定差溢流阀、负载敏感多路阀、液压系统及工程机械的制作方法

1.本发明涉及液压阀结构，具体地，涉及一种定差溢流阀。此外，还涉及一种负载敏感多路阀、液压系统及工程机械。


背景技术：

2.随着工程机械的进步和发展，对于液压控制技术提出了越来越高的要求。这些要求不仅体现在需要具有优良的传动性能、操控性能和维修简便方面，还体现在需要较好地满足节能、调速以及复合动作操纵等方面。因此，现有的工程机械液压系统采用了负载敏感系统技术，以负载敏感多路阀为代表的负载敏感系统可以实现系统流量、压力及功率的匹配控制，使得系统具有良好的节能特性。在负载敏感多路阀中，定差溢流阀(又称三通流量阀)根据负载端的压力反馈动态调节系统压力实现负载敏感功能以及流量分配。
3.如图1所示，采用弹簧1a预压设定定差溢流阀的压差值，主阀中位泄荷时，定差溢流阀的主阀芯2a需要压缩弹簧1a以开启泄油通道，使得定量泵供给的流量全部以弹簧1a设定的压力泄荷，无法实现中位0压力泄荷，节能效果不佳。
4.而且，参照图2，由于弹簧力f的大小随弹簧压缩行程s线性比例增大，相应压差值也会随主阀芯2a开启的行程(即弹簧压缩行程s)的增大而增大。因此，参照图3，在主阀的工作口输出小流量时，定量泵输出流量的大部分需要从定差溢流阀排出，此时定差溢流阀的主阀芯2a开启行程(弹簧压缩行程s)较大，造成定差溢流阀的设定的压差值增大，从而加大了主阀工作口输出量q；同理地，在主阀的工作口输出大流量时，定量泵输出流量的小部分需要从定差溢流阀排出，此时主阀芯2a开启行程(弹簧压缩行程s)较小，定差溢流阀的设定的压差值减小，从而减小了主阀工作口输出量q。也就是说，采用弹簧1a预压设定定差溢流阀的压差值，由于弹簧力f不能设定为与弹簧压缩行程s无关的恒定值，使得主阀的输出流量受阀杆开度(行程)及弹簧扰动的压差影响，无法实现高精度的输出功能。
5.有鉴于此，需要设计一种新的定差溢流阀，以克服或缓解上述技术问题。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题是提供一种定差溢流阀，该定差溢流阀能够实现主阀中位0压力泄荷，具有很好的节能效果，而且，能够设定恒定的压差值，保证主阀高精度的输出功能。
7.本发明进一步所要解决的技术问题是提供一种负载敏感多路阀，该负载敏感多路阀能够实现主阀中位0压力泄荷，具有很好的节能效果，具有高精度的输出功能。
8.本发明进一步所要解决的技术问题是提供一种液压系统，该液压系统具有很好的节能效果以及高精度的输出功能。
9.此外，本发明所要解决的技术问题是提供一种工程机械，该工程机械具有很好的节能效果以及高精度的输出功能。
10.为了解决上述技术问题，本发明第一方面提供一种定差溢流阀，包括阀体和设置
于所述阀体内的阀芯，所述阀体包括进油口、回油口和反馈油口，所述阀芯与所述阀体的内壁之间设有与所述进油口连通的第一控制腔、液控腔以及与所述反馈油口连通的第二控制腔，以能够控制所述阀芯在所述第一控制腔的压力、所述液控腔的压力以及所述第二控制腔的压力之间相互作用下的移动，所述液控腔连接有压力控制阀组，以能够限定所述定差溢流阀的压差值。
11.优选地，所述压力控制阀组包括第一压力控制阀和第二压力控制阀，所述液控腔连接于所述第一压力控制阀和第二压力控制阀之间的油路上。
12.具体地，所述第一压力控制阀为减压阀，所述第二压力控制阀为溢流阀。
13.具体优选地，还包括安装所述阀体上的阀盖和密封套装在所述阀芯上的隔板，所述隔板的外周面与所述阀体的内壁密封连接，所述液控腔与所述第二控制腔位于所述隔板的两侧，所述隔板、所述阀体内壁与所述阀盖围成所述第二控制腔，所述阀芯上设置有与所述阀体内壁密封连接的台阶结构，所述第一控制腔与所述液控腔位于所述台阶结构的两侧，所述阀芯能够在所述第一控制腔的压力、所述液控腔的压力以及所述第二控制腔的压力之间相互作用下相对所述隔板移动。
