专利名称：液压阀及应用该液压阀的双变幅油缸控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及工程机械液压控制技术，具体涉及一种液压阀及应用该液压阀的双变 幅油缸控制系统。
背景技术：
现有自行式起重机的变幅机构具有三个铰点以实现吊臂变幅作业，请参见图1，该 图是现有变幅机构的简化示意图。三个铰点分别为起重臂后铰点A、变幅油缸上铰点B和 变幅油缸下铰点C ；其中，变幅油缸上铰点B与起重臂前伸部分连接，变幅油缸下铰点C与 转台相连接，起重臂后铰点A亦与转台相连接。众所周知，随着超大吨位起重机的发展，变幅油缸需要具有较大的推力以提供足 够的起升力矩，确保顺利吊起重物。对于变幅油缸而言，在油缸工作压力一定的情况下，可 以通过两种方式提高其推力增大变幅油缸直径和增加变幅油缸的数量。基于现有的材料 及工艺技术水平，采用数根变幅油缸来提供更大推力成为比较可行的选择；同时，综合考虑 重量、布置空间以及实现的技术要求等因素，双缸变幅结构设计成为增加吊臂工作稳定性 优先采用的设计方案。请参见图2，该图示出了双缸变幅油缸的装配关系示意图。然而，相比于单缸变幅结构设计而言，双缸变幅结构存在同步性较难保证的问题。 受加工精度的限制，无法确保两个变幅油缸的摩擦系数完全一致；在变幅工作过程中，经常 会出现两个变幅油缸运动不同步的现象。这样，在系统冲击或者突然加载等恶劣工况，必然 使得一侧油缸受力偏大，导致双缸出现偏载。特别是，受侧向载荷的作用，两个变幅油缸的 受力难以保持一致。为减轻上述偏载的影响，现有技术采用两个油缸无杆腔相互连通技术提高负载的 均衡性，并通过设置于两个变幅油缸无杆腔的进液管路上的平衡阀，对液压系统进行保护 性的防范。具体请参见图3。目前，对于连通两油缸无杆腔的管路来说，可以采用无缝钢管 和液压软管两种设计。然而上述两种设计均存在无法克服的缺陷采用无缝钢管刚性互连， 易产生外泄漏，从而引发危险且故障率高；由于液压胶管容易老化，因而当两根变幅油缸的 局部供油管路压力超过额定值时，将会引发管路爆裂；在出现管路爆裂故障的情况下，吊臂 将在自重及惯性作用下非正常下降，极易导致危险事故发生。有鉴于此，亟待针对现有技术进行优化设计，以提高管路爆裂后系统的安全性能。
发明内容
针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于，提供一种用于管路爆裂防护的液压 阀，以有效避免管路爆裂后出现吊臂非正常下降的状况。在此基础上本发明还提供一种应 用该液压阀的双变幅油缸控制系统。本发明提供的液压阀，包括阀体和阀芯；其中，所述阀体具有与内部阀腔连通的第 一油口和第二油口 ；所述阀芯置于所述阀体的内部阀腔中；且与所述第一油口和第二油口 连通的油液压力分别作用于所述阀芯的两端，所述阀芯在压力油的作用下可在第一工作位置和第二工作位置之间滑动；其中，所述阀芯位于第一工作位置时，所述阀体的第一油口与 第二油口连通；所述阀芯位于第二工作位置时，所述阀体的第一油口至第二油口之间的油 路非导通。优选地，所述阀体的近第二油口一侧的阀腔内壁具有径向伸出的第一凸台，所述 阀芯由大径段和小径段两部分构成，且该大径段置于所述第一凸台与第二油口之间的阀腔 内；所述阀芯的小径段与第一油口之间的阀腔内设置有弹性部件；所述第二油口的油液压 力小于第一油口的油液压力的压力时，所述阀芯位于第一工作位置且其大径段与所述阀腔 的第一凸台分离；所述第二油口的油液压力大于第一油口的油液压力与弹性部件的弹力之 和时，所述阀芯位于第二工作位置且其大径段与所述阀腔的第一凸台相抵。