CN1603635A - 一种比例压差控制阀 - Google Patents

Abstract

一种比例压差控制阀，其在原有的阀体、阀芯、比例信号发生装置和压力口、控制口及泄油口等基础上加以改进，即阀芯上分别设有邻近第一容腔的第一台肩和邻近第五容腔的第二台肩，与该两台肩相应处的通道上分别开有沉割槽以形成第二容腔和第四容腔，泄油口和压力口分别与第二、第四容腔相连通，第一、第二台肩的相对侧分别与各自容腔之间形成第一、第二控制边，第一容腔与第四容腔之间，第三容腔与第五容腔之间通过工艺孔相通，且比例信号发生装置在自然状态下，第一控制边为常闭状态，而第二控制边为常开状态。采用上述结构后，随着阀芯在通道内的移动，第二台肩与第四容腔之间形成了一个可变阻尼孔，且其孔径远远大于固定阻尼孔的孔径，因此，在同样的电磁推力下，流过的流量也就增大，从而使得其可用于大流量的压差控制或先导级控制，以满足不同场合的控制需要。

Description

一种比例压差控制阀

技术领域

本发明涉及一种液压控制阀，尤其指一种适用于电液比例流量阀的先导控制或直接用于液压系统中减压，以获得二次压力的比例压差控制阀。

背景技术

在液压传动及控制中，用于比例压力流量阀，比例流量阀，比例方向流量阀的先导级，一般采用电液比例减压阀或带固定阻尼孔的先导控制滑阀，如公开号为CN1337539A的中国发明专利申请《压差反馈型先导控制滑阀》就披露了这样的一种设计方案，该控制滑阀包括阀体、滑阀芯、比例电磁铁和位于阀体上的第一主油口、第二主油口及泄油口，阀体内设有与所述的滑阀芯相匹配的水平布置的横向通道，所述的滑阀芯上设有一柱体凸台，该柱体凸台能随所述的滑阀芯而移动，堵住或打开柱体凸台与阀体间形成的控制油口，滑阀芯的一端与所述的比例电磁铁的顶杆同心相接触，另一端与弹簧相抵，阀体的左侧处设有连通第一主油口与横向通通左端的左侧通道，所述的阀体的中心处则设有一端与横向通道相连通，另一端与第二主油口相连通的纵向通道，在所述的左侧通道与所述的纵向通道之间设有带阻尼孔的阻尼通道，所述的纵向通道的上端与所述的阀体的右上侧通道的左端相沟通，所述的右上侧通道的右端与所述的阀体的右端通道相沟通，所述的阀体的右下侧设有一端与泄油口相连通，另一端与柱体凸台右侧处的横向通道相沟通的右下侧通道。工作时，由于液压油流过阻尼孔时，在第一主油口与第二主油口之间产生的压差同时会作用于滑阀芯的两端，使得滑阀芯在电磁推力和压差的作用下建立动态平衡，使得控制油口具有一个与比例电磁铁电信号相应的开口度，从而达到液压控制的目的。但在实际使用中发现，当该控制滑阀用于大流量控制的场合时，由于受阻尼孔孔径的限制，其流量较小，无法满足这种大流量控制的要求；另外，当其作为一个独立的通断阀进行压差控制时，例如用于控制内燃机气门的单作用油缸，同样，由于受阻尼孔孔径的限制，使得油缸活塞的回程速度较慢，阻力大，以致须在第一主油口与第二主油口之间加设一个辅助阀，如液控单向阀来帮助活塞加快返回速度，但这样往往使得系统复杂化且成本高，因而当需用于这样的场合时，上述先导控制滑阀仍需有待进一步的改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状而提供一种阻尼可变且流量大的比例压差控制阀

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该比例压差控制阀包括阀体、阀芯和比例信号发生装置，所述的阀体上设有压力口、控制口和泄油口，所述阀芯位于阀体上与其相匹配的通道内，其中，所述的压力口通过第一油路与位于阀芯一端的通道形成的第一容腔相连通，而比例信号发生装置与阀芯另一端的通道形成的第五容腔相连通并与阀芯该端的端面相抵，所述的控制口则与阀芯中部处的通道形成的第三容腔相连通，并通过第二油路与第五容腔相连通，其特征在于：所述阀芯上分别设有邻近第一容腔的第一台肩和邻近第五容腔的第二台肩，与该两台肩相应处的通道上分别开有沉割槽以形成第二容腔和第四容腔，所述的泄油口和压力口分别与第二容腔、第四容腔相连通，所述的第一台肩和第二台肩的相对侧分别与各自容腔之间形成第一控制边和第二控制边，且所述的比例信号发生装置在自然状态下，所述的第一控制边为常闭状态，而所述的第二控制边为常开状态。

