结构，其中，所述节流容腔与所述矩形进料槽之间的连接处为圆弧形过度。
如上所述的比例换向阀的阀芯结构，其中，所述矩形进料槽的截面包括：梯形截面和矩形截面；该梯形截面为等腰梯形截面，其底边与所述矩形截面相连，顶边与所述节流容腔相连。
如上所述的比例换向阀的阀芯结构，其中，所述节流容腔的截面形状为三角形时，则该三角形的顶部具有圆弧形的过度角。
本发明的比例换向阀的阀芯结构阀芯结构，其阀芯过流截面的面积比与差动缸的作用面积比一致或接近，这样比例换向阀的阀芯结构在驱动差动缸时，介质流入差动缸时产生的压降与介质流出差动缸产生的压降相等或接近，从而使得差动缸驱动负载慢速启动和减速制动时能平稳进行。
同时本发明将比例换向阀的阀芯结构的节流槽设计成带有精调节区域的多段节流槽形式，当差动缸驱动负载由慢速启动转加速运动和加速运动转减速制动时，阀芯转到精调节区域工作；由于精调节区域过流面积小，产生的压力降高，可有效的与负载提速和减速制动时产生的运动惯性力相抗衡，使得差动缸驱动负载由慢速启动转加速运动和加速运动转减速制动直至停止的整个过程中能平稳进行，提高了系统的可靠性和工作寿命，提升了最终产品的品质。
附图说明
图1为采用本发明实施例的阀芯结构的比例换向阀的闭合状态结构示意图；
图2为采用本发明实施例的阀芯结构的比例换向阀的其中一种换向状态结构示意图；
图3为图2中C-C处剖面示意图；
图4为图2中B-B处剖面示意图；
图5为图2中M-M处剖面图；
图6为图2中N-N处剖面图；
图7为图1中节流槽的放大示意图；
图8为本发明实施例的阀芯结构的其中一种结构的节流槽的剖面结果示意图；
图9为本发明实施例的阀芯结构的另一种结构的节流槽的剖面结果示意图；
图10为本发明实施例的阀芯结构的额外一种结构的节流槽的剖面结果示意图。
具体实施方式
本发明所述的比例换向阀的阀芯结构可以采用以下材料制成，且不限于如下材料，例如：合金钢、不锈钢、耐腐蚀材料等常用阀芯材质。
如图1所示为采用本发明实施例的阀芯结构的比例换向阀的侧面结构图，并结合图2；本发明实施例主要用于液压系统中差动缸的换向作业。
本发明实施例的比例换向阀的阀芯结构，应用在比例换向阀上；本实施例结合该比例换向阀进行详细说明。
该比例换向阀包括：阀体1和阀芯2；所述阀体上开设有进油口、回油口和两个换向油口(分别为第一换向油口A和第二换向油口B)；所述阀芯2位于所述阀体1内，且可在所述阀体1内滑动；
所述阀芯左右滑动，以使所述进油口与不同的所述换向油口相连通，并同时使剩余所述换向油口与所述回油口相连通；
所述阀芯2内设置有多个用于连通不同所述换向油口的导流通道，每个所述导流通道包括：节流槽7；不同所述换向油口相对应的节流槽7的截面不同；
所述节流槽7沿液压油流动方向上的截面逐步减小。
需要说明的是：当比例换向阀的阀芯结构为先导式比例换向阀的阀芯结构时，阀芯2的两侧右端面5和左端面6受到的是依照电讯号控制的连续受控的液压力。当比例换向阀的阀芯结构为直动式比例换向阀的阀芯结构时，阀芯2 的两侧右端面5和左端面6受到的是比例电磁铁产生的连续受控的电磁推力。
本实施例的比例换向阀的阀芯结构，其中，所述阀芯2的两端分别设置有弹簧，分别为第一弹簧4和第二弹簧3；所述阀体1的两端分别设置有封盖，封盖分别为第一封盖9和第二封盖8；所述阀芯2的两端分别通过所述弹簧与所述封盖相抵靠。
