CN117823482A - 一种电比例恒压控制器及液压元件 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种电比例恒压控制器及液压元件，该电比例恒压控制器包括比例电磁铁、阀体、阀芯、弹性件和推杆；阀体设有阀腔，阀体的侧壁设有进油管路、工作管路和回油管路；阀芯滑动设于阀腔内部，当阀芯处于第一工位时，进油管路与工作管路通过阀腔连通，当阀芯处于第二工位时，工作管路与回油管路通过阀腔连通；当阀芯处于稳压工位时，进油管路、工作管路以及回油管路中任意两个管路均不连通；比例电磁铁与阀体传动连接；推杆位于阀腔内部，推杆与阀芯配合形成驱动腔，驱动腔通过阀腔与进油管路连通。本申请的电比例恒压控制器通过将阀芯和比例电磁铁做成一级结构，并与弹性件和推杆配合，对液压元件的工作压力进行控制。

Description

一种电比例恒压控制器及液压元件

技术领域

本申请涉及液压控制领域，尤其涉及一种电比例恒压控制器及液压元件。

背景技术

现有的变量式液压泵、马达用电比例恒压控制器采用先导级和功率输出级两级结构：先导级为一液压半桥回路，由电比例溢流阀和固定节流孔组成；功率输出级为一两位三通滑阀。先导级的输出去控制功率级滑阀的开口，滑阀的输出压力再去控制液压元件的变量机构，通过自动调节液压元件的使用排量，使液压元件的工作压力维持在一恒定预设值，此预设值与电比例溢流阀的输入信号成比例。现有控制器结构复杂、零件多、成本高，且先导级和功率级自身均为闭环控制，很容易产生系统振荡。

发明内容

本申请公开了一种电比例恒压控制器及液压元件，通过将阀芯和比例电磁铁做成一级结构，取消先导级，在简化结构、减少零件数量、降低成本的基础上，又能实现同样的控制功能，且不易发生系统振荡。

为达到上述目的，本申请提供以下技术方案：

一种电比例恒压控制器，包括比例电磁铁、阀体、阀芯、弹性件和推杆；

所述阀体设有阀腔，所述阀体的侧壁设有进油管路、工作管路和回油管路；所述阀芯滑动设于所述阀腔内部，所述阀芯相对所述阀体具有第一工位、第二工位和稳压工位，当所述阀芯处于所述第一工位时，所述进油管路与所述工作管路通过所述阀腔连通，当所述阀芯处于所述第二工位时，所述工作管路与所述回油管路通过所述阀腔连通；当所述阀芯处于所述稳压工位时，所述进油管路、所述工作管路以及所述回油管路中任意两个管路均不连通；

所述比例电磁铁与所述阀体传动连接，用于驱动所述阀体在所述第一工位和所述第二工位之间切换；

所述弹性件一端与所述阀体连接，另一端与所述阀芯连接，用于始终为所述阀芯提供由所述第二工位向所述第一工位切换的作用力；

所述推杆位于所述阀腔内部，且所述推杆一端与所述阀体连接，另一端与所述阀芯配合形成驱动腔，所述驱动腔通过所述阀腔与所述进油管路连通，用于为所述阀芯提供由所述第二工位向所述第一工位切换的作用力。

上述电比例恒压控制器通过将阀芯和比例电磁铁做成一级结构，并与弹性件和推杆配合，对液压元件的工作压力进行控制。具体地，当比例电磁铁未通电时，阀芯相对阀体处于第一工位，此时进油管路与工作管路通过阀腔连通，油液经进油管路进入阀腔，再由阀腔进入工作管路，最后作用于液压泵、马达变量机构。由于回油管路处于未导通状态，此时工作管路的油压等于进油管路的油压，输出油压最大，则作用于液压泵、马达变量机构的压力最大，液压元件处于最小排量位置。

