CN103697003A - 锥面换向转阀 - Google Patents

Abstract

本发明为锥面换向转阀，属于流体压力传动技术领域。它的主要技术特点：流体作用阀芯的径向力、轴向力均平衡，在压缩弹簧力作用下阀芯与阀座紧密配合。转动力矩主要取决于弹簧压力，而与流体压力无关。它可设计制成具有机能各异的二位阀和机能各异的三位阀。它即可制成手动也可制成电动，也可制成阀组。本阀具有磨损自动补偿性，阀内部高、低压之间的密封为无间隙间隔密封，具有极小的内漏或零内漏，具有超长的使用寿命，可达几百万次，具有适合用于任何流体的性能。本发明以三位四通代号为Y型阀为例，介绍阀和阀组的结构，并设计绘制了十一种较常用机能各异的三位四通和一种三位六通阀阀芯结构以及以三位四通代号为Y型阀为例阀组的结构。

Description

锥面换向转阀

技术领域

本发明用于流体压力传动中的操纵换向机构，它属于流体压力传动元件技术领域。

背景技术

一、        目前技术状况

目前生产中使用的换向阀如按动力源划分，有手动换向阀和电磁换向阀。如按阀芯内部高、低压密封形式划分、可分为间隙密封和无间隙间隔密封。所谓间隙密封、指的是目前生产中广泛用于较大粘度系数油液的压力传动。工作中依靠阀芯与阀座之间的间隙做轴向滑动而实现流体系统的配液换向，所以这种阀称作滑阀，它即可手动也可用电磁力操作。所谓无间隙间隔密封，指的是目前生产中广泛用于较小粘度系数的流体压力传动配液换向。如：水、乳化液、粘度系数较小的油液等。这种阀的阀芯与阀座的密封在不工作时，阀芯紧密坐落在阀座上或用密封圈将高、低压隔开，工作时用外力将间隔打开进行配液换向。无间隙间隔密封的换向阀还有转阀，由于种种原因，目前这种阀使用较少。

二、        目前技术状况存在的不足

1、由于流体粘度系数的不同，导致换向阀的结构不同，种类繁多，即使流量、压力相同也不能通用和互换使用。

2、滑阀内部的密封依靠的是间隙，间隙的存在必产生内漏，内漏导致油温升高，从而加剧内漏，同时内漏是能源白白的浪费。有间隙就有微小颗粒进入的可能，一旦进入就有可能将阀芯与阀座配合表面拉伤、拉毛，也有将阀芯卡死而不能工作的可能。可以说间隙是生产中的隐患，因此这种流体压力传动中对油的过滤与冷却是非常严格的。

3、对于目前采用阀内部密封为间隔密封的阀，这种阀在工作中反复打开与关闭，每一次关闭，阀芯与阀座之间都产生很大的冲击力，这种冲击力将使阀芯与阀座配合表面产生裂痕与点蚀，也有可能流体中的微小颗粒垫入阀芯与阀座之间，从而导致阀内漏产生。而对于用密封圈做间隔的阀，反复的轴向运动，密封圈将不用很久将拉伤而产生内漏。生产已验证，这种阀使用寿命都不长。

三、按本发明技术制造的锥面换向转阀生产中应用实例

本人于1991年为煤矿设计制造了两个三位四通，代号为Y型的手动锥面换向转阀，用于井口安全门的开、关，动力为风压，使用至2005年。由于井口安全门的自动化改造而将其更换。在14年的使用中，一直没有内漏产生，除了更换几次密封圈外，没有进行过其它任何维护。如果安全门的开、关各算一次，此阀已转了400万次左右。

