CN104196790B - 双自由度阀芯旋转内控式高频换向阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双自由度阀芯旋转内控式高频换向阀，包括第一阀芯、第二阀芯、阀套以及阀体组件，第一阀芯上设有第一凸台，第二阀芯上依次设有第二凸台、第三凸台、第四凸台和第五凸台；第二阀芯开设有与第五腔室连通的轴向流道，第二凸台的外侧壁上开设有第一沟槽和第二沟槽，第二凸台还开设有连通第一沟槽与轴向流道的第一通孔、以及连通第二沟槽与第二腔室的第二通孔，阀体组件上开设有A油口、P进油口、B油口、第二回油口、第一回油口、第二轴向控制流道和第一轴向控制流道；第二阀芯上开设有第三通孔，阀套上分别开设有第一阀套窗口、第二阀套窗口。本双自由度阀芯旋转内控式高频换向阀转向频率快、同时结构简单，加工精度要求低。

Description

双自由度阀芯旋转内控式高频换向阀

技术领域

本发明涉及液压换向阀结构领域，尤其涉及一种双自由度阀芯旋转内控式高频换向阀。

背景技术

疲劳试验主要用于测量材料或构件在不同交应变力作用下的疲劳寿命，广泛应用在钢铁冶金、能源交通、机械电子等领域。激振器是疲劳试验的核心部件，主要有机械式、电磁式、超声式、电液式等几种，其中电液式具有高负荷、高频率、高能量密度以及高可控性等优点，广泛应用在重载、大功率场合。

目前，电液激振器主要采用伺服阀控制，受到伺服阀频宽的限制，电液伺服式激振器很难实现高频激振。也有部分电液激振器采用转阀控制，利用阀芯的双自由度（旋转与轴向移动）能够实现频率与幅值控制，但是，转阀结构的电液激振器存在结构复杂、加工精度要求较高以及流量受到旋转设备限制等缺点。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种双自由度阀芯旋转内控式高频换向阀，旨在降低加工精度要求的同时提高其流量幅值。

为实现上述目的，本发明提供一种双自由度阀芯旋转内控式高频换向阀，包括弹性连接的第一阀芯和第二阀芯、套设于所述第一阀芯和第二阀芯外的阀套、以及套设于所述阀套上的阀体组件，其中，所述第一阀芯上设有第一凸台，所述第一阀芯的一端伸出所述阀体组件的左端以与旋转设备连接，另一端与所述第二阀芯弹性连接；所述第二阀芯上依次设有第二凸台、第三凸台、第四凸台和第五凸台；所述第一凸台、第二凸台、第三凸台、第四凸台、第五凸台与阀体组件的右端两两相邻之间的间隙依次形成第一腔室、第二腔室、第三腔室、第四腔室和第五腔室，所述第二阀芯开设有与所述第五腔室连通的轴向流道，所述第二凸台的外侧壁上开设有多个相互错开的第一沟槽和第二沟槽，所述第二凸台还开设有连通所述第一沟槽与轴向流道的第一通孔、以及连通所述第二沟槽与所述第二腔室的第二通孔，所述第二腔室所在的阀体组件上开设有用于使所述第二腔室与油箱相通的第一回油口，所述第三凸台所在的阀体组件上开设有A油口，所述第三腔室所在的阀体组件上开设有用于使所述第三腔室与液压源连通的P进油口，所述第四凸台所在的阀体组件上开设有B油口；所述第三腔室中的第二阀芯上开设有连通所述轴向流道的第三通孔，所述第四腔室所在的阀体组件上开设有用于连通油箱的第二回油口；在所述阀体组件上开设有连通所述第一腔室与第二腔室的第一轴向控制流道，所述第五腔室所在的阀体组件上开设有连通所述第五腔室与所述第二回油口的第二轴向控制流道；所述阀套与所述第一沟槽、第二沟槽相对应的圆周上分别开设有第一阀套窗口、第二阀套窗口。

优选地，所述阀体组件包括套设于所述阀套上的阀体，以及分别安装于所述阀体两端的左端盖和右端盖，所述第一回油口、第二回油口、A油口、B油口以及P进油口均位于所述阀体上，所述左端盖和右端盖与所述阀体固定连接。

