CN102797722A - 一种具有轴向移动和转动双功能的液压换向阀 - Google Patents

Abstract

该发明属于一种具有轴向移动和转动双功能的液压换向阀，包括设有进油口、回油口和两工作油口和相应环槽的阀体，两端分别设有转动动力阀杆和移动动力阀杆的组合式阀芯、在阀芯本体的圆柱面上对称设置了4个Z型油腔和Z型柱面，带等角度间隔设置并以每两个对称设置的油道为一组的四组连接油路的阀套，端盖及密封件；该发明正常状态时，阀芯以直线运动方式工作，阀套上的工作油口与Z型油腔和Z型柱面形成启、闭关系；当阀芯直线运动发生阻碍时、即可将阀芯切换到转动工作状态，使得换向阀仍然能实现正常的切换功能。因而具有可有效提高换向阀及其液压系统工作时的安全性、连续性与可靠性，尤其是对工作连续性要求较高的领域具有重要作用等特点。

Description

一种具有轴向移动和转动双功能的液压换向阀

技术领域

本发明涉及一种工业用液压控制部件，特别是一种具有既可沿轴向移（滑）动，也可绕轴线转动的双功能液压换向阀；当该换向阀出现轴向移（滑）动故障导致阀芯不能顺利进行直线运动时、阀芯切换到转动运动工作方式，使换向阀仍然能维持正常液压油路的切换功能、确保其正常工作。

背景技术

液压换向阀是利用阀芯对阀体的相对运动，使油路接通、关断（截止）或变换油流的方向，从而实现液压执行元件及其驱动机构的启动、停止或变换运动方向的阀门。按阀芯相对于阀体的运动方式液压换向阀可划分为滑阀和转阀，按操作方式液压换向阀可划分为手动、机动、电磁动、液动和电液动等类型，按阀芯工作时在阀体中所处的位置液压换向阀可划分为二位、三位等，按换向阀所控制的通路数不同液压换向阀可划分为二通、三通、四通和五通等。

在公开号为CN101338829的专利文献中，公开了一种《多路液压换向阀》，该换向阀由阀体、动臂阀杆、主安全阀、过载阀、转斗负载保持单向阀、动臂负载保持单向阀、补油阀、转斗阀杆定位装置、动臂阀杆定位装置等组成。该液压换向阀在一定程度上可以减少液压阀的操作力，减少液压阀的运动不灵活问题，降低零件磨损，延长使用寿命，但该液压阀还是存在着如下的不足之处：

1、结构复杂、加工精度要求高、制造成本高；

2、使用过程中易产生额外的机械力使得阀芯偏离阀孔中心位置，进而产生相应的液压卡紧力，仍然可能产生运动不灵活现象；

3、阀芯磨损后，易使阀芯偏离同轴，产生运动不灵活现象；

4、如果液压油品不干净，油中杂质也有可能造成运动不灵活现象；

5、一旦发生运动不灵活故障，换向阀自身无法从故障中恢复到正常工作状态。

在公开号为CN101832306A的专利文献中，公开了一种《齿轮齿条式三位四通液压转阀》，该液压转阀解决了原有的液压转阀与软轴配合手动使用时，不能大角度直线拉动和推动的弊端，同时解决了滑拉式换向阀对油品净化要求苛刻，制造成本和故障率高的问题，但是该液压阀仍然存在以下的不足之处：

1、阀体和分配阀之间的紧密配合在制造方面要求很高，成本增加；

2、由于齿轮和齿条之间存在间隙，会影响到转阀阀芯的控制精度；

3、卡簧对分配阀的位置定位精度将对整个换向阀的性能影响很大；

4、由于分配阀结构上的不对称性，使得必然存在不平衡的径向力，因而容易产生运动不灵活的问题，且不能自动恢复到正常状态。

以上的多位多通换向阀要么是采用单独的滑阀型结构，要么采用单独的转阀型结构，因而存在当它们在工作过程中如果一旦在该工作状态下遇到故障、如运动不灵活时，液压系统就无法正常工作、尤其在一些对工作连续性要求较高的领域内此类故障对工作影响大等缺陷。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有的技术中存在的不足，提供一种具有轴向移动和转动双功能的液压换向阀，该换向阀将滑阀与转阀集成到一个阀体结构中，当换向阀的阀芯在轴向（直线）运动方式下工作受阻（运动不灵活）时，阀芯可切换到转动方式工作，或通过转动方式方式消除阀芯与阀套之间因油腻等发生的阻滞（阻塞）故障，以达到提高换向阀及其液压系统工作时的安全性、连续性与可靠性，同时可适当降低传统滑阀对油品净化要求较高等目的。

