CN103104569A - 一种可用于深海的三位四通水压电磁换向阀 - Google Patents

Abstract

一种可用于深海的三位四通水压电磁换向阀，涉及一种水液压系统中控制液流方向的元件。本发明由两个先导控制阀、四套插装组件、两块控制盖板和一个插装块组成，每套插装组件中又包含阀芯、阀套、弹簧和密封件组合。采用插装加盖板的方法将四套结构相同的锥阀型二通插装组件通过在阀体内部开设的孔道相互连通，由先导控制阀控制各插装组件阀口的打开或关闭，从而改变三位四通电磁换向阀P、A、B、T四个阀口的沟通方式，实现换向机能。本发明适用于中高压水介质（淡海水、海水基等）液流方向控制场合，尤其适合在深海大流量水液压传动系统中使用。

Description

一种可用于深海的三位四通水压电磁换向阀

技术领域

本发明属流体传动与控制领域，涉及一种水液压系统中控制液流方向的元件，是一种水液压三位四通换向阀，适用于中高压水介质（淡海水、海水基等）液流方向控制场合，尤其适合在深海大流量水液压传动系统中使用。

背景技术

水液压传动技术除具备传统液压传动结构紧凑、功率与质量比大、稳定性好等优点外，还具有无污染、阻燃性好、介质来源广等优点，在食品加工、海洋资源勘探与开发、海军装备等领域具有独特优势，应用前景十分广阔。然而，由于水的理化特性与传统的油液相比具有腐蚀性强、粘度低、润滑性差、气化压力高等特点，给水液压元件的设计和研制带来困难。

电磁换向阀是液压系统中最重要的控制元件之一，在传统的以液压油为工作介质的液压系统中，通常使用滑阀型电磁换向阀来实现换向机能，然而现有的滑阀型电磁换向阀并不适用于海水液压系统，主要原因在于：在同等工况下，与油液相比液压元件在海水介质中使用时泄漏量要增大近30倍，现有的滑阀型电磁换向阀由于阀芯和阀套配合间隙相对较大，密封性差，用于海水液压系统泄漏严重，效率极低；进一步减小配合间隙不但会大大提高加工精度要求，加大生产成本，还会带来堵塞、卡死、磨损量加大等问题。此外，由于海水的粘度低，高流速海水流经滑阀缝隙时冲刷严重，时间不长就会在配合面上产生一道道沟痕(即拉丝冲蚀现象)，造成电磁换向阀过早失效，若采用工程陶瓷等特殊材料加工阀芯和阀套，则又会增大加工难度、提高生产成本。目前虽然有少量滑阀型水液压换向阀出现，但通流量普遍较小，而且所用材料耐海水腐蚀性差，根本无法满足深海环境中高压力、大流量液压传动系统的要求。

锥阀和球阀的运动部件之间配合公差小、动作灵敏，可实现微小或零泄漏。球阀密封性不如锥阀，适合小流量场合，一般做先导控制阀使用。锥阀的本质决定了它只能实现二位二通机能，只有将多个锥阀组合才可能实现三位四通换向阀的功能。专利CN201110338963.9所述水液压换向阀有两个工作“位”，缺少中位“O”型机能，用于液压系统可以使液压缸换向，但无法完成液压缸的定位功能，无法用于对执行元件有定位需要的深海大流量液压系统。因此，如何克服现有滑阀型电磁换向阀存在的上述缺陷并实现三位四通换向阀的换向机能，是深海大流量水压传动系统亟需解决的重要问题。

发明内容

本发明提供一种可用于海水液压系统的三位四通电磁换向阀，用于解决现有滑阀型三位四通电磁换向用于海水液压系统出现的泄漏严重、效率极低以及减小配合间隙所带来的堵塞、卡死、磨损量加大等问题，减轻现有滑阀型三位四通电磁换向用于海水液压系统出现的拉丝冲蚀现象和腐蚀问题，克服插装式二位四通换向阀无法完成执行元件有效定位的问题。为此本发明采用以下技术方案：