优选地，所述第二阀芯位于所述第五腔室中的部分上径向开设有连通轴向流道与所述第五腔室的第四通孔，所述第四通孔设置有多个。

优选地，所述第一轴向控制流道上安装有用于调节其流向所述第一回油口的油液流量的第一可变阻尼。

优选地，所述第二轴向控制流道上安装有用于调节其流向所述第二回油口的油液流量的第二可变阻尼。

优选地，所述第一沟槽和所述第二沟槽在所述第二凸台的外表面圆周上均匀交替错开分布。

优选地，所述第一阀套窗口和第二阀套窗口在所述阀套的外表面圆周上均匀平行分布。

优选地，所述第一阀芯与第二阀芯通过弹簧弹性连接，所述弹簧的两端分别套设于所述第一阀芯与第二阀芯上。

本发明提出的双自由度阀芯旋转内控式高频换向阀，在传统的滑阀换向阀基础上进行改进，在第二阀芯的第二凸台上开设有多个相互错开的第一沟槽和第二沟槽，使传统的滑阀换向阀具备有转阀转向频率快的优点。本双自由度阀芯旋转内控式高频换向阀综合了滑阀与转阀的优点，具有滑阀结构简单，加工精度要求相对较低，成本低的优点，同时集合了转阀换向频率高的优点。另外，本双自由度阀芯旋转内控式高频换向阀其阀口面积大，因此，本双自由度阀芯旋转内控式高频换向阀可用于大流量和高功率场合。

附图说明

图1为本发明双自由度阀芯旋转内控式高频换向阀优选实施例的结构示意图；

图2为图1所示的双自由度阀芯旋转内控式高频换向阀中阀体的剖视结构示意图；

图3为图1所示的双自由度阀芯旋转内控式高频换向阀中阀套的结构示意图；

图4为图1所示的双自由度阀芯旋转内控式高频换向阀中第二阀芯的结构示意图；

图5为图4所示的第二阀芯中第二凸台的结构示意图；

图6为图5所示的第二凸台沿第一沟槽中心横截面剖开的结构示意图；

图7为本发明双自由度阀芯旋转内控式高频换向阀处于P→A工作状态时的结构示意图；

图8为本发明双自由度阀芯旋转内控式高频换向阀处于P→B工作状态时的结构示意图。

图中，1-阀体；2-阀套；3-左端盖；4-右端盖，5-第一阀芯，6-第一阀芯第一端，7-第一阀芯第二端，8-弹簧；9-第二阀芯；10-第二阀芯第一端；11-第二阀芯第二端；12-第一凸台；13-第二凸台；14-第三凸台；15-第四凸台；16-第五凸台；17-第一腔室；18-第二腔室；19-第三腔室；20-第四腔室；21-第五腔室；22-P进油口；23-第一回油口；24-第二回油口；25-A油口；26-B油口；27-第二可变阻尼；28-第二轴向控制流道；29-第一可变阻尼；30-第一轴向控制流道；31-第一阀套窗口；32-第二阀套窗口；33-第一沟槽；34-第二沟槽；35-第一通孔；36-第二通孔；37-第三通孔；38-第四通孔；39-轴向流道，40-第三阀套窗口。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

结合参照图1至图8，本优选实施例中，双自由度阀芯旋转内控式高频换向阀包括弹性连接的第一阀芯5和第二阀芯9、套设于第一阀芯5和第二阀芯9外的阀套2、以及套设于阀套2上的阀体组件，其中，第一阀芯5上设有第一凸台12，第一阀芯5第一端6伸出阀体组件的左端以与旋转设备连接，第一阀芯5第二端7与第二阀芯9弹性连接；第二阀芯9上依次设有第二凸台13、第三凸台14、第四凸台15和第五凸台16；第一凸台12、第二凸台13、第三凸台14、第四凸台15、第五凸台16与阀体组件的右端两两相邻之间的间隙依次形成第一腔室17、第二腔室18、第三腔室19、第四腔室20和第五腔室21，第二阀芯9开设有与第五腔室21连通的轴向流道39，第二凸台13的外侧壁上开设有多个相互错开的第一沟槽33和第二沟槽34，第二凸台13还开设有连通第一沟槽33与轴向流道39的第一通孔35、以及连通第二沟槽34与第二腔室18的第二通孔36，第二腔室18所在的阀体组件上开设有用于使第二腔室18与油箱相通的第一回油口23，第三凸台14所在的阀体组件上开设有A油口25，第三腔室19所在的阀体组件上开设有用于使第三腔室19与液压源连通的P进油口22，第四凸台15所在的阀体组件上开设有B油口26；第三腔室19中的第二阀芯9上开设有连通轴向流道39的第三通孔37，第四腔室20所在的阀体组件上开设有用于连通油箱的第二回油口24；在阀体组件上开设有连通第一腔室17与第二腔室18的第一轴向控制流道30，第五腔室21所在的阀体组件上开设有连通第五腔室21与第二回油口24的第二轴向控制流道28；阀套2与第一沟槽33、第二沟槽34相对应的圆周上分别开设有第一阀套窗口31、第二阀套窗口32。