所述的第一控制边可以由第一台肩侧边与第二容腔侧边之间形成，也可以采用如下方式：在所述的第一台肩外侧表面设有多个随阀芯移动连通第二容腔和第三容腔的轴向斜槽，该轴向斜槽与第二容腔侧边之间形成了上述第一控制边，后者的设计可以使得第一控制边的开口度尽可能地小，以减小系统内部无功消耗流量。

在所述的第一容腔内可以设有使阀芯始终具有向比例信号发生装置侧移动趋势的弹簧，该弹簧采用刚度较小，即相对较软的弹簧，以便比例信号发生装置在自然状态下，第一控制边处于可靠的关闭状态。

所述的比例信号发生装置可以为比例电磁铁，或为力矩马达，也可以为电-机械转换器。

所述的第一油路可以为位于阀芯上连通第一容腔和第四容腔的第一互连通道；也可以为位于阀体上连通第一容腔和压力口的工艺孔，使得结构更加简单，加工方便；当然也可以采用位于阀体外连通第一容腔和压力口的第一管路。

而所述的第二油路可以为位于阀体上连通第三容腔和第五容腔的第二互连通道；也可以为位于阀体外连通第五容腔和控制口的第二管路。

与现有技术相比，本发明的优点在于：采用上述结构后，随着阀芯在通道内的移动，第二台肩与第四容腔侧边之间形成了一个与比例信号发生装置相对应的可变阻尼孔，且其孔径远远大于固定阻尼孔的孔径，因此，在同样的电磁推力下，流过的流量也就增大，从而使得其可用于需要大流量的压差控制或先导级控制，以满足不同场合的控制需要。

附图说明

图1为本发明的第一实施例的结构示意图；

图2为本发明第一实施例作为先导级与主阀配置后的结构示意图；

图3为本发明第一实施例用于内燃机气门中单出杆油缸控制的结构示意图；

图4为本发明的第二实施例的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，该比例压差控制阀包括阀体1、阀芯2和比例信号发生装置，其中比例信号发生装置采用比例电磁铁(图中未视)，所述的阀体1上设有压力口P、控制口A和泄油口T，而阀芯2位于阀体1上与其相匹配的通道内，从而使位于阀芯2一端(即阀芯的左端)的通道形成的第一容腔11，位于阀芯2另一端(即阀芯的右端)的通道形成的第五容腔15，且该第五容腔15与比例电磁铁的内腔相通，比例电磁铁的顶杆4则与阀芯2该端的端面相抵；而所述的第一容腔11内设有比较软的弹簧3，该弹簧3一端与阀芯2左端面相低，另一端与弹簧座相抵，而弹簧座与阀体1密封连接，使得阀芯2始终具有向电磁铁侧移动的趋势，从而保证工作过程中阀芯2与电磁铁的顶杆4始终处于相接触的状态。

同时在阀芯2上还分别设有邻近第一容腔11的第一台肩21和邻近第五容腔15的第二台肩22，与该两台肩相应处的通道上分别开有沉割槽以形成第二容腔12和第四容腔14，并在第二容腔12与第四容腔14之间形成第三容腔13，即阀芯2中部处的通道形成第三容腔13。上述第一台肩21、第二台肩22的相对侧分别与各自容腔侧边之间形成第一控制边C1和第二控制边C2，当比例电磁铁在自然状态下，即无电信号的状态下，在上述软弹簧3及残余压差的作用下，所述的第一控制边C1为常闭状态，而第二控制边C2为常开状态。

上述压力口P与第四容腔14相连通，并通过第一油路与第一容腔11相连通，而所述的控制口A与第三容腔13相连通，并通过第二油路与第五容腔15相连通，在本实施例中，第一油路为位于阀芯2上或在阀体1内连通第一容腔11和第四容腔14的第一互连通道23，而第二油路为位于阀体1上连通第三容腔13和第五容腔15的第二互连通道16，所述的泄油口T则直接与第二容腔12相连通。

当该控制阀作为先导控制级使用时，如图2所示，该控制阀装配在型号为3BY2-G125B型比例压力流量复合阀5上，通过螺钉与主阀阀体51相连接，使得控制阀的压力口P与主阀的进口腔C相连通，控制阀的控制口A与主阀的上腔D相连，控制阀的泄油口T与主阀的泄油腔L相通。

