一种二维插装式负载敏感阀

本发明涉及流体传动及控制领域中的液压控制元件，尤其涉及一种二维插装式负载敏感阀。

背景技术：

负载敏感系统从简单的初级系统发展至今，产生了多种负载敏感原理，通过负载敏感系统的发展，逐渐满足了工程机械各种工况的作业需求，解决了工程机械执行机构控制过程中如比例调速、抗流量饱和、节能等问题，大大的促进了工程机械的性能的提升。如今的负载敏感系统大致可分为阀前补偿负载敏感系统、阀后补偿负载敏感系统、回油压力补偿负载敏感系统等。现存的负载敏感系统大多采用三通压力补偿器与节流孔并联、二通压力补偿器与节流孔串联的方式来进行压力补偿。缺点在于液压元件较多、控制调节处较多、泄漏量大、抗污染能力差。

技术实现要素：

为克服上述问题，本发明提供一种二维插装式负载敏感阀。

本发明采用的技术方案是：一种二维插装式负载敏感阀，包括依次同轴连接的电-机械转换器和阀体，所述阀体包括阀套(21)和阀芯(22)，阀芯(22)可轴向滑动的安装在阀套(21)内；阀芯(22)右端安装后塞套(18)，后塞套(18)的内部设有可轴向滑动地高压活塞(17)，高压活塞(17)的左端伸出后塞套(18)外与阀芯(22)右端抵接；后塞套(18)的右端安装有高压密封头(20)，高压活塞(17)、高压密封头(20)之间设有高压弹簧(19)，后塞套(18)、高压活塞(17)、和高压密封头(20)配合构成高压弹簧腔(g2)；

所述电-机械转换器包括外罩(1)、连接板(9)和力矩马达，外罩(1)右端的矩形端面与连接板(9)左端的矩形端面固定连接；连接板(9)的左端面上连接有四个对称分布的类梯形柱，类梯形柱沿连接板(9)的轴线向左伸入外罩(1)内并与压板(3)固定连接；每个梯形柱的外侧表面设置有一个径向的圆通孔，圆通孔内设有调零弹簧(30)，调零弹簧(30)的两端分别与衔铁(7)和外罩(1)相连；连接板(9)右端面设有与传感器连接套(11)相适配的阶梯孔一、以及与二维活塞(26)相适配的阶梯孔二，阶梯孔二位于连接板(9)的轴线上，阶梯孔一位于阶梯孔二的上方；

所述压板(3)设置在外罩(1)内的左端，压板(3)的右端上下对称分布有上圆孔和下圆孔，上圆孔和下圆孔内分别设有上弹簧和下弹簧；上弹簧连接第一直线位移传感器(5a)，下弹簧连接第二直线位移传感器(5b)；第一直线位移传感器(5a)与直线位移传感器连接套(11)连接，直线位移传感器连接套(11)与压力反馈杆(13)连接；第二直线位移传感器(5b)通过连接件与衔铁(7)连接；第一直线位移传感器(5a)、第二直线位移传感器(5b)分别与数字控制器电连接，第一直线位移传感器(5a)将压力反馈杆(13)的位移信号传给数字信号控制器，第二直线位移传感器(5b)将衔铁(7)旋转产生的位移信号传给数字控制器；

所述压力反馈杆(13)为阶梯轴，压力反馈杆(13)的左端与直线位移传感器连接套(11)连接，压力反馈杆(13)上套设有设压弹簧(12)，设压弹簧(12)所在位置形成设压弹簧腔(z1)；压力反馈杆(13)的右端面设有两个长圆孔和中心孔二，中心孔二内设置有钢球(14)，钢球(14)的右端与阻尼环(15)点接触，阻尼环(15)与感压活塞(16)销连接，连接板(9)与压力反馈杆(13)之间设有用于防止油液进入力矩马达的密封圈一(10)；阻尼环(15)与阀套(21)间隙配合，液压油从设压弹簧腔(z1)流经长圆孔至阻尼环(15)一侧形成阻尼；