发明内容

本发明为锥面换向转阀，用于流体压力传动的配液换向。它的主要结构为：锥面阀芯为圆台体，其上部的转轴为一体，阀芯圆台体坐落在阀座锥孔内，阀座与阀体为一体。按着流体系统的要求（位数及机能），在阀体与阀芯开设相应的孔和沟槽，使在转动给定的角度后，由于这些孔和槽沟位置的改变而实现配液换向。在阀体与阀芯上开设的孔和沟槽，流体压力通过它们作用在阀芯上，有的力可能对阀芯产生力偶、有的力可能对阀芯产生力矩、有的力可能对阀芯产生径向力、有的力对阀芯产生轴向力。锥面换向转阀在工作中，如果流体压力作用在阀芯上的径向力不平衡，阀芯将被推向一侧，阀芯将产生点或线磨损，使阀内很快产生内漏，因此阀很快因阀不能正常工作而报废。如果流体压力作用在阀芯上，在阀芯上产生力偶或力矩，其对阀芯损伤与后果基本同上，本人认为这就是为什么锥面转阀一直以来应用不广和较少的主要因素。本发明的技术核心之一就是在阀芯和阀体上设置这些孔和沟槽时，使流体对阀芯的作用的径向力平衡，同时流体对阀芯的作用其合力不能在阀芯上产生力偶或力矩，还要满足在阀允许的转角内，转至任何位置时，这种力的状况不能改变，为了使流体对阀芯的作用力达到以上效果，本发明以如下技术做支撑：1、凡是流体对阀芯能产生作用力的孔或沟槽均采用轴对称布置，既有的孔和槽沟在工作中是多余的，为了力的平衡必须设置，这些对称的孔或沟槽必须用孔将其勾通，使它们之间获得相同的流体压力，这种设计结构使阀芯在流体压力作用下，不可能产生力偶，更不可能产生力矩，同时阀芯径向力其合力必为零。2、在设置阀芯上、下端面勾通孔时，必须满足是两孔，且这两孔必须是以阀芯上或下端面的一条直径为对称轴且两孔直径相等，这种结构避免了流体的作用力对阀芯产生力矩的条件。3、外力对阀芯作用的轴向力（一般指弹簧力），其合力的作用线必须与阀芯的轴线成一直线。对于流体压力对阀芯轴向力的作用，本发明的设计思想就是使阀芯轴向力之合力在工作中时刻接近零。什么样的阀芯结构尺寸能满足这一设计思想，以下为此进行说明（参看图1和图1A-A），流体系统对换向阀有流量要求，这就确定配液孔14的直径d₀，以配液孔直径为基础，确定阀芯的厚度H，本发明设计的锥面阀芯配液孔轴线平行阀芯上、下端面，且暂设与上、下端面的距离相等，在以配液孔直径、流体系统对阀机能要求、阀芯内部高、低压之间的密封的因素考虑下，确定阀芯转角、两对称环形槽的位置、两环槽的高度与配液孔直径一致，两环型槽的上、下边缘与配液孔垂直上、下断面直径的上、下边缘分别在垂直阀芯轴线的两个平面内。以上结构的确定，决定了配液孔轴线处锥台阀芯处的直径d在配液孔轴线处锥台的直径d不变的前提下，很容易计算出锥台阀芯上端面的直径D和下端面直径D₁，且D与D₁满足                                                

条件，式中D₂为阀芯上部转轴密封处的直径，此阀芯的锥角为β，则

、式中H为阀芯高度、H、D、D₁、已是已知数，查三角函数表可知锥角β。D₂应考虑到密封圈标准，如结果阀芯锥角过大或过小，可通过改换D₂的尺寸调整至合适的锥角，并重新确定D与D₁的尺寸和锥角β。此时锥台阀芯的结构尺寸基本成型，由于阀芯上、下端面用孔勾通，所以流体压力作用在这种结构阀芯上、下端面的力，其合力必为零。为了达到流体作用阀芯的轴向力基本为零设计思想，流体作用阀芯上的另外两个轴向力必须加以考虑。1、由于阀芯上两个对称环形槽的布置，流体进入环形槽内将压力作用槽内各个方向，由于阀芯外围是锥面，所以在锥面开设的沟槽不受形状影响而产生一个指向阀芯大端面的轴向力，由于阀芯上两个环形槽对称布置，产生的两个轴向力相等，其合力的作用线与阀芯轴线重合，这种轴向力的大小取决于流体压力与流体作用面积S，

，式中的D₃与D₄是环形槽上端与下端处阀芯的直径、大2指两个环形槽、α为两个一样环形槽开设的角度。2、由于在锥面上开设配液透孔14，必产生一个指向阀芯大端面的轴向力，其合力的作用线与阀芯轴线重合，这种轴向力的大小取决于流体压力与流体作用面积S₁，

