一種恆功率控制閥的製作方法

2023-09-15 03:01:40

專利名稱：一種恆功率控制閥的製作方法
技術領域：
本發明涉及工程機械及液壓傳動領域，具體地說，涉及一種恆功率控制閥。
背景技術：
恆功率控制是液壓領域常用的控制方式，即使一個泵的單功率保持恆定，或者使幾個泵的功率之和保持恆定。通常採用帶機械反饋的功率控制閥來實現這一功能。以工程機械領域常用的雙泵系統為例，其目的是為了實現多個液壓執行元件同時執行任務。理想狀態的恆功率控制是以雙泵各自的負載壓力P1或P2作為信號共同改變各自泵的排量，使雙泵排量相同，由於轉速一定，所以流量相等，即pixqi+p2x%=常數( = q2)。相應地，其特性曲線(壓力與排量的關係曲線)為圖1所示的雙曲線。現有技術常使用的雙泵系統總功率控制中，包括交叉傳感控制和直槓桿控制兩種方式。對於交叉傳感控制而言，其以泵各自的負載壓力Pl或p2作為信號分別改變另一個泵的功率。其特點是只有當一個泵的工作壓力低於其設定的控制起點時，則可以給另一個泵分配發動機多餘的功率。而當兩個泵的工作壓力均大於或小於設定的控制起點時，則雙泵的總功率就會降低。發動機的功率利用受到工作壓力的限制，並不適用於所有工作壓力。對於直槓桿控制而言，在控制系統中有彈簧一和彈簧二，在低壓時彈簧一起作用， 對應於圖1所示的特性曲線ab段，當壓力達到一定值時，兩根彈簧同時起作用，對應於特性曲線be段。其特性曲線並非理想狀態的雙曲線，實質上是通過兩段折線來代替雙曲線，因此其控制精度不高，尤其是在功率起調點和功率終調點附近，其功率調節誤差較大。此外， 此類控制閥還具有結構複雜、零部件數量多等缺陷。

發明內容
為了克服現有技術的上述缺陷和不足，本發明的目的在於提供一種恆功率控制閥，該控制閥能夠明顯提高控制精度，並可以優化系統結構。本發明的恆功率控制閥，包括拐杆，所述拐杆包括相互固定並成夾角的第一桿件和第二桿件；先導閥，所述先導閥上設置有至少一個臺階面，所述各臺階面分別連接外部油路， 所述先導閥的端部對所述第一桿件的第一側施加外部油路壓力；換向閥，所述換向閥的第一端設置有彈性裝置，所述換向閥的第二端對所述第二桿件施加彈性力；移動部件，所述移動部件固定於變量活塞上，所述移動部件在所述第一桿件的第二側滑動或滾動，所述移動部件對所述拐杆施加的力和所述先導閥對拐杆施加的力方向相對。作為上述技術方案的優選，所述先導閥的端部設置有支撐銷，所述支撐銷設置在所述第一桿件第一側的銷孔一內。
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作為上述技術方案的優選，所述移動部件為第一滾輪，所述第一桿件的第二側設置有供第一滾輪滾動的弧形引導面。作為上述技術方案的優選，所述第一滾輪兩側包括伸出的第一中心軸，該第一中心軸與撥杆鉸接，所述第一滾輪在所述撥杆上沿第一中心軸旋轉，所述撥杆固定於所述變
量活塞上。作為上述技術方案的優選，本發明的恆功率控制閥還包括第二滾輪，所述第二滾輪兩側包括伸出的第二中心軸，該第二中心軸與所述第一桿件或第二桿件鉸接，所述第二滾輪在所述第一桿件或第二桿件上沿第二中心軸旋轉；固定設置的擋塊，所述擋塊設置於所述第二滾輪的外周一端，在所述拐杆擺動過程中，所述第二滾輪在所述擋塊上滾動。作為上述技術方案的優選，所述換向閥的第二側還包括頂杆和頂杆座，所述頂杆的第一側設置在換向閥第二側的銷孔二內，所述頂杆的第二側固定於所述頂杆座內，所述頂杆座兩側包括伸出的第三中心軸，該第三中心軸與所述第二桿件鉸接，所述頂杆座在第二桿件上沿第三中心軸旋轉。