CN102398866B

CN102398866B - 一种起重机变幅控制阀及起重机变幅液压系统

Info

Publication number: CN102398866B
Application number: CN 201110330251
Authority: CN
Inventors: 东权; 刘东宏; 胡金萍; 崔向坡
Original assignee: Xuzhou Heavy Machinery Co Ltd
Current assignee: Xuzhou Heavy Machinery Co Ltd
Priority date: 2011-10-26
Filing date: 2011-10-26
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2031-10-26
Also published as: CN102398866A

Abstract

本发明公开了一种起重机变幅控制阀，包括阀体和阀芯，所述阀体设有进油口、第一出油口、第二出油口和回油口；所述阀芯密封所述第二出油口的台肩一端设有用于连通所述进油口与第二出油口的第一沟槽，另一端设有用于连通所述第二出油口与回油口的第二沟槽，至少一个所述第二沟槽与所述第一沟槽的轴向间距小于所述第二出油口的沉割槽宽度。该控制阀能够显著提升起重机进行变幅落时的微动性，并消除手柄微开口时的抖动现象。本发明还公开了一种设有所述起重机变幅控制阀的起重机变幅液压系统。

Description

一种起重机变幅控制阀及起重机变幅液压系统

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，特别是控制起重机主臂进行变幅动作的液压控制阀。本发明还涉及设有所述控制阀的起重机变幅液压系统。

背景技术

汽车起重机在进行起重作业前，需要把主臂变幅到一定的角度，进行起重作业时，主臂需要频繁进行变幅起落，尤其是通过变幅对重物进行精确定位时，其变幅的平稳性和微动性尤为重要。

请参考图1，图1为现有汽车起重机的变幅机构原理图。

如图所示，液压系统控制变幅油缸4′的活塞杆3′伸出时，使得起重机主臂2′绕铰点逆时针旋转，变幅角度α增大，从而实现变幅起升的目的，简称变幅起；变幅油缸活塞杆3′缩回时，使得起重机主臂2′绕铰点顺时针旋转，变幅角度α减小，从而实现变幅下落的目的，简称变幅落。

请参考图2、图3，图2为汽车起重机主臂的液压变幅系统原理图；图3为图2中所示变幅控制阀的内部结构图。

如图所示，当起重机变幅控制手柄1处于中位时，无变幅动作，控制阀5的阀杆出口传递至分流阀3的压力为零，控制阀5的进油口压力只需克服分流阀3的弹簧力，即打开分流阀3，从而将进入变幅控制阀P口油液泄回T口，这时液压油泵的出口压力特别小，从而达到了无动作时节能的目的。

变幅起时，控制手柄1动作，控制阀5的阀芯换向，其进油口的油液进入变幅油缸的无杆腔7，使活塞杆9伸出，实现变幅起动作；由于阀芯的进油口设有压力补偿阀4，阀芯在不同的位置时，虽然负载不断变化，但由于压力补偿阀4的不断调整，使阀芯的进出口压差始终保持一恒定值，从而保证向变幅油缸提供一稳定流量，达到阀芯在一固定的开口位置时，就有一定的流量，变幅油缸运动速度不受负载变化的影响，其它流量通过分流阀回T口。

变幅落时，控制手柄1从中位到最大位动作时，阀芯换向，其进油口的油液一部分通过有杆腔进油口进入油缸的有杆腔8，同时打开平衡阀10使活塞杆9缩回，实现变幅落动作；另一部分通过分流阀3流回油箱；由于阀芯的进油口设有压力补偿阀4，阀芯在不同的位置时，虽然负载不断变化，但由于压力补偿阀4的不断调整，使阀芯的进出口压差始终保持一恒定值，从而保证向油缸的有杆腔8提供一稳定流量，达到阀芯在一固定的开口位置时，就有一定的流量，油缸运动速度不受负载变化的影响，其它流量通过分流阀3回T口。

上述中小吨位起重机变幅起落液压系统为比例系统，其控制阀由多个阀和其它元件通过阀体集成连接。变幅落时，进入变幅油缸的流量只与阀芯过流面积有关，在负载变化时，会导致主阀出口的压力变化，而主阀出口压力变化又会导致分流阀3的阀杆移动，出现分流阀抖动，从而使进入变幅油缸有杆腔8的流量和压力发生变化，导致系统压力出现抖动。

