溢流阀及包含该溢流阀的液压控制系统和机器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及溢流阀及包含其的液压控制系统和机器。该溢流阀包括：阀壳体，其后端部由帽构件封闭并且其前端部开有载荷压强端口，在阀壳体内滑动的阀芯，阀芯包括杆部、从杆部径向向外凸出的尾部以及直径大于杆部的头部，阀壳体的内部通过阀芯的尾部和头部分成：弹簧腔室，其容纳有安装在帽构件与阀芯的尾部之间的弹簧；控制压强腔室，其与控制端口连通；油箱压强腔室，其与油箱端口连通，在阀芯的关闭位置，油箱压强腔室与载荷压强端口断开，在阀芯的打开位置，油箱压强腔室与载荷压强端口连通，其中尾部暴露在控制压强腔室中的有效作用面积大于头部暴露在控制压强腔室中的有效作用面积。
【专利说明】溢流阀及包含该溢流阀的液压控制系统和机器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种溢流阀。本实用新型还涉及包含这种溢流阀的液压控制系统和机器。
【背景技术】
[0002]随着经济和现代工程科技的发展，液压技术应用越来越广泛。现代工程机械大多采用机电液一体化，液压系统的高效正常运行对于工程机械来说非常重要。
[0003]液压系统是由液压油箱、液压泵装置和液压控制装置等组成的。其中液压控制装置是指组成液压系统的各种阀元件等，它们用于在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。溢流阀是一种最常用的液压控制阀，用于在液压系统的油路中控制液压系统的最高压力或者工作压力。溢流阀主要分为直动式溢流阀和先导式溢流阀。直动式溢流阀虽然造价低、灵敏性好，但是在应用上仍然存在一定的局限性，一般用在压力较低的场合，通常无法控制卸荷或如果能控制则结构非常复杂。先导式溢流阀一般用于高压场合，通常可远程控制，但是结构比较复杂。
[0004]因此，非常需要提供一种结构简单、能够响应于控制端口处的压强而改变卸压阈值的溢流阀。
实用新型内容
[0005]本实用新型提供了一种溢流阀，其能够利用简单的结构实现响应于控制端口处的压强来改变卸压阈值。
[0006]根据本实用新型的一个方面，提供一种溢流阀，其包括:
[0007]空心的阀壳体，所述阀壳体的后端部由帽构件封闭并且所述阀壳体的前端部开有载荷压强端口，
[0008]能够在所述阀壳体内滑动的阀芯，其中，
[0009]所述阀芯包括杆部、从所述杆部径向向外凸出的尾部以及直径大于杆部的头部，所述阀壳体的内部通过所述阀芯的尾部和头部分成:
[0010]弹簧腔室，所述弹簧腔室容纳有安装在所述帽构件与所述阀芯的尾部之间的弹黃;
[0011]控制压强腔室，所述控制压强腔室与控制端口连通；和
[0012]油箱压强腔室，所述油箱压强腔室与油箱端口连通，在所述阀芯的关闭位置，所述油箱压强腔室与所述载荷压强端口断开，在所述阀芯的打开位置，所述油箱压强腔室与所述载荷压强端口连通，
[0013]其中，所述尾部暴露在所述控制压强腔室中的有效作用面积大于所述头部暴露在所述控制压强腔室中的有效作用面积。
[0014]根据一种实施方式，所述阀芯的头部滑动配合在所述阀壳体的径向向内壁厚增加部分中，所述阀芯的尾部滑动配合在所述阀壳体的其他部分中。[0015]根据一种实施方式，所述阀芯具有穿过其延伸、连通所述弹簧腔室和油箱压强腔室的通道。
[0016]根据一种实施方式，所述帽构件具有螺纹结构，以调节其在所述阀壳体中的位置。
[0017]根据本实用新型的实施方式，所述阀壳体是一体式的、或者是分段形成后焊接或粘接在一起的。
[0018]根据本实用新型的实施方式，所述阀芯是一体式的、或者是分别形成后焊接或粘接在一起的。
[0019]根据一种实施方式，所述阀芯的头部包括圆柱形部分和截锥形部分。
[0020]根据本实用新型的另一个方面，提供一种液压控制系统，其包括如前所述的溢流阀。
