CN115750500A - 一种常闭式先导控制定比减压溢流阀 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种常闭式先导控制定比减压溢流阀,其包括阀体、阀套以及阀芯，阀芯在阀套中滑动，阀体的侧壁上开设有被控油口、回油口、进油口以及导控油口，阀芯包括依次相连的小径段、中径段、环形段以及大径段，小径段与阀套之间有弹簧腔，中径段开设有阀芯油口，阀芯油口与弹簧腔以及被控油口连通，阀芯油口能与回油口连通；环形段与阀套之间有进油腔，进油腔能与被控油口连通；阀芯与阀套以及阀体三者之间形成有导控腔；导控腔的油液对阀芯的作用面积大于弹簧腔的油液对阀芯的作用面积。本申请通过设计单个控制阀同时实现主要的减压功能以及所有提到的辅助功能，这样就可以大大简化系统，减少系统原件数量，减少故障率并且节省成本。

Description

一种常闭式先导控制定比减压溢流阀

技术领域

本申请涉及流体传动与控制领域，尤其是涉及一种常闭式先导控制定比减压溢流阀。

背景技术

在汽车零部件测试、材料实验室或者其他机械性能测试行业，一般用伺服油缸、伺服阀以及控制器组成的液压伺服测试系统对被测试件进行机械性能测试。测试实验室通常采用集中供油给多个液压伺服油缸的布置方式。既是：一个泵站压力源同时给多个执行器（伺服油缸）供油，对于液压伺服系统，泵站的供油压力一般为21Mpa。

用液压伺服测试系统对被测试件进行机械性能测试的一般工作过程为：1、先将被测试件安装于测试系统上，将整个测试系统的硬件部分搭建起来。2、然后给测试系统供油，将执行器的供油压力从零压力升到一个较低的压力（如7Mpa）。要求此升压过程升压缓慢、平稳。不可以出现压力冲击，过快的升压会使伺服油缸瞬间产生一个力的输出，会损坏测试件。然后测试系统在低压（7Mpa）下进行预动作，以检验测试动作及过程符合预期，并调整测试参数，将软件部分的参数合理设定；3、然后将给执行器的供油压力从低压升到正常系统测试压力（如从7Mpa升高到21Mpa）。此升压过程同样需要缓慢、平稳，防止出现压力冲击。同时要求泵站压力源到执行器之间压降足够小，以减小压损提高系统效率。然后在系统压力下（21Mpa）进行正常的测试工作。4、测试过程中系统出现异常时，拍下急停按钮后要求系统能够将执行器侧的压力迅速卸荷为零，防止被测试件的损坏，要求卸荷过程快速同样无压力冲击。

相关技术中上述应用需求的方案是：主油路用先导减压阀，以实现主要的减压功能。其它的必要附件功能则是通过附加辅助回路增加不同控制阀的方式实现，每一个附件功能都需要单独的回路实现。

然而这样的解决方案大大增加了系统复杂度，增加了系统元件数量，增加了故障率并且增加了成本。

发明内容

为了有助于减少故障率并且节省成本，本申请提供一种常闭式先导控制定比减压溢流阀。

本申请提供的一种常闭式先导控制定比减压溢流阀采用如下的技术方案：

一种常闭式先导控制定比减压溢流阀，包括阀体、设置在所述阀体内腔中的阀套以及设置在所述阀套内腔中的阀芯，在压力油作用下所述阀芯能在阀套内腔中滑动，

所述阀体的侧壁上开设有被控油口、回油口、进油口以及导控油口，所述阀套上开设有相应的油口与被控油口、回油口、进油口以及导控油口连通；

所述阀芯包括依次相连的小径段、中径段、环形段以及大径段，所述小径段与所述阀套之间连接有弹性件，所述小径段与所述阀套之间形成有弹簧腔，所述中径段开设有阀芯油口，所述阀芯油口与弹簧腔以及被控油口连通，所述阀芯油口能与所述回油口连通；所述环形段与阀套之间形成有与所述进油口连通的进油腔，所述进油腔能与被控油口连通；所述阀芯与阀套以及阀体三者之间形成有与所述导控油口连通的导控腔；

