专利名称：液控节流阀、平衡阀、控制卷扬机的液压系统和工程机械的制作方法
技术领域：
本发明涉及节流阀领域，具体地，涉及一种液控节流阀、使用该液控节流阀的平衡阀、使用该平衡阀的控制卷扬机的液压系统和使用该液压系统的工程机械。
背景技术：
在受负向载荷(主要是重力负载)的液压执行机构回路中，通常使用平衡阀，尤其是广泛见于工程机械液压系统的变幅与卷扬回路中。其中典型的平衡阀包括并联的单向阀和液控节流阀。例如，在图1所示的控制卷扬的液压系统中，当处于下放工况时，为了控制重物下放的速度，进入控制口 Y的控制油能够打开平衡阀9中的液控节流阀1，并使得工作油从进油口 A通过液控节流阀的节流口流向出油口 B，因此在节流口的作用下能够实现控制重物下方的速度。而当处于重物的起吊工况时，工作油再经过主换向阀81后能够通过从出油口 B经由单向阀2流向进油口 A，从而使得平衡阀仅起到沟通油路的作用。因此，可见液控节流阀对平衡阀的作用至关重要，是能否实现对执行机构进行调速的关键。其应当满足至少两个技术要求①良好的密封性。在节流口未开启时，进油口 A至出油口 B的内泄漏量须控制在指标范围内。②良好的微动特性。在节流口逐渐开启的过程中，进油口 A至出油口 B的流量变化须符合设计要求，通常要求在小开口时流量平稳而缓慢的增长，在中大开口时流量增长速度大于小开口，但仍须平稳可控。为满足上述要求，在现有技术中，广泛使用的平衡阀通常将液控节流阀的阀芯设计成锥面密封形式，以保证平衡阀具有良好密封性。同时在阀芯上开一定形状的节流槽，并使阀口节流面积随阀芯位移变化，以实现其微动特性。然而，现有的常见锥面密封形式的平衡阀具有以下缺点①流量微动性较差。锥面节流面积随阀芯位移变化的增益较大，流量随阀芯位移调节的区域短，下降起动时流量突变明显，不利于重物的平缓下落和调速控制。②轻负载下锥面密封效果不佳。这是由于锥面密封依靠阀芯在压力作用下紧密贴靠在阀座上，利用阀座尖锐边缘的自适应变形来形成密封区域。而低压(即轻负载)时阀芯受压较弱，其贴靠阀座力较小，密封区域形成不足，故密封效果较差。③工艺复杂程度较高。为保证良好的流量微动性，须直接在阀芯的锥面，或是在阀芯的直线段上开设节流槽，这两种方式均增加了阀芯制造的复杂性。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种液控节流阀，该液控节流阀低压密封性较优，流量微动性好，并且结构简单，制造方便。本发明的另一个目的是提供一种平衡阀，该平衡阀使用本发明提供的液控节流阀。
本发明的再一个目的是提供一种控制卷扬机的液压系统，该液压系统使用本发明提供的平衡阀。本发明的还一个目的是提供一种工程机械，该工程机械使用本发明提供的控制卷扬机的液压系统。为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种液控节流阀，包括阀体和阀芯，并且所述液控节流阀包括进油口、出油口和控制口，从所述控制口进入的控制油能够驱动所述阀芯轴向移动，其中，所述液控节流阀为滑阀结构，并且包括设置在所述阀体内的阀套，该阀套上开设有与所述出油口连通的节流窗口，所述阀芯能够在所述阀套内轴向移动以导通或者断开所述进油口与所述节流窗口之间的工作油路。优选地，所述阀芯包括与所述进油口连通的第一环形槽和位于该第一环形槽一端的第一凸肩，在所述工作油路断开时，所述第一凸肩隔开所述第一环形槽和所述节流窗口，在所述工作油路导通时，所述第一环形槽与所述节流窗口连通。优选地，所述阀套可拆卸地安装在所述阀体上，并且所述液控节流阀包括复位弹簧，所述复位弹簧的一端抵顶在所述阀套上，另一端抵顶所述阀芯。优选地，所述阀套的侧壁上沿周向形成有多个所述节流窗口，该多个节流窗口通过形成在所述阀套外壁上的第二环形槽与所述出油口连通。