CN114955868A - 负载口独立控制阀、起重机械液压系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了负载口独立控制阀、起重机械液压系统及其工作方法，三位三通换向阀壳体左端开设配合三位三通换向阀主阀芯的阀芯通孔，三位三通换向阀壳体右端开设复位弹簧腔，阀芯通孔连通复位弹簧腔；主阀芯复位弹簧套设在主阀芯联接导杆上，主阀芯联接导杆左端与三位三通换向阀主阀芯右端固定连接；初始状态下主阀芯联接导杆在三位三通换向阀的X输出口压力下向右运动。本发明单个负载口独立控制阀采用输入电比例控制电流‑输出先导控制压力‑主阀芯位移‑弹簧力反馈‑先导阀芯力平衡，使得阀的控制电流—阀芯位移成线性比例关系，提高阀芯位置的可控性，勿需阀芯位移传感器的检测。

Description

负载口独立控制阀、起重机械液压系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及负载口独立控制阀、起重机械液压系统及其工作方法，属于起重机械液压系统技术领域。

背景技术

随着世界能源问题的日益凸显，燃油消耗已经成为工程机械发展所面临的最重要问题之一。能源大量消耗引起全球环境恶化和气候变暖，如何减少温室气体排放已是人们关注的焦点，同时，加强对节能、高能效产品的研发和产业化投入，以应对环境气候变化。因此，从长远的发展看，节能环保性能是工程机械产品进入市场和被用户接受的重要因素，同时也是其生存和发展的先决条件。

起重机作为工程机械的主要机型之一，由于其产品品种多、数量大、耗油高和排放差，其节能问题己受到业界的广泛关注，国内各大起重机生产厂家均将其节能研究作为起重机发展的一个重要突破口。据统计，传统液压起重机作业时的总能量利用率不到30%，能耗存在于起重机作业的各个能量传递环节中，其中，主要集中在发动机工作时自身的能耗、液压系统的能耗、负载功率与发动机提供功率不匹配时产生的能耗等。

出于对液压式起重机安全性的考虑，在液压系统中均要求安装平衡阀，用于重载下降工况下的平衡制动，通常在卷扬下落和油缸回缩工况，由于其节流作用导致系统能耗损失大，温度升高。另外，起重机液压系统的能耗来源主要为多路阀节流损失、平衡阀节流损失、安全阀溢流损失、液压管路的沿程压力损失和工作元件的能耗损失。而液压系统所损失的大部分能量都转化为热能，其中部分散发到空气中，另外大部分传到工作元件和液压油中，从而导致液压系统温度升高，引起系统故障问题。由此，研究起重机系统节能液压技术，不仅有助于节省系统损耗能量，更能提高起重机系统的可靠性和工作寿命，减少设备的成本维护。

现有起重机产品常用液压系统，采用液压泵（定量泵或变量泵）+比例多路阀（手动、液控或电液比例操纵）+平衡阀+油缸驱动伸缩（或马达驱动卷扬）动作，起升动作时通过多路阀进油节流调速，下落动作时通过多路阀和平衡阀两者实现进回油节流调速，在不同负载工况下均为相同的控制方式。多路阀、平衡阀和执行元件之间有液压管路连接，针对电控操作系统，其动作响应性差；另外，在卷扬下落或油缸回缩工况，多路阀和平衡阀产生两道节流，系统稳定性高，但压损也大，产热量大。

另外，专利CN2007100625173-泵阀复合流量匹配进出油口独立控制电液系统，该发明提出了使动力源的输出流量始终与所有执行器所需流量相匹配，使控制最高负载执行器的进油阀全开的控制原理，不仅可使各个执行器都可按进出油口独立控制的原理进行控制，并可使系统的节流损失降到最低，具体实施方案为进油、回油和旁通的比例节流控制。进油通过电液开关控制，需匹配变量泵实现进油容积调速；另外，与油缸无杆腔联接油路为普通阀，不具备零泄漏锁止功能，该方案不适合起重机械产品。