对此，可采用如图4所示的利用主臂的自重实现变幅落的变幅液压系统。

当变幅控制手柄1处于中位和变幅起工况时，该变幅液压系统与上述变幅液压系统的工作原理相似，其不同之处就在于变幅落工况。

变幅落时，控制手柄1从中位到最大位动作时，控制油使控制阀5换向的同时，打开平衡阀10，使变幅油缸无杆腔7的油液流出，无杆腔7的油液通过换向阀流回油箱，有杆腔8通过自吸补油。控制手柄1在一定的位置就对应一定的平衡阀开口，使得平衡阀10的开口不受无杆腔7的影响，只与控制手柄1的位置有关。

这种变幅落的控制方式，依靠主臂的自重进行变幅落，速度受手柄控制，微动性较好，不会出现抖动现象。但是，该系统需要匹配复杂的平衡阀，并改变控制方式，生产成本较高。

因此，如何提升起重机进行变幅落时的微动性，消除手柄微开口时的抖动，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种起重机变幅控制阀。该控制阀能够显著提升起重机进行变幅落时的微动性，并消除手柄微开口时的抖动现象。

本发明的第二目的是提供一种设有所述起重机变幅控制阀的起重机变幅液压系统。

为了实现上述第一目的，本发明提供一种起重机变幅控制阀，包括阀体和阀芯，所述阀体设有进油口、第一出油口、第二出油口和回油口；所述阀芯密封所述第二出油口的台肩一端设有用于连通所述进油口与第二出油口的第一沟槽，另一端设有用于连通所述第二出油口与回油口的第二沟槽，至少一个所述第二沟槽与所述第一沟槽的轴向间距小于所述第二出油口的沉割槽宽度。

优选地，各所述第二沟槽与所述第一沟槽的轴向间距均小于所述第二出油口的沉割槽宽度。

优选地，所述沉割槽宽度与所述间距的差值等于所述阀芯导通所述进油口与第二出油口的微开口行程。

优选地，所述第二沟槽的宽度和深度从内端向外端逐渐变大。

优选地，具有三个工作位置：在第一工作位置，所述进油口与第一出油口连通，所述第二出油口与回油口连通；在第二工作位置，所述进油口与第二出油口连通，所述第一出油口与回油口连通；在第三工作位置，所述进油口与第一出油口均截止，所述第二出油口与回油口连通。

优选地，具体为三位四通换向阀。

优选地，该控制阀集成有压力补偿阀，所述压力补偿阀设于所述阀体的进油油路上，在所述控制阀的第一工作位置，其控制油口与所述第一出油口连通；在所述控制阀的第二工作位置，其控制油口与所述第二出油口连通；在所述控制阀的第三工作位置，其控制油口与所述回油口连通。

优选地，该控制阀集成有二次溢流阀，所述二次溢流阀的进油口与所述第二出油口连通、出油口与所述回油口连通。

为了实现上述第二目的，本发明还提供一种起重机变幅液压系统，包括变幅油缸、控制阀和分流阀，所述控制阀为上述任一项所述的起重机变幅控制阀，该控制阀的第一出油口与所述变幅油缸的无杆腔连通，第二出油口与所述变幅油缸的有杆腔连通；所述分流阀的进油口与所述阀体的进油口连通、出油口与所述阀体的回油口连通，并具有三个工作状态：在第一工作状态，其控制油口与所述控制阀的第一出油口连通；在第二工作状态，其控制油口与所述控制阀的第二出油口连通；在第三工作状态，其控制油口与所述控制阀的回油口连通。

优选地，所述控制阀的进油口和回油口之间设有主溢流阀。

本发明所提供的起重机变幅控制阀应用于设有分流阀的起重机变幅液压系统，在变幅起时，其进油口与第一出油口连通、第二出油口与回油口连通，手柄达到全开口之前分流阀起作用，系统始终为比例特性；变幅落时，其进油口与第二出油口连通、第一出油口与回油口连通，在手柄微开口阶段，经过阀芯的流量一部分进入变幅油缸的有杆腔，另一部分不是经过分流阀直接回油箱，而是通过旁通节流口流回油箱，此时系统具有旁通节流调速的特性，分流阀不起作用，系统压力比较平稳，从而消除了微开口阶段的抖动，提升了微动性；手柄经过微开口阶段后，旁通节流口关闭，分流阀起作用，系统变为比例特性。这种在变幅落时分两个阶段进行控制的方式，使变幅落的平稳性和微动性得到了显著提升，不仅消除了抖动现象，而且使控制精度也得到了全面提高。

