CN1008200B - 高水基锥阀式电液换向阀 - Google Patents

Abstract

本发明属于一种锥阀式电液换向阀，它采用同轴布置的三通插装阀芯，阀体及相应球形式或锥阀式先导电磁阀可构成具有二个控制位置的三通和四通阀以及具有三个和四个控制位置的四通P、Y机能换向阀，具有过流量大，切换时间短，寿命长等优点，即适用于精度低的高水基介质，也完全适用于矿物油及水-乙二醇等各种难燃介质。

Description

本发明属于一种液压阀，特别是用于高水基液压系统的电液换向阀。

在液压系统中使用高水基液压介质是当前国内外竞相开发研究的重要课题，由于高水基液压介质的性能特点，必须有相应的液压元件。以往的一些水压机、连续铸钢设备采用的水控制系统通常都是采用如机标JB水压机零部件标准中的手柄操纵的分配器（JB2048-84）或是采用辅助油路操纵单顶缸的系统来控制水介质的主系统（见图1）前者结构难于实现电器或计算机自动控制，后者结构系统复杂，须有油和水两种各自独立的液压系统的动力泵站，由于目前尚未研制出适合于高水基液工作的各种电液转换液压阀，因此，上述油控水系统（图1）或手柄操纵带接力器的分配器系统仍然是目前广泛采用的高水基液压传动形式。

为尽快开发高水基液压传动的应用，近二年来，已研制了适用于高水基介质的插式锥阀及各种功能的先导电磁阀。由两个二通插装方向锥阀与一个二位四通先导电磁阀或分别与两个二位三通先导阀构成各种流量的二位三通或三位三通换向阀，也可由四个插式方向阀芯与四个先导阀构成具有12种机能的四通换向阀，图2即为四个二通插装阀及相应先导阀构成的多机能四通阀组，这种整体分配器结构，对通径小于DN32MM的各种阀门，无论是在外型结构、尺寸大小的重量上都不如油滑阀经济，且加工先导阀的引水孔也较困难，使用先导阀和电磁铁的数量与四通油滑阀相比也成倍增加，电器控制点也增多。

图3，为西德专利IEP-00005818的二个控制位置四通换向阀，图3-a为该阀的构成原理，图3-b为该阀的结构。它是采用二个三位阀（3）、（4）及柱塞控制腔（17、20）和相应先导电磁阀（38、39）构成， 上部一个三位阀（3）的主阀部分与控制柱塞（16）为分离结构，而下面一个三位阀（4）的主阀部分与控制活塞（12）为螺纹连接的刚性连接整体结构，两者不同，不能通用互换，且二个三位阀（3）、（4）的相应结构腔，（3e）为压力水腔，（10）腔为排水腔，而柱塞（16）的（21）腔为排水腔，（4）阀的柱塞顶杆（12）的相应结构腔（15）则为压力水控制腔，这种结构决定了该二位四通换向阀不可能对称同轴布置，只能是上下布置，因而也就不可能作成与油滑阀具有完全相同的安装连接尺寸，而且由柱塞控制腔（17）推动（3）阀关闭5a阀口，及由活塞控制腔（20）推动（4）阀关闭（6a）阀口的力及速度也是不相等的，另一方面，二个三位阀的主阀为整体结构，一旦在供液泵源进液腔P管路（22）失压情况下，液压阀本身不能使进入A腔（或B腔）的压力水封住自锁，该阀必须借助串接在先导阀（38）与控制腔之间的单向阀（45），连接B腔与控制腔（20）之间的节流阀（36）及串接在进水中P（22）通道上的单向阀（41）的联合作用来实现阀门自锁封住压力，结构方法上复杂。由于该阀两个柱塞控制腔（17、20）采用并联控制使机能变化大大减少，尽管也能实现四个位置状态，但其中三个位置的控制功能是重复的，见图3-c，所以该专利换向阀实际上只构成一个具有二个控制位置的四通换向阀，即使采用不同功能先导阀进行组合，都无法实现多功位控制的位置任意变换。因而功能单一，

