CN117780721A - 一种电控切换阻尼匹配的平衡阀及变幅液压系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电控切换阻尼匹配的平衡阀及变幅液压系统，属于液压技术领域。该平衡阀包括先导阻尼控制通路，先导阻尼控制通路的一端连接平衡阀的反向控制口，另一端连接平衡阀的主阀芯控制腔，用于增大或减小平衡阀的开度。本发明采用电控切换阻尼匹配控制的原理，增加电控切换单元，改变平衡阀控制口的阻尼匹配型式，实现平衡阀不同的先导控制压力输出，进而控制平衡阀的开度，实现变幅油缸重载低速平稳下落和轻载高速下落。

Description

一种电控切换阻尼匹配的平衡阀及变幅液压系统

技术领域

本发明涉及液压技术领域，尤其涉及一种电控切换阻尼匹配的平衡阀及变幅液压系统。

背景技术

在工程机械产品（比如轮式起重机、随车吊、集装箱正面吊、消防车和高空作业车等）的变幅系统中，为保证液压系统的安全性，变幅油缸上均装有具有锁紧功能的液压平衡阀，主要用于防止液压系统内泄引起负载位置的变动或者液压管路损坏造成油缸急速运动引起的安全事故。

通常地，平衡阀正向开启时，液压油直接流经平衡阀内的单向阀进入执行元件的负载腔，反向开启时，需控制液压油进入平衡阀控制腔推动阀芯换向，执行元件负载腔内的液压油才能流经平衡阀回油，执行元件才能下落。现有变幅液压系统（原理如图1所示）的工作原理为：①变幅起升，控制阀内的-Y1b电磁阀得电，阀换向到右位，液压泵的压力油经过控制阀P-A进入平衡阀的A口，再到变幅油缸的无杆腔，推动油缸伸出，变幅起升，同时油缸有杆腔压力油回油经过控制阀B-T回油箱；②变幅下落，控制阀内的-Y1a电磁阀得电，阀换向到左位，液压泵的压力油经过控制阀P-B进入变幅油缸的有杆腔，同时进入平衡阀的控制X口，推动平衡阀阀芯开启，使其换向至左位，然后变幅油缸无杆腔液压油经过平衡阀反向流出，再经过控制阀A-T回油箱；③中位锁止，控制阀不换向动作，液压泵的压力油经过主溢流阀RV1流回T口到油箱，液压油缸在平衡阀的锁止作用下不动。其中，变幅下落过程的运动机理为：首先控制阀换向开启，液压泵油源进入变幅油缸的有杆腔，同时变幅油缸的有杆腔建压，变幅下落口感受负载压力，将分流阀关小；当变幅油缸的有杆腔供油压力达到平衡阀的开启压力时，平衡阀打开，变幅油缸的无杆腔回油，由于不同变幅吊重工况（对应负载不同），平衡阀两端的压差也不同，负载越大其压差也越大；在大压差下，相同的平衡阀开度大时通流量也增大（通过平衡阀的流量-压差可根据公式：Q=C*A*sqrt(△p/ρ)可知，平衡阀反向通流量与阀口开度大小和阀前后压差相关，其中Q为流量，C为流量系数，A为过流面积，△p为压差，ρ为液压油密度），这样变幅油缸快速下落，变幅油缸的有杆腔的压力也会相应降低（需要补油），而其压力降低进而导致平衡阀的开度变小，变幅油缸回油流量降低速度下降，进而变幅油缸有杆腔的压力又升高，如此循环往复就产生了变幅下落抖动或速度过慢。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种电控切换阻尼匹配的平衡阀及变幅液压系统，以解决现有平衡阀组成的变幅液压系统存在变幅下落抖动或速度过慢的问题。

为解决上述技术问题，本发明是采用下述方案实现的：

本发明提供了一种电控切换阻尼匹配的平衡阀，包括先导阻尼控制通路，先导阻尼控制通路的一端连接平衡阀的反向控制口，另一端连接平衡阀的主阀芯控制腔，用于增大或减小平衡阀的开度。

