專利名稱：多功能無靜差壓力控制閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多功能無靜差式壓力控制閥，該閥屬于先導(dǎo)型壓力閥類，即由主閥和先導(dǎo)閥組成的二級(jí)閥類，它是液壓系統(tǒng)中控制和調(diào)節(jié)油液壓力必不可少的重要元件。
從所周知，目前先導(dǎo)型壓力閥種類繁多，僅舉主要類型即有溢流閥、遙控溢流閥、定值減壓閥、定差減壓閥、內(nèi)控順序閥和外控順序閥等多種。它們各具備單一功能但結(jié)構(gòu)是不相同的，因而給生產(chǎn)和工藝帶來諸多麻煩。
如上所述，先導(dǎo)型壓力閥種類繁多，這給綜合論述其現(xiàn)有技術(shù)形成很大難度?，F(xiàn)僅擇與本發(fā)明創(chuàng)造性有關(guān)的一份歐洲專利申請(qǐng)EP0229841進(jìn)行對(duì)比說明。上述歐洲專利申請(qǐng)示出一種減壓閥，其主閥芯和導(dǎo)閥芯都是圓柱形的，閥芯均可在其相應(yīng)的閥體柱形腔內(nèi)滑動(dòng)，柱形腔均設(shè)置有環(huán)槽分別與進(jìn)油口、出油口和回油口相通，其中環(huán)槽直徑設(shè)置成大于相應(yīng)柱形腔直徑，借此使液流相對(duì)于閥芯軸線呈喇叭發(fā)散狀，以保持閥芯運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性，從而防止振動(dòng)和噪聲的出現(xiàn)。但是按照這種結(jié)構(gòu)，閥芯至少具有三個(gè)凸肩，與其對(duì)應(yīng)的柱形腔內(nèi)設(shè)置有三道環(huán)槽，這些在工藝上將要求有很高的加工精度，從而增加了生產(chǎn)成本。另一方面其主閥出口油壓力顯然大于節(jié)流后通入導(dǎo)腔中的壓力，而且由于主閥與導(dǎo)閥之間無反饋連接，形成開環(huán)控制，因此這類閥是一種有差系統(tǒng)，它無法消除液動(dòng)力、彈簧力以及其它干擾的影響，這是其出現(xiàn)較大的啟、閉誤差的根本原因。此外，該閥的先導(dǎo)閥采用常開型，因此泄漏大。
在此須要特別提出的是，目前大部分液壓閥仍以錐閥式直動(dòng)型壓力閥作為先導(dǎo)閥，用以控制一個(gè)主閥的錐形窗口開度，從而保持所調(diào)節(jié)的油壓近似不變。這類先導(dǎo)閥由于錐閥的穩(wěn)定性差容易出現(xiàn)自激振蕩和噪聲，而且整個(gè)閥仍為有差系統(tǒng)，加之與導(dǎo)閥彈簧平衡的液壓力并不是受控壓力P1，而是經(jīng)過兩次節(jié)流后的壓力P1′，因此閥的啟、閉誤差必然較大。
綜合上述可知，當(dāng)今的先導(dǎo)型壓力閥還存在一種原理性的缺欠，因此單靠提高加工精度或是局部改動(dòng)的辦法，企圖從根本上解決問題是徒勞的。
因此，本發(fā)明的任務(wù)在于設(shè)計(jì)出一種無靜差(即高啟、閉精度)、高穩(wěn)定性和多功能的先導(dǎo)型壓力閥。
本發(fā)明是用圓柱形雙邊三通閥作為先導(dǎo)閥，而用非對(duì)稱雙作用差動(dòng)液壓缸作為主閥。主閥的下側(cè)設(shè)置有通常的錐形窗口，以控制液流的大小。先導(dǎo)閥芯仍由一側(cè)的液壓力與另一側(cè)的彈簧力相平衡，但此時(shí)的液壓力是受控壓力P1，而不是前述的壓力P1′，因?yàn)榇藭r(shí)來自受控壓力腔的液流并未經(jīng)過節(jié)流孔。先導(dǎo)閥套上有兩個(gè)窗口分別與高壓油和回油相通，先導(dǎo)閥芯中間頸部所形成的中間腔與主閥上腔相通，主閥的下腔與進(jìn)口高壓油相通。因此，借助先導(dǎo)閥芯的位移就可控制主閥芯的錐形窗口開度。由于先導(dǎo)閥芯承受的是閥的受控壓力P1，而主閥芯相當(dāng)于一個(gè)積分環(huán)節(jié)，因此，本發(fā)明乃是1型無靜差的閉環(huán)負(fù)反饋壓力控制系統(tǒng)。