CN104482248A - 液控换向阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液控换向阀，所使用阀芯的液控驱动机构采用三个活塞嵌套从而形成级进的结构，第一活塞横截面积最大，所匹配阀芯临界的驱动速度最慢，第三活塞横截面积最小，所匹配的阀芯开始的驱动速度最快，第二活塞横截面积居中，所匹配的阀芯的后期驱动速度居中，从而满足液控换向阀的控制对象启动振动要求小的且响应速度可被接受的需求。

Description

液控换向阀

技术领域

本发明涉及一种液控换向阀。

背景技术

精密仪器仪表通常需要避免振动以免造成其损坏，或者避免振动对数据采集处理产生的干扰。然而，在很多应用中，振动是不可避免的，尤其是工矿恶劣的场合。振动的产生在有些情况下源于设备上某一部件的突然启动或者停止，启停尤其是启动往往会产生较大的振动。例如实弹打靶装置，在子弹击中靶子后要求靶子迅速倒下，在此过程中，靶子倒下的启动瞬间的加速度非常大，从而要求驱动靶子倒下的驱动装置有比较大的驱动力，较大的驱动力瞬间加载必然会产生比较大的振动。

实弹打靶装置中的所述驱动装置以及进行数据采集处理的装置通常都装置在靶座上，两者在物理上通常是连接上的，因而，较大的振动往往会造成数据采集处理装置的寿命减损或者产生数据处理中的干扰。

驱动装置通常采用电动机作为原动部件，电动机功率密度小，因而相对体积比较大，且启动振动相对较大。另外，未必避免启动振动过大的问题，当前采用如具有某些特定功能的电机，造成整体成本偏高。在一些实现中采用如伺服电机，采用伺服控制，逐渐增加电机的转速，整体过程相对比较长，与打靶所要求的快速响应不相符，且整体成本居高不下，影响产品的推广应用。

在一些应用中，采用摆动缸，如摆动行程为90度的摆动缸可以有效的降低振动，在于液压系统自身的具有相对较好的缓冲效应。相对于电动机，摆动缸的功率密度大，整体结构相对紧凑。不过在实际应用中发现，尽管摆动缸的使用能够有效的降低振动，但仍然有很大的改进余地，已获得更加可行的降振动方案。

发明内容

有鉴于此，本发明针对如摆动缸的使用，进一步降低振动，而提出了一种用于控制如摆动缸的液控换向阀，以进一步降低液压系统的振动。

本发明采用以下技术方案：

一种液控换向阀，包括阀体和配于该阀体内的阀芯，在阀芯的阀杆轴向从作动方向依序设有第一阀芯台肩和第二阀芯台肩，而阀体的阀腔还在作动方向上依序开有第一阀孔沟槽和第二阀孔沟槽；

其中，第一阀孔沟槽连通出油口，且初始位时位于第一阀芯台肩作动方向的后侧；

第二阀孔沟槽连通进油口，且初始位时通过第二阀芯台肩与第一阀孔沟槽隔离；

相应地，还配有驱动阀芯级进的液控驱动机构，该液控驱动机构包括：

第一活塞，具有慢进的第一行程，并开有中心孔和在第一活塞的作动方向端的由沉孔构成的第一导引孔，且第一活塞在沉孔侧设有开有径向连通结构的柱形头端和与柱形头端根部同面并藉由径向连通结构与沉孔连通的台面；

第二活塞，与所述导引孔配合而具有在第一活塞内中速快进的第二行程，且该第二活塞开有在第二活塞作动方向端的由沉孔构成的第二导引孔和与所述中心孔共同导引阀杆的附加中心孔；

