CN210118300U - 一种非对称流量匹配式平衡锁紧系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种非对称流量匹配式平衡锁紧系统，包括流量匹配式平衡锁紧阀和油缸；平衡锁紧阀由阀体、阀芯、球阀芯和弹簧组成；平衡锁紧阀成对使用，分为左平衡锁紧阀和右平衡锁紧阀；左右平衡锁紧阀结构相同，节流槽数量不同，但相互对称；左平衡锁紧阀顶部出油口连通油缸无杆腔；右平衡锁紧阀顶部出油口连通油缸有杆腔；左、右平衡锁紧阀的底部油口接系统压力油口；左平衡锁紧阀的上部油道连通右平衡锁紧阀的下部油道；左平衡锁紧阀的下部油道连通右平衡锁紧阀的上部油道；左、右平衡锁紧阀的中部油道连通油箱。本实用新型的平衡阀和平衡系统，结构简单，可靠性好，可满足多种工况，并能有效保证非对称缸液压系统的平衡性和系统安全性。

Description

一种非对称流量匹配式平衡锁紧系统

技术领域

本实用新型属于液压控制元件与系统技术领域，特别涉及一种非对称流量匹配式平衡锁紧系统。

背景技术

液压技术是现代工业技术中应用非常广泛的一种传动及控制技术，具有功率密度高，系统响应快等诸多优点。在实际应用中，系统经常出现“超越负载”的工况，为解决超越负载对系统的影响，保证系统运行的稳定性，且针对不同的油缸类型及工矿，专利CN201811456521.2提出了一种非对称双向液压平衡锁紧系统，其平衡阀采用不同活塞面积的方式实现流量的匹配与平衡；专利CN201811459133.X提出了一种流量匹配式平衡与能量回收系统，采用的是多节活塞的方式进行流量的匹配与平衡；此两种方式均可实现系统的平衡性和稳定运行，且具有很高的能量利用效率。但其也具有局限性，尤其需求对流量匹配比很高的场合，可能会使得阀体体积不易控制。

发明内容

本实用新型提出了一种非对称流量匹配式平衡锁紧系统，旨在解决高流量匹配比的系统需求。所提出的流量匹配式平衡阀成对使用，亦具有双向锁紧的功能，能够实现液压系统在各种负载情况下均能平稳运行和可靠的锁紧，且在高流量匹配比的场合，依然能够控制阀体的体积，以适应各种工况的实际需求。

为了实现上述技术特点，本实用新型提供一种非对称流量匹配式平衡锁紧系统，包括一种流量匹配式平衡锁紧阀(以下简称“平衡锁紧阀”)和油缸；所述平衡锁紧阀的底部设有底部油口，顶部设有顶部油口，径向设有上部、中部和下部三条油道；所述平衡锁紧阀成对使用，分别为左平衡锁紧阀和右平衡锁紧阀；所述左平衡锁紧阀和所述右平衡锁紧阀的结构相同，且相互对称；所述左平衡锁紧阀顶部出油口连通所述油缸的无杆腔；所述右平衡锁紧阀顶部出油口连通所述油缸的有杆腔；所述左平衡锁紧阀、右平衡锁紧阀的底部油口连通系统压力油入口；所述左平衡锁紧阀的上部油道连通所述右平衡锁紧阀的下部油道；所述左平衡锁紧阀的下部油道连通所述右平衡锁紧阀的上部油道；所述左平衡锁紧阀、右平衡锁紧阀的中间油道连通系统油箱。

作为一种可实施方式，所述平衡锁紧阀包括阀体、阀芯、球阀芯以及弹簧；所述阀体内壁在与中部和下部两条油道对应相交处开有上、下两个环形沉割槽；所述阀芯包括相互连接的上段活塞和下段活塞，且沿所述上段活塞的周向开有多个连通油道；所述阀芯和所述阀体为间隙配合，所述阀芯能在所述阀体内上下滑动，且能阻止液压油在配合间隙内流动。

