CN203321920U - 一种多流道复合控制的压机充液装置 - Google Patents

Abstract

本发明是涉及压机液压系统的充液装置，特别是涉及一种多流道复合控制的压机充液装置。其结构要点是，充液装置包括阀芯、阀体和复合油缸，其中阀体安装在阀腔中，阀体与阀腔外壁之间的间隔为外充液通道，阀体上的阀门封闭住该通道，阀芯安装在阀体内部，在阀芯下端的阀体上开有通孔状的中心流道，在阀芯外围的阀体上开有孔状的引流通道，复合油缸具有复数个腔，其中两端分别为上有杆腔和下有杆腔，上有杆腔的上活塞杆与阀体固连，下有杆腔的下活塞杆与阀芯固连，藉着复合油缸下活塞杆的驱动，阀芯抬起，中心通道与引流通道流通形成内充液通道，藉着复合油缸下活塞杆的驱动，阀体下移，阀门打开，外充液通道打开。该方案因无需外接卸荷而使系统工作更加迅速，避免了卸荷冲击，系统简洁、稳定性强、安全性高。本发明的优点是适用于超大流量和大尺寸阀芯下的快速充液，系统工作更加迅速，避免了卸荷冲击，系统简洁、稳定性强、安全性高。

Description

一种多流道复合控制的压机充液装置

技术领域

本发明是涉及压机液压系统的充液装置，特别是涉及一种多流道复合控制的压机充液装置。

背景技术

在大吨位液压机中，充液装置（尤其是充液阀）是保障高效压制和高产率的核心元件之一。当活动横梁快速下行时，低压充液箱中的油经该装置快速流入主油缸；在活动横梁快速回程时，主油缸活塞腔的高压油卸压后经该装置快速排入低压充液箱。主油缸的快进、保压、卸压和回程等动作都必须有充液装置参与完成，因此充液装置的结构和流道形状对提高压机的空程快速控制和回程高速稳定性有着重要意义，并直接影响到液压机的主要技术指标。

当前充液装置的设计，主要围绕着增强可靠性和高效稳定供液两方面展开。在可靠性增强方面，主要通过充液装置的分体式设计提高互换性以简化拆卸和维修（如参考专利200710009554.8），或者优选充液装置安装位置以回避高应力集中区域（如参考专利201220448669.3）。在高效稳定供液方面，主要通过充液装置上端的外轮廓与充液箱内轮廓相匹配形成导流通道以提升充液速度（如参考专利WO02062545A1），或者在充液装置内部加入阻尼孔（如参考专利200520069161.2）实现主油缸高压油向充液箱回油过程中的单级先导卸压，以避免充液装置打开时的瞬时高压冲击。现有专利设计有助于减少阀体破坏并增强供液的快速稳定性，但存在以下一些不足，主要表现为：

1）充液速度的提升遇到瓶颈。充液速度直接影响主油缸的运动速度和压机的工作循环时间，是决定压机（尤其是行程小速度快的陶瓷压机）工作效率的关键因素之一。当前充液阀芯主要通过外轮廓设计提升流速，如采用蕈形锥阀结构和阀芯表面的导流设计，这种方式在大流量充液中存在缺陷。对于大流量压机，充液阀芯的尺寸常伴随流量的上升而增大，大面积阀芯却成为阻隔在油液流动的主要障碍，充液速度的进一步提升遇到了瓶颈。

2）高压油缸快速回程过程的稳定性不足。主油缸回程中，为避免充液装置开启瞬间高压油带来的强冲击，常利用外接一系列卸荷元件将主缸压力降低至安全值再开启充液阀芯。这种方式增加成本且系统复杂，若电控失误致充液装置在高压下开启将带来严重的破坏。在充液装置内部加入带阻尼孔的先导阀芯（如参考专利200520069161.2），避免了外加卸压阶段带来的不利影响，提升了主油缸回程的快速性，但存在卸荷压力可控性差、卸压稳定性不足等问题。

发明内容

 本发明目的是提供一种通过大面积立体式多流道充液实现大流量下快速充液以及快速稳定回程的多流道复合控制的压机充液装置，本发明的进一步目的在于通过多级回油阻尼结构使高压油缸更加快速稳定的回程，从而尤其适用于高压大流量的压制工况。