优选地，所述第二环形槽的一端形成有阀套凸肩，该阀套凸肩与所述阀体之间设置有第三密封件。优选地，所述液控节流阀包括具有所述控制口的先导阀体，该先导阀体可拆卸地安装在所述阀体上，并且所述先导阀体内部设置有连通所述控制口和所述阀芯的第一节流孔。优选地，所述阀芯包括隔开所述控制口和所述工作油路的第二凸肩，并且该第二凸肩和所述阀体的内壁之间设置有第一密封件。优选地，所述阀芯内部形成轴向通孔，该轴向通孔靠近所述节流窗口的第一端口封闭，远离所述节流窗口的第二端口与所述控制口连通，并且该第二端口处形成有第二节流孔。优选地，所述轴向通孔包括依次邻接的第一段、第二段和第三段，其中所述第一段形成为所述第一节流孔，并且所述第一段、第二段和第三段的通流截面依次变大。优选地，所述阀套内部安装有阀杆，该阀杆伸入所述阀芯的所述第一端口内，并且所述阀杆的外壁与所述阀芯的内壁之间设置有第二密封件。根据本发明的另一方面，提供一种平衡阀，包括并联的液控节流阀和单向阀，所述液控节流阀为本发明提供的液控节流阀，其中所述单向阀的正向油口为所述液控节流阀的所述出油口，反向油口为所述液控节流阀的所述进油口。根据本发明的再一方面，提供一种控制卷扬机的液压系统，包括压力油源、油箱、主换向阀和驱动所述卷扬机的液压马达，所述主换向阀能够控制所述液压马达的运动，所述液压马达的至少一侧油路上设置有本发明提供的平衡阀，所述进油口与所述液压马达的工作油口连通，所述出油口与所述主换向阀的工作油口连通，所述控制口与所述液压马达的另一侧油路连通。根据本发明的还一方面，提供一种工程机械，该工程机械包括卷扬机和控制该卷扬机的液压系统，所述液压系统为本发明提供的控制卷扬机的液压系统。通过上述技术方案，由于本发明提供的液控节流阀采用滑阀结构，在阀芯启动时，通过控制阀芯与阀套的轴向密封长度以连续调节阀内泄漏量，从而实现在阀芯启动的小开口时流量微动性的精确控制，在阀芯大开口时，流量微动性则由与阀芯配合下的特定节流窗口实现，因此扩大了整个流量调节的范围，尤其是，通过设计不同的节流窗口形状而实现的这种分段增益调节方式非常适用于平衡阀平稳启动、调速精确的应用特点，而现有技术中的锥阀形式节流阀则无法良好控制阀内泄漏的变化，因此其在启动时候，即小开口时微动性难以控制，在应用到平衡阀时，对液压系统的稳定性不利。另外，在高低压负载变化时，较之现有的锥阀结构节流阀，本发明提供的滑阀结构节流阀通孔阀芯和阀套之间的轴线密封长度，能够获得较好的密封稳定性。另外，由于具有节流作用的节流窗口开设在阀套上，方便加工制造，具有良好的工艺性。上述优点使得本发明提供的平衡阀、液压系统和工程机械均具有较高的实用性。本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式
部分予以详细说明。
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式
一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中图1是控制卷扬机的液压系统的结构原理示意图；图2是本发明提供的平衡阀的剖视结构示意图；图3至图5是本发明提供的液控节流阀在实现节流作用的过程中的局部剖视结构示意图；图6是本发明提供的液控节流阀的部分外部结构示意图，其中节流窗口为矩形；图7是本发明提供的液控节流阀的部分外部结构示意图，其中节流窗口为三角形；图8是本发明提供的液控节流阀的部分外部结构示意图，其中节流窗口为圆形；图9是在不同形状节流窗口下，本发明提供的液控节流阀从进油口 A到出油口 B的流量随阀芯的位移变化而实现的变化曲线。附图标记说明I 液控节流阀2 单向阀3 节流窗口 5 轴向通孔7 复位弹簧 9 平衡阀11 阀芯12 阀套13 阀杆14 阀体15 先导阀体 21 单向阀阀芯22 单向阀弹簧23 径向通孔31 第一环形槽32 第二环形槽