当比例电磁铁通电瞬间，比例电磁铁推动阀芯向左运动，阀芯相对阀体处于第二工位，此时工作管路与回油管路通过阀腔连通，油液经工作管路瞬间回流至回油管路。由于进油管路处于未导通状态，工作管路的油压会瞬间在回油管路卸掉，使工作管路的输出油压最小，则作用于液压元件变量机构的压力最小，液压元件处于最大排量位置。

比例电磁铁通电前后，弹性件处于压缩状态，推杆与阀芯形成的驱动腔的容积发生由大到小的变化，驱动腔内油压瞬间变大，则阀芯受到的压力和弹性件的弹力之和大于比例电磁铁的推力，即阀芯处于不平衡状态。此时，阀芯将会朝比例电磁铁的方向移动，使得推杆与阀芯形成的驱动腔的容积增大，驱动腔内油压减小，弹性件的弹力减小，最终阀芯受到的压力和弹性件的弹力之和等于比例电磁铁的推力。此时，阀芯相对阀体处于稳压工位，即进油管路、工作管路以及回油管路中任意两个管路均不导通。液压元件变量机构封闭，液压元件处于某一固定排量位置，液压元件实际流量与系统相匹配，工作管路维持在一预设压力。

在一些实施例中，所述推杆朝向所述阀芯一端滑动设于所述阀芯内部，并插入所述驱动腔；

沿所述阀腔的轴线方向，所述驱动腔的径向尺寸等于所述推杆的径向尺寸。

在一些实施例中，所述电比例恒压控制器还包括安装于所述阀腔内部的弹性件安装座，所述弹性件安装座套设于所述阀芯外侧；所述阀芯的端部形成有环形凸沿，所述弹性件套设于所述阀芯外侧，且一端与所述弹性件安装座抵接，另一端与所述环形凸沿抵接。

在一些实施例中，所述电比例恒压控制器还包括调节件，所述调节件贯穿所述阀体侧壁并插入所述阀腔内部，所述调节件插入所述阀腔内部一端具有驱动斜面，所述驱动斜面与所述弹性件安装座抵接，用于调节所述弹性件的预压缩量。

在一些实施例中，所述弹性件安装座上设置有与所述驱动斜面配合的导引斜面。

在一些实施例中，所述工作管路在所述阀体外壁上形成工作油口，所述工作管路靠近所述工作油口一侧设置有节流堵。

在一些实施例中，沿所述阀腔的轴线方向，所述阀芯在所述工作管路部分具有靠近所述推杆的第一环形凸起和远离所述推杆的第二环形凸起，所述第一环形凸起的径向尺寸大于所述第二环形凸起的径向尺寸。

在一些实施例中，所述阀腔包括第一活动腔和第二活动腔，所述第一活动腔和所述第二活动腔分别位于所述阀芯相对的两侧；

所述阀体内部还设有第一过渡管路和第二过渡管路，其中所述第一过渡管路连通所述第一活动腔和所述回油管路，所述第二过渡管路连通所述第二活动腔和所述回油管路。

在一些实施例中，所述阀体沿第一方向设有第一通路，沿第二方向设有第二通路和第三通路，所述第二通路和所述第三通路通过所述第一通路连通；其中，所述第一方向为所述阀腔的轴线方向，所述第二方向与所述第一方向垂直；

所述第一活动腔室通过所述第二通路与所述第一通路连通，所述第二活动腔室通过所述第三通路与所述第一通路连通，所述回油管路与所述第一通路连通。

本申请还提供一种液压元件，包括所述的电比例恒压控制器。

附图说明

图1为传统电比例恒压控制器的工作原理图；

图2为传统电比例恒压控制器的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种电比例恒压控制器的工作原理图；

图4为本申请实施例提供的一种电比例恒压控制器的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的另一种电比例恒压控制器的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的另一种电比例恒压控制器的结构示意图；