第三活塞导引于所述第二导引孔而与穿过附加中心孔的阀杆相连，并在第二导引孔内具有高速快进的第三行程；以及

配油盘，开有控油孔并位于第一活塞的作动方向前侧，而初始位时，第二导引孔与控油孔连通，并藉由位于初始位的第二活塞与第一活塞隔离；

其中，术语慢进、中速快进与高速快进为基于相互间相对的速度表示。

在液控技术领域，可以理解的是，活塞的轴线与阀芯的轴线一致，依据本发明，其基本原理是采用嵌套的三个活塞，当液压油从控油孔注入时，由于配合上的关系，三个活塞首先处于初始位置，液压直接作用于第三活塞，由于液压元件的速度跟液压油的供给速度成正比，在截面相对较小的情况下，液压元件的速度就会比较快，从而第三活塞首先到位，然后牵拉第二活塞，并使第二活塞的端面暴露出来，液压油进入，暴露出的第二活塞会导致连通结构的连通，从而又使第一活塞的端面暴露出来，从而活塞组合处于横截面最大的状态，相应的油腔断面面积最大，整体速度最慢；然后第一活塞到位(作动方向的末端止点)，第二活塞被进一步驱动，整体截面居中，速度相对为中速。

通过速度的配合使阀芯的驱动具有初始的快速、中间的慢速和最后的中速，整体速度满足阀芯控制的快速响应性，而开始的快速有利于阀芯快速移动使进油口与出油口快速连通，而中间的慢速则保证连通后不会使连通通径马上到最大，保证控制对象，如摆动缸处于慢速供油状态，从而压头冲击比较小，并使通径逐渐增大到最大，产生的振动也比较小。

上述液控换向阀，一种简化的结构为所述配油盘构成为带有阀盖油道的阀盖，其中阀盖油道的出油口在阀芯的轴向，且与阀芯同轴。

进一步地，所述液控驱动机构设置在一阀头内，相应地，液控驱动机构的控制油口设置在阀头上，并与所述阀盖油道连通，结构进一步紧凑。

为便于配管，控制侧与主油路侧分离，所述进油口与出油口位于阀体的同一侧，而所述控制油口位于阀体的另一侧。

为优化快速、慢速控制，记第二阀芯台肩从初始状态到刚好使第一阀孔沟槽与第二阀孔沟槽连通所移动距离为第一距离，则第一距离大于等于第三行程，快速移动到临界接通的状态，然后进入慢速状态，便于逐渐增大主油路通径。

优选地，所述第一行程为第二行程的十分之一到四分之一，减少慢速状态对整体响应速度的影响。

优选地，所述第三活塞的直径为第一活塞直径的八分之一到六分之一，据此可以确定两者在横截面上的差别会更大，整体速度的差异会有明显的区别，快速与慢速的结合，整体的响应速度受影响比较小。

进一步地，为匹配相当的响应速度，所述第二活塞直径为第一活塞直径的三分之一到二分之一。

优选地，所述径向连通结构设置在柱形头端的端面，形成为连通槽，制造方便。

速度更换响应速度快，所述连通槽为4个，均匀分布在端面上。

附图说明

图1为依据本发明的一种液控换向阀的结构示意图(图中表示所有活塞位于左止点位置)。

图2为一种第一活塞左视结构示意图。

图3为相应于图1的第三活塞在第二活塞导引孔中运行到位的状态示意图。

图4为相应于图1的第一活塞向右运行到左止点位置的结构示意图。

图中：1.第一沉孔，2.连通槽，3.塞堵，4.阀盖油道，5.阀头油道，6.密封圈，7.控制油口，8.第一活塞，9.第一复位弹簧，10.阀体，11.第一阀孔沟槽，12.第二阀孔沟槽，13.第二复位弹簧，14.阀盖，15.进油口，16.第二阀芯台肩，17.出油口，18.第一阀芯台肩，19.密封圈，20.阀头体，21.第三复位弹簧，22.第二活塞，23.阀盖，24.第三活塞。

81.中心孔，82.凸台，83.台面，84.第一导引孔。

具体实施方式

应当理解，液压元件，如典型地，液压马达，其速度只跟供油速度有关，而与油压无关，因而在控油油口7内径确定的情况下，供油对象的变化，具体是供油油腔横截面的变化会导致阀芯的移动速度发生变化，与供油油腔横截面半径的平方成反比。

