專利名稱：低控制壓力的順序液控單向閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低控制壓力的順序液控單向閥，該閥屬于先導(dǎo)式液控單向閥類，即由先導(dǎo)閥、主閥和控制活塞等部分組成。它可以分別作為液控單向閥和順序閥使用，因而是液壓系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛的一種液壓元件。
目前的液控單向閥主要存在兩方面的問題，一是當(dāng)逆向進(jìn)口壓力很高時(shí)，需要很高的控制壓力才能打開主閥窗口。因?yàn)橹鏖y芯要靠與其對(duì)頂?shù)目刂苹钊蜷_，考慮到閥體的體積和控制部分的功率，控制活塞與主閥芯面積之比不能過大，一般為3倍左右。困此當(dāng)逆向進(jìn)口壓力為31.5MPa時(shí)，控制壓力需大于或等于10MPa才能打開主閥芯。這一點(diǎn)常給液壓系統(tǒng)的使用帶來困難。為解決此問題已發(fā)展出先導(dǎo)式液控單向閥，若逆向進(jìn)口壓力為31.5MPa，而逆向回路又是一個(gè)封閉負(fù)載時(shí)，例如蓄壓器，則控制壓力只需要1MPa以下即可打開主閥芯。美國專利說明書US3623509公開的一種控制液壓裝置的單向閥就是這類先導(dǎo)式液控單向閥，其導(dǎo)閥是一個(gè)設(shè)置在主閥軸線上的錐閥，此錐閥細(xì)端有一段頂桿并有部分露在主閥芯外面，錐閥大端朝里，并被主閥彈簧緊壓在主閥芯上，因而主閥芯也借此被壓在主閥座上。當(dāng)控制活塞桿向主閥芯靠近時(shí)，首先碰到導(dǎo)閥芯的上述頂桿，并將其推開。由于導(dǎo)閥座的面積通常是控制活塞面積的1/30～1/70，因此當(dāng)逆向進(jìn)口壓力為31.5MPa時(shí)，只需要1～0.45MPa的控制壓力即可打開導(dǎo)閥芯。導(dǎo)閥開啟后將有部分流體從導(dǎo)閥窗口流出。由于逆向回路是一個(gè)封閉負(fù)載，而液體又可近似看成不可壓縮，故當(dāng)導(dǎo)閥打開之后逆向壓力便大大地降低，因此當(dāng)控制活塞桿碰到主閥芯端面時(shí)便可以較小的壓力打開主閥芯。然而，若逆向回路是一個(gè)有源網(wǎng)絡(luò)，諸如一臺(tái)高壓泵源，或是一個(gè)負(fù)有重物的垂直油缸等，此時(shí)導(dǎo)閥開啟后流出的微小流量不足以降低逆向進(jìn)口壓力。因此打開主閥芯的控制壓力仍然需要逆向壓力的1/3左右。這是液控單向閥目前存在的主要問題之一。另一方面的問題是同負(fù)載壓力，即逆向出口壓力的影響。因?yàn)樨?fù)載壓力分別作用于控制活塞與主閥端面上，由于前者面積約是后者面積的3倍，故控制壓力因而增加的值是負(fù)載壓力的2/3，若負(fù)載壓力為10MPa，則控制壓力增加值約為7MPa。由于加工工藝和零件強(qiáng)度和剛度所限，控制活塞的右出桿直徑不能做得太小，一般是活塞直徑的0.45倍，而導(dǎo)閥窗口直徑又通常是控制活塞直徑的1/7左右。故這種結(jié)構(gòu)在負(fù)載壓力作用下，雖然減小了頂開主閥芯所需要的控制壓力，但卻增加了頂開導(dǎo)閥芯所需要的控制壓力。例如，若A3是控制活塞面積，Pk是控制壓力，A2＝0.025A3是導(dǎo)閥窗口面積，A4＝0.2A3是控制活塞右出桿端面積，P1＝10MPa是負(fù)載壓力，則頂開導(dǎo)閥所需增加的控制壓力Pk＝(A4-A2)P1/A3＝(0.2-0.025)10＝1.75MPa，若逆向進(jìn)口壓力P2＝31.5MPa，則頂開導(dǎo)閥芯所需要的控制壓力Pk＝2.7MPa，而無負(fù)載壓力Pk約為1MPa，可見負(fù)載壓力的影響不能忽視。
