CN115638156A - 先导式液压阀、液压控制系统及工程机械 - Google Patents

Abstract

本发明涉及液压控制系统领域，公开了一种先导式液压阀、液压控制系统及工程机械，所述先导式液压阀包括阀体(1)、阀芯(2)以及设置于该阀芯端部的弹簧腔(3)，该弹簧腔的远离阀芯的一端设有能够沿朝向或远离该阀芯方向调节的限位螺钉(4)，该限位螺钉的朝向阀芯的一端连接有第一弹簧座(5)，弹簧腔内设有一端抵靠于该第一弹簧座的先导弹簧(7)，以能够在阀芯被驱动为克服该先导弹簧的弹力而滑动时由限位螺钉的调节位置确定该阀芯的极限滑动位置。本发明能够在限位螺钉调节至对应不同最大输出流量时保持对应于相同或基本相同的最大先导控制压力，由此保持稳定的先导控制压力利用率，能够适用于不同流量要求的液压控制系统中。

Description

先导式液压阀、液压控制系统及工程机械

技术领域

本发明涉及液压控制系统，具体地涉及一种先导式液压阀。在此基础上，本发明还涉及一种包括该先导式液压阀的液压控制系统和具有该液压控制系统的工程机械。

背景技术

压力和流量是液压控制系统中的主要性能参数，其中，压力的大小决定了执行机构的负载能力，流量的大小影响执行机构动作的快慢。在液压控制系统中，作为液压控制元件的先导式液压阀能够由先导控制压力(先导压力)驱动阀芯动作，该阀芯的行程影响通过该液压阀输出的流量大小。为了限制阀芯的行程范围，通常可以在阀芯的端部设置限位螺钉，以限制通过液压阀输出的最大流量。

图1所示为现有技术中一种先导式换向阀的剖视结构示意图，其具有第一工作油口A和第二工作油口B，用于输出液压油。该先导式换向阀具有阀体1和滑动安装于该阀体1内的阀芯2(阀杆)，该阀芯2能够滑动至不同换向位置以控制通过第一工作油口A和第二工作油口B输出的液压油流量。

阀芯2的动作是由作用于该阀芯2端部的压力油产生的先导控制压力而驱动的，其极限滑动位置由设置于该阀芯2端部的限位螺钉4确定。具体地，当向该换向阀右侧的弹簧腔3通入压力油时，将在阀芯2上施加向左的先导控制压力，使得阀芯2克服左侧的弹簧腔3内的先导弹簧7的弹力而向左滑动，直至阀芯2的左端与限位螺钉4接触，到达其向左滑动的极限滑动位置，此时第一工作油口A的输出流量达到最大值。

在此过程中，先导控制压力的大小对应于先导弹簧7的压缩长度，进而对应于经过工作油口的输出流量。一般地，液压控制系统中提供给液压阀的最大先导控制压力和最小先导控制压力分别为定值，分别对应先导弹簧7在初始状态(常态)和在阀芯2与限位螺钉4抵靠的极限滑动位置时的弹力。如图2所示，阀芯2的行程和液压阀的输出流量分别与先导压力大小成正比。

在此情形下，若需增大最大输出流量，则要求相应地增大最大先导压力，而设计先导压力无法满足该增大后的最大输出流量对应的压力需求，导致无法通过调节限位螺钉4的方式增大最大流量，如图3所示；相反地，若需减小最大输出流量，限位螺钉4可以调节为仅需较小的先导压力即可达到调整后的最大流量，但此时先导压力尚未达到设计最大先导压力，造成部分区间的先到压力浪费，如图4所示。这局限了液压阀的通用性。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的先导式液压阀通用性较差的问题，提供一种先导式液压阀，该先导式液压阀能够在通过限位螺钉调节最大输出流量时同步改变先导弹簧对应该最大输出流量的极限压缩状态的压缩量，以保持稳定的先导控制压力利用率，有效提升了在不同流量要求的液压控制系统中的通用性。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种先导式液压阀，包括阀体、滑动安装于该阀体内的阀芯以及设置于该阀芯端部的弹簧腔，该弹簧腔的远离所述阀芯的一端设有能够沿朝向或远离该阀芯方向调节的限位螺钉，该限位螺钉的朝向所述阀芯的一端连接有第一弹簧座，所述弹簧腔内设有一端抵靠于该第一弹簧座的先导弹簧，以能够在所述阀芯被驱动为克服该先导弹簧的弹力而滑动时由所述限位螺钉的调节位置确定该阀芯的极限滑动位置。