 本发明的目的是通过以下途径来实现的。

一种多流道复合控制的压机充液装置，在充液箱和主油缸之间设置的充液装置，其组成要点在于：充液装置包括阀芯、阀体和复合油缸，其中阀体安装在阀腔中，阀体与阀腔外壁之间的间隔为外充液通道，阀体上的阀门封闭住该通道，阀芯安装在阀体内部，在阀芯下端的阀体上开有通孔状的中心流道，在阀芯外围的阀体上开有孔状的引流通道，复合油缸具有复数个腔，其中两端分别为上有杆腔和下有杆腔，上有杆腔的上活塞杆与阀体固连，下有杆腔的下活塞杆与阀芯固连，藉着复合油缸下活塞杆的驱动，阀芯抬起，中心通道与引流通道流通形成内充液通道，藉着复合油缸下活塞杆的驱动，阀体下移，阀门打开，外充液通道打开。

这样，在常规的外充液通道的基础上，增加内充液通道，两个充液通道次第打开，同时相应缩小每个充液通道的截面积，使得单一充液通道的截面积较小，而两个充液通道叠加后的截面积又较大，实现大流量下快速充液以及快速稳定回程。这比传统单流道充液模式具有更加高效的液体输送能力。

本发明的目的还可以通过以下途径来实现。

复合油缸有三个腔，其中上有杆腔和下有杆腔同时与第一管路A相连，中无杆腔与第二管路B相连，当主油缸需要充液时，通过外接换向阀动作，使高压油液经由第一管路A进入上有杆腔和下有杆腔，中无杆腔内的液体则通过第二管路B向外输出。

内充液通道的截面积小于外充液通道的截面积。

阀芯下表面开有阶梯状的阀芯阶梯面，阀体的引流通道外围开有阶梯状的阀体阶梯面，阀芯侧向阶梯面与阀体阶侧向梯面之间具有缝隙，该复数级阶梯的复数个侧向缝隙形成复数个回油阻尼，其中最上方的回油阻尼为第一回油阻尼并依次往下序列，阀芯竖向阶梯面坐合在对应的阀体竖向阶梯面上。

这样，通过阀芯阶梯面和阀体阶梯面的匹配形成多级回油阻尼，其中二者配合形成的缝隙厚度为δ ₁、δ ₂、δ ₃…，两阶梯面两垂直表面之间所形成的缝隙高度d ₁、d ₂、d ₃…。入口液流经过这些阻尼形成出口液流，并最终进入充液箱。这种缝隙高度实际上就是缝隙的长度。最上方的缝隙为第一缝隙高度d _1，依次往下分别是第二缝隙高度d ₂、第三缝隙高度d _3。对应的缝隙厚度也依次为第一缝隙厚度δ ₁、第二缝隙厚度δ ₂、和第三缝隙厚度δ _3。

入口液流和出口液流之间的多级回油阻尼，可以理解成由第一液阻、第二液阻和第三液阻等多个液阻串联而成。油液流经该区域时由于缝隙导致阻力大，即起到液阻的作用。

在具体实施中，两垂直表面之间形成缝隙的高度d ₁、d ₂、d ₃的数值选取很关键，优选的是第一缝隙高度d ₁<第二缝隙高度d ₂<第三缝隙高度d ₃。

这些液阻随阀芯上移而逐渐减小。初始时，处于三级液阻或多级液阻阶段，阀芯因提升阻力大而慢慢开启，主油缸内的压力不断下降。伴随阀芯的上移，缝隙高度d _i 逐渐减小，当阀芯上移距离大于d ₁时，第一液阻失效，进入双级液阻阶段；当阀芯上移距离大于d ₂，第二液阻失效，进入单级液阻阶段，阀芯迅速提升。最终阀芯的进一步提升导致第三液阻失效，因此主油缸内压力有效释放，进入无液阻阶段，这促使进入上有杆腔的油液推动阀体向下运动，主油缸内油液迅速通过内、外通道进入充液箱。由此，通过多级回油阻尼，实现了初期多级卸压、后期快速回程的主油缸运动状态控制。