所述力矩马达设置在外罩(1)内，力矩马达包括衔铁(7)，衔铁(7)大致呈十字交叉状，衔铁(7)上安装有二维活塞(26)，衔铁(7)中心设有中心孔一，二维活塞(26)的杆部穿过衔铁(7)的中心孔一并与之固定连接；衔铁(7)的前后两侧设有线圈骨架(8)，线圈骨架(8)的左右两端分别与连接板(9)、压板(3)相连；衔铁(7)的上下两侧分别设有一个极靴(4)，两个极靴(4)之间夹设有永磁体(6)；二维活塞(26)的右端设有推力轴承(24)，推力轴承(24)通过压套(23)套装在二维活塞(26)的右端；压套(23)的右端与阀芯(22)左端抵接；衔铁(7)驱动二维活塞(26)绕二维活塞(26)轴线旋转的同时沿二维活塞(26)轴线方向平动；

所述二维活塞(26)的头部可转动并可轴向滑动地设置在二维活塞壳(25)内，二维活塞壳(25)上从左至右依次设有第一活塞壳台肩(48)、第二活塞壳台肩(49)、第三活塞壳台肩(52)，第二活塞壳台肩(49)上轴向对称分布有两个敏感槽(50)，第二活塞壳台肩(49)和第三活塞壳台肩(52)之间形成环状的高压槽(51)；第一活塞壳台肩(48)的左端与连接板(9)固定连接、右端与阀套(21)定位；二维活塞(26)的杆部穿过连接板(9)上的阶梯孔一；高压槽(51)的槽底轴向对称分布有两个高压油孔，两个高压油孔与两个敏感槽(50)的相位相同；第三活塞壳台肩(52)将高压油与低压油隔开；

所述二维活塞(26)的头部从左到右依次设有第一活塞台肩(40)、第二活塞台肩(41)、第三活塞台肩(42)、第四活塞台肩(44)、第五活塞台肩(45)，第三活塞台肩与第四活塞台肩之间形成环割槽(43)；第一活塞台肩(40)与衔铁(7)通过销钉定位；第二活塞台肩(41)上轴向对称分布有两个低压孔(k01)，低压孔(k01)与二维活塞中心孔沟通，低压孔(k01)的左侧设有密封圈压块(28)和同心环(27)；第三活塞台肩(42)上周向交替分布有四个高压槽和低压槽，两个对称分布的低压槽(46)与二维活塞中心孔连通，两个对称分布的高压槽(47)通过斜孔与环割槽(43)连通；第四活塞台肩(44)将高压油与低压油隔开；第五活塞台肩(45)上设有低压油孔(k02)，低压油孔(k02)将低压油引入低压腔(d2)，推力轴承(24)、压套(23)抵接在第五活塞台肩(45)的左端；同心环(27)右侧、第三活塞台肩(42)左侧和二维活塞壳(25)形成敏感腔(s)，敏感槽(50)与敏感腔(s)连通；

所述阀套(21)的外壁设有从左至右依次设有阀套台肩ⅰ(31)、阀套台肩ⅱ(33)、阀套台肩ⅲ(35)、阀套台肩ⅳ(37)，阀套台肩ⅰ(31)与阀套台肩ⅱ(33)之间设有出油槽(32)，阀套台肩ⅱ(33)与阀套台肩ⅲ(35)之间设有进油槽(34)，阀套台肩ⅲ(35)与阀套台肩ⅳ(37)之间设有工作油槽(36)；阀套(21)设有第一引流道(y1)、第二引流道(y2)、第三引流道(y3)、第四引流道(y4)；第一引流道(y1)连通进油槽(34)与二维活塞壳高压槽(51)，高压油经过第一引流道(y1)、二维活塞壳高压槽(51)、二维活塞环割槽(43)进入二维活塞高压槽(47)，二维活塞高压槽(47)为敏感腔(s)提供高压感受压力；第二引流道(y2)连通工作油槽(36)与设压弹簧腔(z1)相通；第三引流道(y3)连通出油槽(32)与低压腔(d1)；第四引流道(y4)连通进油槽(34)与高压腔(g1)，高压油经过第四引流道(y4)、后塞套表面孔进入高压弹簧腔(g2)；阀套(21)上设有中心孔三，中心孔三与阀芯(22)、二维活塞壳(25)、后塞套(18)配合；阀套台肩ⅰ(31)上设有b孔、c孔，b孔与第一引流(y1)道接通；c孔与第二引流道(y2)接通；出油槽(32)的槽底轴向对称分布两个出油口，出油口与低压腔(d2)连通；阀套台肩ⅳ(37)内部开有环形槽，环形槽与后塞套(18)形成高压腔(g1)；

