整体插装式零泄漏低能位稳态关闭比例先导单向节流阀

技术领域

本发明涉及一种单向节流阀，尤其涉及一种整体插装式零泄漏低能位稳态关闭比例先导单向节流阀。

背景技术

在行走机械、工程机械等液压驱动设备中，都需要一定响应能力的、零泄漏的高性能的液压阀组组成的回路，液压阀性能的好坏将直接影响整机的品质及作业的安全。其中比例节流阀具有广泛应用。比例节流阀是流量与比例装置结合构成，目前，现有的比例节流阀阀芯与阀体不可避免的存在间隙，间隙的存在对应会有泄漏，从而不能实现精准控制。传统设计中压力直接作用在主阀芯，从而控制阀口开度，这样对阀芯控制不稳，会产生较大的波动

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种密封性能好且采用模块化设计的整体插装式零泄漏低能位稳态关闭比例先导单向节流阀。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：整体插装式零泄漏低能位稳态关闭比例先导单向节流阀，包括整体螺纹插装式阀体，所述阀体内设置有阀腔，所述阀腔内安装有轴向延伸的先导阀芯，所述先导阀芯的一端连接有阀芯驱动装置，所述先导阀芯的另一端套装有主阀芯，所述先导阀芯外端的所述主阀芯上安装有螺堵，所述先导阀芯的外端与所述螺堵之间设置有先导移动腔，所述螺堵与所述主阀芯的外端设置有稳态关闭油腔；所述阀体的近驱动端设置有多个周向分布的回油孔，所述阀体的远驱动端设置有多个周向分布的进油孔，所述主阀芯与所述阀体之间设置有位于所述回油孔和所述进油孔之间的第一逻辑配合面和第二逻辑配合面，所述先导阀芯和所述主阀芯之间设置有比例节流控制逻辑配合面，所述先导阀芯与所述主阀芯之间设置有连通所述回油孔和所述稳态关闭油腔的泄压装置；所述先导阀芯内安装有防泄漏装置。

作为一种优选的技术方案，所述阀芯驱动装置包括安装在所述阀体驱动端的比例电磁铁，所述比例电磁铁的一端伸入所述阀体内并与所述阀体螺纹连接，所述先导阀芯的一端伸入所述比例电磁铁内部并与所述比例电磁铁的动力输出轴抵靠连接，所述先导阀芯与所述阀体之间安装有先导回位装置。

作为一种优选的技术方案，所述先导回位装置包括套装在所述先导阀芯上的先导回位弹簧，所述先导阀芯上固定安装有第一弹簧座，所述阀体的内壁上设置有第二弹簧座，所述先导回位弹簧的一端抵靠在所述第一弹簧座上，所述先导回位弹簧的另一端抵靠在第二弹簧座上。

作为一种优选的技术方案，所述第一逻辑配合面靠近所述回油孔设置；所述第二逻辑配合面靠近所述进油孔设置。

作为一种优选的技术方案，所述比例电磁铁上安装有位移传感器。

作为一种优选的技术方案，所述泄压装置包括设置在所述主阀芯上的泄压长孔，所述先导阀芯与所述主阀芯之间设置有泄压逻辑油道，所述泄压长孔的一端连通所述稳态关闭油腔，所述泄压长孔的另一端连通所述泄油逻辑油道，所述泄油逻辑油道的另一端与所述比例节流控制逻辑配合面连接。

作为一种优选的技术方案，所述泄压逻辑油道包括设置在所述主阀芯上且与所述泄压长孔连通的第一环槽，还包括设置在所述先导阀芯上且与所述比例节流控制逻辑配合面连接的第二环槽，所述先导阀芯和所述主阀芯设置有泄压逻辑配合面，所述泄压逻辑配合面的轴向距离要小于所述先导阀芯的轴向先导移动距离。

作为一种优选的技术方案，所述防泄漏装置包括安装在所述先导阀芯内部的单向阀，所述单向阀靠近所述螺堵设置并防止所述螺堵处的液压油进入到所述先导阀芯的内部，所述单向阀另一侧的所述先导阀芯内安装有单向开启驱动装置。

作为一种优选的技术方案，所述单向开启驱动装置包括安装在所述先导阀芯内的顶杆，所述顶杆的一端从所述先导阀芯的一端伸出并与所述阀芯驱动装置连接，所述顶杆另一端与所述单向阀连接；所述顶杆一侧的所述先导阀芯上设置有连通所述先导阀芯内腔与所述回油孔的泄油孔。

作为一种优选的技术方案，所述单向阀包括设置在所述先导阀芯内部的单向阀腔，所述单向阀腔的底部设置有单向油孔，所述单向阀腔内安装有单向阀芯，所述单向阀芯的外端安装有单向复位弹簧，所述顶杆安装在所述单向油孔内并与所述单向阀芯同轴设置。