锥阀根据使用介质不同，可分为油锥阀及水锥阀，两者与油滑阀相比都具有压力损失小，过流量大，切换时间短，寿命长，可实现无泄漏密封关闭等一系列优点，但由于目前尚没有可与油滑阀相互通用的油（或水基）锥阀式电液换向阀，特别是使用量最多是DN10、20通径的阀门，因而在不少新液压系统设计中特别是中小流量系统，为了降低成本和造价，仍然大量采用各种油滑阀，国内众多的油滑阀系统，尽管泄漏严重，由于费用问题也不愿意重新投资全部拆除旧的系统而去采用锥阀结构的层叠式集成阀系统，而对于高水基介质的水压系统，更由于目前没有适用于中小流量的电液换向阀，即使对于小通 径DN10的阀门，都不得不采用插装阀构成的分配器结构形式。

本发明的目的是研制与设计一种油基、水基等难燃介质均通用的中小流量换向阀，使之能与油滑阀通用互换，且功能多样，结构简单，使之既能与相应功能油滑阀通用互换，又能以锥阀的许多优点来弥补油滑阀的不足之处，并能满足各种介质的通用性能。

本发明构思的电液换向阀，主要由三通插装阀芯和先导电磁阀构成，它区别于二通插装阀的控制原理是同边的进排水两个阀口用一个控制腔来实现，而二通插装阀同边的进排水阀口均是分别由二个控制腔来控制。三通插装阀的主锥阀芯是由二个单向阀即内套装单向阀，外套装单向阀及复位弹簧组成，这种特征使两个套装的单向阀具有相对的同向移动和背向反向作用。其一端与相应阀座构成一个进水阀口，另一端与相应阀座构成一个排水阀口。二个三通插装阀芯可呈对称布置在阀体的同轴线上，具有与油滑阀按国标GB2514-81规定的相同的安装连接尺寸。当采用对称同一轴线布置的二个三通插装阀芯、阀体及两个端盖法兰和一个二位四通先导电磁阀则构成一个二位四通电液换向阀。当采用对称同一轴线布置的二个三通插装阀芯、阀体及两个二位三通先导电磁阀则构成一个三位四通电液换向阀，上述构成的各种功能电液换向阀，由于采用了组合套装锥阀芯，因而使各阀门即使在主进液P管道失压情况下，其进液阀口都具有单向阀的自锁保险作用，而无需像西德专利图3中必须依靠单向阀（45），节流阀（36），单向阀（41）的联合作用来实现自锁功能。

下面结合附图说明本发明的工作原理及实施例。

图1为油控水系统结构图。其中，P、O为水介质源，P′、O′为油辅助介质动力源，（1）为水分配阀，（2）为油单顶缸，（3）为油控制阀。

图2为四个插式阀及先导阀构成的三位四通换向阀结构图。

图3为西专利IEP-0005818的2个控制位置四通换向阀结构图，其中，图3-a为该阀的构成原理，图3-b为该阀的结构，图3-c为该阀的控制功能图。

图4为本发明三通插装阀芯结构图。

图5为三通插装阀芯的主锥阀芯结构示意图。

图6为本发明二位三通电液换向阀结构图。

图7为本发明二位四通电液换向阀结构图。

图8为本发明三位四通电液换向阀结构图。

图9为本发明电液换向阀机能符号与通电状态图。

图10为连铸机系统中升降档板及推钢机系统设计时可采用各种不同阀门构成的控制原理。

其中，图10a为采用普通油滑阀构成的控制原理，

图10b为采用二通插装阀与先导电磁阀构成的整体分配器的控制原理，

图10c为采用由二通插装阀构成的标准层叠式集成块（GB2897-81）构成的控制原理，上部两块为JK4A，-H＊C-4功能集成块，下部两块为JK₃GI-H＊C-4功能集成块，