此外，该控制阀可以降低对平衡阀的要求，降低平衡阀的开启压力，达到节能的作用。由于仅针对阀芯上的第二沟槽进行改进，不改变控制阀基本结构的基础，因此改进后的控制阀没有增加成本。

本发明所提供的起重机变幅液压系统采用了上述起重机变幅控制阀，由于上述起重机变幅控制阀具有上述技术效果，具有该起重机变幅控制阀的起重机变幅液压系统也应具备相应的技术效果。

附图说明

图1为汽车起重机的变幅机构原理图；

图2为汽车起重机主臂的液压变幅系统原理图；

图3为图2中所示变幅控制阀的内部结构图；

图4为利用主臂的自重实现变幅落的变幅液压系统；

图5为本发明所提供起重机变幅控制阀的内部结构图；

图6为图5中I部位的局部放大示意图；

图7为图6中所述阀芯移至“死区”结束时的位置示意图；

图8为图6中所示阀芯移至进油口与第二油口经第一沟槽连通，且第二油口与回油口经第二沟槽连通时的位置示意图；

图9为图6中所示阀芯移至进油口与第二油口经第一沟槽连通，且第二油口与回油口断开时的位置示意图；

图10为图6中所示阀芯移至全开状态时的位置示意图；

图11为旁通节流液压系统的简化原理图；

图12为图6中所示阀芯的局部结构示意图。

图中：

1′.重物 2′.主臂 3′.活塞杆 4′.变幅油缸

1.控制手柄 2.主溢流阀 3.分流阀 4.压力补偿阀 5.控制阀6.二次溢流阀 7.无杆腔 8.有杆腔 9.活塞杆 10.平衡阀 11.变幅油缸有杆腔进油 12.变幅油缸无杆腔进油 13.梭阀 14.控制阀进油口

20.阀体 30.阀芯 21.进油 22.第一出油 23.第二出油口24.回油 31.台肩 31-1.第一沟槽 31-2.第二沟槽

具体实施方式

本发明的核心是提供一种起重机变幅控制阀。该控制阀能够显著提升起重机进行变幅落时的微动性，并消除手柄微开口时的抖动现象。

本发明的另一核心是提供一种设有所述起重机变幅控制阀的起重机变幅液压系统。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

本文中的“上、下、左、右”等表示方位的用语是基于附图的位置关系，不应将其理解为对保护范围的绝对限定，同理，“第一、第二”等用语仅是为了便于描述，以区分具有相同名称的不同组成部件，并不表示先后或主次关系。

请参考图5，图5为本发明所提供起重机变幅控制阀的内部结构图。

在一种具体实施方式中，本发明提供的起重机变幅控制阀具体为三位四通液控换向阀，包括阀体20和阀芯30，阀体20设有进油口21、第一出油口22、第二出油口23和回油口24。

阀体20内具有对应于各油口的沉割槽，其中回油口24的沉割槽为两个，其中一个位于第一出油口沉割槽的左侧，另一个位于所述第二出油口沉割槽的右侧；阀芯30上设有多个台肩，通过台肩左右移动时与各沉割槽的配合实现各油路的导通或断开，从而达到换向目的。

工作时，进油口21连通压力油源，第一出油口22与变幅油缸的无杆腔连通，第二出油口23与变幅油缸的有杆腔连通。

该控制阀与现有控制阀的结构基本相同(见图2、图3)，具有三个工作位置：在第一工作位置，进油口21与第一出油口22连通，第二出油口23与回油口24连通；在第二工作位置，进油口21与第二出油口23连通，第一出油口22与回油口24连通；在第三工作位置，进油口21与第一出油口22均截止，所述第二出油口23与回油口24连通；不同之处就在于阀芯的结构。

请参考图6、图7，图6为图5中I部位的局部放大示意图；图7为图6中所述阀芯移至“死区”结束时的位置示意图。

如图所示，阀芯30上具有在中位时密封第二出油口沉割槽的台肩31，该台肩31的左端沿周向设有多个用于连通进油口21与第二出油口23的第一沟槽31-1，在阀芯30右移时，通过第一沟槽31-1能够使进油口21与第二出油口23的过流面积从零逐渐增大；台肩31的右端沿周向设有多个用于连通第二出油口23与回油口24的第二沟槽31-2，在阀芯30左移时，通过第二沟槽31-2能够使第二出油口23与回油口24的过流面积从零逐渐增大。