其工作原理如下：开始时，当比例电磁铁的电流为零时，即比例电磁铁的推力F＝0，此时若控制阀阀芯2处于开启状态，则引自液压系统的压力为P的压力油经过主阀的进油腔C、控制阀的压力口P进入第四容腔14后分成二路，一路液压油经阀芯2上的第一互连通道23作用于阀芯2的一端；另一路液压油通过第二控制边C2、第三容腔13、第一控制边C1后经泄油口T、主阀的泄油腔L流向油箱，压力油在经过第二控制边C2后，压力由P降至P1，同时该降压后的另一路液压油通过第三容腔13、阀体上的第二互连通道16作用于阀芯的另一端，即第三容腔13、第二互连通道16及第五容腔15内充满压力为P1的液压油，该压力P1作用于阀芯2的另一端面上，这样压差ΔP施加到阀芯的两端，使阀芯带动其上的两台肩向第五容腔15侧移动，直至第一台肩21将第一控制边C1关闭，液压油停止流动，控制阀内的各处油的压差为零，控制阀处于关闭状态，也就是主阀芯上腔D油压与进口腔C之间的油压相等，主阀在自身弹簧52回复力的作用下，主阀的进口腔C与出口腔B之间关闭，即主阀也没有流量输出。

当比例电磁铁通以一定的电流时，产生与电流成正比的电磁推力F，该电磁推力F克服弹簧3的作用力，使阀芯2向第一容腔11侧移动，第一控制边C1被打开，与上述原理相同，压力为P的液压油一部分通过第一互连通道23作用于阀芯2的一端，另一部分压力油在经过第二控制边C2后，压力由P降至压力P1，设ΔP＝P-P1，此时主阀芯的进口腔C与上腔D的压力分别为P和P1，在ΔP的作用下，压缩主阀弹簧52，主阀芯53开启，主阀即有流量输出。同时该压力为P1的液压油作用于阀芯2的另一端，即压差ΔP也同时施加到阀芯两端，产生向第五容腔15侧的作用力，即对电磁铁而言为反馈作用力，该作用力克服电磁铁推力F，使阀芯带动两台肩向第五容腔15侧移动，此时第一控制边C1的开口度减小，控制流量下降，ΔP也下降，阀芯很快地达到新的动态平衡，该动态平衡的条件如下：

ΔP×лd²/4+F_s＝F

其中：ΔP为压力口与控制口之间的压差；

      d为阀芯上台肩的直径；

      F_s为弹簧力；

      F为电磁推力；(公式中忽略阀芯的液动力)

由于弹簧力F_s比较小，因此可得到压差与电磁推力成正比，也就是说当阀芯的两端的油压力与电磁铁推力F相平衡时，阀芯达到一个与比例电磁铁的电信号相对应的动态平衡，此时在压力口P和控制口A之间得到了稳定的压差。该压差可控制主阀芯53的开口度，使主阀输出稳定的流量。

当比例电磁铁电流增大时，电磁推力F克服阀芯的两端压差ΔP，使阀芯2带动两台肩向第一容腔11侧移动，使第一控制边C1的开口增大，则压力为P的液压油经过第二控制边C2后的压差ΔP也增大，即压力口P和控制口A之间的压差增大，使主阀芯的进口腔C与上腔D间的压差也增大，最终导致进口腔C流向出口腔E的流量成比例增大。同时该压差ΔP作用到阀芯的两端，推动阀芯2向第五容腔15侧移动，最终与电磁推力F达到动态平衡为止。

反之，当比例电磁铁电流减小时，阀芯的两端压差ΔP克服电磁推力F，使阀芯及两台肩向第五容腔15侧移动，使第一控制边C1的开口减小，则压力为P的液压油经过第二控制边C2后的压差ΔP也减小，即压力口P和控制口A间的压差减小，主阀的进口腔C与上腔D间的压差减小，使进口腔C流向出口腔E的流量成比例减小。同时该压差ΔP作用到阀芯2的两端，使阀芯2停止向第五容腔15侧移动，最终与电磁推力F达到动态平衡为止。

当该控制阀用于内燃机气门中单出杆油缸控制时，如图3所示，则其压力口P、控制口A分别通过进油管、出油管与油缸6的左、右腔相连，与上述同理，在第一控制边C1上有流量流过时，在第二控制边C2上将产生压差，该压差将直接施加到液压缸6的左、右腔，若合力增大，则逐渐压缩弹簧7，活塞8向右腔运动，通过活塞杆带动气门头9向右运动，直至合力与弹簧7的作用力相平衡；同理，若合力减小，则在弹簧7回复力的作用下，活塞8向左运动，带动气门头9向左运动，也直至合力与弹簧7的回复力相平衡；在上述两种状态下，活塞8静止不动，使得气门头9与气门座之间得到一个与之相应的间距。