所述导控腔的油液对阀芯的作用面积大于所述弹簧腔的油液对阀芯的作用面积。

通过采用上述技术方案，通过阀芯以及阀套阀体形成单个控制阀的控制方式，又通过设计单个控制阀同时实现主要的减压功能以及压力切断、缓慢建压、急停快速泄压以及低压降导通等辅助功能。这样就可以大大简化系统，减少系统原件数量，减少故障率并且节省成本。并且阀芯采用变外径设计（差动设计），这样使得导控腔对阀芯的作用面积大于弹簧腔对阀芯的作用面积，其结果是使得在导控腔压力与进油口压力相等时，阀芯被液压力完全抵在左极限的位置，控制阀得以全流量输出。

可选的，所述中径段贴合阀套的一侧且朝向环形段的一侧边开设有第一节流口。

通过采用上述技术方案，第一节流口的设置能让阀芯在中位的时候增益小一点，这样有利于减少压力冲击。增益的概念就是阀芯运动单位距离引起的通流面积的改变。

可选的，所述中径段贴合阀套的一侧且朝向小径段的一侧边开设有第二节流口。

通过采用上述技术方案，第一节流口和第二节流口的设置能进一步让阀芯在中位的时候增益小一点，这样有利于减少压力冲击。同时，在中径段平衡成对的第一节流口和第二节流口能有效提高中径段在受力时运动的平稳性，进而有利于控制阀的顺畅运动。

可选的，所述阀套贴合所述中径段的内壁开设有阀套槽，所述阀套槽沿所述阀芯的轴线方向延伸，所述阀套槽的长度小于所述第一节流口与第二节流口的间距。

通过采用上述技术方案，此设计使阀芯有一定的死区，可以进一步减少阀芯位于中位时的压力流量增益，进一步减少压力冲击。死区的概念是阀芯与阀套之间具有的一段间隙密封段。

可选的，所述中径段的外壁开设有油口凹槽，所述阀芯油口从所述油口凹槽处贯通中径段。

通过采用上述技术方案，这样的设置使油液更容易从阀芯油口进入弹簧腔内，使阀芯的运动更加顺畅。

可选的，所述小径段和所述中径段的外周开设有沿周向延伸的均压槽。

通过采用上述技术方案，这样的设置让液压压力在阀芯周向相等，减少阀芯周向压力不等被卡死的现象发生。

可选的，减压状态时，被控油口的压力为P1=S1/S2 * P0;S1为导控腔压力对大径段的作用面积；S2为弹簧腔压力对小径段的作用面积；P0为导控腔的进油压力。

通过采用上述技术方案，这样的设置使被控油口的压力为P1=S1/S2 * P0时，阀芯能够处于稳定减压状态，从而实现最主要的减压功能。同时使阀芯处于一个中间状态，能够快速切换到高压功能或急停快速泄压功能。

可选的，所述中径段与所述环形段的相连部位设置有圆弧段，所述环形段与大径段的相连部位设置有锥形段。

通过采用上述技术方案，这样的设置更有利于液压油的流动，进而进一步提高阀芯运动的顺畅性。

可选的，所述阀体的内壁开设有第一阀体容纳槽和第二阀体容纳槽，所述第一阀体容纳槽与被控油口连通，所述第二阀体容纳槽与所述进油口连通。

通过采用上述技术方案，设置成阀体、阀套以及阀芯三者拼装的方式，使整个阀的控制精度更高，并且更容易加工，提高加工精度和降低生产成本。

可选的，所述阀体的一端设置有开口，所述阀套和阀芯通过开口进入阀体内，所述开口处安装有堵头。

通过采用上述技术方案，可拆装堵头的设置，有利于提高阀套和阀芯安装在阀体内的便捷性，并且也便于后续的维修，提高控制阀使用寿命。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.通过设计单个控制阀同时实现主要的减压功能以及所有提到的辅助功能。这样就可以大大简化系统，减少系统原件数量，减少故障率并且节省成本。辅助功能中，压力切断功能：伺服油缸没有工作时，不应该有高压油输入到伺服油缸侧，既是实现油源与伺服油缸之间的关断功能；缓慢建压功能：在伺服油缸从零压力到低压力、低压力到高压力的过程中均需要升压缓慢、平稳、无冲击，防止由于压力突变引起的伺服油缸力输出损坏被测试件；急停快速泄压功能：拍下急停后，可以将伺服油缸侧的压力快速卸荷；低压降导通功能:在正常高压测试时，要求设置的控制阀或者小的液压子系统的压降足够小，以提高系统的效率。