专利CN2013107220582-自动调谐电动液压阀，该发明采用双阀芯的布置方式，可针对单独的负载口进行压力流量控制，其主油路为两位三通的换向阀结构，主阀芯通过两个三位四通比例先导阀输出的控制压力实现换向动作，内部可安装阀芯位移传感器检测主阀芯的位移量，作为反馈信号控制电比例阀输出。结构复杂，主阀芯的位移控制精度，需取决于位移传感器的检测精度和三位四通先导比例阀的压力控制精度，整体阀组的组成元件多，成本高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供负载口独立控制阀、起重机械液压系统及其工作方法，本发明以一种负载口独立控制阀为例进行研究，通过比例控制阀芯位移设计，精准控制滑阀的开度大小，结合执行元件的应用工况，任意选择进油节流调速、回油节流调速和进回油节流调速等，提高系统稳定性；还可施行差动回路，提升液压系统工作效率。

为达到上述目的，本发明提供负载口独立控制阀，包括三位三通换向阀、主阀芯复位弹簧和主阀芯联接导杆，

三位三通换向阀壳体左端开设配合三位三通换向阀主阀芯的阀芯通孔，三位三通换向阀壳体右端开设复位弹簧腔，阀芯通孔连通复位弹簧腔；

主阀芯复位弹簧套设在主阀芯联接导杆上，主阀芯联接导杆左端与三位三通换向阀主阀芯右端固定连接；

初始状态下主阀芯联接导杆在三位三通换向阀的X输出口压力下向右运动。

优先地，包括反馈弹簧和电比例减压阀，主阀芯联接导杆右端固定连接反馈弹簧左端，反馈弹簧右端固定连接电比例减压阀的阀芯；

电比例减压阀的左位的上油口连通L口，电比例减压阀的左位的下油口连通三位三通换向阀的X输出口，复位弹簧腔与电比例减压阀的L口连通。

优先地，三位三通换向阀主阀芯机能在以下两种形式中切换：

形式一，三位三通换向阀的P口连通三位三通换向阀的T口；

形式二，三位三通换向阀的P口、三位三通换向阀的T口和三位三通换向阀的A口互通。

优先地，主阀芯联接导杆右端直径大于主阀芯联接导杆左端直径，主阀芯复位弹簧外直径小于或等于主阀芯联接导杆右端直径，主阀芯复位弹簧内直径大于或等于主阀芯联接导杆左端直径。

起重机械液压系统，包括负载口独立控制阀一和负载口独立控制阀二，负载口独立控制阀一和负载口独立控制阀二的内部构造均采用权利要求1-4任一项所述的负载口独立控制阀，负载口独立控制阀一的L口连通负载口独立控制阀二的L口，负载口独立控制阀一的PI口连通负载口独立控制阀二的PI口。

优先地，负载口独立控制阀一包括电比例减压阀Y1a，负载口独立控制阀二包括电比例减压阀Y1b，电比例减压阀Y1a的内部构造、电比例减压阀Y1b的内部构造和电比例减压阀的内部构造相同。

优先地，包括马达和油缸，马达的进油口连通负载口独立控制阀一的A口，马达的出油口连通负载口独立控制阀二的A口，负载口独立控制阀一的A口连通油缸的大腔，负载口独立控制阀二的A口连通油缸的小腔。

优先地，包括原动机、变量泵和先导泵，原动机传动连接变量泵，变量泵传动连接先导泵，变量泵的出油口连通负载口独立控制阀一的P口和负载口独立控制阀二的P口，先导泵的出油口连通电比例减压阀Y1a的PI口和电比例减压阀Y1b的PI口。