本发明的解决方案是采用带对称Z型油腔的阀芯，工作油口设于阀套上以降低阀芯径向液压力并使阀芯平衡受力；正常状态时，换向阀的阀芯工作在直线运动方式下，阀套上的工作油口与阀芯上的Z型油腔及Z型柱面之间形成一种启闭关系，同时在阀芯两端分别设有转动动力阀杆和移动动力阀杆，从而实现了换向阀的换向功能；当在直线运动工作方式下出现灵活性故障时、如在阀芯与阀套之间发生油腻等液压油沉淀物阻滞（阻塞）时，阀芯切换为转动工作方式、阀套上的工作油口和阀芯上的Z型油腔之间形成新的旋转式启闭关系，使得换向阀仍然能实现正常液压油路的切换功能；从而实现其发明目的。因而，本发明液压换向阀包括设有进油口、回油口和两工作油口的阀体，带阀杆的阀芯，设于阀体与阀芯之间的阀套及连接油路，端盖及密封件；关键在于带阀杆的阀芯为两端分别设有转动动力阀杆和移动动力阀杆的组合式阀芯，其中转动动力阀杆与阀芯本体钢性连接、且在该阀杆还分别设有可维持阀芯作轴向运动或作旋转运动的键槽和旋转定位孔以确保阀芯轴向运动或旋转运动，移动动力阀杆则通过轴承与阀芯本体的另一端活动连接，同时在阀芯本体的圆柱面上顺轴线对称设置了4个Z型油腔及位于各Z型油腔之间的Z型柱面；阀体的内环面开设有分别与阀体进油口、回油口和两工作油口连通的进油环槽、回油环槽和两条工作油环槽；而在阀套上与阀芯Z形腔对应部位的套体上等角度间隔设有八个、以每两个对称设置的油道为一组的四组连接油路；阀体与阀套固定连接，阀套上各组连接油路分别与阀体内环面上的进油环槽、回油环槽和两条工作油环槽连通以作为进油油路、回油油路和工作油路；阀芯活动式设于阀套内，以控制两工作油口与进油口和回油口油路的通、断（截止）；阀体、阀套和阀芯通过两端的端盖紧固密封成一体，其中在位于转动动力阀杆端的端盖上还设有与转动动力阀杆上的键槽配合以限制阀芯转动的压力弹簧及其定位钢珠和与转动动力阀杆上的轴向定位（弹簧）孔及其钢珠配合以限制阀芯移动的环形限位槽。

所述阀芯活动式设于阀套内，以控制两工作油口与进油口和回油口油路的通、断（截止）；两工作油口及其工作油环槽和对应的工作油路分别经阀芯本体上对称设置的Z型油腔与进油油路和回油油路交错连通、以接收来自进油口的压力油或向回油口输出工作后的回油，当阀芯本体上两Z型油腔之间的四个Z型柱面位于阀套上两组进油油路和回油油路口或两组工作油路口上时、两工作油口与进油口和回油口油路均断开（截止）。所述移动动力阀杆通过轴承与阀芯本体的另一端活动连接，其中移动动力阀杆包括动力杆及带内螺纹或外螺纹的凹型连接头，该移动动力阀杆通过其连接头与带外螺纹或内螺纹的轴承套及其轴承与阀芯本体的另一端活动连接；当阀芯切换到转动方式工作时、该移动动力阀杆可不随之转动。而所述位于转动动力阀杆端的端盖上还设有限制阀芯移动的环形限位槽，其环形限位槽的个数为1-3个。