在图1中，采用基于如第一复位弹簧9、第二复位弹簧13、第三复位弹簧21的机械复位，由于结构上比较简单，为两位两通的结构，采用简单的机械复位有利于简化结构，自然在简单的机械复位能够满足使用要求的情况下，复杂的其他复位方式也可以满足使用要求。

请注意，为简化图示的内容，以清楚的表达图面上对现有技术改进的部分，图中未示出如阀盖14与阀体10之间的装配结构，同理，图中，部分基于现有技术为本领域技术人员所熟知的内容没有清楚的表示，但不影响本案中有关发明原理的实现，本领域的技术人员基于现有技术可以不必付出创造性劳动如完成阀盖14与阀体10之间的装配，例如使用螺栓进行装配。

再如阀头体20与阀体10之间的连接，可以采用法兰连接，图中未示出，两者端面配置法兰盘，也可以采用长螺栓的连接。

关于阀芯的速度控制，本领域的技术人员或许会采用基于先导阀的流量供给控制，然而，换向阀的响应速度非常快，在可见的基于时间的顺序控制难以完成在一个小的时间段内完成三个速度的介入。

参照说明书附图1至4所示的一种液控换向阀，如常规的液控换向阀一样需要配置阀体10和配于该阀体10内的阀芯，自然阀体10含有阀腔，并匹配有用于操控的油孔，匹配的密封结构，如阀盖14与阀体10之间的密封，例如采用密封圈的密封，并通过如螺栓形成连接产生所需要的密封结合力。

要完成换向阀的功能操作，阀芯需要动作，例如两位两通阀，阀芯的动作往往是瞬间完成，或者说在很短时间内完成，具有比较好的响应性。阀芯通常具有一个初始位置，如两位两通中的一个位，通常表现为闭合，如图1中所示的阀芯位置，然后通过如电磁、机械或者液压产生阀芯的动作，运行到另一位，通常表现为阀的开启。在动作的方向一般称为作动方向，阀芯复位通常表现为阀芯的复位，一般是借助于外力的复位，可以采用液压、机械、电磁来实现，如通过液压作用于阀芯上例如第一阀芯台肩18右侧的面，产生回程力。也可以采用如图中所示的非常简单的弹簧进行复位，例如第三复位弹簧21，用于第二活塞22的复位。

图1中，在阀芯的阀杆轴向从作动方向依序设有第一阀芯台肩18和第二阀芯台肩16，而阀体的阀腔还在作动方向上依序开有第一阀孔沟槽11和第二阀孔沟槽12。应当理解，阀芯台肩比阀杆相对较粗，从而能够产生相应的分断能力，而阀孔沟槽则用于油路的连通，一般为环形槽，围绕在阀杆四周，阀孔沟槽间形成有壁，壁上的开孔直径与相应的阀芯台肩相同，从而通过阀芯台肩与开孔的接合与脱离，产生分断和连通的功能。

图中所示的结构为两位两通结构，用于单一的如进油控制，相同地，也可以进行单一的回油控制。基于两位两通，第一阀孔沟槽11连通出油口17，且初始位时位于第一阀芯台肩18作动方向的后侧，当阀芯被驱动时，在阀芯轴向，第一阀芯台肩18会部分的覆盖第一阀孔沟槽11，通常覆盖其最多一半的空间，借以形成连通。

关于第二阀孔沟槽12则连通进油口15，且初始位时通过第二阀芯台肩16与第一阀孔沟槽11隔离，也就是第二阀芯台肩16至少部分地介于第一阀芯沟槽11与第二阀芯沟槽12之间的壁孔内，从而与该壁孔接合，用于第一阀芯沟槽11与第二阀芯沟槽12之间的隔离，或者说分断。