图10d为采用本发明锥阀式电液换向阀构成层叠式集成功能块构成的控制阀组原理。

图4至图8中，（1）为柱塞顶杆，（2）先导电磁阀，（3）为三通插装阀芯的主锥阀芯，（4）、（5）为阀座，（6）为控制腔，（7）为主锥阀芯（3与相应阀座（4）构成的进水阀口，（8）为主锥阀芯（3）与相应阀座（5）构成的排水阀口，P、A、B、T分别为电液换向阀的安装连接通道口，其中，P-进液通道口，A、B为两个工作边通道口，T-排液口，（7P）为进液腔，（8）为排液腔，（9）为外套装单向阀，（10）为复位弹簧，（11）为内套装单向阀，（12）为二位三通阀体，（13）为二位四通阀体，（16）为三位四通阀体，（14）为端盖法兰，（15）为先导电磁阀。

二个三通插装阀芯（图4）呈对称布置在阀体（12、13或16）的同一轴线上，具有与油滑阀按国标GB2514-81规定的相同的安装连接尺寸。本发明的二位三通电液换向阀（图6）由一个三通插装阀芯（图4），阀体（12）及一个二位三通先导电磁阀（2）构成。二位四通电液换 向阀由对称同一轴线布置的二个三通插装锥芯与阀体（13）两个端盖法兰（14）及一个二位四通先导电磁阀（15）构成，三位四通电液换向阀是由对称同一轴线布置的二个三通插装阀芯，阀体（16）及两个二位三通先导电磁阀（2）构成。

本发明四通换向阀，具有第一、第二两个中位功能，当两个先导电磁阀原始断电位置为第一中位功能，而同时通电状态实现第二中位功能，并且各功能位置都可将任意一个置换在原始第一中位上，两个先导电磁阀可以选用不同功能标准先导阀组合实现。

下面以三位四通电液换向阀（图8）为例，说明其工作原理。

正常工作条件下，图8所示两个先导电磁阀（2）均为原始断电P机能阀，则该电液换向阀两端的两个控制腔（6）均为排液状态，此时二个组合锥阀芯（3）在进液腔（7P）压力水作用下推向关闭排水阀口（8），而打开两个进水阀口（7），实现P与A、B均接通，而T与A、B口均断开，构成该阀原始安装状态为P机能第一中位功能。当采用组合套装阀芯（3）时该P机能无效，不能实现差动加压，只有采用整体阀芯时，才能实现差动加压。

当左边先导电磁阀（2）仍为断电排液状态，而右边先导电磁阀（2）为通电进液状态时，此时左边三通插装阀芯（3）保持在（7P）腔进液压力水作用下关闭排水阀口（8），而打开进水阀口（7），而右边的三通插装阀芯（3）则在控制腔（6）通过右边先导电磁阀进液，将右边单作用柱塞顶杆（1）推向强行关闭右边进水阀口（7），而打开右边排水阀口（8）此时实现，P-A接通，A-T关闭，P-B关闭，B-T接通，构成左换向功能。反之，若左边先导电磁阀（2）通电进液，而右边先导电磁阀（2）断电排液，则实现P-A关闭，A-T接通，P-B接通，B-T关闭，构成右换向功能。萄

当左右两个先导电磁阀都通电进液，则二端的单作用柱塞顶杆（1）分别关闭二个进水阀口（7），而开启二边二个排水阀口（8），使P与A、B均不接通，而T与A、B都接通，实现电液换向阀为Y机能的第二中 位功能。

如果将图8中左右两个先导电磁阀选配Y机能阀，则上述工作过程的第一中位功能变为第二中位功能，而上述原来的第二中位功能则变成第一中位功能。

又如果将左右两个先导阀（2）选配成左边为P机能阀，右边（2）为Y机能阀则构成P-A接通，A-T关闭，P-B关闭，B-T接通的左换向功能置换在第一中位，反之若将左边先导阀（2）选配Y机能，而右边先导阀（2）为D机能阀，则实现P-B接通，B-T不通，P-A不通，A-T接通的右换向功能置换在第一中位上。因而可对一些需要长时间保压（如连铸机长时间压紧保压浇注）的设置，提供断电工作制的可能，进而扩大了阀门使用灵活性。

当进液P管道一旦失压情况下，由于进液腔（7P）失压，此时组合套装锥阀芯（3）的内套装单向阀（11）在已进入A（或B）工作腔的压力水和弹簧（10）作用下迅速将进水阀口（7）关闭，从而使得进入A（或B）工作边的压力水封住自锁。实现对设备运动部件起支承和保压作用。

