CN113404736A - 一种负载敏感溢流阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种负载敏感溢流阀，包括阀体、阀座、阀芯、弹簧、顶杆、活塞缸、活塞杆和端盖；阀座、阀芯和弹簧布置在阀体内，阀座与阀体过盈连接，阀芯由弹簧压紧在阀座上，活塞缸连接至阀体的端部，端盖与活塞缸连接，顶杆连接弹簧和活塞杆，活塞杆和顶杆对弹簧的作用力调节了弹簧对阀芯的预紧力，进而调节了溢流阀的开启压力。与现有技术相比，本发明作用在阀芯上的预紧力随负载大小而变化，使得溢流阀的开启压力与液压系统负载的变化成正相关，并使开启压力与负载保持在一个较小的压力差范围内，溢流阀可以根据系统负载自动调节阀芯的开启压力，从而达到节省能量，保护系统密封件、延长系统元件及零部件寿命的目的。

Description

一种负载敏感溢流阀

技术领域

本发明涉及液压领域，尤其是涉及一种适用于负载大范围变化的负载敏感溢流阀。

背景技术

在液压控制领域，溢流阀是液压系统中不可缺少的部件，其作用在于保护液压系统中的各元件，维持液压系统的工作压力，防止其过高，以免损害各部件，阀芯抵接于弹簧，当液压油压力大于系统压力时，阀芯被液压油顶起，液压油从系统溢流，当液压油压力小于或等于系统压力时，即液压油施加在阀芯上的力小于等于弹簧压力时，阀芯落下，与阀座之间形成密封。

在液压系统中，存在系统负载大范围变化的应用场景，主要通过调定的溢流阀进行高压溢流，其溢流压力必须高于负载最大时所需压力。可是在负载较小时，系统压力偏小，由于溢流阀参数是调定的，不会更改，系统实际压力仍然会升至溢流阀调定的高压，从而造成很大的能量浪费。其浪费的能量都转化为热能，使系统温度快速升温，从而加大冷却系统的负担，造成再一次的能量浪费。且液压系统一直工作在高温高压工况下，对密封件及元件寿命等都会造成不良的影响。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种负载敏感溢流阀，作用在阀芯上的预紧力随负载压力变化，使得溢流阀的开启压力与液压系统负载的变化成正相关，并使开启压力与负载保持在一个较小的压力差范围内，溢流阀可以根据系统负载自动调节阀芯的开启压力，从而达到节省能量，保护系统密封件、延长系统元件及零部件寿命的目的。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种负载敏感溢流阀，包括阀体、阀座、阀芯、弹簧、顶杆、活塞缸、活塞杆和端盖；

在阀体的内部开有沿阀体轴向的内孔，所述阀座、阀芯和弹簧依次布置在内孔内，所述阀座与阀体过盈连接，阀座的中心设有与内孔同轴的通道，阀芯由弹簧压紧在阀座上；

以阀座所在的一端为阀体的第一端，以远离阀座的一端为阀体的第二端，活塞缸连接至阀体的第二端，所述顶杆的两端分别连接至弹簧和活塞杆，所述活塞杆与顶杆在活塞缸和阀体内的轴向移动改变了弹簧对阀芯的压紧力，所述端盖与活塞缸连接；

阀体的第一端与系统油道连接，系统油道与阀座中心的通道之间形成A腔，液压油自系统油道内流入A腔，阀体上开设有油口B，液压油对阀芯施加压力，压力较小时，阀芯与阀座紧密贴合，A腔与油口B互不连通，压力较大时，阀芯与阀座之间出现间隙，A腔与油口B连通，液压油自油口B流出；

所述弹簧、顶杆与阀体的内孔之间形成C腔，所述顶杆与活塞缸之间形成D腔，所述活塞杆与活塞缸之间形成E腔，所述A腔与C腔连通，所述C腔与E腔连通，C腔内液压油对顶杆的作用面积等于E腔内液压油对活塞杆的作用面积，所述活塞缸上设有开孔I，D腔通过开孔I连通外界，活塞杆与端盖之间形成F腔，与负载成正比的压力介质通过F腔作用于活塞杆上端，当负载变大时，压力介质作用于活塞杆的压力变大，开启溢流阀的压力增大；当负载变小时，压力介质作用于活塞杆的压力变小，开启溢流阀的压力减小。