41 第一凸肩 42 第二凸肩43 阀套凸肩 51 第一段52 第二段53 第三段
61第一密封件62第二密封件63第三密封件81主换向阀82卷扬机83液压马达15a第一节流孔5a第二节流孔A进油口B出油口Y控制口
具体实施例方式以下结合附图并以本发明提供的平衡阀为例，对本发明提供的液控节流阀的具体实施方式
进行详细说明。应当·理解的是，此处所描述的具体实施方式
仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。例如，该液控节流阀除应用在平衡阀中之外，还可以应用于其他领域，这种应用领域的变形同样落在本发明的保护范围中。另外，本文提及的进油口A和出油口 B是为了方便说明本发明提供的液控节流阀I的相对概念，在平衡阀中，油液还可以通过单向阀9从出油口 B进入而从进油口 A流出，因此，本发明中的术语的含义并不局限于其字典含义，而是应该理解为本领域技术人员基于本发明的构思所能够想到的含义。首先，图1显示了包括能够被本发明提供的工程机械使用的和现有技术中的控制卷扬机的液压系统的一种典型结构的原理图。其中，在重物的下落工况中，通过设置的平衡阀9中的液控节流阀I的节流作用，能够实现控制重物下落速度的目的。而当重物起升时，则通过设置的平衡阀9中的单向阀2连通工作油路，以能够实现重物的起升工况，并能够防止在发生例如油管爆裂造成的失压情况下防止重物坠落。因此平衡阀9能够起到限速和锁死的作用。如图2所示，本发明提供一种液控节流阀，包括阀体14和阀芯11，并且液控节流阀包括进油口 A、出油口 B和控制口 Y，从控制口 Y进入的控制油能够驱动阀芯11轴向移动，以使得进油口 A和出油口 B之间的工作油路导通或断开，从而实现液控阀的功能。其中，为了使得液控节流阀的结构简单，通常地，在阀芯的一端设置有复位弹簧7，从而在控制油卸荷后，能够通过该复位弹簧7自动复位。此外，在有些液控阀中，可在阀芯的两侧均设置控制口 Y，以分别控制阀芯的往复移动。对于此类变形同样应该落在本发明的保护范围中。为了实现本发明的目的，本发明提供的液控节流阀I为滑阀结构，并且包括设置在阀体14内的阀套12，该阀套12上开设有与出油口 B连通的节流窗口 3，阀芯11能够在阀套12内轴向移动以导通或者断开进油口 A与节流窗口 B之间的工作油路。因此，通过上述滑阀结构，本发明提供的液控节流阀I能够通过阀芯11的轴向长度和径向间隙保证液控节流阀的密封效果，因此即使是在低压负载时，也能够避免锥阀所出现的密封不严的问题，从而使得本发明提供的液控节流阀在高低压负载下的密封效果均较为稳定。并且重要地，在本发明中，由于具有节流作用的节流窗口 3开设在阀套12上，因此在能够保证液控节流阀的节流微动性的情况下，方便加工制造，其中，不需对阀芯进行复杂的加工，例如在阀芯上加工各种复杂的节流槽等，从而具有良好的工艺性，只需要通过线切割机等设备即可在阀套12上将完成节流窗口 3的开设。其中后续将结合附图3至图9详细介绍本发明提供的液控节流阀的微动性调节过程需要说明的是，能够实现上述技术方案的实施方式有多种，例如阀芯11、阀套12以及节流窗口 3的设置方式等等，为了方便说明本发明，在此只介绍其中的优选实施方式，该优选实施方式只用于说明本发明，并不用于限制本发明。如图2至图6所示的优选实施方式中，阀芯11包括与进油口 A连通的第一环形槽31和位于该第一环形槽31 —端的第一凸肩41，在工作油路断开时，第一凸肩41隔开第一环形槽31和节流窗口 3，在工作油路导通时，第一环形槽31与节流窗口 3连通。从而实现工作油路的导通和断开。