液壓閥及應用該液壓閥的雙變幅油缸控制系統的製作方法

2023-06-12 13:52:11 4

專利名稱：液壓閥及應用該液壓閥的雙變幅油缸控制系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及工程機械液壓控制技術，具體涉及一種液壓閥及應用該液壓閥的雙變 幅油缸控制系統。
背景技術：
現有自行式起重機的變幅機構具有三個鉸點以實現吊臂變幅作業，請參見圖1，該 圖是現有變幅機構的簡化示意圖。三個鉸點分別為起重臂後鉸點A、變幅油缸上鉸點B和 變幅油缸下鉸點C ；其中，變幅油缸上鉸點B與起重臂前伸部分連接，變幅油缸下鉸點C與 轉臺相連接，起重臂後鉸點A亦與轉臺相連接。眾所周知，隨著超大噸位起重機的發展，變幅油缸需要具有較大的推力以提供足 夠的起升力矩，確保順利吊起重物。對於變幅油缸而言，在油缸工作壓力一定的情況下，可 以通過兩種方式提高其推力增大變幅油缸直徑和增加變幅油缸的數量。基於現有的材料 及工藝技術水平，採用數根變幅油缸來提供更大推力成為比較可行的選擇；同時，綜合考慮 重量、布置空間以及實現的技術要求等因素，雙缸變幅結構設計成為增加吊臂工作穩定性 優先採用的設計方案。請參見圖2，該圖示出了雙缸變幅油缸的裝配關係示意圖。然而，相比於單缸變幅結構設計而言，雙缸變幅結構存在同步性較難保證的問題。 受加工精度的限制，無法確保兩個變幅油缸的摩擦係數完全一致；在變幅工作過程中，經常 會出現兩個變幅油缸運動不同步的現象。這樣，在系統衝擊或者突然加載等惡劣工況，必然 使得一側油缸受力偏大，導致雙缸出現偏載。特別是，受側向載荷的作用，兩個變幅油缸的 受力難以保持一致。為減輕上述偏載的影響，現有技術採用兩個油缸無杆腔相互連通技術提高負載的 均衡性，並通過設置於兩個變幅油缸無杆腔的進液管路上的平衡閥，對液壓系統進行保護 性的防範。具體請參見圖3。目前，對於連通兩油缸無杆腔的管路來說，可以採用無縫鋼管 和液壓軟管兩種設計。然而上述兩種設計均存在無法克服的缺陷採用無縫鋼管剛性互連， 易產生外洩漏，從而引發危險且故障率高；由於液壓膠管容易老化，因而當兩根變幅油缸的 局部供油管路壓力超過額定值時，將會引發管路爆裂；在出現管路爆裂故障的情況下，吊臂 將在自重及慣性作用下非正常下降，極易導致危險事故發生。有鑑於此，亟待針對現有技術進行優化設計，以提高管路爆裂後系統的安全性能。

發明內容
針對上述缺陷，本發明解決的技術問題在於，提供一種用於管路爆裂防護的液壓 閥，以有效避免管路爆裂後出現吊臂非正常下降的狀況。在此基礎上本發明還提供一種應 用該液壓閥的雙變幅油缸控制系統。本發明提供的液壓閥，包括閥體和閥芯；其中，所述閥體具有與內部閥腔連通的第 一油口和第二油口 ；所述閥芯置於所述閥體的內部閥腔中；且與所述第一油口和第二油口 連通的油液壓力分別作用於所述閥芯的兩端，所述閥芯在壓力油的作用下可在第一工作位置和第二工作位置之間滑動；其中，所述閥芯位於第一工作位置時，所述閥體的第一油口與 第二油口連通；所述閥芯位於第二工作位置時，所述閥體的第一油口至第二油口之間的油 路非導通。優選地，所述閥體的近第二油口一側的閥腔內壁具有徑向伸出的第一凸臺，所述 閥芯由大徑段和小徑段兩部分構成，且該大徑段置於所述第一凸臺與第二油口之間的閥腔 內；所述閥芯的小徑段與第一油口之間的閥腔內設置有彈性部件；所述第二油口的油液壓 力小於第一油口的油液壓力的壓力時，所述閥芯位於第一工作位置且其大徑段與所述閥腔 的第一凸臺分離；所述第二油口的油液壓力大於第一油口的油液壓力與彈性部件的彈力之 和時，所述閥芯位於第二工作位置且其大徑段與所述閥腔的第一凸臺相抵。