作為上述技術方案的優選，所述換向閥為兩位三通換向閥，所述兩位三通換向閥的工作油口連接變量活塞的大端，進油口連接變量活塞的小端和其中一個外部油路，回油口連接油箱。作為上述技術方案的優選，所述彈性裝置的一側還設置有調整裝置，該調整裝置用於調整彈性裝置的彈性力。作為上述技術方案的優選，所述先導閥上設置有兩個臺階面，所述恆功率控制閥用於變量軸向柱塞泵的雙泵控制。作為上述技術方案的優選，所述臺階面包括多個時，各臺階面的面積相等。本發明的恆功率控制閥，通過動支點拐杆方式，實現了彈性力力矩和外部油路壓力力矩的平衡。換向閥根據外部油路的壓力進行相應的換向和復位，從而可以實現變量活塞的移動，完成液壓泵的恆功率控制。通過理論計算可知，本發明的特性曲線為理想狀態的雙曲線，其功率調節誤差小、控制精度高；此外，本發明通過調整裝置調節單個彈性裝置的彈性力，即可以實現總功率的設定調節，相對於雙彈簧控制閥而言，功率設定十分方便；而且，本發明高效地實現了發動機功率和負載功率之間的匹配，可以最大化地利用發動機的功率。本發明還具有結構簡單、性能穩定、實用性強等優點。


為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1是恆功率控制的特性曲線圖；圖2是本發明一實施例的恆功率控制閥的結構示意圖；圖3是本發明一實施例的頂杆和頂杆座的結構示意圖；圖4是圖3所示實施例的頂杆和頂杆座安裝在拐杆上的結構示意圖5是本發明一實施例的第二滑輪安裝在拐杆上的結構示意圖；圖6是本發明一實施例的恆功率控制閥應用在雙泵控制中的液壓原理圖。
具體實施例方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。如圖2所示，本發明一實施例的恆功率控制閥至少包括拐杆1、先導閥2、換向閥3 和移動部件。其中拐杆1包括相互固定並成夾角的第一桿件11和第二桿件12。第一桿件 11和第二桿件12之間可以一體成型，也可以分開成型，本發明並不受限於此，此外，在第一桿件11和第二桿件12之間也可以包括在它們之間形成連接的連接部件，只要它們相互固定並形成夾角，即可以實現本發明的技術效果。該夾角可以是直角、鈍角或銳角，優選形成圖2所示的直角結構。先導閥2上設置有至少一個臺階面，各臺階面分別連接外部油路，先導閥2的端部對第一桿件11的第一側施加外部油路壓力。在圖2所示的實施例中，該先導閥2包括兩個臺階面，各臺階面上可以連接壓力分別為Pl和P2的外部油路(如外部負載油路)。在該技術方案的基礎上，圖2所示的恆功率控制閥可以用於變量軸向柱塞泵的雙泵控制(將在下文進行詳細說明)。應當清楚，在該先導閥2上設置其它數量的臺階面(如1個或3個) 時，本發明同樣能夠得到理想狀態的特性曲線，實現誤差較小的恆功率控制。先導閥2的端部可以直接與第一桿件11的第一側接觸，以對其施加外部油路壓力，本發明也可以在先導閥2和第一桿件11之間壓有鋼球，以減小其與第一桿件11相對運動的摩擦力，本發明並不受限於此。優選地，在先導閥2的端部設置有如圖2所示的支撐銷21，該支撐銷21設置在第一桿件11第一側的銷孔一內。為了形成密封迴路，還可以在先導閥2閥芯外設置閥套 20，外部油路分別引入到該閥套20內，並對先導閥2的兩個作用面進行作用。換向閥3的第一端設置有彈性裝置30，所述換向閥3的第二端對所述第二桿件12 施加彈性力。該彈性裝置30可以是一個彈簧，相應地其彈性力則為彈簧力。