优选的，由于A腔、C腔和E腔连通，且C腔内液压油对顶杆的作用面积等于E腔内液压油对活塞杆的作用面积，所以无论系统压力如何波动变化，其作用在顶杆和活塞杆的组合体上的向上作用力、向下作用力可以相互抵消，这样可以把系统压力的波动屏蔽在外。

优选的，所述阀体内设有孔道G，A腔和C腔通过阀体内的孔道G连通。

优选的，所述阀体上设有开孔，所述活塞缸上设有开孔，管道H连接阀体和活塞缸上的开孔，C腔和E腔通过管道H连通。

优选的，所述D腔通过开孔I连通常压油箱。

优选的，所述端盖与活塞缸螺接，活塞杆在压力介质的作用下相对于端盖往复运动，沿活塞杆的轴向方向，端盖与活塞杆的连接段上依次设有第一密封圈和第二密封圈，所述第一密封圈用于密封E腔，所述第二密封圈用于密封F腔。

优选的，所述端盖在第一密封圈和第二密封圈之间的位置上设有泄压槽，端盖上还设有泄漏口J，所述泄漏口J连通泄压槽。

优选的，所述泄漏口J外连接有压力开关报警装置。

优选的，所述阀座通过阀座螺母和防松螺母安装在阀体的内孔内，阀座螺母和防松螺母用于对阀座进行轴向定位。

优选的，所述阀芯与阀座相接触的端面的形状为锥面，阀芯的端面形状与阀座的形状相配合。

优选的，还包括阀芯套，所述阀芯套安装在阀体的内孔内，阀芯套的外圆与阀体内孔过盈配合，阀芯套的内孔与阀芯的外圆间隙配合，阀芯沿所述阀芯套往复运动，阀芯套对阀芯起轴向导向作用。

优选的，弹簧通过弹簧座压在阀芯上，进而将所述阀芯压紧在阀座上。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)作用在阀芯上的预紧力随负载大小变化，使得溢流阀的开启压力与液压系统负载的变化成正相关，并使开启压力与负载所需压力保持在一个较小的压力差范围内，溢流阀可以根据负载大小变化自动调节阀芯的开启压力，从而达到节省能量，保护系统密封件、延长系统元件及零部件寿命的目的。

(2)设计相互连通的A腔、C腔和E腔，C腔液压油对顶杆的作用面积等于E腔液压油对活塞杆的作用面积，无论系统压力如何波动变化，其作用在顶杆和活塞杆组合体上的向上、向下作用力可以相互抵消，这样的压力平衡设计可以屏蔽系统压力波动对溢流阀的影响。

(3)端盖上的两个密封圈用于密封E腔和F腔，两个密封圈之间开有泄压槽，能够将E腔液压油或F腔压力介质泄漏时的压力转变为常压，避免流入对向腔体，造成压力介质和液压油相互污染，泄压槽上的泄漏口J外接压力开关报警装置，能在出现泄漏时及时报警，达到了串腔隔离和泄漏检测的目的。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

附图标记：1、阀体，2、防松螺母，3、阀座螺母，4、阀座，5、阀芯，6、阀芯套，7、弹簧座，8、弹簧，9、顶杆，10、活塞缸，11、活塞杆，12、端盖。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件。

在本申请实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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申请中的具体含义。

