本發(fā)明涉及一種變壓節(jié)能三通比例流量換向器，屬于液壓傳動與控制技術(shù)。

背景技術(shù)：

現(xiàn)在液壓工程機械一般用手動先導(dǎo)閥來控制比例換向閥，再由比例換向閥控制負(fù)載的換向和速度。如果系統(tǒng)供液壓力比負(fù)載壓力大得多，油液經(jīng)比例換向閥節(jié)流掉很大的壓力，產(chǎn)生很大的功率損失，系統(tǒng)的效率很低，而且引起油液溫度的升高，必須配備較大功率的散熱設(shè)備把油液溫度降低到系統(tǒng)要求的范圍，這樣又增加功率的消耗。

再者由于負(fù)載壓力和系統(tǒng)壓力隨負(fù)載工況變化，盡管比例換向閥控制信號和閥芯位移不變，比例換向閥節(jié)流口的壓差還是在變，比例換向閥輸出的流量在變，被控負(fù)載的速度也在變，這樣使得設(shè)備的操縱性差，特別是多個負(fù)載同時動作時，一人操作多個控制手柄，很難協(xié)調(diào)好負(fù)載之間的速度關(guān)系，造成設(shè)備動作不準(zhǔn)確，甚至發(fā)生事故。為此需要配置壓力補償器，節(jié)流掉多余的壓力，保持比例換向閥閥口壓力恒定，但這又增加了發(fā)熱。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：現(xiàn)在的閥控液壓系統(tǒng)，通過節(jié)流調(diào)節(jié)負(fù)載速度，把液壓能轉(zhuǎn)化為熱能浪費掉了，使得液壓油溫度升高，為了防止油液因過熱而老化，還需要增設(shè)降溫設(shè)備，降溫設(shè)備也會浪費能源。為此，本發(fā)明為工程機械液壓系統(tǒng)設(shè)計一種變壓節(jié)能三通比例流量換向器，通過變壓使得供液壓力與負(fù)載相適應(yīng)，并能保證比例換向閥閥口壓差不變，不需要壓力補償器，也能控制負(fù)載的速度穩(wěn)定，設(shè)備操縱性好。使用這種比例流量換向器大大減小了液能損失，提高了系統(tǒng)效率，減小了系統(tǒng)發(fā)熱和油液溫升，降低了系統(tǒng)配備的散熱設(shè)備規(guī)格。

技術(shù)方案：為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種變壓節(jié)能三通比例流量換向器，包括液壓變壓器、配流盤轉(zhuǎn)角油缸、轉(zhuǎn)角控制閥和液動比例換向閥；

所述液壓變壓器有三個油口，分別記為P_A口、P_B口和P_T口，P_A口接系統(tǒng)供油，P_B口接液動比例換向閥的A口，P_T口接油箱，液壓變壓器的配流盤轉(zhuǎn)角機構(gòu)通過配流盤轉(zhuǎn)角油缸的兩個控制油口進油壓力差控制；

所述液動比例換向閥為三位四通比例伺服閥，液動比例換向閥的閥芯位置通過先導(dǎo)控制閥和換向閥彈簧控制，液動比例換向閥有四個油口，分別記為A口、B口、C口和D口，B口接負(fù)載油缸的活塞腔，負(fù)載油缸的活塞桿腔接系統(tǒng)供油，C口和D口分別作為節(jié)流通路的出口和進口：當(dāng)閥芯左位工作時，油液從A口流向B口；當(dāng)閥芯中位工作時，A口、B口、C口和D口均互不導(dǎo)通；當(dāng)閥芯右位工作時，油液從B口流向A口；

所述轉(zhuǎn)角控制閥為三位四通比例伺服閥，轉(zhuǎn)角控制閥的閥芯位置通過轉(zhuǎn)角控制閥的兩個控制油口壓力差和控制閥彈簧控制，轉(zhuǎn)角控制閥的兩個控制油口分別連接節(jié)流通路的出口和進口，轉(zhuǎn)角控制閥有四個油口，分別記為E口、F口、G口和H口，E口和F口分別接配流盤轉(zhuǎn)角油缸的兩個控制油口，G口接油箱，H口接系統(tǒng)供油：當(dāng)閥芯左位工作時，油液從F口流向G口，從H口流向E口；當(dāng)閥芯中位工作時，E口、F口、G口和H口均互不導(dǎo)通；當(dāng)閥芯右位工作時，油液從E口流向G口，從H口流向F口。

本發(fā)明中，若液壓變壓器的P_A口輸入的壓力高于負(fù)載壓力，液壓變壓器從P_T口吸入低壓油把高出的部分降低壓力，這樣系統(tǒng)供給的流量小于負(fù)載需要的流量，達(dá)到了節(jié)能的目的。