其中第一凸肩41优选形成在阀芯11端部，以方便加工，另外第一环形槽31与第一凸肩41为圆弧过渡，从而使得工作油路内的液压油的能量损失少。并且其中，第一凸肩41与阀套12内壁形成间隙密封，该密封效果受到第一凸肩41在阀套12内的轴向密封长度，以及第一凸肩41与阀套12内壁的径向间隙影响，特别的，本发明通过改变阀芯11的位移而控制第一凸肩41与阀套12的密封长度，从而改变阀内从进油口 A到出油口 B的泄漏量，实现在阀芯启动时的流量微动性。此外，在本发明的优选实施方式中，阀套12的侧壁上沿周向形成有多个节流窗口3，该多个节流窗口 3通过形成在阀套12外壁上的第二环形槽32与出油口 B连通，以能够提高流量。具体地，在本发明中，节流窗口 3为沿周向等间隔布置的四个，当然，在其他未提及的实施方式中，窗口的数量还可以为更少或更多，对于这种变形均应落在本发明的保护范围中。另外，如图6至图8所示，节流窗口 3的形状可以为矩形、圆形、三角或其他各种形状，本发明对此不做限制。其中如图6所示，以本发明的优选实施方式中节流窗口 3为矩形为例，该其中可以使得矩形窗口沿轴向的长度为Xe，宽度为k，其中阀芯11在控制油的驱动下，可以通过调节矩形窗口的长度Xe与工作油路连通的多少来实现液控节流阀I的不同节流效果，即实现流量微动性调节。其中宽度k，则为阀芯移动时，通过液控节流阀I的流量增益。此时该流量增益保持恒定，即如图9所示，流量变化为线型变化，而当节流窗口 3为三角形(参见图7)或圆形(参见图8)或等形状时，通过液控节流阀I的流量增加将随时发生变化，具体地，如图9所示，当节流窗口 3为三角形时，从进油口 A到出油口 B的流量变化呈弧形变化，而当节流窗口 3为圆形时，该流量变化则呈现波浪形变化，此外，当采用其他例如菱形等形状时也会呈现出不同的流量变化，本发明在此不做过多赘述，对于节流窗口 3的各种设计均应落在本发明的保护范围中。具体的流量变化过程将在后续中以矩形窗口的形式为例进行详细介绍。此外，在本发明的优选实施方式中，阀套12可拆卸地安装在阀体14上，具体地，可通过螺钉等紧固件安装。其中，液控节流阀I中的复位弹簧7的一端抵顶在阀套12上，另一端则抵顶阀芯11，从而实现阀芯11的自动回位。具体地，在阀套结构中，上述的第二环形槽32的一端形成有阀套凸肩43，该阀套凸肩43与阀体14的内部紧密接触，并且更优选地，该阀套凸肩43与阀体14之间设置有第三密封件63，以能够进一步增加本发明提供的液控节流阀的密封性，减少油液的泄露。其中本发明所提供的第一、第二和第三密封件等密封件可以为O型圈等本领域内公知的密封件，通过这些密封件能够显著提高液控节流阀的密封性。另外，优选地，可利用第二环形槽32的另一端所形成的凸缘抵顶阀体14，以方便通过紧固件固定。使得本发明提供的液控节流阀和平衡阀方便加工和组装。在本发明的优选实施方式中，进油口 A和出油口 B形成在阀体14上，为了更加方便组装和维修保养，液控节流阀I包括具有控制口 Y的先导阀体15，即，控制口 Y形成在能够拆卸下来的先导阀体15上，其中先导阀体15和阀体14可采用插接等可拆卸地方式连接，并且相互之间设置有各类密封件，以使得控制油和工作油路中的工作油相互隔离。其中。重要地，本发明提供的先导阀体15内部设置有连通控制口 Y和阀芯11的第一节流孔15a，因此，从控制口 Y进入的控制油将首先通过第一节流孔15a进入节流，其作用更类似于滤波器，能够缓解控制油的波动对阀芯11的影响，提高阀芯11的运动稳定性。另外，为了进一步密封控制油和工作油路中的工作油，优选地，阀芯11包括隔开控制口 Y和工作油路的第二凸肩42，该第二凸肩42与阀体14的内部紧密接触，并且更优选地，该第二凸肩42和阀体14的内壁之间设置有第一密封件61，以提升液控节流阀I的密封性，其中更优选地，为了提升阀芯11的整体性，并方便制造，该第二凸肩42为第一环形槽31的另一端。