本發(fā)明的任務(wù)在于，提出一種帶有順序功能的先導(dǎo)型外泄式液控單向閥，這種閥在不增加控制活塞直徑的前題下，利用很低的控制壓力即可打開逆向回路為高壓有源時(shí)的主閥窗口，而且不受負(fù)載壓力的影響。此外，本發(fā)明提出的這種液控單向閥還可以作為內(nèi)控順序閥和外控順序閥使用。
解決本發(fā)明任務(wù)的技術(shù)措施是，主閥芯的凸肩將所在閥體中的圓孔劃分成前后兩腔，前控與逆向進(jìn)油口相通，也與主閥窗口連接，后腔即彈簧腔，該腔通過在閥體上的一條斜孔與逆向進(jìn)油口相通，在此斜孔中設(shè)置一個(gè)阻尼孔，為使控制活塞的前腔與負(fù)載腔隔開，而與回油相通，將控制活塞設(shè)置成外泄式，而且令其右出桿的截面積與導(dǎo)閥窗口的面積相等，在控制油液進(jìn)口與控制活塞進(jìn)油腔之間設(shè)置一個(gè)圓柱形雙邊三通閥，閥芯下端與控制油液進(jìn)口相通，上端與回油相通，中間與控制活塞進(jìn)油腔相通，閥芯上端有調(diào)壓彈簧，彈簧上端設(shè)有調(diào)壓螺栓。
顯然，當(dāng)控制活塞在控制油液推動(dòng)下向主閥芯方向靠近時(shí)，首先碰到導(dǎo)閥芯前部的細(xì)頂桿，并將導(dǎo)閥開啟，所需要的控制壓力等于導(dǎo)閥窗口面積與控制活塞面積之比再乘上逆向進(jìn)口壓力，再加上彈簧預(yù)壓力及摩擦力與控制活塞面積之比，此值一般在1MPa以內(nèi)。導(dǎo)閥窗口打開后有部分液體從其中流出。根據(jù)伯努力定理可知，此時(shí)主閥芯后腔的油壓將因此降低，其降低的量值與導(dǎo)閥窗口的開度有關(guān)。應(yīng)使導(dǎo)閥芯的最大開度大于主閥芯平衡時(shí)的導(dǎo)閥開度。當(dāng)主閥芯前后兩腔作用于其上的液壓力及彈簧力的合力為零，以后此合力又隨著導(dǎo)閥開度的增加而增加，且指向?qū)чy窗口開大的方向時(shí)，主閥芯便開始跟著導(dǎo)閥芯一起運(yùn)動(dòng)，從而打開主閥窗口，可見本發(fā)明的主閥芯并不需要控制活塞直接推動(dòng)。這種結(jié)構(gòu)和工作原理表明打開導(dǎo)閥的動(dòng)力即是打開主閥的力，而與逆向回路是否有源無關(guān)，又由于控制活塞右出桿的截面積與導(dǎo)閥窗口面積相等，因而打開導(dǎo)閥的力與負(fù)載壓力無關(guān)。在主閥芯開始跟隨導(dǎo)閥芯運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于主閥芯后腔的壓力小于逆向進(jìn)油口壓力，故此時(shí)控制導(dǎo)閥的力將比導(dǎo)閥啟動(dòng)時(shí)為小。當(dāng)取消控制壓力時(shí)導(dǎo)閥芯在彈簧力及液壓力的作用下將自動(dòng)關(guān)閉導(dǎo)閥窗口，按前述同理，主閥芯將跟隨導(dǎo)閥芯反向運(yùn)動(dòng)并最后關(guān)閉主閥窗口。
