本發(fā)明涉及一種可回收慣性動能的變壓節(jié)能四通比例流量換向器，屬于液壓傳動與控制技術。

背景技術：

現(xiàn)在液壓工程機械一般用手動先導閥控制比例換向閥，再由比例換向閥控制負載的換向和速度。如果系統(tǒng)供液壓力比負載壓力大得多，油液經(jīng)比例換向閥節(jié)流掉很大壓力差，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。對于驅(qū)動很大慣性工作機構的負載，如挖掘機回轉(zhuǎn)馬達，為了提高效率，讓液壓馬達加速到最大速度，接著切斷供液，負載的轉(zhuǎn)動動能轉(zhuǎn)化為液壓能從溢流閥溢流變成了油液的熱能，也會引起油液溫度的升高。油液溫度的升高將使液壓油粘度下降，加速液壓系統(tǒng)內(nèi)部運動部件的磨損，導致系統(tǒng)泄漏增加，容積效率下降；液壓元件產(chǎn)生熱膨脹，導致液壓閥工作不靈敏或卡死；當油溫超過55℃時，將加劇液壓油的氧化，使用壽命縮短。所以必須配備較大功率的散熱設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。

再者由于負載壓力和系統(tǒng)壓力隨負載工況變化，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)流口的壓差還在變，比例換向閥輸出的流量在變，被控負載的速度也在變，這樣使得設備的操縱性差，特別是多個負載同時動作時，一人操作多個控制手柄，很難協(xié)調(diào)好負載之間的速度關系，造成設備動作不準確，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，又增加了發(fā)熱。

技術實現(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，還需要增設降溫設備，降溫設備也會浪費能源。為此，本發(fā)明為工程機械液壓系統(tǒng)設計一種可回收慣性動能的變壓節(jié)能四通比例流量換向器，通過變壓使得供液壓力與負載相適應，并能保證比例換向閥閥口壓差不變，不需要壓力補償器，也能控制負載的速度穩(wěn)定，設備操縱性好。使用這種比例流量換向器大大減小了液能損失。四通比例流量換向器還能回收負載的轉(zhuǎn)動動能轉(zhuǎn)化的液壓能。因此，比例流量換向器的使用提高了系統(tǒng)效率，減小了系統(tǒng)發(fā)熱和油液溫升，降低了系統(tǒng)配備的散熱設備規(guī)格。

技術方案：為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為：

一種可回收慣性動能的變壓節(jié)能四通比例流量換向器，包括液壓變壓器、配流盤轉(zhuǎn)角油缸、溢流控制轉(zhuǎn)角閥、壓差控制轉(zhuǎn)角閥、單向閥、液動比例換向閥、慣性溢流選擇閥和梭閥，將負載的兩個油口分別記為R口和S口；

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口接液壓源，P_B口接單向閥的出油口和液動比例換向閥的P口，P_T口接油箱，液壓變壓器的配流盤轉(zhuǎn)角機構通過配流盤轉(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六通比例伺服閥，液動比例換向閥的閥芯位置通過先導控制閥控制，液動比例換向閥有六個油口，分別記為P口、T口、A口、B口、C口和D口，A口接R口，B口接S口，T口接油缸，C口和D口分別作為節(jié)流通路的出口和進口：當閥芯左位工作時，油液從P口流向B口，從A口流向T口；當閥芯中位工作時，P口、A口和B口封閉，T口、C口和D口相互導通；當閥芯右位工作時，油液從P口流向A口，從B口流向T口；

所述壓差控制轉(zhuǎn)角閥為三位四通比例伺服閥，壓差控制轉(zhuǎn)角閥的閥芯位置通過壓差控制轉(zhuǎn)角閥的兩個控制油口壓力差控制，壓差控制轉(zhuǎn)角閥的兩個控制油口分別接節(jié)流通路的出口和進口，壓差控制轉(zhuǎn)角閥有四個油口，分別記為I口、J口、K口和L口，I口接油箱，J口接液壓源，K口接溢流控制轉(zhuǎn)角閥的E口，L口接溢流控制轉(zhuǎn)角閥的F口：當閥芯左位工作時，油液從L口流向I口，從J口流向K口；當閥芯中位工作時，I口、J口、K口和L口均互不導通；當閥芯右位工作時，油液從K口流向I口，從J口流向L口；