，在不同的流体系统中，供液孔中的流体可能是供液P，也可能是回液O，两个环形槽也依然，P为供液压力、O为回液压力，在一个流体系统中，O的压力一般为P压的10%左右，O的压力不论在同一个流体系统中，还是在不同的流体系统中，因结构、使用环境的变化等因素而变化，它不是常量。本发明暂定O的压力为P压力10%，为了达到使流体作用在阀芯上的轴向力基本平衡的设计思想，依据以上两个轴向力对前面设计阀芯上端面结构尺寸进行调整。当环形槽为回液O时，配液孔为供液P，此时阀芯的上、下端面均与P勾通。增大阀芯大端面面积为（10S%+ S₁）来平衡这两个轴向力，如增加阀芯大端面的直径为D₀，则

，式中D、S、S₁均为已知数。在阀芯锥角不变的前提下，这样就必须将大端面沿阀芯轴线向上抬高，抬高到满足要增加面积的一个高度h，则

、

，式中β、D₀、D₁、H均是已知数，此时具有径向力平衡、轴向力基本平衡的三位四通换向阀阀芯设计完成，它的高度为H + h，上端直径为D₀，下端面直径为D₁，锥角为β。如大端面不抬高而是直接将D₀与D₁连线，则锥角β改变，面积S、S₁、配液孔轴线处阀芯直径d均改变。如果阀芯中的环形槽内部的流体为供液P，则配液孔内的流体为回液O，阀芯的上、下端面均与O勾通。为平衡前提到的两个轴向力需增加阀芯大端面的面积为（10S+ S₁），增加后大端面直接为D₀，则

，

，h的计算同上，此时阀芯结构尺寸设计完成。在阀芯上部转轴顶部设一压缩弹簧，在弹簧力的作用下，锥面阀芯紧密与锥孔阀座配合，由于回液O的压力不确定性，不可能设计成理论意义上的流体作用阀芯上轴向力其合力为零的阀芯，由于S与S₁的面积很小，回液O的压力波动再大，对这种阀芯轴向力的影响也是有限的，只能在很小区间波动。由于这种锥面换向转阀结构特点，具备以下特性。

一、通用性：本发明的锥面换向转阀内部密封为无间隙间隔密封，这种间隔是用相应的弧长来实现的，在工作中是靠转动实现配液换向，在整个工作中阀内部密封是一直用间隔弧长来保障，如果阀芯与阀座配合表面精度足够高，那么就可能实现阀内漏极小或为零，所以这种转阀适合任何流体。包括：气体、各种油、水、乳化液。这种转阀在流体任何压力下阀芯所受的径向力始终平衡，轴向力始终接近平衡，均不受任何影响，所以在不考虑阀体的强度的前提下，一种阀可在任何压力下正常工作。

二、磨损自动补偿性及超长的使用寿命

锥面换向转阀在工作中反复转动换向，阀芯与阀座的配合表面是要磨损的，磨损后阀芯在压缩弹簧的作用下将下移，这个过程进行的非常缓慢，因每次工作只转一周的几分之一，这种磨损阀芯下移的过程，既有有利的一面也有不利的一面，有利的一面是：每次的转动磨损都是对阀芯与阀座配合表面的人工研磨，使阀内部高、低压密封效果越来越好，减少或杜绝内漏，所以这种转阀越使用内部密封效果越好。不利的一面是：磨损将使阀芯下移，使阀芯上的配液孔与工作口错位，减小流体流通断面，但只要增大工作口直径这问题就可解决，这种转阀的磨损自动补偿性是该阀使用寿命超长的重要因素。本发明的锥面换向转阀，阀内部高、低压之间的密封采用的是无间隙间隔密封，工作中并不打开与关闭，而是靠转动来实现配液换向，间隔是一直变化存在的，因此流体中的微小颗粒很难进入阀芯与阀座配合表面，因此配合表面不会拉伤、拉毛，这也是这种阀使用寿命超长的因素，这种锥面换向转阀使用寿命可达几百万次。