本发明具有轴向移动和转动双功能的液压换向阀，在阀芯本体上Z型油腔采用了对称设置方式，可以减少阀芯径向液压力、使阀芯受力平衡；而在阀芯两端分别设有转动动力阀杆和移动动力阀杆，从而确保了换向阀的换向功能。本发明正常状态时，换向阀的阀芯工作在直线运动方式下，阀套上的工作油口和Z型油腔和Z型柱面形成一种启闭关系；当油液沉淀物对阀芯的直线运动产生阻碍时、即可通过切换阀芯到转动工作方式，使得换向阀仍然能实现正常液压油路的切换功能；当进行一定时间的旋转工作（运动）后，粘附在阀芯表面的油液沉淀物若被油液流道中的油液带走，此时亦可回到直线运动工作方式，从而提高了换向阀及其液压系统工作时的安全性、连续性与可靠性，尤其在一些对工作连续性要求较高的领域（如灌注水泥浆等时）具有重要的意义。

附图说明

图1为本发明阀芯轴向（直线）运动工作、阀芯处于中位时的结构示意图（剖视图）；

图2为本发明阀芯在轴向（直线）运动工作方式下的工作原理图（展开图）；其中：2-A为阀芯在中位时的展开图、2-B为阀芯在右位时的展开图、2-C为阀芯在左位时的展开图；

图3为本发明阀芯旋转运动工作、阀芯处于右位时的结构示意图（剖视图）；

图4为本发明阀芯旋转运动工作方式下的工作原理图（展开图）；其中：图4-A为各油路断开（截止）时的展开图，图4-B为进油口（P口）与工作油口A口连通、回油口（T口）与工作油口B口连通时的展开图，图4-C为相对于图4-A旋转45°时各油路断开（截止）时的展开图，图4-D为进油口（P口）与工作油口B口连通、回油口（T口）与工作油口A口连通时的展开图。

图中：1.阀芯、1-1.阀芯本体、1-2.Z型柱面、1-3.Z型油腔、1-4.键槽，1-5.转动动力阀杆、1-6.转动动力输入头、1-7.轴向定位（弹簧）孔，2.阀体，2-1.工作油环槽B、2-2.回油环槽T、2-3.进油环槽P、2-4.工作油环槽A，3.（转动动力阀杆端）端盖，3-1、3-2、3-3：（依次为阀芯处于右、中、左时限制阀芯轴向移动的）环形限位槽，4.压力弹簧，5.钢珠，6.（阀套）定位螺钉，7.阀套、7-3（7-1、7-2、7-4）连接油路，8.轴承，9.轴承套，10.（移动动力阀杆端）端盖，11.密封圈，12.移动动力阀杆、12-1.（连接动力输入）螺纹头，13.螺母，14.垫圈。

具体实施方式

本实施方式中：阀芯1.总长245mm，其中转动动力阀杆1-5长87mm、主体部分直径Φ20mm，阀芯本体1-1直径Φ40mm，Z型柱面1-2轴向长18mm、宽部对应的圆心角40°、窄部为15°，两个宽部及窄部（即宽-窄-宽）轴向长各为6mm，Z型油腔1-3轴向长18mm、宽部对应的圆心角75°、窄部为50°，两个宽部及窄部（即宽-窄-宽）轴向长各为6mm，移动动力阀杆12长28mm、动力杆直径Φ20mm，凹型连接头内径为Φ18mm、外环面与轴承套9连接螺纹为M36、凹槽深18mm，通过螺纹头12-1与轴向输入动力连接；阀体2轴向长178mm，内、外径分别为Φ68mm和Φ100mm，其上：工作油环槽B（2-1）、回油环槽T（2-2）、进油环槽P（2-3）、工作油环槽A（2-4）依次间隔8mm、19mm及8mm？mm，进油口P口、回油口T口及工作口A口、B口均为直径M8的螺孔，分别与阀体内侧的环槽P（2-3）、环槽T（2-2）、环槽A（2-4）、环槽B（2-1）相连通；（转动动力阀杆端）端盖3轴向长60mm、主体部分直径Φ68mm、外端发兰直径Φ90mm，本实施方式在其内环面设置左、右位2个环形限位槽3-3和3-1，压力弹簧4直径Φ3mm、对称设置2个；（阀套）定位螺钉6对称设置4个M3的沉头螺钉；阀套7在与阀芯本体1-1上Z形腔对应部位的同一段套体上，等角度间隔设有八个、以每两个对称设置的油道为一组的四组连接油路7-1、7-2、7-3、7-4（7-1、7-2、7-4图中末显示出），其中：连接油路7-1为可将工作口A、工作油环槽A（2-4）与阀芯1上相应的Z形腔连通，并通过该Z形腔或经连接油路7-3、进油环槽P（2-3）与进油口P口连通，或经连接油路7-4、回油环槽T（2-2）与回油口T口连通的油道；连接油路7-2为可将工作口B口、工作油环槽B（2-1）与阀芯1上相应的Z形腔连通，并通过该Z形腔或经连接油路7-4、回环槽T（2-2）与回油口T口连通，或经连接油路7-3、进油环槽P（2-3）与进油口P口连通；轴承8型号为GB/T 276-1994.16001、内圈通过螺母13、垫圈14与阀芯1连接；轴承套9轴向长27mm，外径为Φ48mm。本实施方式通过旋转运动和直线运动动力源分别与转动动力阀杆1-5上的转动动力输入头1-6及移动动力阀杆12上的螺纹头12-1连接以输入动力。在以轴向移动方式工作时，阀芯1移动范围为±8mm；在以旋转运动方式工作时，阀芯1截止和连通的周期为45°。