进一步地，先导阻尼控制通路包括电磁阀、一个进油阻尼和两个旁通阻尼；进油阻尼的一端连接平衡阀的反向控制口，另一端连接平衡阀的主阀芯控制腔；两个旁通阻尼的一端均连接在进油阻尼的另一端和平衡阀的主阀芯控制腔相连的通路上，另一端相连；靠近进油阻尼的一个旁通阻尼至其一端的通路上连接有电磁阀。

进一步地，先导阻尼控制通路包括电磁阀、两个进油阻尼和一个旁通阻尼；旁通阻尼的一端连接平衡阀的主阀芯控制腔；两个进油阻尼的一端均连接在旁通阻尼的一端和平衡阀的主阀芯控制腔相连的通路上，另一端相连并与平衡阀的反向控制口连接；电磁阀连接在两个进油阻尼的另一端相连的通路上。

进一步地，电磁阀为两位二通电磁阀。

本发明还提供一种变幅液压系统，包括油箱、液压泵、控制阀、压力传感器、变幅油缸和前述电控切换阻尼匹配的平衡阀；

油箱连接控制阀的回油口，液压泵的一端连接油箱，另一端连接控制阀的进油口；电控切换阻尼匹配的平衡阀的一工作油口连接控制阀的一工作油口，另一工作油口连接变幅油缸的无杆腔，控制阀的另一工作油口连接变幅油缸的有杆腔；平衡阀的反向控制口连接变幅油缸的有杆腔和控制阀的另一工作油口相连的通路，旁通阻尼的另一端连接油箱；压力传感器连接变幅油缸的无杆腔，电磁阀的通断根据压力传感器检测到的变幅油缸无杆腔压力闭环控制。

进一步地，控制阀包括电磁换向阀、分流阀、主溢流阀和二次溢流阀；电磁换向阀的进油口以及分流阀和主溢流阀的一端连接控制阀的进油口，电磁换向阀的回油口以及分流阀、主溢流阀和二次溢流阀的另一端连接控制阀的回油口，电磁换向阀的一工作油口连接控制阀的一工作油口，电磁换向阀的另一工作油口和二次溢流阀的一端连接控制阀的另一工作油口。

进一步地，电磁换向阀为三位五通电磁换向阀。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

1、本发明轻载下落效率高：通过电控切换阻尼匹配一，增大平衡阀控制端先导输出控制压力，提高平衡阀开度，增大其回油过流面积，回油流量大，下落速度更快。

2、本发明重载下落平稳性高：通过电控切换阻尼匹配二，减小平衡阀控制端先导输出控制压力，就是X口压力波动大，而平衡阀主阀芯开度的波动变小，在大负载压差下的回油流量波动也减小，故其下落平稳性更高。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种现有变幅液压系统原理图；

图2为本发明实施例提供的一种电控切换阻尼匹配的平衡阀原理图；

图3为本发明实施例提供的另一种电控切换阻尼匹配的平衡阀原理图；

图4为本发明实施例提供的采用一种电控切换阻尼匹配的平衡阀的变幅液压系统原理图；

图5为本发明实施例提供的采用一种电控切换阻尼匹配的平衡阀的变幅液压系统仿真模型图；

图6为本发明实施例提供的采用一种电控切换阻尼匹配的平衡阀的变幅液压系统截止一路旁通阻尼的仿真曲线；

图7为本发明实施例提供的采用一种电控切换阻尼匹配的平衡阀的变幅液压系统导通一路旁通阻尼的仿真曲线；

图8为本发明实施例提供的采用一种电控切换阻尼匹配的平衡阀的变幅液压系统导通一路旁通阻尼一段时间后的仿真曲线；

图中：1、液压泵；2、控制阀；3、平衡阀；4、压力传感器；5、变幅油缸；6、电控切换阻尼匹配的平衡阀。

实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“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。