[0021]根据本实用新型的实施方式，在所述液压控制系统中，载荷压强和油箱压强被选择性地供应到所述控制端口。
[0022]根据本实用新型的又一个方面，提供一种机器，其包括液压控制系统，所述液压控制系统包括如前所述的溢流阀。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是根据本实用新型的一种优选实施方式的溢流阀。
【具体实施方式】
[0024]下面参照附图详细地描述本实用新型的实施方式。其中，文中所述“前”、“后”、“头”、“尾”等术语是相对于溢流阀自身而言的，例如，图1中图面的下侧即为溢流阀的前侧、前端或头侧，图面的上侧即为溢流阀的后侧、后端或尾侧。
[0025]图1示出了根据本实用新型的一种优选实施方式的溢流阀I。图1中所示为卡盘型溢流阀1，当然本实用新型也可应用于其他类型的溢流阀。溢流阀I包括:空心的阀壳体10 ;阀芯20，其可在阀壳体10内可滑动地运动；帽构件30，其用于密封阀壳体10的后端部2。
[0026]该阀壳体10为一体式圆柱形壳体，该圆柱形壳体具有圆筒形侧壁3、后端部2和相对的前端部4，前端部4具有端壁4a，后端部2具有开口 2a，该开口 2a由帽构件30密封。该帽构件30具有螺纹结构，其在开口 2a中的位置可根据需要进行调节。
[0027]在阀壳体10的前端部4的端壁4a的中央开有载荷压强端口 13，并且在阀壳体10的侧壁上距离载荷压强端口 13由近至远开有油箱端口 12和控制端口 11。优选地，油箱端口 12和控制端口 11在直径方向上贯穿阀壳体10的相对的侧壁。当然，这不是必须的，端口的设置可以根据需要进行选择。
[0028]圆柱形的阀壳体10是空心的，为了形成不同腔室的需要，阀壳体10的内壁的各处的壁厚不尽相同。如图1所不，阀壳体10在前端部4 一侧的一小段侧壁具有在径向向内方向上增加的壁厚。在图1中，该壁厚增加部分16始于肩部15，止于油箱端口 12。壁厚增加部分16将阀壳体10的内部分成具有较大内径的第一部分17和具有较小内径的第二部分18。
[0029]当然，阀壳体10不限于一体式的，还可以是分段形成、例如两个不同壁厚的圆筒形通过焊接、粘接等方式连接而成。本领域技术人员可以想到制成阀壳体的其它方式。
[0030]如图1所示，阀芯20为一体式的，包括杆部22、尾部21和头部23。杆部22为细长杆状，其直径远小于阀壳体10的圆筒形内腔的内径。尾部21为从杆部22径向向外凸出的凸缘，该凸缘的直径略小于阀壳体10的圆柱形内壁的第一部分17的内径，由此使得尾部21可在阀壳体10的第一部分17内滑动。头部23位于杆部22的前端部，包括圆柱形部分23a和截锥形部分23b。该圆柱形部分23a的直径略小于阀壳体10的圆柱形内壁的第二部分18的内径但大于杆部22的直径，并可在阀壳体10的第二部分18内滑动。该截锥形部分23b具有倾斜表面，朝着端部4逐渐变细。
[0031]当然，阀芯20不限于一体式的，其杆部22、尾部21和头部23等各个部分可以是分别形成后通过焊接、粘接等方式连接在一起的。本领域技术人员可以想到制成阀芯的其它方式。
[0032]当然，所述阀芯的头部23也不限于上述形状。例如，所述头部可包括圆柱形部分和圆锥形部分、或者大圆柱形部分和小圆柱形部分等，只要圆柱形部分能够滑动配合在所述壁厚增加部分中，而另一部分能够在需要时阻挡住载荷压强端口 13即可。
[0033]如图1所示，借助上述结构，阀壳体10的内部空间通过阀芯20的尾部21、杆部22和头部23分成了三个腔室:弹簧腔室40、控制压强腔室50和油箱压强腔室60。
[0034]弹簧腔室40由帽构件30、阀壳体10和尾部21 —起限定，并由帽构件30密封。如图1所示，单个弹簧41套设在从尾部21凸出的一段杆部22上，在弹簧腔室40中位于帽构件30的前端面和尾部21的后表面之间，用于将阀芯20的头部23推靠到位于油箱压强腔室60处的载荷压强端口 13的端口内边缘14上。