进而，配置阀芯的驱动机构，在这里选择液控驱动机构，整体的稳定性比较好，另外，液控驱动机构通常需要配置如前导阀(又名先导阀)，本案中，有关控制油的介入比较简单，或者说只是先导的简单介入，本领域的技术人员无需付出创造性劳动就可以配置相关的先导阀。

本案中，采用级进控制，从而满足整体响应时间的要求和在不同阶段适应不同注油(主油路)速度的要求。

相应地，还配有驱动阀芯级进的液控驱动机构，配有三个活塞，从而该液控驱动机构包括：

第一活塞8，在三个活塞中其横截面面积最大，而具有慢进的第一行程，表现为匹配的阀腔横截面最大，相同注油速度条件下，行进速度最慢。具体实现中，第一活塞8开有中心孔81和在第一活塞8的作动方向端，图中第一活塞8的左端由沉孔构成的第一导引孔84，沉孔是相应于中心孔81的沉孔，本领域的技术人员据此非常容易理解，自然，由于需要对其他活塞导引，该沉孔需要一定的深度，从而满足其他活塞的工作行程。

第一活塞8在沉孔侧(图中的左端)设有开有径向连通结构的柱形头端和与柱形头端根部同面并藉由径向连通结构与沉孔连通的台面83，也可以理解成柱形头在第一活塞8的轴向形成在台面83上，台面83相当于基础端面，或者说第一活塞8在图中的左端面，当然两者是一体结构，只是在构造上具备上述特征。

在图1中，第一活塞8的初始位置与阀盖23端面接合，构成第一活塞8的左端止位，通常活塞的止位就是靠如阀盖23形成约束的，在此不多做赘述。另外，支撑于阀盖23上的部分为柱形头，或者说与阀盖23接合的是柱形头的左端面，从而隔离了第一活塞8与阀盖油道4的连通，初始位置时，液压油不能驱动第一活塞8。

当然，这里的隔离需要借助于第二活塞22，在于存在上述的连通结构，一旦第一导引孔84进入液压油，通过连通，台面83也就是存在液压油，从而就能够驱动第一活塞8右行。

应当理解，前文中已经说明本案侧重于描述对现有技术做出贡献的部分，诸如复位结构，在行文中没有提及，但不会对其实现产生负面影响，这些液控换向阀的基础结构能够为本领域的技术人员所熟知。包括活塞的基本配置，如与阀盖23或者其他阀的构造物的配合，以满足止位的目的也是本领域技术人员的一般常识。

关于第二活塞22，与所述导引孔84配合而具有在第一活塞内中速快进的第二行程，且该第二活塞22开有在第二活塞22作动方向端的由沉孔构成的第二导引孔84和与所述中心孔81共同导引阀杆的附加中心孔，相当于第二活塞22位于第一活塞8内，截面积要小于第一活塞8。应当理解，由于液压压强相同，在第一活塞8与第二活塞22同时被液压驱动时，可以保持同步。

关于第三活塞24，则导引于所述第二导引孔84而与穿过附加中心孔的阀杆相连，并在第二导引孔84内具有高速快进的第三行程，液压油进入时，首先进入第二活塞22的第二导引孔84，液压作用面是第三活塞24的左端面，且油腔构造为所述第二导引孔84，横截面相对比较小，从而使第三活塞24具有比较高的速度。

配置配油盘，开有控油孔并位于第一活塞8的作动方向前侧，见图1左侧，而初始位时，第二导引孔84与控油孔连通，因而表现为控油孔在配油盘的正中或者在轴向覆盖于第二导引孔底面的位置，并藉由位于初始位的第二活塞22与第一活塞8隔离，从而保证第三活塞24先动作。