所述阀芯(22)大致呈工字型，阀芯(22)的外壁从左到右依次设有阀芯台肩ⅰ(38)、阀芯台肩ⅱ(39)；阀芯(22)的中心设有引流孔，引流孔连通低压腔(d2)与低压腔(d3)；阀芯台肩ⅰ(38)将高压油与低压油隔开，阀芯台肩ⅱ(39)将高压油与工作油交替沟通、闭合。

进一步，所述连接板(9)与密封压块(28)之间安装有用于阻止油液进入力矩马达的密封圈二(29)。

进一步，所述压力反馈杆(13)的右端面与钢球(14)点接触，感压活塞(16)左端面与钢球(14)点接触。

本发明的有益效果是：

1、采用电-机械转换器直驱二维活塞先导阀作为主阀驱动机构，输入信号小，液压驱动力大，易于实现高压工况下正常工作；

2、相比其他负载敏感阀，采用压力反馈杆对进油口与出油口进行压差反馈，省去溢流阀、三通阀、节流阀等其他控制阀，结构简单紧凑，并减少系统发热，提高系统效率；

3、当负载发生变化，压力反馈杆动作，通过数字控制器精准控制导阀，推动主阀口开度来实现出口流量不变，既流量与负载无关；

4、采用具有伺服螺旋机构的二维活塞作为导阀，能实现主阀开口伺服控制，开启特性好，微调性能好。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的剖视图。

图3为力矩马达的结构示意图。

图4为阀套的结构示意图。

图5为阀套第一引油道、第四引流道的结构示意图。

图6为阀套第二引油道、第三引流道的结构示意图。

图7为二维活塞的结构示意图。

图8为二维活塞壳的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明专利的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，如出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照附图，一种二维插装式负载敏感阀，包括依次同轴连接的电-机械转换器和阀体，所述阀体包括阀套21和阀芯22，阀芯22可轴向滑动的安装在阀套21内；阀芯22右端安装后塞套18，后塞套18的内部设有可轴向滑动地高压活塞17，高压活塞17的左端伸出后塞套18外与阀芯22右端抵接；后塞套18的右端安装有高压密封头20，高压活塞17、高压密封头20之间设有高压弹簧19，后塞套18、高压活塞17、和高压密封头20配合构成高压弹簧腔g2；

所述电-机械转换器包括外罩1、连接板9和力矩马达，外罩1右端的矩形端面与连接板9左端的矩形端面固定连接；连接板9的左端面上连接有四个对称分布的类梯形柱，类梯形柱沿连接板9的轴线向左伸入外罩1内并与压板3固定连接；每个梯形柱的外侧表面设置有一个径向的圆孔，圆孔内设有调零弹簧30，调零弹簧30的两端分别与衔铁7和外罩1相连；连接板9右端面设有与传感器连接套11相适配的阶梯孔一、以及与二维活塞26相适配的阶梯孔二，阶梯孔二位于连接板9的轴线上，阶梯孔一位于阶梯孔二的上方；

所述压板3设置在外罩1内的左端，压板3的右端上下对称分布有上圆孔和下圆孔，上圆孔和下圆孔内分别设有上弹簧和下弹簧；上弹簧连接第一直线位移传感器5a，下弹簧连接连接第二直线位移传感器5b；第一直线位移传感器5a与直线位移传感器连接套11连接，直线位移传感器连接套11与压力反馈杆13连接；第二直线位移传感器5b通过连接件与衔铁7连接；第一直线位移传感器5a、第二直线位移传感器5b分别与数字控制器电连接，第一直线位移传感器5a将压力反馈杆13的位移信号传给数字信号控制器，第二直线位移传感器5b将衔铁7旋转产生的位移信号传给数字控制器；

