单向阀及具有单向阀的液压控制装置的制作方法

1.本发明涉及工程机械技术领域，特别是涉及一种单向阀及具有单向阀的液压控制装置。


背景技术：

2.在挖掘机等工程机械的液压系统中，通常在主控阀的回油口设置单向阀，单向阀的前后压差一般为1.5bar～2bar，阀前压力一般为5bar。当挖掘机处于工作状态时，在单向阀的开启压力作用下，液压系统的主回油油路会产生一定的背压，即单向阀阀前的压力，当液压执行机构产生负负载时，能及时补油防止油缸和马达吸空造成损伤，这种单向阀通常也叫做背压阀。
3.一种单向阀包括阀体、阀芯、弹簧，其包括进油口p1和出油口p2。当挖掘机启动，液压油箱中的液压油流经主控阀后由进油口p1口流入单向阀，此时进油口p1处的液压油对阀芯产生的推力将克服出油口p2处的液压油对阀芯产生的推力与弹簧力之和，阀芯打开，液压油从进油口p1流向出油口p2。压力p1对阀芯的作用面积为a1，压力p2对阀芯的作用面积为a2，弹簧力为fk，当系统稳定时，平衡方程为：p1
×
a1＝p2
×
a2 fk。其中，出油口p2的压力来自于散热器和管路压损，与流量相关；弹簧被压缩的大小即单向阀的阀口开度也与流量相关；根据平衡方程，进油口p1的压力只与流过单向阀的流量有关，即挖掘机启动，流量一定时，进油口p1的压力为定值。然而挖掘机有不同的工况，不同的工况对回油油路的进油口p1的压力有不同的需求。在一些对回油压力无需求的工况中，回油油路也会在单向阀的作用下产生较高的压力，就会造成挖掘机能量的浪费，增加不必要的油耗。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种进油口压力可调的单向阀及具有单向阀的液压控制装置。
5.本发明提供一种单向阀，包括阀体、阀芯和弹簧，所述阀体上开设有进油口、出油口和控制口，所述阀体内设有腔体，所述阀芯将所述腔体分为第一腔、第二腔和第三腔，所述第一腔与所述第二腔连通，且所述第一腔与所述控制口连通，所述进油口与所述第三腔连通，且所述阀芯在所述腔体内可移动以通过所述第三腔连通或断开所述进油口与所述出油口，所述弹簧向所述阀芯提供弹力，弹力的方向与从连通到断开所述进油口和所述出油口时所述阀芯的移动方向相同，所述控制口配置为所述控制口的压力油提供的压力的方向与所述弹簧的弹力方向相同。
6.其中一实施例中，所述阀芯开设有连通孔，所述连通孔连通所述第一腔与所述第二腔。
7.其中一实施例中，所述阀芯包括接触面，以在断开进油口与所述出油口时接触所述阀体，从而将所述进油口与所述出油口断开，所述接触面为锥面。
8.其中一实施例中，所述阀芯包括第一配合部、第二配合部和抵靠部，所述第一配合
部和所述第二配合部分别位于所述阀芯的两端，所述抵靠部位于所述第一配合部和所述第二配合部之间，所述第二配合部与所述抵靠部间隔设置，所述第一配合部和所述第二配合部分别与所述阀体的所述腔体的内壁配合，所述接触面设于所述抵靠部上。
9.其中一实施例中，所述第一腔位于所述阀芯的一侧，且与所述第一配合部相邻，所述第二腔位于所述阀芯的另一侧，且与所述第二配合部相邻，所述第三腔位于所述第二配合部与所述抵靠部之间。
10.其中一实施例中，所述弹簧套设于所述阀芯外，且所述弹簧的一端抵接所述阀体，另一端抵接所述阀芯。
11.本发明还提供一种具有单向阀的液压控制装置，包括液压泵、液压油箱、操作阀、主控阀、执行机构、上述单向阀和控制阀，所述液压泵连接于所述操作阀和所述主控阀，以分别给所述操作阀和所述主控阀供油，所述操作阀用于接收操作指令，以控制所述操作阀输出的先导油，所述操作阀输出的先导油连接于所述主控阀的控制油口以控制所述主控阀的状态，从而控制输出给所述执行机构的液压油，所述单向阀连接于所述液压油箱和所述主控阀的回油口之间，仅允许油液从所述主控阀流向所述液压油箱，所述控制阀连接于所述单向阀的所述控制口，以调节所述控制口的压力。
12.其中一实施例中，所述操作阀包括左手柄阀、右手柄阀和脚踏阀，分别连接于左操作手柄、右操作手柄和脚踏；所述主控阀包括第一主阀、第二主阀、第三主阀、第四主阀、第五主阀和第六主阀，所述左手柄阀的输出口连接于所述第二主阀、所述第四主阀，以根据所述左手柄阀接收的操作指令控制所述第二主阀、所述第四主阀的状态，所述右手柄阀的输出口连接于所述第三主阀和所述第六主阀，以根据所述右手柄阀接收的操作指令控制所述第三主阀和所述第六主阀的状态，所述脚踏阀的输出口连接于所述第一主阀和所述第五主阀，以根据所述脚踏阀接收的操作指令控制所述第一主阀和所述第五主阀的状态；所述执行机构包括左行走马达、右行走马达、回转马达、动臂油缸、斗杆油缸和铲斗油缸，所述左行走马达连接于所述第一主阀，所述右行走马达连接于所述第五主阀，所述回转马达连接于所述第二主阀，所述动臂油缸连接于所述第三主阀，所述斗杆油缸连接于所述第四主阀，所述铲斗油缸连接于所述第六主阀。
