一种无窜流的液压换向回路及其换向方法与流程

本发明涉及一种无窜流的液压换向回路及其换向方法，属于液压系统设计的技术领域。

背景技术：

液压换向回路用于改变执行元件的运动方向，这种回路多是使用各种各样的换向阀来实现的，一般用来控制液压缸的往返换向，或是液压马达的正反转。该回路在液压设备中的用途广泛，可以说，绝大多数液压设备都需要用到液压换向回路，譬如：机床刀架的进退、叉车托架的升降等。

以常用的液压缸换向回路为例做进一步的说明。

图1所示的液压换向回路由电磁换向阀1、液压缸2组成，当电磁换向阀1的左位工作（DT1通电）时，P口的进油经换向阀1的左位，进入液压缸2的左腔（油液流向见实心箭头所示），推动活塞杆向右运动；液压缸2右腔的油液经换向阀1的右位回油；为了控制油液温度在额定范围内，在回油路安装了水冷却器3，用于给油液降温。这样，回油经冷却器3后回到油箱T口（油液流向见空心箭头所示）。当换向阀1右位工作（DT2通电）时，与前述相反。这是常用换向阀作为执行元件的液压换向回路的工作原理。

典型液压换向回路的弊端分析：

1、该回路无法对油液温度进行有效控制

从上述典型液压换向回路的工作过程中不难看出，该回路存在着一定的弊端，即：换向阀在循环工作中，换向阀1的A口与液压缸2左腔的油液、换向阀1的B口与液压缸2右腔的油液，这两部分工作液并没有经换向阀1的T口直接回油箱，而是在两腔反复窜流，只有部分油液（两腔油液容积之差）经冷却器3回油箱。当两腔油液容积之差越小，回油箱T口的流量越少。这样，回油路上的冷却器3在事实上无法对工作液的温度进行有效降温，导致驱动液压缸2往返运动的工作液的温度难以有效控制，往往会造成温度过高、油液粘度降低、密封件老化，继而发生漏油、爬行等故障，影响设备的正常运行。这是常温油液的液压换向回路普遍存在的弊端。

不仅常温油液的液压换向回路如此，当试验工况要求工作液温度为高温、或低温并要求对温度进行连续控制时，图1所示的典型液压换向回路存在的工作液反复窜流、不能直接回油箱的弊端更为显著。当设备对油液温度的控制范围越小时，该回路的弊端越显著，往往导致设备可靠性差，不能连续工作。这在工程实践中经常发生，且情况远比常温更糟糕。

2、该回路无法对油液污染度进行有效控制

当设备要求对工作液的污染度进行连续控制时，或是要求对液压缸产生的多余物进行检查时，同样，因为图1所示的液压换向回路存在上述弊端，导致不能对工作液的污染度进行连续控制，也无法对液压缸产生的多余物进行检查。当污染度要求越高，该回路的弊端越显著。

据了解，目前，无论是在理论或是实践中，国内液压行业对上述液压换向回路存在的油液反复窜流的弊端，业内尚无普遍认同的解决方案。

发明人于2009年在《液压与气动》杂志上发表了论文《一种新型梭阀的设计》，该梭阀有效解决了清洗前、后工作液相互隔离的问题，并设计出一种新型梭阀，不需电磁或手动换向，压油口、回油口能够根据进油方向的不同而转换，成为该试验台设计中的技术亮点。然而，七年过去了，本行业领域依然没有人考虑过将梭阀应用到液压换向中来解决窜流的问题。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种无窜流的液压换向回路及其换向方法，该换向回路可以使循环换向的工作液能直接通回油箱，避免换向前、后工作液途经的元件和管路发生反复窜流。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种无窜流的液压换向回路，包括与液压系统进油口P连通的电磁换向阀，与油箱液压系统出油口T连通的冷却器，以及液压缸，其结构特点是：还包括第一梭阀和第二梭阀；所述第一梭阀和第二梭阀均设置在液压缸与油箱液压系统出油口T之间以及液压缸与电磁换向阀之间，所述液压缸左端的进油和右端的进油分别通过第一梭阀和第二梭阀与所述电磁换向阀的出油口连通，所述液压缸左端的回油和右端的回油分别通过第一梭阀和第二梭阀后直接经冷却器流入油箱液压系统出油口T。

由此，本发明的换向回路对传统的液压换向回路进行了创新，巧妙地利用梭阀对换向回路的油液进行导流，使得油液能够被置换回油箱，形成全系统循环。这对液压设备油液温度、污染度控制大为裨益，有效提高了液压设备的工作可靠性，降低了设备故障率。

根据本发明的实施例，还可以对本发明作进一步的优化，以下为优化后形成的技术方案：

根据本发明的实施例，优选采用的所述第一梭阀和第二梭阀均具有A口、T口和P口；所述第一梭阀的A口与所述液压缸的左端连通，所述第二梭阀的A口与所述液压缸的右端连通；所述第一梭阀的P口和所述第二梭阀的P口分别与电磁换向阀的出油端连通；所述第一梭阀的T口和第二梭阀的T口分别与所述冷却器连通。

为了防止液体回流，所述第一梭阀与冷却器之间设有第一单向阀，所述第二梭阀与冷却器之间设有第二单向阀。

根据本发明的实施例，所述第一梭阀和第二梭阀的结构相同，均包括阀体，装在阀体两端的左端盖和右端盖，装在阀体内的阀芯，以及装在阀芯内的阀球；所述阀体侧壁上开有T口，所述左端盖上开有P口，所述右端盖上开有A口；所述阀芯上装有弹簧座，装在弹簧座上的弹簧紧压所述阀球。优选具体结构可以参照论文《一种新型梭阀的设计》中涉及的梭阀。