14.进一步地，还包括安装在所述阀体内的隔套，所述隔套位于所述隔板与所述阀盖之间，以能够使所述隔板与所述阀体内壁抵接，所述隔板、所述隔套与所述阀盖围成所述第二控制腔。
15.可选地，所述隔板的外周面上设有密封槽，所述密封槽内安装有密封圈。
16.可选地，还包括回油腔，所述阀芯的密封端为锥体，所述第一控制腔通过所述阀芯的密封端与所述回油腔连接，以能够选择性地使所述进油口与所述回油口导通或截止。
17.可选地，所述阀芯的密封端的受力面积、所述台阶结构的侧面的受力面积以及所述阀芯的负载端的受力面积均相等。
18.本发明第二方面提供一种负载敏感多路阀，包括主阀和上述技术方案中任一项所述的定差溢流阀，所述定差溢流阀的反馈油口与所述主阀的负载反馈口连接。
19.可选地，所述主阀与所述定差溢流阀集成为一体结构。
20.本发明第三方面提供一种液压系统，包括上述技术方案所述的负载敏感多路阀。
21.本发明第四方面提供一种工程机械，包括上述技术方案所述的液压系统。
22.通过上述技术方案，本发明的有益效果如下：
23.本发明不使用弹簧作为定差溢流阀的压差值的设定零部件，使液控腔连接压力控制阀，能够实现定差溢流阀的压差值精确恒定且可调，从而避免了现有技术存在的弹簧力受行程影响而造成对定差溢流阀的压差值非线性干扰，应用于负载敏感多路阀中，流量分配更加精确，实现主阀的高精度的输出功能。
24.本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
25.构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
26.图1是现有技术的三通流量阀的结构示意图；
27.图2是现有技术的三通流量阀中的弹簧力与弹簧压缩行程之间的特性关系图；
28.图3是现有技术的三通流量阀中的主阀工作口输出流量与阀芯开启行程之间的特性关系图；
29.图4是本发明具体实施方式的定差溢流阀的结构示意图；
30.图5是本发明具体实施方式中定差溢流阀应用于负载敏感系统的液压原理图。
31.附图标记说明
32.1阀体
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p进油口
33.t回油口
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ls反馈油口
34.2阀芯
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21台阶结构
35.22密封端
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23负载端
36.a1密封端的受力面积
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a2台阶结构的侧面的受力面积
37.a3负载端的受力面积
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31第一控制腔
38.32液控腔
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33第二控制腔
39.34回油腔
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41第一压力控制阀
40.42第二压力控制阀
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5阀盖
41.6隔板
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61密封圈
42.7隔套
具体实施方式
43.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。