如果設(shè)定控制壓力的數(shù)值，可通過順序閥的調(diào)壓螺栓來實(shí)現(xiàn)，顯然彈簧的預(yù)壓力越大需要打開順序閥窗口的控制壓力也越大。
若把控制口當(dāng)做順序閥的外控口，則本發(fā)明即是外控順序閥;若把控制口與逆向進(jìn)油口相通就構(gòu)成內(nèi)腔順序閥。
現(xiàn)在結(jié)合附圖所示的實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明提出的液控單向閥作進(jìn)一步的說明。其中

圖1是本發(fā)明液控單向閥的結(jié)構(gòu)剖面示意圖;
圖2是按圖1所示沿A-A線的剖視圖;
圖3是按圖1所示沿B-B線的剖視圖。
由圖1可知，本發(fā)明的液控單向閥由導(dǎo)閥芯4、主閥芯2、主閥彈簧1、控制活塞6、順序閥芯11、調(diào)壓彈簧9、調(diào)壓螺栓8和阻尼孔17等部分組成。其中主閥芯2設(shè)置在閥體3右端的圓柱形空腔19內(nèi)，可以在該腔內(nèi)左右滑動(dòng)，主閥芯2的左端面設(shè)置成錐臺(tái)，并與閥體3的中間圓柱形孔5的右端構(gòu)成錐形窗口22，即構(gòu)成液控單向閥正、逆向液體流動(dòng)的主窗口。為便于加工，也可以在主閥芯2與閥體3之間設(shè)置一個(gè)主閥套。在主閥芯2的軸線上設(shè)有兩個(gè)直徑不同、但貫穿其兩個(gè)端面的圓孔。在右側(cè)較大的圓孔內(nèi)設(shè)有一個(gè)錐閥芯，即導(dǎo)閥芯4，而兩圓孔的交界處即是其導(dǎo)閥座。在導(dǎo)閥芯4的左端有一個(gè)直徑與導(dǎo)閥窗口相等的小頂桿，它與導(dǎo)閥芯4是一個(gè)整體，并在主閥芯2左端的小孔內(nèi)滑動(dòng)。當(dāng)導(dǎo)閥窗口關(guān)閉時(shí)，該頂桿伸出主閥芯2的左端外一段長度。在該頂桿的外表面沿軸線方向開幾條溝槽，例如，也可做成圖3所示的形狀，其作用是將導(dǎo)閥窗口與中間腔5溝通起來。在導(dǎo)閥芯4的右端設(shè)置一個(gè)主閥彈簧1，主閥彈簧的右端固定在彈簧座20上，而彈簧座20則裝在右端蓋18的圓孔中。顯然主閥彈簧1將導(dǎo)閥芯4壓在主閥芯2上，因而也將主閥芯2緊壓在主閥窗口22上。主閥芯2的外側(cè)由直徑不同的兩段圓柱組成。主閥芯2直徑較大的凸肩段將容腔19分成左右兩個(gè)腔，其間只靠一個(gè)阻尼孔17溝通。其中左腔與閥的逆向進(jìn)油口16和主閥窗口22相通，閥芯3的中間腔5與閥的逆向出油口15相通。在閥體3的左端空腔內(nèi)裝有一個(gè)控制活塞6，該活塞的右出桿23是一個(gè)直徑與導(dǎo)閥窗口直徑相等的活塞頂桿。其右端設(shè)置一個(gè)凸臺(tái)，可防止頂桿卡住或頂偏?？刂苹钊?的右腔設(shè)有一個(gè)回油口14，左腔則與閥左端蓋10上的油孔13相通。在左端蓋10上設(shè)置一個(gè)順序滑閥，它是一個(gè)圓柱形雙邊三通閥，閥芯11設(shè)置在左端蓋的垂直圓孔內(nèi)，該圓孔的下端與控制油口12相通，在靠近閥芯11下凸肩的壁上設(shè)有一個(gè)扁長油孔13，上述油孔的橫斷面如圖2所示，圖中b在2毫米以內(nèi)，1略小于閥芯11下凸肩的長度。閥芯頸部與左端蓋10的圓孔所形成的容腔與上邊的容腔24相通，因?yàn)殚y芯11的上凸肩外側(cè)設(shè)有如圖3所示的三個(gè)半圓形溝槽。容腔24又通過油路7和控制活塞右腔與回油口14相通。閥芯11的上腔24中裝有調(diào)壓彈簧9，其上端則裝有一個(gè)調(diào)壓螺栓8，用來調(diào)節(jié)彈簧的預(yù)壓力。