本发明由两个先导控制阀、四套插装组件、两块控制盖板和插装块组成，每套插装组件中又包含阀芯、阀套、弹簧和密封件组合，插装块上设有高压水供水口P、第一工作口A、第二工作口B和低压水回水口T四个阀口。其特征在于：第一先导控制阀和第二先导控制阀均为二位三通型电磁球阀；插装块两个侧面上开有四个对称分布的圆型孔腔，结构相同的四套插装组件分别安装在这四个圆型孔腔内，阀芯、阀套以及与之对应的圆型孔腔之间同心配合；第一控制盖板和第二控制盖板分别对应安装在插装块的开有圆型孔腔的两个侧面上；第一插装组件的侧端口、第二插装组件的侧端口分别与高压水供水口P通过插装块内部的孔道连通，第一插装组件的底端口、第四插装组件的底端口分别与第一工作口A通过插装块内部的孔道连通，第二插装组件的底端口、第三插装组件的底端口分别与第二工作口B通过插装块内部的孔道连通，第三插装组件的侧端口、第四插装组件的侧端口分别与低压水回水口T通过插装块内部的孔道连通；第一插装组件的控制口与第一先导控制阀的第一工作口通过第一控制盖板内部的孔道连通，第三插装组件的控制口与第一先导控制阀的第一工作口通过第二控制盖板、插装块、第一控制盖板内部的孔道连通；第二插装组件的控制口与第二先导控制阀的第一工作口通过第一控制盖板内部的孔道连通，第四插装组件的控制口与第二先导控制阀的第一工作口通过第二控制盖板、插装块、第一控制盖板内部的孔道连通；第一先导控制阀的第二工作口、第二先导控制阀的第二工作口分别与高压水供水口P通过第一控制盖板、插装块内部的孔道连通；第一先导控制阀的第三工作口、第二先导控制阀的第三工作口分别与低压水回水口T连通。

本发明中的四套插装组件结构相同，每套插装组件的控制口处均设有节流螺塞，阀套下端沿径向开有圆形通孔，圆形通孔形成插装组件侧端口，阀芯外围上粗下细且底端为圆锥面，弹簧装在阀芯上端，阀芯装在阀套内部并可沿轴向上下运动。

本发明中的四套插装组件加工材料相同，阀芯与阀套之间软硬配对，阀芯采用PEEK工程塑料加工，阀套采用奥氏体不锈钢加工；第一控制盖板、第二控制盖板、插装块也采用奥氏体不锈钢加工。

本发明中的四套插装组件密封型式相同，阀套与对应的圆型孔腔之间通过上端O型圈和下端O型圈密封，阀芯与阀套之间通过车氏密封圈密封；第一控制盖板与插装块之间通过两个外围O型圈密封，第二控制盖板与插装块之间也通过两个外围O型圈密封。

本发明所具有的有益效果是：

本发明采用了阀芯与阀套呈线状密封配合的锥阀结构，可以避免现有滑阀型三位四通电磁换向用于海水液压系统出现的泄漏严重、效率极低以及减小配合间隙所带来的堵塞、卡死、磨损量加大等问题，减轻现有滑阀型三位四通电磁换向用于海水液压系统出现的拉丝冲蚀现象和腐蚀问题，克服插装式二位四通换向阀无法完成执行元件有效定位的问题。本发明体积较小、装配简单，易加工维护，具有流通能力大、密封性好、无卡死等优点，适用于中高压水介质（淡海水、海水基等）液流方向控制场合，尤其适合在深海大流量水液压传动系统中使用。

附图说明

图1是本发明在两个先导控制阀（a，b）均未通电时的结构示意图；

图2是本发明中的一套插装组件的结构示意图；

图3是本发明在第一先导控制阀（a）通电、第二先导控制阀（b）未通电时的结构示意图；

图4是本发明在第一先导控制阀（a）未通电、第二先导控制阀（b）通电时的结构示意图；

图1到图4中的标记为：1-第一控制盖板，2-第二控制盖板，3-插装块，4-节流螺塞，5-弹簧，6-外围O型圈，7-上端O型圈，8-车氏密封圈，9-阀套，10-阀芯，11-下端O型圈，a-第一先导控制阀，a1-第一先导控制阀的第一工作口，a2-第一先导控制阀的第二工作口，a3-第一先导控制阀的第三工作口，b-第二先导控制阀，b1-第二先导控制阀的第一工作口，b2-第二先导控制阀的第二工作口，b3-第二先导控制阀的第三工作口，c-第一插装组件，c1-第一插装组件的控制口，c2-第一插装组件的控制腔，c3-第一插装组件的侧端口，c4-第一插装组件的底端口，d-第二插装组件，d1-第二插装组件的控制口，d2-第二插装组件的控制腔，d3-第二插装组件的侧端口，d4-第二插装组件的底端口，e-第三插装组件，e1-第三插装组件的控制口，e2-第三插装组件的控制腔，e3-第三插装组件的侧端口，e4-第三插装组件的底端口，f-第四插装组件，f1-第四插装组件的控制口，f2-第四插装组件的控制腔，f3-第四插装组件的侧端口，f4-第四插装组件的底端口。

