专利名称：行程比例控制阀和行程比例控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种行程比例控制阀及其控制装置。
背景技术：
在工程机械操作过程中，人们希望各个机械动作都可以非常平滑的加速或者降速，因此开发出了电液比例阀、比例手控操作机构等比例操纵元件。但这些元器件大多是自身输出比例信号，但执行器件是否严格按照比例关系执行则难以控制。以液控操纵阀阀杆的行程控制而言，即使给其成比例的先导控制油，但是由于外界力对阀杆作用，如阀杆与阀体间的静摩擦力、动摩擦力、液压油流动时产生的液动力等，这些不确定因素都会致使阀杆的最终行程的不确定，因此也就导致了最终的机械动作的状态不确定性。图1所示为现有技术中常见的一种行程比例控制阀的结构示意图。其中，阀体40上设有第一工作油口 A和第二工作油口 B以及进油口 P。当先导比例电磁阀30通电时，先导比例电磁阀30根据输入电流值成比例的输出相应油压的先导油，先导油作用于阀杆50的右端面上，给阀杆50向左的一个推力，并且这个推力与输入的电流值应当也是成比例的，阀杆50向左移动过程中压缩弹簧。根据胡克定律，弹簧对阀杆的反作用力的大小和阀杆的行程是成比例的。如果仅考虑这些因素，阀杆50移动的行程应该和先导比例电磁阀I的通电电流呈线性比例关系。但是在实际使用过程中，阀杆50与阀体40之间的摩擦力是一个不确定的变量，而且，阀杆50还会受到第一工作油口 A、第二工作油口 B以及进油口 P之间的油路中的动力油的影响，这些不确定因素将会导致阀杆50的最终行程并不能与先导比例电磁阀30的输入电流成线性比例。可见，在阀杆50行程的控制中，由于其它不确定因素的影响，阀杆50的实际行程与输入信号并不能成比例。因此，现有比例控制方式只是提供相应的单纯的成比例输入信号，但是执行器件是否与输入信号成比例执行则难以控制。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷和不足，本发明提供了一种行程比例控制阀和行程比例控制装置，使得操纵阀的输出行程能根据控制信号完全成比例地执行。为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种行程比例控制阀，该控制阀包括可轴向移动地设置在阀体内的先导推杆和动力杆，所述阀体上设有进油口和第一泄油口，并且阀体内设有用于顶推所述动力杆的动力油腔，所述动力杆位于该动力油腔中的内端上形成有容纳腔，该容纳腔中设有分别与所述进油口、动力油腔和第一泄油口相连的中转油腔；其中，所述先导推杆的一端插入所述动力杆的容纳腔内且插入杆段上形成有密封段，该密封段能够通过所述先导推杆和动力杆的相对移动而在所述中转油腔中选择性地处于居中密封位置或偏置密封位置，在该居中密封位置，所述密封段的两端同时密封所述中转油腔与所述进油口和第一泄油口之间的油路，在所述偏置密封位置，所述密封段的一端密封所述进油口和第一泄油口中的一者与所述中转油腔之间的油路，另一者经由所述中转油腔连通所述动力油腔。
优选地，所述动力杆的容纳腔包括沿轴向依次连接的输入油道、中转油腔和输出油道，所述进油口与所述输入油道连通，所述第一泄油口与所述输出油道连通，所述中转油腔通过返通油道与所述动力油腔连通；其中，所述输入油道、密封段和输出油道的横截面相同并且横截面积小于所述中转油腔，所述先导推杆的所述插入杆段在所述输入油道的一端密封该输入油道与所述动力油腔，在另一端通过所述密封段密封或连通所述输入油道与中转油腔，并且所述插入杆段在所述输入油道的两端之间的部分的横截面面积小于该输入油道。优选地，所述阀体内形成有环绕所述动力杆的外周部设置的进油环腔和回油环腔，所述输出油道与第一泄油口之间设有泄油油腔，所述进油环腔分别与所述进油口和输入油道相连通，所述回油环腔分别与所述第一泄油口和泄油油腔相连通。优选地，所述密封段处于所述居中密封位置时，该密封段的两端分别插入式密封所述输入油道和输出油道并且密封长度分别为第一封段距离和第二封段距离，该第一封段距离和第二封段距离均不大于2mm (范围适当扩大，可以降低加工要求，便于实际应用)。优选地，所述输入油道和/或输出油道上靠近所述中转油腔的部分形成有与该中转油腔间隔开的辅助中转油腔，该辅助中转油腔的横截面积大于所述输入油道和输出油道；所述先导推杆的所述插入杆段在对应于所述辅助中转油腔的位置上形成有与所述密封段的横截面相同的辅助密封段，该辅助密封段形成为在所述密封段处于所述居中密封位置时能够插入式密封相应的所述输入油道或输出油道。优选地，所述辅助密封段和相应的辅助中转油腔均为多个，当所述密封段处于所述居中密封位置时，所述密封段和辅助密封段分别插入式密封所述输入油道的密封长度均为所述第一封段距离，和/或所述密封段和辅助密封段分别插入式密封所述输出油道的密封长度均为所述第二封段距离。优选地，所述先导推杆的一端为所述插入杆段，另一端为活塞端，所述阀体内形成有先导腔，该先导腔与所述动力油腔通过间隔壁隔开，所述插入杆段穿过所述间隔壁和动力油腔插入所述动力杆的容纳腔内，所述活塞端与所述先导腔的横截面相同并且能够在该先导腔中移动。优选地，所述先导腔内设有第一复位弹簧，该第一复位弹簧套设在所述先导推杆上并且两端偏压在所述活塞端与间隔壁上。优选地，该控制阀包括用于顶推所述先导推杆的手控操作机构，该手控操作机构包括手柄端和推杆端，该推杆端插入所述先导腔内且抵靠于所述先导推杆的活塞端上。优选地，该控制阀包括比例电磁阀，该比例电磁阀连接并控制所述先导推杆的移动。优选地，所述阀体上设有控制油口，该控制油口连通所述先导腔以通过液压油推动所述先导推杆移动。优选地，所述阀体上设有连通至所述先导腔内的第二泄油口，该第二泄油口和控制油口分别连通至所述先导腔内的所述活塞端两侧的腔室。优选地，所述控制油口包括第一控制油口和第二控制油口，该第一控制油口和第二控制油口分别连通至所述先导腔内的所述先导推杆的所述活塞端两侧。