由于先導(dǎo)閥的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，系統(tǒng)的開環(huán)增益又可通過改變先導(dǎo)閥套控制窗口的面積梯度來調(diào)整，因此系統(tǒng)穩(wěn)定性好、噪聲小，而且具有超調(diào)量小，過渡時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。此外，通過一些轉(zhuǎn)接板或轉(zhuǎn)換開關(guān)又可使本發(fā)明具有多功能性，它可以分別作為溢流閥、遙控溢流閥、定值減壓閥、定差減壓閥、內(nèi)控順序閥和外控順序閥等六種閥類使用。
現(xiàn)在結(jié)合下列附圖所示的實(shí)施例，詳細(xì)地闡述按照本發(fā)明的壓力控制閥。其中

圖1按照發(fā)明的壓力控制閥結(jié)構(gòu)剖面2按照?qǐng)D1的沿線A-A或B-B剖面3按功能設(shè)置的轉(zhuǎn)接板圖4多功能油路網(wǎng)絡(luò)5遙控調(diào)壓回路由圖1可知，按照發(fā)明所述的壓力控制閥是由一個(gè)主閥10和一個(gè)先導(dǎo)閥20組成的。其中主閥10具有一個(gè)主閥芯7，該閥芯是上端帶有一個(gè)凸肩的柱塞，可在相應(yīng)的主閥套6內(nèi)滑動(dòng)，其上下柱塞截面積之比(A1/A2)為1.4～2.0。在主閥芯7的空腔中設(shè)置有一個(gè)主閥彈簧3。主閥套6′設(shè)置在主閥體6內(nèi)，其下端設(shè)置成錐形窗口，該窗口的下面和上面分別設(shè)置有主閥進(jìn)油口4和主閥出油口5。先導(dǎo)閥20具有一個(gè)先導(dǎo)閥芯12，該閥芯設(shè)置有兩個(gè)凸肩，并可在相應(yīng)的先導(dǎo)閥套13內(nèi)滑動(dòng)，先導(dǎo)閥套13則是裝置在先導(dǎo)閥體14內(nèi)。先導(dǎo)閥芯12的右端帶有彈簧座，用以固定調(diào)壓彈簧11的左端，該調(diào)壓彈簧的另一端通過彈簧座與手動(dòng)調(diào)壓裝置或線性電磁鐵15相接。由圖1和圖2可知，在先導(dǎo)閥套13上設(shè)置有兩個(gè)進(jìn)(回)油窗口，它們分別由兩個(gè)徑向等弧度排列的圓孔組成，圓孔直徑為2.0～2.5毫米。上述圓孔的外側(cè)設(shè)置有環(huán)形匯流槽，分別與油路2和8相通。先導(dǎo)閥芯12左端的容腔經(jīng)受控油液進(jìn)口油路1與受控油液和遙控口K相通。先導(dǎo)閥芯12右側(cè)的封閉腔設(shè)置有通油口9。上述的受控油液進(jìn)口油路1、進(jìn)(回)油窗口油路2和8，以及通油口油路9均設(shè)置在先導(dǎo)閥體14內(nèi)。主閥10的上腔通過油路C與先導(dǎo)閥芯12頸部和先導(dǎo)閥套13所形成的容腔相通。主閥芯7在靠近凸肩的頸部與主閥套6′的內(nèi)腔所形成的環(huán)形空間與通向回油的泄油口L相通，泄油口L的油路依次穿過主閥套6′和主閥體6。上述受控油液進(jìn)口油路1、進(jìn)(回)油窗口油路2和8以及通油口9，均可引向主閥體6外表的一個(gè)集成平面上。同理，主閥進(jìn)油口4、主閥出油口5和主閥泄油口L也均可引向同一個(gè)集成平面，在該平面上七個(gè)油口的排列情況及其相對(duì)位置與圖3所示轉(zhuǎn)接板上的七個(gè)油口相對(duì)應(yīng)。若選用一塊如圖3所示的設(shè)置有特殊油路網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)接板覆蓋在上述的集成平面上，以溝通有關(guān)油路，便構(gòu)成具有所需功能的壓力控制閥，因?yàn)榘磮D3所示的轉(zhuǎn)接板41、42、43、44、45和46上設(shè)置的油路網(wǎng)絡(luò)分別相當(dāng)于溢流閥、搖控溢流閥、定值減壓閥、定差減壓閥、內(nèi)控順序閥和外控順序閥等六種工作狀態(tài)。另一種多功能的實(shí)施形式是在閥體內(nèi)設(shè)置5個(gè)圓柱形轉(zhuǎn)換開關(guān)a、b、c、d和e。每個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)在與其軸線相垂直的平面上，開有一個(gè)或T形或L形或1形的通道，這些開關(guān)上的通道與上述的油路和油口按照?qǐng)D4所示的形式連接起來，便構(gòu)成本發(fā)明的多功能網(wǎng)絡(luò)。此外，為增加系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度，在開關(guān)a，b一側(cè)的油路上串有節(jié)流孔。
