一种液压制动阀及液压制动系统的制作方法

1.本发明涉及车辆制动装置技术领域，特别是涉及一种液压制动阀及液压制动系统。


背景技术：

2.目前，很多车辆上装中的回转装置运动停止后、需进行制动时，大部分首先考虑对动力源进行制动，但是由于传动间隙，终端装置不能更精确地制动。为提高制动的精准度，通常需要直接对回转装置进行制动，但是，在使用现有技术过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：
3.现有技术中，回转装置的驱动通常通过电机和齿轮传动，齿轮传动本身存在有一定的传动间隙，即存在一定的精度误差，后续再通过电机抱闸锁紧来锁回转装置，造成制动过程中的传动间隙过大。
4.为解决上述传动间隙过大的问题，现有技术中也出现常规的制动气室进行回转装置的制动，然而，很多同类产品只能通过压缩气体来进行制动，很难提供较大的制动力矩来满足回转装置的反作用力矩，很难保证回转装置在制动时静止；当随时间增加，出现元器件磨损或气管破裂等问题，造成压缩气体气压降低后，制动力会随之减小甚至消失。此外，现有技术中，部分产品通过增加一套液压系统的方式来增加制动力矩，但如此会增加系统的复杂性，且成本也增加很多。
5.因此，有必要研究一种传动间隙小，制动力矩大，没有压缩气源也能制动，可靠性高，同时装配成本低的液压制动阀及液压制动系统。


技术实现要素：

6.本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题，本发明提供了一种液压制动阀及液压制动系统。
7.本发明采用的技术方案是：
8.第一方面，本发明提供了一种液压制动阀，包括液压缸体、沿液压缸体的轴向穿设在液压缸体内的阀杆和固定设置在液压缸体内的隔板；所述隔板将液压缸体的中空部分隔为气室驻车腔和气室行车腔，所述气室驻车腔和气室行车腔均开设有导气孔；所述阀杆分为设置在气室驻车腔内的第一阀杆和设置在气室行车腔内的第二阀杆，所述第二阀杆远离第一阀杆的一端穿设在液压缸体的油腔内，所述第一阀杆和第二阀杆之间连接有用于带动第二阀杆在油腔内滑动的复位装置，所述油腔远离第二阀杆的一端穿设有制动装置。
9.在一个可能的设计中，所述复位装置包括套管、第一复位结构和第二复位结构；所述套管滑动套设在第一阀杆外，所述套管由气室驻车腔穿设至气室行车腔内，所述套管远离第一阀杆的一端与第二阀杆连接；所述第一复位结构设置在气室驻车腔内，所述第一复位结构用于将套管恢复原位；所述第二复位结构设置在气室行车腔内，所述第二复位结构用于将第二阀杆恢复原位。
10.在一个可能的设计中，所述套管与第二阀杆通过球头铰连接。
11.在一个可能的设计中，所述第一复位结构包括第一膜片和第一复位弹簧；所述第一膜片与套管固定连接，所述第一膜片将气室驻车腔分隔为第一气室驻车腔和第二气室驻车腔，所述第一气室驻车腔、第二气室驻车腔和气室行车腔依次相邻设置，所述第一复位弹簧设置在第一气室驻车腔内，所述第一复位弹簧的两端分别抵靠液压缸体的内壁和第一膜片，所述气室驻车腔的导气孔与第二气室驻车腔连通设置。
12.在一个可能的设计中，所述第二复位结构包括第二膜片和第二复位弹簧；所述第二膜片与套管固定连接，所述第二膜片将气室行车腔分隔为第一气室行车腔和第二气室行车腔，所述气室驻车腔、第一气室行车腔和第二气室行车腔依次相邻设置，所述第二复位弹簧设置在第二气室行车腔内，所述第二复位弹簧的两端分别抵靠液压缸体的内壁和第二膜片，所述气室行车腔的导气孔与第一气室行车腔连通设置。
13.在一个可能的设计中，所述制动装置包括穿设在气室行车腔内的活塞柱和与活塞柱远离气室行车腔一端连接的摩擦片。