第一弹簧4和第二弹簧3分别作用于阀芯2的两侧的左端面6和右端面5，限定阀芯2的初始位置；当阀芯2的两侧右端面5或左端面6受到连续变化的推力时，阀芯2克服对第一弹簧4和第二弹簧3的弹簧力往左或往右连续滑动；第一封盖9和第二封盖8与第一弹簧4和第二弹簧3接触，并紧固于阀体1的两侧。
本实施例中，所述阀体1内设置有进油腔，该进油腔与所述节流槽7相连通；所述节流槽7的一端与所述进油腔相连，另一端通过与所述阀体1的内壁相抵靠；所述阀芯2移动，以使所述进油腔通过所述节流槽与其中一个所述换向油口相连通。
如图1，差动缸为单出杆油缸，其无杆腔面积A1大于有杆腔面积A2，差动缸一般通过驱动杆与负载刚性联接。
动力源提供的压力和流量一般先经过比例换向阀的阀芯结构的P口，比例换向阀的阀芯结构的A口和B口分别连接到差动缸的无杆腔和有杆腔，比例换向阀的阀芯结构的T口(T口即为回油口，分别为TA口和TB口)与液压油箱相通。TA口对应A口，用于排出A口的回流液压油；TB口对应B口，用于排出B口的回流液压油。
一般比例换向阀的阀芯结构都具有中位死区，示例中，比例换向阀的阀芯结构中立位置(图1中滑柱的初始位置)为P/T/A/B四孔不通的机能。
如图2，当比例换向阀的阀芯结构的阀芯2的一侧的右端面5受到一个推力时，阀芯2克服第一弹簧4的弹簧力往左滑动，使得油路P通A，B通T。
如图1，图2所示；动力源输出的流量Qa进入阀体1的P口，经过阀芯2 上的A口侧的节流槽7的轴向过流面x1流入，从径向过流面y1流出，通过阀体1的A口进入差动缸的无杆腔，驱动负载运动，同时有杆腔的流量Qb从阀体1的B口流入，经过TB口侧的节流槽7的径向过流面y2流入，从轴向过流面x2流出，通过TB口回到油箱，同时比例换向阀的阀芯结构的P/A/B/T口会建立起压力Pp/Pa/Pb/Pt。
假定无杆腔的面积A1与有杆腔的面积A2的比值为1:0.75，根据：流量 Q＝面积A*速度V，速度V相等，所以得出Qb＝0.75Qa；那么通过P、A口通道形成的压差△(Pp-Pa)要大于通过B、TB口通道形成的压差△(Pb-Ptb)；当差动缸推动负载慢速启动和减速制动时，由于B、TB口通道形成的压差小，不足以克服负载运动产生的惯性，造成负载运动过程产生振动和过冲的情形，甚至会引起无杆腔产生真空。同上，当比例换向阀的阀芯结构的阀芯2的一侧的左端面6受到一个推力时，阀芯2克服第二弹簧3的弹簧力往右滑动，使得油路P通B，A通T，使得差动缸驱动负载往左运动，那么通过P、B口通道形成的压差△(Pp-Pb)要小于通过A、TA口通道形成的压差△(Pa-Pta)，造成驱动负载的压力上升。
如图3和图4，优选的，每个所述密封环上均开设有多个所述节流槽7，且与不同所述换向油口对应的所述密封环上的节流槽7数量不同。
具体的，本实施例能够解决上述的不足，通过在阀芯2的外圆面(密封环) 上，其P、A口通道侧的密封环设置4个节流槽7，B、TB口通道侧的密封环设置3个节流槽7，P、B口通道侧的密封环设置3个节流槽7，A、TA口通道侧的密封环设置4个节流槽7，使得P、A口通道的过流面积与B、TB口通道的过流面积之比为1:0.75＝A1：A2；P、B口通道的过流面积与A、TA口通道的过流面积之比为0.75:1＝A2：A1；当差动缸驱动负载往左或往右运动时，对应的两个通道形成的压降相等，使得差动缸驱动负载运动时更趋向于稳定，如图3和图4所示。
以上，为使通过比例换向阀的阀芯结构各个通道的过流面积之比与差动缸的的面积之比相等或接近，除了改变滑柱上的节流槽的数量之外，还可以通过改变节流槽形状或大小来实现，这里不一一撰述。
