CN103953603A - 自循环式三位六通电磁换向阀 - Google Patents

Abstract

本发明为一种自循环式三位六通电磁换向阀，安装于阀门驱动器（16）的液压回路上，其特征在于：所述的三位六通电磁换向阀包括阀体、电磁线圈、推杆和复位弹簧；所述的阀体由阀块、置于阀块内的滑阀和衬于滑阀内的阀芯组成；所述的阀块设有P、T、A、B、A1、A2六个油道和对应的六个油口，内腔设7个油槽，其中P、A、B、A1、A2油路各1个油槽，T油路2个油槽；所述的滑阀沿径向设有四对油路通孔，沿圆周布有三个油槽；所述的阀芯以中间均分成两侧对称的细轴与滑阀的油路通孔组合，通过滑阀和阀芯的左位、中位或右位三个位置的变位来实现三位六通电磁阀的换向功能。

Description

自循环式三位六通电磁换向阀

技术领域

本发明涉及一种用于船舶和海洋装备等液动阀门遥控系统，特别是公开一种应用于阀门遥控系统的三位六通电磁换向阀，与阀位指示器串联使用。本发明在液控阀门的开启和关闭时，通过三位六通电磁换向阀的换向和自循环功能，使阀位指示器的流量检测齿轮组始终处于回油侧。本发明在实现阀门可靠运行的同时，也准确地实现了对阀门进行开度指示和状态测量。

背景技术

目前三位四通电磁换向阀产品早已成熟，也有三位五通的。但液动三位六通电磁换向阀还没有产品问世。虽然在国内外文献上有所提及，但目前还仅停留在学术外围，详细的结构和设计未见报道，更没有成品面世，尤其具有自动循环卸压功能的。国外先进的阀门遥控系统，有使用两只常规三位四通电磁阀进行叠加，解决了齿轮流量计式阀位指示器上下游高压差的问题，能够使齿轮流量计始终处于低压回油侧，从而避免了流量测量齿轮副的卡滞。

但是此现有产品存在以下问题：

1、两只三位四通电磁换向阀的体积是一只三位六通电磁换阀的两倍——体积大；

2、两只三位四通电磁换向阀的重量是一只三位六通电磁换阀的两倍——重量大；

3、两只三位四通电磁换向阀的成本约为一只三位六通电磁换阀的两倍——投资大；

4、两只三位四通电磁换向阀的线路为一只三位六通电磁换阀的两倍——接线多；

5、两只三位四通电磁换向阀的接点为一只三位六通电磁换阀的两倍——故障点多，控制回路多，增加对PLC、电脑程序控制的程序量，同时也增加了安装、试制、维护等工作量。

国内外先进的液动阀位指示器采用的测量原理是体积式，测量元件为一对模数、齿数相同的高精度齿轮。一旦两只叠加阀有一只出现故障（阀芯卡死或电磁吸力不足等，没有及时发现或排除），则与电磁换向阀关联的阀位指示器在高的工作压力（一般在13.5MPa），造成上下游的高压差，在液压力作用下将齿轮推向下游侧的齿轮座壁和上下接合面，当沿齿轮分度圆方向的运转力不足以克服齿轮与齿轮座壁及齿轮与上下接合面的阻力时，齿轮则被卡住而不能运转。当齿轮啮合面、齿轮与齿轮座间、齿轮与上下接合面的间隙液压油的泄漏，将压差泄放到较低的压力时才能正常运转，而且测量精度随系统压力和压差的波动而变动。压差不仅影响计量精度，还会加速机械磨损：1、计量齿轮的磨损；2、齿轮座的磨损；3、轴和轴承的磨损；4、与齿轮配合零件的相邻面的磨损。压差越高磨损量越大，磨损到一定程度时，齿轮测量通路液压油的泄漏量过大，当沿切线方向的净推力不足克服阻力以推动齿轮正常运转时，计量由不准到失效，影响到阀门遥控系统的核心部件——阀位指示器的使用寿命。更为严重的是船舶或海上平台受控的重要阀门的指示和反馈失灵，将影响到安全。

正因如此，设计一种具备两只叠加三位四通电磁阀功能的，能够取代两只叠加的三位四通电磁阀的这样一种电磁换向阀势在必行，但是经过广泛调研，在国内外知名厂家和液压件市场上均无此类产品问世。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种自循环式三位六通电磁换向阀，对三位六通电磁换向阀的阀体、阀块、阀芯和滑阀进行新的结构设计，用一只三位六通电磁换向阀取代原来的两只叠加换向阀，降低电磁阀组体积、重量、成本、线路、控制和通信回路，减少安装、试制、维护等工作量，提高操纵的方便性和稳定性，提高系统的可靠性和安全性。同时对与之关联阀位指示器的齿轮和齿轮座加工精度要求有所放宽，减少磨损，延长寿命。

