CN102434515A

CN102434515A - 方波状阀芯的液压旋转阀

Info

Publication number: CN102434515A
Application number: CN2011103663737A
Authority: CN
Inventors: 庄健; 俞珏
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 2011-11-17
Filing date: 2011-11-17
Publication date: 2012-05-02
Anticipated expiration: 2031-11-17
Also published as: CN102434515B

Abstract

本发明是一种改进结构的三位四通液压旋转阀，主要由上下阀盖、阀芯、阀体和密封圈构成。阀体的P口和T口制作成矩形形状，使阀的流量或压力输出与阀芯与阀体的相对转角近似成正比例关系。阀芯在中间处制成方波状结构，将阀体内腔隔离成4个流通区域，在轴向上加工4个通孔使得阀芯上下端相通，同时将阀芯与阀盖结合的端面制成阶梯状，去除传统液压阀结构中两端的T口槽，减短了阀芯长度。此结构能够大为减小阀的径向不平衡力和轴向不平衡力，能够比传统结构液压阀承受更高油压，同时降低了阀芯的加工精度，减少了生产成本，且结构简单，使用维护方便。

Description

方波状阀芯的液压旋转阀

技术领域：

本发明属于液压控制技术领域，具体涉及一种方波状阀芯的液压旋转阀。

背景技术：

液压阀是流体传动中用于控制液体压力、流量和方向的关键元件，其应用领域越来越宽泛，主要技术要求包括高可靠性、抗油液污染、使用维护方便、成本低廉及能够高精度快响应的控制液体流量或压力输出。现有液压阀为满足这些要求往往需要复杂的结构和高精度的加工，以致价格高昂。随着新型驱动器的研制开发，机械设计制造技术和微电子技术的发展，直接驱动式结构的电液伺服阀快速发展，如文献(1)张光琼，单级转轴式旋转电液伺服阀，机床与液压，1991(2)：34-38；(2)刘长青，太军君，新型二级电液数字伺服阀，水力发电，2003(2)：49-51；(3)焦宗夏，李树立，郭宏，有限角度旋转式电液伺服阀，发明专利申请号：200410004538.6。文献(1)采用极化式双向旋转比例电磁铁作为驱动器；文献(2)采用步进电机作为驱动器；文献(3)采用直流无刷电机作为驱动器。此类专利权利点多为新型驱动器，由于此类新型阀的驱动多为旋转式的，阀体也多采用旋转式结构。

旋转阀为消除不平衡力多采用对称式结构，即沿圆周均匀分布8个油口，为了在阀体内有足够空间连接相同油口，阀体轴向长度被拉大，阀体的径不平衡力作用面积因此增大；同时旋转阀在工作时阀芯左右腔体油压并不相同，泄漏到阀芯左右端油压也跟着不相同，为消除因此产生的轴向不平衡力，阀芯和阀体需要超高的加工精度。

发明内容：

本发明是液压阀结构的创新，能够大为降低阀体的轴向和径向不平衡力，降低加工精度从而降低生产成本。新型阀可由手动或电机拖动。

一种液压旋转阀，包括上阀盖、阀体、密封圈、阀芯、下阀盖，阀芯由手动或电力拖动在阀体内腔中转动实现三位四通；上阀盖和下阀盖分别通过螺钉与阀体的端面牢固连接，将阀芯控制在阀体内腔中限制其轴向移动；阀芯在与阀盖连接处设置阶梯状结构，使得阀芯与阀盖在结合处形成左右两个腔体，同时阀芯上设置有4个轴向孔将所述腔体相连；阀体内开有通油腔，在阀体中段对称于轴线的两个阀口是P口，另外两个与P口成90°分布的是T口，相同阀口在阀体内部相连，各只引出一个外接接口；A口和B口则分别和阀芯的所述两个腔体相连。P口和T口关于阀芯轴线对称，阀口形状为矩形。阀芯在其中间部位的外围设置有一圈凸起，该圈凸起沿其周长伸展开后呈方波状结构。

本发明零件数目少，结构简单，加工、装配容易，可靠性高，可大幅度降低生产使用成本。

附图说明：

图1为阀总体结构示意图。

图2(a)为阀芯结构示意图。

图2(b)为图2(a)中阀芯的方波状结构的A，B，C剖面图。

图3(a)为阀盖结构的侧视图。

图3(b)为阀盖结构的正视图。

图4(a)为阀体的P、T接口结构示意图。

图4(b)为阀体的A接口结构示意图。

图4(c)为阀体的B接口结构示意图。

图5为阀口开度与转角关系计算示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做详细描述。

如图1所示，阀体包括上阀盖1、阀体2、密封圈3～8、阀芯9、下阀盖10；上阀盖1和下阀盖10分别通过螺钉与阀体2的端面牢固连接，将阀芯控制在阀体内腔中限制其轴向移动。阀芯9在与阀盖结合处制成阶梯状，如图1中的细节A的放大图，阀芯在与阀盖结合处制成阶梯状，与阀体、阀盖配合形成两个腔体11，两个腔体通过4个轴向孔12相连。阀芯9在其中间部位的外围设置有凸起13，该凸起呈方波状结构，如图2(a)所示。