優(yōu)選的，所述液動比例換向閥的閥芯通過換向閥彈簧對中，即先導(dǎo)控制閥無輸出信號時，閥芯中位工作。

優(yōu)選的，所述轉(zhuǎn)角控制閥的閥芯由控制閥彈簧和閥芯兩端壓差控制，當(dāng)轉(zhuǎn)角控制閥的兩個控制油口無輸入時，轉(zhuǎn)角控制閥的閥芯在彈簧力作用下閥芯左位工作；轉(zhuǎn)角控制閥穩(wěn)態(tài)時，轉(zhuǎn)角控制閥的兩個控制油口進油壓力差與閥芯控制面積的乘積等于控制閥彈簧的預(yù)壓縮力，通過調(diào)節(jié)控制閥彈簧的預(yù)壓縮力調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)角控制閥的兩個控制油口進油壓力差。在液動比例換向閥控制信號和閥芯開口量不變時，液動比例換向閥輸出的流量不變，負(fù)載油缸的速度不變，即負(fù)載油缸的速度不隨負(fù)載及系統(tǒng)供油壓力的變化而變化，提高系統(tǒng)的操縱性；但是負(fù)載或系統(tǒng)供油壓力變化對油缸速度也會產(chǎn)生擾動，比例流量換向器能夠自動消除這種對速度的干擾。

有益效果：現(xiàn)有的比例換向閥，在控制信號和閥芯開口量一定時，負(fù)載壓力或系統(tǒng)供液壓力變化時，閥的輸出流量波動很大，設(shè)備的操縱性差，而且系統(tǒng)供液壓力大于負(fù)載壓力時，在閥上產(chǎn)生很大的節(jié)流，液能損失大，油液發(fā)熱嚴(yán)重。如果給比例換向閥配置了壓力補償器，能保證閥口壓差恒定，負(fù)載壓力或系統(tǒng)供液壓力變化時，閥的輸出流量波動很小，設(shè)備的操縱性好，但系統(tǒng)供液壓力大于負(fù)載壓力時，壓力補償器產(chǎn)生很大的節(jié)流，液能損失大，油液發(fā)熱也嚴(yán)重?，F(xiàn)有的比例換向閥也不能回收負(fù)負(fù)載工況時的機械能，把負(fù)載輸入的機械能全部轉(zhuǎn)化為了熱能。

如果只用現(xiàn)在的液壓變壓器直接控制負(fù)載，操作人員只能控制液壓變壓器的配流盤控制角來調(diào)節(jié)輸出的流量和負(fù)載速度，系統(tǒng)沒有節(jié)流損失和發(fā)熱，也能回收負(fù)負(fù)載工況時的機械能。但負(fù)載壓力或系統(tǒng)供液壓力變化時，液壓變壓器輸出壓力將發(fā)生變化，負(fù)載將加速或減速，為了保證負(fù)載速度不變，操作人員必需時刻調(diào)節(jié)液壓變壓器的配流盤控制角消除輸出流量的波動，這樣設(shè)備的操縱性很差。

本發(fā)明的變壓節(jié)能三通比例流量換向器通過調(diào)節(jié)液壓變壓器的配流盤控制角保證了比例換向閥的節(jié)流口壓差不變，在控制信號和閥芯開口量一定時，負(fù)載壓力或系統(tǒng)供液壓力變化時，閥的輸出流量沒有波動，設(shè)備的操縱性好，而且系統(tǒng)供液壓力大于負(fù)載壓力時，壓差降在了液壓變壓器上，閥口節(jié)流壓差和液壓能損失很小，不會引起油液嚴(yán)重發(fā)熱。這種換向器中液壓變壓器也能回收負(fù)負(fù)載工況時的機械能。因此，本發(fā)明的變壓節(jié)能三通比例流量換向器在閥口壓差很小的條件下，既能實現(xiàn)比例調(diào)速控制，又能回收負(fù)負(fù)載的機械能。其控制性能和節(jié)能都優(yōu)于現(xiàn)在的比例換向閥及液壓變壓器。

附圖說明

圖1為本發(fā)明變壓節(jié)能三通比例流量換向器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明變壓節(jié)能三通比例流量換向器的職能符號示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進一步的說明。

如圖1所示為一種變壓節(jié)能三通比例流量換向器，包括液壓變壓器1、配流盤轉(zhuǎn)角油缸2、轉(zhuǎn)角控制閥3和液動比例換向閥4。

所述液壓變壓器1有三個油口，分別記為P_A口、P_B口和P_T口，P_A口接系統(tǒng)供油，P_B口接液動比例換向閥4的A口，P_T口接油箱，液壓變壓器1的配流盤轉(zhuǎn)角機構(gòu)通過配流盤轉(zhuǎn)角油缸2的兩個控制油口進油壓力差控制；

