CN113251021B - 一种具有先导功能的二位换向阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及液压阀技术领域，涉及一种具有先导功能的二位换向阀；本发明提出一种具有先导功能的二位换向阀，扩展普通二位电磁阀功能，使其兼有换向与先导功能。用二位换向阀替代传动先导压力控制阀的先导阀部分，利用压电陶瓷材料，将压力控制阀的油压作用于压电陶瓷材料，通过压电陶瓷材料受压变形从而产生电信号，从而用此信号控制电磁控制阀动作，改变其连通状态，进一步控制与之联用的压力控制阀主阀的动作，实现压力控制阀功能；由于采用了压电陶瓷感应器，可实时监测压力变化，避免了传统先导阀克服弹簧的设计，使得本申请可显著扩大调定压力的范围，满足对压力控制阀的灵敏性、准确性及可靠性的更高要求。

Description

一种具有先导功能的二位换向阀

技术领域

本发明涉及液压阀技术领域，涉及一种具有先导功能的二位换向阀。

背景技术

液压传动广泛应用于工程机械、煤矿机械、农业机械、航空航天等场合。压力控制阀包括溢流阀、减压阀以及顺序阀，调节液压系统的压力，实现液压系统压力恒压、限压、减压以及控制执行元件动作顺序等功能，为保障液压系统正常工作起着重要作用。

随着液压技术在现代机械工业各种领域的广泛应用，对于能够适用于高压、超高压液压系统的压力控制阀有着越来越高的要求。

而传统的先导式压力控制阀是先导阀与主阀联用，其结构主要包括阀体、阀芯、弹簧以及调压螺母等。工作时，当调定压力达到了先导阀的开启压力时，液压力作用于先导阀的前端，克服了先导阀弹簧的预紧力，从而将先导阀打开，部分油液以先导阀的阀口流回油箱。由于油液途经阻尼孔，存在压力的缺失造成主阀阀芯上、下压力不同，在压力差的作用力，主阀芯运动，主阀口打开，实现了压力控制功能。

由于传统的先导阀克服的是弹簧压力，而受到弹簧本身弹性系数影响，使其调定的最高压力有限；并且由于油液先作用于先导阀，在高压系统中，就需要配备更高弹性系数的弹簧，但这样弹簧的灵敏性则不能得到保证，液压阀动作存在滞后性；因此传统的先导阀不能适应高压系统，也不能完全满足高压系统中对液压控制阀反应灵敏，动作准确、可靠的要求。

发明内容

(一)解决的技术问题

本发明目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种具有先导功能的二位换向阀，利用了压电陶瓷材料特性，改进二位换向阀，使之兼有换向与先导的功能，用于与压力控制阀的主阀联用从而形成新型的先导式压力控制阀。

(二)技术方案

一种具有先导功能的二位换向阀，包括二位换向阀主阀及电磁控制阀；

二位换向阀主阀包括二位换向阀密封螺母、复位弹簧、二位换向阀阀体及二位换向阀阀芯；二位换向阀阀体左端设置有二位换向阀密封螺母，二位换向阀阀体内设置有二位换向阀阀芯，二位换向阀阀芯左端与二位换向阀密封螺母之间设置有复位弹簧；电磁控制阀连接在二位换向阀阀体右端；

二位换向阀阀体设置有P₁、T₁、D三个油口，油口P₁用于连通与之联用的压力控制阀主阀的上部油口，油口T₁用于连通油箱，油口D设置有压电陶瓷感应器，压电陶瓷感应器通过电控模块连接电磁控制阀；二位换向阀阀芯设置有一个周向凹槽，并与二位换向阀阀体构成感压腔，油口P₁、油口D始终与感压腔连通；

压电陶瓷感应器感应油口D的压力变化，通过电控模块控制电磁控制阀启停，配合复位弹簧，使二位换向阀阀芯产生移动，实现油口T₁的开闭。

优选的，二位换向阀阀体设置有四个沉头孔，用于与之相配合使用的压力控制阀主阀的连接。

优选的，电磁控制阀包括电磁控制阀阀体、电磁控制阀密封螺母、电磁阀衔铁及线圈；电磁阀衔铁左端伸入二位换向阀阀体并与二位换向阀阀芯接触；线圈围绕电磁阀衔铁设置，并安放于电磁控制阀阀体内；电磁控制阀密封螺母设置在电磁控制阀阀体右端。