所述压力反馈杆13为阶梯轴，压力反馈杆13的左端与直线位移传感器连接套11连接，压力反馈杆13上套设有设压弹簧12，设压弹簧12所在位置形成设压弹簧腔z1；压力反馈杆13的右端面设有两个长圆孔和中心孔二，中心孔二内设置有钢球14，钢球14的右端与阻尼环15点接触，阻尼环15与感压活塞16销连接，连接板9与压力反馈杆13之间设有用于防止油液进入力矩马达的密封圈一10；压力反馈杆13的右端面与钢球14点接触，感压活塞16左端面与钢球14点接触，可减少侧向力，避免发生卡紧；阻尼环15与阀套21间隙配合，液压油从设压弹簧腔z1流经长圆孔至阻尼环15一侧形成阻尼；

所述力矩马达设置在外罩1内，力矩马达包括衔铁7，衔铁7大致呈十字交叉状，衔铁7上安装有二维活塞26，衔铁7中心设有中心孔一，二维活塞26的杆部穿过衔铁7的中心孔一并与之固定连接；衔铁7的前后两侧设有线圈骨架8，线圈骨架8的左右两端分别与连接板9、压板3相连；衔铁7的上下两侧分别设有一个极靴4，两个极靴4之间夹设有永磁体6；二维活塞26的右端设有推力轴承24，推力轴承24通过压套23套装在二维活塞26的右端；压套23的右端与阀芯22左端抵接；衔铁7驱动二维活塞26在一定角度范围内绕二维活塞26轴线旋转的同时沿二维活塞26轴线方向平动；

所述二维活塞26的头部可转动并可轴向滑动地设置在二维活塞壳25内，二维活塞壳25上从左至右依次设有第一活塞壳台肩48、第二活塞壳台肩49、第三活塞壳台肩52，第二活塞壳台肩49上轴向对称分布有两个敏感槽50，第二活塞壳台肩49和第三活塞壳台肩52之间形成环状的高压槽51；第一活塞壳台肩48的左端与连接板9固定连接、右端与阀套21定位；二维活塞26的杆部穿过连接板9上的阶梯孔一；高压槽51的槽底轴向对称分布有两个高压油孔，两个高压油孔与两个敏感槽50的相位相同；第三活塞壳台肩52将高压油与低压油隔开；

所述二维活塞26的头部从左到右依次设有第一活塞台肩40、第二活塞台肩41、第三活塞台肩42、第四活塞台肩44、第五活塞台肩45，第三活塞台肩与第四活塞台肩之间形成环割槽43；第一活塞台肩40与衔铁7通过销钉定位；第二活塞台肩41上轴向对称分布有两个低压孔k01，低压孔k01与二维活塞中心孔沟通，低压孔k01的左侧设有密封圈压块28和同心环27，连接板9与密封压块28之间安装有用于阻止油液进入力矩马达的密封圈二29；第三活塞台肩42上周向交替分布有四个高压槽和低压槽，两个对称分布的低压槽46与二维活塞中心孔连通，两个对称分布的高压槽47通过斜孔与环割槽43连通；第四活塞台肩44将高压油与低压油隔开；第五活塞台肩45上设有低压油孔k02，低压油孔k02将低压油引入低压腔d2，推力轴承24、压套23抵接在第五活塞台肩45的左端；同心环27右侧、第三活塞台肩42左侧和二维活塞壳25形成敏感腔s，敏感槽50与敏感腔s连通；

所述阀套21的外壁设有从左至右依次设有阀套台肩ⅰ31、阀套台肩ⅱ33、阀套台肩ⅲ35、阀套台肩ⅳ37，阀套台肩ⅰ31与阀套台肩ⅱ33之间设有出油槽32，阀套台肩ⅱ33与阀套台肩ⅲ35之间设有进油槽34，阀套台肩ⅲ35与阀套台肩ⅳ37之间设有工作油槽36；阀套21设有第一引流道y1、第二引流道y2、第三引流道y3、第四引流道y4；第一引流道y1连通进油槽34与二维活塞壳高压槽51，高压油经过第一引流道y1、二维活塞壳高压槽51、二维活塞环割槽43进入二维活塞高压槽47，二维活塞高压槽47为敏感腔s提供高压感受压力；第二引流道y2连通工作油槽36与设压弹簧腔z1相通；第三引流道y3连通出油槽32与低压腔d1；第四引流道y4连通进油槽34与高压腔g1，高压油经过第四引流道y4、后塞套表面孔进入高压弹簧腔g2；阀套21上设有中心孔三，中心孔三与阀芯22、二维活塞壳25、后塞套18配合；阀套台肩ⅰ31上设有b孔、c孔，b孔与第一引流y1道接通；c孔与第二引流道y2接通；出油槽32的槽底轴向对称分布两个出油口，出油口与低压腔d2连通；阀套台肩ⅳ37内部开有环形槽，环形槽与后塞套18形成高压腔g1；

