CN203627372U - 节流阀芯与平衡阀 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种节流阀芯与平衡阀，该节流阀芯（1）包括第一轴段（11）和第二轴段（12），第一轴段的直径小于第二轴段的直径，并且第一轴段与第二轴段之间的台阶面形成为第一锥面（13），第一轴段的外周面上沿周向间隔设置有多个节流槽，该节流槽沿节流阀芯的轴向延伸，并且多个节流槽中的至少一部分轴向连通至第一锥面。此节流阀芯消除了空行程及其带来的控制死区，提升了响应速度。节流槽的整体轴向长度增大，使得节流槽的节流面积的梯度减小，使得节流阀芯的微小移动对流量影响不大，流量波动小，不易造成小开口系统抖动。相应地，具有该节流阀芯的平衡阀在应用到液压系统中时，能够控制液压系统中的流量更平稳地开启。

Description

节流阀芯与平衡阀

技术领域

本实用新型涉及一种平衡阀，更具体地，涉及一种平衡阀的主阀芯。

背景技术

平衡阀在液压系统中起到稳定控制流量的作用，平衡阀的主阀芯（或称为节流阀芯）的结构直接影响平衡阀控制流量的稳定。在专利CN101929491A中提供了一种能够实现二次压力溢流的平衡阀，该平衡阀的节流阀芯1的结构见图1。其中，节流阀芯1上的第一锥面13的左侧设有多个第一节流槽111，图1中的第一节流槽111的深度从左到右逐渐变浅，即节流面积（或称为截面通流面积）逐渐减小。第一节流槽111的最右端与第一锥面13之间存在一定间距，这使得在第一锥面13的锥面密封脱离后，第一锥面13右侧的液压油若要通过第一节流槽111向左流出，需要经历第一节流槽111与第一锥面13之间的一段空行程，形成为控制死区。而且由于存在一段空行程，图1中的第一节流槽111设计为沿轴向的节流面积的梯度较大，这造成在第一节流槽111的小开口情况下，节流阀芯1的微小移动都对流量影响较大，易形成流量波动，甚至造成小开口系统抖动。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种节流阀芯以及具有该节流阀芯的平衡阀，该节流阀芯能够消除控制死区，提升响应速度，该平衡阀能够控制液压系统中的流量平稳开启。

为实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种节流阀芯，该节流阀芯包括第一轴段和第二轴段，所述第一轴段的直径小于所述第二轴段的直径，并且所述第一轴段与第二轴段之间的台阶面形成为第一锥面，其中，所述第一轴段的外周面上沿周向间隔设置有多个节流槽，该节流槽沿所述节流阀芯的轴向延伸，并且多个所述节流槽中的至少一部分轴向连通至所述第一锥面。

优选地，所述节流槽包括第一节流槽和第二节流槽，所述第一节流槽与所述第一锥面间隔设置，所述第二节流槽的一端连通所述第一节流槽，另一端轴向延伸至所述第一锥面。

优选地，在所述第一轴段上，从所述第二节流槽到所述第一节流槽的轴向方向上的节流面积逐渐增加。

根据本实用新型的另一个方面，提供了一种平衡阀，该平衡阀包括主阀腔、先导阀腔和本实用新型上述的节流阀芯，该节流阀芯可轴向移动地安装在所述主阀腔中；

其中，所述节流阀芯的所述第一轴段的所在侧形成有第一负载腔，所述第二轴段的所在侧形成有第二负载腔，在所述节流阀芯的轴向移动过程中，所述节流阀芯的所述第一锥面能够抵靠在所述主阀腔内的凸缘上以形成第一锥面密封，从而阻隔所述第一负载腔和第二负载腔，或者所述第一锥面能够脱离所述凸缘，从而通过所述节流槽导通所述第一负载腔和第二负载腔。

优选地，所述第一锥面与所述凸缘之间形成所述第一锥面密封时，所述第一锥面的至少一部分位于所述第二负载腔内。

优选地，所述节流阀芯具有轴向贯通的阶梯内腔，该阶梯内腔中安装有呈阶梯轴状且能够轴向移动的内阀芯，所述内阀芯的小直径轴端朝向所述第一负载腔延伸，大直径轴端通过复位弹簧弹性压靠在所述主阀腔的端壁上；