44.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量，因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括一个或更多个所述特征。
45.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，术语“安装”、“设置”、“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，或者是一体连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
46.首先需要说明，本发明的定差溢流阀属于液压领域，对于该领域的技术人员而言，其实质性技术构思在于液压连接关系。相关液压元件，例如减压阀、溢流阀、液压泵等均属于本领域技术人员熟知的，同时也是现有液压系统中的常用部件，因此下文对这些液压元件仅简略描述。本领域技术人员在知悉本发明的技术构思之后，也可以将油路或阀门等进行简单的置换，从而实现本发明的定差溢流阀的功能，这同样属于本发明的保护范围。
47.如图4所示，本发明基本实施方式的定差溢流阀，包括阀体1和设置于所述阀体1内的阀芯2，所述阀体1包括进油口p、回油口t和反馈油口ls，所述阀芯2与所述阀体1的内壁之间设有与所述进油口p连通的第一控制腔31、液控腔32以及与所述反馈油口ls连通的第二控制腔33，以能够控制所述阀芯2在所述第一控制腔31的压力、所述液控腔32的压力以及所述第二控制腔33的压力之间相互作用下的移动，所述液控腔32连接有压力控制阀组，以能够限定所述定差溢流阀的压差值。
48.本发明通过第一控制腔31内的压力、液压腔32内的压力以及第二控制腔33内的压力之间的相互作用，控制阀芯2的移动；一般地，参照图5，定差溢流阀的反馈油口ls与负载反馈多路阀中的主阀的负载反馈油口连接，定差溢流阀的进油口p与负载反馈多路阀中的主阀的进油口连接，这样使得定量泵输出的流量能够在定差溢流阀与主阀之间进行分配。针对现有技术存在的弹簧预压设定定差溢流阀的压差值不能与弹簧压缩行程无关而影响主阀工作口输出流量的问题，本发明创造性地将液压腔与压力控制阀组连接，通过压力控制阀组控制液压腔32内的压力，从而精确恒定地设定定差溢流阀的压差值；当主阀处于中位时，由于第二控制腔33与主阀的负载反馈油口连接，所以，第二控制腔33内的压力为0，同时控制液压腔32内的压力为0，使阀芯2在进油口p流入的液压油的作用下，使进油口p与回油口t导通，从而使定量泵输出的液压油全部通过定差溢流阀流回油箱，实现0压力卸荷，达到最佳的节能效果；当主阀换向时，由于通过压力控制阀组控制液压腔32内的压力，从而能够使定差溢流阀的压差值为恒定值，这种设计替代了常规的弹簧预压设定定差溢流阀的压差值的方式，使得定差溢流阀的阀芯2主要受进油口p的压力与反馈油口ls的压力之间的相互作用而移动，从而能够根据负载压力反馈动态调节系统压力，使定量泵输出的流量在定差溢流阀与主阀之间分配；而且，定差溢流阀的压差值能够设定为恒定值，使得主阀的输出流量仅受其阀口开度的影响，具有更高精度的输出功能。
49.作为压力控制阀组的一种具体实施例，压力控制阀组包括第一压力控制阀41和第二压力控制阀42，第一压力控制阀41与第二压力控制阀42相连，使液控腔32连接于第一压力控制阀41和第二压力控制阀42之间的油路上；通过第一压力控制阀41和第二压力控制阀42控制液控腔32内的压力，并且，可以将液控腔32内的压力精确地设定为恒定值，从而防止主阀工作口的流量受弹簧力的影响。