所述阀芯22大致呈工字型，阀芯22的外壁从左到右依次设有阀芯台肩ⅰ38、阀芯台肩ⅱ39；阀芯22的中心设有引流孔，引流孔连通低压腔d2与低压腔d3；阀芯台肩ⅰ38将高压油与低压油隔开，阀芯台肩ⅱ39将高压油与工作油交替沟通、闭合。

具体的工作原理如下：

当电信号未接入时，设为初始位置，线圈未通电。衔铁7在调零弹簧30预紧力的作用下处于零位，无力矩输出，高压油经过第四引流道y4、高压腔g1到达高压弹簧腔g2；高压油经过第一引流道y1、二维活塞壳高压槽51、二维活塞环割槽43、二维活塞高压槽47、二维活塞壳敏感槽50到达敏感腔s。油液由敏感腔s经过二维活塞低压槽46、二维活塞中心孔、低压腔d2到达阀套出油槽32。后塞套18与高压油接触面积为二维活塞26与敏感腔s接触面积的一半，敏感腔s的压力是高压油压力的一半，此时二维活塞壳敏感槽50与高低压槽相交的面积相等，阀芯22处于零位，阀芯第二台肩46将进油槽34与工作油槽隔开。高压油作用在感压活塞16产生的力与设压弹簧力12平衡，压力反馈杆13处于零位。

当电信号接入时，线圈通电，产生控制磁场，衔铁7右侧圆盘受切向力对衔铁产生力矩，衔铁7在该力矩作用下周向旋转一定角度后，直线位移传感器5b将衔铁转动产生的位移信号传到数字控制器。衔铁带动二维活塞26转动，二维活塞壳敏感槽50与二维活塞高压槽47接触面积变大，二维活塞壳敏感槽50与二维活塞低压槽46接触面积变小，敏感腔s压力变大，油压作用在二维活塞第三台肩42左端，二维活塞26的转动引起其直动，输出轴向位移，使阀芯22右移，阀口打开。油液进入阀套工作油槽36，经过第二引流道y2到达设压弹簧腔z1，压力反馈杆13产生位移，传到直线位移传感器5a。直线位移传感器5a将位移信号传给数字控制器，数字控制器将直线位移传感器5a信号与直线位移传感器5b信号比较，调整输入的电流，衔铁的旋转角度发生改变，阀芯22两端的压差发生变化，阀口开度发生相应变化，输出流量保持恒定。

当负载变大时，工作油槽36油压变大，压力反馈杆13位移量减少，直线位移传感器5a将信号传给数字控制器，位移传感器5b将衔铁7转动产生的位移信号传到数字控制器，数字控制器比较两个信号。增大输入的电流，产生的控制磁场变大，衔铁7受到的切向力变大，二维活塞26转动角度变大，二维活塞壳敏感槽50与二维活塞高压槽47接触面积变大，二维活塞壳敏感槽50与二维活塞低压槽46接触面积变小，敏感腔s压力变大，阀芯22向右的位移变大，阀口开度变大。从而维持输出流量恒定，实现输出流量不随负载变化。

当负载变小时，工作油槽36油压变小，压力反馈杆13位移量增加，直线位移传感器5a将信号传给数字控制器，位移传感器5b将衔铁7转动产生的位移信号传到数字控制器，数字控制器比较两个信号。减少输入的电流，产生的控制磁场变小，衔铁7受到的切向力变小，二维活塞26转动角度变小，二维活塞壳敏感槽50与二维活塞高压槽47接触面积变小，二维活塞壳敏感槽50与二维活塞低压槽46接触面积变大，敏感腔s压力变小，阀芯22向右的位移变小，阀口开度变小。从而维持输出流量恒定，实现输出流量不随负载变化。

当电信号断开时，线圈断电，控制磁场消失，衔铁7在调零弹簧30的作用下回到零位，二维活塞26、阀芯22、感压活塞16的动作恢复到初始位置。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。