換向閥3的第二端可以直接與第二桿件12接觸，以對其施加彈性力，本發明也可以在換向閥3和第二桿件12之間壓有鋼球，以減小其與第二桿件12相對運動的摩擦力，本發明並不受限於此。優選地，如圖3和圖4的實施例所示，換向閥3的第二側還包括頂杆31和頂杆座32，頂杆31 的第一側設置在換向閥3第二側的銷孔二內，頂杆31的第二側固定於頂杆座32內，頂杆座 32兩側包括伸出的第三中心軸320，該第三中心軸320與第二桿件12鉸接，頂杆座32在第二桿件12上沿第三中心軸320旋轉。換向閥3的第二端的彈性力和第二桿件12對換向閥 3施加的力通過頂杆31和頂杆座32進行傳遞。換向閥3可以是多種結構的換向閥3，為了適用於變量軸向柱塞泵的雙泵控制，該換向閥3為兩位三通換向閥。兩位三通換向閥具有三個油口，即工作油口 A、進油口 P和回油口 T，本發明的兩位三通換向閥的工作油口可以連接變量活塞4的大端，進油口連接變量活塞4的小端和其中一個外部油路，回油口連接油箱(如圖6所示)。通過換向閥3的換向，可以實現變量活塞4的移動，從而帶動固定在其上的移動部件的移動。
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移動部件固定於變量活塞4上(如圖6所示)，移動部件在第一桿件11的第二側滑動或滾動，移動部件對拐杆1施加的力和先導閥2對拐杆1施加的力方向相對。移動部件和先導閥2作用於第一桿件11的兩側。該移動部件可以是各種結構的滑動機構或滾動機構，為了減少移動部件和第一桿件11之間相對運動的摩擦力，優選該移動部件為滾動機構(滾輪或滾珠)，更優選地，該移動部件為第一滾輪Rl，第一桿件11的第二側設置有供第一滾輪Rl滾動的弧形引導面。應當清楚，在第一滾輪Rl和第一桿件11接觸的端面，也可以不加工成弧形引導面，同樣可以實現本發明的技術效果。該第一滾輪Rl可以通過多種方式固定在變量活塞4上，本發明並不受限於此。作為本發明的一個實施例，如圖2所示，第一滾輪Rl兩側包括伸出的第一中心軸(圖中未示出)，該第一中心軸與撥杆5鉸接，第一滾輪Rl在撥杆5上沿第一中心軸旋轉，該撥杆5固定於所述變量活塞4上。在換向閥3進行換向以後，變量活塞4可以帶動撥杆5移動，從而使得鉸接在撥杆5上的第一滾輪Rl在第一桿件11的弧形引導面上進行滾動。在上述技術方案的基礎上，本發明的恆功率控制閥，通過動支點拐杆方式，實現了彈性力力矩和外部油路壓力力矩的平衡。以圖2所示的視圖方向為例，當外部油路壓力增大時，拐杆1以第一滾輪Rl為支點進行逆時針擺動，第二桿件12推動換向閥3並使其換向， 變量活塞4大端與高壓油接通，從而使得變量活塞4及移動部件向左移動，外部油路壓力力矩變小，此後換向閥3復位，移動部件停止移動。在整個過程中可以實現力矩的平衡，進而實現功率的恆定。為了保證拐杆1擺動過程中的穩定性，避免產生傾覆，本發明還可以包括第二滾輪R2，如圖5所示，該第二滾輪R2兩側包括伸出的第二中心軸R20，該第二中心軸R20與所述第一桿件11或第二桿件12鉸接，所述第二滾輪R2在所述第一桿件11或第二桿件12上沿第二中心軸R20旋轉。第二滾輪R2可以鉸接在第一桿件11和第二桿件12之間相交的區域附近。此外，如圖2所示，在第二滾輪R2的外周一端還設置有擋塊6，該擋塊6固定設置，在所述拐杆1擺動過程中，所述第二滾輪R2在所述擋塊6上滾動。在圖2所示實施例中，擋塊6設置於第二滾輪R2的外周右側，以限制第二滾輪R2的向右移動。