CN103104568A - 一种内控式双自由度阀芯旋转式四通换向阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内控式双自由度阀芯旋转式四通换向阀。其中，阀芯由第一阀芯和第二阀芯构成，在第一阀芯上设有第一凸台，在第二阀芯上设有第二凸台、第三凸台、第四凸台、第五凸台和第六凸台。第一至第六凸台沿第一端盖向第二端盖的方向依次布置；在相邻的凸台之间形成空腔，各空腔所在的阀体壁上开有相应的油口；第六凸台设有轴向通孔；第一、第二凸台之间的空腔内设有弹簧；第六凸台的外端面与第二端盖紧密接触；在第三、第四凸台的端面上沿圆周方向间隔地开有相应的沟槽。本发明具有阀芯旋转和阀芯轴向移动两个自由度，能够对执行机构的工作频率和幅值位移进行独立控制。

Description

一种内控式双自由度阀芯旋转式四通换向阀

技术领域

本发明涉及一种液压换向阀，主要用于实现执行机构的工作频率和位移幅值可独立控制的工程技术领域中。

背景技术

转阀是指通过阀芯的旋转来实现油路通断和换向的阀。现有的转阀基本上只具有一个阀芯的旋转自由度，造成转阀对执行机构的工作频率和位移幅值的控制发生耦合，即只能通过阀芯旋转自由度同时控制执行机构的工作频率和幅值位移，然而许多工程技术领域中要求对执行机构的工作频率和幅值位移进行独立控制。 

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种可适用于高压大流量场合、对执行机构的工作频率和幅值位移进行独立控制的内控式双自由度阀芯旋转式四通换向阀。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：本发明内控式双自由度阀芯旋转式四通换向阀包括阀体、阀套、阀芯、第一端盖和第二端盖，其中，所述阀芯由第一阀芯和第二阀芯构成，在第一阀芯上设有第一凸台，在第二阀芯上设有第二凸台、第三凸台、第四凸台、第五凸台和第六凸台，第一凸台、第二凸台、第三凸台、第四凸台、第五凸台、第六凸台沿第一端盖向第二端盖的方向依次布置；

第一阀芯的第一端贯穿并伸出第一端盖，所述第一阀芯的第一端或者通过联轴器与步进电机的主轴连接，或者与旋转比例电磁铁的转子连接；第一阀芯的第二端与第二阀芯的第一端相对并在第一凸台与第二凸台之间形成第一腔，第一腔所在的阀体壁上开有能使第一腔与油箱连通的泄油口；第一腔内设有一个弹簧，第一阀芯的第二端与第二阀芯的第一端均伸入所述弹簧内，所述弹簧的一端与第二阀芯固定连接，所述弹簧的另一端与第一阀芯固定连接；

第六凸台的外端面与第二端盖紧密接触，所述第六凸台设有轴向通孔，第五腔为第五凸台和第六凸台之间形成的空腔，第五腔所在的阀体壁上开有使第五腔与供油系统连通的第三油口，第二阀芯在第五腔所在的位置处设有与第三油口连通的径向通孔，所述径向通孔与轴向通孔连通；

第二凸台和第三凸台之间形成第二腔，第二腔所在的阀体壁上开有能使第二腔与油箱连通的第一回油口；第三凸台和第四凸台之间形成第三腔，第三腔所在的阀体壁上开有使第三腔与供油系统连通的P进油口；第四凸台和第五凸台之间形成第四腔，第四腔所在的阀体上开有使第四腔与油箱连通的第二回油口；

在第三凸台所在的阀体壁上开有用于控制执行机构的A油口，在第四凸台所在的阀体壁上开有用于控制执行机构的B油口；

在第三凸台的一侧端面上沿圆周方向间隔地开有能够使第一回油口与A油口连通的第一沟槽，在第三凸台的另一侧端面上沿圆周方向间隔地开有能够使P进油口与A油口连通的第二沟槽；在第四凸台的一侧端面上沿圆周方向间隔地开有能够使P进油口与B油口连通的第三沟槽，在第四凸台的另一侧端面上沿圆周方向间隔地开有能够使第二回油口与B油口连通的第四沟槽；第一沟槽与对应的第二沟槽在与第二阀芯的中轴线垂直的投影面上的投影相互重叠，第三沟槽和对应的第四沟槽在与第二阀芯的中轴线垂直的投影面上的投影相互重叠，第二沟槽与第三沟槽在与第二阀芯的中轴线垂直的投影面上的投影沿圆周方向交替错开布置；

所述阀套在第一沟槽、第二沟槽、第三沟槽和第四沟槽所在的位置处分别开有相应的第一阀套窗口、第二阀套窗口、第三阀套窗口和第四阀套窗口。第一阀套窗口和对应的第四阀套窗口在与第二阀芯的中轴线垂直的投影面上的投影相互重叠，所述第二阀套窗口和对应的第三阀套窗口在与第二阀芯的中轴线垂直的投影面上的投影相互重叠，所述第一阀套窗口和第二阀套窗口在与第二阀芯的中轴线垂直的投影面上的投影沿圆周方向交替错开布置。