由于采用了上述技术方案，整体插装式零泄漏低能位稳态关闭比例先导单向节流阀，包括整体螺纹插装式阀体，所述阀体内设置有阀腔，所述阀腔内安装有轴向延伸的先导阀芯，所述先导阀芯的一端连接有阀芯驱动装置，所述先导阀芯的另一端套装有主阀芯，所述先导阀芯外端的所述主阀芯上安装有螺堵，所述先导阀芯的外端与所述螺堵之间设置有先导移动腔，所述螺堵与所述主阀芯的外端设置有稳态关闭油腔；所述阀体的近驱动端设置有多个周向分布的回油孔，所述阀体的远驱动端设置有多个周向分布的进油孔，所述主阀芯与所述阀体之间设置有位于所述回油孔和所述进油孔之间的第一逻辑配合面和第二逻辑配合面，所述先导阀芯和所述主阀芯之间设置有比例节流控制逻辑配合面，所述先导阀芯与所述主阀芯之间设置有连通所述回油孔和所述稳态关闭油腔的泄压装置；所述先导阀芯内安装有防泄漏装置；采用整体螺纹插装式结构，安装方便；在节流阀不工作时，能够实现稳态关闭；需要工作时，能够实现快速响应。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1是本发明实施例关闭状态的结构示意图；

图2是本发明实施例开启状态的结构示意图；

图3是图1中I处放大图；

图中：11-阀体；12-阀腔；13-先导阀芯；14-主阀芯；15-螺堵；16-先导移动腔；17-稳态关闭油腔；21-第一逻辑配合面；22-第二逻辑配合面；23-比例节流控制逻辑配合面；31-比例电磁铁；32-先导回位弹簧；33-第一弹簧座；34-第二弹簧座；41-泄压长孔；42-第一环槽；43-第二环槽；44-泄压逻辑配合面；51-顶杆；52-泄油孔；53-单向阀芯；54-单向复位弹簧；6-位移传感器；T-回油孔；P-进油孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。

如图1和图2所示，整体插装式零泄漏低能位稳态关闭比例先导单向节流阀，包括整体螺纹插装式阀体11，所述阀体11内设置有阀腔12，所述阀腔12内安装有轴向延伸的先导阀芯13，所述先导阀芯13的一端连接有阀芯驱动装置，所述先导阀芯13的另一端套装有主阀芯14，所述先导阀芯13外端的所述主阀芯14上安装有螺堵15，所述先导阀芯13的外端与所述螺堵15之间设置有先导移动腔16，所述螺堵15与所述主阀芯14的外端设置有稳态关闭油腔17，当节流阀插装入阀组主阀体后，所述螺堵15、所述主阀芯14、所述阀体11和所述阀组主阀体之间密封围成的油腔即为稳态关闭油腔17；所述阀体11的近驱动端设置有多个周向分布的回油孔T，所述阀体11的远驱动端设置有多个周向分布的进油孔P，所述主阀芯14与所述阀体11之间设置有位于所述回油孔T和所述进油孔P之间的第一逻辑配合面21和第二逻辑配合面22，所述第一逻辑配合面21靠近所述回油孔T设置，所述第一逻辑配合面21为圆柱面逻辑配合面；所述第二逻辑配合面22靠近所述进油孔P设置，所述第二逻辑配合面22为双锥面逻辑配合面；所述先导阀芯13和所述主阀芯14之间设置有比例节流控制逻辑配合面23，所述比例节流控制逻辑配合面23为双锥面逻辑配合面，所述先导阀芯13与所述主阀芯14之间设置有连通所述回油孔T和所述稳态关闭油腔17的泄压装置；所述先导阀芯内安装有防泄漏装置。

所述阀芯驱动装置包括安装在所述阀体11驱动端的比例电磁铁31，所述比例电磁铁31的一端伸入所述阀体11内并与所述阀体11螺纹连接，所述比例电磁铁31与所述阀体11之间的螺纹连接段形成阀体11该端部的螺纹密封，所述先导阀芯13的一端伸入所述比例电磁铁31内部并与所述比例电磁铁31的动力输出轴抵靠连接，所述先导阀芯13与所述阀体11之间安装有先导回位装置，所述先导回位装置包括套装在所述先导阀芯13上的先导回位弹簧32，所述先导阀芯13上固定安装有第一弹簧座33，所述阀体11的内壁上设置有第二弹簧座34，所述先导回位弹簧32的一端抵靠在所述第一弹簧座33上，所述先导回位弹簧32的另一端抵靠在第二弹簧座34上。所述比例电磁铁31上安装有位移传感器6。