对阶梯面的进一步优选如下：

阀芯阶梯面和阀体阶梯面的阶梯为1~10级。

缝隙的厚度δ的大小为0.2~8mm。

阀芯上表面与下表面之间开有阀芯通孔，阀芯通孔连通阀芯上腔和中心流道，阀芯上腔的面积大于中心流道的面积。

阀芯上端部与阀腔上顶壁之间的空腔为阀芯上腔。

在主油缸不运动的稳定状态下，主油缸通过阀芯通孔与阀芯上腔相连，二者的压力均为p ₂。由于阀芯上腔的面积大于中心流道的面积，总作用力向下并使阀芯7关闭。而容易控制阀芯上腔与中心流道的的面积差，与之相对应推动阀芯向上运动的力则较小，只需克服阀芯上腔和中心流道面积差与主油缸内的压力乘积即可。通过合理设定第一管路A口的进油压力，即可保证阀芯静止而阀芯向上运动。

阀芯通孔的孔径为1~20mm。

可以在阀芯通孔中设置设置阻尼孔。

阀芯内设置有液控两位两通阀，其流道连接的左位弹簧腔接引流通道，其流道断开的右位控制腔接中心流道，充液时，由于液控两位两通阀两侧控制腔均为低压，则该阀在弹簧力的作用下处于左位即接通状态，此时阀芯上腔和中心流道连通，阀芯上腔中抑制阀芯上移的压力迅速释放，阀芯开启更迅速；在主油缸需卸荷回程中，由于主油缸存在高压，液控两位两通阀在高压控制作用下处于右位即断开状态，此时该流道不起作用。

在上述液控两位两通阀该流道不起作用的情况下，保证卸压时仅通过阀芯通孔以及阻尼孔实现稳定卸压控制。此优选方案，可同时保证充液工况阀芯快速开启，而卸压回程工况稳定卸压。

阀芯上腔连接有一种溢流阀。

这样，无需外接大流量的安全阀，当系统压力过大时该溢流阀即可起安全保护作用，从而增强本发明技术方案的可靠性和安全性。

复合油缸固定在充液箱内部或者压机外部的机架上。

复合油缸的中无杆腔内设置带有通孔柱状的隔离带。

综上所述，本发明相比现有技术具有如下优点：

1）通过大面积立体式流道结构，突破充液速度提升的瓶颈。利用充液装置的复合油缸和内部结构的设计，实现阀芯内部和外部的立体式供液，摆脱了传统仅利用外部流道充液的流量局限，尤其适用于超大流量和大尺寸阀芯下的快速充液。

2）具备多级回油阻尼结构，高压油缸回程快速且稳定性好。通过在回油结构中设置优化的多级阻尼，使回程中主油缸内的高压被稳定快速的释放。该方案因无需外接卸荷而使系统工作更加迅速，避免了卸荷冲击，系统简洁、稳定性强、安全性高。

附图说明

图1是本发明所述一种多流道复合控制的压机充液装置与压机相装配的简化示意图。

图2是本发明最佳实施例所述一种多流道复合控制的压机充液装置内部结构的示意图。

图3是表征本发明所述一种多流道复合控制的压机充液装置在充液状态的示意图。

图4是表征本发明所述一种多流道复合控制的压机充液装置主油缸卸压时阀芯和阀体的位置关系。

图5是图4中的A向视图。

图6是表征主油缸卸压时阀体阶梯面与阀芯阶梯面之间的液阻分布示意图。

图7是表征主油缸卸压时液阻的逐级变化过程示意图。

图8是本发明最佳实施例所述一种多流道复合控制的压机充液装置的液压阀连接示意图。

图中：1、液压机，2、充液箱，3、充液装置，4、主油缸，5、主缸活塞，6、复合油缸，6A、上有杆腔，6B、中无杆腔，6C、下有杆腔，6D、上活塞杆，6E、下活塞杆，6F、隔离带，7、阀芯，7A、通孔，7B、阻尼孔，7C、阀芯阶梯面，8、阀体，8A、引流通道，8B、中心流道，8C、阀体阶梯面，9、阀芯上腔，10、主油道，11、内充液通道，12、外充液通道，13、入口液流，14、出口液流，15、第一液阻，16、第二液阻，17、第三液阻，18、三级液阻，19、双级液阻，20、单级液阻，21、无液阻，22、液控两位两通阀，23、溢流阀。