优选地，所述先导腔内还设有第二复位弹簧，在所述先导腔内，所述第一复位弹簧和第二复位弹簧分别设置在所述先导推杆的所述活塞端两侧。优选地，所述阀体上设有调节螺杆，该调节螺杆插入所述先导腔内并顶触于所述先导推杆的所述活塞端上。优选地，该控制阀包括弹簧腔，该弹簧腔内设有第三复位弹簧，该第三复位弹簧套设在所述动力杆上以推动该动力杆的内端朝向所述动力油腔的方向复位。优选地，所述第三复位弹簧设置为在所述进油口不通动力油时通过所述第三复位弹簧对所述动力杆的作用而使得所述密封段处于所述偏置密封位置，在该偏置密封位置，所述密封段密封所述输出油道，所述输入油道与所述中转油腔连通。根据本发明的另一个方面，提供了一种行程比例控制装置，该装置包括轴向相连的操纵阀和根据本发明上述的行程比例控制阀，该行程比例控制阀的所述动力杆的外端抵靠于所述操纵阀的阀杆的端部以推动该阀杆沿轴向移动。优选地，所述操纵阀的一端与所述行程比例控制阀相连，另一端设有第四复位弹簧，该第四复位弹簧弹性作用于所述阀杆上以通过该阀杆推动所述动力杆的内端朝向所述动力油腔的方向复位。优选地，所述操纵阀的轴向两端分别连接有所述行程比例控制阀，两个所述行程比例控制阀的所述动力杆分别抵靠于所述操纵阀的阀杆的两端。优选地，两个所述行程比例控制阀的阀体上均设有分别连通至所述先导腔内的所述先导推杆的活塞端两侧的第一控制油口和第二控制油口，所述两个行程比例控制阀中，其中一个行程比例控制阀的所述第一控制油口和第二控制油口分别与另一个所述行程比例控制阀的所述第二控制油口和第一控制油口错位相连。通过上述技术方案，在根据本发明的行程比例控制阀中，外部控制信号或控制力作用于先导推杆上以使得先导推杆及其密封段获得相应控制行程，由于密封段的位置移动，使得动力油腔与进油口相通，进油口的动力油推动动力杆移动，直至动力杆移动与控制行程相同的行程后才能使得密封段密封动力油腔与进油口之间的输入油路。在此过程中，在受到外力影响下也能使得动力杆的行程能与控制信号或控制力成严格比例关系。在行程比例控制装置中，通过行程比例控制阀的阀杆对操纵阀的阀杆的联动控制，能使得操纵阀的阀杆获得相应的比例行程，从而解决了现有的行程比例控制装置受外部因素影响而使得最终控制行程与控制信号不成比例的问题。本发明的其它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是现有技术中常见的一种行程比例控制阀的结构示意图；图2是根据本发明的第一优选实施方式的行程比例控制阀的结构示意图，图中标示了各部件和开口；图3为图2中的行程比例控制阀的结构示意图，图中标示了各油道、腔室和开口 ；图4为图2中的行程比例控制阀的结构示意图，图中标示了各开口和部件行程；
图5为图4中的密封部分K的放大示意图；图6为根据本发明的第二优选实施方式的行程比例控制阀的结构示意图；图7为根据本发明的一种优选实施方式的行程比例控制装置的结构示意图；图8为根据本发明的另一种优选实施方式的行程比例控制装置的结构示意图；图9为根据本发明的第三优选实施方式的行程比例控制阀的结构示意图；图10为图9中的密封部分K的放大示意图；图11和图12为根据本发明的第四优选实施方式的行程比例控制阀的结构示意图；图13和图14为根据本发明的第五优选实施方式的行程比例控制阀的结构示意图；图15为根据本发明的第六优选实施方式的行程比例控制阀的结构示意图。附图标记说明I端盖2先导推杆3第一复位弹簧 4第一密封件5动力杆6第二密封件7第三复位弹簧 8弹簧座9第一连接螺栓 10阀体11 安装孔12第二复位弹簧13 第二连接螺栓 14阀杆15 第四复位弹簧 16左侧先导推杆17 左侧动力杆18右侧动力杆19 右侧先导推杆 20第五复位弹簧21 手控操作机构 22比例电磁阀23 调节螺杆30先导比例电磁阀40阀体50阀杆101 先导腔102动力油腔103 进油环腔104回油环腔105 弹簧腔501 输入油道502返通油道503 中转油腔503’ 辅助中转油腔504 输出油道505泄油油腔P进油口X控制油口LI 第一泄油口L2第二泄油口SI 先导推杆行程 S2第一相对距离S3 第二相对距离 S4第三相对距离S5 第四相对距离 S6第五相对距离S7 第一封段距离 S8第二封段距离S9 第九相对距 离Xl 第一控制油口 X2第二控制油口
M密封段Μ’辅助密封段T回油口A第一工作油口B第二工作油口K密封部分J间隔壁
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式