本实施例中，第一通孔35和第三通孔37的轴线与第二阀芯9的轴线垂直设置，第二通孔36的轴线与第二阀芯9的轴线平行设置。阀套2对应第一回油口23、第二回油口24、A油口25、P进油口22和B油口26的位置分别设置有多个通孔，以供第一回油口23、第二回油口24、A油口25、P进油口22和B油口26与阀套2和第二阀芯9形成的空腔连通。具体地，阀体组件包括套设于阀套2上的阀体1，以及分别安装于阀体1两端的左端盖3和右端盖4，第一回油口23、第二回油口24、A油口25、B油口26以及P进油口22均位于阀体1上，左端盖3和右端盖4与阀体1固定连接。进一步地，第二阀芯9位于第五腔室21中的部分上径向开设有连通轴向流道39与第五腔室21的第四通孔38，第四通孔38设置有多个，以使液压油快速进入到第五腔室21中。

第一阀芯5凸伸于左端盖3的一端用于与旋转设置连接，以提供转动动力。本实施例中，当第一沟槽33与第一阀套窗口31接触时，因轴向流道39与第一通孔35连通，第一通孔35可依次经第一沟槽33、第一阀套窗口31再通过阀套2上的第三阀套窗口40与第一腔室17连通，故P进油口22可与第一腔室17相通，且此时第二沟槽34与第二阀套窗口32关闭。当第二沟槽34与第二阀套窗口32接触时，第一回油口23与第一腔室17相通，且第一沟槽33与第一阀套窗口31此时关闭。

第一沟槽33与第二沟槽34错开设置，因此，任何时刻第一沟槽33与第一阀套窗口31、第二沟槽34与第二阀套窗口32只能保持一个接触另一个关闭。

本双自由度阀芯旋转内控式高频换向阀的工作原理如下：旋转机构带动第一阀芯5旋转，第一阀芯5旋转从而带动与其连接的第二阀芯9旋转。当第二阀芯9旋转至如图7所示位置时，第一沟槽33与第一阀套窗口31关闭，第二沟槽34与第二阀套窗口32接触，第一腔室17开始与第一回油口23相通，而因第五腔室21始终与P进油口22相通，第一腔室17内油压小于第五腔室21中油压，此时液压的合力向左，故第二阀芯9在油液推动下会水平向左移动，液压油源通过P进油口22后经A油口25进入执行机构，并且通过B油口26从第二回油口24流回油箱。随着旋转机构旋转，当第二沟槽34与第二阀套窗口32关闭后，第一沟槽33与第一阀套窗口31开始接触，此时，第一腔室17与P进油口22相通，第五腔室21始终与P进油口22相连通的状态，因此时第五腔室21液压油的作用面积小于第一腔室17液压油的作用面积，故液压合力向右，第二阀芯9向左减速移动至最大位移，之后在油液推动下向右移动，第二阀芯9向左位移不断减小，当第二阀芯9旋转至如图8所示位置时，液压油源依次P进油口22和B油口26进入执行机构，并且依次经A油口25和第二回油口24流回油箱中。即本双自由度阀芯旋转内控式高频换向阀的第二阀芯9同时进行旋转与轴向方向（图1所示的水平方向）两种运动。

随着第一阀芯5不断旋转，本双自由度阀芯旋转内控式高频换向阀交替处于P->A和P->B工作状态，并且工作阀口连续处于增大->减小->增大周期性的变化。

本实施例提出的双自由度阀芯旋转内控式高频换向阀，在传统的滑阀换向阀基础上进行改进，在第二阀芯9的第二凸台13上开设有多个相互错开的第一沟槽33和第二沟槽34，使传统的滑阀换向阀具备有转阀转向频率快的优点。本双自由度阀芯旋转内控式高频换向阀综合了滑阀与转阀的优点，具有滑阀结构简单，加工精度要求相对较低，成本低的优点，同时集合了转阀换向频率高的优点。另外，本双自由度阀芯旋转内控式高频换向阀其阀口面积大，因此，本双自由度阀芯旋转内控式高频换向阀可用于大流量和高功率场合。

进一步地，结合参照图5和图6，第一沟槽33和第二沟槽34在第二凸台13的外表面圆周上均匀交替错开分布。第一阀套窗口31和第二阀套窗口32在阀套2的外表面圆周上均匀平行分布。

进一步地，结合参照图1、图7和图8，本实施例中，第一轴向控制流道30上安装有用于调节其流向第一回油口23的油液流量的第一可变阻尼29。第二轴向控制流道28上安装有用于调节其流向第二回油口24的油液流量的第二可变阻尼27。第一可变阻尼29、第二可变阻尼27可以分别调节第一轴向控制流道30、第二轴向控制流道28流向油箱的油液流量，以调整第一腔室17和第五腔室21的压力，从而改变作用在第二阀芯9上的合力，以调节第二阀芯9阀口开度，达到改变被控对象的幅值的目的。