所述液動比例換向閥4為三位四通比例伺服閥，液動比例換向閥4的閥芯位置通過先導(dǎo)控制閥和換向閥彈簧控制，液動比例換向閥4有四個油口，分別記為A口、B口、C口和D口，B口接負(fù)載油缸5的活塞腔，負(fù)載油缸5的活塞桿腔接系統(tǒng)供油，C口和D口分別作為節(jié)流通路的出口和進口：當(dāng)閥芯左位工作時，油液從A口流向B口；當(dāng)閥芯中位工作時，A口、B口、C口和D口均互不導(dǎo)通；當(dāng)閥芯右位工作時，油液從B口流向A口；

所述轉(zhuǎn)角控制閥3為三位四通比例伺服閥，轉(zhuǎn)角控制閥3的閥芯位置通過轉(zhuǎn)角控制閥3的兩個控制油口壓力差和控制閥彈簧控制，轉(zhuǎn)角控制閥3的兩個控制油口分別連接節(jié)流通路的出口和進口，轉(zhuǎn)角控制閥3有四個油口，分別記為E口、F口、G口和H口，E口和F口分別接配流盤轉(zhuǎn)角油缸2的兩個控制油口，G口接油箱，H口接系統(tǒng)供油：當(dāng)閥芯左位工作時，油液從F口流向G口，從H口流向E口；當(dāng)閥芯中位工作時，E口、F口、G口和H口均互不導(dǎo)通；當(dāng)閥芯右位工作時，油液從E口流向G口，從H口流向F口。

所述液動比例換向閥4的閥芯通過換向閥彈簧對中，即先導(dǎo)控制閥無輸出信號時，閥芯中位工作。所述轉(zhuǎn)角控制閥3的閥芯由控制閥彈簧和閥芯兩端壓差控制，當(dāng)轉(zhuǎn)角控制閥3的兩個控制油口無輸入時，轉(zhuǎn)角控制閥3的閥芯在彈簧力作用下閥芯左位工作；轉(zhuǎn)角控制閥3穩(wěn)態(tài)時，轉(zhuǎn)角控制閥3的兩個控制油口進油壓力差與閥芯控制面積的乘積等于控制閥彈簧的預(yù)壓縮力，通過調(diào)節(jié)控制閥彈簧的預(yù)壓縮力調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)角控制閥3的兩個控制油口進油壓力差。

下面就本發(fā)明的工種工況進行具體分析。

(一)負(fù)載壓力增大工況分析

如果液動比例換向閥4控制信號不變閥芯位移和閥開口量不變，而負(fù)載壓力突然增大，液動比例換向閥4的A口和B口的壓差減小，液動比例換向閥4輸出的流量減小，負(fù)載油缸5速度變小。轉(zhuǎn)角控制閥3測量液動比例換向閥4進出口壓力差，這時轉(zhuǎn)角控制閥3閥芯左端的作用力大于右端的作用力，閥芯右移，轉(zhuǎn)角控制閥3左位工作，系統(tǒng)供油進入配流盤轉(zhuǎn)角油缸2的左腔，使轉(zhuǎn)角油缸2的活塞向右移動，減小液壓變壓器1的配流盤的控制角，也就減小了壓變壓器1的變壓比，使液壓變壓器1的P_B口(液動比例換向閥4節(jié)流進口)壓力升高，液動比例換向閥4進出口壓力差回到原來的值，液動比例換向閥4輸出流量和負(fù)載油缸5的速度恢復(fù)到原來的大小，轉(zhuǎn)角控制閥3閥芯回到中位工作，液壓變壓器1的配流盤的控制角不再改變，這時因負(fù)載壓力增大引起的負(fù)載油缸5速度減小得到恢復(fù)。

(二)負(fù)載壓力減小工況分析

如果液動比例換向閥4控制信號不變閥芯位移和閥開口量不變，而負(fù)載壓力突然減小，液動比例換向閥4的A口和B口的壓差增大，比例換向閥4輸出的流量增大，負(fù)載油缸5速度變大。轉(zhuǎn)角控制閥3閥芯左端的作用力小于右端的作用力，閥芯左移，轉(zhuǎn)角控制閥3右位工作，系統(tǒng)供油進入配流盤轉(zhuǎn)角油缸2的右腔，使轉(zhuǎn)角油缸2的活塞向左移動，增大液壓變壓器1的配流盤的控制角，也就增大了壓變壓器1的變壓比，使液壓變壓器1的P_B口(液動比例換向閥4節(jié)流進口)壓力降低，液動比例換向閥4進出口壓力差回到原來的值，液動比例換向閥4輸出流量和負(fù)載油缸5的速度恢復(fù)到原來的大小，轉(zhuǎn)角控制閥3閥芯回到中位工作，液壓變壓器1的配流盤的控制角不再改變，這時因負(fù)載壓力減小引起的負(fù)載油缸5速度增大得到恢復(fù)。

