一种变量泵控制阀的制作方法

1.本实用新型涉及变量泵控制阀技术领域，特别是涉及一种变量泵控制阀。


背景技术：

2.变量泵可以通过排量调节来适应机械在作业时的复杂工况要求，因而在液压系统中得到广泛的应用。请参阅图1，图1为现有技术中的一种变量泵液压系统原理图。现有的变量泵控制装置，包括变量泵1e、油箱2e、变量缸3e、压力阀4e、阻尼孔5e和电磁阀6e。
3.在机械设备停机时，变量泵1e可保持低压小排量待机状态(低压是指可以保证变量泵内部产生润滑油膜的较低压力，小排量是指变量泵维持所述低压的最小排量，其值的实际大小取决于变量泵转速和所述低压下各相关液压元件的泄漏量)，从而达到节能的效果，延长泵的使用寿命。
4.为了便于说明，此处将压力阀4e弹簧弹力与压力阀4e阀芯截面积的比值，命名为压力阀4e弹簧产生的压强，设为pa。具体工作过程如下：
5.在需要变量泵1e由工作状态进入待机状态时，使得电磁阀6e得电，电磁阀6e右工位工作，压力阀4e右腔通过电磁阀6e的右工位和油箱2e连通，压力阀4e右腔液体压强约为零。此时，压力阀4e的右腔只有其调压弹簧设定的压强pa，而变量泵1e出口液体压强大于pa(由变量泵供能的机械设备，一般是机械设备先于变量泵进入待机状态。在两者先后进入待机状态之间的时间段里，机械设备不耗能，变量泵仍以最大排量供能，变量泵出口液体压强的大小取决于机械设备中的蓄能器或安全溢流阀，会远大于pa)，压力阀4e左腔和变量泵1e出口连通，液体压强相等。因此压力阀4e左腔压强大于右腔压强，阀芯右移，左工位工作。此时变量缸3e的无杆腔通过压力阀4e的左工位和变量泵1e出口连通，变量缸3e的有杆腔一直和变量泵1e出口连通，两边液体压强相等，但是变量缸3e无杆腔面积大于有杆腔面积，变量缸3e有杆腔复位弹簧力相对较小，可以忽略，所以变量缸3e无杆腔压力大于有杆腔，变量缸3e中的活塞向左移动，推动变量泵1e的摇摆，使变量泵1e的排量减小，变量泵1e出口处液体压强随后减小。当变量泵1e的出口液体压强减小到pa时，压力阀4e的左腔液体压强也减小到pa，此时压力阀4e左腔和右腔压强相等，其阀芯回到中位状态，变量缸3e的无杆腔液体不增不减，变量缸3e的活塞停止移动，变量泵1e不再变量。随之变量泵1e开始以小排量保持pa的压强，保持待机状态。
6.当需要变量泵1e进入工作状态时，使电磁阀6e断电，电磁阀6e左工位工作，压力阀4e右腔不再与油箱2e连通，而是通过阻尼孔5e与变量泵1e出口连通，压力阀4e右腔液体压强和左腔液体压强相等。但压力阀4e右腔还有弹簧产生的压强pa，所以压力阀4e右腔的总压强大于左腔，压力阀4e阀芯左移，变量缸3e无杆腔通过压力阀4e的右工位和油箱2e连通，变量缸3e无杆腔的液体压强变为零，变量缸3e的活塞在其有杆腔液压力和复位弹簧的作用下右移，变量泵1e排量增大，开始向机械设备供能。当需要变量泵1e再次进入待机状态时，再使得电磁阀6e得电即可，如此反复，即可达到反复切换变量泵1e待机状态和工作状态。
7.此控制方法存在一个问题：电磁阀得电和断电的切换过程，都是瞬间完成的，所以
变量泵切换待机状态和工作状态也是瞬间完成的，这就使得变量泵在此控制中变量速度极快，过快的变量速度会影响变量泵的使用寿命，所以此待机控制方法不宜使用在频繁待机的机械设备中。


技术实现要素：