所述主阀腔中还包括设有所述复位弹簧的弹簧腔，该弹簧腔与所述第二负载腔之间形成有连接油道，该连接油道能够由所述内阀芯的轴向移动而被打开或关闭，所述弹簧腔与所述大直径轴端的第一侧的所述阶梯内腔连通，并通过设置在所述内阀芯中的内油道与所述大直径轴端的第二侧的所述阶梯内腔连通；

所述平衡阀还包括先导阀杆，该先导阀杆插入所述阶梯内腔并能够推动所述内阀芯轴向移动，所述内阀芯上形成有第二锥面，该第二锥面能够卡靠在所述阶梯内腔的阶梯面上以形成第二锥面密封，从而阻隔所述阶梯内腔与所述第一负载腔，或者所述第二锥面在所述先导阀杆的推动下能够脱离所述阶梯面，从而导通所述阶梯内腔和所述第一负载腔。

优选地，所述连接油道为设置在所述节流阀芯的周壁上的径向贯通孔。

优选地，所述内油道包括相连通的轴向内孔和径向连通孔，所述轴向内孔朝向所述大直径轴端的第一侧的所述弹簧腔开口，所述径向连通孔连通所述大直径轴端的第二侧的所述阶梯内腔。

优选地，所述先导阀杆包括推杆端和活塞杆端，所述活塞杆端可轴向移动地设置在所述先导阀腔中，所述推杆端插入所述阶梯内腔以推动所述内阀芯轴向移动。

优选地，上述平衡阀还包括制动油口和连通所述先导阀腔的控制油口，该控制油口通过旁通油道连接所述第一负载腔，所述旁通油道中设有梭阀，该梭阀的两个进油口通过所述旁通油道分别液压连接所述控制油口和第一负载腔，所述梭阀的出油口连通所述制动油口。

根据上述技术方案，本实用新型的节流阀芯中将其上设置的多个节流槽中的至少一部分轴向连通至第一锥面，特别地，在现有的第一节流槽与锥面之间设置起连接作用的第二节流槽，从而消除了空行程及其带来的控制死区，提升了响应速度，在小开口情况下也能通过节流槽产生油液流动。在节流槽的整体轴向长度增大的情况下，可使得节流槽的节流面积的梯度减小，使得节流阀芯的微小移动对流量影响不大，流量波动小，不易造成小开口系统抖动。相应地，具有该节流阀芯的平衡阀在应用到液压系统中时，能够控制液压系统中的流量更平稳地开启。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1为现有技术中的一种平衡阀中的节流阀芯的结构示意图；

图2为根据本实用新型的优选实施方式的节流阀芯的结构示意图；

图3为图2所示的节流阀芯的剖视图，剖切横截面为位于图中的节流阀芯的外延轴段10与第一轴段11之间的横截面；

图4为根据本实用新型的优选实施方式的平衡阀的剖视图；

图5为图4中的圈起部分E的放大示意图；

图6为图4所示的平衡阀的液压原理图。

附图标记说明

1    节流阀芯      2    内阀芯

3    复位弹簧      4    阀套

5    阀体          6    先导阀杆

7    控制弹簧      8    旁通油道

9    梭阀          10   外延轴段

11   第一轴段      12   第二轴段

13   第一锥面      14   活塞轴段

15   滤网          16   第一阻尼

17   第二阻尼      18   泄油口

21   轴向内孔      22   径向连通孔

61   推杆端        62   活塞杆端

111  第一节流槽    112   第二节流槽

141  连接油道      142  轴向油槽

143  周向油槽      E   圈起部分

A    第一负载腔    B   第二负载腔

A1   第一油口      B1   第二油口

C    弹簧腔        D   先导阀腔

X    控制油口      Y   制动油口

L    回油油路      T   油箱

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的各部件相互位置关系描述用词。另外，在未作相反说明的情况下，“左、右”通常是指的纸面横向的左右方向，“轴向”通常指的是阀芯的轴线方向。