本发明是这样实现的：一种自循环式三位六通电磁换向阀，安装于阀门驱动器16的液压回路上，通过控制台操作，液压动力泵站调压、节流后的液压油经三位六通电磁换向阀11后，流入阀门驱动器16，阀门驱动器16带动同轴阀门17运转，从阀门驱动器16流出的低压液压油，首先流回到三位六通电磁换向阀11，经阀位指示器13计量齿轮副后，自行循环到三位六通电磁换向阀11回到液压泵站的油箱，其特征在于：所述的三位六通电磁换向阀11的结构包括阀体21、电磁线圈22、推杆23和复位弹簧24；所述的阀体21由阀块31、置于阀块内的滑阀32和衬于滑阀内的阀芯33组成；所述的阀块31设有P、T、A、B、A1、A2六个油道和对应的六个油口，内腔设7个油槽，其中P、A、B、A1、A2油路各1个油槽，T油路2个油槽；所述的滑阀32沿径向设有四对油路通孔，沿圆周布有三个油槽；所述的阀芯33以中间均分成两侧对称的细轴与滑阀32的油路通孔组合，通过滑阀32和阀芯33的左位、中位或右位三个位置的变位来实现三位六通电磁阀11的换向功能。

若三位六通电磁换向阀11得电：阀门驱动器16低压侧的输出油路的液压油经电磁阀的A口流回阀体21内，经阀块31、滑阀32、阀芯33相互关联的流道，从电磁阀的A2口流出，流过阀位指示器13的计量齿轮腔后，从电磁阀的A1口循环流回，再从三位六通电磁阀11的T口流回到液压泵站的油箱内。

驱动阀门动作的执行装置是液压阀门驱动器16，阀位指示器13装于集成阀块上（阀门遥控系统的电磁阀箱为组合式，每只阀箱内有几块到十几块集成阀块，一般每只集成阀块控制六只阀），三位六通电磁换向阀11与阀位指示器13相连；每只三位六通电磁换向阀11的A1、A2口与对应的阀位指示器13的流量检测回路相连接；通过控制台操作，液压动力泵站调压节流后的液压油经三位六通电磁换向阀11流经阀位指示器13，再流进阀门驱动器16的A或B口，压力油驱动阀门驱动器16带动同轴的阀门17运转。

由于三位六通电磁换向阀11的阀块31上增加了A1、A2流道和A1、A2口，其下游阀位指示器13的流量测量齿轮副串联于液压回路的A1、A2口，使得流量测量齿轮副始终处于低压侧；一对测量齿轮在以容积式测量原理对流经的液压油的体积量进行计量，经传动和减速后和阀门对应的角度，可靠地指示出阀门17的开度和状态，实现对阀门遥控系统的可靠控制。

本发明的有益效果是：本发明实现了对阀门进行开关操作，结合齿轮流量计式阀位指示器，不仅实现阀门的开关和定位操作，并可靠实现阀门开度指示和状态测量。本发明的自循环和三位六通解决了电磁换向阀的阀块、阀芯、油路、接口等技术难题，具有功能强大、工艺简单、安装简便、使用维护方便等特点。该装置机电液一体化设计，提高了设备的科学性、合理性、可靠性和安全性。在中央控制室实现了对远程阀门遥控系统的监控，填补了船舶和海洋装备领域的空白和液压制造业的空白。

附图说明

图1  是本发明工作状态连接示意图。

图2  是本发明工作原理框图。

图3  是本发明结构剖视图。

图4  是本发明安装示意图。

图5  是本发明安装底板结构示意图。

图6  是本发明阀体内六个油道位置结构示意图。

图7  是本发明的阀体结构示意图。

图8  是本发明的阀块结构示意图。

图9  是本发明的阀块仰视图。

图10 是本发明的滑阀结构示意图。

图11 是本发明的阀芯结构示意图。

图中：11、三位六通电磁换向阀； 12、节流阀； 13、阀位指示器； 14、液压锁； 15、溢流阀； 16、阀门驱动器； 17、阀门； 21、阀体； 22、电磁线圈； 23、推杆； 24、复位弹簧； 31、阀块； 32、滑阀； 33、阀芯； 41、油口P； 42、油口T； 43、油口A； 44、油口B； 45、油口A1； 46、油口A2。