优选地，所述阀体的端部连接有控制端盖，所述弹簧腔形成在该控制端盖内。

优选地，所述弹簧腔内设有与所述第一弹簧座间隔相对设置的第二弹簧座，所述先导弹簧的朝向所述阀芯的一端抵靠于该第二弹簧座上，在所述阀芯的至少部分滑动行程内，该阀芯能够被驱动为通过该第二弹簧座克服所述先导弹簧的弹力而向所述极限滑动位置滑动。

优选地，所述控制端盖的内周壁上安装有卡簧，该卡簧位于所述第二弹簧座的朝向所述阀芯的一侧以止挡该第二弹簧座朝向所述阀芯移动，在常态下，所述阀芯与该第二弹簧座彼此相对的一端相互间隔。

优选地，所述阀芯的端部连接有复位弹簧，该复位弹簧设置为使得所述阀芯在常态下处于中位，所述阀芯能够被驱动为克服该复位弹簧的弹力而往复滑动，所述先导弹簧的刚度K大于该复位弹簧的刚度Ka。

优选地，所述弹簧腔内设有第三弹簧座、第四弹簧座和依次穿过该第三弹簧座和第四弹簧座连接至所述阀芯的连接螺栓，所述控制端盖内形成有台阶部，所述第三弹簧座的背离所述阀芯的一侧能够抵靠于该台阶部，所述复位弹簧的两端分别抵靠于该第三弹簧座和第四弹簧座。

优选地，所述先导弹簧的刚度K大于该复位弹簧的刚度Ka的两倍。

优选地，所述阀芯的两端部分别设置有彼此对称的所述弹簧腔、所述先导弹簧以及所述限位螺钉，以能够通过调节该限位螺钉而确定所述阀芯向两侧滑动的所述极限滑动位置，并且/或者，所述先导式液压阀为换向阀。

本发明第二方面提供一种包括上述先导式液压阀的液压控制系统。

本发明第三方面提供一种具有上述液压控制系统的工程机械。

通过上述技术方案，当通过调节限位螺钉的位置而改变阀芯的极限滑动位置和液压阀的最大输出流量时，第一弹簧座随该限位螺钉向朝向或远离阀芯的方向同步移动，由此改变了先导弹簧在初始状态的初始压缩量，从而使得先导弹簧的对应调整前后最大输出流量的极限压缩状态的压缩量恒定，对应于相同或基本相同的最大先导控制压力，保持稳定的先导控制压力利用率，能够有效提升该先导式液压阀在不同流量要求的液压控制系统中的通用性。

附图说明

图1是现有技术中一种先导式换向阀的剖视结构示意图；

图2是图1中先导式换向阀的设计先导压力与输出流量和阀杆行程的匹配关系图；

图3是图1中先导式换向阀增加最大流量后先导压力与输出流量和阀杆行程的匹配关系图；

图4是图1中先导式换向阀减小最大流量后先导压力与输出流量和阀杆行程的匹配关系图；

图5是根据本发明一种优选实施方式的先导式液压阀的剖视结构示意图；

图6是图5中先导式液压阀的局部放大图，其中，阀芯处于初始位置；

图7是图6中阀芯被驱动至小流量区间结束位置时的示意图；

图8是图6中阀芯被驱动至最大流量时的示意图；

图9是图5中的先导式液压阀的先导压力与输出流量和阀杆行程的匹配关系图。

附图标记说明

1-阀体；2-阀芯；3-弹簧腔；4-限位螺钉；5-第一弹簧座；6-第二弹簧座；7-先导弹簧；8-控制端盖；8a-台阶部；9-卡簧；10-复位弹簧；11-第三弹簧座；12-第四弹簧座；13-连接螺栓。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指参考附图所示的上、下、左、右；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外。