所述泄压装置包括设置在所述主阀芯14上的泄压长孔41，所述先导阀芯13与所述主阀芯14之间设置有泄压逻辑油道，所述泄压长孔41的一端连通所述稳态关闭油腔17，所述泄压长孔41的另一端连通所述泄油逻辑油道，所述泄油逻辑油道的另一端与所述比例节流控制逻辑配合面23连接。如图3所示，所述泄压逻辑油道包括设置在所述主阀芯14上且与所述泄压长孔41连通的第一环槽42，还包括设置在所述先导阀芯13上且与所述比例节流控制逻辑配合面23连接的第二环槽43，所述先导阀芯13和所述主阀芯14设置有泄压逻辑配合面44，所述泄压逻辑配合面44的轴向距离要小于所述先导阀芯13的轴向先导移动距离。

所述防泄漏装置包括安装在所述先导阀芯13内部的单向阀，所述单向阀靠近所述螺堵15设置并防止所述螺堵15处的液压油进入到所述先导阀芯13的内部，所述单向阀另一侧的所述先导阀芯13内安装有单向开启驱动装置。所述单向开启驱动装置包括安装在所述先导阀芯13内的顶杆51，所述顶杆51的一端从所述先导阀芯13的一端伸出并与所述阀芯驱动装置连接，所述顶杆51另一端与所述单向阀连接；所述顶杆51一侧的所述先导阀芯13上设置有连通所述先导阀芯13内腔与所述回油孔T的泄油孔52，泄油孔52的数量可以根据需要设置一到两个。所述单向阀包括设置在所述先导阀芯13内部的单向阀腔12，所述单向阀腔12的底部设置有单向油孔，所述单向阀腔12内安装有单向阀芯53，所述单向阀芯53为球形阀芯，所述单向阀芯53的外端安装有单向复位弹簧54，所述顶杆51安装在所述单向油孔内并与所述单向阀芯53同轴设置。

工作时，螺堵15外侧稳态关闭油腔17内的液压油会通过螺堵15与先导阀芯13之间的缝隙进入到先导移动腔16和先导阀芯13的内腔中，为了防止这部分液压油的泄露导致节流阀工作状态的不稳定，在先导阀芯13内安装单向阀，能够将这部分液压油阻挡在先导移动腔16中，维持节流阀的稳态关闭；当需要打开节流阀时，阀芯驱动装置的比例电磁铁31工作，驱动顶杆51向右移动，顶杆51推动单向阀芯53向右运动，先导移动腔16内的液压油通过单向阀的单向油孔进入到所述先导阀芯13的内腔，通过所述先导阀芯13上的泄油孔52将液压油通过回油孔T泄走。比例电磁铁31的动力输出轴继续向右移动，推动先导阀芯13向右运动，开启泄压装置，稳态关闭油腔17的液压油依次经过泄压长孔41、第一环槽42、泄压逻辑配合面44、第二环槽43和比例节流控制逻辑配合面23进入到回油孔T内；使主阀芯14右侧的螺堵15处压力减小，此时进油孔P处对主阀芯14产生向右的作用力大于螺堵15处向左的作用力，推动主阀芯14向右运动，主阀芯14与阀体11之间的第一逻辑配合面21和第二逻辑配合面22均处于开启状态。进油孔P的压力油与回油孔T导通。

本技术方案具有下述特点：

1.整体式螺纹插装设计,阀体11外壳为一个整体式的复杂筒形零件,外侧靠近电磁铁的外端部有O型圈槽，O型圈槽内安装有O型密封圈，电磁铁的外螺纹与阀体11的内螺纹连接，O型密封圈和螺纹连接构成本端的密封结构。阀体11外圆柱面有两排周向均布的圆孔,近阀体11前端部的一排孔为进油孔P近阀体11后端面的一排孔为回油孔T，所述回油孔T为开口端向所述比例电磁铁方向倾斜的斜孔。

2.回油孔T右侧为三段同轴的主阀结构，先导阀芯13、主阀芯14和阀体11同轴设计，采用二级密封，可实现完全零泄漏，依次为:

①先导控制级柱面密封，即第一逻辑配合面21，实现控制级的零泄露。

②先导次级锥面/球面密封结构，即第二逻辑配合面22，阀体11上的面为锥面，主阀芯14上的面为球面，实现先导末端零泄漏保护。

主阀芯14和阀体11之间具有三段同轴的逻辑配合面：

①最左端靠近回油口T的具有比例节流口的第一逻辑面，即第一逻辑配合面21；

②中间位置的锥面/球面开关面，即第二逻辑配合面22，阀体11上的面为锥面，主阀芯14上的面为球面；

③最右端的圆柱导向配合面，阀体11与主阀芯14之间的圆柱配合面在所述主阀芯14动作时具有导向作用。

主阀芯14和先导阀芯13之间也具有三段同轴的逻辑配合面：

①大直径区左端为双锥面无泄漏逻辑面，即前面所述的比例节流控制逻辑配合面23。

②中间端为比例节流逻辑部分，即前面所述的泄压逻辑配合面44。

③最右端为先导阀芯13与主阀芯14之间的圆柱形逻辑配合面，主要起到导向和机械密封的作用。

3.主阀芯14、先导阀芯13为稳态关闭结构设计,在螺堵15右侧压力油的作用下主阀芯14呈稳态关闭,在先导回位弹簧32的作用下先导阀芯13关闭,电磁铁的驱动力增加方向与先导阀芯13关闭方向相反,电流为零时,先导阀芯13稳态关闭。