S卩，由第一凸肩41和第二凸肩42构成第一环形槽31。其中，为了进一步提升阀芯的运动稳定性，优选地，阀芯11内部形成轴向通孔5，该轴向通孔5靠近节流窗口 3的第一端口封闭，远离节流窗口 3的第二端口与控制口 Y连通，因此，控制油在驱动阀芯11前能够首先进入轴向通孔5中，从而缓解对阀芯11的冲击，并且更优选地，在该第二端口处形成有第二节流孔5a，因此在阀芯4的速度快速变化时，该第二节流孔5a能够产生降压作用，使得阀芯的运动稳定。其中为了辅助这一降压效果，优选地，阀套12内部安装有阀杆13，该阀杆13能够伸入阀芯11的第一端口内，并且阀杆13的外壁与阀芯11的内壁之间设置有第二密封件62，因此通过阀杆13能够封闭该阀芯11的第一端口，然而与普通的封闭方式不同的是，阀杆13能与阀芯11产生相对运动，即当阀芯11快速运动时，由于轴向通孔5内已经充满控制油，该控制油能够通过第二节流孔5a出入轴向通孔5，从而产生相反于阀芯11运动速度的阻力，使得阀芯11的运动更加稳定可靠，以进一步增强液控节流阀I在应用到平衡阀9等时，能够使得执行机构的运动更加稳定，不会出现失控等问题，可靠性更高。其中更具体地，轴向通孔5包括依次邻接的第一段51、第二段52和第三段53，其中第一段51形成为第一节流孔5a，并且第一段51、第二段52和第三段53的通流截面依次变大。因此由于这一变截面的设计，使得控制油在轴向通孔内的运动更加稳定，从而也能够提升阀芯运动的稳定性。上述介绍了本发明优选实施方式提供的液控节流阀的结构，下面结合图3至图9矩形的节流窗口 3为例介绍其具体工作过程。首先，如图3所示，当控制口 Y的控制油压力高于复位弹簧7的预紧力时，将推动阀芯11右运动。若阀芯4位移Xd，由于此时位于阀芯11端部的第一凸肩41还未进入节流窗口 3，进油口 A的油液通过第一凸肩41与阀套12内壁的间隙流向出油口 B，此时，该微小的内泄漏量可用作执行机构的微调控制。在图9中，此时的内泄漏量为第一流量qc，该第一流量qc基本为一条水平直线。然后，如图4所示，当控制口 Y的控制油压力继续升高，阀芯11的位移Xd < X< Xd+Xs时，此时第一凸肩41随着阀芯11的位移X的增长而逐渐进入节流窗口 3，S卩，阀芯11与阀套14间的轴向密封长度减小，此时，进油口 A至出油口 B的内泄漏量逐渐增加，从而实现阀芯启动时的流量微动性。具 体地，此时该内泄漏量与阀芯11的位移χ满足下面公式
权利要求
1.一种液控节流阀，包括阀体(14)和阀芯(11)，并且所述液控节流阀包括进油口(A)、出油口(B)和控制口(Y)，从所述控制口(Y)进入的控制油能够驱动所述阀芯(11)轴向移动，其特征在于，所述液控节流阀(I)为滑阀结构，并且包括设置在所述阀体(14)内的阀套(12 )，该阀套(12 )上开设有与所述出油口( B )连通的节流窗口( 3 )，所述阀芯(11)能够在所述阀套(12)内轴向移动以导通或者断开所述进油口(A)与所述节流窗口(3)之间的工作油路。
2.根据权利要求1所述的液控节流阀，其特征在于，所述阀芯(11)包括与所述进油口(A)连通的第一环形槽(31)和位于该第一环形槽(31) —端的第一凸肩(41)，在所述工作油路断开时，所述第一凸肩(41)隔开所述第一环形槽(31)和所述节流窗口(3)，在所述工作油路导通时，所述第一环形槽(31)与所述节流窗口(3)连通。
3.根据权利要求1所述的液控节流阀，其特征在于，所述阀套(12)可拆卸地安装在所述阀体(14)上，并且所述液控节流阀(I)包括复位弹簧(7)，所述复位弹簧(7)的一端抵顶在所述阀套(12)上，另一端抵顶所述阀芯(11 )。