优先地，包括油箱，负载口独立控制阀一的T口、负载口独立控制阀二的T口、变量泵的进油口、先导泵的进油口和油箱连通。

起重机械液压系统的工作方法，其特征在于，采用所述的起重机械液压系统作为执行主体，执行以下步骤：

未工作状态下，负载口独立控制阀一和负载口独立控制阀二均不得电，三位三通换向阀的主阀芯在主阀芯复位弹簧的作用下处于初始闭锁状态，负载口独立控制阀一的P口、负载口独立控制阀一的A口、负载口独立控制阀一的T口、负载口独立控制阀二的P口、负载口独立控制阀二的A口和负载口独立控制阀二的T口均不导通，马达的进出油口或油缸的进出油口均封闭；

工作时，负载口独立控制阀一和负载口独立控制阀二均得电，给电比例减压阀Y1a和电比例减压阀Y1b输入控制电流，负载口独立控制阀一主阀芯工作在换向中位，负载口独立控制阀一的P口与负载口独立控制阀一的A口导通，油源供给马达的进油口；负载口独立控制阀二主阀芯工作在换向右位，负载口独立控制阀二的P口堵死，负载口独立控制阀二的A口与负载口独立控制阀二的T口导通，马达的出油口经过负载口独立控制阀二的A口回油，驱动马达旋转动作；

负载口独立控制阀一或负载口独立控制阀二得电工作，在三位三通换向阀发生换向位移后，主阀芯联接导杆压缩反馈弹簧产生一定的反向推力，与电比例减压阀Y1a的电比例磁铁的推力抗衡，共同驱动电比例减压阀Y1a的阀芯发生位移，从而输出一路先导控制压力作用在负载口独立控制阀一主阀芯上。

本发明所达到的有益效果：

本发明提出了一种新型的负载口独立控制阀，通过两个三位三通比例换向阀分别接在执行元件的A口和B口上，控制其进、回油流量的大小，从而实现负载口独立控制的目的。其中，单个负载口独立控制阀采用输入电比例控制电流----输出先导控制压力----主阀芯位移----弹簧力反馈----先导阀芯力平衡，使得阀的控制电流—阀芯位移成线性比例关系，提高阀芯位置的可控性，勿需阀芯位移传感器的检测；

本发明的负载口独立控制阀由两个三位三通比例换向阀组成，通过比例控制阀芯位移设计，精准控制滑阀的开度大小，结合执行元件的应用工况，任意选择进油节流调速、回油节流调速和进回油节流调速等，提高系统稳定性；还可施行差动回路，提升液压系统工作效率。

本发明设计一种阀芯位移自反馈调整的三位三通比例换向阀，无需阀芯位移传感器检测做闭环信号反馈，控制阀芯的位移精度，本发明安装在执行元件的两个工作油口处，通过与变量泵输出流量匹配，实现负载口压力或流量的独立控制，提高电液系统的节能性和效率。

附图说明

图1是本发明起重机械液压系统的油路图；

图2是本发明负载口独立控制阀的剖面图；

图3是本发明负载口独立控制阀的第一种阀芯中位机能的示意图；

图4是本发明负载口独立控制阀的第二种阀芯中位机能的示意图。

附图标记含义，1-原动机；2-变量泵；3-先导泵；4-负载口独立控制阀一；5-马达；6-油缸；7-负载口独立控制阀二；41-三位三通换向阀；42-主阀芯复位弹簧；43-主阀芯联接导杆；44-反馈弹簧；45-电比例减压阀Y1a；46-电比例减压阀Y1b。

具体实施方式

以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要说明，若本发明实施例中有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后......)，则其仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系和运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若在本发明中涉及“一”和“二”等的描述，则其仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“一”和“二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