参照图5所示，根据本发明一种优选实施方式的先导式液压阀，例如可以为换向阀，并在两端分别设有彼此对称的先导控制结构，例如可以具有分别彼此对称的弹簧腔3、先导弹簧7以及限位螺钉4，以能够通过调节该限位螺钉4而确定阀芯2向两侧滑动的极限滑动位置。该先导式液压阀包括阀体1、滑动安装于该阀体1内的阀芯2以及设置于该阀芯2端部的弹簧腔3。该弹簧腔3的远离阀芯2的一端设有能够沿朝向或远离该阀芯2方向调节的限位螺钉4，该限位螺钉4的朝向阀芯2的一端连接有第一弹簧座5。弹簧腔3内设有一端抵靠于该第一弹簧座5的先导弹簧7，以能够在阀芯2被驱动为克服该先导弹簧7的弹力而滑动时由限位螺钉4的调节位置确定该阀芯2的极限滑动位置。

为便于理解，可以将图示优选实施方式中的连接在阀芯2端部的随后所述的连接螺栓13、复位弹簧10以及第三弹簧座11和第四弹簧座12看作阀芯2的一部分。由此，该阀芯2朝向限位螺钉4滑动的极限滑动位置即该阀芯2(即连接螺栓13)将第二弹簧座6推动至与第一弹簧座5接触的位置(如图8所示)。在此基础上，当通过调节限位螺钉4的位置而改变阀芯2的极限滑动位置和液压阀的最大输出流量时，第一弹簧座5随该限位螺钉4向朝向或远离阀芯2的方向同步移动，由此改变了先导弹簧7在初始状态的初始压缩量，从而使得先导弹簧7的对应调整前后最大输出流量的极限压缩状态的压缩量恒定，对应于相同或基本相同的最大先导控制压力。

以增大最大输出流量为例，在调节之前，先导弹簧7对应最大输出流量的压缩量由第一弹簧座5和第二弹簧座6接触时的弹簧长度确定，即先导弹簧7在极限压缩状态的长度为第一弹簧座5和第二弹簧座6相接触时的长度；调节限位螺钉4使其向远离阀芯2的方向运动，由此，在初始状态下，先导弹簧7的初始压缩量减小(先导弹簧7的初始长度增大)，但由于先导弹簧7在调整后的极限压缩状态下的长度仍为第一弹簧座5和第二弹簧座6接触时的长度，因而所需的最大先导控制压力与条件前基本保持相同。因此，本发明的先导式液压阀能够保持稳定的先导控制压力利用率，有效提升了该先导式液压阀在不同流量要求的液压控制系统中的通用性。通过随后对本发明优选实施方式的分析，可以更好地理解上述关于本发明优势的说明。

可以理解的是，尽管为了便于更好地理解，在上述说明中以第二弹簧座6与第一弹簧座5的相对位置变化分析了调节前后所需的最大先导控制压力的情况，但该第二弹簧座6对于达到保持稳定的先导控制压力利用率目的而言并非是必需的。例如，可以将阀芯2的端部直接抵靠在先导弹簧7上。

继续参照图5所示，通常地，弹簧腔3可以形成在控制端盖8内，由此可以通过可拆卸地连接至阀体1的控制端盖8方便地完成弹簧腔3内相关部件的安装。

图示优选实施方式的先导式液压阀包括间隔相对地设置于弹簧腔3内的第一弹簧座5和第二弹簧座6，先导弹簧7的两端分别抵靠于该第一弹簧座5和第二弹簧座6。由此，在从图7所示的位置向图8所示的位置的滑动行程内，阀芯2被驱动为通过第二弹簧座6克服先导弹簧7的弹力向极限滑动位置(图8所示的位置)滑动。

需要理解的是，在一种替代实施方式中，本发明的先导式液压阀可以不具有随后所述的复位弹簧10等结构，而将阀芯2(如图1所示地)直接抵靠于第二弹簧座6上，由此在其从初始位置向极限滑动位置的整个滑动行程中，阀芯2均需克服先导弹簧7的弹力。