本实施例提出的双自由度阀芯旋转内控式高频换向阀，通过设置第一可变阻尼29和第二可变阻尼27，从而可通过第一可变阻尼29和第二可变阻尼27控制高频换向阀的流量幅值，从而扩展了其使用范围。

进一步地，结合参照图1、图7和图8，第一阀芯5与第二阀芯9通过弹簧8弹性连接，弹簧8的两端分别套设于第一阀芯5与第二阀芯9上。当然，在其它变形实施例中，第一阀芯5与第二阀芯9通过其它弹性件弹性连接，本发明对此不作限定。

本实施例中，可利用液压源压力、弹簧8弹力和第一可变阻尼29和第二可变阻尼27综合调整，以控制本双自由度阀芯旋转内控式高频换向阀的流量幅值。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种双自由度阀芯旋转内控式高频换向阀，其特征在于，包括弹性连接的第一阀芯和第二阀芯、套设于所述第一阀芯和第二阀芯外的阀套、以及套设于所述阀套上的阀体组件，其中，所述第一阀芯上设有第一凸台，所述第一阀芯的一端伸出所述阀体组件的左端以与旋转设备连接，所述第一阀芯的另一端与所述第二阀芯弹性连接；所述第二阀芯上依次设有第二凸台、第三凸台、第四凸台和第五凸台；所述第一凸台、第二凸台、第三凸台、第四凸台、第五凸台与阀体组件的右端两两相邻之间的间隙依次形成第一腔室、第二腔室、第三腔室、第四腔室和第五腔室，所述第二阀芯开设有与所述第五腔室连通的轴向流道，所述第二凸台的外侧壁上开设有多个相互错开的第一沟槽和第二沟槽，所述第二凸台还开设有连通所述第一沟槽与轴向流道的第一通孔、以及连通所述第二沟槽与所述第二腔室的第二通孔，所述第二腔室所在的阀体组件上开设有用于使所述第二腔室与油箱相通的第一回油口，所述第三凸台所在的阀体组件上开设有A油口，所述第三腔室所在的阀体组件上开设有用于使所述第三腔室与液压源连通的P进油口，所述第四凸台所在的阀体组件上开设有B油口；所述第三腔室中的第二阀芯上开设有连通所述轴向流道的第三通孔，所述第四腔室所在的阀体组件上开设有用于连通油箱的第二回油口；在所述阀体组件上开设有连通所述第一腔室与第二腔室的第一轴向控制流道，所述第五腔室所在的阀体组件上开设有连通所述第五腔室与所述第二回油口的第二轴向控制流道；所述阀套与所述第一沟槽、第二沟槽相对应的圆周上分别开设有第一阀套窗口、第二阀套窗口。

2.如权利要求1所述的双自由度阀芯旋转内控式高频换向阀，其特征在于，所述阀体组件包括套设于所述阀套上的阀体，以及分别安装于所述阀体两端的左端盖和右端盖，所述第一回油口、第二回油口、A油口、B油口以及P进油口均位于所述阀体上，所述左端盖和右端盖与所述阀体固定连接。

3.如权利要求1所述的双自由度阀芯旋转内控式高频换向阀，其特征在于，所述第二阀芯位于所述第五腔室中的部分上径向开设有连通轴向流道与所述第五腔室的第四通孔，所述第四通孔设置有多个。

4.如权利要求1所述的双自由度阀芯旋转内控式高频换向阀，其特征在于，所述第一轴向控制流道上安装有用于调节其流向所述第一回油口的油液流量的第一可变阻尼。

5.如权利要求1所述的双自由度阀芯旋转内控式高频换向阀，其特征在于，所述第二轴向控制流道上安装有用于调节其流向所述第二回油口的油液流量的第二可变阻尼。

6.如权利要求1所述的双自由度阀芯旋转内控式高频换向阀，其特征在于，所述第一沟槽和所述第二沟槽在所述第二凸台的外表面圆周上均匀交替错开分布。

7.如权利要求1所述的双自由度阀芯旋转内控式高频换向阀，其特征在于，所述第一阀套窗口和第二阀套窗口在所述阀套的外表面圆周上均匀平行分布。

8.如权利要求1至7中任意一项所述的双自由度阀芯旋转内控式高频换向阀，其特征在于，所述第一阀芯与第二阀芯通过弹簧弹性连接，所述弹簧的两端分别套设于所述第一阀芯与第二阀芯上。