阀芯30的改进之处在于，至少一个第二沟槽31-2的长度向第一沟槽31-1的方向延长，其与第一沟槽31-1的轴向间距L₂小于第二出油口的沉割槽宽度L₁，以保证在控制阀的微开口阶段，进油口21与第二油口23连通且过流面积逐渐增大，同时，第二油口23与回油口24连通且过流面积逐渐减小。

其简化的液压原理如图11所示，控制阀的阀芯从中位到全开的移动过程中，总流量为Q，节流口A增大的同时节流口B减小，进入油缸的流量增加，节流口B回油箱的油液减小，节流口B起到旁通节流的作用。

请一并参考图8至图10，图8为图6中所示阀芯移至进油口与第二油口经第一沟槽连通，且第二油口与回油口经第二沟槽连通时的位置示意图；图9为图6中所示阀芯移至进油口与第二油口经第一沟槽连通，且第二油口与回油口断开时的位置示意图；图10为图6中所示阀芯移至全开状态时的位置示意图。

上述控制阀的具体工作原理如下：

在变幅起时，其进油口21与第一出油口22连通、第二出油口23与回油口24连通，阀芯达到全开口之前分流阀起作用，系统始终为比例特性。

变幅落时，其进油口21与第二出油口23连通、第一出油口22与回油口24连通，阀芯30初始移动极小的距离L₃时，没有油液通过阀芯30，对阀芯30来说这一段为“死区”，过了“死区”之后，由于阀芯30的第一沟槽31-1，有较少的油液通过阀芯30。

在阀芯微开口阶段，回油口24回油，阀芯30进出口的压差比较小，分流阀无法打开，此时泵出来的压力油全部进入控制阀的进油口21，通过阀芯后分为两路：一路从控制阀的第二出油口23流出进入油缸的有杆腔使油缸缩回；多余的油液从另一路通过回油口24流回T口(如箭头所示)；此时系统具有旁通节流调速的特性，分流阀不起作用，系统压力比较平稳，从而消除了微开口阶段的抖动，提升了微动性。

当阀芯过了微开口区域时，回油口24关闭，从进油口21流入的油液全部进入变幅油缸，此时阀芯压差将分流阀打开一定开度，使多余油液从分流阀流回油箱，这时系统又恢复到原来的比例特性。

这种在变幅落时分两个阶段进行控制的方式，使变幅落的平稳性和微动性得到了显著提升，不仅消除了抖动现象，而且使控制精度也得到了全面提高。

为了更加精确地防止控制阀在微开口阶段抖动，沉割槽宽度与间距的差值ΔL应等于阀芯30导通进油口21与第二出油口23的微开口行程。如此，当控制阀的微开口阶段结束时，阀芯30能立即将第二出油口23与回油口24断开，从而及时地将整个液压系统由旁通节流特性改为比例特性。

上述微开口行程指控制阀的进油口21与第二出油口23导通时，从阀芯30开始进油引起抖动至该抖动逐渐缓和时阀芯30的行程。一般而言，该行程小于阀芯30导通进油口21和第二出油口23总行程的三分之一，本文对其具体数值和相对比例不做限定，本领域技术人员可根据实际需要进行设计。

作出改进的可以是部分第二沟槽31-2，若采用此种方式，则延长和未延长的第二沟槽可以沿台肩31周向间隔分布。当然，作出改进的也可以是全部第二沟槽31-2。

请参考图12，图12为图6中所示阀芯的局部结构示意图。

改进之后，第二沟槽31-2的大致形状如图12所示，其宽度和深度从内端向外端逐渐变大。当然，第二沟槽31-2的具体形状并不局限于此，凡是能够在微开口阶段将第二出油口23与回油口24连通，并且过流面积随阀芯30的移动逐渐变小直至关闭的第二沟槽均可以实现本发明目的。

可以将控制阀与压力补偿阀4进行系统集成，压力补偿阀4设于阀体31的进油油路上，在控制阀的第一工作位置，其控制油口与第一出油口22连通；在控制阀的第二工作位置，其控制油口与第二出油口23连通；在控制阀的第三工作位置，其控制油口与控制阀的回油口24连通。

