技术领域
本发明涉及阀技术领域，具体涉及一种差动回路切换阀及液压差动回路，主要应用在液压机械领域。
背景技术
差动液压缸控制回路作为基本的液压控制回路，已经广泛应用于工业液压、工程机械领域等。单活塞杆液压缸差动控制回路实质是使液压缸有杆腔排出的液体返回至液压缸的无杆腔，从而增加进入无杆腔的流量，相应也加大了活塞杆的伸出速度，灵活地满足大推力小速度及小推力大速度的工作要求。差动回路控制中分为快进及工进两种工况，快进工况时通过差动回路中的切换阀将液压缸有杆腔和无杆腔连通，以增加液压缸的运动速度；工进工况中，则需要将无杆腔和有杆腔断开，以增加液压缸的输出力。如公告号为CN104675807B、名称为“差动液压控制系统和方法、及起重机”的发明专利，其公开了一种差动液压控制系统和方法，其中系统包括：第一换向阀、第二换向阀、单向阀、力矩限制器和控制器，第一换向阀设置在差动液压缸的无杆腔与油源连通的油路上，并连通油箱；第二换向阀分别连通第一换向阀、差动液压缸的无杆腔和有杆腔；单向阀设置在第二换向阀与油箱连通的油路上；力矩限制器与控制器连接，将检测到的实际吊重量传输给控制器；控制器与第二换向阀的控制端连接，控制第二换向阀换向，以实现差动液压缸差动状态和非差动状态的切换。虽然，此发明可以实现液压缸快进与工进工况的转换，但是其结构较为复杂，包含过多的阀件及电子检测及控制元件，应用成本较高。
发明内容
针对现有技术中所存在的上述技术问题的部分或者全部，本发明提出了一种无需电控即可自动实现差动回路快进与工进工况切换的差动回路切换阀，而且结构更紧凑，成本更低。
为了实现以上发明目的，一方面，本发明提出了一种具有以下结构的差动回路切换阀，包括：
阀体，其沿轴向方向依次设有与外部阀块的油口A连通的第一通流孔组、与外部阀块的油口B连通的第二通流孔组以及与外部阀块的油口B1连通的第三通流孔组；
主阀芯，其连接在所述阀体内，且所述主阀芯上设有第一阀芯通道和第二阀芯通道；
第一弹性组件，其连接在主阀芯的一端并与阀体及主阀芯形成第一控制腔；
第一单向阀芯组件，其连接在主阀芯的第一阀芯通道上；
第二弹性组件，其连接在主阀芯的另一端并与阀体及主阀芯形成第二控制腔；且构造成：
当油口A压力较低，油口B进油时，油液从第二通流孔组中的至少一个通流孔进入第一阀芯通道推开第一单向阀芯组件，从第一通流孔组中的至少一个通流孔流向油口A实现差动；
当油口A压力上升，从第一通流孔组中的至少一个通流孔进入第一控制腔的压力克服第二弹性组件的作用力推动主阀芯向第二控制腔所在端移动时，第二通流孔组中的至少一个通流孔与第三通流孔组连通，油口B的油液流向油口B1实现工进；
当第二控制腔进油主阀芯压缩第一弹性组件实现主阀芯换向时，第三通流孔组与第二通流孔组中的至少一个通流孔连通，第二通流孔组与第一通流孔组不连通。
在本发明中，通过阀体上三组流通孔、主阀芯上的阀芯通道、第一弹性组件、第一单向阀芯组件和第二弹性组件的设置与连接，实现油液从油口B到油口A的差动、从油口B到油口B1的工进以及从油口B1进油时的复位三种工作模式，通过在不同压力作用下主阀芯的移动，无需电控即可自动实现差动回路快进与工进工况的切换，而且结构更紧凑。同时由于减少了其它的控制阀和控制元件，应用成本更低。
在一种实施方案中，所述第一通流孔组包括设在阀体上的第一通流孔和第一阻尼孔，所述第一阻尼孔设在阀体的下方并与第一控制腔连通，所述第一通流孔与第一阀芯通道的一端连通。
在一种实施方案中，所述第二通流孔组包括第二通流孔和第三通流孔，所述第二通流孔位于阀体靠近第一通流孔的一侧，第三通流孔位于第二通流孔的上方。
在一种实施方案中，所述第一阀芯通道包括设在主阀芯下部的第一径向通孔、第二径向通孔和第一轴向孔，所述第一轴向孔连通第一径向孔与第二径向孔，当主阀芯位于中位时，第一通流孔与第二径向通孔连通，第二通流孔与第一径向通孔，第一单向阀芯组件从下往上卡接在第二径向通孔与第一轴向通孔的连接处隔断第一通流孔与第二通流孔。
在一种实施方案中，所述第一轴向通孔为下端直径大、上端直径小的阶梯孔结构，所述第一单向阀芯组件包括单向阀芯和将所述单向阀芯向上顶的第二弹性件，所述单向阀芯的顶部为尖锥型结构，所述单向阀芯的下部形成弹簧座结构。