具体实施方式

本发明采用两个小流量二位三通电磁球阀作为先导控制阀，采用插装加盖板的方法将四套结构相同的锥阀型二通插装组件通过在阀体内部开设的孔道相互连通，由先导控制阀控制各插装组件阀口的打开或关闭，从而改变三位四通电磁换向阀P、A、B、T四个阀口的沟通方式，实现换向机能。下面将结合附图对具体的实施方式作进一步的说明：

本发明由两个先导控制阀（a，b）、四套插装组件（c，d，e，f）、两块控制盖板（1、2）和一个插装块（3）组成，每套插装组件中又包含阀芯（10）、阀套（9）、弹簧（5）和密封件组合（6，7，8，11），插装块（3）上设有高压水供水口P、第一工作口A、第二工作口B和低压水回水口T四个阀口。第一先导控制阀（a）和第二先导控制阀（b）均为两位三通电磁球阀；插装块（3）的两个侧面开有四个对称分布的圆型孔腔，结构相同的四套插装组件（c，d，e，f）分别安装在这四个圆型孔腔内，阀芯（10）、阀套（9）以及与之对应的圆型孔腔之间同心配合；第一控制盖板（1）和第二控制盖板（2）分别对应安装在插装块（3）的开有圆型孔腔的两个侧面上；第一插装组件的侧端口（c3）、第二插装组件的侧端口（d3）分别与高压水供水口P通过插装块（3）内部的孔道连通，第一插装组件的底端口（c4）、第四插装组件的底端口（f4）分别与第一工作口A通过插装块（3）内部的孔道连通，第二插装组件的底端口（d4）、第三插装组件的底端口（e4）分别与第二工作口B通过插装块（3）内部的孔道连通，第三插装组件的侧端口（e3）、第四插装组件的侧端口（f3）分别与低压水回水口T通过插装块（3）内部的孔道连通；第一插装组件的控制口（c1）与第一先导控制阀的第一工作口（a1）通过第一控制盖板（1）内部的孔道连通，第三插装组件的控制口（e1）与第一先导控制阀的第一工作口（a1）通过第二控制盖板（2）、插装块（3）、第一控制盖板（1）内部的孔道连通；第二插装组件的控制口（d1）与第二先导控制阀的第一工作口（b1）通过第一控制盖板（1）内部的孔道连通，第四插装组件的控制口（f1）与第二先导控制阀的第一工作口（b1）通过第二控制盖板（2）、插装块（3）、第一控制盖板（1）内部的孔道连通；第一先导控制阀的第二工作口（a2）、第二先导控制阀的第二工作口（b2）分别与高压水供水口P通过第一控制盖板（1）、插装块（3）内部的孔道连通；第一先导控制阀的第三工作口（a3）、第二先导控制阀的第三工作口（b3）分别与低压水回水口T连通。

本发明中的四套插装组件（c，d，e，f）结构相同，每套插装组件的控制口处（c1，d1，e1，f1）均设有节流螺塞（4），阀套（9）下端沿径向开有圆型通孔，阀芯（10）外围上粗下细且底端为圆锥面，弹簧（5）装在阀芯（10）上端，阀芯（10）装在阀套（9）内部并可沿轴向上下运动。

本发明中的四套插装组件（c，d，e，f）加工材料相同，阀芯（10）与阀套（9）之间软硬配对，阀芯（10）采用PEEK工程塑料加工，阀套（9）采用奥氏体不锈钢加工，两块控制盖板（1，2）、插装块（3）也采用奥氏体不锈钢加工。

本发明中的四套插装组件（c，d，e，f）密封型式相同，阀套（9）与对应的圆型孔腔之间通过上端O型圈（7）和下端O型圈（11）密封，阀芯（10）与阀套（9）之间通过车氏密封圈（8）密封；第一控制盖板（1）与插装块（3）之间通过两个外围O型圈（6）密封，第二控制盖板（2）与插装块（3）之间也通过两个外围O型圈（6）密封。