基于同一个发明构思，本发明还提供了一种所述的无窜流的液压换向回路的换向方法，所述第一梭阀和第二梭阀均具有A口、T口和P口，所述换向方法包括如下步骤：

当电磁换向阀的左位工作时，即电磁换向阀的DT1通电，液压油依次经过液压系统进油口P、电磁换向阀的左位及其出油口A、第一梭阀进P口出A口、进入液压缸的左腔，推动活塞杆向右运动；液压缸右腔的油液依次经第二梭阀的进A口出T口、第二单向阀、冷却器回到油箱液压系统出油口T；

当电磁换向阀的右位工作时，即电磁换向阀的DT2通电，液压油依次经过液压系统进油口P、电磁换向阀的右位及其出油口B、第二梭阀进P口出A口、进入液压缸的右腔，推动活塞杆向左运动；液压缸左腔的油液依次经第一梭阀进A口出T口、第一单向阀、冷却器回到油箱液压系统出油口T。

由此，利用该液压回路，与油温控制元件、污染度控制元件配用，可以对换向回路的油温、污染度进行有效控制，可为降低液压设备故障率、提高可靠性做出贡献。

优选地，当第一梭阀或第二梭阀的P口进油时，P口与A口接通，T口与P口、A口均不接通。

优选地，当第一梭阀或第二梭阀的A口进油时，A口与T口接通，P口与A口、T口均不接通。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明以梭阀为换向导流元件，在换向回路两端均设置了梭阀，使回油均经梭阀流回油箱，形成大循环，延长了油液循环路径，拉长了循环周期，避免换向管路中的油液在换向阀与换向执行元件之间反复窜流，为油液温度及污染度控制创造了条件，使液压换向回路可以普遍参照执行。

本发明换向回路尤其适用于需要对换向回路的油液温度、污染度进行控制的使用环境。

本发明用途广泛，可以用于机械、冶金、航空、风电、矿业等产业领域，是液压设备不可缺少的组成部分。

附图说明

图1为典型的液压换向回路示意图；

图2为本发明新型的液压换向回路原理图（工况1，阀芯在左位）；

图3为本发明新型的液压换向回路原理图（工况2，阀芯在右位）；

图4为本发明中梭阀工作简图（工况1，阀芯在右位）；

图5为本发明中梭阀工作简图（工况2，阀芯在左位）。

在图中

1.电磁换向阀；2.液压缸；3.冷却器；4.第一梭阀；5.第二梭阀；6.第一单向阀；7.第二单向阀；11．左端盖；12．阀体；13．钢球；14．弹簧；15．阀芯；16．弹簧座；17．弹性挡圈；18．密封件；19．右端盖。

具体实施方式

以下将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

一种无窜流的液压换向回路，该换向回路不改变换向回路的原有功能，与新型梭阀进行创造性配合，对其进行组合布置，使液压换向回路实现回路单独通油箱的效果。本实施例优选采用《液压与气动》2009第四期公开的《一种新型梭阀的结构设计》涉及的梭阀。

该液压换向回路的原理见图2、图3所示，由换向阀1、液压缸2、第一梭阀4、第二梭阀5、第一单向阀6、第二单向阀7组成。

图2图3所示两种工况，通过第一梭阀4、第二梭阀5的导流，使得回油未经换向阀1、而是单独接回油箱，这样就避免了换向阀A、B口与液压缸两腔的油液反复窜流的弊端，形成了工作液自液压缸到油箱的循环。第一单向阀6、第二单向阀7的作用是避免回油反向流动进入梭阀，从而避免了回油对梭阀机能的干扰。

图2图3所示的液压回路，同样保持了换向阀1中位机能不发生改变。

该液压换向回路的特点是使用了梭阀的导流功能。即：当梭阀的P口进油时，P口通A口，其余油口不通；当A口进油时，A口通T口，其余油口不通。由于两件梭阀的油口的换向作用，保证了换向阀1到两件梭阀之间的进、回油管功能独立，不会发生进、回油管合用导致窜流情况发生。因此，该梭阀的导流功能是该液压换向回路的关键点。

在本发明所述的液压换向回路中，均遵循了使回油直通油箱、避免反复窜流的原则。为了表述清楚该回路的原理特点，有必要对回路的工作过程及关键元件简介如下：

利用上述无窜流的液压换向回路进行换向的方法如下：

图2是工况1，当电磁换向阀1的左位工作（DT1通电）时，P口的进油经换向阀1的左位、A口出油，再经第一梭阀4进P口出A口，进入液压缸2的左腔（进油流向见实心箭头所示），推动活塞杆向右运动；液压缸2右腔的油液经第二梭阀5进A口回T口，再经第二单向阀7、冷却器3回到油箱T口（回油流向见空心箭头所示）。

图3是换向后的工况。当电磁换向阀1的右位工作（DT2通电）时，P口的进油经换向阀1的右位、B口出油，再经第二梭阀5进P口出A口，进入液压缸2的右腔（进油流向见实心箭头所示），推动活塞杆向左运动；液压缸2左腔的油液经第一梭阀4 进A口回T口，再经第一单向阀6、冷却器3回到油箱T口（回油流向见空心箭头所示）。

图4所示的梭阀结构中，当P口进油时，阀芯15被液压力推至右端，装在阀芯内的单向阀的钢球13被正向打开，油液从P口与A口接通，此时T口被阀芯15堵住，与P、A口均不接通。

图5所示的梭阀结构中，当A口进油时，阀芯15被液压力推至左端，装在阀芯内的单向阀的钢球13被油液反向关闭，油液从A口与T口接通，此时P口被阀芯15堵住，与A、T口均不接通。

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。