图7为图6的B-B的剖面图；

图8为本申请实施例提供的一种节流孔的结构示意图；

图9为本申请实施例提供的某一比例电磁铁电流-推力曲线；

图10为本申请实施例提供的一种液压元件控制特性曲线示意；

图标：1、比例电磁铁；2、阀体；3、阀芯；4、弹性件；5、推杆；6、进油管路；7、工作管路；8、回油管路；9、驱动腔；10、弹性件安装座套；11、调节件；12、节流堵；13、节流孔；14、第一活动腔；15、第二活动腔；16、第一过渡管路；17、第二过渡管路；18、螺堵；19、密封螺母；21、第一环形凸起；22、第二环形凸起；A、工作油口；01、第一通路；02、第二通路；03、第三通路。

具体实施方式

现有的变量式液压元件用电比例恒压控制器采用先导级和功率输出级两级结构，即通过先导级的输出先去控制功率级滑阀的开口，接着滑阀的输出压力再去控制液压元件的变量机构。通过自动调节液压元件的使用排量，使液压元件工作压力维持在一恒定预设值。如图1-图2所示，其工作原理为：

电磁铁未通电时：此时比例电磁铁1设定压力最低，其出口直接与壳体泄油相同。由于节流孔13的存在，液压元件的工作油液在流经节流孔13时产生压差，当此压差值大于弹簧预紧力时，阀芯3开启，输出压力至液压元件变量结构，使元件处于最小排量状态；

电磁铁通电瞬间：比例电磁铁1开口关闭，节流孔13后变成封闭容腔，此时由于没有油液流经节流孔，节流孔前、后压力一致，在弹簧的作用下，液压元件变量机构与控制器回油接通，此时元件处于最大排量状态；

稳定状态：液压元件工作口压力升高，使得节流孔13后的压力同步升高，当此压力高于比例电磁铁1设定压力时，比例电磁铁1开启，此时有油液流经节流孔13，产生压差，此压差推动阀芯3关闭阀口，当液压元件的流量与系统匹配时，此时液压元件固定在某一排量，保持其工作要为恒定值。改变比例阀输入电流，即可改变工作口的设定压力。

由图1可知，为了实现控制功能，始终有一定的流量流经比例电磁铁1后进入壳体回油，造成了额外的功率损失。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。其中，在本申请实施例的描述中，除非另有说明，“/”表示或的意思，例如，A/B可以表示A或B；文本中的“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况，另外，在本申请实施例的描述中，“多个”是指两个或多于两个。

以下，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为暗示或暗示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“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，在本申请实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

第一方面，本申请实施例提供了一种电比例恒压控制器，其特征在于，包括比例电磁铁1、阀体2、阀芯3、弹性件4和推杆5；

阀体2设有阀腔，阀体2的侧壁设有进油管路6、工作管路7和回油管路8；阀芯3滑动设于阀腔内部，阀芯3相对阀体2具有第一工位、第二工位和稳压工位，当阀芯3处于第一工位时，进油管路6与工作管路7通过阀腔连通，当阀芯3处于第二工位时，工作管路7与回油管路8通过阀腔连通；当阀芯3处于稳压工位时，进油管路6、工作管路7以及回油管路8中任意两个管路均不连通；

比例电磁铁1与阀体2传动连接，用于驱动阀体2在第一工位和第二工位之间切换；

弹性件4一端与阀体2连接，另一端与阀芯3连接，用于始终为阀芯3提供由第二工位向第一工位切换的作用力；

推杆5位于阀腔内部，且推杆5一端与阀体2连接，另一端与阀芯3配合形成驱动腔9，驱动腔9通过阀腔与进油管路6连通，用于为阀芯3提供由第二工位向第一工位切换的作用力。

一种可能实现的方式中，参照图3和图4，当比例电磁铁1未通电时，阀芯3相对阀体2处于第一工位，此时进油管路6与工作管路7通过阀腔连通，油液经进油管路6进入阀腔，再由阀腔进入工作管路7，最后作用于液压元件变量机构。由于回油管路8处于未导通状态，此时工作管路7的油压等于进油管路6的油压，输出油压最大，则作用于液压元件变量机构的压力最大，液压元件处于最小排量位置。