50.其中，第一压力控制阀41和第二压力控制阀42能够共同调节液控腔32内的压力，例如，第一压力控制阀41可以为减压阀，第二压力控制阀42可以为溢流阀，减压阀p1可以设定液控腔32内压力的基本值，溢流阀p2可以设定液控腔32内压力的最大值，在两个设定值之间对液控腔32内压力进行调节，减压阀、溢流阀可以采用手动、液控、电比例控制等多种调节方式。一般地，通过控制与调节系统调节减压阀及溢流阀的设定压力值，控制与调节系统在液压设备中一般属于常规控制系统，在此基础上，利用控制与调节系统控制减压阀及溢流阀等压力控制阀的设定压力值，这在控制技术的实现上是相对成熟的。
51.在具体实施例中，阀体1上安装有阀盖5，阀盖5安装在阀体1的端部，阀芯2上套装有隔板6，隔板6与阀芯2之间密封连接，阀芯2能够相对隔板6移动，隔板6的外周面与阀体1的内壁密封连接，隔板6将阀体1内的空间分隔为两个腔室，即液控腔32与第二控制腔33，隔板6、阀体1的内壁与阀盖5围成为第二控制腔33，阀芯2上设置有台阶结构21，台阶结构21与阀体1内壁密封连接，第一控制腔31与液控腔32位于台阶结构21的两侧，也就是说，第一控制腔31、液控腔32以及第二控制腔33由台阶结构21和隔板6依次分隔形成。第一控制腔31与进油口p连通，液控腔32与压力控制阀组连通，第二控制腔33与反馈油口ls连通，第一控制腔31内的压力作用于阀芯2的一端，液控腔32内的压力与第二控制腔33内的压力作用于阀芯2的另一端，从而能够推动阀芯2移动，控制进油口p与回油口t之间的导通与截止以及阀芯2的阀口开度，控制流经定差溢流阀的流量。其中，阀盖5与阀体1之间可以采用螺钉连接、螺纹连接或焊接等多种连接方式。
52.作为一种具体实施方式，阀芯2包括密封端22和负载端23，密封端22与第一控制腔31连接，负载端23穿过隔板6并伸入第二控制腔33内，在图4所示的实施例中，密封端22为锥体，第一控制腔31与回油腔34连接，回油腔34与回油口t连接，阀体1内壁与台阶结构21围成回油腔34。当进油口p与回油口t之间处于截止状态时，密封端22伸入第一控制腔31内，将第一控制腔31与回油腔34分隔阻断，密封端22向右侧移动，可以打开通道，使第一控制腔31与回油腔34导通，实现进油口p与回油口t的导通。
53.可以理解的是，定差溢流阀不局限于图4所示的锥阀形式，定差溢流阀也可以为其它适当的阀门形式，如定差溢流阀可以为滑阀。
54.为了便于理解本发明的技术构思，以下对阀芯2的作用过程进行说明。
55.设第一控制腔31的压力为p1、液控腔32的压力为p2、第二控制腔33的压力为p3，当各主阀处于中位时，负载反馈压力值为0，即p3＝0，此时调节压力控制阀组，使p2＝0，由p1*a1＝p2*a2+p3*a3，可知p1＝0，由进油口p流入的液压油进入第一控制腔31，推动阀芯2向右侧移动，液压油全部以0压力值经由第一控制腔31流进回油腔34回油，从而实现主阀中位以0压力泄荷，以达到最佳节能效果。当主阀处于换向状态时，负载压力反馈至第二控制腔33，作用在定差溢流阀的阀芯2的负载端23，此时，调节压力控制阀组，将p2预设为恒定值，即p2*a2为恒定值，由p1*a1＝p2*a2+p3*a3可以看出，阀芯2受进油口p的压力与负载反馈压力作用，从而实现流量分配。一般地，可设计为a3＝a1＝a2，公式p1*a1＝p2*a2+p3*a3可以简化为p1＝p2+p3，p2＝p1-p3，即定差溢流阀的压差值为p2，p2为可设定的常数值，由于不受弹簧的影响，p2值可实现精确恒定且可调，从而避免了弹簧力受行程影响而造成非线性干扰，实现主阀高精度的输出功能。当然，阀芯2的密封端22的受力面积a1、台阶结构21的侧面的受力面积a2以及阀芯2的负载端23的受力面积a3也可以设计为不同，例如，台阶结构21的侧面的受力面积a2大于密封端22的受力面积a1和/或负载端23的受力面积a3。根据负载端23的受力面积a3设计的不同，可实现等比、等压等多种压差值的设定方式，增强反馈方式的灵活性。