8.基于此，本实用新型的目的在于，提供一种变量泵控制阀，可以实现控制变量泵的变量速度、变量方向及排量大小，也可以实现控制变量泵保持低压小排量待机状态，适用于频繁待机的机械设备，解决因频繁待机影响变量泵寿命的问题。
9.一种变量泵控制阀，包括主阀体、电磁铁、副阀体、阀芯、铁芯、主弹簧、副弹簧、活塞和调节机构；所述主阀体沿轴向设有阀芯安装腔，及沿径向设有分别与所述阀芯安装腔连通的进油口、控制油口和回油口；所述主阀体的一侧端面与电磁铁密封连接，并在接触面开设有与阀芯安装腔连通的第一腔体，所述第一腔体通过液路与进油口连通；所述主阀体的另一侧端面与所述副阀体密封连接；所述阀芯穿设在所述阀芯安装腔中，并能在所述阀芯安装腔移动，实现进油口与控制油口的连通，或控制油口和回油口的连通；当阀芯处于中间位置时，为所述两种连通状态的过渡阶段，此时控制油口内液体不增不减；所述电磁铁由接触面向内部轴向延伸开设铁芯安装腔，并在铁芯安装腔末端开设第二腔体，所述第二腔体通过液路与第一腔体连通；所述铁芯滑动穿设在所述铁芯安装腔中，且其一端在第一腔体内与阀芯固连；所述副阀体内设有与阀芯安装腔连通的第三腔体，所述第三腔体通过液路与回油口连通，所述副阀体内还开设有第四腔体，所述第四腔体通过液路与进油口连通；所述主弹簧安装在所述第三腔体中，其一端与阀芯抵触；所述副弹簧安装在所述第二腔体中，其一端与铁芯抵触；所述活塞滑动穿设在副阀体中，其一端与所述主弹簧抵触，其另一端置于第四腔体中；所述调节机构一端穿过电磁铁与副弹簧抵触，另一端外露于电磁铁，所述调节机构能实现副弹簧弹力的调节。
10.相对于现有技术，本实用新型所述的变量泵控制阀，可以实现控制变量泵变量速度、变量方向及排量大小，适用于频繁待机的机械设备，解决因频繁快速变量影响变量泵寿命的问题。同时本实用新型通过控制变量泵控制阀的电磁铁的电流变化速度及大小，来控制变量泵控制阀阀芯移动速度、移动方向及位置，实现控制变量油缸活塞的移动速度、移动方向及位置，进一步地实现控制变量泵的变量速度、变量方向及排量大小，达到可控制变量泵保持低压小排量待机状态的效果。并且，在变量泵控制阀上设置调节功能，可对副弹簧弹力进行调节。
11.进一步地，所述调节机构为调压杆。
12.进一步地，所述阀芯和活塞的截面积相等，所述相等为阀芯和活塞的截面积之差在阀芯截面积的正负10％以内。
13.进一步地，还包括主弹簧导向垫和副弹簧导向垫；所述主弹簧导向垫安装在阀芯与主弹簧之间并套设在主弹簧内，其一侧与阀芯抵触，另一侧与主弹簧抵触；所述副弹簧导向垫安装在主弹簧与活塞之间并套设在主弹簧内，其一侧与主弹簧抵触，另一侧与活塞抵触。
14.进一步地，所述阀芯安装腔、铁芯安装腔、第一腔体、第二腔体、第三腔体和第四腔体的中轴线在同一条轴线上。
15.进一步地，定义：
16.主弹簧的弹力与阀芯的截面积比值为主弹簧产生的压强，设为p1；
17.副弹簧的弹力与阀芯的截面积的比值为副弹簧产生的压强，设为p2；
18.铁芯的推力与阀芯的截面积的比值为电磁铁产生的压强，设为p3；
19.进油口的液体压强设为p4；
20.当阀芯处于中间位置、活塞紧贴副阀体时，主弹簧的弹力与阀芯的截面积比值命名为主弹簧产生的初始压强，设为pa，pa是个较低压强，则此时p1＝pa；副弹簧的弹力与阀芯的截面积的比值命名为副弹簧产生的初始压强，设为pb，所述pb通过调节机构进行大小调节，则此时p2＝pb；
21.在p3<pb的情况下，当p4>pa+p3
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pb时，所述控制油口和进油口连通；当p4<pa+p3