如图2所示，本实用新型提供了一种节流阀芯，该节流阀芯1中包括第一轴段11和第二轴段12，第一轴段11的直径小于第二轴段12的直径，并且第一轴段11与第二轴段12之间的台阶面形成为第一锥面13，其中第一轴段11的外周面上沿周向间隔设置有多个节流槽，该节流槽沿节流阀芯1的轴向延伸，并且多个节流槽中的至少一部分轴向连通至第一锥面13。不同于图1所示的节流阀芯，本实用新型的节流阀芯1中的节流槽并非全部与第一锥面13间隔开一段行程，而是部分的节流槽延伸至连通第一锥面13。这样，参见图4和图5，如以下将描述的，在阀套4的尖角刚刚脱离第一锥面13时，第二负载腔B中的压力油能够立即依次从第二节流槽112、第一节流槽111流向第一负载腔A，从而提升了响应速度，消除了阀芯的控制死区，延长了开口控制区间，使得图4所示的平衡阀在节流阀芯小开口时的控制性能得到提升。

对于平衡阀而言，在节流阀芯1小开口的情况下，液压油流通量一般较小，因而延伸至第一锥面13的节流槽的个数以及节流槽在第一锥面13附近的节流面积可根据具体工况设计。同样地，在制造此节流阀芯1时，可简单地将第一节流槽111的右端延伸至第一锥面13。也可如图2和图3所示的在第一节流槽111与第一锥面13之间设计第二节流槽112，以连通二者。即上述的节流槽包括第一节流槽111和第二节流槽112，第一节流槽111与第一锥面13间隔设置，第二节流槽112的一端连通第一节流槽111，另一端轴向延伸至第一锥面13。参见图2和图5，第二节流槽112优选为各处的节流面积相同，使得在节流阀芯1小开口时的液压油流量平稳，波动小。参见图5，在第一轴段11上，从第二节流槽112到第一节流槽111的轴向方向上的节流面积逐渐增加。需要说明的是，此处的“节流面积”指的是液压油通过此节流槽时的截面通流面积，在通过油量充分的情况下可视为节流槽的横截面积。因此，节流面积的逐渐变化，可避免系统抖动。相较于图1而言，在整体节流槽的轴向长度增大的情况下，可使得第一节流槽111的节流面积的梯度减小，使节流阀芯1的微小移动对流量影响不大，流量波动小，不易造成小开口系统抖动。

在上述节流阀芯的结构设计基础上，本实用新型还相应提供了一种平衡阀，该平衡阀包括主阀腔（在图4中包括第一负载腔A、第二负载腔B和弹簧腔C）、先导阀腔D以及上述的节流阀芯1，该节流阀芯1可轴向移动地安装在所述主阀腔中。其中在安装节流阀芯1后，节流阀芯1的第一轴段11的所在侧形成有第一负载腔A，第二轴段12的所在侧形成有第二负载腔B（图中为环形腔）。在节流阀芯1的轴向移动过程中，如图5所示，节流阀芯1的第一锥面13能够抵靠在主阀腔内的凸缘上以形成第一锥面密封，从而阻隔第一负载腔A和第二负载腔B，或者第一锥面13能够脱离凸缘，从而通过节流槽导通第一负载腔A和第二负载腔B。在图4和图5所示的优选实施方式中，主阀腔内先安装阀套4，再安装节流阀芯1，因而上述的凸缘指的是阀套4的环形边缘部分，该环形边缘部分抵靠在第一锥面13上则形成第一锥面密封，密封隔离第一负载腔A和第二负载腔B。当然，在不存在阀套4的情况下，上述的凸缘也可以是阀体5向内凸出的凸缘部分。