現(xiàn)在結(jié)合圖4所示的油路網(wǎng)格，詳細(xì)地說明按照發(fā)明所述壓力控制閥的多功能實(shí)施方法。
(1)溢流閥圖4所示的油路網(wǎng)絡(luò)即為溢流閥工作狀態(tài)。此時(shí)主閥進(jìn)油口4的受控油液通過開關(guān)e引至先導(dǎo)閥20內(nèi)進(jìn)口油路1，因而先導(dǎo)閥芯12的左端作用有液壓力，此力與先導(dǎo)閥芯12右端的調(diào)壓彈簧11的預(yù)壓力相平衡。若此時(shí)閥芯處于中位，即閥芯12的兩個(gè)凸肩剛好堵住先導(dǎo)閥套13上的與油路2相通的進(jìn)油窗口和與油路8相通的回流窗口，則說明受控油液的壓力P1等于調(diào)定值，系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。如主閥進(jìn)油口4的流量突然增加，油壓P1將增高，先導(dǎo)閥芯12向右移動(dòng)。于是主閥芯7將借助回路窗口油路8、開關(guān)b、主閥泄油口L、開關(guān)d和主閥出油口5回油。主閥芯7在下腔高壓油的作用下向上移動(dòng)，因此打開或開大錐形窗口，使P1下降。當(dāng)P1回到調(diào)定值時(shí)，先導(dǎo)閥芯12又回到中位，系統(tǒng)將進(jìn)入新的平衡狀態(tài)。如果主閥進(jìn)油口4的流量突然減小，P1將降低，先導(dǎo)閥芯12向左移動(dòng)，因而溝通油路2的窗口被打開。于是主閥進(jìn)油口4的高壓油將通過開關(guān)a和油路2，流入主閥10的上腔。由于主閥10的上腔有效面積A1大于下腔有效面積A2，故能迫使主閥芯7向下移動(dòng)，以關(guān)小錐形窗口，使P1增加。當(dāng)P1恢復(fù)到調(diào)定值時(shí)，先導(dǎo)閥芯12又回到中位，使系統(tǒng)達(dá)到新的平衡狀態(tài)。由此可見，按發(fā)明所述的壓力控制閥組成的閥類，在任何平衡狀態(tài)下，先導(dǎo)閥均處于常閉狀態(tài)，與流量大小無關(guān)，因此泄漏小和無靜差。此外，圖1所示的通油口9的泄漏通過開關(guān)c和d流入主閥的出油口5，而主閥泄油口L的泄漏油也通過開關(guān)d一并流入主閥的出油口5(因溢流閥狀態(tài)時(shí)L口被封死)。
(2)遙控溢流閥如果將圖4中的開關(guān)a順時(shí)針旋轉(zhuǎn)45°，則溝通油路2的窗口被封住，本發(fā)明即構(gòu)成遙控溢流閥。此時(shí)應(yīng)將手動(dòng)調(diào)壓裝置15調(diào)至壓力為最大的極限位置，因而先導(dǎo)閥芯12右端的彈簧座靠緊先導(dǎo)閥套13的右端面，于是溝通油路8的窗口被封住，而溝通油路2的窗口雖被打開卻為開關(guān)a所封閉，因此先導(dǎo)閥將失去控制作用。若將按照發(fā)明的先導(dǎo)閥20作為遠(yuǎn)程調(diào)壓閥，并按圖5連接油路，便構(gòu)成遙控調(diào)壓回路。