14.在一个可能的设计中，所述液压制动阀还包括第三复位弹簧，所述第三复位弹簧设置在油腔内，所述第三复位弹簧的两端分别抵靠液压缸体的内壁和活塞柱。
15.第二方面，本发明提供了一种液压制动系统，包括上述任一项所述的液压制动装置，还包括与气室行车腔的导气孔连通设置的行车腔通气管和与气室驻车腔的导气孔连通设置的驻车腔通气管，所述行车腔通气管和驻车腔通气管通过三位五通中泄电磁阀依次连通设置有截止阀和储气筒。
16.在一个可能的设计中，所述截止阀通过过滤器与三位五通中泄电磁阀连通设置。
17.在一个可能的设计中，所述行车腔通气管上设置有压力开关。
18.本发明的有益效果是：可减少制动过程中的传递间隙，制动力矩大，没有压缩气源也可以制动，可靠性高，且装配成本低。本发明在装配过程中，制动装置远离液压缸体的一端与回转装置的外壁连接，本发明中，由于复位装置的设置，可在无压缩气体时也可进行制动，此时复位装置可带动第二阀杆向油腔内滑动，从而增加油腔内的液压油压缩，进而实现回转装置的制动。具体地，本发明在实施过程中，可通过气室行车腔的导气孔向气室行车腔内导入压缩气体，然后通过气室驻车腔中复位装置产生的复位压力和气室行车腔中压缩气体产生的压力，推动第二阀杆向油腔内运动，从而带动油腔内的液压油压缩，得到放大多倍的液体压强，进而使得制动装置受到的正压力增大，即增加数倍的制动力矩，从而使得回转装置制动，在此过程中，由于本发明可直接作用于回转装置，减少了制动过程中的传递间隙，同时避免了新增一套液压系统造成的装配成本高的问题。
附图说明
19.图1是本发明中液压制动系统在工作状态的结构示意图；
20.图2是本发明中液压制动系统在复位状态的结构示意图；
21.图3是本发明中液压制动系统与回转装置连接的结构示意图。
具体实施方式
22.下面结合附图及具体实施例来对本发明作进一步阐述。
23.实施例1：
24.由于直接制动回转装置的力是静摩擦力，其中摩擦系数是很难增加很多倍的，只有通过放大多倍地增加对回转装置外圈的正压力的方式来提高静摩擦力，方可更好地让回转装置制动静止。基于此，本实施例公开的一种液压制动阀，如图1和2所示，包括液压缸体1、沿液压缸体1的轴向穿设在液压缸体1内的阀杆和固定设置在液压缸体1内的隔板2；所述隔板2将液压缸体1的中空部分隔为气室驻车腔和气室行车腔，所述气室驻车腔和气室行车腔均开设有导气孔；所述阀杆分为设置在气室驻车腔内的第一阀杆3和设置在气室行车腔内的第二阀杆4，所述第二阀杆4远离第一阀杆3的一端穿设在液压缸体1的油腔内，所述第一阀杆3和第二阀杆4之间连接有用于带动第二阀杆4在油腔内滑动的复位装置，具体地，复位装置可在气室行车腔内未导入压缩气体时带动第二阀杆4向油腔内滑动，以实现对回转装置的制动，复位装置还可在气室驻车腔内导入压缩气体时带动第二阀杆4向油腔外滑动，以实现对回转装置的解锁；所述油腔远离第二阀杆4的一端穿设有制动装置。应当理解的是，液压缸体1内的气室驻车腔、气室行车腔和油腔依次相邻设置，第二阀杆4即为穿设在油腔内的活塞杆。
25.本实施例可减少制动过程中的传递间隙，制动力矩大，且装配成本低。本实施例在装配过程中，制动装置远离液压缸体1的一端与回转装置的外壁连接，本实施例中，由于复位装置的设置，可在无压缩气体时也可进行制动，此时复位装置可带动第二阀杆4向油腔内滑动，从而增加油腔内的液压油压缩，进而实现回转装置的制动。具体地，本实施例在实施过程中，可通过气室行车腔的导气孔向气室行车腔内导入压缩气体，然后通过气室驻车腔中复位装置产生的复位压力和气室行车腔中压缩气体产生的压力，推动第二阀杆4向油腔内运动，从而带动油腔内的液压油压缩，得到放大多倍的液体压强，进而使得制动装置受到的正压力增大，即增加数倍的制动力矩，从而使得回转装置制动，在此过程中，由于本实施例可直接作用于回转装置，减少了制动过程中的传递间隙，同时避免了新增一套液压系统造成的装配成本高的问题。