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。在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的各部件相互位置关系描述用词。使用的方位词如“左、右”是指附图中的左、右方位，“内、外”是指阀的各零部件或零部件的各部分相对于阀体而言的内、外方位。如图2至图4所示，本发明提供了一种行程比例控制阀，该控制阀包括可轴向移动地设置在阀体10内的先导推杆2和动力杆5，阀体10上设有进油口 P和第一泄油口 LI，并且阀体10内设有用于顶推动力杆5的动力油腔102，动力杆5位于该动力油腔102中的内端上形成有容纳腔，该容纳腔中设有分别与进油口 P、动力油腔102和第一泄油口 LI相连的中转油腔503。其中，先导推杆2的一端插入动力杆5的容纳腔内且插入杆段上形成有密封段Μ，该密封段M能够通过先导推杆2和动力杆5的相对移动而在中转油腔503中选择性地处于居中密封位置或偏置密封位置，在该居中密封位置，密封段M的两端同时密封中转油腔503与进油口 P和第一泄油口 LI之间的油路，在偏置密封位置，密封段M的一端密封进油口 P和第一泄油口 LI中的一者与中转油腔503之间的油路，另一者经由中转油腔503连通动力油腔102。作为总的构思，本发明旨在以受外界干扰的可能性较小的一个元器件作为先导元件(此处即先导推杆2)，先导元件接收外界输入的一个比例信号，并且最大限度的产生一个相应的比例信号输出，该输出信号对相应的执行器件(即以下将述及的操纵阀的阀杆14)进行控制，并且只有执行器件达到该输出信号命令其达到的位置后才会停止，形同一个闭环控制，因而控制元件可以成比例的对行程进行控制。具体地，在上述的行程比例控制阀的总的结构框架中，外部控制信号或控制力作用于先导推杆2上以使得先导推杆2及其密封段M获得相应控制行程，由于密封段M的位置移动，使得动力油腔102与进油口P相通，进油口 P的动力油推动动力杆5移动，直至动力杆5移动与控制行程相同的行程后才能使得密封段M密封动力油腔102经由中转油腔503与进油口 P之间的输入油路。在此过程中，在受到外力影响下也能使得动力杆5的行程能与控制信号或控制力成严格比例关系。在行程比例控制装置中，通过行程比例控制阀的阀杆对操纵阀的阀杆的联动控制，能使得操纵阀的阀杆14获得相应的比例行程。本领域技术人员能够理解的是，在上述设计构思和总体框架结构下，可对油道和控制结构等进行多种形式的变化设计，以优化阀的结构。具体地，以下将通过多个具体实施方式
进行阐述。图2是根据本发明的第一优选实施方式的行程比例控制阀的结构示意图。图6为根据本发明的第二优选实施方式的行程比例控制阀的结构示意图。图9为根据本发明的第三优选实施方式的行程比例控制阀的结构示意图。图11和图12为根据本发明的第四优选实施方式的行程比例控制阀的结构示意图。图13和图14为根据本发明的第五优选实施方式的行程比例控制阀的结构示意图。图15为根据本发明的第六优选实施方式的行程比例控制阀的结构示意图。如图2至图5所示，在第一优选实施方式中，阀的优选结构如下端盖I置于阀体10的左侧，通过第一连接螺栓9进行固定，动力杆5置于阀体10内部，并可以相对于阀体10轴向移动(即左右移动)，动力杆5右侧设置有第三复位弹簧7，第三复位弹簧7右侧设置有弹簧座8，弹簧座8与阀体10进行螺纹连接，第三复位弹簧7在弹簧腔105内始终处于受压缩状态，可以推动动力杆5向左进行复位。先导推杆2左端置于阀体10内部，其右端置于动力杆5内部，先导推杆2可以相对阀体10和动力杆5左右移动。第一复位弹簧3置于先导推杆2的右端面，其左侧与阀体10接触，可以推动先导推杆2向左进行复位，阀体10右侧设置有安装孔11以通过如图7所示的第二连接螺栓13安装到如下将述及的操纵阀中。第一密封件4置于先导腔101与动力油腔102之间的间隔壁J中以进行油液密封，第二密封件6置于动力杆5与阀体10之间，以对弹簧腔105和回油环腔104进行密封。参见图3所示的阀体10内的油路和腔室结构，其中，动力杆5的容纳腔包括沿轴向依次连接的输入油道501、中转油腔503和输出油道504，进油口 P与输入油道501连通，第一泄油口 LI与输出油道504连通，中转油腔503通过返通油道502与动力油腔102连通。输入油道501、密封段M和输出油道504的横截面相同并且横截面积小于中转油腔503，先导推杆2的插入杆段在输入油道501的一端密封该输入油道501与动力油腔102，在另一端通过密封段M密封或连通输入油道501与中转油腔503，并且插入杆段在输入油道501的两端之间的部分的横截面面积小于该输入油道501。优选地，阀体10内形成有环绕动力杆5的外周部设置的进油环腔103和回油环腔104，输出油道504与第一泄油口 LI之间设有泄油油腔505，进油环腔103分别与进油口 P和输入油道501相连通，回油环腔104分别与第一泄油口 LI和泄油油腔505相连通。设置进油环腔103和回油环腔104是为了保证在先导推杆2的移动过程中不影响油路的畅通。如图4所示，先导推杆2的行程SI优选地设计为小于图示的第一相对距离S2、第二相对距离S3、第三相对距离S4、第四相对距离S5、第五相对距离S6，以在动力杆5的整个移动过程中各个油道均能保持畅通。在本实施方式的上述油路和结构基础上，在图4中，密封段M处于居中密封位置，该密封段M的两端分别插入式密封输入油道501和输出油道504并且密封长度分别为第一封段距离S7和第二封段距离S8。结合作为放大图的图5可见，图4中圈起的K部分中，中转油腔503中设置的密封段M使得动力杆5的输入油道501与动力杆5的中转油腔503之间存在一段密封，该段密封的密封距离为第一封段距离S7，动力油的中转油腔503与回油环腔104之间存在一段密封，该段密封的密封距离为第二封段距离S8。第一封段距离S7越小，该阀的有效比例控制行程越大，即阀的比例输出特性越好，但是第一封段距离S7越小，其密封性能越差，油液由输入油道501到中转油腔503的泄漏量越大，因此第一封段距离S7与第二封段距离S8是两个尽量小的距离，其具体值可根据加工精度、用户对该行程比例控制阀的有效行程的要求等因素确定。在保证密封效果的前提下，这两个距离越小，控制响应快，该行程比例控制装置的比例特性越好。