優選地，所述閥芯的與小徑段相連的大徑段呈直徑逐漸變小的圓臺狀。優選地，所述閥體的閥腔內壁具有徑向伸出的第二凸臺，所述閥芯的小徑段插裝 於該第二凸臺形成的內孔中；所述小徑段的外端面開有軸向盲孔且小徑段上還設置有與該 軸向盲孔連通的徑向通孔；所述閥芯位於第一工作位置時，該徑向通孔位於第一凸臺與第 二凸臺之間的閥腔內；所述閥芯位於第二工作位置時，該徑向通孔與所述第二凸臺徑向相 對。優選地，所述彈性部件具體為壓縮彈簧，該壓縮彈簧的一端插裝於所述閥芯的軸 向盲孔內、另一端與閥腔內壁相抵。優選地，所述第一油口與閥腔之間的油道上設置有阻尼。優選地，所述阻尼為可拆卸式阻尼。本發明提供的雙變幅油缸控制系統，包括三位四通換向閥、兩個平衡閥和兩個如 前所述的液壓閥；其中，所述三位四通換向閥的第一油口與系統壓力油路連通，其第二油口 與系統回油油路連通，其第三油口分別與兩個變幅油缸的無杆腔連通，其第四油口分別與 兩個變幅油缸的有杆腔連通；所述兩個平衡閥分別設置在第三油口與兩個變幅油缸無杆腔 之間的通路上；所述兩個液壓閥分別固定設置在兩個變幅油缸上，且兩個所述液壓閥的第 二油口分別與相應變幅油缸的無杆腔連通、第一油口之間通過管路連通。優選地，還包括兩個溢流閥，分別設置在兩個變幅油缸的無杆腔與回油油路之間， 所述溢流閥的調定壓力小於變幅油缸的受損壓力。本發明提供的液壓閥通過兩個油口的工作壓力作用於閥芯，該閥芯具有兩個工作 位置；閥芯位於第一工作位置時閥體的第一油口與第二油口連通；閥芯位於第二工作位置 時閥體的第一油口至第二油口之間的油路非導通。將本發明所述液壓閥應用於易發生爆裂 的管路中，油液由第二油口至第一油口流經該閥，當兩油口之間產生的壓差不足以使得閥 芯位於第二工作位置時，該管路正常導通；當與第一油口連通的管路爆裂後，該口的壓力為 零時，第二油口的壓力使得閥芯滑動位移至第二工作位置，第二油口至第一油口之間非導 通；也就是說，此狀態下液壓閥處於關閉狀態。基於此，將兩個前述液壓閥應用於雙變幅油缸無杆腔的連通管路。當兩無杆腔之 間的連通管路爆裂時，兩個液壓閥可同時關閉，從而有效避免了該管路爆裂導致吊臂非正 常下降的問題。在本發明的優選方案中，第一油口與閥腔之間的油道上設置有阻尼，以控制由第 二油口流經第一油口的油液流量，確保執行元件的動作更加平穩、可靠。
在本發明提供的雙變幅油缸控制系統的優選方案中，兩個變幅油缸的無杆腔與回 油油路之間分別增設有溢流閥，且該溢流閥的調定壓力小於變幅油缸的受損壓力；也就是 說，當變幅油缸無杆腔的油液壓力繼續增大至一定的壓力極限值時，經該溢流閥卸荷，以避 免油缸筒體過載損壞造成更加的損失。本發明提供的液壓閥可適用於任何存在管路爆裂隱患的液壓系統中，特別適用於 雙變幅油缸控制系統。


圖1是現有變幅機構的簡化示意圖；圖2是雙缸變幅油缸的裝配關係示意圖；圖3是現有雙變幅油缸控制系統的原理圖；圖4是具體實施方式
中所述液壓閥的工作原理圖；圖5是具體實施方式
中所述液壓閥的整體結構示意圖；圖6是圖5中所示液壓閥的閥芯位於第二工作位置的示意圖；圖7是具體實施方式
中所述雙變幅油缸控制系統的工作原理圖。圖 4-圖 7 中液壓閥10、閥體1、第一油口 11、第二油口 12、閥腔13、第一凸臺131、第二凸臺 132、法蘭座14、直筒段15、端蓋16、支座17、閥芯2、大徑段21、小徑段22、軸向盲孔221、徑 向通孔222、彈性部件3、阻尼4;變幅油缸20、三位四通換向閥30、平衡閥40、管路50、溢流閥60。