26.本实施例中，所述复位装置包括套管5、第一复位结构和第二复位结构；所述套管5滑动套设在第一阀杆3外，所述套管5由气室驻车腔穿设至气室行车腔内，所述套管5远离第一阀杆3的一端与第二阀杆4连接；所述第一复位结构设置在气室驻车腔内，所述第一复位结构用于将套管5恢复原位；所述第二复位结构设置在气室行车腔内，所述第二复位结构用于将第二阀杆4恢复原位。
27.本实施例中，所述套管5与第二阀杆4通过球头铰连接。常规的产品中的阀杆通常采用刚性直接连接的，本实施例中通过球头铰连接，可以大大解决第二阀杆4往复高精度的直线运动的阻力，同时进一步降低了本实施例装配的难度。
28.本实施例中，所述第一复位结构包括第一膜片6和第一复位弹簧7；所述第一膜片6与套管5固定连接，所述第一膜片6将气室驻车腔分隔为第一气室驻车腔和第二气室驻车腔，所述第一气室驻车腔、第二气室驻车腔和气室行车腔依次相邻设置，所述第一复位弹簧7设置在第一气室驻车腔内，所述第一复位弹簧7的两端分别抵靠液压缸体1的内壁和第一膜片6，所述气室驻车腔的导气孔与第二气室驻车腔连通设置。
29.本实施例中，所述第二复位结构包括第二膜片8和第二复位弹簧9；所述第二膜片8与套管5固定连接，所述第二膜片8将气室行车腔分隔为第一气室行车腔和第二气室行车
腔，所述气室驻车腔、第一气室行车腔和第二气室行车腔依次相邻设置，所述第二复位弹簧9设置在第二气室行车腔内，所述第二复位弹簧9的两端分别抵靠液压缸体1的内壁和第二膜片8，所述气室行车腔的导气孔与第一气室行车腔连通设置。
30.本实施例中，隔板2和第一膜片6均采用钢板，第二膜片8采用钢板，其远离隔板2的一侧铺设有橡胶，以便实现气室行车腔的密封，第一膜片6和第二膜片8均通过螺纹连接件与套管5固定连接。
31.本实施例中，所述制动装置包括穿设在气室行车腔内的活塞柱10和与活塞柱10远离气室行车腔一端连接的摩擦片11。需要说明的是，在装配及使用过程中，摩擦片11与车辆的回转装置的外壁接触，摩擦片11的外壁配合回转装置的外壁设置为弧形，以便于实现对回转装置的制动。
32.本实施例中，所述液压制动阀还包括第三复位弹簧12，所述第三复位弹簧12设置在油腔内，所述第三复位弹簧12的两端分别抵靠液压缸体1的内壁和活塞柱10。需要说明的是，第三复位弹簧12可在需要制动装置复位时，带动制动装置恢复原位。
33.本实施例中，三位五通中泄电磁阀15采用现有技术实现，其主要由阀体、阀芯、线圈等组成，有三个工作位置，五个接口；图1和2中，三位五通中泄电磁阀15上的a口表示进气口，c口和e口均表示排气口，b口和d口均表示出气。
34.本实施例中，油腔分为穿设有第二阀体的第一油腔和穿设有活塞柱10的第二油腔，其中第一油腔的内径d1＜第二油腔的内径d2＜气室驻车腔和气室行车腔的内径d3。
35.本实施例中，第一油腔连通设置有液压油壶20，用于向油腔内补充液压油；第二油腔连通设置有自动排气阀21，以便于在本实施例装配完成后，在向油腔内补充液压油时排出油腔内的气体，或者在油腔内出现气体时，及时自动排出气体，进而提高本实施例的使用效率。
36.实施例2：
37.本实施例公开了一种液压制动系统，如图1和2所示，包括实施例1中任一项所述的液压制动装置，还包括与气室行车腔的导气孔连通设置的行车腔通气管13和与气室驻车腔的导气孔连通设置的驻车腔通气管14，所述行车腔通气管13和驻车腔通气管14通过三位五通中泄电磁阀15依次连通设置有截止阀16和储气筒17。需要说明的是，三位五通中泄电磁阀15的设置，可使得行车腔通气管13和气室驻车腔采用同一储气筒17进行工作，进一步减少了本实施例的装配成本。