当两个先导控制阀（a，b）均不通电时，本发明的结构如图1所示：第一先导控制阀的第二工作口（a2）与第一工作口（a1）连通，第三工作口（a3）堵死；第二先导控制阀的第二工作口（b2）与第一工作口（b1）连通，第三工作口（b3）堵死。高压水由高压水供水口P进入三位四通水压电磁换向阀后，其中的一小路高压水通过第一先导控制阀的第二工作口（a2）、第一先导控制阀的第一工作口（a1）、第一插装组件的控制口（c1）进入第一插装组件的控制腔（c2）并形成控制压力，通过第一先导控制阀的第二工作口（a2）、第一先导控制阀的第一工作口（a1）、第三插装组件的控制口（e1）进入第三插装组件的控制腔（e2）并形成控制压力，控制压力使第一插装组件（c）和第三插装组件（e）的阀口关闭；另外一小路高压水通过第二先导控制阀的第二工作口（b2）、第二先导控制阀的第一工作口（b1）、第二插装组件的控制口（d1）进入第二插装组件的控制腔（d2）并形成控制压力，通过第二先导控制阀的第二工作口（b2）、第二先导控制阀的第一工作口（b1）、第四插装组件的控制口（f1）进入第四插装组件的控制腔（f2）并形成控制压力，控制压力使第二插装组件（d）和第四插装组件（f）的阀口关闭。由于各套插装组件的阀口均关闭，使高压水供水口P、第一工作口A、第二工作口B、低压水回水口T均被堵死，互不相通。

当第一先导控制阀（a）通电，第二先导控制阀（b）不通电时，本发明的结构如图3所示：第一先导控制阀的第一工作口（a1）与第三工作口（a3）连通，第二工作口（a2）堵死；第二先导控制阀的第二工作口（b2）与第一工作口（b1）连通，第三工作口（b3）堵死。高压水由高压水供水口P进入三位四通水压电磁换向阀后，其中的一小路高压水通过第二先导控制阀的第二工作口（b2）、第二先导控制阀的第一工作口（b1）、第二插装组件的控制口（d1）进入第二插装组件的控制腔（d2）并形成控制压力，通过第二先导控制阀的第二工作口（b2）、第二先导控制阀的第一工作口（b1）、第四插装组件的控制口（f1）进入第四插装组件的控制腔（f2）并形成控制压力，控制压力使第二插装组件（d）和第四插装组件（f）的阀口关闭。第一插装组件的控制腔（c2）通过第一插装组件的控制口（c1）、第一先导控制阀的第一工作口（a1）、第一先导控制阀的第三工作口（a3）与低压水回水口T连通而失去控制压力，使第一插装组件（c）的阀口打开；第三插装组件的控制腔（e2）通过第三插装组件的控制口（e1）、第一先导控制阀的第一工作口（a1）、第一先导控制阀的第三工作口（a3）与低压水回水口T连通而失去控制压力，使第三插装组件（e）的阀口打开。由于第一插装组件（c）和第三插装组件（e）的阀口打开，第二插装组件（d）和第四插装组件（f）的阀口关闭，使高压水供水口P与第一工作口A相通，第二工作口B与低压水回水口T相通。

当第一先导控制阀（a）不通电，第二先导控制阀（b）通电时，本发明的结构如图4所示：第一先导控制阀的第二工作口（a2）与第一工作口（a1）连通，第三工作口（a3）堵死；第二先导控制阀的第一工作口（b1）与第三工作口（b3）连通，第二工作口（b2）堵死。高压水由高压水供水口P进入三位四通水压电磁换向阀后，其中的一小路高压水先后通过第一先导控制阀的第二工作口（a2）、第一先导控制阀的第一工作口（a1）、第一插装组件的控制口（c1）进入第一插装组件的控制腔（c2）并形成控制压力，通过第一先导控制阀的第二工作口（a2）、第一先导控制阀的第一工作口（a1）、第三插装组件的控制口（e1）进入第三插装组件的控制腔（e2）并形成控制压力，控制压力使第一插装组件（c）和第三插装组件（e）的阀口关闭；第二插装组件的控制腔（d2）通过第二插装组件的控制口（d1）、第二先导控制阀的第一工作口（b1）、第二先导控制阀的第三工作口（b3）与低压水回水口T连通而失去控制压力，使第二插装组件（d）的阀口打开；第四插装组件的控制腔（f2）通过第四插装组件的控制口（f1）、第二先导控制阀的第一工作口（b1）、第二先导控制阀的第三工作口（b3）与低压水回水口T连通而失去控制压力，使第四插装组件（f）的阀口打开。由于第一插装组件（c）的阀口和第三插装组件（e）的阀口关闭，第二插装组件（d）和第四插装组件（f）的阀口打开，使高压水供水口P与第二工作口B相通，第一工作口A与低压水回水口T相通。