Claims (4)

1.一种具有轴向移动和转动双功能的液压换向阀，包括设有进油口、回油口和两工作油口的阀体，带阀杆的阀芯，设于阀体与阀芯之间的阀套及连接油路，端盖及密封件；其特征在于带阀杆的阀芯为两端分别设有转动动力阀杆和移动动力阀杆的组合式阀芯，其中转动动力阀杆与阀芯本体钢性连接、且在该阀杆还分别设有可维持阀芯作轴向运动或作旋转运动的键槽和旋转定位孔以确保阀芯轴向运动或旋转运动，移动动力阀杆则通过轴承与阀芯本体的另一端活动连接，同时在阀芯本体的圆柱面上顺轴线对称设置了4个Z型油腔及位于各Z型油腔之间的Z型柱面；阀体的内环面开设有分别与阀体进油口、回油口和两工作油口连通的进油环槽、回油环槽和两条工作油环槽；而在阀套上与阀芯Z形腔对应部位的套体上等角度间隔设有八个、以每两个对称设置的油道为一组的四组连接油路；阀体与阀套固定连接，阀套上各组连接油路分别与阀体内环面上的进油环槽、回油环槽和两条工作环槽连通以作为进油油路、回油油路和工作油路；阀芯活动式设于阀套内，以控制两工作油口与进油口和回油口油路的通、断；阀体、阀套和阀芯通过两端的端盖紧固密封成一体，其中在位于转动动力阀杆端的端盖上还设有与转动动力阀杆上的键槽配合以限制阀芯转动的压力弹簧及其定位钢珠和与转动动力阀杆上的轴向定位孔及其钢珠配合以限制阀芯移动的环形限位槽。

2.按权利要求1所述具有轴向移动和转动双功能的液压换向阀，其特征在于所述阀芯活动式设于阀套内，以控制两工作油口与进油口和回油口油路的通、断；两工作油口及其工作油环槽与对应的工作油路分别经阀芯本体上对称设置的Z型油腔与进油油路和回油油路交错连通、以接收来自进油口的压力油或向回油口输出工作后的回油，当阀芯本体上两Z型油腔之间的四个Z型柱面位于阀套上两组进油油路和回油油路口或两组工作油路口上时、两工作油口与进油口和回油口油路均断开。

3.按权利要求1所述具有轴向移动和转动双功能的液压换向阀，其特征在于所述移动动力阀杆移动动力阀杆包括动力杆及带内螺纹或外螺纹的凹型连接头，该移动动力阀杆通过其连接头与带外螺纹或内螺纹的轴承套及其轴承与阀芯本体的另一端活动连接；当阀芯切换到转动方式工作时、该移动动力阀杆可不随之转动。

4.按权利要求1所述具有轴向移动和转动双功能的液压换向阀，其特征在于所述位于转动动力阀杆端的端盖上还设有限制阀芯移动的环形限位槽，其环形限位槽的个数为1-3个。

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