具体实施方式

根据附图1和图2，本发明安装于阀门驱动器16的液压回路上，通过控制台操作，液压动力泵站调压、节流后的液压油经三位六通电磁换向阀11后，流入阀门驱动器16，阀门驱动器16带动同轴阀门17运转，从阀门驱动器16流出的低压液压油，首先流回到三位六通电磁换向阀11，经阀位指示器13计量齿轮副后，自行循环到三位六通电磁换向阀11回到液压泵站的油箱。

来自液压动泵站135bar的高压液压油经节流后，经自循环式三位六通电磁换向阀11的阀体21后，再经阀块31、滑阀32、阀芯33相互关联的油道，通过电磁线圈22得电，实现油路的接通和换向，电磁阀控制的油流经液压锁推动阀门驱动器的齿条油缸而使齿轮产生转角，从而实现阀门的动作。溢流阀的作用为过压保护，正常运行时不动作。从阀门驱动器出来的为约10bar的低压液压油流经阀位指示器的计量齿轮副，再流回三位六通电磁换向阀11。

从图中可以看出，低压回路的油流经阀位指示的计量齿轮副，得益于自循环式三位六通电磁换向阀。如果使用常规的三位四通电磁换向阀，计量齿轮副只能安装在电磁阀输出的油口A或油口B处，设齿轮副安装在油口A处。如果阀门打开对应于油口A处为高压（一般约135bar）,则油口B处为低压（一般约10bar），此时流经计量齿轮副的液压油为135bar；反之，如果阀门关闭对应于油口B处为高压（一般约135bar），则油口A处为低压（约10bar）, 此时流经计量齿轮副的液压油为10bar。这不可避免造成阀位指示器的单向积累误差，并且易造成齿轮副因高压卡死而无法指示和监测阀门开度。

根据附图3，本发明自循环式三位六通电磁换向阀由阀体21、电磁线圈22、推杆23、复位弹簧24等组成。阀块31设有油道P、油道T、油道A、油道B、油道A1、油道A2六个油道和对应的六个油口，即油口P  41、油口T  42、油口A  43、油口B  44、油口A1  45、油口A2  46。其内腔设7个油槽，其中油道P、油道A、油道B、油道A1、油道A2的油路各1个油槽，油道T的油路为2个油槽。按照阀门遥控系统的控制要求，从控制台的发送运行指令，将DC24V电压（或AC220V等）送达电磁线圈22，利用电磁吸力实现滑阀32和阀芯33的移动，改变油路的通断，从而实现阀门驱动器16的换向。滑阀32和阀芯33可实现左位、中位、右位三个位置的变换。

根据附图4和图5，自循环式三位六通电磁换向阀的安装底板，及其六个油口：油口P  41、油口T  42、油口A  43、油口B  44、油口A1  45、油口A2  46的布置情况，同时此安装底板也是阀位指示器13的阀座。

根据附图6，自循环式三位六通电磁换向阀中位功能为Y型。电磁线圈失电时，油口P  41、油口A1  45、油口A2  46经滑阀32和阀芯33隔开，油口A  43、油口B  44与油口T  42导通，执行元件阀门驱动器齿条油缸的两侧油腔通过油口A  43、油口B  44经油口T  42卸荷，通过液压锁将阀门锁定在当时开度状态；当三位六通电磁换向阀11左侧电磁线圈得电时，油口A  43和油口A2  46导通，油口P  41和油口B  44、油口A1  45和油口T  42分别相通；当三位六通电磁换向阀11右侧电磁线圈得电时，油口A1  45和油口B  44导通，油口P  41和油口A  43、油口A2  46和油口T  42分别相通。

根据附图7，阀体为本发明的核心部件，由阀块31、滑阀32和阀芯33等组成。而三个主要部件的尺寸和设计是相互关联的，改动其中任何一个部件的设计，其他两个部件也要作相应的调整设计。本发明自循环式三位六通电磁换向阀因为实现了六个通路，并将阀位指示器13的计量齿轮副始终位于低压油区，提高了计量精度和可靠性。

根据附图8和图9，阀块31大小与常规的三位四通阀相同，增加了A1、A2的两个油槽、两个油道和两个油口，共有7个油槽，自左向右分别为油槽T、油槽A2、油槽A、油槽P、油槽B、油槽A1、油槽T，以油槽P为中心，其它各油槽对称分布，间距和油槽尺寸均等。为了实现中位功能，采用左右各一只T油槽的设计方式。其独特之处一是内腔的精确计算，解决了多油道内腔的设计问题；二是油道槽位置的科学分配，解决了多油孔交叉干涉的技术难题。