4.比例电磁铁31在一定电流下产生一定比例的电磁力,该电磁力与先导阀芯13的先导回位弹簧32平衡,并使先导阀芯13产生相应位移,先导阀芯13成比例打开,同时,主阀芯14与先导阀芯13协同动作,主阀芯14按比例开启。

5.零泄漏带位移传感器与不带位移传感器的节流阀工作状态：

1)带位移传感器的比例节流阀，严格控制脉冲电流产生的位移，消除控制间隙，打开单向阀，之后进入比例控制；

2)不带位移传感器的比例节流阀，一个大脉冲电流直接把单向阀打开，而后进入比例控制。

3)不带位移传感器的比例节流阀，一个大脉冲电流直接把单向阀打开，同时打开先导阀芯13，而后进入比例状态。

6.零泄漏带位移传感器与不带位移传感器节流阀控制方式：

1)零泄漏带位移传感器节流阀，可以实时检测脉冲电流产生的先导阀芯13位移，液压技术与计算机技术相结合，借助严格的控制算法通过闭环反馈控制实现对主阀芯14位移的精准控制，可以准确控制节流阀开口度，使主阀芯14进入正常的比例环节。液压阀与控制算法的融合，实现了硬件与软件的协同控制；

2)不带位移传感器节流阀通过大脉冲电流打开单向阀，没有位移检测，需要大量的数据库作为支撑，通过自学习实现准确控制。

7.主阀芯14中心部位装有先导阀芯13,先导阀芯13与主阀芯14之间设置有双锥面逻辑配合面(即比例节流控制逻辑配合面23)和圆柱面逻辑配合面。先导阀芯13由左面的先导回位弹簧32和右边的螺堵15轴向约束，先导阀芯13、主阀芯14、阀体11、比例电磁铁31呈同轴布局。

8.采用模块化设计:比例先导节流阀为独立模块结构，采用模块化接口结构设计，无须调整，直接装到阀体11内即可。

工作原理：比例电磁铁31电流为零时，先导阀芯13与主阀芯14之间的比例节流控制逻辑配合面23(双锥面)处于关闭状态，进油孔P有压力油时，进油孔P处对主阀芯14产生向右(向螺堵15方向)的作用力，同时压力油通过进油孔P外侧主阀芯14与阀体11之间的缝隙进入主阀芯14右侧螺堵15外侧的稳态关闭油腔17，稳态关闭油腔17的液压油对主阀芯14产生向左的作用力；由于进油孔P处受力面积小于螺堵15处受力面积，所以对主阀芯14向左的作用力大于向右的作用力，进油孔P处压力油对主阀芯14整体产生向左的作用力，主阀芯14与阀体11之间的第一逻辑配合面21和第二逻辑配合面22均处于稳态关闭状态，先导阀芯13和主阀芯14之间的比例节流控制逻辑配合面23也处于稳态关闭状态。进油孔P处的压力油不能和回油孔T导通。

带有位移传感器时，比例电磁铁31产生脉冲电流，结合智能算法严格控制脉冲电流产生的先导阀芯13位移，经过启动行程后打开单向阀，之后控制先导阀芯13进入比例状态，先导阀芯13与主阀芯14的比例节流控制逻辑配合面23逐渐开启，泄压装置开启，螺堵15外侧稳态关闭油腔17内的液压油依次经过泄压长孔41、第一环槽42、泄压逻辑配合面44、第二环槽43和比例节流控制逻辑配合面23进入到回油孔T内，使主阀芯14右侧的螺堵15处压力减小，节流口处对主阀芯14产生向右的作用力大于螺堵15处向左的作用力，推动主阀芯14向右运动，主阀芯14与阀体11的第一逻辑配合面21和第二逻辑配合面22处均处于开启状态。进油孔P处压力油与回油口T产生一定的导通。主阀芯14产生的位移与控制器设定值进行比较，实时调节主阀芯14开口度，形成闭环反馈控制。不带位移传感器时，一个较大的脉冲电流直接打开单向阀，而后进入比例状态；不带位移传感器时，当电流更大时，打开单向阀的同时打开先导阀芯13，而后进入比例控制，处于先导开关控制。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。