三、电操作性

由于本锥面换向转阀的结构决定了流体在任何压力下对阀芯作用的径向力始终为零、轴向力基本为零，阀的转动力矩与流体压力关联很小，阀的转动力矩与弹簧压力，阀芯与阀座配合表面的摩擦力，压缩弹簧钢球转动时的摩擦力这几方面有关，就是以上的力加到一起，该阀的转动力矩也是不大的，而且弹簧压力在较广的范围内是可调整的，这就为用微型电机操纵成为可能。与电磁阀相比，传动机构和控制电路要略复杂一些，但电磁阀在工作时一直供电维持，而这种电力阀在系统工作时是停电状态，相比电磁阀是节能的。

四、广泛的应用性

这种锥面换向转阀，可以设计制造出机能各异的二位二通阀、二位三通阀、二位四通阀及二位多通阀，也可以设计制造出机能各异的三位二通阀、三位三通阀、三位四通阀、三位多通阀。本发明设计了11种机能各异的三位四通阀并以Y型阀为例，这些三位四通阀如何改为三位六通阀结构，和以Y型阀为例，这些三位四通阀组成阀组的结构。

附图说明

本发明以阀芯径向力平衡，轴向力基本平衡的要求，设计了11种机能各异的三位四通换向阀和以Y型阀为例这11种机能各异的三位四通阀如何改为三位六通阀，以及以Y型阀为例这11种机能各异的三位四通阀组成操纵阀组的结构，以上提到11种阀的外形结构，除阀芯外，基本一致（说明书中的0013段对阀结构的说明适合前面提到的11种阀和三位六通阀及阀组），所有的附图标记均一一对应（即同一标记均代表同一组成部分），对于各种阀结构上不同之处分别加以说明，各图中的A-A剖面图均为阀芯的结构，并在图的上部绘制了该阀的机能符号。各图中的P为供液口、O为回液口、A、B、C、D为工作口。

图1

图1有主图1，A-A、B-B、C-C三个剖面图

1为阀座，也是阀体。在中部设置锥形孔，即为阀座。在阀体左外侧设A、B两工作孔，并与阀座锥形孔贯通。阀体下端设有O通道接口，O、A、B外口均设管接头座，均为螺纹连接。2为阀芯，它与上部的转轴为一体，转轴下的圆台体可称为阀芯，座落在锥孔阀座内，在阀芯圆台体中部外侧，左、右各设一个轴对称的环形槽13，在两个环形槽的底部用小孔25将它们沟通。在阀芯中部设置配液透孔14，配液透孔14与两环形槽在同一平面内，两环形槽即对称阀芯轴线，且也对称透孔的轴线，在阀芯下端面的轴线上设置穿透配液孔14的圆孔15，并在阀芯上设置两个上、下端面沟通孔24，两孔对称布置且垂直端面，且通过配液孔14到达上端面（结构参看图3，D-D剖面图）。当阀芯坐落在阀座上，处在阀中间位置时，左侧的环形槽在两端分别与A、B两个工作口刚好完全沟通，环形槽的中部与O通路完全沟通。3为上阀堵，外圆与阀体1配合，设有“O”型密封圈18与挡圈17，内圆与阀芯转轴配合，设有“y”型密封圈16。4为下阀堵，外圆与阀体用螺纹连接，下端面有卡簧26与阀体连接，它与螺纹共同平衡阀内流体压力，下阀堵与阀体配合面设有“o”型密封和挡圈，在下阀堵中部设有供液口p,且与配液孔14沟通，供液口p设有用螺纹连接的管接头座。下阀堵下端面还设有拆装孔19。5为限位套，它可对转动手柄9左、右转至45度时进行限位。6为端盖，设在限位套上部。其上的4个光孔与限位套上的4个光孔一一对应。4个M10螺栓7穿过光孔旋入阀体丝孔内、使限位套、端盖、阀体连成一体，且压住上阀堵，4个螺栓平衡阀内部对上阀堵的压力。同时端盖压在转轴中部钢球11经弹簧座10压缩弹簧12将轴向力作用在阀芯上。8为转动护套，21为转动手柄护套，端盖、转动护套，转动手柄护套围成一个较封闭的操作空间，防止灰尘与杂物进入。手柄护套与转动护套焊接一体，20为手柄拆装孔，23为加工孔死堵，22为操作手球，操作手球用螺纹与手柄和手柄护套连接成一体。

