调压阀及液压系统
技术领域
本实用新型涉及液压控制领域，具体涉及一种调压阀及液压系统。
背景技术
随着大吨位工程机械和复杂机床夹具施加载荷精度要求的提高，对液压系统中施加载荷的动力源控制提出更高的要求。调压阀用于调节液压系统中的压强大小。在传统的调压阀对液压系统调压的过程中，采用开环控制，系统压力容易受管道摩阻的影响，并且在高压时经常出现压力突变现象。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型实施例提供一种调压阀及液压系统，能够提高液压系统油压的调节精度。
第一方面，本实用新型实施例提供了一种调压阀，所述调压阀包括：
阀体，具有阀腔、流体入口和流体出口，所述流体入口和所述流体出口分别与所述阀腔连通；
阀座，固定安装在所述阀腔内，所述阀座设置有与所述流体入口相对的进油孔和与所述流体出口相对的卸油孔，所述进油孔和所述卸油孔相连通；
阀芯，与所述卸油孔相对设置，所述阀芯的截面半径从远离所述卸油孔的一端向靠近所述卸油孔的一端逐渐减小；
丝杠阀杆，一端与所述阀芯固定连接；
伺服电机；以及
旋转螺母，设置在所述丝杠阀杆外，所述旋转螺母与所述伺服电机的输出轴固定连接；
其中，所述伺服电机受控驱动所述旋转螺母旋转，使所述丝杠阀杆沿所述旋转螺母运动，改变所述阀芯与所述卸油孔的距离，以改变所述卸油孔的开度。
优选地，所述卸油孔的出口端截面为圆形，所述卸油孔的出口端为朝向所述阀芯的一端，所述阀芯为直圆锥体。
优选地，所述阀芯与所述卸油孔同轴。
优选地，所述阀座的外壁上与所述流体入口的位置设置有第一沟槽，所述第一沟槽形成为封闭路径，所述第一沟槽与所述进油孔相连通。
优选地，所述调压阀还包括：
导向器，与所述阀体固定连接，所述丝杠阀杆与所述导向器可移动地连接，所述导向器被配置为使所述丝杠阀杆带动所述阀芯沿垂直于所述卸油孔的方向运动。
优选地，所述伺服电机与所述阀体固定连接。
优选地，所述伺服电机的控制精度为0.018度/脉冲。
第二方面，本实用新型实施例还提供了一种液压系统，所述液压系统包括至少一个如第一方面所述的调压阀，所述调压阀的流体出口与油箱连接。
优选地，所述液压系统还包括：
油缸，所述油缸的缸头处设置第一压力变送器，所述油缸的缸尾处设置第二压力变送器，所述第一压力变送器被配置为检测所述缸头处的油压并生成第一信号，所述第二压力变送器被配置为检测所述缸尾处的油压并生成第二信号；
换向阀，分别与所述油缸的缸头和缸尾连通，所述调压阀的流体入口与所述换向阀连接，所述换向阀被配置为在第一工况时将所述缸头或所述缸尾处的压力油输送至所述调压阀；
控制器，根据所述第一信号、所述第二信号和预定的目标油压控制所述伺服电机转动以控制所述卸油孔的开度，从而调节所述液压系统的压强。
本实用新型实施例的调压阀和液压系统，通过伺服电机驱动旋转螺母，带动丝杠阀杆和阀芯运动，使阀芯和阀座卸油孔的距离变化而改变卸油孔的开度，从而调节与调压阀相连的液压系统的压强。由此，卸油孔的开度变化由伺服电机的旋转角度控制，结构简单，调节精度较高且抗外界干扰能力强。
附图说明
通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1是本实用新型第一实施例的调压阀的立体结构示意图；
图2是本实用新型第一实施例的调压阀的主视图；
图3是本实用新型第一实施例的调压阀的A-A方向剖视图；
图4是本实用新型第一实施例的调压阀的B-B方向剖视图；
图5是本实用新型第一实施例的调压阀的调压原理示意图；
图6是本实用新型第二实施例的液压系统的结构示意图；
附图标记说明：
1-阀体；11-阀腔；12-流体入口；13-流体出口；2-阀座；21-进油孔；22-卸油孔；23-第一沟槽；3-阀芯；4-丝杠阀杆；5-伺服电机；6-旋转螺母；7-导向器；81-油缸；82-换向阀；83-控制器；84-油泵；9-油箱。
具体实施方式
以下基于实施例对本实用新型进行描述，但是本实用新型并不仅仅限于这些实施例。在下文对本实用新型的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本实用新型。为了避免混淆本实用新型的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。