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pb时，所述控制油口和回油口连通；当p4＝pa+p3
‑
pb时，所述阀芯处于中间位置；
22.在p3>pb的情况下，所述控制油口和回油口连通。
23.为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本实用新型。
附图说明
24.图1为现有技术中的变量泵液压系统原理图；
25.图2为通过调压杆调节的变量泵控制阀的剖视图；
26.图中标号说明：1、主阀体；2、电磁铁；3、副阀体；4、阀芯；5、铁芯；6、主弹簧；7、副弹簧；8、活塞；9、端盖；10、主弹簧导向垫；11、副弹簧导向垫；12、密封塞；13、调压杆；14、导向盖；15、固定螺母；20、阀芯安装腔；21、进油口；22、控制油口；23、回油口；24、第一腔体；25、第二腔体；26、第三腔体；27、第四腔体。
具体实施方式
27.为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施例的技术方案作进一步的详细描述。
28.请参阅图2，其为通过调压杆调节的变量泵控制阀的剖视图。
29.该变量泵控制阀包括主阀体1、电磁铁2、副阀体3、阀芯4、铁芯5、主弹簧6、副弹簧7、活塞8、端盖9和调节机构；所述主阀体1沿轴向设有阀芯安装腔20，及沿径向设有分别与所述阀芯安装腔20连通的进油口21、控制油口22和回油口23；所述主阀体1的一侧端面与电磁铁2密封连接，并在接触面开设有与阀芯安装腔20连通的第一腔体24，所述第一腔体24通过液路与进油口21连通；所述主阀体1的另一侧端面与所述副阀体3密封连接；所述阀芯4穿设在所述阀芯安装腔20中，并能在所述阀芯安装腔20移动，实现进油口21与控制油口22的连通、或控制油口22和回油口23的连通；当阀芯4处于中间位置时，为所述两种连通状态的过渡阶段，此时控制油口22内液体不增不减；所述电磁铁2由接触面向内部轴向延伸开设铁芯安装腔，并在铁芯安装腔末端开设第二腔体25，所述第二腔体25通过液路与第一腔体24连通；所述铁芯5滑动穿设在所述铁芯安装腔中，且其一端在第一腔体24内与阀芯4固连；所述端盖9安装在副阀体3尾部；所述副阀体3内设有与阀芯安装腔20连通的第三腔体26，所述第三腔体26通过液路与回油口23连通，所述副阀体3与端盖9之间形成第四腔体27，所述第四腔体27通过液路与进油口21连通；所述主弹簧6安装在所述第三腔体26中，其一端与阀芯
4抵触；所述副弹簧7安装在所述第二腔体25中，其一端与所述铁芯5抵触；所述活塞8滑动穿设在副阀体3中，其一端与所述主弹簧6抵触，其另一端置于第四腔体27中。所述调节机构一端穿过所述电磁铁2与副弹簧7抵触，另一端外露于电磁铁2。
30.在本实施例中，所述调节机构具体为调压杆13，所述变量泵控制阀还包括导向盖14和固定螺母15。所述导向盖14沿轴线方向开设通孔，并穿过电磁铁2使通孔与第二腔体25连通。所述导向盖14通过螺纹与电磁铁2连接。所述调压杆13一端穿过所述导向盖14的通孔，在第二腔体25中与副弹簧7抵触；另一端外露于电磁铁2，外露的杆体上设有外螺纹。所述固定螺母15与所述调压杆13的外螺纹配合，并与导向盖14固连。优选地，调压杆13露出的端面上设有内六角孔，以便对杆体位置进行调节。