在平衡阀如上所述的安装节流阀芯1后，如图4和图6所示，在流向第一负载腔A的第一油口A1中通入高压油的情况下，能够推动节流阀芯1右移，从而第一锥面13能够脱离凸缘形成阀口，高压油从阀口中流向第二负载腔B，进而流出第二油口B1，实现如图6所示的平衡阀沿第一油口A1到第二油口B1方向的单向导通功能。而在第二负载腔B通入高压油的情况下，则如下将述及的，节流阀芯1同样能够右移使得第一锥面13能够脱离凸缘形成阀口，第二负载腔B中的高压油则通过阀口和节流阀芯1上的节流槽流向第一负载腔A，从而实现平衡阀内沿第二油口B1到第一油口A1方向的节流功能。

在本实施方式中，如图5所示，节流阀芯1优选地安装为：使得当第一锥面13与凸缘之间形成第一锥面密封时，第一锥面13的至少一部分位于第二负载腔B内，另一部分则可位于第一负载腔A内。这样在第二负载腔B通入高压油的情况下，第二负载腔B的高压油能够作用于第一锥面13上，有助于推动节流阀芯1克服复位弹簧3的弹性力而向右移动，从而打开节流阀芯1的阀口。

本实施方式的平衡阀结构参见图4，节流阀芯1具有轴向贯通的阶梯内腔，该阶梯内腔中安装有呈阶梯轴状且能够轴向移动的内阀芯2，内阀芯2的小直径轴端朝向第一负载腔A延伸，大直径轴端通过复位弹簧3弹性压靠在主阀腔的端壁上。主阀腔中还包括设有复位弹簧3的弹簧腔C，该弹簧腔C与第二负载腔B之间形成连接油道141（参见图2），该连接油道141能够由内阀芯2的轴向移动而被打开或关闭，弹簧腔C与大直径轴端的第一侧的阶梯内腔连通，并通过设置在内阀芯2中的内油道与大直径轴端的第二侧的阶梯内腔连通。此外，本实施方式中的平衡阀还包括先导阀腔D中的先导阀杆6，该先导阀杆6插入阶梯内腔并能够顶触内阀芯2的左端，从而推动内阀芯2轴向移动。内阀芯2上形成有第二锥面，该第二锥面能够卡靠在阶梯内腔的阶梯面上以形成第二锥面密封（与圈起部分E中的第一锥面密封的密封结构相同），从而阻隔阶梯内腔与第一负载腔A，或者第二锥面在先导阀杆6的推动下能够脱离阶梯面，从而导通阶梯内腔和第一负载腔A。

如图2所示，连接油道141为设置在节流阀芯1的周壁上的径向贯通孔。此外，活塞轴段14上还设置有轴向油道142和多条周向油道143。弹簧腔C和第二负载腔B之间主要通过连接油道141液压连通，也可通过轴向油道142和多条周向油道143流通少量的液压油。此外，内阀芯2中的内油道用于连通内阀芯2左右两侧的阶梯内腔部分，图2所示的内油道优选地包括相连通的轴向内孔21和径向连通孔22，轴向内孔21朝向大直径轴端的第一侧的弹簧腔C开口，径向连通孔22连通大直径轴端的第二侧的阶梯内腔。此外，图2中的先导阀杆6包括推杆端61和活塞杆端62，活塞杆端62可轴向移动地设置在先导阀腔D中，活塞杆端62右侧的先导阀腔D部分设有控制弹簧7以用于先导阀杆6的复位，推杆端61插入阶梯内腔，从而能够在先导液压油的作用下推动内阀芯2轴向向右移动。

特别地，本实施方式的平衡阀还优选地包括制动油口Y和连通先导阀腔D的控制油口X，该控制油口X通过旁通油道8连接第一负载腔A，旁通油道8中设有梭阀9，该梭阀9的两个进油口通过旁通油道8分别液压连接控制油口X和第一负载腔A，梭阀9的出油口连通制动油口Y。这样，参见图6，在第一油口A1中通入高压油的情况下，制动油口Y通过梭阀引入第一油口A1中的高压油；在第二油口B1通入高压油的情况下，此时需要控制油口X通入高压油，此高压油同样通过梭阀部分地流向制动油口Y。制动油口Y流出的高压油主要用于执行机构的制动系统，例如用于打开制动器等装置。