13.其中一实施例中，所述液压控制装置还包括发动机和控制器，所述发动机连接于所述液压泵，所述控制器连接于所述控制阀、所述液压泵和所述发动机，所述控制器用于控制所述发动机的转速和所述液压泵的输出，所述控制器用于给所述控制阀控制指令，所述控制阀根据所述控制器的所述控制指令输出控制压力，所述控制压力用于调节所述单向阀的所述控制口的压力。
14.其中一实施例中，所述液压控制装置包括待机工况、稳定工作工况、动作停止工况和动作切换工况，
15.所述待机工况下，所述控制阀的输出压力为零，所述单向阀的所述控制口的压力为零；
16.所述稳定工作工况下，所述控制阀的输出压力为零，所述单向阀的所述控制口的压力为零；
17.所述动作停止工况下，所述控制阀的输出压力为pa，所述单向阀的所述控制口的压力为为pa，pa大于零；
18.所述动作切换工况下，所述控制阀的输出压力为pb，所述单向阀的所述控制口的压力为为pb，pb大于pa。
19.本发明的单向阀及液压控制装置中，通过设置控制口，可调节单向阀的压差，从而实现背压可调，从而可在不同工况下实现不同的背压功能，进而减小液压控制装置的能量损耗，提供系统工作效率。
附图说明
20.图1为本发明一实施例的单向阀的结构示意图。
21.图2为图1所示单向阀的受力面积分析示意图。
22.图3为图1所示单向阀的控制压力px与背压p1关系曲线图。
23.图4为本发明一实施例的具有单向阀的液压控制装置的液压原理图。
24.图5为图4所示具有单向阀的液压控制装置的主控阀和执行机构的结构示意图。
25.图6为图4所示具有单向阀的液压控制装置的操作阀的结构示意图。
26.图7为图4所示具有单向阀的液压控制装置的单向阀在待机工况下的工作状态压力曲线图。
27.图8为图4所示具有单向阀的液压控制装置的单向阀在动作停止工况下的工作状态压力曲线图。
28.图9为图4所述具有单向阀的液压控制装置的主泵的排量变化曲线图。
29.图10为图4所示具有单向阀的液压控制装置的单向阀在动作切换工况下的工作状态压力曲线图。
具体实施方式
30.为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术方式及功效，以下结合附图及实施例，对本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
31.如图1所示，本发明一实施例的单向阀包括阀体11、阀芯13和弹簧15。阀体11上开设有进油口112、出油口114和控制口116，阀体11内设有腔体。阀芯13可移动地设有阀体11内，且将腔体分为第一腔117、第二腔118和第三腔119，第一腔117与第二腔118连通，且第一腔117与控制口116连通。进油口112与第三腔119连通，且阀芯13在腔体内可移动以通过第三腔119连通或断开进油口112与出油口114。弹簧15向阀芯13提供弹力，弹力的方向与从连通到断开进油口112和出油口114时阀芯13的移动方向相同。控制口116配置为控制口116的压力油提供的压力的方向与弹簧15的弹力方向相同，这样，打开单向阀连通进油口112和出油口114时，需要克服控制口116的压力油的压力。
32.本实施例的单向阀中，通过设置控制口，可调节单向阀的压差，从而实现背压可调，从而可在不同工况下实现不同的背压功能，进而减小液压控制装置的能量损耗，提供系统工作效率。
33.本实施例中，阀芯13开设有连通孔132，连通孔132连通第一腔117与第二腔118。具体地，连通孔132可开设于阀芯13中心。
34.具体地，阀芯13包括接触面134，以在断开进油口112与出油口114时接触甚至抵接阀体11，从而将进油口112与出油口114断开，接触面134为锥面。阀芯13的锥面与阀体11的
圆柱面接触配合，可形成线密封，避免进油口112与出油口114之间漏油。