综合密封性能和便于加工设计考虑，本实施方式中的该第一封段距离S7和第二封段距离S8均优选为不大于2mm。以上详细描述了本实施方式中的阀的结构部件组成、油路和密封结构，以下描述图2所示的该行程比例控制装置整个工作过程。本实施方式中，先导推杆2采用液压动力油推动和控制。其中，先导推杆2的一端形成为所述插入杆段，另一端为活塞端，在阀体10内设置先导腔101，先导腔101与动力油腔102通过间隔壁J隔开，插入杆段穿过间隔壁J和动力油腔102插入动力杆5的容纳腔内，活塞端与先导腔101的横截面相同并且能够在该先导腔101中移动。因此当连通先导腔101的控制油口 X进控制油，当控制油对先导推杆2的作用力大于第一复位弹簧3的预压力时，控制油将推动先导推杆2向右移动。先导推杆2的活塞端部分处于低压状态，低压液压油使先导推杆2产生的液压卡滞力很小，先导推杆2的小端部分(即插入杆段)所处的液压油的压力稍高，但是由于先导推杆2这部分直径很小，所以受外界的干扰力也很小。由此可见，先导推杆2受外界不确定因素影响远远小于动力杆5受到外界的不确定因素的影响。由于外界干扰信号对先导推杆2的影响相对较小，在以下的叙述过程中将忽略干扰信号的影响。由弹簧胡克定律可知，当控制油对先导推杆2的作用力大于第一复位弹簧3的预压力后，先导推杆2将随控制油的油压的升高而成比例的向右移动。进油口 P接一个压力较高的稳定油源(所需油压的具体压力值根据动力杆5需要产生的推动力的大小决定，动力杆5需要产生的推力越大进油口 P所接油源的压力越高)，当先导推杆2向右移动的距离大于第一封段距离S7时，输入油道501与中转油腔503接通，稳定油源的油液可以由进油口 P进入进油环腔103，再由输入油道501进入中转油腔503，油液再经过返通油道502进入到动力油腔102，这样油液就可以推动动力杆5向右移动。当动力杆5向右移动的距离等于先导推杆2向右移动的距离后，输入油道501与中转油腔503将截止，进油口 P的油液将不能再进入动力油腔102，动力杆5将停止运动。当控制油口 X处的控制油油压降低时，第一复位弹簧3将推动先导推杆2向左移动，当先导推杆2向左移动的距离大于第二封段距离S8时，中转油腔503与泄油油腔505接通，动力杆5将在第三复位弹簧7的作用下向左移动，动力油腔102的油液将经过返通油道502进入到中转油腔503，最后通过泄油油腔505回到第一泄油口 LI。当动力杆5向左移动的距离等于先导推杆2向左移动的距离后，中转油腔503与泄油油腔504截止，动力油腔102将成为一个死腔，动力杆5将停止运动。这样，动力杆5、先导推杆2和密封段M都可回复到初始位置。在控制油口 X的控制油作用过程中，动力杆5将跟随先导推杆2的动作进行相应的动作，形成一个连续的过程。在本实施方式中，需要说明的是，在图2所示的阀中设置了第一复位弹簧3和第三复位弹簧7，以分别对先导推杆2和动力杆5进行向左的推动复位动作。其中，第一复位弹簧3设置在先导腔101内，该第一复位弹簧3套设在先导推杆2上并且两端偏压在先导推杆2的活塞端与间隔壁J上。控制阀的阀体10右端设有弹簧腔105和弹簧座8，第三复位弹簧7设置在弹簧腔105内并套设在动力杆5上以推动该动力杆5的内端朝向动力油腔102的方向复位。其中，第三复位弹簧7可使密封段M在进油口 P和控制油口 X均不通油的初始状态下优选地处于居中密封位置，则进油口 P可在控制油口 X进油后再通高压油以推动动力杆5。但第三复位弹簧7也可使密封段M在初始状态处于偏置密封位置，偏置密封中转油腔503和输出油道504。这样，在控制油口 X进油之前，需要进油口 P先通高压油以推动动力杆5向左移动直至密封段M处于居中密封状态后，控制油口 X才可通油。当然，在不考虑复位动作时，可不必设置所述两个复位元件或其中一个。例如图7、图12和图14中所示的行程比例控制阀则没有安装第三复位弹簧7，但也构成根据本发明的行程比例控制阀，可执行单向的行程比例控制。因此本领域技术人员可以理解的是，第一复位弹簧3、第三复位弹簧7和/或以下将述及的第二复位弹簧12的设置都不应视为对本发明的限制。此外，阀体10上还设置了连通至先导腔101内的第二泄油口 L2，该第二泄油口 L2和控制油口 X分别连通至先导腔101内的活塞端两侧的腔室。这样，先导腔101与第二泄油口 L2连通，泄油油腔505与第一泄油口 LI连通，由于泄油口基本没有背压，这样就可以减小外界不确定因素对先导推杆2的影响。在图2所示的阀中，可以实现单边外推以及回位操作，适用于二位的比例操纵阀以及需要单行程比例控制的执行器件，但是在现实工况中，操纵阀多为三位的。图6为根据本发明的第二优选实施方式的行程比例控制阀的结构示意图。其中，图6所示的阀则满足了三位的操纵阀的控制要求，该阀是在图2所示的行程比例控制阀的基础上做出的改进。相较于图2的阀，其中的控制油口 X包括第一控制油口 Xl和第二控制油口 X2，该第一控制油口 Xl和第二控制油口 X2分别连通至先导腔101内的先导推杆2的活塞端两侧，换言之，也就是将第二泄油口 L2更换成第二控制油口 X2。此外还增加了第二复位弹簧12，在先导腔101内，第一复位弹簧3和第二复位弹簧12分别设置在先导推杆2的活塞端两侧。另外，还扩大了动力杆5与阀体10之间的间距，即第九相对距离S9，也就是增大了动力油腔102的容积以适应三位操纵阀的增大的行程要求。在该用于三位操纵阀的控制阀中，由于第一复位弹簧3和第二复位弹簧12分别作用在先导推杆2的两侧，因而可以将先导推杆2控制在中位。当第一控制油口 Xl进油时，第二控制油口 X2回油，先导推杆2向右运动，其工作过程与上述方案的工作过程相同，在此不再赘述。