此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
除非上下文明确要求，否则整个说明书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
为易于说明，诸如“内”、“外”、“之下”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等等的空间相关术语在此被用于描述图中例示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。将理解的是，空间相关术语可意欲包含设备在使用或操作中的除图中描绘的方位之外的不同的方位。例如，如果图中的设备被翻转，则被描述为在其它元件或特征“下方”或“之下”的元件于是将被定位为在该其它元件或特征“上方”。因而，示例术语“下方”能包含上方和下方的方位二者。设备可以以其它方式被定向(旋转90度或处于其它方位)，并且在此使用的空间相关描述词应该被相应地解释。
图1-图4是本实用新型实施例的调压阀的结构示意图，其中图3为图2中A-A方向的截面示意图，图4是图3中B-B方向的截面示意图。如图1-图4所示，本实用新型实施例的调压阀包括阀体1、阀座2、阀芯3、丝杠阀杆4、伺服电机5以及旋转螺母6。阀体1具有阀腔11、流体入口12和流体出口13，流体入口12和流体出口13分别与阀腔11连通。阀座2固定安装在阀腔11中，阀座2设置有与流体入口12相对的进油孔21和与流体出口13相对的卸油孔22，进油孔21和卸油孔22相连通。阀芯3与卸油孔22相对设置，阀芯3的截面半径从远离所述卸油孔22的一端向靠近卸油孔22的一端逐渐减小，丝杠阀杆4的一端与阀芯3固定连接。旋转螺母6设置在丝杠阀杆4外并与伺服电机5的输出轴固定连接。
流体入口12用于与液压系统的油路连接，流体出口13用于与油箱等容器连接。流体从流体入口12进入，经由进油孔21、卸油孔22与阀芯3的间隙、阀腔11，从流体出口13排出。伺服电机5受控驱动旋转螺母6旋转，使丝杠阀杆4沿旋转螺母6朝向卸油孔22或远离卸油孔22运动，以改变卸油孔22的开度，从而对液压系统的压力进行调节。
阀体1具有中空的阀腔11，流体入口12和流体出口13分别与阀腔11连通，阀座2设置在阀腔11中，阀座2的尺寸与阀腔11的尺寸相符。优选地，阀座2与阀体1固定连接，防止流体压力变化推动阀座2在阀腔11内发生轴向移动而对卸油孔22的开度控制发生不良影响，或使阀座2与阀芯3发生碰撞而影响阀芯3的精度。可选地，可以在阀座2的轴向上设置螺纹孔，通过螺钉将阀座2与阀体1固定连接，由此可以避免阀座2在阀腔11内发生轴向运动。
伺服电机5可以与阀体1固定连接，且伺服电机5的输出轴与卸油孔22同轴。例如，伺服电机5安装在电机座上，电机座与阀体1可以通过螺栓、螺钉等固定连接为一体。
旋转螺母6与伺服电机5的输出轴固定同轴连接，丝杠阀杆4外周具有与旋转螺母6相匹配的螺纹，旋转螺母6套置在丝杠阀杆4外。伺服电机5驱动旋转螺母6转动时，丝杠阀杆4沿旋转螺母6运动而使阀芯3靠近或远离卸油孔22，改变卸油孔22的过流面积。
为便于阀芯3与卸油孔22配合，卸油孔22的出口端的截面可以为圆形，阀芯3为回转体，且回转体的中心轴垂直于卸油孔22出口端，且与所述圆心对齐，其中卸油孔22的出口端是指卸油孔22朝向阀芯3的一端。优选地，阀芯3为直圆锥体，由此可以使卸油孔22出口端处的阀芯3截面半径变化量与丝杠阀杆4的行进距离成正比，由此可以便于计算卸油孔22的过流面积。当阀芯3从第一位置向第一方向运动时，卸油孔22的开度从全开状态逐渐减小；阀芯3从第一位置向第二方向运动时，卸油孔22的出口端始终保持全开状态。其中，第一位置为阀芯3圆锥顶点与卸油孔22的出口端的端面重合的位置，第二方向为阀芯3沿轴线远离卸油孔22的方向，第一方向与第二方向相反。
为减小流体阻力，流体入口12、流体出口13、进油孔21和出油孔均可以设置为圆柱形孔。