作为一种可实施方式，所述平衡锁紧阀的所述阀芯的上段活塞和下段活塞的直径相同，且上段活塞和下段活塞的底部都开有直径和深度都相同的沉孔，且沿沉孔的周向开有数个尺寸相同的节流槽，且上段活塞和下段活塞上设有的节流槽数量不同。

作为一种可实施方式，所述平衡锁紧阀的所述阀芯的两段活塞的下沿之间的距离，和所述阀体内两个环形沉割槽的下沿之间的距离相同；即两段活塞的节流槽的上沿之间的距离与所述阀体内两个环形沉割槽的下沿之间的距离相同；当所述阀芯在所述阀体内上下滑动时，两个环形沉割槽与各节流槽将构成同步的节流口，这些节流口总是具有相同的开度。因此，所述阀体上下两个环形节流口流道的过流流量即与活塞底部周向的节流口数量成正比关系。

作为一种可实施方式，所述阀体上部设有球阀座，所述球阀芯、所述弹簧与球阀座相配合构成一个单向阀，所述球阀座的开启口直径与下段活塞的直径相同。

作为一种可实施方式，所述非对称流量匹配式平衡锁紧系统还包括电机，通过所述电机调节进入系统的油量。系统通过电机控制进入系统的油量，可准确控制油缸的位置和速度，无论哪个方向有超越负载出现，都能保证系统的液压平衡功能，使系统稳定运行。

本实用新型相比于现有技术的有益效果在于：

1、所设计的平衡锁紧阀结构简单，成本低，安装方式也很方便，对油液清洁度和温度变化要求也不高。

2、基于这种平衡阀设计的液压平衡系统，应用灵活，成对使用时，可以保证单出杆双作用油缸无论哪个方向出现超越负载情况，均能稳定运行。

3、平衡阀工作稳定可靠，平衡功能的实现依靠机械加工尺寸来保证阀口开度，活塞底部周向的节流槽数量根据油缸两腔所需油量确定，从而保证进出油缸两腔的流量成比例匹配，因而几乎不受外界其他干扰因素的影响。

4、在需求高流量匹配比的场合，只需更改活塞底部周向的节流槽数量即可，因此更容易控制阀体体积，适应多种工况。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种非对称流量匹配式平衡锁紧系统中的流量匹配式平衡锁紧阀的结构示意图；

图2为基于图1所示的基于这种流量匹配式平衡锁紧阀的非对称流量匹配式平衡锁紧系统的机构示意图。

具体实施方式

以下结合附图，对本实用新型上述的和另外的技术特征和优点进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的部分实施例，而不是全部实施例。

如图1所示，为流量匹配式平衡锁紧阀的结构示意图，主要由阀体3、阀芯7、球阀芯2和弹簧20组成；阀体3底部开有底部油口10，顶部开有顶部油口1，径向开有上部油道16、中部油道14和下部油道12；阀体3内壁与中部油道14和下部油道12对应相交处开有上环形沉割槽5、下环形沉割槽8；阀芯7设计成由上下两段活塞连接构成，上段活塞15沿周向开有多个连通油道4，两段活塞中间为中间腔13；阀芯7和阀体3小间隙配合，且阀芯7可在阀体3内上下滑动，但阻止液压油沿配合间隙的流动；阀体3上部开有球阀座，球阀芯2和弹簧20在球阀座内构成一个单向阀；阀芯3的上段活塞15与下段活塞11直径相同，且上段活塞15和下段活塞11的底部都开有直径和深度都相同的沉孔；且沿上段活塞15的底部沉孔的周向开有节流槽6，沿下段活塞11的底部沉孔的周向开有节流槽9，这些节流槽的尺寸一样；且，上环形沉割槽5的下边沿距离上段活塞15底部节流槽6的上边沿的距离，与，下环形沉割槽8的下边沿距离下段活塞11的底部节流槽9的上边沿的距离完全相同。节流槽9的数量根据油缸19两腔所需的流量确定，并成比例匹配。