优选地，所述阀芯的与小径段相连的大径段呈直径逐渐变小的圆台状。优选地，所述阀体的阀腔内壁具有径向伸出的第二凸台，所述阀芯的小径段插装 于该第二凸台形成的内孔中；所述小径段的外端面开有轴向盲孔且小径段上还设置有与该 轴向盲孔连通的径向通孔；所述阀芯位于第一工作位置时，该径向通孔位于第一凸台与第 二凸台之间的阀腔内；所述阀芯位于第二工作位置时，该径向通孔与所述第二凸台径向相 对。优选地，所述弹性部件具体为压缩弹簧，该压缩弹簧的一端插装于所述阀芯的轴 向盲孔内、另一端与阀腔内壁相抵。优选地，所述第一油口与阀腔之间的油道上设置有阻尼。优选地，所述阻尼为可拆卸式阻尼。本发明提供的双变幅油缸控制系统，包括三位四通换向阀、两个平衡阀和两个如 前所述的液压阀；其中，所述三位四通换向阀的第一油口与系统压力油路连通，其第二油口 与系统回油油路连通，其第三油口分别与两个变幅油缸的无杆腔连通，其第四油口分别与 两个变幅油缸的有杆腔连通；所述两个平衡阀分别设置在第三油口与两个变幅油缸无杆腔 之间的通路上；所述两个液压阀分别固定设置在两个变幅油缸上，且两个所述液压阀的第 二油口分别与相应变幅油缸的无杆腔连通、第一油口之间通过管路连通。优选地，还包括两个溢流阀，分别设置在两个变幅油缸的无杆腔与回油油路之间， 所述溢流阀的调定压力小于变幅油缸的受损压力。本发明提供的液压阀通过两个油口的工作压力作用于阀芯，该阀芯具有两个工作 位置；阀芯位于第一工作位置时阀体的第一油口与第二油口连通；阀芯位于第二工作位置 时阀体的第一油口至第二油口之间的油路非导通。将本发明所述液压阀应用于易发生爆裂 的管路中，油液由第二油口至第一油口流经该阀，当两油口之间产生的压差不足以使得阀 芯位于第二工作位置时，该管路正常导通；当与第一油口连通的管路爆裂后，该口的压力为 零时，第二油口的压力使得阀芯滑动位移至第二工作位置，第二油口至第一油口之间非导 通；也就是说，此状态下液压阀处于关闭状态。基于此，将两个前述液压阀应用于双变幅油缸无杆腔的连通管路。当两无杆腔之 间的连通管路爆裂时，两个液压阀可同时关闭，从而有效避免了该管路爆裂导致吊臂非正 常下降的问题。在本发明的优选方案中，第一油口与阀腔之间的油道上设置有阻尼，以控制由第 二油口流经第一油口的油液流量，确保执行元件的动作更加平稳、可靠。
在本发明提供的双变幅油缸控制系统的优选方案中，两个变幅油缸的无杆腔与回 油油路之间分别增设有溢流阀，且该溢流阀的调定压力小于变幅油缸的受损压力；也就是 说，当变幅油缸无杆腔的油液压力继续增大至一定的压力极限值时，经该溢流阀卸荷，以避 免油缸筒体过载损坏造成更加的损失。本发明提供的液压阀可适用于任何存在管路爆裂隐患的液压系统中，特别适用于 双变幅油缸控制系统。
图1是现有变幅机构的简化示意图；图2是双缸变幅油缸的装配关系示意图；图3是现有双变幅油缸控制系统的原理图；图4是具体实施方式
中所述液压阀的工作原理图；图5是具体实施方式
中所述液压阀的整体结构示意图；图6是图5中所示液压阀的阀芯位于第二工作位置的示意图；图7是具体实施方式
中所述双变幅油缸控制系统的工作原理图。图 4-图 7 中液压阀10、阀体1、第一油口 11、第二油口 12、阀腔13、第一凸台131、第二凸台 132、法兰座14、直筒段15、端盖16、支座17、阀芯2、大径段21、小径段22、轴向盲孔221、径 向通孔222、弹性部件3、阻尼4;变幅油缸20、三位四通换向阀30、平衡阀40、管路50、溢流阀60。