38.本实施例与回转装置连接的结构示意图如图3所示。
39.本实施例中，所述截止阀16通过过滤器18与三位五通中泄电磁阀15连通设置。需要说明的是，过滤器18可实现对导入行车腔通气管13和气室驻车腔内压缩气体的过滤，避免压缩气体内杂物损坏液压缸体1。
40.本实施例中，所述行车腔通气管13上设置有压力开关19。需要说明的是，本实施例在实施过程中，可以通过压力开关19来向用户反馈气室行车腔内的压力，以便于提高本实施例使用过程中安全性，也增加本实施例的可靠性。
41.本实施例的工作原理如下：
42.a.当只有气室驻车腔中的第一复位弹簧7复位的压力作用时，该双作用制动气室的气液加力装置处于锁紧状态，应当理解的是，此时不是最大锁紧力状态。
43.原理：当三位五通中泄电磁阀15的左右两端线圈不通电时，三位五通中泄电磁阀15处于中间位置，即气室驻车腔和气室行车腔里都没有通入压缩气体，此时，气室驻车腔中的第一复位弹簧7复位产生的压力作用到第二阀杆4上，然后第二阀杆4再推动油腔中的液压油，从而经过传递使摩擦片11往外移动，压紧回转装置，起到锁紧作用。
44.b.当气室驻车腔中的第一复位弹簧7复位的压力作用，同时气室行车腔里有压缩气体，该双作用制动气室的气液加力装置处于最大锁紧状态，应当理解的是，此时锁紧力是最大的。
45.原理：当三位五通中泄电磁阀15的左端线圈通电，同时右端线圈不通电时，三位五通中泄电磁阀15的阀芯右移动，左侧位工作，即储气筒17中的压缩气体通过截止阀16，再经过过滤器18过滤后，进入电磁阀a口，然后再经过b口，通过行车腔通气管13，最终进入气室行车腔里，然后推动气室行车腔内部的第二膜片8来推动第二阀杆4往压缩液体的方向移动；同时气室驻车腔连接的驻车腔通气管14与电磁阀上的d口和e口是连通的，没有压缩气体进入，而是将气室驻车腔里的气体与大气相通，此时气室驻车腔中的第一复位弹簧7复位产生的压力也作用到第二阀杆4上，使第二阀杆4往压缩液体的方向移动，所以第二阀杆4同时有两个力作用，从而达到较大的制动力矩，进而推动油腔中的液压油，最终经过传递使摩擦片11往外移动，压紧回转装置，起到最大锁紧作用。
46.c.当气室驻车腔中的第一复位弹簧7压缩，同时气室行车腔里的第二复位弹簧9和第三复位弹簧12复位时，该双作用制动气室的气液加力装置处于解锁状态。
47.原理：当三位五通中泄电磁阀15的右端线圈通电，同时左端线圈不通电时，三位五通中泄电磁阀15的阀芯左移动，右侧位工作，即储气筒17中的压缩气体通过截止阀16，再经过过滤器18过滤后，进入电磁阀a口，然后再经过d口，通过驻车腔通气管14，最终进入气室驻车腔里，使气室驻车腔里的第一复位弹簧7压缩，同时驻车腔里的活塞杆随第一复位弹簧7压缩方向移动，从而带动气室行车腔里的第二膜片8和第二阀杆4往解锁方向移动。此时，气室行车腔连接的行车腔通气管13与电磁阀上的b口和c口是连通的，没有压缩气体进入，气室行车腔里的第二复位弹簧9进行复位，从而也带到第二阀杆4往解锁方向移动；同时第三复位弹簧12也处于恢复方向工作，即拉动活塞柱10往液压缸体1方向移动，从而摩擦片11回位，处于解锁状态。
48.以下对现有技术和本实施例的制动效果进行对比说明。
49.当采用常规的制动气室进行制动时，说明如下：