实施例一

如图2所示，本实施例提供一种电控切换阻尼匹配的平衡阀，该电控切换阻尼匹配的平衡阀6包括先导阻尼控制通路，先导阻尼控制通路包括两位二通电磁阀、进油阻尼D1、旁通阻尼D2和旁通阻尼D3；进油阻尼D1的一端连接平衡阀的反向控制口即X口，另一端连接平衡阀的主阀芯控制腔；旁通阻尼D2和旁通阻尼D3的一端均连接在进油阻尼D1的另一端和平衡阀的主阀芯控制腔相连的通路上，另一端相连；靠近进油阻尼D1的旁通阻尼D2至其一端的通路上连接有两位二通电磁阀。

该电控切换阻尼匹配的平衡阀6目的在于改变平衡阀反向开启-全开的控制压力值，在现有平衡阀结构上改变控制端盖结构，新增加一个先导阻尼控制通路，依靠两位二通电磁阀实现平衡阀先导控制阻尼匹配的改变；再结合变幅油缸无杆腔压力检测，闭环控制两位二通电磁阀的通断，进而控制平衡阀的开度，实现轻载工况和重载工况下的变幅下落控制，达成变幅油缸重载低速平稳下落和轻载高速下落的目的。

实施例二

如图3所示，本实施例提供另一种电控切换阻尼匹配的平衡阀，该电控切换阻尼匹配的平衡阀6包括先导阻尼控制通路，先导阻尼控制通路包括两位二通电磁阀、进油阻尼D1、进油阻尼D2和旁通阻尼D3；旁通阻尼D3的一端连接平衡阀的主阀芯控制腔；进油阻尼D1和进油阻尼D2的一端均连接在旁通阻尼D3的一端和平衡阀的主阀芯控制腔相连的通路上，另一端相连并与平衡阀的反向控制口即X口连接；两位二通电磁阀连接在进油阻尼D1和进油阻尼D2的另一端相连的通路上。

该电控切换阻尼匹配的平衡阀6目的在于改变平衡阀反向开启-全开的控制压力值，在现有平衡阀结构上改变控制端盖结构，新增加一个先导阻尼控制通路，依靠两位二通电磁阀实现平衡阀先导控制阻尼匹配的改变；再结合变幅油缸无杆腔压力检测，闭环控制两位二通电磁阀的通断，进而控制平衡阀的开度，实现轻载工况和重载工况下的变幅下落控制，达成变幅油缸重载低速平稳下落和轻载高速下落的目的。

实施例三

本实施例提供一种变幅液压系统，实现变幅油缸重载低速平稳下落和轻载高速下落。

如图4所示，该变幅液压系统采用实施例一所述一种电控切换阻尼匹配的平衡阀6，该变幅液压系统还包括油箱、液压泵1、控制阀2、压力传感器4和变幅油缸5；油箱连接控制阀2的回油口，液压泵1的一端连接油箱，另一端连接控制阀2的进油口；电控切换阻尼匹配的平衡阀6的一工作油口连接控制阀2的一工作油口，另一工作油口连接变幅油缸5的无杆腔，控制阀2的另一工作油口连接变幅油缸5的有杆腔；电控切换阻尼匹配的平衡阀6的反向控制口即X口连接变幅油缸5的有杆腔和控制阀2的另一工作油口相连的通路，旁通阻尼D2和旁通阻尼D3的另一端连接油箱；压力传感器4连接变幅油缸5的无杆腔，两位二通电磁阀的通断根据压力传感器4检测到的变幅油缸5无杆腔压力闭环控制。

控制阀2包括三位五通电磁换向阀、分流阀FV1、主溢流阀RV1和二次溢流阀RV2；三位五通电磁换向阀的进油口以及分流阀FV1和主溢流阀RV1的一端连接控制阀2的进油口，三位五通电磁换向阀的回油口以及分流阀FV1、主溢流阀RV1和二次溢流阀RV2的另一端连接控制阀2的回油口，三位五通电磁换向阀的一工作油口连接控制阀2的工作油口，三位五通电磁换向阀的另一工作油口和二次溢流阀RV2的一端连接控制阀2的另一工作油口。