正如前述，本发明通过调节限位螺钉4的位置而调节最大输出流量，并通过使得第一弹簧座5随之移动而在调节前后保持相同或基本相同的最大先导控制压力。然而，第一弹簧座5的移动可能导致先导弹簧7的初始压缩量改变，进而导致驱动阀芯2动作所需的最小先导控制压力发生变化。为此，在图示优选实施方式中，第二弹簧座6在常态下与阀芯2(连接螺栓13)相互间隔，由此能够通过随后所述的复位弹簧10分为小流量区间和包括不同最大输出流量的大流量区间。为此，可以在控制端盖8的内周壁上安装卡簧9，使得该卡簧9卡止于第二弹簧座6的朝向阀芯2的一侧，以止挡其朝向阀芯2移动。在常态下，阀芯2不承受来自先导弹簧7的作用力，可以仅在如连接至阀芯2端部的复位弹簧10的作用下保持在如对应于隔断状态的中位。

进一步地，由于在阀芯2动作过程中始终需要克服复位弹簧10的弹力，为了减小其对调节前后最大输出流量对应的最大先导控制压力的影响，需要使得该复位弹簧10的刚度Ka远小于先导弹簧7的刚度K，例如，先导弹簧7的刚度K可以大于该复位弹簧10的刚度Ka的两倍。根据随后说明可知，二者刚度的差异大小对于最大先导控制压力是否能够保持基本相同具有重要影响。

结合图6所示，为了将复位弹簧10连接至阀芯2的端部并能够在其作用下使得阀芯2在常态下处于中位，可以通过连接螺栓13将第三弹簧座11和第四弹簧座12连接至阀芯2的端部。其中，复位弹簧10的两端分别抵靠于该第三弹簧座11和第四弹簧座12；控制端盖8内形成有台阶部8a，复位弹簧10的背离阀芯2的一端可以抵靠在该台阶部8a；第四弹簧座12可以在复位弹簧10作用下抵靠于阀体1的端面上。

以下结合从图6所示的阀芯处于初始位置至图8所示的阀芯被驱动至最大流量的滑动过程说明调节前后所需的先导压力变化。其中，先导压力作用于阀芯的有效面积记为A，先导压力记为P。

从图6的初始位置滑动至图7所示的小流量区间结束位置，阀芯2的行程为Sa，且在该过程中受力平衡关系为：

A*P＝Ka*(H0a-H1-S) (1)

式中，H0a是复位弹簧10的自由长度，H1是复位弹簧10在初始状态的长度，S为阀芯2的行程。

从图7所示的小流量区间结束位置滑动至图8所示的最大流量位置，阀芯2的行程为Sb，且在该过程中受力平衡关系为：

A*P＝Ka*(H0a-H1-S)+K*(H0b-H2-(S-Sa)) (2)

式中，H0b是先导弹簧7的自由长度，H2是先导弹簧7在初始状态的长度。

根据式(1)，小流量区间结束位置时对应的先导压力P2为：

P2＝(Ka*(H0a-H3))/A (3)

其中：H3＝H1-Sa，其含义为小流量区间结束位置时复位弹簧10的长度。

根据式(2)，最大流量对应的先导压力P3为：

P3＝(Ka*(H0a-H5)+K*(H0b-H6))/A (4)

其中：H5＝H1-Sa-Sb，其含义为最大流量时复位弹簧10的长度；H6＝H2-Sb，其含义为最大流量时先导弹簧7的长度。

若增大最大流量，则需要调节限位螺钉4使得阀芯2从小流量区间结束位置滑动最大流量位置的行程Sb增大，记为Sb’＝Sb+X，X为行程增量。

根据式(3)，调整后小流量区间结束位置时对应的先导压力P2’为：

P2’＝(Ka*(H0a-H3’))/A (5)

其中：H3’＝H1-Sa，与调整前小流量区间结束位置时复位弹簧10的长度相等，因此P2’＝P2，在小流量区间内，调整前后所需先导压力不变，由此驱动阀芯2动作所需的最小先导控制压力保持不变。

根据式(4)，调整后的最大流量对应的先导压力P3’为：

P3’＝(Ka*(H0a-H5’)+K*(H0b-H6’))/A (6)

其中：H5’＝H1-Sa-(Sb+X)＝H5-X；H6’＝(H2+X-(Sb+X)＝H6，与调整前最大流量时先导弹簧7的长度相等，则：

P3’＝(Ka*(H0a-H5+X)+K*(H0b-H6))/A＝P3+(Ka*X)/A (7)