現(xiàn)在進(jìn)一步說明本發(fā)明的工作原理。
一、逆向動(dòng)作的工作原理當(dāng)把調(diào)節(jié)螺栓8退至上限位置時(shí)，控制油液可以很小的壓力推開閥芯11并通過油路13進(jìn)入控制活塞6的左腔，從而推動(dòng)控制活塞6向右運(yùn)動(dòng)，于是右出桿23推開導(dǎo)閥芯4，使主閥芯2右腔19中的油液從導(dǎo)閥窗口流出，故此時(shí)容腔19中的壓力P3開始小于來自逆向進(jìn)油口16的壓力P2，因而在主閥芯2左腔中向右的液壓合力將大于主閥芯2右腔向左的液壓力和彈簧力的合力，因此主閥芯2將自動(dòng)向右運(yùn)動(dòng)并打開主閥窗口22，主閥芯2向右移動(dòng)又將關(guān)小導(dǎo)閥窗口，因而主閥芯2右側(cè)的液壓力將增高，直到作用在主閥芯2上的合力為零時(shí)，主閥芯2停止運(yùn)動(dòng)。實(shí)際上，主閥芯2將自動(dòng)跟蹤導(dǎo)閥芯4向右移，兩者位置之差恰好使主閥芯2上的合力為零，或微大于零(合力指向右邊)。因此，主閥芯的最大開啟量取決于控制活塞6的最大行程(從碰到導(dǎo)閥芯4開始算起)。當(dāng)取消控制壓力時(shí)，順序閥芯11將在調(diào)壓彈簧9的作用下移到下限位置，此時(shí)控制活塞6左腔油液通過油路13、7和控制活塞6的右腔回油。因此，導(dǎo)閥芯4在右側(cè)主閥彈簧1和液壓力作用下力圖關(guān)閉導(dǎo)閥窗口，但當(dāng)關(guān)閉到某一值時(shí)，由于主閥芯2右側(cè)的液壓力增大，使主閥芯2上的合力開始指向左邊，因此主閥芯2仍然是跟隨導(dǎo)閥芯4向左運(yùn)動(dòng)，整個(gè)主閥芯2運(yùn)動(dòng)的速度取決于阻尼孔17的直徑，顯然，主閥芯2關(guān)閉時(shí)沒有撞擊。
從上述分析看出逆向開啟主閥的最大控制壓力是在導(dǎo)閥開啟瞬間出現(xiàn)的，以后便開始減小到某個(gè)穩(wěn)態(tài)值(即主閥芯跟蹤運(yùn)動(dòng)時(shí)的控制壓力值)，另一方面由于在取消控制壓力時(shí)，順序閥芯11使控制活塞的左腔油液回油，故本發(fā)明的液控單向閥啟閉誤差很小。
二、順序控制原理從圖1不難看出，控制油液打開順序閥芯11的條件是作用在順序閥芯11下端面上的液壓力大于或等于其上所設(shè)彈簧的預(yù)壓力，因此通過調(diào)壓螺栓可以設(shè)置控制壓力Pk的大小。但其最小值應(yīng)大于上述的打開導(dǎo)閥芯4所需的最低控制壓力。
權(quán)利要求