当第二控制油口 X2进油时，第一控制油口 Xl回油，控制油推动先导推杆2向左运动，带动密封段M也从居中密封位置向左移动，这样中转油腔503与泄油油腔505接通，即动力油腔102与泄油油腔505接通，动力杆5将可以在外力作用下向左移动。图6中同样通过设置第三复位弹簧7以推动动力杆5向左移动。因此，该第三复位弹簧7应设置为在进油口 P不通动力油时通过第三复位弹簧7对动力杆5的作用而使得密封段M处于偏置密封位置，在该偏置密封位置，密封段M密封输出油道504，输入油道501与中转油腔503连通。这样，在初始状态，动力杆5须在第三复位弹簧7的作用下偏置于左侧，以在进油口 P通入动力油使密封段M处于中位时的初始的控制状态时，第三复位弹簧7能够存储向左推动的弹性力，这样在后续控制行程中，当第二控制油口 X2进油时，第一控制油口 Xl回油，控制油推动先导推杆2向左运动时，第三复位弹簧7存储的向左推动的弹性力能推动动力杆5跟随先导推杆2向左移动。因此，图6所示的三位行程比例控制阀中，进油口 P需要在控制油口之前通动力油，以使得在控制油口通入控制油之前，通过进油口 P的动力油将动力杆5向右推动直至密封段M处于居中密封位置。在上述结构基础上，该操纵阀可对控制阀进行三位双行程控制，以下将在结合图7所示的行程比例控制装置中加以详述，此处不再重复。图9为根据本发明的第三优选实施方式的行程比例控制阀的结构示意图。在第三优选实施方式中，在图2所示的行程比例控制阀的基础上，为了既可以控制该泄漏量又能使第一封段距离S7尽量的小，设置了多个密封段，这些密封段具有相同的密封距离，这样就可以实现大大的降低泄漏量，同时又能使第一封段距离S7尽量的小。因此，在要求该第一封段距离S7和第二封段距离S8尽可能小且在考虑现有的加工技术的基础上，要能够实现更好的密封效果，结合图10所示，输入油道501和/或输出油道504上靠近中转油腔503的部分可形成有与该中转油腔503间隔开的辅助中转油腔503’，该辅助中转油腔503’的横截面积大于输入油道501和输出油道504。先导推杆2的插入杆段在对应于辅助中转油腔503’的位置上相应形成有与密封段M的横截面相同的辅助密封段M，，该辅助密封段M，形成为在密封段M处于居中密封位置时能够插入式密封相应的输入油道501或输出油道504。这样，通过增设辅助中转油腔和辅助密封段，以加强密封效果，便于设计和加工出更短的密封长度。图10中作为示例，仅在密封段M的左侧设置了一个辅助密封段M’，但也可在密封段M的一侧间隔设置多个辅助密封段M’，还可在密封段M的右侧进行相同设置。即辅助密封段M’和相应的辅助中转油腔503’均为多个，当密封段M处于居中密封位置时，密封段M和辅助密封段M’分别插入式密封输入油道501的密封长度均为第一封段距离S7，和/或密封段M和辅助密封段M’分别插入式密封输出油道504的密封长度均为第二封段距离S8。从而在密封距离小而加工精度要求高时，通过设置多段密封可加强密封效果，便于设计减小的密封长度。图11和图12为根据本发明的第四优选实施方式的行程比例控制阀的结构示意图。在第四优选实施方式中不再采用液压油控制方式，而是采用手动操控方式，增加手控操作机构21，该手控操作机构21包括手柄端和推杆端，该推杆端插入先导腔101内且抵靠于先导推杆2的活塞端上。具体地，手控操作机构21的手柄端和推杆端相铰接，手柄端的中部位置铰接固定或直接抵靠在阀体10上，该抵靠点可作为支点，手动力作用于手柄端时，手柄端能够带动推杆端移动以推动动力杆5左右移动。这样，可以将先导油控制的形式变成手动控制的形式。可以以较小的操作力推动先导推杆2，进而成比例的控制需要较大力才能控制的执行器件，例如图7所示的操纵阀的阀杆14。图13和图14为根据本发明的第五优选实施方式的行程比例控制阀的结构示意图。图15为根据本发明的第六优选实施方式的行程比例控制阀的结构示意图。在图13和图14中，增加了比例电磁阀22例如比例电磁铁或其它比例电器元件等，将先导推杆的比例控制改成电控形式。该比例电磁阀22连接并控制先导推杆2的移动。在图15中，阀体10上设有调节螺杆23，该调节螺杆23插入先导腔101内并顶触于先导推杆2的所述活塞端上。在同时设置第一复位弹簧3和第二复位弹簧12的基础上，调节螺杆23用于调节先导推杆2的活塞端的中位位置，以消除因老化等原因导致的两个弹簧之间的弹性力差值变化对控制阀带来的不利影响。也就是说，在该行程比例控制阀使用一段时间后，当复位弹簧的性能发生变化时，在先导推杆2两侧的弹簧不一定能使先导推杆2的活塞端处于中间位置，这时可以通过操作调节螺杆23使得先导推杆2的活塞端处于中位。综上，通过多种优选实施方式具体展示了根据本发明的行程比例控制阀的基本结构及其变形形式。根据本发明的行程比例控制阀主要适用于液压阀阀杆、阀芯的行程控制，但并不限于此。该行程比例控制阀可以最大限度的实现执行器件成比例的按照比例控制信号进行输出，而且还可以实现以较小的操作力控制需要较大控制力才能操纵的装置并且最大程度上实现成比例的控制。在上述行程比例控制阀的基础上，本发明还提供了一种行程比例控制装置，该装置包括轴向相连的操纵阀和根据本发明上述的行程比例控制阀，该行程比例控制阀的动力杆5的外端抵靠于操纵阀的阀杆14的端部以推动该阀杆14沿轴向移动。即该行程比例控制装置构成为将行程比例控制阀连接到操纵阀上，以通过行程比例控制阀的动力杆5推动阀杆14完成控制行程，使得阀杆14可根据行程比例控制阀的控制力或控制信号进行成比例的移动。