图5是本实用新型实施例的调压阀的调压原理示意图。如图5所示，丝杠阀杆4与卸油孔22出口端之间的开度可以由以下公式计算：
S＝π[R2-(Xtanα)2]
其中，S为卸油孔22的出口端的过流面积，R为卸油孔22的出口端的半径，X为丝杠阀杆4从第一位置向第一方向移动的距离，α为丝杠调节阀杆的锥度角。
丝杠阀杆4沿轴向移动距离可以由以下公式计算得出：
X＝Lβ/360°
其中，β为伺服电机5驱动旋转螺母6转动的角度，L为旋转螺母6或丝杠阀杆4的螺距。由上两式得知，
S＝π[R2-(Ltanα)2(β/360°)2]
在上式中，S和β为变量，其余参数均为定量，由此可知卸油孔22出口端的开度S变化量仅与伺服电机5的转动角度β相关，S与β之间为非线性关系，但由于系统压力在整个调压过程中的只需要曲线上的部分值，在实际应用中，S和β为变量可以近似看作为线性关系。
阀座2的外壁设置有第一沟槽23，第一沟槽23与流体入口12的位置相对应，且第一沟槽23和进油孔21相连通，由此，流体入口12，第一沟槽23和进油孔21相互连通成为流体流向卸油孔22的流道。设置第一沟槽23可以便于阀座2的安装，无须进行周向上的定位也能够将流体入口12和进油孔21相连通。
所述调压阀还可以设置导向器7，导向器7设置在阀腔11内，导向器7的尺寸与丝杠阀杆4的外径相匹配。导向器7也可以设置为与所述丝杠阀杆4相匹配的尺寸。导向器7对丝杠阀杆4考靠近阀芯3的一端起到支撑和导向作用，能够使丝杠阀杆4驱动阀芯3垂直于卸油孔22运动，提高调压阀工作的稳定度和精度。
优选地，伺服电机5的控制精度可以为0.018度/脉冲，以使所述调压阀具有较高的调压精度。
本实用新型实施例的调压阀通过伺服电机驱动旋转螺母6，带动丝杠阀杆和阀芯运动，使阀芯和阀座卸油孔的距离变化而改变卸油孔的开度，从而调节与调压阀相连的液压系统的压强。由此，卸油孔的开度变化由伺服电机的旋转角度控制，结构简单，反应灵敏，调节精度较高且抗外界干扰能力强。
实施例二：
实施例一中的调压阀可以应用于各种液压系统中。图6是本实施例的液压系统的结构示意图。如图6所示，在本实施例的液压系统中，包括至少一个实施例一中的调压阀，调压阀的流体入口12接入液压系统，压力油自流体入口12流入，经过进油孔21、卸油孔22和阀腔11流向流体出口13。流体出口13与油箱9相连接，卸载的压力油流入油箱9。
所述液压系统还可以包括油缸81、换向阀82和控制器83。油泵84与油箱9连接，为压力油提供能量，向油路中供给压力油。油路与油缸81连接，油缸81用于向外输出机械能。油缸81的缸头处设置第一压力变送器，用于检测所述缸头处的油压并生成第一信号；油缸81的缸尾处设置第二压力变送器，用于检测缸尾处的油压并生成第二信号。换向阀82用于控制液压系统中压力油的流向，从而调节油缸81的输出方向和工作状态。控制器83与第一压力变送器、第二压力变送器和调压阀的伺服电机5通信连接。控制器83根据第一信号和第二信号，以及预定的目标油压控制伺服电机5转动，通过旋转螺母6——丝杠阀杆4——阀芯3的传递，调节卸油孔的开度，从而调节液压系统中的压强。具体地，当实际油压大于目标油压时，需要降低液压系统的油压，控制器83控制伺服电机5转动，使阀芯3向远离卸油孔的方向运动，增大卸油孔的开度，卸油流量变大，从而使与调压阀相连的油路中的压强降低；当实际油压小于目标油压时，需要升高液压系统的油压，控制器83控制伺服电机5转动，使阀芯3向靠近卸油孔的方向运动，减小卸油孔出口端的开度，卸油流量变小，从而使与调压阀相连的油路中的压强升高。所述目标油压可以是预先存储在控制器83中的固定值，也可以是通过其他输入装置实时向控制器83输入的压强值。
本实施例的液压系统为闭式液压系统，通过控制器根据压力变送器生成的信号和目标油压，控制调压阀的伺服电机工作，调节卸油孔的开度，从而调节液压系统内的压强。由此，液压系统调节精度较高，且受管道摩擦阻力的影响较小。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域技术人员而言，本实用新型可以有各种改动和变化。凡在本实用新型的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