在一种实施方案中，所述第一弹性组件包括第一弹性件和弹簧座，所述弹簧座设在阀体的底部，所述主阀芯的下部在所述第一轴向通孔的两侧形成有环形凸部，所述主阀芯位于所述环形凸部的外侧形成有环形凹部，所述第一弹性件套接在所述主阀芯的环形凸部上；所述第二弹性件的一端抵接在单向阀芯上，另一端套接在所述弹簧座上。
在一种实施方案中，所述阀体的上部形成有一肩部，所述第三通流孔组包括设在所述肩部下方的第四通流孔以及与肩部上方的第二控制腔连通的第二阻尼孔；所述第二弹性组件包括螺堵、第三弹性件和限位座，所述螺堵与阀体上端固定连接，所述螺堵从上向下将第三弹性件经限位座压接在阀体的肩部，所述限位座的中部设有与主阀芯的上端凸部配合的第一通孔。
在一种实施方案中，所述主阀芯的上部外侧设有第一环形凹部和第二环形凹部，当主阀芯位于中位时，第一环形凹部与第四通流孔连通且向上延伸，第二环形凹部与第三通流孔连通且向下延伸；当所述主阀芯向下移动时，第三通流孔与第四通流孔经第一环形凹部连通；当所述主阀芯向上移动时，第三通流孔与第四通流孔经第二环形凹部连通。
另一方面，本发明提出了一种差动液压回路，该差动液压回路包括依次连接的油源、电磁换向阀、差动回路切换阀和液压缸，所述电磁换向阀的油口C与差动回路切换阀的油口B1连通，所述电磁换向阀的油口D与差动回路切换阀的油口A连通，所述差动回路切换阀的油口A连接液压缸的无杆腔，所述差动回路切换阀的油口B连接液压缸的有杆腔；其中的差动回路切换阀采用如上所述的切换阀。
在一种实施方案中，当电磁换向阀的油口D的油液推动液压缸伸出时，液压缸无杆腔的油液进入油口B，从差动回路切换阀的第一阀芯通道推开第一单向阀芯组件流向油口A，实现液压缸的差动快速伸出；当进入工进时，负载增加导致与差动回路切换阀的油口A连通的第一控制腔的压力能够克服第二弹性组件的作用力时，主阀芯向上移动，差动回路切换阀的油口B与油口B1连通，并经电磁换向阀的油口C回到油口T；当电磁换向阀的油口P与油口C相通，油口D与油口T连通时，油口C的油液流向差动回路切换阀的油口B1，推动差动回路切换阀的主阀芯向下运动，油口B1与油口B连通，油液进入液压缸的无杆腔驱动液压缸缩回。
与现有技术相比，本发明的差动液压回路的优点在于：
本发明的差动液压回路采用上述差动回路切换阀并配合电磁换向阀，实现液压缸差动快进、液压缸工进和液压缸缩回三种工况的自动切换。差动快进工况时，电磁换向阀处于右位，主阀芯处于中位，从有杆腔流出的油液经油口B推开单向阀芯流向油口A。当液压缸运动到一定位置，负载上升时，油口A的压力上升，连接的第一控制腔的压力增大推动主阀芯向上运动，油口B的油液经油口B1和电磁换向阀的右位回油箱，此时可输出较大的作用力。从而无需电控就可以自动实现差动回路的快进工况与工进工况的切换。而且与现有技术相比，减少了单向阀、力矩限制器和控制器等控制元件的使用，结构更紧凑，成本更低。
附图说明
下面将结合附图来对本发明的优选实施例进行详细地描述，在图中：
图1是本发明的差动回路切换阀的其中一种实施例的结构示意图；
图2是本发明的差动回路切换阀的主阀芯运动到下限位时的结构示意图；
图3是本发明的差动回路切换阀的主阀芯运动到上限位时的结构示意图；
图4是本发明的差动回路切换阀的液压原理图。
图5是包括本发明的差动回路切换阀的差动液压回路的液压原理图。
附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明的示例性实施例进行进一步详细的说明。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。并且在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以互相结合。
发明人在发明过程中注意到，现有液压系统通过第一换向阀、第二换向阀、单向阀、力矩限制器和控制器的连接虽然可以实现液压缸快进与工进工况的转换，但是其结构较为复杂，包含过多的阀件及电子检测及控制元件，应用成本较高。
针对以上不足，一方面，本发明的实施例提出了一种差动回路切换阀，下面进行说明。