4.根据权利要求1所述的液控节流阀，其特征在于，所述阀套(12)的侧壁上沿周向形成有多个所述节流窗口(3)，该多个节流窗口(3)通过形成在所述阀套(12)外壁上的第二环形槽(32)与所述出油口(B)连通。
5.根据权利要求4所述的液控节流阀，其特征在于，所述第二环形槽(32)的一端形成有阀套凸肩(43)，该阀套凸肩(43)与所述阀体(14)之间设置有第三密封件(63)。
6.根据权利要求1所述的液控节流阀，其特征在于，所述液控节流阀(I)包括具有所述控制口(Y)的先导阀体(15)，该先导阀体(15)可拆卸地安装在所述阀体(14)上，并且所述先导阀体(15)内部设置有连通所述控制口(Y)和所述阀芯(11)的第一节流孔(15a)。
7.根据权利要求1所述的液控节流阀，其特征在于，所述阀芯(11)包括隔开所述控制口(Y)和所述工作油路的第二凸肩(42)，并且该第二凸肩(42)和所述阀体(14)的内壁之间设置有第一密封件(61)。
8.根据权利要求1所述的液控节流阀，其特征在于，所述阀芯(11)内部形成轴向通孔(5)，该轴向通孔(5)靠近所述节流窗口(3)的第一端口封闭，远离所述节流窗口(3)的第二端口与所述控制口(Y)连通，并且该第二端口处形成有第二节流孔(5a)。
9.根据权利要求8所述的液控节流阀，其特征在于，所述轴向通孔(5)包括依次邻接的第一段(51)、第二段(52)和第三段(53)，其中所述第一段(51)形成为所述第一节流孔(5a)，并且所述第一段(51)、第二段(52)和第三段(53)的通流截面依次变大。
10.根据权利要求8所述的液控节流阀，其特征在于，所述阀套(12)内部安装有阀杆(13)，该阀杆(13)伸入所述阀芯(11)的所述第一端口内，并且所述阀杆(13)的外壁与所述阀芯(11)的内壁之间设置有第二密封件(62)。
11.一种平衡阀，包括并联的液控节流阀(I)和单向阀(2)，其特征在于，所述液控节流阀(I)为根据权利要求1-10中任意一项所述的液控节流阀(1)，其中所述单向阀(I)的正向油口为所述液控节流阀(I)的所述出油口(B)，反向油口为所述液控节流阀(I)的所述进油口(A)。
12.—种控制卷扬机的液压系统，包括压力油源(P)、油箱(T)、主换向阀(81)和驱动所述卷扬机(82)的液压马达(83)，所述主换向阀(81)能够控制所述液压马达(83)的运动，其特征在于，所述液压马达(83)的至少一侧油路上设置有根据权利要求11所述的平衡阀(9)，所述进油口(A)与所述液压马达(83)的工作油口连通，所述出油口(B)与所述主换向阀(81)的工作油口连通，所述控制口(Y)与所述液压马达(83)的另一侧油路连通。
13.—种工程机械，该工程机械包括卷扬机(82)和控制该卷扬机的液压系统，其特征在于，所述液压系统为根据权利要求12所述的控制卷扬机的液压系统。
全文摘要
本发明公开了一种液控节流阀、平衡阀、控制卷扬机的液压系统和工程机械。所述液控节流阀包括阀体和阀芯，并且所述液控节流阀包括进油口、出油口和控制口，从控制口进入的控制油能够驱动阀芯轴向移动，其中液控节流阀为滑阀结构，并且包括设置在阀体内的阀套，该阀套上开设有与出油口连通的节流窗口，阀芯能够在阀套内轴向移动以导通或者断开所述进油口与节流窗口之间的工作油路。所述平衡阀使用本发明提供的液控节流阀，所述控制卷扬机的液压系统使用本发明提供的平衡阀，所述工程机械使用本发明提供的液压系统。因此，本发明提供的滑阀结构节流阀能够获得较好的密封稳定性，并且方便加工制造。
文档编号F15B13/02GK103062147SQ20131002704
公开日2013年4月24日 申请日期2013年1月24日 优先权日2013年1月24日
发明者袁野, 匡爱武, 颜祯, 张军花, 胡道全 申请人:中联重科股份有限公司