其中，术语慢进、中速快进与高速快进为基于相互间相对的速度表示。

图1、3和4中三个活塞的行程与阀孔沟槽和阀杆台肩之间的结构配合为相对理想的状态，本领域的技术人也可以基于本发明的构思选择其他的配置结构。

图3中，第三活塞24在第二导引孔中右行到位，第一阀芯台肩18部分的探入第一阀孔沟槽11，第二阀芯台肩16即将与壁孔脱离接合，或者说图中第二阀芯台肩16左端即将进入第二阀孔沟槽12，第一阀孔沟槽11与第二阀孔沟槽12即将连通，此时的阀芯的快进行程结束，在此条件下能够减短两阀孔沟槽连通的时间。

注意，阀芯的快速行程未必就需要在两阀孔沟槽即将连通的时候停止，结束的时机可以根据具体的工况进行选择，可以提前或者滞后，如为避免惯性影响，可以稍微提前，也可以快进到部分连通，毕竟小的流量对整体的主油路流速影响不大。

另外，如图1左侧，如第二活塞22的左端的空间，仅在于清楚表达第一沉孔1的结构，而非初始状态第二活塞22就已经脱离了与阀盖23的接合，如果按照图示的结构，本发明的目的无法实现，这里仅用于清楚表达。

图4则是两阀孔沟槽连通的状态，图中箭头指示了主油路的液压油的流向，当然，图中只是表示了单一的流向，实际的液压油会充满两个阀孔沟槽，从而快速的进行主油路的注油。

关于阀芯运动的止点，未进行进一步的图示，本领域的技术人员可以据此推断其基本位置，满足最大流量的主油路供油。

由于结构比较简单，所述配油盘构成为带有阀盖油道4的阀盖，如图1左端的阀盖23，当然，也可以设置独立的配油盘，优选地阀盖油道4的出油口在阀芯的轴向，且与阀芯同轴。

另外，阀盖油道4可以偏心设置，在第二导引孔覆盖的范围内通常也不会影响阀芯的动作。

关于阀盖油道4可以采用图中相对复杂的走向，也可以采用轴向贯通阀盖23的阀盖油道4，且整体结构更加简单，但配管不便。

图1中，阀盖23的阀盖油道4通过连通，与阀头上的阀头油道5连通，从而，入油口被设置在阀头上，便于配管，且相对而言，阀头与阀体10的接合更牢固，配管所产生的附加应力对密封的影响相对较小。

于一些实施例中，为了便于活塞的装配，所述液控驱动机构设置在一阀头内，如图1左端，相应地，液控驱动机构的控制油口7设置在阀头上，并与所述阀盖油道4连通。

另外，如果配置先导阀，那么先导阀可以配置在阀体10的所述控制油口7的所在侧，便于先导阀与控制油口7的连接。

通常先导阀与主阀装配在一起，因而图中控制油口7所示的便于接管的配置可以没有，而通过端面对接实现先导阀与控制油口7中的匹配连接。

优选地，为便于配管，所述进油口15与出油口17位于阀体10的同一侧，而所述控制油口7位于阀体10的另一侧。

优选地，记第二阀芯台肩16从初始状态到刚好使第一阀孔沟槽11与第二阀孔沟槽12连通所移动距离为第一距离，则第一距离大于等于第三行程，也就是快进部分运行到第一阀孔沟槽11与第二阀孔沟槽12临界连通前，然后进入慢速行进状态，慢慢的使主油路连通，先期慢速对控制对象冲油，减少启动冲击。

进一步地，所述第一行程为第二行程的十分之一到四分之一，也就是其部分开启到全部开启的缓冲阶段占整个形成的比例并不大，对整体的响应速度影响较小。同时，由于缓冲能够在相对较短的时间内完成对启动冲击的对冲，因而能够满足使用要求。

以上数值为试验的可用数值，本领域的技术人员可以根据具体的阀型进行试验选择，以确定最小的启动冲击。

进一步地，所述第三活塞的直径为第一活塞直径的八分之一到六分之一，这样，瞬间响应中的速度控制可以被限定的可被有效控制的地步。另外，诸如打靶，虽然有击中即倒的要求，但如零点几秒的缓冲也是可被接受的。