本發明的恆功率控制閥可以應用於多種情況的液壓系統中，只要其通過變量活塞實現伺服的隨動控制即可。優選本發明的恆功率控制閥用於變量軸向柱塞泵的雙泵控制。 圖6所示是本發明一實施例的恆功率控制閥應用在雙泵控制中的液壓原理圖，其先導閥2 上設置有兩個臺階面，分別連接兩個泵7、8的出口高壓油P1、P2。該雙泵系統可以應用於如挖掘機等工程機械中。此外，本發明可以使得各臺階面的面積相等。如前所述，本發明實現了彈性力力矩和油路壓力力矩的平衡，該平衡方程如下(P1S^Pj2) XL2 = F彈 XL1 (1)其中S1, S2分別為先導閥2的兩個臺階面面積；P1、p2分別為兩個軸向柱塞泵和各自的出口壓力；F彈為彈性裝置30的彈性力。當系統的液壓力(Pl+P2)增大時，液壓力推動閥芯向下運動，使拐杆1圍繞第一滾輪Rl逆時針旋轉，同時拐杆1推動換向閥3向左移動(以泵7的控制閥為例)，液壓油流向為進油口一工作油口，變量活塞4向左移動，先導閥2的作用力臂L2減小。此後，在彈性裝置30的作用下，換向閥3復位，斜盤停止擺動。由於先導閥2上的兩個臺階面的面積相等，所以兩個泵的先導閥2對第一桿件11 的第一端施加的油路壓力相等，斜盤的擺角始終保持一致，排量相等，即單泵的排量
71 2VgDz tan β⑵其中= ￥，Η為泵主軸到撥杆球心的豎直距離；
Hβ為斜盤擺角；d為柱塞直徑；D為柱塞軸線在缸體中的分布圓直徑；ζ為柱塞個數；單泵的功率P1 = P1VgH (3)P2 = p2Vgn (4)η為轉速。由以上各式可得出，雙泵的總功率為
屍ρ+Ρ常數
1 2 SH 4其中:S= S1 = S20根據上述理論計算可知，本發明的特性曲線為理想狀態的雙曲線，因此本發明具有功率調節誤差小、控制精度高等優點。另外，如圖2所示，本發明在彈性裝置30的一側還設置有調整裝置300，該調整裝置300用於調整彈性裝置30的彈性力。通過調整F.，可以實現的設定。相對於雙彈簧控制閥而言，功率設定十分方便。應當清楚，本發明的恆功率控制還可以可與其他控制方式組合，如與壓力切斷控制、正流量控制、負流量控制和負載敏感控制等進行組合，本發明並不受限於此。綜上所述，本發明的恆功率控制閥，通過動支點拐杆方式，實現了彈性力力矩和外部油路壓力力矩的平衡。換向閥3根據外部油路的壓力進行相應的換向和復位，從而可以實現變量活塞4的移動，完成液壓泵的恆功率控制。與現有技術相比，本發明具有以下優佔.1)控制精度高通過前述理論計算可知，本發明的特性曲線為理想狀態的雙曲線，其功率調節誤差小、控制精度高。2)功率設定方便本發明通過調整裝置300調節單個彈性裝置30的彈性力，即可以實現總功率的設定調節，相對於雙彈簧控制閥而言，功率設定十分方便。
3)利用率高本發明高效地實現了發動機功率和負載功率之間的匹配，可以最大化地利用發動機的功率。此外，本發明還具有結構簡單、性能穩定、實用性強等優點。因此，本發明的有益效果是顯而易見的。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種恆功率控制閥，其特徵在於，包括拐杆(1)，所述拐杆(1)包括相互固定並成夾角的第一桿件(11)和第二桿件(12)；先導閥O)，所述先導閥( 上設置有至少一個臺階面，所述各臺階面分別連接外部油路，所述先導閥O)的端部對所述第一桿件(11)的第一側施加外部油路壓力；換向閥(3)，所述換向閥C3)的第一端設置有彈性裝置(30)，所述換向閥C3)的第二端對所述第二桿件(1 施加彈性力；移動部件，所述移動部件固定於變量活塞(4)上，所述移動部件在所述第一桿件(11) 的第二側滑動或滾動，所述移動部件對所述拐杆(1)施加的力和所述先導閥( 對拐杆(1) 施加的力方向相對。