由于Ka<<K，流量调节导致的压力变化主要在于先导弹簧7，复位弹簧10所增加的力可忽略不计；因此P3’＝P3，最大流量对应的最大先导压力基本保持不变。

同理地，在通过调节限位螺钉4减小最大流量时，调整前后在小流量区间内所需先导压力不变，调节前后的最大流量对应的最大先导压力亦基本保持不变。如图9所示为本发明优选实施方式的先导式液压阀在流量调整前后先导压力与输出流量和阀杆行程的匹配关系图。由此，本发明的先导式液压阀通用性更好，由于整个行程中最大和最小先导压力与流量可一一对应，因此可以用于最大流量要求不同的液压控制系统中。

在此基础上，本发明还提供一种包括上述先导式液压阀的液压控制系统和具有该液压控制系统的工程机械。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种先导式液压阀，包括阀体(1)、滑动安装于该阀体(1)内的阀芯(2)以及设置于该阀芯(2)端部的弹簧腔(3)，其特征在于，该弹簧腔(3)的远离所述阀芯(2)的一端设有能够沿朝向或远离该阀芯(2)方向调节的限位螺钉(4)，该限位螺钉(4)的朝向所述阀芯(2)的一端连接有第一弹簧座(5)，所述弹簧腔(3)内设有一端抵靠于该第一弹簧座(5)的先导弹簧(7)，以能够在所述阀芯(2)被驱动为克服该先导弹簧(7)的弹力而滑动时由所述限位螺钉(4)的调节位置确定该阀芯(2)的极限滑动位置。

2.根据权利要求1所述的先导式液压阀，其特征在于，所述阀体(1)的端部连接有控制端盖(8)，所述弹簧腔(3)形成在该控制端盖(8)内。

3.根据权利要求2所述的先导式液压阀，其特征在于，所述弹簧腔(3)内设有与所述第一弹簧座(5)间隔相对设置的第二弹簧座(6)，所述先导弹簧(7)的朝向所述阀芯(2)的一端抵靠于该第二弹簧座(6)上，在所述阀芯(2)的至少部分滑动行程内，该阀芯(2)能够被驱动为通过该第二弹簧座(6)克服所述先导弹簧(7)的弹力而向所述极限滑动位置滑动。

4.根据权利要求3所述的先导式液压阀，其特征在于，所述控制端盖(8)的内周壁上安装有卡簧(9)，该卡簧(9)位于所述第二弹簧座(6)的朝向所述阀芯(2)的一侧以止挡该第二弹簧座(6)朝向所述阀芯(2)移动，在常态下，所述阀芯(2)与该第二弹簧座(6)彼此相对的一端相互间隔。

5.根据权利要求2至4中任意一项所述的先导式液压阀，其特征在于，所述阀芯(2)的端部连接有复位弹簧(10)，该复位弹簧(10)设置为使得所述阀芯(2)在常态下处于中位，所述阀芯(2)能够被驱动为克服该复位弹簧(10)的弹力而往复滑动，所述先导弹簧(7)的刚度K大于该复位弹簧(10)的刚度Ka。

6.根据权利要求5所述的先导式液压阀，其特征在于，所述弹簧腔(3)内设有第三弹簧座(11)、第四弹簧座(12)和依次穿过该第三弹簧座(11)和第四弹簧座(12)连接至所述阀芯(2)的连接螺栓(13)，所述控制端盖(8)内形成有台阶部(8a)，所述第三弹簧座(11)的背离所述阀芯(2)的一侧能够抵靠于该台阶部(8a)，所述复位弹簧(10)的两端分别抵靠于该第三弹簧座(11)和第四弹簧座(12)。

7.根据权利要求5所述的先导式液压阀，其特征在于，所述先导弹簧(7)的刚度K大于该复位弹簧(10)的刚度Ka的两倍。

8.根据权利要求1所述的先导式液压阀，其特征在于，所述阀芯(2)的两端部分别设置有彼此对称的所述弹簧腔(3)、所述先导弹簧(7)以及所述限位螺钉(4)，以能够通过调节该限位螺钉(4)而确定所述阀芯(2)向两侧滑动的所述极限滑动位置，并且/或者，所述先导式液压阀为换向阀。

9.一种液压控制系统，其特征在于，该液压控制系统包括根据权利要求1至8中任意一项所述的先导式液压阀。

10.一种工程机械，其特征在于，该工程机械具有根据权利要求9所述的液压控制系统。

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