如图2所示，为基于图1流量匹配式平衡锁紧阀的非对称流量匹配式平衡锁紧系统示意图，主要包括左平衡锁紧阀17，右平衡锁紧阀18，和执行油缸19；左平衡锁紧阀17的顶部出油口连通油缸19的左腔；右平衡锁紧阀18的顶部出油口连通油缸19的右腔；左平衡锁紧阀17的上部油道连通右平衡锁紧阀18的下部油道；左平衡锁紧阀17的下部油道连通右平衡锁紧阀18的上部油道；左平衡锁紧阀17和右平衡锁紧阀18的中部油道并连接油箱；左平衡锁紧阀17和右平衡锁紧阀18的底部油口连通系统压力油。

如图2所示，当需要油缸19向左侧运行时，左平衡锁紧阀17底部油口通压力油，压力油在左平衡锁紧阀17的阀芯底部产生的推力克服阀芯顶部液压力和压紧弹簧力，推动左平衡锁紧阀17的阀芯向上抬起，并顶开球阀芯；当阀芯7抬起到一定高度时，被左平衡锁紧阀阀芯7的活塞遮盖的上、下两个环形沉割槽将会配合阀芯7活塞底部的节流槽，被逐渐且同步打开；此时，系统压力油将经左平衡锁紧阀17的下环形沉割槽和下部油道，进入到右平衡锁紧阀18的上部油道；继而压力油将右平衡锁紧阀 18的阀芯压向阀体3的最底部，从而将右平衡锁紧阀18的下部油道和中间油道均关闭，同时也关闭了左平衡锁紧阀的上部油道；同时，压力油会顶开右平衡锁紧阀18 的球阀芯，进入油缸19右腔(有杆腔)；且同时，由于左平衡锁紧阀17的上沉割槽会与下沉割槽会配合活塞底部的节流槽同步开启，因此，左平衡锁紧阀17的上部油口14、及中间油道4会相互连通，并接回油箱，即油缸左腔(无杆腔)的液压油回到油箱，油缸15将向左侧运行。

显然，在推动油缸19左运动的过程中，忽略内泄漏的情况下，进入油缸19有杆腔的液压油流量即为左平衡锁紧阀17的下环形沉割槽处的环形节流口的过流流量；油缸19无杆腔的回油液压油流量即为上环形沉割槽处的环形节流口的过流流量。由于，左平衡锁紧阀17的上下两个环形沉割槽总是配合左平衡锁紧阀17的阀芯活塞的底部节流槽同步开启，且开度总是相同，因此在压差相同时，过流量将总是与左平衡锁紧阀17阀芯活塞底部的节流槽的数量成正比。例如：图2中，如果油缸19无杆腔所需流量是油缸有杆腔所需流量的2倍(也即无杆腔容积是有杆腔容积的2倍)，那么图2中左平衡锁紧阀17的下部活塞的节流槽的数量是上部活塞节流槽数量的二分之一；而右平衡锁紧阀18的下部活塞的节流槽的数量是上部活塞节流槽数量的2倍。

因此即通过机械的方式确保引入到油缸两腔的液压油总是成一个确定匹配比例，且此确定的比例只与平衡阀锁紧的阀芯活塞底部的节流槽数量有关，也即能准确实现非对称油缸的两腔的流量匹配需求，保证非对称油缸的平稳运行。

类似地，当右平衡锁紧阀18底部接通压力油，推动油缸19向右侧运动时，其工作过程与上述过程完全类似；只是此时右平衡锁紧阀18的阀芯被推向顶部，而左平衡锁紧阀17的阀芯被压在底部；并且此时，进入油缸19两腔的流量则由右平衡锁紧阀18中的完全成比例匹配的环形节流口控制，即右平衡锁紧阀18阀芯两段活塞底部节流槽的数量匹配控制，这两个节流流量也同样是由机械方式来保证同步的。

当系统没有超越负载情况出现时，平衡阀中节流口的开度由所需要的流量决定，油缸19的压力腔压力与供油压力相差很小，油缸19回油腔压力也接近油箱压力，因此整个系统的压力损失很小。