(3)定值減壓閥若將圖4中的開關(guān)a、b、e均按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)90°，本發(fā)明即構(gòu)成定值減壓閥。此時(shí)溝通油路2的窗口與主閥泄油口L相通，而上述泄油口L則通過直徑為0.8毫米，長(zhǎng)度為5毫米的節(jié)流孔與油箱相通。溝通油路8的窗口與主閥進(jìn)油口4相通，進(jìn)油口油路1與主閥出油口5相通，主閥出油口5借助通過孔直徑為0.8毫米的開關(guān)d與泄油口L相通，以適應(yīng)封閉負(fù)載(因減壓閥狀態(tài)L口與油箱相通)。顯然，主閥出口油壓P2為受控量。當(dāng)P2因負(fù)載變動(dòng)而升高時(shí)，先導(dǎo)閥芯12將向右移動(dòng)，溝通油路8的窗口被打開。于是主閥進(jìn)油口4的高壓油將通過開關(guān)b流入主閥10的上腔，迫使主閥芯7下移，從而關(guān)小錐形窗口，直到P2回到調(diào)定值，先導(dǎo)閥芯12才回到中位。若P2因負(fù)載變動(dòng)而降低時(shí)，先導(dǎo)閥芯12左移，主閥10上腔將通過溝通油路2的窗口、開關(guān)a與主閥泄油口L相通。主閥芯7在主閥進(jìn)口4的高壓油作用下向上移動(dòng)，于是錐形窗口開大，P2升高，直到P2回到調(diào)定值，先導(dǎo)閥芯12才回到中位?？梢姶藭r(shí)系統(tǒng)仍是無靜差的。
(4)定差減壓閥將圖4中的開關(guān)c順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，即構(gòu)成定差減壓閥。此時(shí)閥的受控量為主閥的進(jìn)口油壓與出口的負(fù)載壓力之差，即P1-P2。因此，主閥出油口5的油液通過開關(guān)c被引至通油口9。
(5)內(nèi)控順序閥若將圖4中的開關(guān)d旋轉(zhuǎn)90°，本發(fā)明即構(gòu)成內(nèi)控順序閥。當(dāng)進(jìn)口油壓P1小于設(shè)定值P10時(shí)，先導(dǎo)閥芯12向左偏移，主閥進(jìn)油口4的高壓油通過開關(guān)a、油路2和與其相連的窗口流入主閥10上腔，使主閥芯7下移，從而錐形窗口關(guān)閉;當(dāng)P1微大于P10時(shí)，先導(dǎo)閥芯12回到中位并微微偏向右邊，使主閥10上腔經(jīng)溝通油路8的窗口、開關(guān)b向主閥泄油口L回油，因而錐形窗口被打開。因此時(shí)主閥出油口5通向負(fù)載，P1并不因錐形窗口打開而下降，故形成開環(huán)控制，主閥芯一直上移到極限位置。壓力損失基本上為零。而且泄漏也很小。
(6)外控順序閥若將圖4中的開關(guān)d和e均逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，便構(gòu)成本發(fā)明的外控順序閥，它與內(nèi)控順序閥的不同點(diǎn)是先導(dǎo)閥20內(nèi)，進(jìn)口油路1與主閥進(jìn)油口4斷開，而將外控油液通過遙控口K進(jìn)入進(jìn)口油路1的進(jìn)口。
(7)比例壓力閥若將圖1中的手動(dòng)調(diào)壓裝置15改換成線性電磁鐵，便構(gòu)成比例壓力閥。
按照發(fā)明所述的壓力控制閥，其技術(shù)性能經(jīng)實(shí)際測(cè)試表明在各種狀態(tài)下，先導(dǎo)閥和整個(gè)壓力閥均不產(chǎn)生自激振蕩，壓力平穩(wěn)，其波動(dòng)值和偏移值均在0.5%左右。另一方面由于無靜差而具有高啟、閉精度，如溢流閥的啟、閉誤差為0.5%。其動(dòng)態(tài)性能對(duì)于額定壓力為31.5MPa，額定流量為100升/分的溢流閥，其壓力超調(diào)小于5%，瞬態(tài)恢復(fù)時(shí)間為14ms，下降時(shí)間為20ms。
權(quán)利要求
1.一種壓力控制閥包括一個(gè)主閥和一個(gè)先導(dǎo)閥，其中主閥是非對(duì)稱雙作用差動(dòng)液壓缸，而先導(dǎo)閥則是圓柱形雙邊三通閥，其特征在于，主閥(10)的主閥芯(7)是一個(gè)上端帶有凸肩的柱塞，其下端設(shè)置成錐形窗口，該窗口的上面和下面分別設(shè)置有主閥進(jìn)油口(4)和主閥出油口(5)，主閥芯(7)在靠近凸肩的頸部與主閥套(6′)的內(nèi)腔所形成的環(huán)形空間與通向回油的泄油口(L)相通，泄油口(L)的油路依次穿過主閥套(6′)和主閥體(6)，先導(dǎo)閥(20