所述溢流控制轉(zhuǎn)角閥為三位四通比例伺服閥，溢流控制轉(zhuǎn)角閥的閥芯位置通過溢流控制轉(zhuǎn)角閥的控制油口進油壓力和溢流控制轉(zhuǎn)角閥彈簧控制，溢流控制轉(zhuǎn)角閥的控制油口接慣性溢流選擇閥的U口，溢流控制轉(zhuǎn)角閥有四個油口，分別記為E口、F口、G口和H口，G口和H口分別接配流盤轉(zhuǎn)角油缸的兩個控制油口：當閥芯左位工作時，油液從F口流向G口，從H口流向E口；當閥芯中位工作時，E口、F口、G口和H口均互不導通；當閥芯右位工作時，油液從G口流向E口，從F口流向H口；

所述慣性溢流選擇閥為兩位三通閥，慣性溢流選擇閥的閥芯位置通過先導控制閥和選擇閥彈簧控制，慣性溢流選擇閥有三個油口，分別記為U口、W口和V口，W口接梭閥的出油口O，V口接油箱：當閥芯左位工作時，油液從U口流向V口；當閥芯右位工作時，油液從W口流向U口；

所述梭閥的兩個進油口分別接R口和S口。

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，即先導控制閥無輸出信號時，閥芯中位工作。

優(yōu)選的，所述壓差控制轉(zhuǎn)角閥的閥芯由控制閥彈簧和閥芯兩端壓差控制，當壓差控制轉(zhuǎn)角閥的兩個控制油口無輸入時，壓差控制轉(zhuǎn)角閥的閥芯在彈簧力作用下閥芯右位工作；壓差控制轉(zhuǎn)角閥穩(wěn)態(tài)時，壓差控制轉(zhuǎn)角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壓縮力，通過調(diào)節(jié)控制閥彈簧的預壓縮力調(diào)節(jié)壓差控制轉(zhuǎn)角閥的兩個控制油口進油壓力差。

優(yōu)選的，所述溢流控制轉(zhuǎn)角閥的閥芯由溢流控制轉(zhuǎn)角閥彈簧和閥芯兩端壓差控制，當溢流控制轉(zhuǎn)角閥的控制油口無輸入時，溢流控制轉(zhuǎn)角閥的閥芯在彈簧力作用下閥芯右位工作；溢流控制轉(zhuǎn)角閥穩(wěn)態(tài)時，溢流控制轉(zhuǎn)角閥的控制油口進油壓力與閥芯控制面積的乘積等于溢流閥彈簧的預壓縮力。

優(yōu)選的，所述慣性溢流選擇閥通過選擇閥彈簧復位，復位后閥芯右位工作；當先導控制閥有輸出信號時，閥芯換位。

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，設備的操縱性差，而且系統(tǒng)供液壓力大于負載壓力時，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，設備的操縱性好，但系統(tǒng)供液壓力大于負載壓力時，壓力補償器產(chǎn)生很大的節(jié)流，液能損失大，油液發(fā)熱也嚴重?，F(xiàn)有的比例換向閥也不能回收負負載工況時的機械能，把負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)輸出的液量和負載速度，系統(tǒng)沒有節(jié)流損失和發(fā)熱，也能回收負負載工況時的機械能和負載的慣性動能。但負載壓力或系統(tǒng)供液壓力變化時，液壓變壓器輸出壓力將發(fā)生變化，負載將加速或減速，為了保證負載速度不變，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，這樣設備的操縱性很差。