实施例1：

一种负载敏感溢流阀，如图1所示，包括阀体1、阀座螺母2、防松螺母3、阀座4、阀芯5、阀芯套6、弹簧座7、弹簧8、顶杆9、活塞缸10、活塞杆11和端盖12。

在阀体1的内部开有沿阀体1轴向的内孔，阀座4、阀芯5和弹簧8依次布置在内孔内，阀座4与阀体1过盈连接，阀座4的中心设有与阀体1的内孔同轴的通道，通过阀座螺母2和防松螺母3对阀座4进行轴向定位和振动防松。阀芯套6对阀芯4起轴向导向作用，弹簧8通过弹簧座7压在阀芯5上，阀芯5的开启压力由弹簧8的压紧力决定。阀芯5与阀座4相接触的端面的形状为锥面，阀芯5的端面形状与阀座4的内圆孔口的形状相配合。阀芯套6外圆与阀体1内孔过盈配合，阀芯套6内孔与阀芯5外圆间隙配合，阀芯5沿阀芯套6往复运动，阀芯套6对阀芯5起轴向导向作用。

以阀座4所在的一端为阀体1的第一端，以远离阀座4的一端为阀体1的第二端，活塞缸10连接至阀体1的第二端，顶杆9的两端分别连接至弹簧8和活塞杆11，活塞杆11与顶杆9在活塞缸10和阀体1内的轴向移动决定弹簧8对阀芯5的压紧力，端盖12与活塞缸10连接。

阀体1的第一端与系统油道连接，系统油道与阀座4中心的通道之间形成A腔，液压油自系统油道内流入A腔，阀体1上开设有油口B，当阀芯5与阀座4紧密贴合时，A腔与油口B互不连通，当阀芯5与阀座4之间打开间隙时，液压油自A腔溢流至油口B流出。

弹簧8、顶杆9与阀体1内的内孔之间形成C腔，顶杆9与活塞缸10之间形成D腔，活塞杆11与活塞缸10之间形成E腔，A腔与C腔连通，C腔内液压油对顶杆9的作用面积等于E腔内液压油对活塞杆11的作用面积，活塞缸10上设有开孔I，D腔通过开孔I连通外界，活塞杆11与端盖12之间形成F腔，与负载成正比的压力介质作用于活塞杆11顶部。

本实施例中，C腔与E腔连通，E腔环形横截面积等于顶杆9的长杆横截面积，不考虑顶杆9和活塞杆11的端部凸出部分，顶杆9和活塞杆11的横截面相同，从而使得C腔内液压油对顶杆9的作用面积等于E腔内液压油对活塞杆11的作用面积。

本申请考虑溢流阀的体积和加工成本，在阀体1内设有孔道G，A腔和C腔通过阀体1内的孔道G连通。在阀体1上设有开孔，活塞缸10上设有开孔，管道H连接阀体1和活塞缸10上的开孔，C腔和E腔通过管道H连通。在其他实施方式中，可以通过其他方式，连通A腔、C腔和E腔。

D腔在C腔和E腔之间，由于C腔和E腔内的液压油可能会从活塞杆11与活塞缸10之间的缝隙内微渗泄漏，因此本实施例中，D腔通过开孔I连通常压油箱，收集液压油，在其他实施方式中，D腔也可以直接连通外界空气。

如图1所示，顶杆9和活塞杆11相配合，活塞杆11和活塞杆10和端盖12相配合，活塞杆11下端压在顶杆9的上端面，端盖12与活塞缸10的内孔相配合，端盖12与活塞缸10螺接，通过螺栓将端盖12与活塞缸10的法兰连接在一起。

弹簧8将阀芯5压紧在阀座4上，弹簧8的预紧力来自于顶杆9和活塞杆11对弹簧8施加的力，而顶杆9和活塞杆11施加在弹簧8上的力来源于E腔和F腔内的液压油的压力。当液压油自系统油道流入后，如果液压油对阀芯5的作用力小于等于弹簧8对阀芯5的预紧力，则无法顶开阀芯5，如果液压油作用力大于弹簧8预紧力，则顶开阀芯5，自油口B流入回油箱。