2.阀芯采用变外径设计（差动设计），这样使得导控腔对阀芯的作用面积大于弹簧腔对阀芯的作用面积，其结果是使得在导控腔压力与进油口压力相等时，阀芯被液压力完全抵在左极限的位置。控制阀以全流量输出。

3.为定比减压阀，可实现远程设定减压压力，只需要调节给入导控口的压力就可以调整控制阀的输出压力。

4.为常闭型设计，在无负载时，控制阀没有压力和流量输出。

5.仅仅通过控制一个导控油口的压力就可以实现对控制阀的关断，减压，完全开通的控制。

6.在负载由于外界的扰动有过载出现时，此控制阀又实现了溢流保护。

7.在出现紧急情况，需要将执行器侧的压力释放时，可以实现大流量瞬间卸荷。

8.本发明不仅实现了减压阀的功能还附加一些功能，在面向伺服测试的应用中，可以大大简化液压回路，减少使用的元件数量，降低成本，提高系统稳定性。

附图说明

图1是本申请实施例控制阀处于零压状态的剖视图。

图2是本申请实施例整体结构的爆炸示意图。

图3是本申请实施例主要展示阀套和阀芯的剖视图。

图4是本申请实施例控制阀处于减压状态的剖视图。

图5是本申请实施例控制阀处于高压状态的剖视图。

附图标记说明：

100、阀体；101、导控油口；102、进油口；103、被控油口；104、回油口；105、开口；106、堵头；107、第一阀体容纳槽；108、第二阀体容纳槽；200、阀套；201、阀套垫片；202、密封圈；203、油口a；204、油口b；205、油口c；206、油口d；207、阀套槽；300、阀芯；301、小径段；302、中径段；303、环形段；304、大径段；305、弹性件；306、弹簧腔；307、阀芯油口；308、进油腔；309、导控腔；310、第一节流口；311、第二节流口；312、油口凹槽；313、均压槽；314、格莱圈。

具体实施方式

以下结合附图1-5对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种常闭式先导控制定比减压溢流阀。参照图1和图2，常闭式先导控制定比减压溢流阀包括阀体100、阀套200以及阀芯300。

阀体100上开设有导控油口101、进油口102、被控油口103、回油口104，阀体100主要起到与外界油路连通以及作为控制阀的本体支撑阀套200的作用。

阀体100的一端封闭，另一端设置有开口105，阀套200穿过开口105安装在阀体100内，开口105处安装有堵头106，堵头106与阀套200的端面抵接，以实现阀套200在阀体100内的安装。

参照图3，阀套200的两端贯通，阀套200的一端安装有阀套垫片201，阀套垫片201封堵于阀套200内，阀套垫片201与阀套200之间设置有密封圈202，利用密封圈202保障垫片与阀套200连接的密封性。

参照图1，阀套200的侧壁开设有开设有油口a203、油口b204、油口c205、油口d206，油口a203与进油口102连通，油口b204与被控油口103连通，油口c205与回油口104连通，油口d206与导控油口101连通，油口a203、油口b204、油口c205、油口d206之间设置有密封圈202将各个油口分隔开，阀套200的作用是与阀芯300配合控制压力流量的输出，阀套200的台肩外圆均与阀体100对应位置为间隙配合。

参照图2和图3，阀芯300滑动穿设于阀套200内，阀芯300的外圆面与其对应的阀套200的内圆面均为极小间隙的间隙配合。阀芯300包括依次相连且一体成型的小径段301、中径段302、环形段303以及大径段304，小径段301的外径小于中径段302的外径，小径段301和中径段302的中心开设有弹簧孔，弹簧孔的孔底与阀套垫片201之间连接有弹性件305，本实施例中的弹性件305为弹簧，弹簧具有推力。