此阀为代号为Y型三位四通阀，图为阀中间位置。当逆时针转动手柄经配液孔直径相对应的角度时，工作孔A刚好与左环形槽分离，配液孔上口与A工作口还有弧长间隔。继续逆时针转动，配液孔上口与A工作口的弧长间隔逐渐减小至零，然后进入由小到大的勾通，转动至45°时，由于限位套的限制已不能再转下去。此时刚好配液孔上口与A工作口完全勾通，这一过程的同时环形槽与A工作口间隔弧长逐渐增大，转至45°时环形槽的上边缘刚好与O口上边缘成一直线，此时B工作口仍与左环形槽完全勾通，左环形槽仍与O口完全勾通，从而进入A工作口供液，B工作口回液的完全工作状态。当阀在中间位置顺时针转动时，重复以上的过程，不同的是A口变成了B口，转至45°时配液孔下口与B工作口完全勾通，进入B口供液，A口回液的完全工作状态。

如果将此阀图中的P改为O、O改为P，A口改为B、B口改成A，那么此阀将变成具有代号为P型机能的三位四通换向阀，此时环形槽里的流体为供液P，配液孔里的流体为回液O，阀在中间位置时，工作口A与B均与供液P勾通，且均不与回液O勾通，这种结构符合P型阀对中间位置机能要求。此阀工作原理略。

图2  O型阀

图2有主图2和A-A、B-B、C-C三个剖面图，图B-B剖面主要反映的是限位套的结构，此限位套的限位角为30°，图C-C主要反映小孔25的位置，图A-A主要反映的是代号为O型机能的三位四通阀阀芯结构，图为阀中间位置，此位置P与O不勾通，且工作口A与B均不与P勾通，也不和O勾通，A与B之间也不勾通，这种结构符合O型机能三位四通阀对中间位置的要求，当阀逆时针转阀芯30°时，此时配液孔14上口完全与工作口A完全重合、左侧环形槽13的上边缘与O口的上边缘成一直线，左环形槽的下边缘与工作口B的下边缘成一直线，这时左环形槽将B工作口与O口完全勾通，开始了A供液，B回液的完全工作状态，由于限位套的限制阀不能超30°的转动，中间位置、阀芯顺时针转30°时，配液孔14的下口与B工作口重合，左环形槽将工作口A和O完全勾通，此时B供液A回液的完全工作状态。

图3  H型阀与X型阀

图3有主图3和A-A、B-B、C-C、D-D、F-F五个剖面图，主图3与主图1相比，图3只加厚了端盖6，并在端盖内设有为满足阀机能的导通孔28，导通孔28是由O口向上经阀体—穿过限位套—到达端盖—分二路向下—穿过限位套—经阀体与阀芯上的配液孔14上、下口勾通，在穿过限位套上、下处设有“O”型密封圈27，图B-B反映限位套的结构，此限位套的限位角为45°，图D-D、图F-F主要反映导通孔28的路径，图D-D中的二个小孔24是阀芯上、下端面勾通孔，本发明涉及的阀均有此结构，图A-A主要反映本阀阀芯的结构，图为中间位置，此位左环形槽将A口、B口、O口勾通，O口经导通孔28与阀芯上的供液的配液孔14上、下口勾通，这种结构符合H型阀对中间位置机能要求，当阀逆时针转至配液孔上、下口刚好完全离开上、下O口时，左环形槽刚好与A口分离，配液孔上口左边缘与A口的上边缘之间仍有密封弧长，当转至配液孔左边缘与A口上边缘搭接时，这密封弧长逐渐成为配液孔的右边缘与上O口左边缘之间和左环形槽上边缘与A口下边缘密封弧长，在以上的转动过程中，阀芯上、下的密封区逐渐覆盖上、下O口最终完全覆盖，只要是覆盖，O口中的压力将作用在阀芯上，作用力的大小取决于O口的压力与覆盖面积，由于本阀采用了上下O口、环形槽、阀芯密封区均对称设计，使这种上下O口覆盖面积每时每刻均相等，且以阀芯中心对称，故这种作用力其合力每时每刻均为零，使阀芯径向力合力始终为零，当阀芯逆时针转至45°时，配液孔上口与A口重合，左环形槽上边缘与中间O口上边缘成一直线，下边缘与下O口右边缘成一直线，右环形槽上边缘与上O口左边缘成一直线，系统进入A供液、B回液完全工作状态，阀在中间位置顺时针转至45°时重复以上过程，配液孔的下口与B口重合，系统进入B供液、A回液的完全工作状态。