本發(fā)明的變壓節(jié)能四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，設備的操縱性好，而且系統(tǒng)供液壓力大于負載壓力時，壓差降在了液壓變壓器上，閥口節(jié)流壓差和液能損失很小，不會引起油液嚴重發(fā)熱。這種換向器中液壓變壓器也能回收負負載工況時的機械能和馬達或油缸制動進程中的慣性動能。

所以發(fā)明的變壓節(jié)能四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，又能回收慣性動能和負負載的機械能。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)明可回收慣性動能的變壓節(jié)能四通比例流量換向器的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明可回收慣性動能的變壓節(jié)能四通比例流量換向器的職能符號示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明作更進一步的說明。

如圖1所示為一種可回收慣性動能的變壓節(jié)能四通比例流量換向器，包括液壓變壓器1、配流盤轉(zhuǎn)角油缸2、溢流控制轉(zhuǎn)角閥3、壓差控制轉(zhuǎn)角閥4、單向閥5、液動比例換向閥6、慣性溢流選擇閥7和梭閥8，負載為馬達9，將馬達9的兩個油口分別記為R口和S口。

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口接液壓源10，P_B口接單向閥5的出油口和液動比例換向閥6的P口，P_T口接油箱，液壓變壓器1的配流盤轉(zhuǎn)角機構通過配流盤轉(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6為三位六通比例伺服閥，液動比例換向閥6的閥芯位置通過先導控制閥控制，液動比例換向閥6有六個油口，分別記為P口、T口、A口、B口、C口和D口，A口接R口，B口接S口，T口接油缸，C口和D口分別作為節(jié)流通路的出口和進口：當閥芯左位工作時，油液從P口流向B口，從A口流向T口；當閥芯中位工作時，P口、A口和B口封閉，T口、C口和D口相互導通；當閥芯右位工作時，油液從P口流向A口，從B口流向T口。所述液動比例換向閥6的閥芯通過換向閥彈簧對中，即先導控制閥無輸出信號時，閥芯中位工作。

所述壓差控制轉(zhuǎn)角閥4為三位四通比例伺服閥，壓差控制轉(zhuǎn)角閥4的閥芯位置通過壓差控制轉(zhuǎn)角閥4的兩個控制油口壓力差控制，壓差控制轉(zhuǎn)角閥4的兩個控制油口分別接節(jié)流通路的出口和進口，壓差控制轉(zhuǎn)角閥4有四個油口，分別記為I口、J口、K口和L口，I口接油箱，J口接液壓源10，K口接溢流控制轉(zhuǎn)角閥3的E口，L口接溢流控制轉(zhuǎn)角閥3的F口：當閥芯左位工作時，油液從L口流向I口，從J口流向K口；當閥芯中位工作時，I口、J口、K口和L口均互不導通；當閥芯右位工作時，油液從K口流向I口，從J口流向L口。所述壓差控制轉(zhuǎn)角閥4的閥芯由控制閥彈簧和閥芯兩端壓差控制，當壓差控制轉(zhuǎn)角閥4的兩個控制油口無輸入時，壓差控制轉(zhuǎn)角閥4的閥芯在彈簧力作用下閥芯右位工作；壓差控制轉(zhuǎn)角閥4穩(wěn)態(tài)時，壓差控制轉(zhuǎn)角閥4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壓縮力，通過調(diào)節(jié)控制閥彈簧的預壓縮力調(diào)節(jié)壓差控制轉(zhuǎn)角閥4的兩個控制油口進油壓力差。