Claims (4)

1.一种可用于深海的三位四通水压电磁换向阀，由两个先导控制阀（a，b）、四套插装组件（c，d，e，f）、两块控制盖板（1、2）和一个插装块（3）组成，每套插装组件中又包含阀芯（10）、阀套（9）、弹簧（5）和密封件组合（6，7，8，11），插装块（3）上设有高压水供水口P、第一工作口A、第二工作口B和低压水回水口T四个阀口，其特征在于：第一先导控制阀（a）和第二先导控制阀（b）均为两位三通电磁球阀；插装块（3）的两个侧面开有四个对称分布的圆型孔腔，结构相同的四套插装组件（c，d，e，f）分别安装在这四个圆型孔腔内，阀芯（10）、阀套（9）以及与之对应的圆型孔腔之间同心配合；第一控制盖板（1）和第二控制盖板（2）分别对应安装在插装块（3）的开有圆型孔腔的两个侧面上；第一插装组件的侧端口（c3）、第二插装组件的侧端口（d3）分别与高压水供水口P通过插装块（3）内部的孔道连通，第一插装组件的底端口（c4）、第四插装组件的底端口（f4）分别与第一工作口A通过插装块（3）内部的孔道连通，第二插装组件的底端口（d4）、第三插装组件的底端口（e4）分别与第二工作口B通过插装块（3）内部的孔道连通，第三插装组件的侧端口（e3）、第四插装组件的侧端口（f3）分别与低压水回水口T通过插装块（3）内部的孔道连通；第一插装组件的控制口（c1）与第一先导控制阀的第一工作口（a1）通过第一控制盖板（1）内部的孔道连通，第三插装组件的控制口（e1）与第一先导控制阀的第一工作口（a1）通过第二控制盖板（2）、插装块（3）、第一控制盖板（1）内部的孔道连通；第二插装组件的控制口（d1）与第二先导控制阀的第一工作口（b1）通过第一控制盖板（1）内部的孔道连通，第四插装组件的控制口（f1）与第二先导控制阀的第一工作口（b1）通过第二控制盖板（2）、插装块（3）、第一控制盖板（1）内部的孔道连通；第一先导控制阀的第二工作口（a2）、第二先导控制阀的第二工作口（b2）分别与高压水供水口P通过第一控制盖板（1）、插装块（3）内部的孔道连通；第一先导控制阀的第三工作口（a3）、第二先导控制阀的第三工作口（b3）分别与低压水回水口T连通。

2.根据权利要求1所述的一种可用于深海的三位四通水压电磁换向阀，其特征在于：四套插装组件（c，d，e，f）结构相同，每套插装组件的控制口处（c1，d1，e1，f1）均设有节流螺塞（4），阀套（9）下端沿径向开有圆型通孔，阀芯（10）外围上粗下细且底端为圆锥面，弹簧（5）装在阀芯（10）上端，阀芯（10）装在阀套（9）内部并可沿轴向上下运动。

3.根据权利要求1所述的一种可用于深海的三位四通水压电磁换向阀，其特征在于：四套插装组件（c，d，e，f）加工材料相同，阀芯（10）与阀套（9）之间软硬配对，阀芯（10）采用PEEK工程塑料，阀套（9）采用奥氏体不锈钢，两块控制盖板（1，2）、以及插装块（3）采用奥氏体不锈钢。

4.根据权利要求1所述的一种可用于深海的三位四通水压电磁换向阀，其特征在于：四套插装组件（c，d，e，f）密封型式相同，阀套（9）与插装块（3）上对应的圆型孔腔之间通过上端O型圈（7）和下端O型圈（11）密封，阀芯（10）与阀套（9）之间通过车氏密封圈（8）密封；第一控制盖板（1）与插装块（3）之间通过两个外围O型圈（6）密封，第二控制盖板（2）与插装块（3）之间也通过两个外围O型圈（6）密封。

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