当出现超越负载情况，例如，油缸19处于最右端，需要向左运动，而负载作用在油缸19上力也为从右向左，即为超越负载情况。此时，左平衡锁紧阀17底部的压力油仍然是通过左平衡锁紧阀17的下沉割槽处的环形节流口，左平衡锁紧阀17的下部油道，再经右平衡锁紧阀18的上部油道，右平衡锁紧阀18顶部油口进入油缸19 的有杆腔；油缸19的无杆腔的液压油也仍然是通过左平衡锁紧阀17的上沉割槽处的节流口回油箱。不同的是，此时油缸19的有杆腔的压力较低，稍高于油箱压力，而油缸19无杆腔的压力较高，稍高于负载作用产生的压力，稍低于系统供油压力；且此时，阀体两个环形节流口的开度仍然同步且相同，过流的压差均较大，但节流口的压差仍然成匹配比例，因此过流流量也成匹配比例。由此即可以保证油缸19在超越负载情况下的平稳运行。

并且此时，油缸19的位置和速度仍然由供油流量来准确控制，只是此时由于节流口的压差较大，会产生一定的能量损失。对具有超越负载情况的液压平衡系统，这种节流导致的能量损失一般是无法避免的。

同理，当超越负载出现在另一个运动方向时，平衡系统的工作机理完全相同。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本实用新型的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种非对称流量匹配式平衡锁紧系统，其特征在于，包括流量匹配式平衡锁紧阀以及油缸；所述平衡锁紧阀的底部设有底部油口，顶部设有顶部油口，径向设有上部、中部和下部三条油道；所述平衡锁紧阀成对使用，分别为左平衡锁紧阀和右平衡锁紧阀；所述左平衡锁紧阀和所述右平衡锁紧阀的结构相同，且相互对称；所述左平衡锁紧阀顶部出油口连通所述油缸的无杆腔；所述右平衡锁紧阀顶部出油口连通所述油缸的有杆腔；所述左平衡锁紧阀、右平衡锁紧阀的底部油口连通系统压力油入口；所述左平衡锁紧阀的上部油道连通所述右平衡锁紧阀的下部油道；所述左平衡锁紧阀的下部油道连通所述右平衡锁紧阀的上部油道；所述左平衡锁紧阀、右平衡锁紧阀的中间油道连通系统油箱。

2.根据权利要求1所述的非对称流量匹配式平衡锁紧系统，其特征在于，所述平衡锁紧阀包括阀体、阀芯、球阀芯以及弹簧；所述阀体内壁在与中部和下部两条油道对应相交处开有上、下两个环形沉割槽；所述阀芯包括相互连接的上段活塞和下段活塞，且沿所述上段活塞的周向开有多个连通油道；所述阀芯和所述阀体为间隙配合，所述阀芯能在所述阀体内上下滑动，且能阻止液压油在配合间隙内流动。

3.根据权利要求2所述的非对称流量匹配式平衡锁紧系统，其特征在于，所述平衡锁紧阀的所述阀芯的上段活塞和下段活塞的直径相同，且上段活塞和下段活塞的底部都开有直径和深度都相同的沉孔，且沿沉孔的周向开有数个尺寸相同的节流槽，且上段活塞和下段活塞上设有的节流槽数量不同。

4.根据权利要求3所述的非对称流量匹配式平衡锁紧系统，其特征在于，所述平衡锁紧阀的所述阀芯的两段活塞的下沿之间的距离，和所述阀体内两个环形沉割槽的下沿之间的距离相同；所述节流槽的上沿之间的距离与所述阀体内两个环形沉割槽的下沿之间的距离相同。

5.根据权利要求2所述的非对称流量匹配式平衡锁紧系统，其特征在于，所述阀体上部设有球阀座，所述球阀芯、所述弹簧与球阀座相配合构成一个单向阀，所述球阀座的开启口直径与下段活塞的直径相同。

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