在本申请提供的溢流阀中，适应变负载液压系统的自动调压功能主要由C腔及以上部分实现。由于A腔、C腔和E腔连通，E腔环形面积等于C腔顶杆9的长杆截面积(即C腔液压油对顶杆9的实际作用面积)，所以无论系统压力如何波动变化，其作用在顶杆9和活塞杆11的组合体上的向上作用力、向下作用力可以相互抵消，这样可以把系统压力的波动屏蔽在外。如果不设计E腔抵消C腔的压力，当系统压力变化时，C腔对顶杆9的向上作用力发生变动，则顶杆9对弹簧8的压紧力产生变化，从而使溢流阀的开启压力变化，且开启压力变化方向与系统实际需求方向相反，影响系统正常运行。所以本申请的压力平衡设计可有效屏蔽系统压力波动对溢流阀的影响。

通过本申请的设计，可以有效屏蔽系统压力波动对溢流阀的影响，使顶杆9和活塞杆11组合体最终受到的压力只来自于F腔，即弹簧8上端压紧力为F腔压力作用在活塞杆11顶部的压力。压力介质的压力大小与负载大小成正比，当负载变大时，压力介质作用于活塞杆11的压力变大，压在弹簧8顶部的作用力也变大，弹簧8通过弹簧座7作用在阀芯5上的预紧力也变大，阀芯5所需的开启压力(A腔压力)随即增大。反之，当负载变小时，压力介质作用于活塞杆11的压力变小，阀芯5所需的开启压力(A腔压力)随即减小。从而使得溢流阀的开启压力与液压系统负载的变化成正相关，并使开启压力与负载保持在一个较小的压力差范围内，从而达到节省能量，保护系统密封件、延长系统元件及零部件寿命的目的。

弹簧8在弹簧座7与顶杆9之间，一个作用是用以传递上方顶杆9对阀芯5的压紧力，另一个作用是缓冲作用。当系统压力快速变化时，阀芯5运动速度快且行程短，由于弹簧中间的缓冲作用，顶杆9及活塞11速度减慢行程减小，减小动密封的磨损、降低泄漏风险，降低动密封摩擦力对压力控制的影响。

如图1所述，活塞杆11相对于端盖12往复运动，沿活塞杆11的轴向方向，端盖12与活塞杆11的连接段上依次设有第一密封圈和第二密封圈，第一密封圈用于密封E腔，第二密封圈用于密封F腔。端盖12在第一密封圈和第二密封圈之间的位置上设有泄压槽，端盖12上还设有泄漏口J，泄漏口J连通泄压槽。当正常工作时，上端F腔内的压力介质及下端E腔内的液压油不会产生泄漏。但是当第一密封圈或第二密封圈因为各种原因产生泄漏时，泄压槽能够将E腔液压油或者F腔压力介质泄漏时的压力转变为常压，避免流入对向腔体，造成压力介质和液压油相互污染，从而保证了上方压力介质及下方液压油的纯度。泄漏口J外连接有压力开关报警装置，当出现泄漏时压力开关报警装置发出报警信息，工作人员可以进行拆检，确定原因并及时修复，以免对液压系统造成影响。

传统的溢流阀，为保证液压系统在不同负载情况下的通用性，通常其开启压力会比最高负载略高，无论负载大小，液压系统均需要维持固定的高压运行，多余的能量变成热量进入系统，造成系统温度迅速升高，那么就需要配置大功率的冷却系统，其采购成本及运行成本均较高。同时，液压系统一直工作在高温高压工况下，对密封件及元件的使用寿命等都会造成不良的影响。

本申请提供的溢流阀能够根据负载大小自动调节阀芯5的开启压力，不需要维持固定的高压，有效解决了能量浪费，降低了冷却系统功率，节省了能量；同时，能够降低油液系统发热量，避免系统内的非必要高压，提高密封件及元件寿命。进而总体上降低系统的制造成本及运行成本，提高整机寿命。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种负载敏感溢流阀，其特征在于，包括阀体(1)、阀座(4)、阀芯(5)、弹簧(8)、顶杆(9)、活塞缸(10)、活塞杆(11)和端盖(12)；