负载口独立控制阀，包括三位三通换向阀41、主阀芯复位弹簧42和主阀芯联接导杆43，

三位三通换向阀41壳体左端开设配合三位三通换向阀41主阀芯的阀芯通孔，三位三通换向阀41壳体右端开设复位弹簧腔，阀芯通孔连通复位弹簧腔；

主阀芯复位弹簧42套设在主阀芯联接导杆43上，主阀芯联接导杆43左端与三位三通换向阀41主阀芯右端固定连接；

初始状态下主阀芯联接导杆43在三位三通换向阀41的X输出口压力下向右运动。

进一步地，本实施例中包括反馈弹簧44和电比例减压阀，主阀芯联接导杆43右端固定连接反馈弹簧44左端，反馈弹簧44右端固定连接电比例减压阀的阀芯；

电比例减压阀的左位的上油口连通L口，电比例减压阀的左位的下油口连通三位三通换向阀41的X输出口，复位弹簧腔与电比例减压阀的L口连通。

进一步地，本实施例中三位三通换向阀41主阀芯机能在以下两种形式中切换：

形式一，三位三通换向阀41的P口连通三位三通换向阀41的T口；

形式二，三位三通换向阀41的P口、三位三通换向阀41的T口和三位三通换向阀41的A口互通。

进一步地，本实施例中主阀芯联接导杆43右端直径大于主阀芯联接导杆43左端直径，主阀芯复位弹簧42外直径小于或等于主阀芯联接导杆43右端直径，主阀芯复位弹簧42内直径大于或等于主阀芯联接导杆43左端直径。

起重机械液压系统，包括负载口独立控制阀一4和负载口独立控制阀二7，负载口独立控制阀一4和负载口独立控制阀二7的内部构造均采用权利要求1-4任一项所述的负载口独立控制阀，负载口独立控制阀一4的L口连通负载口独立控制阀二7的L口，负载口独立控制阀一4的PI口连通负载口独立控制阀二7的PI口。

进一步地，本实施例中负载口独立控制阀一4包括电比例减压阀Y1a45，负载口独立控制阀二7包括电比例减压阀Y1b46，电比例减压阀Y1a45的内部构造、电比例减压阀Y1b46的内部构造和电比例减压阀的内部构造相同。

进一步地，本实施例中包括马达5和油缸6，马达5的进油口连通负载口独立控制阀一4的A口，马达5的出油口连通负载口独立控制阀二7的A口，负载口独立控制阀一4的A口连通油缸6的大腔，负载口独立控制阀二7的A口连通油缸6的小腔。

进一步地，本实施例中包括原动机1、变量泵2和先导泵3，原动机1传动连接变量泵2，变量泵2传动连接先导泵3，变量泵2的出油口连通负载口独立控制阀一4的P口和负载口独立控制阀二7的P口，先导泵3的出油口连通电比例减压阀Y1a45的PI口和电比例减压阀Y1b46的PI口。

进一步地，本实施例中包括油箱，负载口独立控制阀一4的T口、负载口独立控制阀二7的T口、变量泵2的进油口、先导泵3的进油口和油箱连通。

起重机械液压系统的工作方法，采用所述的起重机械液压系统作为执行主体，执行以下步骤：

未工作状态下，负载口独立控制阀一和负载口独立控制阀二均不得电，三位三通换向阀的主阀芯在主阀芯复位弹簧的作用下处于初始闭锁状态，负载口独立控制阀一的P口、负载口独立控制阀一的A口、负载口独立控制阀一的T口、负载口独立控制阀二的P口、负载口独立控制阀二的A口和负载口独立控制阀二的T口均不导通，马达的进出油口或油缸的进出油口均封闭，处于停止状态；

工作时，负载口独立控制阀一和负载口独立控制阀二均得电，给电比例减压阀Y1a和电比例减压阀Y1b输入控制电流（比如DC24V电压，Ⅰ_1a=400mA，Ⅰ_1b=600mA电流），负载口独立控制阀一主阀芯工作在换向中位，负载口独立控制阀一的P口与负载口独立控制阀一的A口导通，油源供给马达的进油口；负载口独立控制阀二主阀芯工作在换向右位，负载口独立控制阀二的P口堵死，负载口独立控制阀二的A口与负载口独立控制阀二的T口导通，马达的出油口经过负载口独立控制阀二的A口回油，系统形成的压差驱动马达旋转动作；