具体实施方式

最佳实施例：

下面结合附图和实施例，说明本发明的具体实施方式。

参照图1，图1示意性地表示了本发明实施方案的充液装置在液压机中的装配。在充液箱2和主油缸4之间设置的充液装置3，可在液压机1等设备中使用，并在主油缸充液和回程两个主要工况中发挥重要作用。充液过程中，充液装置3向下运动，伴随主油缸4下落，充液箱2中的液体快速经由开启的充液装置3进入主油缸4。完成压制工序后需进行主油缸4回程，该过程需要先将主油缸4内的高压卸去，随后开启充液装置3并通过主油缸4上行迅速将其内部油液回流到充液箱2内。

参照图2，图2示意性地表示了本发明实施方案的充液装置3内部结构的示意图。

充液装置3包括阀芯7、阀体8和复合油缸6，其中：阀芯7安装在阀体8内部，在阀芯7下端的阀体8上开有通孔状的中心流道8B，在阀芯7外围的阀体8上开有孔状的引流通道8A；复合油缸6由3~5个腔组成，中间为中无杆腔6B，两端为上有杆腔6A和下有杆腔6C，上有杆腔6A的上活塞杆6D与阀体8固连，下有杆腔6C的下活塞杆6E与阀芯7固连。复合油缸6固定在充液箱2内部。复合油缸6的中无杆腔6B内设置带有通孔柱状的隔离带6F，以避免上活塞杆6D与下活塞杆6E的碰撞。

阀芯7下表面开有阶梯状的阀芯阶梯面7C，阀体8的引流通道8A外围开有阶梯状的阀体阶梯面8C。

阀芯阶梯面7C和阀体阶梯面8C的阶梯为3级。

阀芯阶梯面7C和阀体阶梯面8C相互配合时，对应阶梯表面之间存在缝隙，缝隙的厚度δ的大小为0.2~8mm。

阀芯7上表面与下表面之间开有阀芯通孔7A，阀芯通孔7A连通阀芯上腔9和中心流道8B，阀芯上腔9的面积大于中心流道8B的面积。阀芯通孔7A的孔径为1~20mm。阀芯通孔7A内部设置有阻尼孔7B。

在主油缸不运动的稳定状态下，主油缸4通过通孔7A及其上的阻尼孔7B与阀芯上腔9相连，二者的压力均为p ₂。由于阀芯上腔9的面积大于中心流道8B的面积，总作用力向下并使阀芯7关闭。

参照图3，图3表征立体式充液过程的示意图。复合油缸6有三个腔，其中上有杆腔6A和下有杆腔6C同时与第一管路A相连，中无杆腔6B与第二管路B相连。当主油缸4需要充液时，通过外接换向阀动作，使高压油液经由第一管路A进入上有杆腔6A和下有杆腔6C，中无杆腔6B内的液体则通过第二管路B向外输出。实施中复合油缸6的缸体固定在充液箱2内，因此通过第一管路A进入上有杆腔6A的油液推动上活塞杆6D向下运动，与其固连在一起的阀体8也随之向下运动，这促使充液箱2内的液体经过外充液通道12流向主油缸4。与此同时，经过第一管路A进入油液下有杆腔6C的油液推动下活塞杆6E及其固连的阀芯7向上运动。阀芯7向上运动和阀体8向下运动的同步进行，使得阀芯7和阀体8之间迅速形成内充液通道11，阀芯内部的内充液流道11和中心流道8B形成了一条全新的充液流道，这比传统单流道充液模式具有更加高效的液体输送能力。