35.具体地，阀芯13包括第一配合部136、第二配合部137和抵靠部138，第一配合部136和第二配合部137分别位于阀芯13的两端，抵靠部138位于第一配合部136和第二配合部137之间，第二配合部137与抵靠部138间隔设置，第一配合部136和第二配合部137分别与阀体11的腔体的内壁配合，接触面134设于抵靠部138上。通过第一配合部136和第二配合部137分别与阀体11的腔体的内壁配合，可将腔体分为第一腔117、第二腔118和第三腔119。更具体地，第一腔117位于阀芯13的一侧，且与第一配合部136相邻，第二腔118位于阀芯13的另一侧，且与第二配合部137相邻，第三腔119位于第二配合部137与抵靠部138之间，接触面134朝向第二配合部137一侧。更具体地，抵靠部138的截面积大于第一配合部136和第二配合部137的截面积。
36.本实施例中，弹簧15套设于阀芯13外，且弹簧15的一端抵接阀体11，另一端抵接阀芯13。弹簧15上预设有预压力，这个预压力可使阀芯13复位。在本实施例中，弹簧15的弹性系数k值取较小值，使弹簧15仅用于复位而不用于平衡进油口p1的压力。
37.本实施例中，控制口116可由电磁阀控制。单向阀应用于挖掘机时，挖掘机电磁阀输出的控制油最高压力约为40bar，挖掘机液压系统中单向阀进油口112需求的背压控制最高约为5bar，进油口112的需求压力远小于控制压力px。根据本方案单向阀的结构特性，合理设置单向阀的液压油作用面积，就能实现控制压力px(0～40bar)实现对单向阀出口压力p1(0～5bar)的无极调节。本方案单向阀中，控制压力px与单向阀背压p1的控制压力曲线如图3所示。
38.请参照图2，设定进油口112的压力为p1，出油口114的压力为p2，控制口116的压力为px，那么p1
×
a3 px
×
a4＝px
×
a1 p2
×
a2，则p1＝px
×
(a1-a4)/a3 p2
×
a2/a3；其中，压力px的作用面积为a1和a4，p2的作用面积为环形面积a2，p1的作用面积为环形面积a3。进油口112一般与挖掘机主控阀回油口连接，p1即为挖掘机液压系统中的回油路背压，p1需要达到一定数值，在执行机构有吸空产生负压时回油路能顺畅补油，出油口114与油箱回油腔连通，p2主要来自单向阀后液压散热器和液压附件的压损，流量一定时，p2为固定值，px为单向阀背压控制油，px压力的大小可以控制单向阀的压差p1-p2，控制px压力的大小能控制p1的大小，即液压系统中的回油路背压。当px油口不给压力时，进油口112的液压油能轻松将单向阀的阀芯13往上推，进油口112与出油口114连通，单向阀打开，单向阀压差约为0，此时系统的背压很小；当px给一定压力值时，进油口112的液压油要推开阀芯13往上推还需克服控制口压力油给阀芯13的作用力，进油口112与出油口114才能连通，单向阀通流时进油口112就会产生较高压力，此时液压系统将会具有一定背压。
39.本发明还提供一种具有单向阀的液压控制装置，如图4所示，一实施例的具有单向阀的液压控制装置包括液压泵31、液压油箱33、操作阀35、主控阀37、执行机构39、单向阀41和控制阀43，液压泵31连接于操作阀35和主控阀37，以分别给操作阀35和主控阀37供油，操作阀35用于接收操作指令，以控制操作阀35输出的先导油，操作阀35输出的先导油油连接于主控阀37的控制油口以控制主控阀37的状态，从而控制输出给执行机构39的液压油。单向阀41为前述实施例的单向阀，单向阀41连接于液压油箱33和主控阀37的回油口之间，仅允许油液从主控阀37流向液压油箱33，控制阀43连接于单向阀41的控制口116，以调节控制口116的压力px。
40.本实施例中，液压控制装置还包括发动机45，发动机45连接于液压泵31。
41.本实施例中，液压泵31包括主泵312和先导泵314，主泵312连接于主控阀37以给主控阀37供油，先导泵314连接于操作阀35以给操作阀35供油。
42.本实施例中，操作阀35包括左手柄阀352、右手柄阀354和脚踏阀356，分别连接于左操作手柄、右操作手柄和脚踏，以分别接收操作者对左操作手柄、右操作手柄和脚踏的操作指令。
43.本实施例中，主控阀37包括第一主阀371、第二主阀372、第三主阀373、第四主阀374、第五主阀375和第六主阀376，左手柄阀352的输出口连接于第二主阀372、第四主阀374，以根据左手柄阀352接收的操作指令控制第二主阀372、第四主阀374的状态，右手柄阀354的输出口连接于第三主阀373和第六主阀376，以根据右手柄阀354接收的操作指令控制第三主阀373和第六主阀376的状态，脚踏阀356的输出口连接于第一主阀371和第五主阀375，以根据脚踏阀356接收的操作指令控制第一主阀371和第五主阀375的状态。具体地，第三主阀373为两个，第四主阀374为两个。