所述溢流控制轉(zhuǎn)角閥3為三位四通比例伺服閥，溢流控制轉(zhuǎn)角閥3的閥芯位置通過溢流控制轉(zhuǎn)角閥3的控制油口進油壓力和溢流控制轉(zhuǎn)角閥彈簧控制，溢流控制轉(zhuǎn)角閥3的控制油口接慣性溢流選擇閥7的U口，溢流控制轉(zhuǎn)角閥3有四個油口，分別記為E口、F口、G口和H口，G口和H口分別接配流盤轉(zhuǎn)角油缸2的兩個控制油口：當閥芯左位工作時，油液從F口流向G口，從H口流向E口；當閥芯中位工作時，E口、F口、G口和H口均互不導通；當閥芯右位工作時，油液從G口流向E口，從F口流向H口。所述溢流控制轉(zhuǎn)角閥3的閥芯由溢流控制轉(zhuǎn)角閥彈簧和閥芯兩端壓差控制，當溢流控制轉(zhuǎn)角閥3的控制油口無輸入時，溢流控制轉(zhuǎn)角閥3的閥芯在彈簧力作用下閥芯右位工作；溢流控制轉(zhuǎn)角閥3穩(wěn)態(tài)時，溢流控制轉(zhuǎn)角閥3的控制油口進油壓力與閥芯控制面積的乘積等于溢流閥彈簧的預壓縮力。

所述慣性溢流選擇閥7為兩位三通閥，慣性溢流選擇閥7的閥芯位置通過先導控制閥和選擇閥彈簧控制，慣性溢流選擇閥7有三個油口，分別記為U口、W口和V口，W口接梭閥8的出油口O，V口接油箱：當閥芯左位工作時，油液從U口流向V口；當閥芯右位工作時，油液從W口流向U口。所述慣性溢流選擇閥7通過選擇閥彈簧復位，復位后閥芯右位工作；當先導控制閥有輸出信號時，閥芯換位。

所述梭閥8的兩個進油口分別接R口和S口。

本案中，配流盤轉(zhuǎn)角油缸2的活塞桿與液壓變壓器1的配流盤轉(zhuǎn)角機構相連，即配流盤轉(zhuǎn)角由配流盤轉(zhuǎn)角油缸2驅(qū)動，溢流控制轉(zhuǎn)角閥3的控制信號取自慣性溢流選擇閥7的U口，溢流控制轉(zhuǎn)角閥3的G口和H口接配流盤轉(zhuǎn)角油缸2的兩個控制油口，溢流控制轉(zhuǎn)角閥3的E口和F口接壓差控制轉(zhuǎn)角閥4的K口和L口，壓差控制轉(zhuǎn)角閥4的J口接液壓源10，I口接油箱，壓差控制轉(zhuǎn)角閥4閥芯的兩個控制油口分別與比例換向閥6的C口和D口相連。

假如比例換向閥6左端有控制信號，閥芯右移，開口量與控制信號大小成比例，即閥左位工作，比例換向閥6的B口輸出的油液進入馬達9驅(qū)動馬達帶動負載轉(zhuǎn)動，馬達9出油經(jīng)比例換向閥6的A口到T口回油箱。此時慣性溢流選擇閥7在控制信號的作用下?lián)Q到左位，接梭閥8的出油口O堵死。溢流控制轉(zhuǎn)角閥3在復位彈簧作用下處于右位，壓差控制轉(zhuǎn)角閥4的兩工作油口跨過溢流控制轉(zhuǎn)角閥3接配流盤轉(zhuǎn)角油缸2的兩油口，壓差控制轉(zhuǎn)角閥4閥芯測量比例換向閥6進出口壓力差，在穩(wěn)態(tài)時壓力差與閥芯控制面積的乘積和壓差控制轉(zhuǎn)角閥4彈簧的預壓縮力相等，即彈簧的預壓縮力調(diào)定比例換向閥6進出口壓力差，在比例換向閥6控制信號和閥芯開口量不變時，比例換向閥6輸出的流量不變，被控馬達9的速度不變，馬達9的轉(zhuǎn)速不隨負載變化及系統(tǒng)供壓力的變化而變化，設備的操縱性好。