1.一種低控制壓力的順序液控單向閥。由閥體、導(dǎo)閥、主閥和控制活塞等部分組成，其中導(dǎo)閥是一個(gè)設(shè)置在主閥軸線上的錐閥，此錐閥細(xì)端有一段頂桿并有部分露在主閥芯外面，錐閥大端朝里，并被主閥彈簧緊壓在主閥芯上，因而主閥芯也借此被壓在主閥座上，上述主閥芯設(shè)置在閥體右端的圓柱形空腔內(nèi)，可以在該腔內(nèi)滑動(dòng)，主閥芯的左端面設(shè)置成錐臺(tái)與閥體的中間圓柱形孔的右端構(gòu)成錐形主閥窗口，閥體的左端容腔內(nèi)裝有一個(gè)控制活塞，該控制活塞與上述錐閥細(xì)端之間設(shè)有一個(gè)活動(dòng)桿頂，其特征在于，主閥芯(2)在閥體(3)中的后腔(19)通過一條斜孔與逆向進(jìn)油口(16)相通，在該斜孔中設(shè)置一個(gè)阻尼孔(17)，控制活塞(6)的右腔設(shè)有一個(gè)回油口14，同時(shí)與油路(7)相通，活動(dòng)頂桿(23)的右端設(shè)置一個(gè)凸臺(tái)，在控制油液進(jìn)口(12)與控制活塞(6)之間設(shè)置一個(gè)順序滑閥。
2.按權(quán)利要求1所述的液控單向閥，其特征在于，在主閥芯(2)與閥體(3)之間設(shè)置一個(gè)主閥套。
3.按權(quán)利要求1所述的液控單向閥，其特征在于，控制活塞(6)右出桿的截面積與導(dǎo)閥窗口面積相等。
4.按權(quán)利要求1所述的液控單向閥，其特征在于，導(dǎo)閥芯(4)的最大開度應(yīng)大于主閥芯(2)平穩(wěn)時(shí)的導(dǎo)閥開度。
5.按權(quán)利要求1所述的液控單向閥，其特征在于，順序滑閥包括一個(gè)圓柱形雙邊三通閥芯(11)、一個(gè)調(diào)壓彈簧(9)和一個(gè)調(diào)壓螺栓(8)，其中，閥芯(11)的下凸肩下部與控制油液進(jìn)口(12)相通，閥芯(11)的中間腔與上邊的彈簧腔(24)相通，而彈簧腔又通過油路(7)和控制活塞右腔與回油口(14)相通，閥芯(11)下凸肩的側(cè)面設(shè)有一個(gè)扁長窗口通孔(13)與控制活塞(6)的進(jìn)油腔相通，控制油液壓力小于閥芯(11)上端彈簧力時(shí)，控制活塞(6)回油，反之則進(jìn)油。
6.按權(quán)利要求5所述的液控單向閥，其特征在于，扁長窗口通孔(13)的長度(1)略小于閥芯(11)下凸肩的長度，寬度(b)在2毫米以內(nèi)。
7.按權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的液控單向閥，其特征在于，將控制油液進(jìn)口(12)與逆向進(jìn)油口(16)相連構(gòu)成內(nèi)控順序閥，將控制油液進(jìn)口(12)當(dāng)作外控口構(gòu)成外控順序閥。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種低控制壓力的順序液控單向閥，它屬于先導(dǎo)型外泄式液控單向閥類。該閥由閥體，錐形導(dǎo)閥、帶凸肩的主閥、控制活塞和順序滑閥等部分組成。該閥的特點(diǎn)是控制壓力低，且與負(fù)載壓力大小和逆向進(jìn)油通道有源與否無關(guān)，其控制壓力可任意設(shè)置。此外，本發(fā)明還可作為內(nèi)控順序閥和外控順序閥使用。
文檔編號(hào)F15B13/02GK1065708SQ9110212
公開日1992年10月28日 申請(qǐng)日期1991年4月9日 優(yōu)先權(quán)日1991年4月9日
發(fā)明者劉思瀾 申請(qǐng)人:劉思瀾