优选的，电控模块包括调理电路、AD转换器及单片机；压电陶瓷感应器通过调理电路连接AD转换器，AD转换器电性连接单片机，单片机电性连接电磁控制阀。

优选的，单片机还输出显示信号，用于实时显示阀内的油压大小。

优选的，电磁控制阀工作时，电磁阀衔铁向左移动并推动二位换向阀阀芯向左移动，使油口T₁将油箱、感压腔连通；

电磁控制阀不工作时，二位换向阀阀芯在复位弹簧作用下右移并将油口T₁封住。

一种具有先导功能的二位换向阀的应用，采用上述的二位换向阀，并将其与相应压力控制阀的主阀联用。

可选的，压力控制阀为溢流阀、减压阀或顺序阀。

可选的，压力控制阀为溢流阀；溢流阀的主阀包括溢流阀阀芯、溢流阀弹簧、溢流阀阀体及溢流阀密封螺母；

溢流阀阀体通过螺栓与二位换向阀阀体通过螺栓联接固定；溢流阀阀芯设置在溢流阀阀体中，其上布有中间孔B，溢流阀密封螺母设置在溢流阀阀体顶部；溢流阀密封螺母、溢流阀阀芯以及溢流阀阀体构成溢流阀的上部油腔，并设有溢流阀弹簧；

溢流阀阀体上部布有油口P₃；溢流阀阀体下部布有油口P₂、油口T₂，油口P₂连接来自于系统压力油管路，油口T₂连通油箱；溢流阀阀体中间开设有阻尼孔A，其一端与溢流阀的上部油腔相通，另一端与油口P₃相通。

(三)有益效果

本发明提出一种具有先导功能的二位换向阀，扩展普通二位电磁阀功能，使其兼有换向与先导功能。用二位换向阀替代传动先导压力控制阀的先导阀部分，利用压电陶瓷材料，将压力控制阀的油压作用于压电陶瓷材料，通过压电陶瓷材料受压变形从而产生电信号，从而用此信号控制电磁控制阀动作，改变其连通状态，进一步控制与之联用的压力控制阀主阀的动作，实现压力控制阀功能；

由于采用了压电陶瓷感应器，可实时监测压力变化，避免了传统先导阀克服弹簧力的设计，使得本申请可显著扩大调定压力的范围，满足对压力控制阀的灵敏性、准确性及可靠性的更高要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的，保护一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明(未通电)结构图；

图2为本发明(通电)的结构图；

图3为压电陶瓷控制模块示意图；

图4为本发明的俯视图；

图5为电控模块示意图；

图6为本发明职能符号示意图；

图7是本发明与溢流阀配合使用的结构图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-二位换向阀密封螺母；2-复位弹簧；3-二位换向阀阀体；4-电控模块；5-压电陶瓷感应器；6-二位换向阀阀芯；7-电磁控制阀阀体；8-电磁控制阀密封螺母；9-电磁阀衔铁；10-线圈；11-溢流阀阀芯；12-溢流阀弹簧；13-溢流阀阀体；14-溢流阀密封螺母。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其所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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”，其仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，如出现术语“安装”、“相连”、“连接”，应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参考附图1、2，一种具有先导功能的二位换向阀，包括二位换向阀主阀及电磁控制阀；

二位换向阀主阀包括二位换向阀密封螺母1、复位弹簧2、二位换向阀阀体3及二位换向阀阀芯6；二位换向阀阀体3左端螺纹连接有二位换向阀密封螺母1，二位换向阀阀体3内装有二位换向阀阀芯6，二位换向阀阀芯6左端与二位换向阀密封螺母1之间装有复位弹簧2；电磁控制阀连接在二位换向阀阀体3右端；

二位换向阀阀体3设置有P₁、T₁、D三个油口，油口P1用于连通与之联用的压力控制阀主阀的上部油口(例如后文提到的油口P₃)，油口T₁用于连通油箱，油口D设置有压电陶瓷感应器5，压电陶瓷感应器5通过电控模块4连接电磁控制阀；二位换向阀阀芯6开有一个周向凹槽，并与二位换向阀阀体3构成感压腔。

如附图4所示，二位换向阀阀体3布置有四个沉头孔，用于与之相配合使用的压力控制阀主阀的连接。

参考附图1、2，二位换向阀阀芯6虽然产生移动，油口P₁、油口D始终与感压腔连通。

如附图1所示，电磁控制阀包括电磁控制阀阀体7、电磁控制阀密封螺母8、电磁阀衔铁9及线圈10；电磁阀衔铁9左端伸入二位换向阀阀体3并与二位换向阀阀芯6接触；线圈10围绕电磁阀衔铁9设置，并安放于电磁控制阀阀体7内；电磁控制阀密封螺母8螺接在电磁控制阀阀体7右端。