如果将导通孔28的直径缩小到符合系统要求的节流效果时，那么此阀将成为具有X型机能的三位四通换向阀。

图4  M型阀

图4有主图4和A—A.、B—B、C—C、D—D、F—F五个剖面图。图B—B反映的主要是限位套结构，图D—D主要反映的是导通孔28的路径与其他结构的位置关系。图F—F主要反映导通孔28在端盖内的路径。图A—A 主要反映的是本阀阀芯的结构，图为中间位置，此位A、B两工作口分别与左、右两环形槽勾通，但均不与P、O勾通，阀芯配液孔14为供液上、下口均与O口直接勾通，这种结构符合M型阀对中间位置机能的要求。当阀芯逆时针转至配液孔14上口与A口上边缘搭接时，这一过程所发生的变化同图3说明有关内容基本一致，这里不再重复，当阀芯逆时针转至45°时，由于限位套限制已不能转下去，此时配液孔14上口刚好与A口重合，左环形槽与A口分离，且下边缘与下O口右边缘成一直线，且与A 口有密封弧长存在，同时右环形槽的上边缘刚好与上O口的左边缘成一直线，将B口与O口完全勾通，系统开始A供液B回液的完全工作状态，阀芯在中间位置顺时针转至45°，重复以上过程。此时配液孔上口刚好与B口重合，右侧环形槽与B分离，且与B有弧长密封，左环形槽将A口与上O口完全勾通，系统开始B供液A回液完全工作状态。

图5  J型阀、C型阀

图5有主图5和A—A.、B—B、C—C、D—D四个剖面图。图C—C主要反映左、右环形槽勾通小孔25的位置。图B—B主要反映的是限位套结构，此限位套的限位角为36°。图D—D主要反映的是O供液口的位置。图A—A主要反映的是本阀的阀芯结构，图为阀中间位置，此位工作口B与O勾通，工作口A既不与O勾通也不与P勾通，这种结构符合J型阀对中间位置机能要求。当阀芯逆时针转至36度时，配液孔14上口与A口完全重合，左环形槽上边缘与O口上边缘成一直线，左环形槽仍与O口和B口完全勾通，系统进入A供液B回液的完全工作状态。当阀芯在中间位置顺时针转至36度时，配液孔14的下口完全与B口重合，左环形槽13与B口分离，且下边缘与O口的下边缘成一直线，上边缘与A口的上边缘成一直线，此时环形槽将O口与A口完全勾通，系统完全进入B供液A回液工作状态。

如果在此阀的结构不变的情况下，将图中的O改成P，将P改为O，A改为B，B改为A，那么此阀将成为具有C型机能的三位四通换向阀。此阀在中间位置时，环形槽变成供液，配液孔14由原来的供液变成了回液，且与A口勾通，B口既不与O勾通，也不与P勾通，这种结构符合C型阀对中间位置机能要求。此阀的工作原理略。