图1显示了本发明的差动回路切换阀13的其中一种实施例。在该实施例中，本发明的差动回路切换阀13主要包括：阀体1、主阀芯5、第一弹性组件、第一单向阀芯组件和第二弹性组件。其中，阀体1沿轴向方向从下往上依次设有与外部阀块的油口A连通的第一通流孔组、与外部阀块的油口B连通的第二通流孔组以及与外部阀块的油口B1连通的第三通流孔组。主阀芯5连接在阀体1内，且主阀芯5上设有第一阀芯通道和第二阀芯通道。第一弹性组件连接在主阀芯5的下端并与阀体及主阀芯5形成第一控制腔10。第一单向阀芯组件，其从下向上连接在主阀芯10的第一阀芯通道上。第二弹性组件连接在主阀芯的上端并与阀体及主阀芯形成第二控制腔11。此处的外部阀块是指用于本发明的差动回路切换阀13插装进入的插装阀块。
在一个实施例中，本发明的阀体1、主阀芯5、第一弹性组件、第一单向阀芯组件和第二弹性组件构造成：当油口A压力较低，油口B进油时，油液从第二通流孔组中的至少一个通流孔进入第一阀芯通道推开第一单向阀芯组件，从第一通流孔组中的至少一个通流孔流向油口A实现差动。
在一个实施例中，当油口A压力上升，从第一通流孔组中的至少一个通流孔进入第一控制腔10的压力克服第二弹性组件的作用力推动主阀芯向第二控制腔11所在端(图1中为向上)移动时，第二通流孔组中的至少一个通流孔与第三通流孔组连通，油口B的油液流向油口B1实现工进。
在一个实施例中，当第二控制腔11进油主阀芯5压缩第一弹性组件实现主阀芯5的换向时，第三通流孔组与第二通流孔组中的至少一个通流孔连通，第二通流孔组与第一通流孔组不连通，。
在一个实施例中，如图1所示，第一通流孔组主要包括设在阀体1上的第一通流孔1.2和第一阻尼孔1.1。其中，第一阻尼孔1.2设在阀体1的下方并与第一控制腔10连通。第一通流孔1.2与第一阀芯通道的一端连通。
在一个实施例中，如图1所示，第二通流孔组主要包括第二通流孔1.3和第三通流孔1.4。其中，第二通流孔1.3位于阀体1靠近第一通流孔1.2的一侧，第三通流孔1.4位于第二通流孔1.3的上方。
在一个实施例中，如图1所示，第一阀芯通道主要包括设在主阀芯5的下部的第一径向通孔5.3、第二径向通孔5.5和第一轴向孔5.4。其中，第一轴向孔5.4连通第一径向通孔5.3与第二径向通孔5.5。参见图1，当主阀芯5位于中位时，第一通流孔1.2与第二径向通孔5.5连通，第二通流孔1.3与第一径向通孔5.3。第一单向阀芯组件从下往上卡接在第二径向通孔5.5与第一轴向通孔5.4的连接处，并隔断第一通流孔1.2与第二通流孔1.3。也就是，当从第二通流孔1.3流向第一轴向孔5.4的油液压力小于第一单向阀芯组件的开启压力时，第一通流孔1.2与第二通流孔1.3不连通。
在一个实施例中，如图1所示，第一轴向孔5.4为下端直径大、上端直径小的阶梯孔结构。在一个实施例中，第一单向阀芯组件主要包括单向阀芯4和将单向阀芯4向上顶的第二弹性件3。其中的单向阀芯4的顶部为尖锥型结构，单向阀芯4的下部形成弹簧座结构。
在一个实施例中，如图1所示，第一弹性组件主要包括第一弹性件2和弹簧座9。其中，弹簧座9设在阀体1的底部。主阀芯5的下部在第一轴向通孔5.4的两侧形成有环形凸部，主阀芯5位于环形凸部的外侧形成有环形凹部，第一弹性件2套接在主阀芯5的环形凸部或抵接在主阀芯5的环形凹部上。第二弹性件2的上端抵接在单向阀芯4上，第二弹性件2的下端套接并抵接在弹簧座9上。
在一个实施例中，如图1所示，阀体1的上端形成有一肩部，第三通流孔组包括设在肩部下方的第四通流孔1.6以及与阀体1的上端肩部上方的第二控制腔11连通的第二阻尼孔1.5。第二弹性组件主要包括螺堵8、第三弹性件7和限位座6。其中，螺堵8与阀体1的上端固定连接，螺堵8从上向下将第三弹性件7经限位座6压接在阀体1的肩部。优选地，限位座6的中部设有与主阀芯5的上端凸部配合的第一通孔6.1，具体可参见图1至图3。
在一个实施例中，如图1所示，主阀芯5的上部外侧设有第一环形凹部5.1和第二环形凹部5.2。当主阀芯5位于中位时，第一环形凹部5.1与第四通流孔1.6连通且向上延伸。第二环形凹部5.2与第三通流孔1.4连通且向下延伸。如图2所示，当主阀芯5向下移动时，第三通流孔1.4与第四通流孔1.6经第一环形凹部5.1连通。如图3所示，当主阀芯5向上移动时，第三通流孔1.4与第四通流孔1.6经第二环形凹部5.2连通。第一环形凹部5.1连通第二阻尼孔1.5。