当活塞运动到油缸6右腔的终点需要返回时，此时电磁推力F为零，流过控制阀的流量突然降至零，则ΔP＝0，油缸左、右腔的油压相等，在弹簧7回复力的作用下，活塞快速左行，由于控制阀处于关闭状态，此时活塞8压迫油缸6左腔的油从压力口P流向控制口A，将在第二节流边C2产生压差，该压差通过第一互连通道23、第二互连通道16作用于阀芯2的两端，使得阀芯2向第五容腔15侧移动，则第二控制边C2增大，流量畅通，气门返回迅速，因此，此时在液压缸的左腔与液压缸右腔之间无需设置如液控单向阀之类的辅助阀来加快气门的返回速度，使得系统更加简单、可靠，而仍能达到气门快速回程的目的。

第二实施例，如图4所示，其与第一实施例不同之处在于：在第一台肩21外侧表面设有多个随阀芯2移动连通第二容腔12和第三容腔13的轴向斜槽24，该轴向斜槽24与第二容腔12侧边之间形成了所述第一控制边C1。当本实施例用于内燃机气门中单作用油缸控制时，工作油主要在压力口P与控制口A之间相互流动，而控制口A与泄流口T之间只需维持第二控制边C2减压所需的油流即可，因此，所述轴向斜槽24可以尽可能地减小第一控制边C1的开口度，以减小系统内部无功消耗的流量，因此使用起来更加地节能。

Claims (10)

1、一种比例压差控制阀，其包括阀体(1)、阀芯(2)和比例信号发生装置，所述的阀体上设有压力口(P)、控制口(A)和泄油口(T)，所述的阀芯位于阀体上与其相匹配的通道内，其中，所述的压力口(P)通过第一油路与位于阀芯一端的通道形成的第一容腔(11)相连通，而比例信号发生装置与阀芯另一端的通道形成的第五容腔(15)相连通并与阀芯该端的端面相抵，所述的控制口(A)则与阀芯中部处的通道形成的第三容腔(13)相连通，并通过第二油路与第五容腔(15)相连通，其特征在于：所述阀芯(2)上分别设有邻近第一容腔(11)的第一台肩(21)和邻近第五容腔(15)的第二台肩(22)，与该两台肩相应处的通道上分别开有沉割槽以形成第二容腔(12)和第四容腔(14)，所述的泄油口(T)和压力口(P)分别与第二容腔(12)、第四容腔(14)相连通，所述的第一台肩(21)和第二台肩(22)的相对侧分别与各自容腔之间形成第一控制边(C1)和第二控制边(C2)，且所述的比例信号发生装置在自然状态下，所述的第一控制边(C1)为常闭状态，而所述的第二控制边(C2)为常开状态。

2、根据权利要求1所述的比例压差控制阀，其特征在于：所述的第一控制边(C1)由第一台肩(21)侧边与第二容腔(12)侧边之间形成。

3、根据权利要求1所述的比例压差控制阀，其特征在于：所述的第一台肩(21)外侧表面设有多个随阀芯移动连通第二容腔(12)和第三容腔(13)的轴向斜槽(24)，该轴向斜槽(24)与第二容腔(12)侧边之间形成了上述第一控制边(C1)。

4、根据权利要求1或2或3所述的比例压差控制阀，其特征在于：在所述的第一容腔(11)内设有使阀芯(2)始终具有向比例信号发生装置侧移动趋势的弹簧(3)。

5、根据权利要求1或2或3所述的比例压差控制阀，其特征在于：所述的比例信号发生装置为比例电磁铁或力矩马达或电-机械转换器。

6、根据权利要求1或2或3所述的比例压差控制阀，其特征在于：所述的第一油路为位于阀芯上连通第一容腔(11)和第四容腔(14)的第一互连通道(23)。

7、根据权利要求1或2或3所述的比例压差控制阀，其特征在于：所述的第一油路为位于阀体上连通第一容腔(11)和压力口(P)的工艺孔。

8、根据权利要求1或2或3所述的比例压差控制阀，其特征在于：所述的第一油路为位于阀体外连通第一容腔(11)和压力口(P)的第一管路。

9、根据权利要求1或2或3所述的比例压差控制阀，其特征在于：所述的第二油路为位于阀体上连通第三容腔(13)和第五容腔(15)的第二互连通道(16)。

10、根据权利要求1或2或3所述的比例压差控制阀，其特征在于：所述的第二油路为位于阀体外连通第五容腔(15)和控制口(A)的第二管路。

Images