2.根據權利要求1所述的恆功率控制閥，其特徵在於，所述先導閥(2)的端部設置有支撐銷(21)，所述支撐銷設置在所述第一桿件(11)第一側的銷孔一內。
3.根據權利要求1所述的恆功率控制閥，其特徵在於，所述移動部件為第一滾輪(Rl)， 所述第一桿件(11)的第二側設置有供第一滾輪(Rl)滾動的弧形引導面。
4.根據權利要求3所述的恆功率控制閥，其特徵在於，所述第一滾輪(Rl)兩側包括伸出的第一中心軸，該第一中心軸與撥杆( 鉸接，所述第一滾輪(Rl)在所述撥杆( 上沿第一中心軸旋轉，所述撥杆(5)固定於所述變量活塞(4)上。
5.根據權利要求1所述的恆功率控制閥，其特徵在於，還包括第二滾輪(R2)，所述第二滾輪(似)兩側包括伸出的第二中心軸(R20)，該第二中心軸 (R20)與所述第一桿件(11)或第二桿件(1 鉸接，所述第二滾輪(似)在所述第一桿件 (11)或第二桿件(1 上沿第二中心軸(R20)旋轉；固定設置的擋塊(6)，所述擋塊(6)設置於所述第二滾輪(以)的外周一端，在所述拐杆 (1)擺動過程中，所述第二滾輪(似)在所述擋塊(6)上滾動。
6.根據權利要求1-5任一項所述的恆功率控制閥，其特徵在於，所述換向閥(3)的第二側還包括頂杆(31)和頂杆座(32)，所述頂杆(31)的第一側設置在換向閥( 第二側的銷孔二內，所述頂杆(31)的第二側固定於所述頂杆座(3 內，所述頂杆座(3 兩側包括伸出的第三中心軸(320)，該第三中心軸(320)與所述第二桿件(1 鉸接，所述頂杆座(32) 在第二桿件(1 上沿第三中心軸(320)旋轉。
7.根據權利要求1-5任一項所述的恆功率控制閥，其特徵在於，所述換向閥(3)為兩位三通換向閥，所述兩位三通換向閥的工作油口連接變量活塞的大端，進油口連接變量活塞的小端和其中一個外部油路，回油口連接油箱。
8.根據權利要求1-5任一項所述的恆功率控制閥，其特徵在於，所述彈性裝置(30)的一側還設置有調整裝置(300)，該調整裝置(300)用於調整彈性裝置(30)的彈性力。
9.根據權利要求1-5任一項所述的恆功率控制閥，其特徵在於，所述先導閥(2)上設置有兩個臺階面，所述恆功率控制閥用於變量軸向柱塞泵的雙泵控制。
10.根據權利要求1-5任一項所述的恆功率控制閥，其特徵在於，所述臺階面包括多個時，各臺階面的面積相等。
全文摘要
本發明提出了一種恆功率控制閥，該控制閥包括拐杆，所述拐杆包括相互固定並成夾角的第一桿件和第二桿件；先導閥，所述先導閥上設置有至少一個臺階面，所述各臺階面分別連接外部油路，所述先導閥的端部對所述第一桿件的第一側施加外部油路壓力；換向閥，所述換向閥的第一端設置有彈性裝置，所述換向閥的第二端對所述第二桿件施加彈性力；移動部件，所述移動部件固定於變量活塞上，所述移動部件在所述第一桿件的第二側滑動或滾動，所述移動部件對所述拐杆施加的力和所述先導閥對拐杆施加的力方向相對。本發明實現了彈性力力矩和外部油路壓力力矩的平衡，具有控制精度高、功率設定方便、利用率高等優點。
文檔編號F04B49/22GK102352834SQ20111031051
公開日2012年2月15日 申請日期2011年10月13日 優先權日2011年10月13日
發明者侯剛, 沙俊炎, 王曉剛 申請人:杭州力龍液壓有限公司