进一步地，本发明所述第一沟槽和第二沟槽沿所述三凸台的端面的圆周方向上均匀分布，第三沟槽和第四沟槽沿所述第四凸台的端面的圆周方向上均匀分布。

进一步地，本发明所述第一阀套窗口、第二阀套窗口、第三阀套窗口和第四阀套窗口各自分别沿所述阀套的圆周方向上均匀分布。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：具有阀芯旋转和阀芯轴向移动两个自由度，能够对执行机构的工作频率和幅值位移进行独立控制，即步进电机带动阀芯旋转，进而控制执行机构的工作频率，主动液压力与弹簧预调力的综合作用控制阀芯轴向移动，进而控制执行机构的幅值位移。

附图说明

图1是本发明内控式双自由度阀芯旋转式四通换向阀的内部结构示意图，其中阀体、阀套和端盖部分是中心纵截面剖视图；

图2是本发明内控式双自由度阀芯旋转式四通换向阀的阀体沿阀体的中心纵截面剖开的三维结构示意图；

图3是阀套2的三维结构示意图；

图4是第一阀芯3的三维结构示意图；

图5是第二阀芯4的三维结构示意图；

图6是图1中的A部在本发明换向阀处于P→B工作状态（即第一工作状态）时的放大图；

图7是图1中的A部在本发明内控式双自由度阀芯旋转式四通换向阀处于P→A工作状态（即第二工作状态）时的放大图；

图8是第二沟槽与第三沟槽在与第二阀芯的中轴线垂直的投影面上的投影位置分布关系示意图；

图中，1—阀体；2—阀套；3—第一阀芯；4—第二阀芯； 5—第一端盖；6—第二端盖；7—第一凸台；8—第二凸台；9—第三凸台；10—第四凸台；11—第五凸台；12—第六凸台；13—第一阀芯的第一端；14—第一阀芯的第二端；15—第二阀芯的第一端；16—弹簧；17—弹簧的一端；18—弹簧的另一端；19—第一腔；20—第二腔；21—第三腔；22—第四腔；23—第五腔；24—轴向通孔；25—径向通孔；26—第三油口；27—回油口；28—P进油口；29—回油口；30—A油口；31—B油口； 32—第一沟槽；33—第二沟槽；34—第三沟槽；35—第四沟槽；36—第一阀套窗口；37—第二阀套窗口；38—第三阀套窗口；39—第四阀套窗口；40—泄油口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1 至图5所示，本发明内控式双自由度阀芯旋转式四通换向阀主要包括阀体1、阀套2、第一阀芯3、第二阀芯4、第一端盖5和第二端盖6。第一阀芯3和第二阀芯4置于阀体1的腔内，第一端盖5和第二端盖6分别在阀体1的两端的端面处与阀体1安装在一起。如图1 、图4和图5所示,在第一阀芯3上设有第一凸台7，在第二阀芯4上设有第二凸台8、第三凸台9、第四凸台10、第五凸台11和第六凸台12，并且第一凸台7、第二凸台8、第三凸台9、第四凸台10、第五凸台11和第六凸台12沿着从第一端盖5向第二端盖6的方向上依次布置。第一阀芯的第一端13贯穿并伸出第一端盖5，第一阀芯的第一端13可以通过联轴器与步进电机主轴连接，由步进电机主轴带动阀芯并实现阀芯的旋转运动，组成开环控制系统，结构简单，操作方便，高频性能好，抗污染性能好。作为本发明的另一种实施方式，第一阀芯的第一端13也可以通过联轴器与旋转比例电磁铁的转子连接，由旋转比例电磁铁的转子带动阀芯并实现阀芯的旋转运动，并添加角度传感器实现阀芯角位移的反馈控制，组成闭环控制系统，负载适应性强，提高控制精度和稳定性。

如图1 所示，第一腔19为第一凸台7与第二凸台8之间形成的空腔，第一腔19所在的阀体1的壁上开有能使第一腔19与油箱连通的泄油口40，进入到第一腔19的泄漏油可以通过泄油口40流回油箱。弹簧16位于第一腔19内，第一阀芯的第二端14与第二阀芯的第一端15伸入弹簧16内，且第一阀芯的第二端14与第二阀芯的第一端15相对，弹簧的一端17与第二阀芯4固定连接，弹簧的另一端18与第一阀芯3固定连接。第二腔20为第二凸台8和第三凸台9之间形成的空腔，第二腔20所在的阀体1的壁上开有能使第二腔20与油箱连通的回油口27。第三腔21为第三凸台9和第四凸台10之间形成的空腔，第三腔21所在的阀体1的壁上开有使第三腔21与供油系统连通的P进油口28。第四腔22为第四凸台10和第五凸台11之间形成的空腔，第四腔22所在的阀体1的壁上开有使第四腔22与油箱连通的回油口29。第五腔23为第五凸台11和第六凸台12之间形成的空腔，第五腔23所在的阀体1的壁上开有使第五腔23与供油系统连通的第三油口26，第二阀芯4在第五腔23所在的位置处设有与第三油口26连通的径向通孔25。与其他凸台相比，第六凸台12最靠近第二端盖6。第六凸台12设有轴向通孔24，径向通孔25与轴向通孔24连通。