具體實施例方式本發明的核心是提供的一種液壓閥，利用兩個油口的工作壓力作用於閥芯，使得 閥芯能夠在兩個工作位置之間滑動；這樣，閥芯位於第一工作位置時閥體的第一油口與第 二油口連通；閥芯位於第二工作位置時閥體的第一油口至第二油口之間的油路非導通；從 而有效控制相應油路的導通狀態。下面結合說明書附圖具體說明本實施方式。請參見圖4和圖5，其中，圖4是本實施方式所述液壓閥的原理圖；圖5本實施方 式所述液壓閥的整體結構示意圖。如圖所示，該液壓閥10包括閥體1和閥芯2兩個主要組成部分。其中，閥體1具有與內部閥腔13連通的第一油口 11和第二油口 12;閥芯2置於 閥體1的內部閥腔13中；且與第一油口 11和第二油口 12連通的油液壓力分別作用於閥芯 2的兩端，閥芯2在壓力油的作用下可在第一工作位置和第二工作位置之間滑動；如圖5所 示，閥芯2位於第一工作位置，此狀態下，閥體1的第一油口 11與第二油口 12連通；如圖6 所示，閥芯2位於第二工作位置，此狀態下，閥體1的第一油口 11至第二油口 12之間的油 路非導通。如圖5所示，閥體1的近第二油口 12—側的閥腔13內壁上具有徑向伸出的第一 凸臺131，用於與閥芯2配合實現第二油口 12至第一油口 11之間不同的導通狀態(導通和 非導通)。沿閥芯2的滑動方向，閥芯2由大徑段21和小徑段22兩部分連接而成；該大徑段21置於第一凸臺131與第二油口 12之間的閥腔13內，用於與第一凸臺131配合。此外，閥腔13內還設置有彈性部件3，以便於保持閥芯2處於常開式工作狀態，即， 第一工作位置。如圖所示，設置在閥芯2的小徑段與第一油口 11之間的閥腔13內；這樣， 當第二油口 12的油液壓力小於第一油口 11的油液壓力的壓力時，閥芯2在彈性部件3的 作用下保持在第一工作位置，如圖5所示，其大徑段21與閥腔13內壁上的第一凸臺131分 離，此狀態下，液壓閥10處於打開狀態；而當第二油口 12的油液壓力大於第一油口 11的油 液壓力與彈性部件3的彈力之和時，閥芯2在第二油口 12的油液壓力的作用下滑動至第二 工作位置，如圖6所示，其大徑段21與閥腔13的第一凸臺131相抵，此狀態下，第二油口 12 至第一油口 11之間的油路非導通，液壓閥10處於關閉狀態。在閥體1的閥腔13內壁上還具有徑向伸出的第二凸臺132，閥芯2的小徑段22插 裝於該第二凸臺132形成的內孔中；閥芯2小徑段22的外端面開有軸向盲孔221，且小徑 段22上還設置有與該軸向盲孔221連通的徑向通孔222 ；如圖5所示，閥芯2位於第一工 作位置時，該徑向通孔222位於第一凸臺131與第二凸臺132之間的閥腔13內，從而油液 依次經第二油口 12、徑向通孔222、軸向盲孔221、第一油口 11形成通路；如圖6所示，閥芯 2位於第二工作位置時，該徑向通孔222與第二凸臺121徑向相對，前述通路非導通。具體地，彈性部件3為螺旋壓縮彈簧，該壓縮彈簧的一端插裝於閥芯2的軸向盲孔 221內、另一端與閥腔13內壁相抵，以確保閥芯2處於常開狀態。進一步地，閥芯2的與小 徑段22相連的大徑段21呈直徑逐漸變小的圓臺狀，以提高大徑段21與第一凸臺131之間 配合的密封可靠性。另外，本方案閥體1的第一油口 11與閥腔13之間的油道上設置有可拆卸式的阻 尼4，以控制由第二油口 12流經第一油口 11的油液流量，確保執行元件的動作更加平穩、可 靠。應當理解，該阻尼也可以設計為閥體1上的阻尼孔，只要滿足使用需要均在本申請請求 保護的範圍內。從產品加工工藝性的角度來說，前述液壓閥10的閥體1的製造工藝更為複雜一 些。