31.作为优选的，所述阀芯4和活塞8的截面积相等，所述相等是变量泵控制阀的最佳状态，非绝对意义上的相等。工业产品尺寸存在加工误差，因此视阀芯4和活塞8的截面积之差在阀芯4截面积的正负10％以内为所述相等。所述铁芯5在伸入第二腔体25的一端设有防脱凸台，以防止铁芯5脱离第二腔体25；所述阀芯4与铁芯5的固连部设有防脱凸台。进一步的，阀芯安装腔20、铁芯安装腔、第一腔体24、第二腔体25、第三腔体26和第四腔体27的中轴线在同一条轴线上。
32.具体的，该变量泵控制阀还包括主弹簧导向垫10和副弹簧导向垫11；所述主弹簧导向垫10安装在阀芯4与主弹簧6之间并套设在主弹簧6内，其一侧与阀芯4抵触，另一侧与主弹簧6抵触；其上设有限位槽对主弹簧6进行限位；所述副弹簧导向垫11安装在主弹簧6与活塞8之间并套设在主弹簧6内，其一侧与主弹簧6抵触，另一侧与活塞8抵触，所述副弹簧导向垫11可在第三腔体26内移动。进一步的，还包括密封塞12，所述副阀体3开设与第四腔体27连通的油孔，所述油孔中塞有密封塞12。作为优选的，所述主弹簧导向垫10在与阀芯4的接触面上设有凸台，所述阀芯4上设有与该凸台对应的凹槽进行定位；所述副弹簧导向垫11在与活塞8的接触面上设有凸台，所述活塞8上设有与该凸台对应的凹槽进行定位。
33.使用时，进油口与变量泵的出油口连通；控制油口与变量缸的无杆腔连通；回油口与油箱连通，油箱近零压，因此在本案中视回油口的压强为零；控制油口可控制变量泵的排量。为便于工作原理的描述，在本案中定义：
34.主弹簧的弹力与阀芯的截面积比值命名为主弹簧产生的压强，设为p1；
35.副弹簧的弹力与阀芯的截面积的比值命名为副弹簧产生的压强，设为p2；
36.铁芯的拉力与阀芯的截面积的比值命名为电磁铁产生的压强，设为p3；
37.进油口的液体压强设为p4。
38.特别的，当阀芯处于中间位置，活塞紧贴副阀体时，主弹簧的弹力与阀芯的截面积比值命名为主弹簧产生的初始压强，设为pa(pa是个较低压强)，则此时p1＝pa；副弹簧的弹力与阀芯的截面积的比值命名为副弹簧产生的初始压强，设为pb，所述pb通过调节机构进行大小调节，则此时p2＝pb。
39.则阀芯左端压强之和为p4+p2
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p3,阀芯右端压强之和为p1；因阀芯和小活塞截面积相等，所以活塞左端压强是p1，右端压强是p4。所以阀芯和活塞移动的方向、移动的速度及所处的位置都取决于p1、p2、p3和p4的变化。
40.实际应用中，由变量泵供能的机械设备，在工作状态时，变量泵是高压大流量供油。进入待机状态时，一般是机械设备先进入待机状态，变量泵后进入待机状态，在两者先
后进入待机状态之间的时间段里，机械设备不耗能，变量泵最大排量供能，变量泵出口液体压强一般取决于机械设备中的蓄能器或安全溢流阀，是个较大值。即变量泵处于工作状态并将要进入待机状态时，p4还是远大于pa。
41.具体工作过程如下：