在阀体(1)的内部开有沿阀体(1)轴向的内孔，所述阀座(4)、阀芯(5)和弹簧(8)依次布置在内孔内，所述阀座(4)与阀体(1)过盈连接，阀座(4)的中心设有与阀体(1)的内孔同轴的通道，阀芯(5)由弹簧(8)压紧在阀座(4)上；

以阀座(4)所在的一端为阀体(1)的第一端，以远离阀座(4)的一端为阀体(1)的第二端，活塞缸(10)连接至阀体(1)的第二端，所述顶杆(9)的两端分别连接至弹簧(8)和活塞杆(11)，所述活塞杆(11)与顶杆(9)在活塞缸(10)和阀体(1)内的轴向移动改变了弹簧(8)对阀芯(5)的压紧力，所述端盖(12)与活塞缸(10)连接；

阀体(1)的第一端与系统油道连接，系统油道与阀座(4)中心的通道之间形成A腔，液压油自系统油道内流入A腔，阀体(1)上开设有油口B，当阀芯(5)与阀座(4)紧密贴合时，A腔与油口B互不连通，当阀芯(5)与阀座(4)之间出现间隙时，A腔与油口B通过间隙连通，液压油自油口B流出；

所述弹簧(8)、顶杆(9)与阀体(1)的内孔之间形成C腔，所述顶杆(9)与活塞缸(10)之间形成D腔，所述活塞杆(11)与活塞缸(10)之间形成E腔，所述A腔与C腔连通，所述C腔与E腔连通，C腔内液压油对顶杆(9)的作用面积等于E腔内液压油对活塞杆(11)的作用面积，所述活塞缸(10)上设有开孔I，D腔通过开孔I连通外界，活塞杆(11)与端盖(12)之间形成F腔，压力介质作用于F腔内的活塞杆(11)上。

2.根据权利要求1所述的一种负载敏感溢流阀，其特征在于，所述阀体(1)内设有孔道G，A腔和C腔通过阀体(1)内的孔道G连通。

3.根据权利要求1所述的一种负载敏感溢流阀，其特征在于，所述阀体(1)上设有开孔，所述活塞缸(10)上设有开孔，管道H连接阀体(1)和活塞缸(10)上的开孔，C腔和E腔通过管道H连通。

4.根据权利要求1所述的一种负载敏感溢流阀，其特征在于，所述端盖(12)与活塞缸(10)螺接，活塞杆(11)在压力介质的作用下相对于端盖(12)往复运动，沿活塞杆(11)的轴向方向，端盖(12)与活塞杆(11)的连接段上依次设有第一密封圈和第二密封圈，所述第一密封圈用于密封E腔，所述第二密封圈用于密封F腔。

5.根据权利要求4所述的一种负载敏感溢流阀，其特征在于，所述端盖(12)在第一密封圈和第二密封圈之间的位置上设有泄压槽，端盖(12)上还设有泄漏口J，所述泄漏口J连通泄压槽。

6.根据权利要求5所述的一种负载敏感溢流阀，其特征在于，所述泄漏口J外连接有压力开关报警装置。

7.根据权利要求1所述的一种负载敏感溢流阀，其特征在于，所述阀座(4)通过阀座螺母(2)和防松螺母(3)安装在阀体(1)的内孔内。

8.根据权利要求1所述的一种负载敏感溢流阀，其特征在于，所述阀芯(5)与阀座(4)相接触的端面的形状为锥面，阀芯(5)的端面形状与阀座(4)的形状相配合。

9.根据权利要求1所述的一种负载敏感溢流阀，其特征在于，还包括阀芯套(6)，所述阀芯套(6)的外圆与阀体(1)的内孔过盈配合，阀芯套(6)的内孔与阀芯(5)的外圆间隙配合，阀芯(5)沿所述阀芯套(6)往复运动。

10.根据权利要求1所述的一种负载敏感溢流阀，其特征在于，弹簧(8)通过弹簧座(7)压在阀芯(5)上，进而将所述阀芯(5)压紧在阀座(4)上。

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