工作原理：1）轻载工况：通过压力传感器4检测油缸无杆腔压力值P≤P1（设定值），则认为是轻载状态，控制两位二通电磁阀-Y2得电，这样只有旁通阻尼D3泄油，在同样的平衡阀X口压力下，输出控制压力升高，平衡阀开度大，使得回油流量大，变幅下落速度快；2）重载工况：通过压力传感器4检测油缸无杆腔压力值P≥P2（设定值），则认为是重载状态，控制两位二通电磁阀-Y2失电，这样旁通阻尼D2+旁通阻尼D3并列泄油，在同样的平衡阀X口压力下，输出控制压力降低，平衡阀开度变小，使得大压差下的回油流量减小，变幅下落速度变慢，动作会趋于平稳。

相比现有变幅液压系统，应用该电控切换阻尼匹配的平衡阀6具有明显的优势：1）轻载下落效率高：通过电控切换阻尼匹配一，增大平衡阀控制端先导输出控制压力，提高平衡阀开度，增大其回油过流面积，回油流量大，下落速度更快；2）重载下落平稳性高：通过电控切换阻尼匹配二，减小平衡阀控制端先导输出控制压力，就是X口压力波动大，而平衡阀主阀芯开度的波动变小，在大负载压差下的回油流量波动也减小，故其下落平稳性更高。

实施例四

本实施例提供另一种变幅液压系统，实现变幅油缸重载低速平稳下落和轻载高速下落。

本实施例提供的另一种变幅液压系统与实施例三提供的一种变幅液压系统的区别在于，采用实施例二所述另一种电控切换阻尼匹配的平衡阀6；该变幅液压系统还包括油箱、液压泵1、控制阀2、压力传感器4和变幅油缸5；油箱连接控制阀2的回油口，液压泵1的一端连接油箱，另一端连接控制阀2的进油口；电控切换阻尼匹配的平衡阀6的一工作油口连接控制阀2的一工作油口，另一工作油口连接变幅油缸5的无杆腔，控制阀2的另一工作油口连接变幅油缸5的有杆腔；电控切换阻尼匹配的平衡阀6的反向控制口即X口连接变幅油缸5的有杆腔和控制阀2的另一工作油口相连的通路，旁通阻尼D3的另一端连接油箱；压力传感器4连接变幅油缸5的无杆腔，两位二通电磁阀的通断根据压力传感器4检测到的变幅油缸5无杆腔压力闭环控制。

控制阀2包括三位五通电磁换向阀、分流阀FV1、主溢流阀RV1和二次溢流阀RV2；三位五通电磁换向阀的进油口以及分流阀FV1和主溢流阀RV1的一端连接控制阀2的进油口，三位五通电磁换向阀的回油口以及分流阀FV1、主溢流阀RV1和二次溢流阀RV2的另一端连接控制阀2的回油口，三位五通电磁换向阀的一工作油口连接控制阀2的工作油口，三位五通电磁换向阀的另一工作油口和二次溢流阀RV2的一端连接控制阀2的另一工作油口。

工作原理：1）轻载工况：通过压力传感器4检测油缸无杆腔压力值P≤P1（设定值），则认为是轻载状态，控制两位二通电磁阀-Y2失电，这样进油阻尼D1+进油阻尼D2并列进油，在同样的平衡阀X口压力下，输出控制压力升高，平衡阀开度大，使得回油流量大，变幅下落速度快；2）重载工况：通过压力传感器4检测油缸无杆腔压力值P≥P2（设定值），则认为是重载状态，控制两位二通电磁阀-Y2得电，这样只有进油阻尼D1进油，在同样的平衡阀X口压力下，输出控制压力降低，平衡阀开度变小，使得大压差下的回油流量减小，变幅下落速度变慢，动作会趋于平稳。

相比现有变幅液压系统，应用该电控切换阻尼匹配的平衡阀6具有明显的优势：1）轻载下落效率高：通过电控切换阻尼匹配一，增大平衡阀控制端先导输出控制压力，提高平衡阀开度，增大其回油过流面积，回油流量大，下落速度更快；2）重载下落平稳性高：通过电控切换阻尼匹配二，减小平衡阀控制端先导输出控制压力，就是X口压力波动大，而平衡阀主阀芯开度的波动变小，在大负载压差下的回油流量波动也减小，故其下落平稳性更高。