另一方面，如图5示出了包括本发明的差动回路切换阀13的差动液压回路的一种具体实施例。在该实施例中，该差动液压回路主要包括依次连接的油源(图5中未画出)、电磁换向阀12、差动回路切换阀13和液压缸14。其中，电磁换向阀12的油口C与差动回路切换阀13的油口B1连通，电磁换向阀12的油口D与差动回路切换阀13的油口A连通，差动回路切换阀13的油口A连接液压缸14的无杆腔，差动回路切换阀13的油口B连接液压缸14的有杆腔。差动回路切换阀13采用如前面所述的切换阀，液压缸14采用差动液压缸。
在一个实施例中，如图5所示，当电磁换向阀12的油口D的油液推动液压缸14伸出时，液压缸14的无杆腔的油液进入油口B，从差动回路切换阀13的第一阀芯通道推开第一单向阀芯组件流向油口A，实现液压缸的差动快速伸出。当进入工进时，负载增加导致与差动回路切换阀13的油口A连通的第一控制腔10的压力能够克服第二弹性组件的作用力时，主阀芯5向上移动，差动回路切换阀13的油口B与油口B1连通(具体可参考图4中的右侧工作位置)，并经电磁换向阀12的油口C回到油口T(图5中电磁换向阀12切换到右位)。当电磁换向阀的油口P与油口C相通，油口D与油口T连通时(此时图5中的电磁换向阀切换到左位)，油口C的油液流向差动回路切换阀13的油口B1，推动差动回路切换阀的主阀芯向下运动，油口B1与油口B连通，油液进入液压缸的无杆腔驱动液压缸缩回(可参考图4中差动回路切换阀13的左侧工作位置)。
在一个实施例中，如图1至图5所示，本发明的差动液压回路的工作原理如下：
如图5，当电磁换向阀12右边电磁铁得电，则电磁换向阀12工作在右位，油口P的液压油和油口D相通，油口C的液压油和油口T相通，这样油口P的液压油经过油口D到达本发明的差动回路切换阀13的油口A、同时进入液压缸的无杆腔，油口A的液压油经过第一阻尼孔1.1进入第一控制腔10，若此时液压缸的负载较低的话，则油口A的压力也比较低，第一控制腔10的油液压力作用到主阀芯5上产生的推力不足以克服第三弹性件7的作用力，这时本发明的差动回路切换阀13并按照图4所示工作在中位(即图1所示的位置)。电磁换向阀12的油口D的油液推动液压缸14向左运动，液压缸14的有杆腔的油液进入本发明的差动回路切换阀13的油口B，油口B的油液由第二通流孔1.3进入第一径向通孔5.3和第一轴向通孔5.4后作用到单向阀芯4上克服第二弹性件3的作用力向下运动，油液经第一轴向通孔5.4流入第二径向通孔5.5后流到油口A，实现差动功能，这时液压缸14的向外伸出速度很快。当液压缸14进入工进状态，也就是负载较大时，油口A的压力上升，第一控制腔10的压力也跟着上升，当第一控制腔10的压力作用到主阀芯5上产生的推力足以克服第三弹性件7产生的作用力时，主阀芯5向上运动，进入图3所示的位置。此时，油口B的油液经第一通流孔1.4进入第二环形凹部5.2，经第四通流孔1.6后再进入油口B1，油口B1的油液经电磁换向阀12的油口C回到油口T，液压缸14的无杆腔和有杆腔不再连通，从而保证较大的输出力。
当图5中的电磁换向阀12的左边电磁铁得电，则电磁换向阀12工作在左位，油口P的液压油和油口C相通，油口D的液压油和油口T相通，这样油口P的液压油经过油口C到达本发明的差动回路切换阀13的油口B1，油口B1的液压油经第二阻尼孔1.5进入第二控制腔11，作用到主阀芯5上推动主阀芯5克服第一弹性件2和第二弹性件3的作用力向下运动到图2所示状态。此处，油口B1的油液经第四通流孔1.6、第一环形凹部5.1、第三通流孔1.4进入油口B，而油口A截止，这样液压缸14缩回。在本发明的差动回路切换阀13中，由于第三弹性件7的作用力要远大于第一弹性件2和第二弹性件3的作用力，因为进入工进的转换压力比较高，如达到15～20MPA。在液压缸14缩回时，第一弹性件2和第二弹性件可起到作用，因此液压缸14缩回所需要的压力不高。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。因此，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和/或修改，根据本发明的实施例作出的变更和/或修改都应涵盖在本发明的保护范围之内。