在上述平衡阀的结构描述的基础上，以下详细阐述该平衡阀的具体工况。

结合图4至图6可见，当处于平衡阀的节流工况时，第二负载腔B为负载压力，第一负载腔A中的液压油经回油油路L由回油箱T，第一负载腔A内无压力。当控制油口X进压力油时，一部分油液经旁通油道8通向梭阀9，推动梭阀9内的钢球向右移动，梭阀右侧的进油口经旁通油道8联通第一负载腔A，此时第一负载腔A内无压力，梭阀9选取较高压力的控制油口X压力信号并输出至制动油口Y，进入相应的制动系统；控制油口X流入的另一部分油液经过过滤网15，再由第二阻尼16进入活塞杆端62左侧的先导阀腔D。其中，流过第二阻尼16的油液的一部分可以通过第二阻尼17经由泄油口18回到油箱T，另一部分进入活塞杆端62左侧的先导阀腔D，油液推动活塞杆端62向右侧移动，在先导阀杆6向右侧移动一定距离后，活塞杆端62顶靠内阀芯2的左端面，内阀芯2随先导阀杆6向右移动并与节流阀芯1分离，当内阀芯2与节流阀芯1之间的第二锥面密封配合完全脱离后，弹簧腔C内压力油通过内阀芯2的内油道、内阀芯2与节流阀芯1之间的阀口泄压至第一负载腔A，使得弹簧腔C的压力降低。此时，尽管第二负载腔B与弹簧腔C通过之间连通，但二者之间的流通量有限，开始形成压差。内阀芯2继续向右移动，第二负载腔B与弹簧腔C之间的压差继续增大。直至压差足够大时，第二负载腔B中的液压油作用到第一锥面13上的向右推动力克服复位弹簧3的弹性力以及弹簧腔C作用于节流阀芯1右端的液压力，而推动节流阀芯1向右移动，阀套4的边缘与第一锥面13分离，第二负载腔B内的高压油从节流阀芯1与阀套4之间的阀口经过，直接通过第二节流槽112进行节流，消除节流阀芯1的控制死区，提升系统响应时间，并将原控制死区变为小流量控制区间，使小流量控制区间增长，流量面积梯度减小，从而使平衡阀在小流量时控制性能更稳定，有效防止系统在小流量时开启冲击及抖动。当节流阀芯1继续向右移动，越过第二节流槽112后，液压油通过第一节流槽111开始节流，直至节流阀芯1与阀套4之间的阀口完全开启。

当处于平衡阀处于单向阀工况时，控制油口X回油，第一负载腔A进高压油，推动节流阀芯1向右移动，第一负载腔A的高压油通过节流阀芯1与阀套4之间的阀口流向第二负载腔B。其中，第一负载腔A中的部分高压油经旁通油道8流向梭阀9，推动梭阀9内的钢球左移，所述部分高压油从梭阀9输出至制动油口Y，进入相应的制动系统。

在使用本实用新型上述的平衡阀的液压系统中，通过改变节流阀芯1的节流槽的节流面积，可使平衡阀在开启之后的系统流量即达到各零部件的最小稳定流量，使系统各部件工作平稳。

以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。

Claims (10)

1.一种节流阀芯，该节流阀芯（1）包括第一轴段（11）和第二轴段（12），所述第一轴段（11）的直径小于所述第二轴段（12）的直径，并且所述第一轴段（11）与第二轴段（12）之间的台阶面形成为第一锥面（13），其特征在于，所述第一轴段（11）的外周面上沿周向间隔设置有多个节流槽，该节流槽沿所述节流阀芯（1）的轴向延伸，并且多个所述节流槽中的至少一部分轴向连通至所述第一锥面（13）。

2.根据权利要求1所述的节流阀芯，其特征在于，所述节流槽包括第一节流槽（111）和第二节流槽（112），所述第一节流槽（111）与所述第一锥面（13）间隔设置，所述第二节流槽（112）的一端连通所述第一节流槽（111），另一端轴向延伸至所述第一锥面（13）。