三通插装锥阀的组合阀芯（3）的弹簧（10）的弹力只要大于单作用柱塞顶杆（1）控制腔（6）排液状态下，柱塞顶杆处Yx型密封圈的摩擦力即可，通常可大10%左右，控制腔（6）排液状态的背压按50kgf/cm²取值。

锥阀式各种功能电液换向阀的特点：

1、无论是设计成油锥阀或水锥阀，当使用同种介质、同一通径的各种功能的电液阀，除阀体以外的全部零件，可以通用互换，有利于标准化，通过选用不同组合方式，可以构成各种功能，用途各异的电液换向阀、

2、锥阀式换向阀过流量大，与同通径油滑阀相比，其外形轮廓尺寸和重量相当，但过流量却比后者大，使用油介质时，相当于大一挡通径的滑阀的过流量。使用水基介质时，其过流量又相当于比同通径的油锥阀大一挡的过流量。通过联接板可直接取代原油滑阀使 用。

3、适用于高水基介质的锥阀式电液换向阀，在不作任何改变的情况下，完全适用于油介质。与同通径的油滑阀其安装连接通道口尺寸完全可通用互换。

4、如设计成专为油介质使用的锥阀式电液阀，只需将水基介质锥阀结构中运动部位YX型密封取消，改为油滑阀常用的油封槽式配合间隙密封，对元件材料防腐要求降低，进而降低成本。

5、现为油滑阀结构三位四通电液换向阀，不能实现两个先导电磁铁同时通电，因而只有三位四通功能。而本发明的锥阀式三位四通电液换向阀可实现两个先导电磁铁同时通电，因此具有四位四通功能。且通过左右端电磁先导阀配用断电进液或断电排液的不同组合，可以实现三位四通机能位置的互换，从而使阀门在满足多种工艺动作要求时具有更大的灵活性。见图9，图中I、X机能即为功能位置置换后的规格品种。

锥阀加工较滑阀容易，无需研配配合表面。

它与油叠加阀相比，重量可减轻45%，与高水基插式结构锥阀相比可减轻重量约65%，且减少电磁铁及先导阀数量，进而可简化电器和液压系统。

6.上述各种电液换向阀的构成原理，完全可以设计成集成功能块结构形式来构成层叠式集成阀结构。

由图10c与图10d可知，现有GB2877-81标准件的二通插装阀层叠式集成功能块，必须具有二个功能块共四个二通阀插入件才能组成一个四通插装阀的控制功能。而10d所示，只需一个功能块，其计二个三通插入件即可构成一个四通阀的控制功能，结构大简化。

本发明设计的锥阀式换向阀可以达到公称压力315巴以及低于315巴的各种压力。

Claims (4)

1、一种高水基锥阀式电液换向阀，包括具有二个控制位置的三通四通阀以及具有三个和四个控制位置的四通P、Y机能换向阀，它主要由三通插装阀芯(图4)，阀体(12、13或16)及相应先导电磁阀(2或15)构成，三通插装阀芯由组件主锥阀芯(3)及阀座(4)、(5)及柱塞顶杆(1)组成，其特征是主锥阀芯(3)是由内套装单向阀(11)，外套装单向阀(9)及复位弹簧(10)组成。

2、按照权利要求1所述的电液换向阀，其特征是，二个三通插装阀芯（图4）呈对称布置在阀体（13）或（16）的同一轴线上，具有与油滑阀按国标GB2514-81规定的相同的安装连接尺寸。

3、按照权利要求1或2所述的电液换向阀，其特征是，采用对称同一轴线布置的二个三通插装阀芯（图4），阀体（13），两个端盖法兰（14）及一个二位四通先导电磁阀（15）则构成一个二位四通电液换向阀。

4、按照权利要求1或2所述的电液换向阀，其特征是，采用对称同一轴线布置的二个三通插装阀芯（图4）、阀体（16）及两个二位三通先导电磁阀（2）可构成一个三位四通电液换向阀。

Images