负载口独立控制阀一或负载口独立控制阀二得电工作，在三位三通换向阀发生换向位移后，主阀芯联接导杆压缩反馈弹簧产生一定的反向推力，与电比例减压阀Y1a的电比例磁铁的推力抗衡，共同驱动电比例减压阀Y1a的阀芯发生位移，从而输出一路先导控制压力作用在负载口独立控制阀一主阀芯上，最终实现输入的比例控制电流与主阀芯的位移量线性相关，精确控制阀口开度。

油箱、原动机1、变量泵2、先导泵3、马达5、油缸6、三位三通换向阀41、主阀芯复位弹簧42和主阀芯联接导杆43上述部件在现有技术中可采用的型号很多，本领域技术人员可根据实际需求选用合适的型号，本实施例不再一一举例。

本发明提出了一种新型的负载口独立控制阀，通过两个三位三通比例换向阀分别接在执行元件的A和B端口上，分别控制其进、回油流量的大小，从而实现负载口独立控制的目的。其中，单个负载口独立控制阀采用输入电比例控制电流----输出先导控制压力----主阀芯位移----弹簧力反馈----先导阀芯力平衡，使得阀的控制电流—阀芯位移成线性比例关系，提高阀芯位置的可控性，勿需阀芯位移传感器的检测。

液压阀：液压系统中的控制元件，用来控制液压系统中流体的压力、流量及流动方向，从而使之满足各类执行元件不同动作的要求。液压阀按其作用可分为方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀三大类，相应地可由这些阀组成三种基本回路：方向控制回路、压力控制回路和调速回路。按控制方式的不同，液压阀又可分为普通液压控制阀、伺服控制阀和比例控制阀。根据安装形式不同，液压阀还可分为管式、板式和插装式等若干种。

负载口独立控制阀：液压执行元件主要分油缸和马达两种，其工作油口有A口和B口两个负载口，通过对单独的负载口压力和流量进行控制的阀，即为负载口独立控制阀。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.负载口独立控制阀，其特征在于，包括三位三通换向阀（41）、主阀芯复位弹簧（42）和主阀芯联接导杆（43），

三位三通换向阀（41）壳体左端开设配合三位三通换向阀（41）主阀芯的阀芯通孔，三位三通换向阀（41）壳体右端开设复位弹簧腔，阀芯通孔连通复位弹簧腔；

主阀芯复位弹簧（42）套设在主阀芯联接导杆（43）上，主阀芯联接导杆（43）左端与三位三通换向阀（41）主阀芯右端固定连接；

初始状态下主阀芯联接导杆（43）在三位三通换向阀（41）的X输出口压力下向右运动。

2.根据权利要求1所述的负载口独立控制阀，其特征在于，

包括反馈弹簧（44）和电比例减压阀，主阀芯联接导杆（43）右端固定连接反馈弹簧（44）左端，反馈弹簧（44）右端固定连接电比例减压阀的阀芯；

电比例减压阀的左位的上油口连通L口，电比例减压阀的左位的下油口连通三位三通换向阀（41）的X输出口，复位弹簧腔与电比例减压阀的L口连通。

3.根据权利要求1所述的负载口独立控制阀，其特征在于，

三位三通换向阀（41）主阀芯机能在以下两种形式中切换：

形式一，三位三通换向阀（41）的P口连通三位三通换向阀（41）的T口；

形式二，三位三通换向阀（41）的P口、三位三通换向阀（41）的T口和三位三通换向阀（41）的A口互通。

4.根据权利要求1所述的负载口独立控制阀，其特征在于，主阀芯联接导杆（43）右端直径大于主阀芯联接导杆（43）左端直径，主阀芯复位弹簧（42）外直径小于或等于主阀芯联接导杆（43）右端直径，主阀芯复位弹簧（42）内直径大于或等于主阀芯联接导杆（43）左端直径。