根据本发明的行程比例控制装置也具有多种结构组成，以下通过若干典型的结构形式对其加以详细描述。图7为根据本发明的一种优选实施方式的行程比例控制装置的结构示意图。其中，操纵阀的一端与行程比例控制阀相连，另一端设有第四复位弹簧15，该第四复位弹簧15弹性作用于阀杆14上以通过该阀杆14推动动力杆5的内端朝向动力油腔102的方向复位。此处的第四复位弹簧15的作用类同于第三复位弹簧7。而且，图7中没有设置第三复位弹簧7，但也可加设第三复位弹簧7以增强动力杆5的复位功能每以推动动力杆5可靠地向左移动。在图7中，第四复位弹簧15的作用类同于第三复位弹簧7，其设置方式亦类同，即设置为在进油口 P不通动力油时通过第四复位弹簧15的作用而使得密封段M处于右偏置密封位置，在该右偏置密封位置，密封段M密封输出油道504，输入油道501与中转油腔503连通。这样在初始状态，动力杆5在第四复位弹簧15的作用下偏置于左侧，以在进油口 P通入动力油使密封段M处于中位时的初始的控制状态时，第四复位弹簧15能够存储向左推动的弹性力，这样在后续控制行程中，当第二控制油口 X2进油时，第一控制油口 Xl回油，控制油推动先导推杆2向左运动时，第四复位弹簧15存储的向左推动的弹性力能推动动力杆5跟随先导推杆2向左移动。由图7可知，在第四复位弹簧15的作用下，阀杆14处于左位，但是先导推杆2会在第一复位弹簧3和第二复位弹簧12作用下处于中位，动力杆输入油道501与中转油腔503接通。因此，当整个液压系统启动时，进油口 P需要先通稳定油源，稳定油源的油液可以由进油口 P进入进油环腔103，再由输入油道501进入中转油腔503，油液再经过返通油道502进入到动力油腔102，这样油液就可以推动动力杆5向右移动，动力杆5同时推动阀杆14向右移动，并进一步压缩第四复位弹簧15，一直推动阀杆14运动直至密封段M处于居中密封位置时停止，这时操纵阀的供油油路再开启。当第一控制油口 Xl进油时，第二控制油口 X2回油，先导推杆2向右运动，动力杆5会随先导推杆2 —起成比例的向右运动,动力杆5同时推动阀杆14向右移动,先导推杆2向右运动到限位位置时，阀杆14也向右移动到极限位置，当第一控制油口 Xl进油油压降低时，先导推杆2在第一复位弹簧3和第二复位弹簧12的共同作用下向左运动，这时动力杆5中的输入油道501与中转油腔503截止，中转油腔503与泄油油腔505接通，即动力油腔102与泄油油腔505接通，动力杆5将可以在第四复位弹簧15的作用下向左移动。当第一控制油口 Xl的油压降至零时，先导推杆2将位于中位，处于受力平衡状态，这时动力杆5和阀杆14也将回到受力平衡的中位。当进油口 P撤除动力油时，则动力杆5和阀杆14可进一步向左移动至初始位置，即密封段M处于右偏置密封位置，回归完全不受外力时的初始状态。当第二控制油口 X2进油时，第一控制油口 Xl回油，先导推杆2向左运动，阀杆14及动力杆5将可以在第四复位弹簧15作用下随先导推杆2 —起成比例的向左运动，先导推杆2向左运动到限位位置时，阀杆14也向左移动到极限位置，当第二控制油口 X2进油油压降低时，先导推杆2在第二复位弹簧12的作用下(与第一复位弹簧3共同作用下)向右运动，动力杆输入油道501与中转油腔503接通，稳定油源的油液可以由进油口 P进入进油环腔103，再由输入油道501进入中转油腔503，油液再经过返通油道502进入到动力油腔102，这样油液就可以推动动力杆5向右移动。当第二控制油口 X2的进油油压降低至零时，先导推杆2将处于受力平衡的中位，这时阀杆14也将回到受力平衡的中位。由上述的行程比例控制装置的控制行程可见，由一个双行程比例控制阀可以控制一个三位的比例操纵阀，但如图7所示的行程比例控制装置中，进油口 P需要提前接通稳定油源，以确保操纵阀的阀杆14处于中位。另外，图7所示的行程比例控制装置中，其中的行程比例控制阀还可以是如图2所示的单控制油口阀。图8为根据本发明的另一种优选实施方式的行程比例控制装置的结构示意图。其中，操纵阀的轴向两端分别连接有行程比例控制阀，两个行程比例控制阀的动力杆5分别抵靠于操纵阀的阀杆14的两端。换言之，相对于图7的阀而言，图8中在操纵阀的两端均连接了行程比例控制阀。两端连接的行程比例控制阀优选为如图8所示的双控制油口阀。在操纵阀的两端均连接了行程比例控制阀时，图2或图6所示的阀中的第三复位弹簧7也可设置或不安装。在不安装第三复位弹簧7时，由于阀杆14均与两端的动力杆5相抵触，因而理论上，操纵阀的一端相连的行程比例控制阀中的复位元件对于另一端相连的行程比例控制阀而言可起到类似于第三复位弹簧7对动力杆5的复位作用，因而可不增设对动力杆5的复位元件。以下以图8所示的行程比例控制装置为例阐述其控制行程。在图8中，两个行程比例控制阀的阀体10上均设有分别连通至先导腔101内的先导推杆2的活塞端两侧的第一控制油口 Xl和第二控制油口 X2。两个行程比例控制阀中，其中一个行程比例控制阀的第一控制油口 Xl和第二控制油口 X2分别与另一个行程比例控制阀的第二控制油口 X2和第一控制油口 Xl错位相连。其中，将两个双行程比例控制阀装到三位比例操纵阀的两端，操纵阀的阀杆14的初始状态可处于使密封段M处于居中密封位置的中位。当操纵阀左侧的行程比例控制阀的第一控制油口 Xl进控制油时，与该第一控制油口 Xl连通的右侧的行程比例控制阀的第二控制油口 X2也同时进油，这时左侧的行程比例控制阀的第二控制油口 X2回油，右侧的行程比例控制阀中与之连通的第一控制油口 Xl也回油，左侧先导推杆16向右移动，右侧先导推杆18也相应地向右移动。