44.本实施例中，液压控制装置可用于控制挖掘机，执行机构39包括左行走马达392、右行走马达393、回转马达394、动臂油缸395、斗杆油缸396和铲斗油缸397，左行走马达392连接于第一主阀371，右行走马达393连接于第五主阀375，回转马达394连接于第二主阀372，动臂油缸395连接于第三主阀373，斗杆油缸396连接于第四主阀374，铲斗油缸397连接于第六主阀376。左手柄阀352控制第二主阀372和第四主阀374，进而控制回转马达394实现左右回转动作和控制斗杆油缸396实现斗杆内收外摆动作，右手柄阀354控制第三主阀373和第六主阀376，进而控制动臂油缸395实现动臂举升下降动作和控制铲斗油缸397内收外摆动作，脚踏阀356控制第一主阀371和第五主阀375，进而控制左行走马达392、右行走马达393实现前进后退转弯等动作。可以理解，本实施例的液压控制装置也可用于控制其他工程机械，控制其他工程机械时，执行机构39有所不同。
45.本实施例中，控制阀43可为比例阀。
46.本实施例中，液压控制装置还包括控制器47，控制器47连接于控制阀43、液压泵31和发动机45，控制器47用于控制发动机45的转速和液压泵31的输出。具体地，控制器47给主泵312变量比例阀输出控制电流，控制主泵312的输出。
47.具体地，控制器47还用于控制阀43控制指令，控制阀43根据控制器47的控制指令输出控制压力，控制压力用于调节单向阀41的控制口116的压力，进而控制进油口112与出油口114的压差。具体地，控制器47给控制阀43电流控制指令。
48.在本实施例的液压控制装置中，控制逻辑如下：
49.待机工况：控制器47检测到驾驶员没用执行任何操作，挖掘机处于待机工况，此时控制器47给控制阀43输出指令，控制阀43的输出压力为零，单向阀41的控制口116的压力px为零，单向阀41不产生压差，液压控制装置的回油背压p1降到最低，液压控制装置能量损失降到最低，此时单向阀41的控制位于图7中圈出段；
50.稳定工作工况：当驾驶员稳定执行一个或多个动作，包括斗杆油缸396、动臂油缸395、铲斗油缸397、回转马达394、左行走马达392、右行走马达393单个动作或多个协同动作时，控制器检测到动作对应执行机构的压力传感器p1～p12没有产生负压信号，判断液压控制装置中不存在吸空，此时控制器47给控制阀43输出指令，控制阀43的输出压力为零，单向
阀41的控制口116的压力px为零，单向阀41不产生压差，液压控制装置回油背压p1降到最低，执行机构输出力更大，提高工作效率，此时单向阀41的控制和待机工况保持一致；
51.动作停止工况：当驾驶员操作手柄或脚踏，执行机构从动作状态停止时，因执行机构和结构件惯性，对应的油缸或马达容易发生吸空，如果补油不及时，容易发生回弹现象，且油缸或马达损坏的风险增加。油缸或马达的吸空趋势被压力传感器p1～p12感知并发送给控制器47，此时液压控制装置中，控制器47给控制阀43输出电流指令，控制阀43输出较高压力，例如pa，单向阀41的控制口116的压力为px为pa，单向阀41产生一定压差，液压控制装置回油背压p1上升至一定值，由控制器47根据油缸或马达吸空趋势的大小判断最终控制背压p1的大小，单向阀41的控制区域位于图8中圈出段。同时控制器47给主泵312变量比例阀发送指令，维持一定排量的输出，保证液压控制装置的回油路中油液充足，控制器控制主泵312排量的变化曲线如图9所示；
52.动作切换工况：当驾驶员操作手柄或脚踏，执行机构油缸或马达从一个动作方向切换到相反方向时，因执行机构和结构件惯性，对应的油缸或马达容易发生吸空，工况较动作停止工况更为恶劣。油缸或马达的吸空趋势被压力传感器p1～p12感知并发送给控制器47，此时液压控制装置中，控制器47给控制阀43输出电流指令，控制阀43输出最高压力，例如pb，pb大于pa，单向阀41的控制口116的压力px为pb，单向阀41产生最大压差，背压p1上升至最大值，单向阀41的控制区域位于图10中圈出段。
53.以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。