图6  K型阀

图6有主图6和A—A.、B—B、C—C、D—D、E—E、F—F六个剖面图。B—B主要反映限位套结构，此限位套的限位角为36°，图D—D、E—E、F—F主要反映的是导通孔28的路径，以及导通孔28与其他结构的位置关系，导通孔28从P口向上经限位套达到端盖6，分二路向下经限位套与阀体同阀芯上的配液孔14上、下口勾通。图A—A主要反映的是本阀芯的结构。图为阀中间的位置，此位工作口A与P勾通，且通过导通孔28 与配液孔回液口O沟通，B工作口均不与O、P沟通，这种结构符合K型阀对中间位置要求，本阀芯环形槽为供液，配液孔为回液，当阀芯顺时针转至配液孔14直径对应的角度时，配液孔上、下口刚好与上、下P口分离，左环形槽刚好与A口分离，此时配液孔下口的左边缘与A口下边缘之间和环形槽的上边缘与B口的下边缘之间存在相同的密封弧长。当阀芯转至配液孔下口左边缘与A口下边缘搭接时，这种密封弧长逐渐为零，而配液孔下口右边缘与下P口左边缘之间和左环形槽下边缘与A口上边缘之间的密封弧长由零逐渐增至前面说的弧长。此时，左环形槽上边缘与B口下边缘搭接。以上的这一转动过程，阀芯的上、下密封区逐渐覆盖上、下P口直至完全覆盖，只要密封区覆盖P口，P口中的压力将作用在阀芯上，而力的大小取决于P的压力与覆盖面积。由于本阀采用对称布置，上、下密封区对上、下P口的覆盖每时每刻面积均相等，且以阀芯中心为对称，使这作用力的合力始终为零，保证了阀芯的径向力合力为零的初衷。当阀芯转至36度时配液孔下口与A重合，左环形槽下边缘与中部P口下边缘对齐，上边缘与B口上边缘对齐，环形槽将P口与B口勾通，系统进入B供液A回液的完全工作状态，当阀在中间位置逆时针转至36度时，配液孔上口与B口重合，左环形槽仍与P口、A口沟通。系统进入A供液B回液的完全工作状态。

图7  N型阀

图7有主图7和A—A.、B—B、C—C、D—D四个剖面图，除图A—A各图均与图5一一对应相同。图A—A主要反映的是本阀阀芯的结构，图为阀芯中间位置，此位工作口A与O勾通，工作口B且不与O勾通，也不与P勾通，A与B之间也不勾通。这种结构符合N型阀对中间位置的要求。当阀芯逆时针转36度时，配液孔14上口与A口重合，左环形槽与A分离，且上边缘与O口上边缘成一直线，下边缘与B口下边缘成一直线。左环形槽将O口与B口勾通。此时，系统进入A供液B回液的完全工作状态。当阀中间位置顺时针转36度时，配液孔下口与B口重合，左环形槽下边缘与O口下边缘成一直线，左环形槽仍勾通O口与A口，此时系统进行B供液A回液完全工作状态。

图8  Z型阀

图8有主图8和A—A.、B—B、D—D、F—F四个剖面图，图B—B主要反映的是限位套的结构，此限位套的限位角是30度。图D—D主要反映的是回液口O和导通孔28的位置。图A—A主要反映的是本阀阀芯的结构。图为中间位置，为了满足阀机能的要求，本阀在阀芯上设计了两个交角为60度的配液孔14与14’，阀在中间位置时，工作口A与B均不与O勾通，也不与P勾通，P与O也不勾通，这种结构符合Z型阀对中间位置机能要求。当阀芯逆时针转30度时配液孔14上口与A口重合，14’的上口与B口重合，即A口与B口均与供液P勾通，且均不与O沟通，在这位的结构符合Z型阀对这一位置机能要求，在这一转动过程中，上、下环形槽逐渐与上、下O口分离，最终完全分离，而阀芯的上、下密封区逐渐覆盖上、下O口，最终完全覆盖。由于环形槽、阀芯上、下密封区上、下O口均对称布置，这种覆盖的面积每时每刻均相等，且以阀芯中心对称，故上、下O口对阀芯的作用力的合力每时每刻均为零。此时，上、下环形槽分离上、下O口，但槽里的压力均相等，由于两环形槽对称布置，环形槽里压力对阀芯的作用力其合力为零。在中间位置时当阀芯顺时针转至30度时，上环行槽右边缘与A口右边缘成一直线，左边缘与上O口左边缘成一直线。上环行槽将O口与A勾通，同时配液孔14下口与B口重合，系统进行B供液A回液完全工作状态，由于上、下环形槽均与O勾通，所以可不设环形槽勾通孔25。