参照图3和图5，当比例电磁铁1通电瞬间，比例电磁铁1推动阀芯3向左运动，阀芯3相对阀体2处于第二工位，此时工作管路7与回油管路8通过阀腔连通，油液经工作管路7瞬间回流至回油管路8。由于进油管路6处于未导通状态，工作管路7的油压会瞬间在回油管路8卸掉，使工作管路7的输出油压最小，则作用于液压元件变量机构的压力最小，液压元件处于最大排量位置。

参照图3和图6，比例电磁铁1通电前后，弹性件4处于压缩状态，推杆5与阀芯3形成的驱动腔9的容积发生由大到小的变化，驱动腔9内油压瞬间变大，则阀芯3受到的压力和弹性件4的弹力之和大于比例电磁铁1的推力，即阀芯3处于不平衡状态。此时，阀芯3将会朝比例电磁铁1的方向移动，使得推杆5与阀芯3形成的驱动腔9的容积增大，驱动腔9内油压减小，弹性件4的弹力减小，最终阀芯3受到的压力和弹性件4的弹力之和等于比例电磁铁1的推力。此时，阀芯3相对阀体2处于稳压工位，即进油管路6、工作管路7以及回油管路8中任意两个管路均不导通。液压元件变量机构封闭，液压元件处于某一固定排量位置，液压元件实际流量与系统相匹配，工作管路7维持在一预设压力。

本申请实施例的电比例恒压控制器通过将阀3和比例电磁铁1做成一级结构，并与弹性件4和推杆5配合，实现对液压元件的工作压力的控制，且电比例恒压控制器为单一闭环回路，稳定性更好。

在一些实施例中，推杆5朝向阀芯3一端滑动设于阀芯3内部，并插入驱动腔9；沿阀腔的轴线方向，驱动腔9的径向尺寸等于推杆5的径向尺寸。

一种可能实现的方式中，参照图4，进油管路6始终通过阀腔与驱动腔9连通，推杆5插入驱动腔9并与驱动腔9滑动配合，使得驱动腔9的实际容积发生变化，进而改变驱动腔9内的油压。由于驱动腔9的径向尺寸等于推杆5的径向尺寸，则阀芯3受压面积等于推杆5的横截面积。

需要说明的是，比例电磁铁1的推力实际较小，为了减小阀芯3受到的油压压力(阀芯3受到的油压压力＝油压×阀芯3的受压面积)，本申请实施例通过设置推杆5使油液与阀芯3的部分横截面接触，通过减小阀芯3的受压面积来减小阀芯3受到的油压压力，从而实现阀芯3受到的压力、弹性件4的弹力和比例电磁铁1的推力之间的平衡。

在一些实施例中，电比例恒压控制器还包括安装于阀腔内部的弹性件安装座10，弹性件安装座套10设于阀芯3外侧；阀芯3的端部形成有环形凸沿，弹性件4套设于阀芯3外侧，且一端与弹性件安装座10抵接，另一端与环形凸沿抵接。

一种可能实现的方式中，参照图4，当比例电磁铁1通电瞬间，比例电磁铁1推动阀芯3的环形凸沿向左移动，使弹性件4处于更大的压缩状态。示例性的，弹性件4可以是弹簧等。

在一些实施例中，电比例恒压控制器还包括调节件11，调节件11贯穿阀体2侧壁并插入阀腔内部，调节件11插入阀腔内部一端具有驱动斜面，驱动斜面与弹性件安装座10抵接，用于调节弹性件4的预压缩量，弹性件安装座10上设置有与驱动斜面配合的导引斜面。

一种可能实现的方式中，参照图7，调节件11头部的驱动斜面为一特定锥面，弹性件安装座10远离比例电磁铁1的一端也设有导引斜面，且该导引斜面为与调节件11头部的锥面配合的锥面。为了保持批量一致性，弥补制造误差，本申请的电比例恒压控制器集成微调结构，通过调整调节件11在阀体2的拧入深度，可间接调整弹性件安装座10的轴向位置，实现弹性件4预压缩量调整的目的。示例性的，调节件11可以为调节螺钉等。