50.现在市场上商用车使用的常规的制动气室的驻车腔和行程腔是独立的两个腔，工作时是分别进行工作，不能同时工作即气室行车腔充气工作+气室驻车腔放气工作。当采用现有技术中的常规制动气室进行制动时，即只有行程腔工作时，已知工作气压0.6mpa，回转装置中的回转装置外圈直径d4为1400mm，摩擦片11的摩擦系数为0.2，当第二阀杆4工作行程10mm时，即行程腔的作用力f1为9000n，计算1个制动装置对应的制动力矩m1＝f1
×
0.2
×
d4/2＝1260n.m；4个制动装置共同进行制动的总制动力矩m总＝5040n.m。
51.当采用本实施例中的液压制动阀进行制动时，说明如下：
52.采用同样大小的行程腔的双作用气室，同样的工作气压等相同的边界条件；本实施例通过将气室驻车腔内的第一阀杆3和气室行车腔内的第二阀杆4设置为整体，并且再将气室行车腔的杆与第二阀杆4设计成通过球头铰连接，最后再增加设计一套放大的气推液
的装置等。已知工作气压0.6mpa，回转装置中的回转装置外圈直径d4为1400mm，摩擦片11的摩擦系数为0.2，油腔的直径d1为48mm,活塞柱10腔的直径d2为168mm，当第二阀杆4工作行程10mm时，即行程腔的作用力f1为9000n，经试验数据测出，气室驻车腔内的弹簧复位产生的推力f2为11000n,即双作用制动气室的产生的推力f3＝f1+f2＝20000n；即第二阀杆4作用到油腔的压力为20000n，由于油腔与活塞柱10腔内的液体是相互连通的，所以两个腔的压强是相同的；所以活塞柱10工作时的作用压力f4＝f3/(π
×
(d1/2)
×
(d1/2))
×
(π
×
(d2/2)
×
(d2/2)),f4＝245000n,即f4为f3的12.25倍；计算1个液压制动阀对应的制动力矩m1＝f4
×
0.2
×
d4/2＝34300n.m，4个液压制动阀共同进行制动的总制动力矩m总＝137200n.m。
53.结论：当采用本实施例中的液压制动阀进行制动时，总的制动力矩m总约为现有技术的27.22倍。
54.此外，当没有压缩气体时，也可以通过气室驻车腔内没有气体时，腔内的弹簧复位产生的推力f2来制动，并且根据上述计算的制动力矩方法：已知回转装置中的回转装置外圈直径d4为1400mm，摩擦片11的摩擦系数为0.2，油腔的直径d1为48mm,活塞柱10腔的直径d2为168mm，经试验数据测出，气室驻车腔内的弹簧复位产生的推力f2为11000n、气室行车腔内压缩弹簧阻力f5为500n，当第二阀杆4工作行程10mm时，第二阀杆4作用到油腔的压力f6＝f2-f5＝10500n；同理，由于油腔与活塞柱10腔内的液体是相互连通的，所以两个腔的压强是相同的；所以活塞柱10工作时的作用压力f7＝f6/(π
×
(d1/2)
×
(d1/2))
×
(π
×
(d2/2)
×
(d2/2)),f7＝128625n,即f7为f6的12.25倍；计算1个双作用制动气室的气液加力装置对应的制动力矩m1＝f7
×
0.2
×
d4/2＝18007.5n.m，4个双作用制动气室的气液加力装置共同进行制动的总制动力矩m总＝72030n.m。结论，相对于传统的方案一的总的制动力矩m总进行对比，也放大了约14.29倍。从而达到自锁的目的，同时当上装不需要回转制动时，可以通过7复位弹簧和气室行车腔中的复位弹簧，以及通过气室驻车腔杆和气室行车腔的杆相互连接起来，然后通过三位五通中泄电磁阀15来控制，从而达到了增加很大的解锁拉力。
55.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
56.最后应说明的是，本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。