阀芯如图2所示为双输出结构，两端可连接驱动器或角位移传感器。若阀加工精度高，则少量的泄漏将不足以填满腔体，阀的轴向不平衡力被消除；若为了降低成本采用较低的加工精度，则两端泄漏油迅速填满腔体，两端不同油压的泄漏油结成一体后压力差被消除，亦没有轴向不平衡力。相比传统液压阀结构，本发明摈弃传统液压阀结构中左右两端与T口相连的凹槽，，大大减短阀芯长度，同等条件下更易提高阀芯表面加工精度。阀芯与阀体在中端方波状结构13的作用下形成两个腔体14，分别连接A口和B口。当如图2(b)的B-B视图所示阀芯的四个轴向突起中心线与阀体的P口和T口中心线重合时，四个阀口恰好被完全封闭；当阀芯转动时，左右两个腔体14能分别同P口或T口连通，从而实现三位四通功能。其中，两个P口在内部连通；两个T口在内部连通由于阀芯与阀体内腔的接触长度变短，面积大为减小，径向不平衡力的作用面积亦减小。

阀体结构如图4所示，其仅含有4个外接接口(即P口、T口、A口、B口各一个)，其它为连接相同油口而制作的工艺口采用油塞封堵。阀体结构创新处在于阀口的设计，其设计准则是满足额定流量的液流输出并且最大限度的使液流流通面积与阀芯转动角度成正比关系。然而严格保证两者的正比关系是不可取的，因为这需要将阀口加工成特殊的鼓形形状，高精度的异形孔难以加工，生产成本高昂。由于流体运动的复杂性和不确定性，液流压力和能量损失与阀口开口面积并非线性关系，使用高成本加工的阀口特殊形状虽能使阀口开口面积与阀芯转角成正比，却并不能保证流量等比例输出，因此极端的追求阀口开度与阀芯转动角度并不合理，实际应用中可采用含有少量误差的设计。因此本发明选择矩形阀口，初步设计转动范围为-15°～15°，如图5所示：外阀体内圆半径OA与OB夹角为15°(即阀口两端与圆心所夹角度)，矩形形状的阀口造成实际流通面积和理想面积之间最大误差为：

式中r为阀体内半径，h为矩形阀口长度，l_AB为AB间弧线距离，

是液流流通面积，即外阀体上矩形开口在通流截面上(通过AB连线且平行轴线)的投影，l_AB×h为理想流通面积，与阀芯转角严格正比。

阀盖结构如图3所示，阀盖仅用于将阀芯固定在阀体内腔中，与阀体采用螺钉连接，配合要求低。阀盖中心孔与阀芯输出轴配合，采用密封圈防止外泄漏。

本发明采用图2、图3、图4结构加工各个部件，阀芯的外表面与阀体内腔配磨而成，要求较高的加工精度以减少泄漏和降低不平衡力，而其它结构可采用普通工艺加工。当阀芯、阀体、上下阀盖制造完成后按图1所示装配，密封圈和油塞采购标准件。

新型阀加工安装完成后，阀芯输出轴可连接手柄以手动形式控制液流流动，也可以连接各种新型驱动器采用电力控制，另一端接入角位移传感器构成反馈回路，因为液流输出与角位移近似正比例关系，可制成电液伺服阀。本发明使用范围广泛、灵活。

Claims

1.一种液压旋转阀，包括上阀盖(1)、阀体(2)、密封圈(3～8)、阀芯(9)、下阀盖(10)，阀芯(9)由手动或电力拖动在阀体内腔中转动实现三位四通；上阀盖(1)和下阀盖(10)分别通过螺钉与阀体(2)的端面牢固连接，将阀芯控制在阀体内腔中限制其轴向移动；其特征在于：阀芯在与阀盖连接处设置阶梯状结构，使得阀芯与阀盖在结合处形成左右两个腔体(11)，同时阀芯上设置有4个轴向孔(12)将所述腔体相连；阀体(2)内开有通油腔，在阀体中段对称于轴线的两个阀口是P口，另外两个与P口成90°分布的是T口，相同阀口在阀体内部相连，各只引出一个外接接口；A口和B口则分别和阀芯的所述两个腔体相连。

2.如权利要求1所述的旋转阀，其特征在于：P口和T口关于阀芯轴线对称，阀口形状为矩形。

3.如权利要求1或2所述的旋转阀，其特征在于：阀芯在其中间部位的外围设置有一圈凸起，该圈凸起沿其周长伸展开后呈方波状结构。