如附图5所示，电控模块4包括调理电路、AD转换器及单片机；压电陶瓷感应器5通过调理电路连接AD转换器，AD转换器电性连接单片机，单片机电性连接电磁控制阀。

工作时，压电陶瓷感应器5的压电陶瓷材料受到阀内高压油液作用产生变形而发生电信号，此信号经过调理电路将信号放大并转换为适合AD量程的信号送入AD转换器进行数模转换，单片机读取AD转换的结果并与给定的调定压力的阈值信号比较。如果小于给定的调定压力的阈值信号，则单片机无控制命令发给电磁控制阀，电磁控制阀的线圈10不带电，电磁阀衔铁9不动，此时二位换向阀阀芯6不动，二位换向阀阀芯6挡住油口T₁使感压腔与油箱不通，此时连通情况如附图1所示。

若压电陶瓷感应器5受到阀内高压油液作用产生电信号经处理后，经单片机读取AD转换的结果大于给定的调定压力的阈值信号，则单片机发出控制命令给电磁控制阀，电磁控制阀的线圈10带电，电磁阀衔铁9向左移动，推动二位换向阀阀芯6向左移动，油口T₁使感压腔与油箱相通，此时连通情况如附图2所示。

如果阀内的液压再次小于调定压力时，AD转换的结果再次小于给定的调定压力的阈值信号，单片机无控制命令发给电磁控制阀，线圈10失电，在复位弹簧2的作用下二位换向阀阀芯6回到初始位置，感压腔与油箱不通，如附图1所示位置。

与此同时，单片机还输出显示信号，用于实时显示阀内的油压大小。

压电陶瓷感应器5感应油口D的压力变化，通过电控模块4控制电磁控制阀启停，配合复位弹簧2，使二位换向阀阀芯6产生移动，实现油口T₁的开闭；上述二位换向阀的结构与功能，其职能符号可简化为附图6所示。

本发明可应用于与压力控制阀联用，具体的，将本发明与相应压力控制阀的主阀联用，其中压力控制阀可以是溢流阀、减压阀或顺序阀，起到相同的先导作用。需要注意的是，压力控制阀的主阀联用时要将压力控制阀主阀的上部油口与本发明的油口P₁连通，便于进行压力监测。

如图7所示，具体说明与溢流阀的主阀联用的应用方式：

溢流阀主阀包括溢流阀阀芯11、溢流阀弹簧12、溢流阀阀体13及溢流阀密封螺母14；

溢流阀阀体13通过螺栓与二位换向阀阀体3通过螺栓联接固定；溢流阀阀芯11安装在溢流阀阀体13中，其上布有中间孔B，溢流阀密封螺母14螺接在溢流阀阀体13顶部；溢流阀密封螺母14、溢流阀阀芯11及溢流阀阀体13构成溢流阀的上部油腔，并装有溢流阀弹簧12；

溢流阀阀体13上部布有油口P₃；溢流阀阀体13下部布有油口P₂、油口T₂，油口P₂连接来自于系统压力油管路，油口T₂连通油箱；溢流阀阀体13中间开设有阻尼孔A，其一端与溢流阀的上部油腔相通，另一端与油口P₃相通。

如图7所示，初始时溢流阀阀芯11处于溢流阀阀体13最下端位置，油口P₂与油口T₂不通；而溢流阀阀芯11的封油面采用锥面，有效的保证了密封。

来自系统的压力油通过油口P₂以及阀芯11的中间孔B到达溢流阀的上部油腔，上部油腔中的油压为Pa，此处液压油通过阻尼孔A，先后流经油口P₃、P₁到达二位换向阀的感压腔，压电陶瓷感应器5的压电陶瓷材料受到阀内高压油液作用。

若来自系统的液压油压力小于调定的压力时，压电陶瓷感应器5受到液压力小，使得电控模块4无控制命令发给电磁控制阀，电磁控制阀的线圈10不带电，电磁阀衔铁9不动，此时二位换向阀阀芯6不动并挡住油口T₁。

一旦来自系统的液压油压力达到了调定的压力时，压电陶瓷感应器5受到液压力的值使得电控模块4发出控制命令给电磁控制阀，电磁控制阀的线圈10带电，电磁阀衔铁9向左移动，从而推动二位换向阀阀芯6向左移动，油口T₁使感压腔与油箱相通。此时，溢流阀的上部油腔的液压油流经阻尼孔A会损失一定的液压能，使得溢流阀的上部油腔的油压Pa小于溢流阀阀芯11下部的油液压力，从而溢流阀阀芯11在上、下油压差的作用下向上移动，油口P₂与油口T₂相通，形成溢流，实现溢流阀调压的作用。