56.需要说明的是，隔板6与阀体1的内壁之间的连接方式可以为固定连接，例如，采用焊接或其它方式实现隔板6与阀体1的内壁之间的固定密封；当然，优选情况下，隔板6与阀体1的内壁之间为可拆卸连接，例如，隔板6与阀体1的内壁之间螺纹密封连接，或者，还可以在阀体1内设置隔套7，使隔套7位于隔板6与阀盖5之间，通过阀盖5、隔套7、隔板6三者之间的相互作用力，阀体1内壁上可以设置阶梯结构，使隔板6与阀体1内壁上的阶梯结构抵靠在一起，实现隔板6与阀体1内壁之间的连接，隔板6、隔套7与阀盖5围成第二控制腔33。为了保证密封性，可以在外周面上设有密封槽，密封槽内安装有密封圈61。
57.为了更好地理解本发明的技术构思，以下结合相对全面的优选技术特征对本发明的定差溢流阀进行说明。
58.如图4所示，本发明优选实施方式的定差溢流阀，包括阀体1和阀芯2，阀体1包括进油口p、回油口t和反馈油口ls，阀芯2设置于阀体1内，且与阀体1的内壁之间设有第一控制腔31、回油腔34、液控腔32和第二控制腔33，第一控制腔31与进油口p连接，回油腔34与回油口t连接，液控腔32连接于第一压力控制阀41和第二压力控制阀42之间的油路上；阀芯2上设有台阶结构21，台阶结构21与阀体1的内壁密封连接，回油腔34和液控腔32由台阶结构21分隔形成，其中，阀体1内安装有隔板6和隔套7，液控腔32和第二控制腔33由隔板6分隔形
成，隔套7将隔板6抵靠在阀体1的内壁，阀体1上安装有阀盖5，阀盖5将隔套7抵靠在隔板6，隔板6、隔套7与阀盖5围成第二控制腔33，第二控制腔33与反馈油口ls，阀芯2的负载端23穿过隔板6且伸入第二控制腔33，阀芯2的密封端22为锥体，第一控制腔31通过阀芯2的密封端22与回油腔34连接。
59.其中，参照图5，反馈油口ls用于与负载反馈多路阀中的主阀的负载反馈油口连接，进油口p与负载反馈多路阀中的主阀的进油口连接；本发明不使用弹簧作为定差溢流阀的压差值的设定零部件，使用液压值设定压差值，从而避免了弹簧力受行程影响而对主阀输出流量造成非线性干扰。当主阀处于中位时，负载反馈压力p2为0，即第二控制腔33内的压力p3为0，同时控制与调节系统控制第一压力控制阀41和第二压力控制阀42，使液压腔32内的压力为0，阀芯2在进油口p流入的液压油的作用下，使进油口p与回油口t导通，由p1*a1＝p2*a2+p3*a3，可知p1＝0，从而使定量泵输出的液压油全部通过定差溢流阀流回油箱，实现0压力卸荷，其中，a1为阀芯2的密封端22的受力面积、a2为台阶结构21的侧面的受力面积以及a3为阀芯2的负载端23的受力面积。当主阀换向时，由于使用液压方式控制液压腔32内的压力，使定差溢流阀的压差值为恒定值，由p1*a1＝p2*a2+p3*a3可知，主阀输出流量与定差溢流阀线性相关，使定量泵输出的流量在定差溢流阀与主阀之间分配，使得主阀具有更高精度的输出功能。而且，还可以在油路中设置阻尼孔，以能够减小系统中的压力冲击。还可以增设复位弹簧，以增强阀芯2的复位性能。
60.在本发明的负载敏感多路阀，可以将主阀与定差溢流阀集成为一体结构，便于生产装配。
61.本发明的液压系统的实施例可以具有上述实施例所述的负载敏感多路阀，即采用了上述负载敏感多路阀实施例的全部技术方案，因此至少具有上述负载敏感多路阀实施例的技术方案所带来的所有有益效果。
62.本发明的工程机械的实施例可以具有上述实施例所述的液压系统，即采用了上述液压系统实施例的全部技术方案，因此至少具有上述液压系统实施例的技术方案所带来的所有有益效果。例如，起重机、挖掘机、推土机等工程机械。
63.以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。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，包括各个具体技术特征以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。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。