如图1、图2和图5所示，在第三凸台9所在的阀体1的壁上开有用于控制执行机构的A油口30，在第四凸台10所在的阀体1的壁上开有用于控制执行机构的B油口31。在第三凸台9的一侧端面上沿圆周方向间隔地开有能够使回油口27与A油口30连通的第一沟槽32，在第三凸台9的另一侧端面上沿圆周方向间隔地开有能够使P进油口28与A油口30连通的第二沟槽33。在第四凸台10的一侧端面上沿圆周方向间隔地开有能够使P进油口28与B油口31连通的第三沟槽34，在第四凸台10的另一侧端面上沿圆周方向间隔地开有能够使回油口29与B油口31连通的第四沟槽35。

如图8所示，第三凸台9上的第二沟槽33与第四凸台10上的第三沟槽34在与第二阀芯4的中轴线垂直的投影面上的投影沿圆周方向交替错开布置。第三凸台9上的第一沟槽32与对应的第二沟槽33在与第二阀芯4的中轴线垂直的投影面上的投影相互重叠第四凸台10上的第三沟槽34与对应的第四沟槽35在与第二阀芯4的中轴线垂直的投影面上的投影相互重叠。

作为本发明的优选方案，第三凸台9上的第一沟槽32沿第三凸台9的端面的圆周方向上均匀分布，第三凸台9上的第二沟槽33沿第三凸台9的端面的圆周方向上均匀分布；第四凸台10上的第三沟槽34沿第四凸台10的端面的圆周方向上均匀分布，第四凸台10上的第四沟槽35沿第四凸台10的端面的圆周方向上均匀分布。

如图1和图3所示，阀套2在第一沟槽32所在的位置处开有相应的第一阀套窗口36，阀套2在第二沟槽33所在的位置处开有相应的第二阀套窗口37，阀套2在第三沟槽34所在的位置处开有相应的第三阀套窗口38，阀套2在第四沟槽35所在的位置处开有相应的第四阀套窗口39。阀套2上的第一阀套窗口36和对应的第四阀套窗口39在与第二阀芯4的中轴线垂直的投影面上的投影相互重叠，阀套2上的第二阀套窗口37和对应的第三阀套窗口38在与第二阀芯4的中轴线垂直的投影面上的投影相互重叠，阀套2上的第一阀套窗口36和第二阀套窗口37在与第二阀芯4的中轴线垂直的投影面上的投影沿圆周方向交替错开布置。

作为本发明的优选方案，阀套2上的第一阀套窗口36沿阀套2的圆周方向上均匀分布，阀套2上的第二阀套窗口37沿阀套2的圆周匀分布。阀套2上的第三阀套窗口38沿阀套2的圆周方向上均匀分布，阀套2上的第四阀套窗口39沿阀套2的圆周方向上均匀分布。

本发明内控式双自由度阀芯旋转式四通换向阀的工作过程为：第一阀芯3旋转，通过弹簧16带动第二阀芯4旋转，当第二阀芯4旋转到如图6所示的位置时，本发明换向阀处于P→B工作状态（即第一工作状态）。此时，第一沟槽32与第一阀套窗口36连通，同时第三沟槽34与第三阀套窗口38连通。由P进油口28流进第三腔21的液压油通过处于导通状态的第三沟槽34和第三阀套窗口38，经过B油口31进入执行机构；同时，从执行机构流出的液压油流经A油口30，通过处于导通状态的第一沟槽32和第一阀套窗口36流进第二腔20，第二腔20中的液压油经过回油口27流回油箱。当第二阀芯4旋转到如图7所示的位置时，本发明换向阀处于P→A工作状态（即第二工作状态）。此时，第二沟槽33与第二阀套窗口37连通，同时第四沟槽35与第四阀套窗口39连通。由P进油口28流进第三腔21的液压油通过处于导通状态的第二沟槽33和第二阀套窗口37，经过A油口30进入执行机构；同时，从执行机构流出的液压油流经B油口31，通过处于导通状态的第四沟槽35和第四阀套窗口39流进第四腔22，第四腔22中的液压油经过回油口29流回油箱。随着第一阀芯3和第二阀芯4的旋转，本发明换向阀周期性交替地处于第一工作状态和第二工作状态，本发明四通换向阀过流面积按照大——小——大方向上均匀分布，由此使阀口开度连续变化。在第一阀芯3和第二阀芯4旋转的同时，供油系统提供的液压油由第三油口26进入第五腔23，经过径向通孔25和轴向通孔26，作用在第二端盖6的底面上产生液动力，如果使液动力大于弹簧16的预调力时，那么第二阀芯4开始发生轴向位移。如果通过比例减压阀调节进入第三油口26的液压油的压力大小，则可以控制第二阀芯4的轴向位移的大小。