[0035]控制压强腔室50由尾部21的前端面、阀壳体10和头部22的后端面限定并密封，并且阀壳体10的侧壁上的控制端口 11与控制压强腔室50流体连通。尾部21的前表面暴露于控制压强腔室50，为环形形状且其面积比头部22的暴露于控制压强腔室50的后表面的环形形状的表面积大。这样，当控制压强腔室50内供以压强时，尾部21暴露在控制压强腔室50中的有效作用面积大于头部22暴露在控制压强腔室50中的有效作用面积。
[0036]由于溢流阀的头部23的截锥形部分23b (即进油承压面)为截锥形，并且在诸如载荷压强端口 13、控制压强腔室50内存在多个液压油作用面的情形下存在作用力相互抵消的问题，因此用“有效作用面积”来表示阀芯的相应端口或腔室内的液压油作用面之间的面积关系。根据F=PS(即力等于压强乘以作用面积)的作用力公式可知:某一压强的液压油作用在阀芯的暴露于某一腔室或端口的各个液压油作用面上，从而形成用于驱动阀芯移动或阻止阀芯移动的某一数值的作用力(在存在多个液压油作用面的情形下为合力)，该数值的作用力除以上述液压油的压强即为“有效作用面积”。在阀芯移动方向已经确定的情形下，阀芯的暴露于某一腔室或端口的各个液压油作用面需要转化为沿阀芯移动方向在垂直于阀芯移动方向的平面上投影面积进行计算，并且各个液压油作用面的投影面积需要根据承受的作用力方向而存在抵消或相加的问题，因此“有效作用面积”可以通过将阀芯的暴露于某一腔室或端口的各个液压油作用面沿阀芯移动方向投影到垂直于阀芯移动方向的平面上、并进而根据各个液压油作用面的受力方向进行投影面积的相加或抵消计算获得，并一定不与液压油作用面的实际面积一致(例如头部23的截锥形部分23b的情形)。有关阀芯在各个端口或腔室内的有效作用面积的换算对于本领域技术人员是孰知的，在此不再赘述。
[0037]油箱压强腔室60由头部23和阀壳体10限定，并且阀壳体10侧壁上的油箱端口12与油箱压强腔室60流体连通。阀壳体10的端壁4a中的载荷压强端口 13也与油箱压强腔室60流体连通，但是当载荷压强端口 13处的载荷压强小于卸压阈值时会被阀芯20的头部23阻挡住，即，在该时刻，头部23的截锥形部分23b的倾斜表面抵靠着载荷压强端口 13的端口内边缘14。
[0038]此外，如图1所示，阀芯20的内部设有通道19，该通道19从阀芯20靠近帽构件30的一端开始，沿着杆部22延伸，直至阀芯头部23的截锥形部分23a，最后从截锥形部分23a的倾斜表面通向油箱压强腔室60，由此提供弹簧腔室40和油箱压强腔室60之间的流体连通。对于通道19的设置和截面形状等并没有限制，只要其穿过阀芯延伸、连通所述弹簧腔室和油箱压强腔室即可。
[0039]溢流阀I的阀壳体10和阀芯20可采用任何适当的材料、包括但不限于合金钢等通过任何适当的方式、包括但不限于铸造、模制、机加工等方式制造。
[0040]工业实用件
[0041]根据本实用新型的上述实施方式的溢流阀，可用于包括液压控制系统的各种工程机器中，能够利用简单的结构实现响应于控制端口处的压强来改变卸压阈值，由此可以降低成本，同时实现对工程机器的良好控制。
[0042]在本实用新型的溢流阀I中，通过向控制端口 11供以不同压强，可以实现卸压阈值的改变。
[0043]当控制端口 11被供以油箱压强T时，油箱压强T与弹簧41的弹簧力相比、或者与载荷压强端口 13处的载荷压强P相比非常低，在本实用新型中可以忽略不计。在此条件下，为了使得载荷压强端口 13和油箱端口 12之间连通，载荷压强P必须大到足以抵抗弹簧41的弹簧力将阀芯20推回。换言之，在载荷压强端口 13处要求的第一卸压阈值基本上由弹簧41的弹簧力决定。可以根据需要的第一卸压阈值来选择弹簧41，以获得期望的弹簧力。