参照图4、图5，图4和图5表征主油缸卸压时阀芯和阀体的位置关系。在液压机完成预定工作后，需要将主油缸4内的高压卸去后再进行主油缸的向上回程。与充液过程类似，主油缸4卸压时需向复合油缸6的管路A进油，由此形成促使阀芯7上移和阀体8下移的两部分推力。此时，主油缸4内处于高压状态，阀芯8受主油缸4内高压油作用使其关闭，该力较大；与之相对应推动阀芯7向上运动的力则较小，只需克服阀芯上腔9和中心流道8B面积差与主油缸2内的压力乘积即可。通过合理设定第一管路A口的进油压力，即可保证阀芯8静止而阀芯7向上运动。

为实现稳定快速的卸荷，在阀芯7的下表面设置阶梯状的阀芯阶梯面7C，并在与之相配合的阀体8对应位置设置阀体阶梯面8C。通过阀芯阶梯面7C和阀体阶梯面8C的匹配形成多级回油阻尼，其中二者配合形成的缝隙厚度为δ ₁、δ ₂、δ ₃…，两阶梯面所形成的缝隙高度d ₁、d ₂、d ₃…。入口液流13经过这些阻尼形成出口液流14，并最终进入充液箱2。

参照图6、图7，图6~7表征主油缸卸压时本发明的液阻及其变化过程。入口液流13和出口液流14之间的多级回油阻尼，可以理解成由第一液阻15、第二液阻16和第三液阻17等多个液阻串联而成。以第三液阻17为例，阀芯7和阀体8的垂直表面之间形成小缝隙，油液流经该区域时阻力大，即起到液阻的作用。

在具体实施中，两垂直表面之间形成缝隙的高度d ₁、d ₂、d ₃的数值选取很关键，优选的是d ₁<d ₂<d ₃，形成的多级液阻如图6所示，这些液阻随阀芯7上移而逐渐减小。初始时，处于三级液阻18阶段，阀芯7因提升阻力大而慢慢开启，主油缸4内的压力不断下降。伴随阀芯7的上移，缝隙高度d _i 逐渐减小，i=1,2,3…。当阀芯7上移距离大于d ₁时，第一液阻15失效，进入双极液阻19阶段；当阀芯7上移距离大于d ₂，第二液阻16失效，进入单极液阻20阶段，阀芯迅速提升。最终阀芯7的进一步提升导致第三液阻17失效，因此主油缸4内压力有效释放，进入无液阻21阶段，这促使进入上有杆腔6A的油液推动阀体8向下运动，主油缸4内油液迅速通过内、外通道进入充液箱2。由此，通过多级回油阻尼，实现了初期多级卸压、后期快速回程的主油缸运动状态控制。

参照图8，阀芯7内设置有液控两位两通阀22，液控两位两通阀22的一腔接引流通道8A，另一腔接中心流道8B。阀芯7上方和阀体8内部构成的阀芯上腔9连接溢流阀23。

为了进一步增强油液流动的快速性，可在阀芯7内增加一个液控两位两通阀22，其流道连接的左位弹簧腔接引流通道8A，其流道断开的右位控制腔接中心流道8B。充液时，由于液控两位两通阀22两侧控制腔均为低压，则该阀在弹簧力的作用下处于左位即接通状态，此时阀芯上腔9和中心流道8B连通，阀芯上腔9中抑制阀芯7上移的压力迅速释放，阀芯开启更迅速。在主油缸4需卸荷回程中，由于主油缸存在高压，两位两通阀22在高压控制作用下处于右位即断开状态，此时该流道不起作用，保证卸压时仅通过阻尼孔7B实现稳定卸压控制。此优选实施例，可同时保证充液工况阀芯7快速开启，而卸压回程工况稳定卸压。除接液控两位两通阀22之外，为增强工作的可靠性和安全性，可在阀芯上腔9连接一个溢流阀23，当系统压力过大时起安全保护作用，无需外接大流量的安全阀，可进一步增强本发明的适应性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (14)