負載壓力增大工況分析：如果比例換向閥6控制信號不變閥芯位移和閥開口量不變，而負載壓力突然增大，比例換向閥6的P B口的壓差減小，比例換向閥6輸出的流量減小，馬達9的轉(zhuǎn)速變小。壓差控制轉(zhuǎn)角閥4測量比例換向閥6進出口壓力差，這時壓差控制轉(zhuǎn)角閥4閥芯左端的作用力大于右端的作用力，閥芯右移，壓差控制轉(zhuǎn)角閥4左位投入工作，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(比例換向閥6節(jié)流進口)壓力升高，比例換向閥6進出口壓力差回到原來的值，比例換向閥6輸出流量和馬達9的轉(zhuǎn)速恢復到原來的大小，壓差控制轉(zhuǎn)角閥4閥芯回到中位，液壓變壓器1的配流盤的控制角不再改變，這時因負載壓力增大引起的馬達9的轉(zhuǎn)速減小得到恢復。

負載壓力減小、供液壓力增大或減小工況分析與負載壓力增大工況分析相似，不再累述。

比例換向閥6右端有控制信號，閥芯左移，開口量與控制信號大小成比例，即閥右位接入回路工作，比例換向閥6輸出的油液驅(qū)動馬達9反轉(zhuǎn)。負載或供液壓力變化對馬達9轉(zhuǎn)速也會產(chǎn)生擾動，轉(zhuǎn)速恢復過程分析與比例換向閥6左端有控制信號的分析過程相似。

在這個過程中如果馬達9所需壓力小于系統(tǒng)供液壓力，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6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)來說此壓力損失不大。

當馬達9轉(zhuǎn)動過程中比例換向閥6突然沒有控制信號時，比例換向閥6兩工作油口A和B封死，由于馬達9的負載慣性大，馬達9繼續(xù)轉(zhuǎn)動，馬達9回油口的壓力極具升高，此時慣性溢流選擇閥7左端信號消失，在右端彈簧力的作用下回到右位，馬達9回油口的油液經(jīng)梭閥8、慣性溢流選擇閥7、單向閥5進入液壓變壓器1的P_B口，也作用在溢流控制轉(zhuǎn)角閥3閥芯的左端，溢流控制轉(zhuǎn)角閥3左位工作，配流盤轉(zhuǎn)角油缸2左腔進高壓，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口壓力達到溢流控制轉(zhuǎn)角閥3閥芯右端的彈簧調(diào)定壓力，液壓變壓器1從P_A口排出高壓液匯入系統(tǒng)，這樣就無節(jié)流地把馬達9負載的轉(zhuǎn)動動能回收為供系統(tǒng)使用的液壓能，避免了油液發(fā)熱和溫度升高。

通過以上分析可知，發(fā)明的變壓節(jié)能四通比例流量換向器能夠?qū)崿F(xiàn)負載的比例流量控制，且節(jié)流很小，還能回收負載的慣性動能轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的液壓能，達到了節(jié)能的目的，流量換向器是通過變壓節(jié)能的，有四個進出液主通道，輸出或輸入流量受信號的比例控制，所以命名為可回收慣性動能的變壓節(jié)能四通比例流量換向器。

為了簡化變壓節(jié)能四通比例流量換向器在液壓系統(tǒng)中的畫法，定義本發(fā)明的這種換向器的職能符號為圖2所示，2(a)是進油節(jié)流調(diào)速，2(b)是回油節(jié)流調(diào)速，回油節(jié)流調(diào)速可用于負負載工況的流量控制，也能回收負負載的機械能。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，左右還有兩個換向閥對中彈簧。A和B代表換向器的兩工作油口，接負載(馬達或油缸)的進回油口，P口接系統(tǒng)供液，T代表換向器與油箱相連的接口，可以通過此口從油箱吸液或排液，O口代表回收的慣性動能轉(zhuǎn)化為液壓能的接口。PA和PB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，OP之間的連線及黑三角表示回收慣性動能轉(zhuǎn)化的液壓能的通道，與連線交叉的箭頭表示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，應當指出：對于本技術領域的普通技術人員來說，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視為本發(fā)明的保護范圍。