[0044]当控制端口 11被供以载荷压强P时，载荷压强P将作用在尾部21的前表面和头部23的后表面上。如前所述，由于尾部21的前表面暴露在控制压强腔室50中的有效作用面积大于头部23的后表面暴露在控制压强腔室50中的有效作用面积，控制压强腔室50中的载荷压强P将产生将阀芯20的头部23从载荷压强端口 13及其端口内边缘14推离的力。换言之，在该情形中在载荷压强端口 13处要求的卸压降低到第二卸压阈值，因为弹簧41的弹簧力的一部分被控制压强腔室50中的反向压力抵消。
[0045]由此，根据本实用新型，要求溢流阀I在载荷压强端口 13和油箱端口 12之间建立流体连通的卸压阈值可通过向控制端口 11选择性地供以载荷压强或者油箱压强而在第一卸压阈值和第二卸压阈值之间切换，从而实现对工程机器的更好的控制。
[0046]本实用新型的溢流阀可用于各种液压控制系统中，从而帮助液压控制系统更好地控制系统中的最大压强或者工作压强。
[0047]对于包括液压控制系统的各种机器，尤其是工程建设中使用的诸如压路机、装载机、反铲机等机器，均可根据需要采用本实用新型的溢流阀和包含所述溢流阀的液压控制系统，从而能够对机器进行更好地控制。
[0048]上面参照附图对本实用新型的【具体实施方式】进行了说明，但这些说明不应理解为对本实用新型保护范围的限制。本领域技术人员根据本实用新型的教导对上述【具体实施方式】作出的改进或变型，落入本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种溢流阀，其包括: 空心的阀壳体，所述阀壳体的后端部由帽构件封闭并且所述阀壳体的前端部开有载荷压强端口， 能够在所述阀壳体内滑动的阀芯，其特征在于， 所述阀芯包括杆部、从所述杆部径向向外凸出的尾部以及直径大于杆部的头部，所述阀壳体的内部通过所述阀芯的尾部和头部分成: 弹簧腔室，所述弹簧腔室容纳有安装在所述帽构件与所述阀芯的尾部之间的弹簧； 控制压强腔室，所述控制压强腔室与控制端口连通；和 油箱压强腔室，所述油箱压强腔室与油箱端口连通，在所述阀芯的关闭位置，所述油箱压强腔室与所述载荷压强端口断开，在所述阀芯的打开位置，所述油箱压强腔室与所述载荷压强端口连通， 其中，所述尾部暴露在所述控制压强腔室中的有效作用面积大于所述头部暴露在所述控制压强腔室中的有效作用面积。
2.如权利要求1所述的溢流阀，其特征在于，所述阀芯的头部滑动配合在所述阀壳体的径向向内壁厚增加部分中，所述阀芯的尾部滑动配合在所述阀壳体的其他部分中。
3.如权利要求1所述的溢流阀，其特征在于，所述阀芯具有穿过其延伸、连通所述弹簧腔室和油箱压强腔室的通道。
4.如权利要求1所述的溢流阀，其特征在于，所述帽构件具有螺纹结构，以调节其在所述阀壳体中的位置。
5.如权利要求1所述的溢流阀，其特征在于，所述阀壳体是一体式的、或者是分段形成后焊接或粘接在一起的。
6.如权利要求1所述的溢流阀，其特征在于，所述阀芯是一体式的、或者是分别形成后焊接或粘接在一起的。
7.如权利要求1所述的溢流阀，其特征在于，所述阀芯的头部包括圆柱形部分和截锥形部分。
8.一种液压控制系统，其特征在于，所述液压控制系统包括如权利要求1-7中任一项所述的溢流阀。
9.如权利要求8所述的液压控制系统，其特征在于，在所述液压控制系统中，载荷压强和油箱压强被选择性地供应到所述控制端口。
10.一种机器，其特征在于，所述机器包括液压控制系统，所述液压控制系统包括如权利要求1-7中任一项所述的溢流阀。
【文档编号】F15B13/02GK203655766SQ201420031349
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2014年1月13日 优先权日:2014年1月13日
【发明者】黄长发, 吴海峰, 桑成林, 周畅 申请人:卡特彼勒公司