)的先導(dǎo)閥芯(12)設(shè)置有兩個(gè)凸肩，兩凸肩之間為較細(xì)的頸部，先導(dǎo)閥芯(12)的右端帶有彈簧座，用以固定調(diào)壓彈簧(11)的左端，該彈簧的另一端通過彈簧座與手動(dòng)調(diào)壓裝置或線性電磁鐵(15)相接，先導(dǎo)閥套(13)上的兩個(gè)進(jìn)(回)油窗口分別由兩個(gè)徑向等弧度排列的圓孔組成，上述圓孔的外側(cè)設(shè)置有環(huán)形匯流槽分別與油路(2)和(8)相通，先導(dǎo)閥芯(12)左端的容腔經(jīng)受控油液進(jìn)口油路(1)與受控油液和遙控口(K)相通，先導(dǎo)閥芯(12)右端封閉腔設(shè)置有通油口(9)，先導(dǎo)閥體(14)內(nèi)還相應(yīng)設(shè)置有受控油液進(jìn)口油路(1)，進(jìn)(回)油窗口油路(2)和(8)，這些油路分別與先導(dǎo)閥套(13)上相應(yīng)的油口和窗口相通。主閥(10)上腔通過油路(C)與先導(dǎo)閥芯(12)頸部和先導(dǎo)閥套(13)所形成的容腔相通，將上述油路(1，2，8)和油口(4，5，9，L)引向同一個(gè)集成平面，并借助一塊設(shè)置有特殊油路網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)接板(41，42，43，44，45，46)組成多功能網(wǎng)絡(luò)，或是上述油路(1，2，8)和油口(4，5，9，L)借助于轉(zhuǎn)換開關(guān)(a，b，c，d，e)也可組成多功能網(wǎng)格。此外，將手動(dòng)調(diào)壓裝置(15)改用線性電磁鐵(15)還能組成比例壓力閥的功能。
2.按權(quán)利要求1所述的壓力控制閥，其特征在于，所述先導(dǎo)閥芯(12)借助右側(cè)的調(diào)壓彈簧(11)與左側(cè)的受控油液所形成的液壓力相平衡，使其在穩(wěn)態(tài)時(shí)處于中位，因此所述先導(dǎo)閥(20)是常閉型的。
3.按權(quán)利要求1所述的壓力控制閥，其特征在于，所述主閥芯(7)的上下柱塞受壓面之比為1.4～2.0。
4.按權(quán)利要求1所述的壓力控制閥，其特征在于，所述轉(zhuǎn)接板(41，42，43，44，45，46)上設(shè)置的特殊油路網(wǎng)格分別相當(dāng)于溢流閥，遙控溢流閥，定值減壓閥，定差減壓閥，內(nèi)控順序閥和外控順序閥的工作狀態(tài)。
5.按權(quán)利要求1所述的壓力控制閥，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換開關(guān)(a，b，c，d，e)在與軸線相垂直的一個(gè)平面上，設(shè)置有或T形或L形或I形的通道，這些通道隨開關(guān)旋轉(zhuǎn)到不同的位置可使閥分別構(gòu)成溢流閥，遙控溢流閥，定值減壓閥，定差減壓閥，內(nèi)控順序閥和外控順序閥的工作狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明屬于先導(dǎo)型壓力閥類，它由圓柱形三通閥和雙作用差動(dòng)液壓缸分別組成先導(dǎo)閥和主閥。其特點(diǎn)在于多功能和無靜差，前者借助轉(zhuǎn)接板或轉(zhuǎn)換開關(guān)可分別構(gòu)成溢流閥、遙控溢流閥、定值和定差減壓閥以及內(nèi)控和外控順序閥等，后者可使閥的啟、閉誤差減小到0.5％，而且先導(dǎo)閥和整個(gè)壓力閥在各種狀態(tài)下均不產(chǎn)生自激振蕩。此外，壓力超調(diào)小，過渡時(shí)間短也是本發(fā)明的一大特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G05D16/16GK1040420SQ89103298
公開日1990年3月14日 申請(qǐng)日期1989年5月19日 優(yōu)先權(quán)日1989年5月19日
發(fā)明者劉長(zhǎng)年, 陳哲, 劉思瀾 申請(qǐng)人:劉長(zhǎng)年