进一步地，以下可用范围可供本领域的技术人员选择，所述第二活塞直径为第一活塞直径的三分之一到二分之一。

为了便于加工和装配，如图2所示，所述径向连通结构设置在柱形头端的端面，形成为连通槽2，结构简单，且一旦第二导引孔冲油，则能够迅速冲入第一活塞8的左端面，产生行进所需要的液压力。

为避免阀芯行进所产生的附加扭矩，所述连通槽2为4个，均匀分布在端面上。

Claims (10)

1.一种液控换向阀，包括阀体(10)和配于该阀体(10)内的阀芯，在阀芯的阀杆轴向从作动方向依序设有第一阀芯台肩(18)和第二阀芯台肩(16)，而阀体的阀腔还在作动方向上依序开有第一阀孔沟槽(11)和第二阀孔沟槽(12)；其特征在于，

其中，第一阀孔沟槽(11)连通出油口(17)，且初始位时位于第一阀芯台肩(18)作动方向的后侧；

第二阀孔沟槽(12)连通进油口(15)，且初始位时通过第二阀芯台肩(16)与第一阀孔沟槽(11)隔离；

相应地，还配有驱动阀芯级进的液控驱动机构，该液控驱动机构包括：

第一活塞(8)，具有慢进的第一行程，并开有中心孔(81)和在第一活塞(8)的作动方向端的由沉孔构成的第一导引孔(84)，且第一活塞(8)在沉孔侧设有开有径向连通结构的柱形头端和与柱形头端根部同面并藉由径向连通结构与沉孔连通的台面(83)；

第二活塞(22)，与所述导引孔(84)配合而具有在第一活塞内中速快进的第二行程，且该第二活塞(22)开有在第二活塞(22)作动方向端的由沉孔构成的第二导引孔(84)和与所述中心孔(81)共同导引阀杆的附加中心孔；

第三活塞(24)导引于所述第二导引孔(84)而与穿过附加中心孔的阀杆相连，并在第二导引孔(84)内具有高速快进的第三行程；以及

配油盘，开有控油孔并位于第一活塞(8)的作动方向前侧，而初始位时，第二导引孔(84)与控油孔连通，并藉由位于初始位的第二活塞(22)与第一活塞(8)隔离；

其中，术语慢进、中速快进与高速快进为基于相互间相对的速度表示。

2.根据权利要求1所述的液控换向阀，其特征在于，所述配油盘构成为带有阀盖油道(4)的阀盖，其中阀盖油道(4)的出油口在阀芯的轴向，且与阀芯同轴。

3.根据权利要求2所述的液控换向阀，其特征在于，所述液控驱动机构设置在一阀头内，相应地，液控驱动机构的控制油口(7)设置在阀头上，并与所述阀盖油道(4)连通。

4.根据权利要求1至3任一所述的液控换向阀，其特征在于，所述进油口(15)与出油口(17)位于阀体(10)的同一侧，而所述控制油口(7)位于阀体(10)的另一侧。

5.根据权利要求1至3任一所述的液控换向阀，其特征在于，记第二阀芯台肩(16)从初始状态到刚好使第一阀孔沟槽(11)与第二阀孔沟槽(12)连通所移动距离为第一距离，则第一距离大于等于第三行程。

6.根据权利要求5所述的液控换向阀，其特征在于，所述第一行程为第二行程的十分之一到四分之一。

7.根据权利要求5所述的液控换向阀，其特征在于，所述第三活塞的直径为第一活塞直径的八分之一到六分之一。

8.根据权利要求7所述的液控换向阀，其特征在于，所述第二活塞直径为第一活塞直径的三分之一到二分之一。

9.根据权利要求1至3任一所述的液控换向阀，其特征在于，所述径向连通结构设置在柱形头端的端面，形成为连通槽(2)。

10.根据权利要求9所述的液控换向阀，其特征在于，所述连通槽(2)为4个，均匀分布在端面上。