具体实施例方式本发明的核心是提供的一种液压阀，利用两个油口的工作压力作用于阀芯，使得 阀芯能够在两个工作位置之间滑动；这样，阀芯位于第一工作位置时阀体的第一油口与第 二油口连通；阀芯位于第二工作位置时阀体的第一油口至第二油口之间的油路非导通；从 而有效控制相应油路的导通状态。下面结合说明书附图具体说明本实施方式。请参见图4和图5，其中，图4是本实施方式所述液压阀的原理图；图5本实施方 式所述液压阀的整体结构示意图。如图所示，该液压阀10包括阀体1和阀芯2两个主要组成部分。其中，阀体1具有与内部阀腔13连通的第一油口 11和第二油口 12;阀芯2置于 阀体1的内部阀腔13中；且与第一油口 11和第二油口 12连通的油液压力分别作用于阀芯 2的两端，阀芯2在压力油的作用下可在第一工作位置和第二工作位置之间滑动；如图5所 示，阀芯2位于第一工作位置，此状态下，阀体1的第一油口 11与第二油口 12连通；如图6 所示，阀芯2位于第二工作位置，此状态下，阀体1的第一油口 11至第二油口 12之间的油 路非导通。如图5所示，阀体1的近第二油口 12—侧的阀腔13内壁上具有径向伸出的第一 凸台131，用于与阀芯2配合实现第二油口 12至第一油口 11之间不同的导通状态(导通和 非导通)。沿阀芯2的滑动方向，阀芯2由大径段21和小径段22两部分连接而成；该大径段21置于第一凸台131与第二油口 12之间的阀腔13内，用于与第一凸台131配合。此外，阀腔13内还设置有弹性部件3，以便于保持阀芯2处于常开式工作状态，即， 第一工作位置。如图所示，设置在阀芯2的小径段与第一油口 11之间的阀腔13内；这样， 当第二油口 12的油液压力小于第一油口 11的油液压力的压力时，阀芯2在弹性部件3的 作用下保持在第一工作位置，如图5所示，其大径段21与阀腔13内壁上的第一凸台131分 离，此状态下，液压阀10处于打开状态；而当第二油口 12的油液压力大于第一油口 11的油 液压力与弹性部件3的弹力之和时，阀芯2在第二油口 12的油液压力的作用下滑动至第二 工作位置，如图6所示，其大径段21与阀腔13的第一凸台131相抵，此状态下，第二油口 12 至第一油口 11之间的油路非导通，液压阀10处于关闭状态。在阀体1的阀腔13内壁上还具有径向伸出的第二凸台132，阀芯2的小径段22插 装于该第二凸台132形成的内孔中；阀芯2小径段22的外端面开有轴向盲孔221，且小径 段22上还设置有与该轴向盲孔221连通的径向通孔222 ；如图5所示，阀芯2位于第一工 作位置时，该径向通孔222位于第一凸台131与第二凸台132之间的阀腔13内，从而油液 依次经第二油口 12、径向通孔222、轴向盲孔221、第一油口 11形成通路；如图6所示，阀芯 2位于第二工作位置时，该径向通孔222与第二凸台121径向相对，前述通路非导通。具体地，弹性部件3为螺旋压缩弹簧，该压缩弹簧的一端插装于阀芯2的轴向盲孔 221内、另一端与阀腔13内壁相抵，以确保阀芯2处于常开状态。进一步地，阀芯2的与小 径段22相连的大径段21呈直径逐渐变小的圆台状，以提高大径段21与第一凸台131之间 配合的密封可靠性。另外，本方案阀体1的第一油口 11与阀腔13之间的油道上设置有可拆卸式的阻 尼4，以控制由第二油口 12流经第一油口 11的油液流量，确保执行元件的动作更加平稳、可 靠。应当理解，该阻尼也可以设计为阀体1上的阻尼孔，只要满足使用需要均在本申请请求 保护的范围内。从产品加工工艺性的角度来说，前述液压阀10的阀体1的制造工艺更为复杂一 些。