还可以在控制阀上集成二次溢流阀6，二次溢流阀6的进油口与控制阀的第二出油口23连通、出油口与控制阀的回油口24连通。

当然，上述起重机变幅控制阀仅是一种优选方案，具体并不局限于此，在此基础上可根据实际需要作出具有针对性的调整，从而得到不同的实施方式。

除了上述起重机变幅控制阀，本发明还提供一种起重机变幅液压系统，包括变幅油缸、控制阀5和分流阀3，其中控制阀5为上述任一项所述的起重机变幅控制阀(可参见图2)。

控制阀5的第一出油口22与变幅油缸的无杆腔7连通，第二出油口23与变幅油缸的有杆腔8连通。

分流阀3的进油口与控制阀5的进油口21连通、出油口与控制阀5的回油口24连通，并具有三个工作状态：在第一工作状态，其控制油口与控制阀的第一出油口22连通，对应于控制阀5的第一工作位置；在第二工作状态，其控制油口与控制阀5的第二出油口23连通，对应于控制阀5的第二工作位置；在第三工作状态，其控制油口与控制阀5的回油口24连通，对应于控制阀5的第三工作位置。

为了保护液压系统，控制阀5的进油口和回油口之间设有主溢流阀2，其余结构请参考现有技术，就不再赘述。

以上对本发明所提供的起重机变幅控制阀及起重机变幅液压系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种起重机变幅控制阀，包括阀体和阀芯，所述阀体设有进油口、第一出油口、第二出油口和回油口；所述阀芯密封所述第二出油口的台肩一端设有用于连通所述进油口与第二出油口的第一沟槽，另一端设有用于连通所述第二出油口与回油口的第二沟槽，其特征在于，至少一个所述第二沟槽与所述第一沟槽的轴向间距小于所述第二出油口的沉割槽宽度。

2.根据权利要求1所述的起重机变幅控制阀，其特征在于，所述第二沟槽与所述第一沟槽的轴向间距小于所述第二出油口的沉割槽宽度。

3.根据权利要求1或2所述的起重机变幅控制阀，其特征在于，所述沉割槽宽度与所述轴向间距的差值等于所述阀芯导通所述进油口与第二出油口的微开口行程。

4.根据权利要求1或2所述的起重机变幅控制阀，其特征在于，所述第二沟槽的宽度和深度从内端向外端逐渐变大。

5.根据权利要求3所述的起重机变幅控制阀，其特征在于，具有三个工作位置：在第一工作位置，所述进油口与第一出油口连通，所述第二出油口与回油口连通；在第二工作位置，所述进油口与第二出油口连通，所述第一出油口与回油口连通；在第三工作位置，所述进油口与第一出油口均截止，所述第二出油口与回油口连通。

6.根据权利要求5所述的起重机变幅控制阀，其特征在于，具体为三位四通换向阀。

7.根据权利要求5或6所述的起重机变幅控制阀，其特征在于，该控制阀集成有压力补偿阀，所述压力补偿阀设于所述阀体的进油油路上，在所述控制阀的第一工作位置，所述压力补偿阀的控制油口与所述第一出油口连通；在所述控制阀的第二工作位置，所述压力补偿阀的控制油口与所述第二出油口连通；在所述控制阀的第三工作位置，所述压力补偿阀的控制油口与所述回油口连通。

8.根据权利要求5或6所述的起重机变幅控制阀，其特征在于，该控制阀集成有二次溢流阀，所述二次溢流阀的进油口与所述第二出油口连通、出油口与所述回油口连通。

9.一种起重机变幅液压系统，包括变幅油缸、控制阀和分流阀，其特征在于，所述控制阀为上述权利要求1至8任一项所述的起重机变幅控制阀，该控制阀的第一出油口与所述变幅油缸的无杆腔连通，第二出油口与所述变幅油缸的有杆腔连通；所述分流阀的进油口与所述阀体的进油口连通、出油口与所述阀体的回油口连通，并具有三个工作状态：在第一工作状态，其控制油口与所述控制阀的第一出油口连通；在第二工作状态，其控制油口与所述控制阀的第二出油口连通；在第三工作状态，其控制油口与所述控制阀的回油口连通。

10.根据权利要求9所述的起重机变幅液压系统，其特征在于，所述控制阀的进油口和回油口之间设有主溢流阀。