参照图1和图3，小径段301与阀套200之间形成有弹簧腔306，中径段302开设有阀芯油口307，阀芯油口307与弹簧腔306、以及油口b204连通。环形段303的外径小于小径段301的外径，环形段303与阀套200之间形成有与进油口102连通的进油腔308。大径段304的外径大于或等于中径段302的外径，大径段304的端部、阀套200以及堵头106三者之间形成有与导控油口101连通的导控腔309。

中径段302贴合阀套200的一侧且朝向环形段303的一侧边开设有第一节流口310，中径段302贴合阀套200的一侧且朝向小径段301的一侧边开设有第二节流口311。第一节流口310与进油腔308连通，第二节流口311与回油口104连通。本实施例中，第一节流口310和第二节流口311均为半圆形设置，第一节流口310和第二节流口311设为两个，且沿周向间隔设置。在其它实施例中，第一节流口310和第二节流口311也可以为其它形状设置，包括但不限于矩形或其它不规则形状，数量也可以为2、4、6设置。

第一节流口310和第二节流口311的设置能让阀芯300在中位的时候增益小一点，这样有利于减少压力冲击。增益的概念就是阀芯300运动单位距离引起的通流面积的改变。

参照图1和图3，阀套200贴合中径段302的内壁开设有阀套槽207，阀套槽207沿阀芯300的轴线方向延伸，阀套槽207的长度B小于第一节流口310与第二节流口311的间距A。此设计使阀芯300有一定的死区，可以进一步减少阀芯300位于中位时的压力流量增益，进一步减少压力冲击。死区的概念是阀芯300与阀套200之间具有的一段间隙密封段，阀芯300与阀套200为间隙配合。

此外，中径段302的外周壁开设有环形的油口凹槽312，阀芯油口307从油口凹槽312处贯通中经段，油口凹槽312的外径小于中径段302的外径，油口凹槽312与阀套槽207连通，油口凹槽312的设置使油液更容易从阀芯油口307进入弹簧腔306内，使阀芯300的运动更加顺畅。

参照图2，小径段301以及中径段302的外壁均开设有环形的均压槽313，均压槽313设置为多条，多条均压槽313沿轴向间隔分布。均压槽313能够让液压压力在阀芯300周向相等，减少阀芯300周向压力不等被卡死的现象发生。

参照图2，中径段302与环形段303的相连部位加工为圆弧过渡，环形段303与大径段304的相连部位加工为锥形过渡，这样的设置有利于液压油的流动，进一步保障阀芯300的顺畅运动。大径段304的外壁安装有格莱圈314，格莱圈314能够将进油口102的高压油与导控腔309彻底隔开，防止串油。

参照图1，阀体100的内壁开设有第一阀体容纳槽107和第二阀体容纳槽108，第一阀体容纳槽107与被控油口103连通，第二阀体容纳槽108与进油口102连通。第一阀体容纳槽107和第二阀体容纳槽108的设置进一步提高了油液流动的顺畅性。

本申请实施例一种常闭式先导控制定比减压溢流阀的工作原理为：

参照图1，进油口102外接高压油口（一般压力恒为21Mpa）；回油口104外接低压油口(一般近似认为0压力)；被控油口103为阀的对外输出油口；导控油口101外接导控压力，一般导控压力为高压油口分出的一路高压油，因此导控油口101能达到的最高压力即为进油口102的压力。整阀设计成常闭式，当导控腔309的压力为零压力时，进油口102与被控油口103被关断，被控油口103无压力流量输出。

参照图,1，当导控油口101无压力时，控制阀无压力、流量输出。阀芯300在弹簧力的作用下处于右极限的位置，阀芯300的右端面抵住堵头106。此时，进油口102与被控油口103间的油路被关断，高压油不会进入被控油口103，控制阀无压力、流量输出；被控油口103与回油口104间的油路被打开，被控油口103压力等于回油口104压力，近似为0压力 。