与此同时，左侧动力杆17随着左侧先导推杆16 —起向右移动，左侧动力杆17推动阀杆14 一起向右移动，阀杆14可以推动右侧动力杆18 —起向右移动，当左侧先导推杆16向右移动到限位位置后，阀杆14也处于右位极限位置。当左侧的第一控制油口 Xl控制油油压降低时，右侧的行程比例控制阀的第二控制油口 X2的油压同时降低，左侧先导推杆16向左移动，右侧先导推杆18也向左移动。与此同时，左侧动力杆17在第五复位弹簧20的作用下随着阀杆14和左侧先导推杆16 —起向左移动，右侧动力杆18随着右侧先导推杆19 一起向左移动，阀杆14也在第五复位弹簧20的作用下一起向左移动。当第一控制油口 Xl的控制油油压降为零时，左侧先导推杆16和右侧先导推杆19回到中位，阀杆14在第五复位弹簧20的作用下也回到中位。当左侧的第二控制油口 X2进控制油时，其控制过程与第一控制油口 Xl进控制油的工作过程相似，在此不再赘述。从图8可见，其中的装置中没有设置第三复位弹簧7，而是设置了用于对阀杆14进行复位的第五复位弹簧20，起到与第三复位弹簧7或第四复位弹簧15相同的作用。从上述控制过程的描述可见，图8中的阀的进油口 P不再需要提前接通稳定油源，而是可以在初始状态即可使得两个密封段M均处于居中密封位置。这样，其控制系统与常见的控制系统相统一。另外，图8所示的行程比例控制装置中，其中的行程比例控制阀还可以是如图2所示的单控制油口阀。综上，根据本发明的行程比例控制装置可以利用较小的控制力，从而成比例的控制需要较大力才能控制的执行器件。该装置在接受比例控制信号后可以十分精确地、成比例地驱动执行器件(如阀杆14)运动，并且在驱动执行器件运动过程中，即使被驱动的执行器件受到外界信号的干扰，执行器件的行程也会十分准确的达到预定位置。以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式
中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
权利要求
1.行程比例控制阀，其特征在于，该控制阀包括可轴向移动地设置在阀体(10)内的先导推杆(2)和动力杆(5)，所述阀体(10)上设有进油口(P)和第一泄油口(LI)，并且阀体(10)内设有用于顶推所述动力杆(5)的动力油腔(102)，所述动力杆(5)位于该动力油腔(102)中的内端上形成有容纳腔，该容纳腔中设有分别与所述进油口(P)、动力油腔(102)和第一泄油口(LI)相连的中转油腔(503)； 其中，所述先导推杆(2)的一端插入所述动力杆(5)的容纳腔内且插入杆段上形成有密封段(M)，该密封段(M)能够通过所述先导推杆(2)和动力杆(5)的相对移动而在所述中转油腔(503)中选择性地处于居中密封位置或偏置密封位置，在该居中密封位置，所述密封段(M)的两端同时密封所述中转油腔(503)与所述进油口(P)和第一泄油口(LI)之间的油路，在所述偏置密封位置，所述密封段(M)的一端密封所述进油口(P)和第一泄油口(LI)中的一者与所述中转油腔(503)之间的油路，另一者经由所述中转油腔(503)连通所述动力油腔(102)。
2.根据权利要求1所述的行程比例控制阀，其特征在于，所述动力杆(5)的容纳腔包括沿轴向依次连接的输入油道(501)、中转油腔(503)和输出油道(504)，所述进油口(P)与所述输入油道(501)连通，所述第一泄油口(LI)与所述输出油道(504)连通，所述中转油腔(503)通过返通油道(502)与所述动力油腔(102)连通； 其中，所述输入油道(501)、密封段(M)和输出油道(504)的横截面相同并且横截面积小于所述中转油腔(503)，所述先导推杆(2)的所述插入杆段在所述输入油道(501)的一端密封该输入油道(501)与所述动力油腔(102)，在另一端通过所述密封段(M)密封或连通所述输入油道(501)与中转油腔(503)，并且所述插入杆段在所述输入油道(501)的两端之间的部分的横截面面积小于该输入油道(501)。
3.根据权利要求2所述的行程比例控制阀，其特征在于，所述阀体(10)内形成有环绕所述动力杆(5)的外周部设置的进油环腔(103)和回油环腔(104)，所述输出油道(504)与第一泄油口(LI)之间设有泄油油腔(505)，所述进油环腔(103)分别与所述进油口(P)和输入油道(501)相连通，所述回油环腔(104)分别与所述第一泄油口(LI)和泄油油腔(505)相连通。
4.根据权利要求2所述的行程比例控制阀，其特征在于，所述密封段(M)处于所述居中密封位置时，该密封段(M)的两端分别插入式密封所述输入油道(501)和输出油道(504)并且密封长度分别为第一封段距离(S7)和第二封段距离(S8)，该第一封段距离(S7)和第二封段距离(S8)均不大于2mm。
5.根据权利要求4所述的行程比例控制阀，其特征在于，所述输入油道(501)和/或输出油道(504)上靠近所述中转油腔(503)的部分形成有与该中转油腔(503)间隔开的辅助中转油腔(503’)，该辅助中转油腔(503’)的横截面积大于所述输入油道(501)和输出油道(504)； 所述先导推杆(2)的所述插入杆段在对应于所述辅助中转油腔(503’)的位置上形成有与所述密封段(M)的横截面相同的辅助密封段(M’)，该辅助密封段(M’)形成为在所述密封段(M)处于所述居中密封位置时能够插入式密封相应的所述输入油道(501)或输出油道(504)。