42.当需要变量泵进入待机状态时，由于机械设备比变量泵先进入待机状态，在两者先后进入待机状态之间的时间段里，机械设备不耗能，变量泵仍以最大排量供能，变量泵出口液体压强一般取决于机械设备中的蓄能器或安全溢流阀，是个较大值，即p4远大于pa。在p4>pa时，p4作用在阀芯左端和活塞右端，使它们以相等的压强挤压主弹簧，此时主弹簧产生的压强p1＝p4，阀芯右端压强p1与左端压强p4相等，因此阀芯的位置由p2和p3决定。此时状态下，被控制的变量泵控制阀电磁铁的铁芯产生的压强p3设定为较大值，即p3>pb。因为阀芯处于中间位置时p2＝pb，所以阀芯位置处于左端，即变量泵控制阀控制油口和回油口是连通的。此时逐渐减小电磁铁的电流，铁芯产生的压强p3也随之逐渐减小，当p3减小到一定值后，p2推动阀芯向右移动。电流继续减小直到进油口和控制油口有一定连通，即p3略小于pb时电流停止减小并维持当前值。变量泵出油口通过变量泵控制阀的进油口和控制油口和变量缸的无杆腔连通，变量缸的有杆腔一直和变量泵出油口连通。但是变量缸无杆腔面积大于有杆腔面积，变量缸有杆腔复位弹簧力相对较小，可以忽略，因此变量缸无杆腔压力大于有杆腔，变量缸活塞向左移动，推动变量泵的摇摆使其排量减小。当排量减小到一定值后变量泵出油口液体压强p4随后减小，阀芯和活塞挤压变量泵控制阀主弹簧的力也同时减小，主弹簧向右伸展，使活塞右移直到紧贴副阀体，而阀芯位置不变。此时p4继续减小，主弹簧继续伸展，推动阀芯向左移动，直到阀芯处于中间位置，变量缸无杆腔液体不增不减，变量缸中的活塞停止移动，变量泵排量随之保持不变，p4停止减小，阀芯停止移动，进入了低压小排量的待机状态。此时p4的理论值等于pa+pb
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p3，但因为p3仅略小于pb，所以可认为p4约等于pa，变量泵进入低压强小排量的待机状态时的出油口压强保持在pa。
43.当需要变量泵进入工作状态时，逐渐增大电磁铁的电流，电磁铁对铁芯产生的压强p3逐渐增大，开始克服p2，拉动阀芯向左移动。当p3略大于pb时，油箱通过变量泵控制阀的回油口和控制油口与变量缸无杆腔连通，因为油箱近零压，变量缸的无杆腔液体开始流入油箱，变量缸的活塞在其有杆腔液体压力和弹簧的作用下右移，推动变量泵的摇摆使其排量增大。同时，伴随着变量泵出油口液体压强p4升高，活塞向左移动，使得主弹簧压缩，从而保持p1和p4相等，阀芯位置不受p1和p4影响。所以变量泵的排量最后会增加到最大状态，向机械设备供能，至此变量泵进入工作状态。当需要变量泵再进入待机状态时，再控制电磁铁的电流逐渐减小即可，如此反复，即可达到反复切换变量泵的待机状态和工作状态。当需要调节副弹簧弹力时，扭转调压杆，使调压杆被调进或调出，直至其处于合适的位置。
44.在整个循环过程中，因为变量泵控制阀的电磁铁的电流可以用plc和比例放大器无极调节大小及变化速度，那么变量泵控制阀的电磁铁产生的压强p3就可以随意调节大小及变化速度，所以在实现了反复切换变量泵待机状态和工作状态的同时，还实现了可控制变量泵的变量方向以及变量速度，解决了因快速变量影响变量泵寿命的问题，适用于频繁待机的变量泵。
45.本实用新型适用于频繁待机的机械设备，解决了因频繁待机导致变量泵寿命减短的问题。同时，可对副弹簧弹力进行调节，即pb值可调，缓解了因弹簧弹力衰弱导致pb值降
低的问题。
46.本实用新型中所述副弹簧的位置不仅限于图2中所处的位置，只要副弹簧的弹力和铁芯的推力方向相反，且它们的合力直接或间接作用在阀芯上，就可以实现本实用新型功能，此类改变副弹簧位置来实现本实用新型功能的，都属于本实用新型保护范围内。
47.以上所述实施例仅表达了本实用新型的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，则本实用新型也意图包含这些改动和变形。