参照图4，减压功能：当导控腔309有导控压力P0时，阀会输出低压力。当导控压力由导控油口101进入导控腔309时，由于弹簧腔306通过阀芯300上的油口b204与被控油口103连通，弹簧腔306的压力为0。阀芯300在导控腔309压力的作用下，开始向左移动；随着阀芯300的左移，进油口102与被控油口103之间的通流面积逐渐增大，液压油从进油口102到被控油口103流动的液阻逐渐减小；同时，回油口104与被控油口103之间的通流面积逐渐减小，液压油从回油口104到被控油口103流动的液阻逐渐增大。被控油口103处的压力会逐渐建立并升高，弹簧腔306压力与被控油口103处的压力时刻相等也会逐渐建立并升高。

假设阀芯300大径段的面积为S1，小径段的面积为S2；既是：导控腔309压力对阀芯300的作用面积为S1，弹簧腔306压力对阀芯300的作用面积为S2。那么，当被控口的压力升到为S1/S2 * P0时，阀芯300所受到的弹簧腔306和导控腔309的液压力大小相等，方向相反，既是所受合力为零，阀芯300停止运动，处于平衡状态。控制阀输出S1/S2 *P0这一低压力。（由于弹簧对阀芯300的作用力、阀芯300运动受到的摩擦力以及液体流动对阀芯300生产的液动力都远远小于弹簧腔306以及导控腔309对阀芯300的驱动力，故此处省略这些力。）

这一功能就是阀的减压功能，被控口压力被设定为S1/S2 * P0，由此，被控口的压力可以由导控油口101压力来设定，并且被控口的压力与控制压力成线性比例关系，比值等于S1/S2。从这一功能看，本控制阀有定比减压阀的功能。

溢流保护功能：在减压状态，既是阀芯300在阀套200中间某一位置处于力平衡的状态。如果由于外负载的突变或者其他的扰动引起被控油口103的突然压力升高，弹簧腔306也会随之压力升高，阀芯300的受力平衡被打破，在弹簧腔306高压的驱动下，阀芯300向右移动，逐渐减小进油口102与被控油口103之间的通流面积，使其液阻增大；同时回油口104与被控油口103之间的通流面积逐渐增大，使其液阻逐渐减小。此过程使得被控油口103突然的高压力通过回油口104泄放。而后，阀芯300又会回到力平衡状态。此既控制阀的溢流保护功能。（被控油口103的瞬间高压力被控制阀自动泄放到回油口104，完成溢流保护功能。）

参照图5，高压输出功能：当导控腔309输入控制压力P0等于系统供油压力PS时，控制阀完全开通进油口102与被控油口103之间的油路，阀全流量输出。一般进油口102的供油与导控油口101的供油采用同一压力源，所以导控油口101所能达到的最高的压力和进油口102压力相等均为泵源压力PS。导控腔309给入供油压力PS时，阀芯300会在导控腔309产生的驱动力的作用下向左移动，直到达到左极限位置停止，既是阀芯300与阀套垫片201接触。此时，被控油口103与进油口102之间的通路被完全打开，被控油口103与回油口104之间的油路被关闭。被控油口103处的压力等于进油口102的压力等于导控腔309的压力等于弹簧腔306压力，均为供油压力PS。由于弹簧腔306对阀芯300的作用面积小于导控腔309对阀芯300的作用面积，故当导控腔309与弹簧腔306压力相等时，阀芯300受到液压力的合力方向向左，使阀芯300处于左极限位置。（此处虽然弹簧力对阀芯300的作用方向向右，由于弹簧力远远小于差动的液压力，故此处忽略了弹簧力）。