本说明书实施陈述的内容只是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为只局限于实施所示的具体方式，而应当涉及于本领域技术人员根据本发明构思所能够思考到的等同技术方式。

Claims (3)

1.一种内控式双自由度阀芯旋转式四通换向阀，包括阀体、阀套、阀芯、第一端盖和第二端盖，其特征是：所述阀芯由第一阀芯和第二阀芯构成，在第一阀芯上设有第一凸台，在第二阀芯上设有第二凸台、第三凸台、第四凸台、第五凸台和第六凸台，第一凸台、第二凸台、第三凸台、第四凸台、第五凸台、第六凸台沿第一端盖向第二端盖的方向依次布置；

第一阀芯的第一端贯穿并伸出第一端盖，所述第一阀芯的第一端或者通过联轴器与步进电机的主轴连接，或者与旋转比例电磁铁的转子连接；第一阀芯的第二端与第二阀芯的第一端相对并在第一凸台与第二凸台之间形成第一腔，第一腔所在的阀体壁上开有能使第一腔与油箱连通的泄油口；第一腔内设有一个弹簧，第一阀芯的第二端与第二阀芯的第一端均伸入所述弹簧内，所述弹簧的一端与第二阀芯固定连接，所述弹簧的另一端与第一阀芯固定连接；

第六凸台的外端面与第二端盖紧密接触，所述第六凸台设有轴向通孔，第五腔为第五凸台和第六凸台之间形成的空腔，第五腔所在的阀体壁上开有使第五腔与供油系统连通的第三油口，第二阀芯在第五腔所在的位置处设有与第三油口连通的径向通孔，所述径向通孔与轴向通孔连通；

第二凸台和第三凸台之间形成第二腔，第二腔所在的阀体壁上开有能使第二腔与油箱连通的第一回油口；第三凸台和第四凸台之间形成第三腔，第三腔所在的阀体壁上开有使第三腔与供油系统连通的P进油口；第四凸台和第五凸台之间形成第四腔，第四腔所在的阀体上开有使第四腔与油箱连通的第二回油口；

在第三凸台所在的阀体壁上开有用于控制执行机构的A油口，在第四凸台所在的阀体壁上开有用于控制执行机构的B油口；

在第三凸台的一侧端面上沿圆周方向间隔地开有能够使第一回油口与A油口连通的第一沟槽，在第三凸台的另一侧端面上沿圆周方向间隔地开有能够使P进油口与A油口连通的第二沟槽；在第四凸台的一侧端面上沿圆周方向间隔地开有能够使P进油口与B油口连通的第三沟槽，在第四凸台的另一侧端面上沿圆周方向间隔地开有能够使第二回油口与B油口连通的第四沟槽；第一沟槽与对应的第二沟槽在与第二阀芯的中轴线垂直的投影面上的投影相互重叠，第三沟槽和对应的第四沟槽在与第二阀芯的中轴线垂直的投影面上的投影相互重叠，第二沟槽与第三沟槽在与第二阀芯的中轴线垂直的投影面上的投影沿圆周方向交替错开布置；

所述阀套在第一沟槽、第二沟槽、第三沟槽和第四沟槽所在的位置处分别开有相应的第一阀套窗口、第二阀套窗口、第三阀套窗口和第四阀套窗口；

第一阀套窗口和对应的第四阀套窗口在与第二阀芯的中轴线垂直的投影面上的投影相互重叠，所述第二阀套窗口和对应的第三阀套窗口在与第二阀芯的中轴线垂直的投影面上的投影相互重叠，所述第一阀套窗口和第二阀套窗口在与第二阀芯的中轴线垂直的投影面上的投影沿圆周方向交替错开布置。

2.根据权利要求1所述的内控式双自由度阀芯旋转式四通换向阀，其特征是：所述第一沟槽和第二沟槽沿所述三凸台的端面的圆周方向上均匀分布，第三沟槽和第四沟槽沿所述第四凸台的端面的圆周方向上均匀分布。

3.根据权利要求1或2所述的内控式双自由度阀芯旋转式四通换向阀，其特征是：所述第一阀套窗口、第二阀套窗口、第三阀套窗口和第四阀套窗口各自分别沿所述阀套的圆周方向上均匀分布。

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