仿真模拟

以实施例三提供的一种变幅液压系统为仿真对象，搭建如图5所示采用一种电控切换阻尼匹配的平衡阀的变幅液压系统仿真模型进行仿真。从仿真输出曲线（图6）可以看出，如果将控制端盖内的一路旁通阻尼截止，下落出现轻微的压力波动，但下落速度很快。再次仿真，将旁通阻尼电控导通后：从仿真输出曲线（图7和图8）可以看出，当电控切换使得旁通阻尼导通之后，下落时平衡阀开度降低，回油流量明显降低，下落速度变慢。

综上，本发明采用电控切换阻尼匹配控制的原理，增加电控切换单元，采用变幅油缸无杆腔压力检测的闭环反馈控制方法，通过压力识别负载是轻载或重载，自动控制平衡阀控制端盖处的电磁阀，改变平衡阀控制口的阻尼匹配型式，实现平衡阀不同的先导控制压力输出，进而控制平衡阀的开度，实现变幅油缸重载低速平稳下落和轻载高速下落。

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 (7)

1.一种电控切换阻尼匹配的平衡阀，其特征在于，包括先导阻尼控制通路，先导阻尼控制通路的一端连接平衡阀的反向控制口，另一端连接平衡阀的主阀芯控制腔，用于增大或减小平衡阀的开度。

2.根据权利要求1所述电控切换阻尼匹配的平衡阀，其特征在于，先导阻尼控制通路包括电磁阀、一个进油阻尼和两个旁通阻尼；进油阻尼的一端连接平衡阀的反向控制口，另一端连接平衡阀的主阀芯控制腔；两个旁通阻尼的一端均连接在进油阻尼的另一端和平衡阀的主阀芯控制腔相连的通路上，另一端相连；靠近进油阻尼的一个旁通阻尼至其一端的通路上连接有电磁阀。

3.根据权利要求1所述电控切换阻尼匹配的平衡阀，其特征在于，先导阻尼控制通路包括电磁阀、两个进油阻尼和一个旁通阻尼；旁通阻尼的一端连接平衡阀的主阀芯控制腔；两个进油阻尼的一端均连接在旁通阻尼的一端和平衡阀的主阀芯控制腔相连的通路上，另一端相连并与平衡阀的反向控制口连接；电磁阀连接在两个进油阻尼的另一端相连的通路上。

4.根据权利要求2或3所述电控切换阻尼匹配的平衡阀，其特征在于，电磁阀为两位二通电磁阀。

5.一种变幅液压系统，其特征在于，包括油箱、液压泵、控制阀、压力传感器、变幅油缸和权利要求2至3任一项所述电控切换阻尼匹配的平衡阀；

油箱连接控制阀的回油口，液压泵的一端连接油箱，另一端连接控制阀的进油口；电控切换阻尼匹配的平衡阀的一工作油口连接控制阀的一工作油口，另一工作油口连接变幅油缸的无杆腔，控制阀的另一工作油口连接变幅油缸的有杆腔；平衡阀的反向控制口连接变幅油缸的有杆腔和控制阀的另一工作油口相连的通路，旁通阻尼的另一端连接油箱；压力传感器连接变幅油缸的无杆腔，电磁阀的通断根据压力传感器检测到的变幅油缸无杆腔压力闭环控制。

6.根据权利要求5所述变幅液压系统，其特征在于，控制阀包括电磁换向阀、分流阀、主溢流阀和二次溢流阀；电磁换向阀的进油口以及分流阀和主溢流阀的一端连接控制阀的进油口，电磁换向阀的回油口以及分流阀、主溢流阀和二次溢流阀的另一端连接控制阀的回油口，电磁换向阀的一工作油口连接控制阀的一工作油口，电磁换向阀的另一工作油口和二次溢流阀的一端连接控制阀的另一工作油口。

7.根据权利要求5所述变幅液压系统，其特征在于，电磁换向阀为三位五通电磁换向阀。