在一些实施例中，工作管路7在阀体2外壁上形成工作油口A，工作管路7靠近工作油口A一侧设置有节流堵12。

一种可能实现的方式中，参照图5，阀芯3相对阀体2处于第二工位时，工作管路7中的节流堵12可以根据实际情况调节响应时间，调整油液由工作管路7回流至回油管路8的速度。

在一些实施例中，沿阀腔的轴线方向，阀芯2在工作管路7部分具有靠近推杆5的第一环形凸起21和远离推杆5的第二环形凸起22，第一环形凸起21的径向尺寸大于第二环形凸起22的径向尺寸。

一种可能实现的方式中，参照图8，第二环形凸起22与阀腔形成节流孔13，工作管路7中的油可通过节流孔13进入回油管路8中，用于减小液压元件变量机构在变量时的油液冲击。

在一些实施例中，阀腔包括第一活动腔14和第二活动腔15，第一活动腔14和第二活动腔15分别位于阀芯3相对的两侧；

阀体内部还设有第一过渡管路16和第二过渡管路17，其中第一过渡管路16连通第一活动腔14和回油管路8，第二过渡管路17连通第二活动腔15和回油管路8。

一种可能实现的方式中，参照图4，在实际应用过程中，不可避免油液会经阀芯3的周侧进入第一活动腔14和第二活动腔15，为了保证第一活动腔14和第二活动腔15的压力为零，本申请实施例通过设置与回油管路8连通的第一过渡管路16和第二过渡管路17将第一活动腔14和第二活动腔15中的油液引入回油管路8中，避免阀芯3两端存在压力。

在一些实施例中，阀体2沿第一方向设有第一通路01，沿第二方向设有第二通路02和第三通路03，第二通路02和第三通路03通过第一通路01连通；其中，第一方向为阀腔的轴线方向，第二方向与第一方向垂直；

第一活动腔室14通过第二通路02与第一通路01连通，第二活动腔室15通过第三通路03与第一通路01连通，回油管路8与第一通路01连通。

一种可能实现的方式中，参照图4，第一过渡管路16和第二过渡管路17可以包括依次连通的第二通路02、第一通路01和第三通路03，回油管路8与第一通路01连通，用于使第一活动腔室14的油经第二通路02和第一通路01，第二活动腔室15的油经第三通路03和第一通路01回流至回油管路8。

此外，为了密封阀腔、第一通路01、第二通路02和第三通路03，本申请在阀腔、第一通路01、第二通路02和第三通路03与阀体2侧壁连接处设有螺堵18。为了实现阀体2侧壁与调节件11之间的密封，在调节件11与阀体2侧壁连接处设有密封螺母19。

需要补充说明的是，本申请实施例的比例电磁铁1的推力可通过改变电流进行调整，参照图9和图10，为某一比例电磁铁1电流和推力曲线，可知改变电流，即可改变比例电磁铁1的输出推力，进而改变设定压力。实现机理为：P_s*A_s+F_Spring＝F_solenoid，其中P_s为液压元件工作压力，A_s为阀芯3受压面积，F_Spring弹性件的弹力，F_solenoid为比例电磁铁1的推力，与比例电磁铁1输入信号成比例关系。由于弹性件设定力F_Spring为一常数，通过换算可知P_s＝(F_solenoid-F_Spring)/A_s＝F_solenoid/A_s-F_Spring/A_s＝F_solenoid/A_s-constant，即可知P_s与比例电磁铁1输入信号成比例关系。

本申请实施例的电比例恒压控制器通过比例电磁铁1直接驱动阀芯3，输出压力再驱动液压元件变量机构运动，使液压元件的工作压力始终维持在一预设恒定值；此预设值与比例电磁铁1的推力成比例，通过改变比例电磁铁1的电流，可以实现液压元件的工作压力比例变化，满足实际工况的需求。

本申请实施例还提供一种液压元件，包括如第一方面的电比例恒压控制器，液压元件可以为液压泵或马达。由于液压元件包括电比例恒压控制器的全部技术特征，因此，液压元件也包括电比例恒压控制器的全部有益效果，在此不再赘述。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种电比例恒压控制器，其特征在于，包括比例电磁铁、阀体、阀芯、弹性件和推杆；