图9  三位六通阀

图9有主图9和A—A.、B—B二个剖面图。因左、右环形槽分别和O勾通，可不设两环形槽勾通孔25，本三位六通阀是在Y型三位四通阀上增设一个工作口C和一个工作口D，同时增设一个回液通路，其他任何结构均没变，而这些增设并不会影响阀芯的径向力平衡，更不会与轴向力有关联，也不会影响阀的机能。对于本发明前面涉及的各种机能的三位四通换向阀，均可采用这种增设而成为具有对应功能的三位六通换向阀。就已增设的Y型三位六通阀为例说明阀的工作情况。图A—A为阀中间位置，此时工作口A、B均与左环形槽勾通，且与O勾通，工作口C、D均与右环形槽勾通，且与O勾通，配液孔14与A、B、C、D、O均不勾通，这种结构符合Y型阀对中间位置机能的要求。当阀芯逆时针转45度时，配液孔上口与A口重合，下口与D口重合，左环形槽勾通O与B，右环形槽勾通O与C。系统进入A、D供液，B、C回液的完全工作状态，在中间位置顺时针转阀芯45度时，配液孔上口与C口重合，下口与B口重合，左环形槽勾通O与A，右环形槽勾通O与D，系统进入B、C供液，A、D回液的完全工作状态。如果只将图9中的孔15和供液口增大至配液孔14截面的一倍，则在不增加阀体体积的情况下获得双倍的流量，且不影响供液质量。

图10  阀组

图10为以本发明涉及的Y型阀为例组成的Y型阀阀组的结构。其结构就是将图1中的下阀堵4的结构略加改变，并将他们叠加起来而成的，图中的a为首阀，每组中只一个。b为中间阀，可随需要增减，c为尾阀。两个M14螺栓将它们串接起来，主图10反映了O通路的位置和与各阀的通路，29是防止O与P通路在穿越限位套时设置的防泄漏对接形式的密封，图D—D主要反映P通路的位置及整个结构。图A—A主要反映了阀芯结构和两个螺栓30的位置和图D—D的剖面位置。本阀的工作原理同图1，本发明所涉及的各种机能的阀均可以此种结构形式组成阀组。

本发明以三位四通阀为例，依照流体对阀芯径向力平衡、轴向力基本平衡的原则列举了以上数种机能的阀，而生产中还有很多机能不同于前面提到的三位四通阀，在这里就不在列举，一般都能设计出来。对于二位阀没列举，但与三位阀相比设计出具有流体对阀芯径向力平衡、轴向力基本平衡的阀要简单些，一般都能设计出来。且各种二位或三位阀都能以图9的结构形式制成六通阀，也均能以图10的结构形式制成阀组。

具体实施方式

本发明的流体锥面换向转阀与现有技术相比，具有节能与使用寿命长的特点，应该是现在使用产品替换的好产品。能给使用者可带来经济效益，怎样将发明从生产到投入市场，最后得到市场认可，是发明的最终目的。为达到这一最终目的，具体实施方式如下：

一、通过有关媒体进行宣传，使从事这方面的工作人员得到信息。

二、找出进入市场的突破口，应该是市场用量较大、使用更换周期较短的品种首先加工制造，并想办法销售给这些用户，在用户的使用过程中，优质的售后服务、优质的产品性能，必将赢得用户好的口碑，从而加快市场认可的速度，给投资者尽快带来经济效益。我认为这突破口应选煤矿综采液压支架的操纵阀组。

三、制造本锥面换向转阀最关键点是阀芯与阀座配合锥面的加工制造的精度，即不论阀芯转到何位与阀座应配合表面，其接触率不低于90%，且有较高的光洁度，加工制造阀芯与阀座可选机床精密加工或精密铸造，材料可选用金属或工程塑料，但关键的是产品制出后精度是否符合设计要求，必须找到可靠的检测手段及相应的工具，合格后的产品零部件必须有互换性。

四、研制锥面换向转阀电操作。包括微型电机选型，传动机构及控制电路设计。

五、设计现生产使用的各种机能的二位阀及各种机能三位阀，并且对每一种机能的二位阀及每一种机能的三位阀，按通径、压力、流量确定不同的外形尺寸及结构，使它标准化。

Claims (2)

1.阀在工作中，流体对阀芯的作用力，其径向力始终保持平衡，轴向力基本接近平衡的各种机能的二位二通、二位三通、二位四通、二位多通手动或电动锥面换向阀或锥面换向转阀阀组。

2.阀在工作中，流体对阀芯的作用力，其径向力始终保持平衡，轴向力基本接近平衡的各种机能的三位二通、三位三通、三位四通、三位多通手动或电动锥面换向转阀或锥面换向转阀阀组。

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