3.根据权利要求2所述的节流阀芯，其特征在于，在所述第一轴段（11）上，从所述第二节流槽（112）到所述第一节流槽（111）的轴向方向上的节流面积逐渐增加。

4.一种平衡阀，该平衡阀包括主阀腔和先导阀腔（D），其特征在于，该平衡阀还包括根据权利要求1-3中任意一项所述的节流阀芯（1），该节流阀芯（1）可轴向移动地安装在所述主阀腔中；

其中，所述节流阀芯（1）的所述第一轴段（11）的所在侧形成有第一负载腔（A），所述第二轴段（12）的所在侧形成有第二负载腔（B），在所述节流阀芯（1）的轴向移动过程中，所述节流阀芯（1）的所述第一锥面（13）能够抵靠在所述主阀腔内的凸缘上以形成第一锥面密封，从而阻隔所述第一负载腔（A）和第二负载腔（B），或者所述第一锥面（13）能够脱离所述凸缘，从而通过所述节流槽导通所述第一负载腔（A）和第二负载腔（B）。

5.根据权利要求4所述的平衡阀，其特征在于，所述第一锥面（13）与所述凸缘之间形成所述第一锥面密封时，所述第一锥面（13）的至少一部分位于所述第二负载腔（B）内。

6.根据权利要求4所述的平衡阀，其特征在于，所述节流阀芯（1）具有轴向贯通的阶梯内腔，该阶梯内腔中安装有呈阶梯轴状且能够轴向移动的内阀芯（2），所述内阀芯（2）的小直径轴端朝向所述第一负载腔（A）延伸，大直径轴端通过复位弹簧（3）弹性压靠在所述主阀腔的端壁上；

所述主阀腔中还包括设有所述复位弹簧（3）的弹簧腔（C），该弹簧腔（C）与所述第二负载腔（B）之间形成有连接油道（141），该连接油道（141）能够由所述内阀芯（2）的轴向移动而被打开或关闭，所述弹簧腔（C）与所述大直径轴端的第一侧的所述阶梯内腔连通，并通过设置在所述内阀芯（2）中的内油道与所述大直径轴端的第二侧的所述阶梯内腔连通；

所述平衡阀还包括先导阀杆（6），该先导阀杆（6）插入所述阶梯内腔并能够推动所述内阀芯（2）轴向移动，所述内阀芯（2）上形成有第二锥面，该第二锥面能够卡靠在所述阶梯内腔的阶梯面上以形成第二锥面密封，从而阻隔所述阶梯内腔与所述第一负载腔（A），或者所述第二锥面在所述先导阀杆（6）的推动下能够脱离所述阶梯面，从而导通所述阶梯内腔和所述第一负载腔（A）。

7.根据权利要求6所述的平衡阀，其特征在于，所述连接油道（141）为设置在所述节流阀芯（1）的周壁上的径向贯通孔。

8.根据权利要求6所述的平衡阀，其特征在于，所述内油道包括相连通的轴向内孔（21）和径向连通孔（22），所述轴向内孔（21）朝向所述大直径轴端的第一侧的所述弹簧腔（C）开口，所述径向连通孔（22）连通所述大直径轴端的第二侧的所述阶梯内腔。

9.根据权利要求6所述的平衡阀，其特征在于，所述先导阀杆（6）包括推杆端（61）和活塞杆端（62），所述活塞杆端（62）可轴向移动地设置在所述先导阀腔（D）中，所述推杆端（61）插入所述阶梯内腔以推动所述内阀芯（2）轴向移动。

10.根据权利要求4-9中任意一项所述的平衡阀，其特征在于，该平衡阀还包括制动油口（Y）和连通所述先导阀腔（D）的控制油口（X），该控制油口（X）通过旁通油道（8）连接所述第一负载腔（A），所述旁通油道（8）中设有梭阀（9），该梭阀（9）的两个进油口通过所述旁通油道（8）分别液压连接所述控制油口（X）和第一负载腔（A），所述梭阀（9）的出油口连通所述制动油口（Y）。

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