本方案中的阀体1采用分体式结构设计用于与油缸体固定连接的具有第二油口 12的 法兰座14、阀体中部直筒段15及具有第一油口 11的端盖16 ；具体地，第一凸台131和第二 凸台132设置在法兰座14上，可拆卸式阻尼4设置在端盖16上。此外，为使得阀芯2的轴 向滑动更加平稳、可靠，在直筒段15内设置有支座17，其中部具有与阀芯2的小径段相适配 的通孔。请参见图7，该图示出了应用前述液压阀的双变幅油缸控制系统的液压原理图。如图7所示，该系统包括两变幅油缸20、三位四通换向阀30、两个平衡阀40和两 个如前所述的液压阀10 ；其中，三位四通换向阀30的第一油口 P与系统压力油路连通，其 第二油口 T与系统回油油路连通，其第三油口 A分别与两个变幅油缸20的无杆腔连通，其 第四油口 B分别与两个变幅油缸20的有杆腔连通；两个平衡阀40分别设置在第三油口 A 与两个变幅油缸20无杆腔之间的通路上，与现有技术相同的是，通过先导油路控制两个平 衡阀40的换向操作。需要说明的是，前述各元件的工作原理与现有技术完全相同，故本文 不再赘述。两个液压阀10分别固定设置在两个变幅油缸20上，且两个所述液压阀10的第二 油口 12分别与相应变幅油缸20的无杆腔连通、第一油口 11之间通过管路50连通。其中，管路50可采用液压软管具体实现。实际作业中，当油液压力过高致使管路50爆裂后，液压 阀10的第一油口 11处的油压迅速降为零，此时液压阀10第二油口 12的油压作用于阀芯 2滑动至第二工作位置，有效避免油液继续外泄。此外，两个变幅油缸20的无杆腔与回油油路之间分别增设有溢流阀60，且该溢流 阀60的调定压力小于变幅油缸的受损压力；这样，当变幅油缸20无杆腔内的油液压力继续 增大至一定的压力极限值时，可经溢流阀60卸荷，以避免油缸筒体过载损坏。下面简述该双变幅油缸控制系统的工作原理在变幅油缸20正常工作过程中，当油缸伸出时，压力油通过分别经过两个平衡阀 40进入变幅油缸20的无杆腔，作功后的油液从有杆腔排出，经三位四通换向阀30流回油 箱；当油缸缩回时，压力油分别从变幅油缸20的有杆腔进入，同时两个平衡阀40的阀芯在 先导控制油液的作用下换向，使得无杆腔的油液经平衡阀40内部的阻尼孔流出，借以控制 两个变幅油缸20的缩回速度。当变幅油缸20的无杆腔压力过大(此时未达到溢流阀60的调定压力)或由于管 路50材料老化等因素，导致连通管路50爆裂时，两个液压阀10的第一油口 1端压力迅速 降为零，在油缸无杆腔内的油液以及阀内节流孔的作用下迅速关闭，阻止变幅油缸20继续 移动，从而起到避免油缸非正常回缩的作用。在该系统中，阻尼4起到了两方面的作用。一方面，当双缸负载不一致时，两个变 幅油缸的无杆腔油液通过两个液压阀相互连通，在阀内的阻尼4作用下，两个油缸的无杆 腔压力经过一定时间后达到相等，进而使两个油缸的负载趋于平衡，油缸的移动速度趋向 同步。显然，阻尼的大小决定了压力平衡的速度。另一方面，在单缸受到较大冲击时通过阻 尼4的衰减作用使受到冲击后形成的高压向低压油缸传递，从而在一定程度上降低油缸受 到的冲击，保护油缸的安全。特别说明一点，本发明提供的液压阀可适用于任何存在管路爆裂隐患的液压系统 中，而非局限于在双变幅油缸控制系统中的应用。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。
权利要求