参照图1，当导控腔309的输入压力由PS下降0压力时，控制阀再次回到关断状态，控制阀无压力、流量输出。导控腔309由PS下降为零压力，导控腔309对阀芯300不再有力的作用，阀芯300在向右的弹簧力以及弹簧腔306液压力的作用下向右移动，并移动到右极限位置后停止运动。此时，进油口102与被控油口103间的油路被关断，高压油不会进入被控油口103，控制阀无压力、流量输出；被控油口103与回油口104间的油路被打开，被控油口103压力等于回油口104压力，近似为0压力。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种常闭式先导控制定比减压溢流阀，包括阀体(100)、设置在所述阀体(100)内腔中的阀套(200)以及设置在所述阀套(200)内腔中的阀芯(300)，在压力油作用下所述阀芯(300)能在阀套(200)内腔中滑动，其特征在于：

所述阀体(100)的侧壁上开设有被控油口(103)、回油口(104)、进油口(102)以及导控油口(101)，所述阀套(200)上开设有相应的油口与被控油口(103)、回油口(104)、进油口(102)以及导控油口(101)连通；

所述阀芯(300)包括依次相连的小径段(301)、中径段(302)、环形段(303)以及大径段(304)，所述小径段(301)与所述阀套(200)之间连接有弹性件(305)，所述小径段(301)与所述阀套(200)之间形成有弹簧腔(306)，所述中径段(302)开设有阀芯油口(307)，所述阀芯油口(307)与弹簧腔(306)以及被控油口(103)连通，所述阀芯油口(307)能与所述回油口(104)连通；所述环形段(303)与阀套(200)之间形成有与所述进油口(102)连通的进油腔(308)，所述进油腔(308)能与被控油口(103)连通；所述阀芯(300)与阀套(200)以及阀体(100)三者之间形成有与所述导控油口(101)连通的导控腔(309)；

所述导控腔(309)的油液对阀芯(300)的作用面积大于所述弹簧腔(306)的油液对阀芯(300)的作用面积。

2.根据权利要求1所述的一种常闭式先导控制定比减压溢流阀，其特征在于：所述中径段(302)贴合阀套(200)的一侧且朝向环形段(303)的一侧边开设有第一节流口(310)。

3.根据权利要求2所述的一种常闭式先导控制定比减压溢流阀，其特征在于：所述中径段(302)贴合阀套(200)的一侧且朝向小径段(301)的一侧边开设有第二节流口(311)。

4.根据权利要求3所述的一种常闭式先导控制定比减压溢流阀，其特征在于：所述阀套(200)贴合所述中径段(302)的内壁开设有阀套槽(207)，所述阀套槽(207)沿所述阀芯(300)的轴线方向延伸，所述阀套槽(207)的长度小于所述第一节流口(310)与第二节流口(311)的间距。

5.根据权利要求1所述的一种常闭式先导控制定比减压溢流阀，其特征在于：所述中径段(302)的外壁开设有油口凹槽(312)，所述阀芯油口(307)从所述油口凹槽(312)处贯通中径段(302)。

6.根据权利要求1所述的一种常闭式先导控制定比减压溢流阀，其特征在于：所述小径段(301)和所述中径段(302)的外周开设有沿周向延伸的均压槽(313)。

7.根据权利要求1所述的一种常闭式先导控制定比减压溢流阀，其特征在于：减压状态时，被控油口(103)的压力为P1=S1/S2 * P0;

S1为导控腔(309)压力对大径段(304)的作用面积；S2为弹簧腔(306)压力对小径段(301)的作用面积；P0为导控腔(309)的进油压力。

8.据权利要求1所述的一种常闭式先导控制定比减压溢流阀，其特征在于：所述中径段(302)与所述环形段(303)的相连部位设置有圆弧段，所述环形段(303)与大径段(304)的相连部位设置有锥形段。

9.据权利要求1所述的一种常闭式先导控制定比减压溢流阀，其特征在于：所述阀体(100)的内壁开设有第一阀体容纳槽(107)和第二阀体容纳槽(108)，所述第一阀体容纳槽(107)与被控油口(103)连通，所述第二阀体容纳槽(108)与所述进油口(102)连通。

10.据权利要求1所述的一种常闭式先导控制定比减压溢流阀，其特征在于：所述阀体(100)的一端设置有开口(105)，所述阀套(200)和阀芯(300)通过开口(105)进入阀体(100)内，所述开口(105)处安装有堵头(106)。

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