所述阀体设有阀腔，所述阀体的侧壁设有进油管路、工作管路和回油管路；所述阀芯滑动设于所述阀腔内部，所述阀芯相对所述阀体具有第一工位、第二工位和稳压工位，当所述阀芯处于所述第一工位时，所述进油管路与所述工作管路通过所述阀腔连通，当所述阀芯处于所述第二工位时，所述工作管路与所述回油管路通过所述阀腔连通；当所述阀芯处于所述稳压工位时，所述进油管路、所述工作管路以及所述回油管路中任意两个管路均不连通；

所述比例电磁铁与所述阀体传动连接，用于驱动所述阀体在所述第一工位和所述第二工位之间切换；

所述弹性件一端与所述阀体连接，另一端与所述阀芯连接，用于始终为所述阀芯提供由所述第二工位向所述第一工位切换的作用力；

所述推杆位于所述阀腔内部，且所述推杆一端与所述阀体连接，另一端与所述阀芯配合形成驱动腔，所述驱动腔通过所述阀腔与所述进油管路连通，用于为所述阀芯提供由所述第二工位向所述第一工位切换的作用力。

2.根据权利要求1所述电比例恒压控制器，其特征在于，所述推杆朝向所述阀芯一端滑动设于所述阀芯内部，并插入所述驱动腔；

沿所述阀腔的轴线方向，所述驱动腔的径向尺寸等于所述推杆的径向尺寸。

3.根据权利要求2所述电比例恒压控制器，其特征在于，所述电比例恒压控制器还包括安装于所述阀腔内部的弹性件安装座，所述弹性件安装座套设于所述阀芯外侧；所述阀芯的端部形成有环形凸沿，所述弹性件套设于所述阀芯外侧，且一端与所述弹性件安装座抵接，另一端与所述环形凸沿抵接。

4.根据权利要求3所述电比例恒压控制器，其特征在于，所述电比例恒压控制器还包括调节件，所述调节件贯穿所述阀体侧壁并插入所述阀腔内部，所述调节件插入所述阀腔内部一端具有驱动斜面，所述驱动斜面与所述弹性件安装座抵接，用于调节所述弹性件的预压缩量。

5.根据权利要求4所述电比例恒压控制器，其特征在于，所述弹性件安装座上设置有与所述驱动斜面配合的导引斜面。

6.根据权利要求1所述电比例恒压控制器，其特征在于，所述工作管路在所述阀体外壁上形成工作油口，所述工作管路靠近所述工作油口一侧设置有节流堵。

7.根据权利要求1所述电比例恒压控制器，其特征在于，沿所述阀腔的轴线方向，所述阀芯在所述工作管路部分具有靠近所述推杆的第一环形凸起和远离所述推杆的第二环形凸起，所述第一环形凸起的径向尺寸大于所述第二环形凸起的径向尺寸。

8.根据权利要求1所述电比例恒压控制器，其特征在于，所述阀腔包括第一活动腔和第二活动腔，所述第一活动腔和所述第二活动腔分别位于所述阀芯相对的两侧；

所述阀体内部还设有第一过渡管路和第二过渡管路，其中所述第一过渡管路连通所述第一活动腔和所述回油管路，所述第二过渡管路连通所述第二活动腔和所述回油管路。

9.根据权利要求8所述电比例恒压控制器，其特征在于，所述阀体沿第一方向设有第一通路，沿第二方向设有第二通路和第三通路，所述第二通路和所述第三通路通过所述第一通路连通；其中，所述第一方向为所述阀腔的轴线方向，所述第二方向与所述第一方向垂直；

所述第一活动腔室通过所述第二通路与所述第一通路连通，所述第二活动腔室通过所述第三通路与所述第一通路连通，所述回油管路与所述第一通路连通。

10.一种液压元件，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的电比例恒压控制器。