本方案中的閥體1採用分體式結構設計用於與油缸體固定連接的具有第二油口 12的 法蘭座14、閥體中部直筒段15及具有第一油口 11的端蓋16 ；具體地，第一凸臺131和第二 凸臺132設置在法蘭座14上，可拆卸式阻尼4設置在端蓋16上。此外，為使得閥芯2的軸 向滑動更加平穩、可靠，在直筒段15內設置有支座17，其中部具有與閥芯2的小徑段相適配 的通孔。請參見圖7，該圖示出了應用前述液壓閥的雙變幅油缸控制系統的液壓原理圖。如圖7所示，該系統包括兩變幅油缸20、三位四通換向閥30、兩個平衡閥40和兩 個如前所述的液壓閥10 ；其中，三位四通換向閥30的第一油口 P與系統壓力油路連通，其 第二油口 T與系統回油油路連通，其第三油口 A分別與兩個變幅油缸20的無杆腔連通，其 第四油口 B分別與兩個變幅油缸20的有杆腔連通；兩個平衡閥40分別設置在第三油口 A 與兩個變幅油缸20無杆腔之間的通路上，與現有技術相同的是，通過先導油路控制兩個平 衡閥40的換向操作。需要說明的是，前述各元件的工作原理與現有技術完全相同，故本文 不再贅述。兩個液壓閥10分別固定設置在兩個變幅油缸20上，且兩個所述液壓閥10的第二 油口 12分別與相應變幅油缸20的無杆腔連通、第一油口 11之間通過管路50連通。其中，管路50可採用液壓軟管具體實現。實際作業中，當油液壓力過高致使管路50爆裂後，液壓 閥10的第一油口 11處的油壓迅速降為零，此時液壓閥10第二油口 12的油壓作用於閥芯 2滑動至第二工作位置，有效避免油液繼續外洩。此外，兩個變幅油缸20的無杆腔與回油油路之間分別增設有溢流閥60，且該溢流 閥60的調定壓力小於變幅油缸的受損壓力；這樣，當變幅油缸20無杆腔內的油液壓力繼續 增大至一定的壓力極限值時，可經溢流閥60卸荷，以避免油缸筒體過載損壞。下面簡述該雙變幅油缸控制系統的工作原理在變幅油缸20正常工作過程中，當油缸伸出時，壓力油通過分別經過兩個平衡閥 40進入變幅油缸20的無杆腔，作功後的油液從有杆腔排出，經三位四通換向閥30流回油 箱；當油缸縮回時，壓力油分別從變幅油缸20的有杆腔進入，同時兩個平衡閥40的閥芯在 先導控制油液的作用下換向，使得無杆腔的油液經平衡閥40內部的阻尼孔流出，藉以控制 兩個變幅油缸20的縮回速度。當變幅油缸20的無杆腔壓力過大(此時未達到溢流閥60的調定壓力)或由於管 路50材料老化等因素，導致連通管路50爆裂時，兩個液壓閥10的第一油口 1端壓力迅速 降為零，在油缸無杆腔內的油液以及閥內節流孔的作用下迅速關閉，阻止變幅油缸20繼續 移動，從而起到避免油缸非正常回縮的作用。在該系統中，阻尼4起到了兩方面的作用。一方面，當雙缸負載不一致時，兩個變 幅油缸的無杆腔油液通過兩個液壓閥相互連通，在閥內的阻尼4作用下，兩個油缸的無杆 腔壓力經過一定時間後達到相等，進而使兩個油缸的負載趨於平衡，油缸的移動速度趨向 同步。顯然，阻尼的大小決定了壓力平衡的速度。另一方面，在單缸受到較大衝擊時通過阻 尼4的衰減作用使受到衝擊後形成的高壓向低壓油缸傳遞，從而在一定程度上降低油缸受 到的衝擊，保護油缸的安全。特別說明一點，本發明提供的液壓閥可適用於任何存在管路爆裂隱患的液壓系統 中，而非局限於在雙變幅油缸控制系統中的應用。以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人 員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應 視為本發明的保護範圍。
權利要求