阀块31有六路油道，分别为油道A、油道B、油道P、油道T、油道A1和油道A2。其中的油道A和油道B直接与相应的油槽相通，两油道沿中心面左右对称；油道P从油口P出发沿油槽方向斜向相通；油道T有两个油槽，沿中心面左右对称。在油道的设计上，首先将左右两只油槽连成一体，然后从侧面打孔，再从下侧的油口T中心打一定角度的斜孔，相交于侧孔，成为完整的油道T。油道A1是直接从下侧的油口A1沿与阀块中心线垂直方向打孔，制作而成。油道A2由4个通路组成，首先从上部将油槽A2引出，从右侧面打相交孔，再从侧面打孔与之相交，最后从油口A2打斜孔，完成油道A2的设计。

在整个油道发明设计中，充分考虑了高低压因素，其中的P、A、B三只油道为高压油道，设计能够承受200bar的压力；A1、A2、T油道为低压油道，实际工作压力只有约10bar。所以三个高压油道优先采用了短线油路、厚壁尺寸；低压油道科学布局，在不影响整体功能和性能的前提下，优化油道设计，以方便加工，低压油道加工中将产生7个工艺孔，在油道制作完成后封堵。

根据附图10，滑阀32因为增加了两个油道，相对于常规的三位四通电磁阀，本发明对滑阀的加工精度要求相对要高些，但从试产和试验中发现只要达到7级尺寸公差和形位公差，1.6级粗糙度，用0～55℃油温试验，均无换向卡滞现象。滑阀32这种油孔结构与阀块31和阀芯33，经电磁线圈22作用，实现了油路切换和自循环功能。

根据附图11，阀芯33的两侧对称细轴设计，与滑阀32的径向油孔设计相对应，解决了自循环式三位六通电磁阀的中位功能的问题，实现了Y型中位功能。

Claims (4)

1.一种自循环式三位六通电磁换向阀，安装于阀门驱动器（16）的液压回路上，通过控制台操作，液压动力泵站调压、节流后的液压油经三位六通电磁换向阀（11）后，流入阀门驱动器（16），阀门驱动器（16）带动同轴阀门（17）运转，从阀门驱动器（16）流出的低压液压油，首先流回到三位六通电磁换向阀（11），经阀位指示器（13）计量齿轮副后，自行循环到三位六通电磁换向阀（11）回到液压泵站的油箱，其特征在于：所述的三位六通电磁换向阀（11）的结构包括阀体（21）、电磁线圈（22）、推杆（23）和复位弹簧（24）；所述的阀体（21）由阀块（31）、置于阀块内的滑阀（32）和衬于滑阀内的阀芯（33）组成；所述的阀块（31）设有P、T、A、B、A1、A2六个油道和对应的六个油口，内腔设7个油槽，其中P、A、B、A1、A2油路各1个油槽，T油路2个油槽；所述的滑阀（32）沿径向设有四对油路通孔，沿圆周布有三个油槽；所述的阀芯（33）以中间均分成两侧对称的细轴与滑阀（32）的油路通孔组合，通过滑阀（32）和阀芯（33）的左位、中位或右位三个位置的变位来实现三位六通电磁阀（11）的换向功能。

2.根据权利要求 1 所述的自循环式三位六通电磁换向阀，其特征在于：若三位六通电磁换向阀（11）得电：阀门驱动器（16）低压侧的输出油路的液压油经电磁阀的A口流回阀体（21）内，经阀块（31）、滑阀（32）、阀芯（33）相互关联的流道，从电磁阀的A2口流出，流过阀位指示器（13）的计量齿轮腔后，从电磁阀的A1口循环流回，再从三位六通电磁阀（11）的T口流回到液压泵站的油箱内。

3.根据权利要求 1 所述的自循环式三位六通电磁换向阀，其特征在于：驱动阀门动作的执行装置是液压阀门驱动器（16），阀位指示器（13）装于集成阀块上，三位六通电磁换向阀（11）与阀位指示器（13）相连；每只三位六通电磁换向阀（11）的A1、A2口与对应的阀位指示器（13）的流量检测回路相连接；通过控制台操作，液压动力泵站调压节流后的液压油经三位六通电磁换向阀（11）流经阀位指示器（13），再流进阀门驱动器（16）的A或B口，压力油驱动阀门驱动器（16）带动同轴的阀门（17）运转。

4.根据权利要求 1 或2或3中任意一项所述的自循环式三位六通电磁换向阀，其特征在于：由于三位六通电磁换向阀（11）的阀块（31）上增加了A1、A2流道和A1、A2口，其下游阀位指示器（13）的流量测量齿轮副串联于液压回路的A1、A2口，使得流量测量齿轮副始终处于低压侧；一对测量齿轮在以容积式测量原理对流经的液压油的体积量进行计量，经传动和减速后和阀门对应的角度，可靠地指示出阀门（17）的开度和状态，实现对阀门遥控系统的可靠控制。