1.一种多流道复合控制的压机充液装置，在充液箱和主油缸之间设置的充液装置，其特征在于，充液装置包括阀芯、阀体和复合油缸，其中阀体安装在阀腔中，阀体与阀腔外壁之间的间隔为外充液通道，阀体上的阀门封闭住该通道，阀芯安装在阀体内部，在阀芯下端的阀体上开有通孔状的中心流道，在阀芯外围的阀体上开有孔状的引流通道，复合油缸具有复数个腔，其中两端分别为上有杆腔和下有杆腔，上有杆腔的上活塞杆与阀体固连，下有杆腔的下活塞杆与阀芯固连，藉着复合油缸下活塞杆的驱动，阀芯抬起，中心通道与引流通道流通形成内充液通道，藉着复合油缸下活塞杆的驱动，阀体下移，阀门打开，外充液通道打开。

2.根据权利要求1所述的一种多流道复合控制的压机充液装置，其特征在于，复合油缸有三个腔，其中上有杆腔和下有杆腔同时与第一管路A相连，中无杆腔与第二管路B相连，当主油缸需要充液时，通过外接换向阀动作，使高压油液经由第一管路A进入上有杆腔和下有杆腔，中无杆腔内的液体则通过第二管路B向外输出。

3.根据权利要求1所述的一种多流道复合控制的压机充液装置，其特征在于，内充液通道的截面积小于外充液通道的截面积。

4.根据权利要求1所述的一种多流道复合控制的压机充液装置，其特征在于，阀芯下表面开有阶梯状的阀芯阶梯面，阀体的引流通道外围开有阶梯状的阀体阶梯面，阀芯侧向阶梯面与阀体阶侧向梯面之间具有缝隙，该复数级阶梯的复数个侧向缝隙形成复数个回油阻尼，其中最上方的回油阻尼为第一回油阻尼并依次往下序列，阀芯竖向阶梯面坐合在对应的阀体竖向阶梯面上。

5.根据权利要求4所述的一种多流道复合控制的压机充液装置，其特征在于，阀芯阶梯面和阀体阶梯面的阶梯为1~10级，最上方的缝隙为第一缝隙高度d ₁、依次往下分别是第二缝隙高度d ₂、第三缝隙高度d ₃、对应的缝隙厚度也依次为第一缝隙厚度δ ₁、第二缝隙厚度δ ₂、和第三缝隙厚度δ ₃、其中第一缝隙高度d ₁的值最大，其后渐次减小，最后一级的缝隙高度的值最小。

6.根据权利要求5所述的一种多流道复合控制的压机充液装置，其特征在于，阀芯阶梯面和阀体阶梯面的阶梯为3级，第一缝隙高度d ₁<第二缝隙高度d ₂<第三缝隙高度d ₃。

7.根据权利要求5所述的一种多流道复合控制的压机充液装置，其特征在于，缝隙的厚度δ的大小为0.2~8mm。

8.根据权利要求1所述的一种多流道复合控制的压机充液装置，其特征在于，阀芯上表面与下表面之间开有阀芯通孔，阀芯通孔连通阀芯上腔和中心流道，阀芯上腔的面积大于中心流道的面积。

9.根据权利要求8所述的一种多流道复合控制的压机充液装置，其特征在于，阀芯通孔的孔径为1~20mm。

10.根据权利要求8或9所述的一种多流道复合控制的压机充液装置，其特征在于，可以在阀芯通孔中设置设置阻尼孔。

11.根据权利要求1所述的一种多流道复合控制的压机充液装置，其特征在于，阀芯内设置有液控两位两通阀，其流道连接的左位弹簧腔接引流通道，其流道断开的右位控制腔接中心流道，充液时，由于液控两位两通阀两侧控制腔均为低压，则该阀在弹簧力的作用下处于左位即接通状态，此时阀芯上腔和中心流道连通，阀芯上腔中抑制阀芯上移的压力迅速释放，阀芯开启更迅速；在主油缸需卸荷回程中，由于主油缸存在高压，液控两位两通阀在高压控制作用下处于右位即断开状态，此时该流道不起作用。

12.根据权利要求1所述的一种多流道复合控制的压机充液装置，其特征在于，阀芯上腔连接有一种溢流阀。

13.根据权利要求1所述的一种多流道复合控制的压机充液装置，其特征在于，复合油缸固定在充液箱内部或者压机外部的机架上。

14.根据权利要求2所述的一种多流道复合控制的压机充液装置，其特征在于，复合油缸的中无杆腔内设置带有通孔柱状的隔离带。

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