6.根据权利要求5所述的行程比例控制阀，其特征在于，所述辅助密封段(M’)和相应的辅助中转油腔(503’)均为多个，当所述密封段(M)处于所述居中密封位置时，所述密封段(M)和辅助密封段(M’)分别插入式密封所述输入油道(501)的密封长度均为所述第一封段距离(S7)，和/或所述密封段(M)和辅助密封段(M’)分别插入式密封所述输出油道(504)的密封长度均为所述第二封段距离(S8)。
7.根据权利要求1所述的行程比例控制阀，其特征在于，所述先导推杆(2)的一端为所述插入杆段，另一端为活塞端，所述阀体(10)内形成有先导腔(101)，该先导腔(101)与所述动力油腔(102)通过间隔壁(J)隔开，所述插入杆段穿过所述间隔壁(J)和动力油腔(102)插入所述动力杆(5)的容纳腔内，所述活塞端与所述先导腔(101)的横截面相同并且能够在该先导腔(101)中移动。
8.根据权利要求7所述的行程比例控制阀，其特征在于，所述先导腔(101)内设有第一复位弹簧(3 )，该第一复位弹簧(3 )套设在所述先导推杆(2 )上并且两端偏压在所述活塞端与间隔壁(J)上。
9.根据权利要求8所述的行程比例控制阀，其特征在于，该控制阀包括用于顶推所述先导推杆(2)的手控操作机构(21)，该手控操作机构(21)包括手柄端和推杆端，该推杆端插入所述先导腔(101)内且抵靠于所述先导推杆(2)的活塞端上。
10.根据权利要求8所述的行程比例控制阀，其特征在于，该控制阀包括比例电磁阀(22)，该比例电磁阀(22)连接并控制所述先导推杆(2)的移动。
11.根据权利要求8所述的行程比例控制阀，其特征在于，所述阀体(10)上设有控制油口(X)，该控制油口(X)连通所述先导腔(101)以通过液压油推动所述先导推杆(2)移动。
12.根据权利要求11所述的行程比例控制阀，其特征在于，所述阀体(10)上设有连通至所述先导腔(101)内的第二泄油口(L2)，该第二泄油口(L2)和控制油口(X)分别连通至所述先导腔(101)内的所述活塞端两侧的腔室。
13.根据权利要求11所述的行程比例控制阀，其特征在于，所述控制油口(X)包括第一控制油口(Xl)和第二控制油口(X2)，该第一控制油口(Xl)和第二控制油口(X2)分别连通至所述先导腔(101)内的所述先导推杆(2)的所述活塞端两侧。
14.根据权利要求13所述的行程比例控制阀，其特征在于，所述先导腔(101)内还设有第二复位弹簧(12)，在所述先导腔(101)内，所述第一复位弹簧(3)和第二复位弹簧(12)分别设置在所述先导推杆(2)的所述活塞端两侧。
15.根据权利要求14所述的行程比例控制阀，其特征在于，所述阀体(10)上设有调节螺杆(23)，该调节螺杆(23)插入所述先导腔(101)内并顶触于所述先导推杆(2)的所述活塞立而上。
16.根据权利要求1-15中任意一项所述的行程比例控制阀，其特征在于，该控制阀包括弹簧腔(105)，该弹簧腔(105)内设有第三复位弹簧(7)，该第三复位弹簧(7)套设在所述动力杆(5)上以推动该动力杆(5)的内端朝向所述动力油腔(102)的方向复位。
17.根据权利要求16所述的行程比例控制阀，其特征在于，所述第三复位弹簧(7)设置为在所述进油口(P)不通动力油时通过所述第三复位弹簧(7)对所述动力杆(5)的作用而使得所述密封段(M)处于所述偏置密封位置，在该偏置密封位置，所述密封段(M)密封所述输出油道(504)，所述输入油道(501)与所述中转油腔(503)连通。
18.行程比例控制装置，其特征在于，该装置包括轴向相连的操纵阀和根据上述权利要求1-17中任意一项所述的行程比例控制阀，该行程比例控制阀的所述动力杆(5)的外端抵靠于所述操纵阀的阀杆(14)的端部以推动该阀杆(14)沿轴向移动。
19.根据权利要求18所述的行程比例控制装置，其特征在于，所述操纵阀的一端与所述行程比例控制阀相连，另一端设有第四复位弹簧(15)，该第四复位弹簧(15)弹性作用于所述阀杆(14)上以通过该阀杆(14)推动所述动力杆(5)的内端朝向所述动力油腔(102)的方向复位。
20.根据权利要求18所述的行程比例控制装置，其特征在于，所述操纵阀的轴向两端分别连接有所述行程比例控制阀，两个所述行程比例控制阀的所述动力杆(5)分别抵靠于所述操纵阀的阀杆(14)的两端。
21.根据权利要求20所述的行程比例控制装置，其特征在于，两个所述行程比例控制阀的阀体(10)上均设有分别连通至所述先导腔(101)内的所述先导推杆(2)的活塞端两侧的第一控制油口(Xl)和第二控制油口(X2)，所述两个行程比例控制阀中，其中一个行程比例控制阀的所述第一控制油口(Xl)和第二控制油口(X2)分别与另一个所述行程比例控制阀的所述第二控制油口(X2)和第一控制油口(Xl)错位相连。
全文摘要
本发明公开了一种行程比例控制阀和行程比例控制装置，该控制阀包括进油口(P)、第一泄油口(L1)和可轴向移动地设置在阀体(10)内的先导推杆(2)和动力杆(5)，先导推杆上具有密封段(M)并插入动力杆(5)的容纳腔中，该密封段(M)能够通过先导推杆(2)和动力杆(5)的相对移动而在容纳腔的中转油腔(503)中选择性地处于居中密封位置或偏置密封位置，使得动力杆(5)能够跟随先导推杆(2)的移动行程。行程比例控制装置中的操纵阀与行程比例控制阀相连，动力杆(5)的外端抵靠于操纵阀的阀杆(14)的端部以推动该阀杆沿轴向移动。从而使得阀杆(14)获得与作用到先导推杆(2)上的控制信号成比例的相应行程。
文档编号F15B13/02GK103047209SQ20121059006
公开日2013年4月17日 申请日期2012年12月31日 优先权日2012年12月31日
发明者江文渊, 何丽妍, 居梦雄, 廖启辉 申请人:常德中联重科液压有限公司