实际使用过程中，差动缸在驱动负载做功时，一般先慢速启动，再加速运动，最后减速制动直至停止，当负载质量较大时，当差动缸以一个较快的速度启动负载或减速制动时，如果单单通过以上技术方法还不能够更有效的与负载运动产生的惯性相抗衡，还需通过改变节流槽7的结构来配合使用。
如图7所述，所述节流槽7的截面为两段式结构；该两段式结构包括：用于引入液压油的矩形进料槽(节流区域7.2)，以及用于排出液压油的节流容腔 (精调节区域7.1)；一般情况下，所述节流容腔的截面小于整个所述矩形进料槽截面的一半。
本发明还通过结合差动缸的工作方式，在阀芯2的节流槽7上设置一段流量精调节区域7.1。如图7所示，精调节区域的节流槽呈三角形形状，其过流面积的增益较小，故夹角α一般比较小，为了降低加工难度，其三角形的尖角设计成一个直径较小的圆角7.3，精调节区域的长度L可设置为最大行程M的50％以内；节流槽7的节流区域7.2其过流面积的增益较大，一般需要通过大流量时，滑柱才会切到此区域工作。
结合图2说明如下，当比例换向阀的阀芯结构的阀芯2往左切换时，油路 P通A，B通T，由于差动缸本身的摩擦阻力和负载的静摩擦力存在，油缸和负载处于静止状态；当动力源输出的油压力大于阻力时，差动缸驱动负载由静止状态瞬间启动运行，当瞬间启动速度过快或负载质量较大时，启动瞬间会伴随着较大的振动情形；此时如果控制阀芯2的节流槽7工作在精节流区域7.1适当位置内，由于精节流区域7.1过流面积很小，油液流入P、A通道和流出B、 TB通道时会产生较大压降，使得进入无杆腔的流量Qa会有所变小；流出有杆腔的流量Qb会因为回路有较大的背压而使得流速变慢，从而当差动缸驱动较大质量的负载瞬间启动时，会变得非常平稳，无明显振动情形。
当负载顺利启动后进入加速运动时，由于需要较大的流量来驱动负载快速运动，此时需控制阀芯2的节流槽7工作在节流区域7.2内，增大比例换向阀的阀芯结构的过流面积。
当需要对负载由快速转减速制动直至停止时，由于负载运动速度很大，负载产生的惯性也很大，当差动缸的有杆腔侧产生的背压不足以与负载惯性相抗衡时，差动缸驱动负载会发生过冲情形，造成定位不准和振动情形，甚至会导致差动缸的无杆腔形成真空，产生振荡；此时需要控制阀芯2的节流槽7由节流区域7.2过渡到精节流区域7.1工作，由于精节流区域7.1过流面积很小，油液流入P、A通道和流出B、TB通道时会产生较大压降，使得进入无杆腔的流量Qa会有所变小；流出有杆腔的流量Qb会因为回路有较大的背压而使得流速变慢，从而当差动缸驱动较大质量的负载由快速转减速制动直至停止时，会变得非常平稳，无明显振动情形，负载的定位也准确。
当比例换向阀的阀芯结构的阀芯2的一侧的端面6受到一个推力时，阀芯 2克服第二弹簧3的弹簧力往右滑动，使得油路P通B，A通TA，作动方法同上。
具体的，还可根据不同工况，节流容腔(精调节区域)的截面形状为条形、圆锥形、三角形或顶部具有半圆的柱形。一般情况下，其中，所述节流容腔的长度不超过所述矩形进料槽长度的一半。
同时精调节区域的节流槽也可设计成多段形式，如图8到图10所示，这里不一一撰述。
优选的，所述节流容腔的截面顶端形状呈抛物线形。
一般情况下，所述节流容腔的长度不超过所述矩形进料槽的长度。
由图中可以明显的看到，所述节流容腔与所述矩形进料槽之间的连接处为圆弧形过度，这不仅能够保证节流区域7.2过渡到精节流区域7.1工作时，能够平滑的过度，还能够保证加工过程中不产生额外的局部应力，保证易于加工。