1.液壓閥，其特徵在於，包括閥體，具有與內部閥腔連通的第一油口和第二油口 ；和閥芯，置於所述閥體的內部閥腔中；且與所述第一油口和第二油口連通的油液壓力分別作用於所述閥芯的兩端，所述閥芯在 壓力油的作用下可在第一工作位置和第二工作位置之間滑動；其中，所述閥芯位於第一工 作位置時，所述閥體的第一油口與第二油口連通；所述閥芯位於第二工作位置時，所述閥體 的第一油口至第二油口之間的油路非導通。
2.根據權利要求1所述的液壓閥，其特徵在於，所述閥體的近第二油口一側的閥腔內 壁具有徑向伸出的第一凸臺，所述閥芯由大徑段和小徑段兩部分構成，且該大徑段置於所 述第一凸臺與第二油口之間的閥腔內；所述閥芯的小徑段與第一油口之間的閥腔內設置有 彈性部件；所述第二油口的油液壓力小於第一油口的油液壓力的壓力時，所述閥芯位於第 一工作位置且其大徑段與所述閥腔的第一凸臺分離；所述第二油口的油液壓力大於第一油 口的油液壓力與彈性部件的彈力之和時，所述閥芯位於第二工作位置且其大徑段與所述閥 腔的第一凸臺相抵。
3.根據權利要求2所述的液壓閥，其特徵在於，所述閥芯的與小徑段相連的大徑段呈 直徑逐漸變小的圓臺狀。
4.根據權利要求2所述的液壓閥，其特徵在於，所述閥體的閥腔內壁具有徑向伸出的 第二凸臺，所述閥芯的小徑段插裝於該第二凸臺形成的內孔中；所述小徑段的外端面開有 軸向盲孔且小徑段上還設置有與該軸向盲孔連通的徑向通孔；所述閥芯位於第一工作位置 時，該徑向通孔位於第一凸臺與第二凸臺之間的閥腔內；所述閥芯位於第二工作位置時，該 徑向通孔與所述第二凸臺徑向相對。
5.根據權利要求4所述的液壓閥，其特徵在於，所述彈性部件具體為壓縮彈簧，該壓縮 彈簧的一端插裝於所述閥芯的軸向盲孔內、另一端與閥腔內壁相抵。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的液壓閥，其特徵在於，所述第一油口與閥腔之間 的油道上設置有阻尼。
7.根據權利要求6所述的液壓閥，其特徵在於，所述阻尼為可拆卸式阻尼。
8.雙變幅油缸控制系統，包括三位四通換向閥，其第一油口與系統壓力油路連通，其第二油口與系統回油油路連通， 其第三油口分別與兩個變幅油缸的無杆腔連通，其第四油口分別與兩個變幅油缸的有杆腔 連通；禾口兩個平衡閥，分別設置在第三油口與兩個變幅油缸無杆腔之間的通路上；其特徵在於， 還包括兩個如權利要求1至7中任一項所述的液壓閥，分別固定設置在兩個變幅油缸上，且 兩個所述液壓閥的第二油口分別與相應變幅油缸的無杆腔連通、第一油口之間通過管路連ο
9.根據權利要求8所述的雙變幅油缸控制系統，其特徵在於，還包括兩個溢流閥，分別設置在兩個變幅油缸的無杆腔與回油油路之間，所述溢流閥的調定 壓力小於變幅油缸的受損壓力。
全文摘要
本發明公開一種液壓閥，包括閥體和閥芯；其中，閥體具有與內部閥腔連通的第一油口和第二油口；閥芯置於所述閥體的內部閥腔中；且與第一油口和第二油口連通的油液壓力分別作用於閥芯的兩端，閥芯在壓力油的作用下可在第一工作位置和第二工作位置之間滑動；其中，閥芯位於第一工作位置時，閥體的第一油口與第二油口連通；閥芯位於第二工作位置時，閥體的第一油口至第二油口之間的油路非導通。基於此，將兩個前述液壓閥應用於雙變幅油缸無杆腔的連通管路。當兩無杆腔之間的連通管路爆裂時，兩個液壓閥可同時關閉，從而有效避免了該管路爆裂導致吊臂非正常下降的問題。在此基礎上本發明還提供一種應用該液壓閥的雙變幅油缸控制系統。
文檔編號F15B13/06GK102116327SQ200910215659
公開日2011年7月6日 申請日期2009年12月30日 優先權日2009年12月30日
發明者馮文昌, 劉邦才, 徐尚國 申請人:徐州重型機械有限公司