5.起重机械液压系统，其特征在于，包括负载口独立控制阀一（4）和负载口独立控制阀二（7），负载口独立控制阀一（4）和负载口独立控制阀二（7）的内部构造均采用权利要求1-4任一项所述的负载口独立控制阀，负载口独立控制阀一（4）的L口连通负载口独立控制阀二（7）的L口，负载口独立控制阀一（4）的PI口连通负载口独立控制阀二（7）的PI口。

6.根据权利要求5所述的起重机械液压系统，其特征在于，

负载口独立控制阀一（4）包括电比例减压阀Y1a（45），负载口独立控制阀二（7）包括电比例减压阀Y1b（46），电比例减压阀Y1a（45）的内部构造、电比例减压阀Y1b（46）的内部构造和电比例减压阀的内部构造相同。

7.根据权利要求5所述的起重机械液压系统，其特征在于，

包括马达（5）和油缸（6），马达（5）的进油口连通负载口独立控制阀一（4）的A口，马达（5）的出油口连通负载口独立控制阀二（7）的A口，负载口独立控制阀一（4）的A口连通油缸（6）的大腔，负载口独立控制阀二（7）的A口连通油缸（6）的小腔。

8.根据权利要求6所述的起重机械液压系统，其特征在于，

包括原动机（1）、变量泵（2）和先导泵（3），原动机（1）传动连接变量泵（2），变量泵（2）传动连接先导泵（3），变量泵（2）的出油口连通负载口独立控制阀一（4）的P口和负载口独立控制阀二（7）的P口，先导泵（3）的出油口连通电比例减压阀Y1a（45）的PI口和电比例减压阀Y1b（46）的PI口。

9.根据权利要求8所述的起重机械液压系统，其特征在于，

包括油箱，负载口独立控制阀一（4）的T口、负载口独立控制阀二（7）的T口、变量泵（2）的进油口、先导泵（3）的进油口和油箱连通。

10.起重机械液压系统的工作方法，其特征在于，采用权利要求5-9所述的起重机械液压系统作为执行主体，执行以下步骤：

未工作状态下，负载口独立控制阀一（4）和负载口独立控制阀二（7）均不得电，三位三通换向阀（41）的主阀芯在主阀芯复位弹簧（42）的作用下处于初始闭锁状态，负载口独立控制阀一（4）的P口、负载口独立控制阀一（4）的A口、负载口独立控制阀一（4）的T口、负载口独立控制阀二（7）的P口、负载口独立控制阀二（7）的A口和负载口独立控制阀二（7）的T口均不导通，马达（5）的进出油口或油缸（6）的进出油口均封闭；

工作时，负载口独立控制阀一（4）和负载口独立控制阀二（7）均得电，给电比例减压阀Y1a（45）和电比例减压阀Y1b（46）输入控制电流，负载口独立控制阀一（4）主阀芯工作在换向中位，负载口独立控制阀一（4）的P口与负载口独立控制阀一（4）的A口导通，油源供给马达（5）的进油口；负载口独立控制阀二（7）主阀芯工作在换向右位，负载口独立控制阀二（7）的P口堵死，负载口独立控制阀二（7）的A口与负载口独立控制阀二（7）的T口导通，马达（5）的出油口经过负载口独立控制阀二（7）的A口回油，驱动马达（5）旋转动作；

负载口独立控制阀一（4）或负载口独立控制阀二（7）得电工作，在三位三通换向阀（41）发生换向位移后，主阀芯联接导杆（43）压缩反馈弹簧（44）产生一定的反向推力，与电比例减压阀Y1a（45）的电比例磁铁的推力抗衡，共同驱动电比例减压阀Y1a（45）的阀芯发生位移，从而输出一路先导控制压力作用在负载口独立控制阀一（4）主阀芯上。

Images