(三)供液壓力減小工況分析

如果供液壓力減小，液壓變壓器1輸出的壓力即液動比例換向閥4的A口壓力減小，由于負(fù)載油缸5活塞桿腔壓力也減小了，負(fù)載油缸5活塞腔壓力及液動比例換向閥4的B口也減小。如果B口壓力減小量小于A口減小量，那么A口和B口的壓差減小，液動比例換向閥4輸出的流量減小，負(fù)載油缸5速度變小，與(一)負(fù)載壓力增大工況分析相同；如果B口壓力減小量大于A口減小量，那么A口和B口的壓差增大，液動比例換向閥4輸出的流量增大，負(fù)載油缸5速度變大，與(二)負(fù)載壓力減小工況分析相同。

(四)供液壓力增大工況分析

如果供液壓力增大，液壓變壓器1輸出的壓力即液動比例換向閥4的A口壓力增大，由于負(fù)載油缸5活塞桿腔壓力也增大了，負(fù)載油缸5活塞腔壓力及液動比例換向閥4的B口也增大。如果B口增大量小于A口增大量，那么A口和B口的壓差增大，液動比例換向閥4輸出的流量增大，負(fù)載油缸5速度變大，與(二)負(fù)載壓力減小工況分析相同；如果B口壓力增大量大于A口增大量，那么A口和B口的壓差減小，液動比例換向閥4輸出的流量減小，負(fù)載油缸5速度變小，與(一)負(fù)載壓力增大工況分析相同。

當(dāng)液動比例換向閥4左端有控制信號，閥芯右移，開口量與控制信號大小成比例，閥芯右位工作，液動比例換向閥4的B口輸出油液進入負(fù)載油缸5，驅(qū)動負(fù)載油缸5的活塞桿以一穩(wěn)定速度伸出；當(dāng)液動比例換向閥4右端有控制信號，閥芯左移，開口量與控制信號大小成比例，閥芯左位工作，系統(tǒng)供油的油液進入負(fù)載油缸5，驅(qū)動負(fù)載油缸5的活塞桿以一穩(wěn)定速度縮回。

如果負(fù)載油缸5用于舉升或下放重物，如液壓電梯油缸和液壓挖掘機大臂油缸，負(fù)載油缸5舉升重物時液壓系統(tǒng)輸入液壓能，高壓油液通過液壓變壓器1和比例換向閥4進入負(fù)載油缸5的活塞腔，經(jīng)負(fù)載油缸5將液壓能轉(zhuǎn)化為機械能，機械能變?yōu)橹匚锏膭菽埽匆簤合到y(tǒng)輸出液壓能，在這個過程中如果負(fù)載油缸5活塞腔壓力小于系統(tǒng)供油壓力，液壓變壓器1把壓力變低，沒有節(jié)流損失，只有通過比例換向閥4節(jié)流口的壓差損失，此壓差是為了控制流量穩(wěn)定必需的，但此壓差很小只有0.5-1MPa，對于高壓系統(tǒng)來說此壓力損失比例不大。

負(fù)載油缸5下放重物時重物的勢能轉(zhuǎn)化為負(fù)載油缸5活塞腔的液壓能，通過比例換向閥4調(diào)節(jié)流量后進入液壓變壓器1，經(jīng)變壓后輸出到液壓系統(tǒng)，即回收了重物的勢能，很少一部分轉(zhuǎn)化為油液的熱能。

通過以上分析可知，本發(fā)明的變壓節(jié)能三通比例流量換向器能夠?qū)崿F(xiàn)負(fù)載的比例流量控制，且節(jié)流很小，還能回收負(fù)載的機械能轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的液壓能，達(dá)到了節(jié)能的目的，流量換向器是通過變壓節(jié)能的，有三個進出液通道，輸出或輸入流受控制信號的比例控制，所以命名為變壓節(jié)能三通比例流量換向器。

為了簡化變壓節(jié)能三通比例流量換向器在液壓系統(tǒng)中的畫法，定義發(fā)明的這種換向器的職能符號為圖2所示。外面的長方形方框代表比例換向閥，長方形方框內(nèi)的兩個半圓及上下連線組成的橢圓代表液壓變壓器，長方形方框左右的虛線代表比例流量控制信號輸入端，左右還有兩個閥芯對中彈簧。A和B代表換向器的進油或出油口，A口接系統(tǒng)供油，B口接負(fù)載，T代表換向器與油箱相連的油口，可以通過此口從油箱吸油或排油。AB之間的連線及節(jié)液符號表示換向器是通過閥口節(jié)流調(diào)節(jié)流量的，三對黑三角表示可以從三個口進出油。左右對角的斜線和箭頭代表液壓變壓器的配流盤控制角可調(diào)。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。