当来自系统的液压油压力再次小于调定的压力时，与上述动作过程相同，电磁控制阀没有得到信号命令，线圈10失电，在复位弹簧2的作用下二位换向阀阀芯6回到初始位置，二位换向阀阀芯6挡住油口T₁。这样因溢流阀的主阀油液不再流动、无液压能损失，作用于溢流阀主阀阀芯11上、下部油液压力相同，并在溢流阀弹簧12作用下，使溢流阀阀芯11下移，油口P₂与油口T₂再次不通，无法形成溢流，溢流阀不工作。

需要说明的是，上述阀是以液压油为工作介质，同理，如工作介质为水或气，本发明专利具有同样的有效性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材粮过着特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材粮或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (6)

1.一种具有先导功能的二位换向阀的应用，其特征在于，采用一种具有先导功能的二位换向阀，并将其与相应压力控制阀的主阀联用；

所述一种具有先导功能的二位换向阀，包括二位换向阀主阀及电磁控制阀；

所述二位换向阀主阀包括二位换向阀密封螺母（1）、复位弹簧（2）、二位换向阀阀体（3）及二位换向阀阀芯（6）；所述二位换向阀阀体（3）左端设置有二位换向阀密封螺母（1），二位换向阀阀体（3）内设置有二位换向阀阀芯（6），二位换向阀阀芯（6）左端与二位换向阀密封螺母（1）之间设置有复位弹簧（2）；所述电磁控制阀连接在二位换向阀阀体（3）右端；

所述二位换向阀阀体（3）设置有P₁、T₁、D三个油口，油口P₁用于连通与之联用的压力控制阀主阀的上部油口，油口T₁用于连通油箱，油口D设置有压电陶瓷感应器（5），压电陶瓷感应器（5）通过电控模块（4）连接电磁控制阀；所述二位换向阀阀芯（6）设置有一个周向凹槽，并与二位换向阀阀体（3）构成感压腔，油口P₁、油口D始终与感压腔连通；

所述压电陶瓷感应器（5）感应油口D的压力变化，通过电控模块（4）控制电磁控制阀启停，配合复位弹簧（2），使二位换向阀阀芯（6）产生移动，实现油口T₁的开闭；

所述压力控制阀为溢流阀；所述溢流阀的主阀包括溢流阀阀芯（11）、溢流阀弹簧（12）、溢流阀阀体（13）及溢流阀密封螺母（14）；

所述溢流阀阀体（13）通过螺栓与二位换向阀阀体（3）通过螺栓联接固定；所述溢流阀阀芯（11）设置在溢流阀阀体（13）中，其上布有中间孔B，溢流阀密封螺母（14）设置在溢流阀阀体（13）顶部；

所述溢流阀密封螺母（14）、溢流阀阀芯（11）以及溢流阀阀体（13）构成溢流阀的上部油腔，并设有溢流阀弹簧（12）；

所述溢流阀阀体（13）上部布有油口P₃；所述溢流阀阀体（13）下部布有油口P₂、油口T₂，油口P₂连接来自于系统压力油管路，油口T₂连通油箱；所述溢流阀阀体（13）中间开设有阻尼孔A，其一端与溢流阀的上部油腔相通，另一端与油口P₃相通。

2.根据权利要求1所述的一种具有先导功能的二位换向阀的应用，其特征在于，所述二位换向阀阀体（3）设置有四个沉头孔，用于与之相配合使用的压力控制阀主阀的连接。

3.根据权利要求1所述的一种具有先导功能的二位换向阀的应用，其特征在于，所述电磁控制阀包括电磁控制阀阀体（7）、电磁控制阀密封螺母（8）、电磁阀衔铁（9）及线圈（10）；所述电磁阀衔铁（9）左端伸入二位换向阀阀体（3）并与二位换向阀阀芯（6）接触；所述线圈（10）围绕电磁阀衔铁（9）设置，并安放于电磁控制阀阀体（7）内；所述电磁控制阀密封螺母（8）设置在电磁控制阀阀体（7）右端。

4.根据权利要求3所述的一种具有先导功能的二位换向阀的应用，其特征在于，所述电控模块（4）包括调理电路、AD转换器及单片机；所述压电陶瓷感应器（5）通过调理电路连接AD转换器，AD转换器电性连接单片机，单片机电性连接电磁控制阀。

5.根据权利要求4所述的一种具有先导功能的二位换向阀的应用，其特征在于，所述单片机还输出显示信号，用于实时显示阀内的油压大小。

6.根据权利要求1所述的一种具有先导功能的二位换向阀的应用，其特征在于，所述电磁控制阀工作时，电磁阀衔铁（9）向左移动并推动二位换向阀阀芯（6）向左移动，使油口T₁将油箱、感压腔连通；

所述电磁控制阀不工作时，二位换向阀阀芯（6）在复位弹簧（2）作用下右移并将油口T₁封住。

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