1.液压阀，其特征在于，包括阀体，具有与内部阀腔连通的第一油口和第二油口 ；和阀芯，置于所述阀体的内部阀腔中；且与所述第一油口和第二油口连通的油液压力分别作用于所述阀芯的两端，所述阀芯在 压力油的作用下可在第一工作位置和第二工作位置之间滑动；其中，所述阀芯位于第一工 作位置时，所述阀体的第一油口与第二油口连通；所述阀芯位于第二工作位置时，所述阀体 的第一油口至第二油口之间的油路非导通。
2.根据权利要求1所述的液压阀，其特征在于，所述阀体的近第二油口一侧的阀腔内 壁具有径向伸出的第一凸台，所述阀芯由大径段和小径段两部分构成，且该大径段置于所 述第一凸台与第二油口之间的阀腔内；所述阀芯的小径段与第一油口之间的阀腔内设置有 弹性部件；所述第二油口的油液压力小于第一油口的油液压力的压力时，所述阀芯位于第 一工作位置且其大径段与所述阀腔的第一凸台分离；所述第二油口的油液压力大于第一油 口的油液压力与弹性部件的弹力之和时，所述阀芯位于第二工作位置且其大径段与所述阀 腔的第一凸台相抵。
3.根据权利要求2所述的液压阀，其特征在于，所述阀芯的与小径段相连的大径段呈 直径逐渐变小的圆台状。
4.根据权利要求2所述的液压阀，其特征在于，所述阀体的阀腔内壁具有径向伸出的 第二凸台，所述阀芯的小径段插装于该第二凸台形成的内孔中；所述小径段的外端面开有 轴向盲孔且小径段上还设置有与该轴向盲孔连通的径向通孔；所述阀芯位于第一工作位置 时，该径向通孔位于第一凸台与第二凸台之间的阀腔内；所述阀芯位于第二工作位置时，该 径向通孔与所述第二凸台径向相对。
5.根据权利要求4所述的液压阀，其特征在于，所述弹性部件具体为压缩弹簧，该压缩 弹簧的一端插装于所述阀芯的轴向盲孔内、另一端与阀腔内壁相抵。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的液压阀，其特征在于，所述第一油口与阀腔之间 的油道上设置有阻尼。
7.根据权利要求6所述的液压阀，其特征在于，所述阻尼为可拆卸式阻尼。
8.双变幅油缸控制系统，包括三位四通换向阀，其第一油口与系统压力油路连通，其第二油口与系统回油油路连通， 其第三油口分别与两个变幅油缸的无杆腔连通，其第四油口分别与两个变幅油缸的有杆腔 连通；禾口两个平衡阀，分别设置在第三油口与两个变幅油缸无杆腔之间的通路上；其特征在于， 还包括两个如权利要求1至7中任一项所述的液压阀，分别固定设置在两个变幅油缸上，且 两个所述液压阀的第二油口分别与相应变幅油缸的无杆腔连通、第一油口之间通过管路连ο
9.根据权利要求8所述的双变幅油缸控制系统，其特征在于，还包括两个溢流阀，分别设置在两个变幅油缸的无杆腔与回油油路之间，所述溢流阀的调定 压力小于变幅油缸的受损压力。
全文摘要
本发明公开一种液压阀，包括阀体和阀芯；其中，阀体具有与内部阀腔连通的第一油口和第二油口；阀芯置于所述阀体的内部阀腔中；且与第一油口和第二油口连通的油液压力分别作用于阀芯的两端，阀芯在压力油的作用下可在第一工作位置和第二工作位置之间滑动；其中，阀芯位于第一工作位置时，阀体的第一油口与第二油口连通；阀芯位于第二工作位置时，阀体的第一油口至第二油口之间的油路非导通。基于此，将两个前述液压阀应用于双变幅油缸无杆腔的连通管路。当两无杆腔之间的连通管路爆裂时，两个液压阀可同时关闭，从而有效避免了该管路爆裂导致吊臂非正常下降的问题。在此基础上本发明还提供一种应用该液压阀的双变幅油缸控制系统。
文档编号F15B13/06GK102116327SQ200910215659
公开日2011年7月6日 申请日期2009年12月30日 优先权日2009年12月30日
发明者冯文昌, 刘邦才, 徐尚国 申请人:徐州重型机械有限公司