更进一步的，所述矩形进料槽的截面包括：梯形截面和矩形截面；该梯形截面为等腰梯形截面，其底边与所述矩形截面相连，顶边与所述节流容腔相连。
优选的，所述节流容腔的截面形状为三角形时，则该三角形的顶部具有圆弧形的过度角(即夹角α)。
本发明的比例换向阀的阀芯结构阀芯结构，其阀芯过流截面的面积比与差动缸的作用面积比一致或接近，这样比例换向阀的阀芯结构在驱动差动缸时，介质流入差动缸时产生的压降与介质流出差动缸产生的压降相等或接近，从而使得差动缸驱动负载慢速启动和减速制动时能平稳进行。
同时本实用性将比例换向阀的阀芯结构阀芯的节流槽设计成带有精调节区域的多段节流槽形式，当差动缸驱动负载由慢速启动转加速运动和加速运动转减速制动时，阀芯转到精调节区域工作；由于精调节区域过流面积小，产生的压力降高，可有效的与负载提速和减速制动时产生的运动惯性力相抗衡，使得差动缸驱动负载由慢速启动转加速运动和加速运动转减速制动直至停止的整个过程中能平稳进行，提高了系统的可靠性和工作寿命，提升了最终产品的品质。
另外，本发明的比例换向阀的阀芯结构制作成本不高，结构设计紧凑，构造巧妙，启动停止稳定，使用维护方便，适用于各种类型的液压系统的换向和差动缸动作的调节。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助一些变形加必需的通用技术叠加的方式来实现；当然也可以通过简化上位一些重要技术特征来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分为：整体的作用和结构，并配合本发明各个实施例所述的结构。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，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范围。

Claims (8)

1.一种比例换向阀的阀芯结构，其特征在于，所述阀芯上设置有多个用于连通不同油口的导流通道，每个所述导流通道包括：节流槽；
所述节流槽沿液压油流动方向上的截面逐步减小。
2.根据权利要求1所述的比例换向阀的阀芯结构，其特征在于，所述节流槽的截面为两段式结构；该两段式结构包括：用于引入液压油的矩形进料槽，以及用于排出液压油的节流容腔；
所述节流容腔的截面小于所述矩形进料槽截面的一半。
3.根据权利要求2所述的比例换向阀的阀芯结构，其特征在于，所述节流容腔的截面形状为条形、圆锥形、三角形或顶部具有半圆的柱形。
4.根据权利要求2所述的比例换向阀的阀芯结构，其特征在于，所述节流容腔的截面顶端形状呈抛物线形。
5.根据权利要求2所述的比例换向阀的阀芯结构，其特征在于，所述节流容腔的长度不超过所述矩形进料槽的长度。
6.根据权利要求2所述的比例换向阀的阀芯结构，其特征在于，所述节流容腔与所述矩形进料槽之间的连接处为圆弧形过度。
7.根据权利要求2所述的比例换向阀的阀芯结构，其特征在于，所述矩形进料槽的截面包括：梯形截面和矩形截面；该梯形截面为等腰梯形截面，其底边与所述矩形截面相连，顶边与所述节流容腔相连。
8.根据权利要求3所述的比例换向阀的阀芯结构，其特征在于，所述节流容腔的截面形状为三角形时，则该三角形的顶部具有圆弧形的过度角。
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