CN105090149B - 正反馈电液高速双向开关阀 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种正反馈电液高速双向开关阀，包括先导阀芯、主阀芯、阀体，主阀芯设置在阀体内，将阀体分隔为两阀腔，先导阀芯第一端穿过第一阀腔伸出阀体，第二端设置在主阀芯内，阀体上设有连通第二阀腔的第一控制油口和第二控制油口，先导阀芯和主阀芯的轴向一致，共同构成液压先导结构，主阀芯在液压先导结构的作用下沿轴向滑动连通或隔断第一控制油口和第二控制油口。本发明提供的正反馈电液高速双向开关阀采用双阀芯设计，利用双阀芯构成结构简单、先导放大系数大、便于加工的液压先导结构，从而利用机械正反馈作用，实现开关阀的快速开关。本发明具有结构简单、液压放大倍数大、动态响应快、平稳高效的优点。

Description

正反馈电液高速双向开关阀

技术领域

本发明涉及液压与气动技术领域，尤其涉及一种正反馈电液高速双向开关阀。

背景技术

在液压控制技术领域，开关阀是液压控制技术的常用部件，由于液动力的存在，使大流量的开关阀阀芯推动需要很大的推力，目前的电机械转换器在合理的体积、功率前提下很难直接推动，所以大流量开关阀普遍采用液压先导结构。常用的先导开关阀利用小的控制阀实现先导压力的控制，进而驱动主阀芯运动，主阀芯的开关速度通常受先导级的动态特性限制，无法做到很高的速度。

发明内容

在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

本发明提供一种快速平稳高效的正反馈电液高速双向开关阀。

本发明提供一种正反馈电液高速双向开关阀，包括先导阀芯、主阀芯、阀体。所述主阀芯设置在所述阀体内，将所述阀体内部分隔为两个阀腔。所述先导阀芯的第一端穿过第一阀腔伸出所述阀体，第二端设置在所述主阀芯内。所述阀体上设有连通第二阀腔的第一控制油口和第二控制油口。所述先导阀芯和所述主阀芯的轴向一致，共同构成液压先导结构。所述主阀芯在所述液压先导结构的作用下沿轴向滑动连通或隔断所述第一控制油口和所述第二控制油口。

所述液压先导结构包括：设置在所述先导阀芯第二端侧壁上的斜槽，设置在所述主阀芯内壁上的高压通油孔、低压通油孔和环形槽，连通所述环形槽和所述第二阀腔的压力导通通道。所述斜槽与所述环形槽连通，所述斜槽在所述先导阀芯转动时分别与所述高压通油孔和所述低压通油孔相交，形成第一可变节流孔和第二可变节流孔。

本发明提供的正反馈电液高速双向开关阀采用双阀芯设计，通过在先导阀芯上设置斜槽，在主阀芯上设置与斜槽连通的高/低压通油孔及连通第二阀腔的压力导通通道，构成了结构简单、先导放大系数大、便于加工的液压先导结构，从而利用机械正反馈作用，实现开关阀的快速开关。本发明的液压先导结构设计打破了进出口节流面积必须一致的耦合，使系统的动态特性不受先导级动态特性的影响，可以很好地适应需要快速开关的系统和工况，让主阀芯的运动变得更加快速平稳，提高系统效率。本发明具有结构简单、液压放大倍数大、动态响应快、平稳高效的优点。

附图说明

参照下面结合附图对本发明实施例的说明，会更加容易地理解本发明的以上和其它目的、特点和优点。附图中的部件只是为了示出本发明的原理。在附图中，相同的或类似的技术特征或部件将采用相同或类似的附图标记来表示。

图1为本发明正反馈电液高速双向开关阀第一实施例的结构示意图。

图2为本发明正反馈电液高速双向开关阀第一实施例中液压先导结构的原理示意图。

图3为本发明正反馈电液高速双向开关阀第一实施例中限位块和限位槽的结构示意图。

图4为本发明正反馈电液高速双向开关阀第二实施例的结构示意图。

图5为本发明正反馈电液高速双向开关阀第三实施例的结构示意图。

图6为本发明正反馈电液高速双向开关阀第三实施例的立体示意图。

附图标记说明：

10 先导阀芯

30 主阀芯

50 阀体

70 复位弹簧

101 斜槽

103 导通腔

301 高压通油孔

303 低压通油孔

305 内腔

304 限位槽

307 环形槽

309 导通管

501 第一控制油口

503 第二控制油口

504 限位块

505 第一供油孔

507 第一回油孔

509 第二供油孔

具体实施方式

下面参照附图来说明本发明的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。

图1为本发明正反馈电液高速双向开关阀第一实施例的结构示意图。

如图1所示，在本实施例中，本发明正反馈电液高速双向开关阀包括先导阀芯10、主阀芯30、阀体50。主阀芯30设置在阀体50内，将阀体50内部分隔为两个阀腔。先导阀芯10的第一端穿过第一阀腔伸出阀体50，第二端设置在主阀芯30内。阀体50上设有连通第二阀腔的第一控制油口501和第二控制油口503。先导阀芯10和主阀芯30的轴向一致，共同构成液压先导结构。主阀芯30在所述液压先导结构的作用下沿轴向滑动连通或隔断第一控制油口501和第二控制油口503。

所述液压先导结构包括：设置在先导阀芯10第二端侧壁上的斜槽101，设置在主阀芯30内壁上的高压通油孔301、低压通油孔303和环形槽307，连通环形槽307和所述第二阀腔的压力导通通道。斜槽101与环形槽307连通，斜槽101在先导阀芯10转动时分别与高压通油孔301和低压通油孔303相交，形成第一可变节流孔和第二可变节流孔。

在本实施例中，所述压力导通通道包括导通管309，导通管309第一端穿过阀体50和主阀芯30连通环形槽307，第二端穿过阀体50连通所述第二阀腔。

优选地，先导阀芯10的第一端与一转动驱动部件连接。具体的，在本实施例中，所述转动驱动部件为一旋转电机。但所述转动驱动部件不仅限于旋转电机，在其它实施方式中同样可以是音圈电机、步进电机等。

优选地，阀体50通过电机连接装置与所述旋转电机固定连接。

优选地，阀体50上固定连接有阀芯位移传感器，所述阀芯位移传感器的测量端与主阀芯30的端面相对，用于检测主阀芯30的位移。通过阀芯位移传感器实时采集主阀芯30的位移信号，可以实时检测开关阀的开合情况，提升了系统的可靠性。

优选地，斜槽101为斜向直线槽，所述斜向直线槽的方向与先导阀芯10的轴向不一致，形成夹角。采用直线开槽加工方式在液压先导结构的先导阀芯上设置了斜向直线槽，降低了开槽的加工难度，提高了加工的便利性及一致性。

优选地，高压通油孔301和低压通油孔303在主阀芯30横截面的圆周方向上所成的夹角由所述斜向直线槽与先导阀芯10所成角度和高压通油孔301与低压通油孔303的间距决定。在本实施例中，高压通油孔301和低压通油孔303在主阀芯30横截面的圆周方向上成的夹角为90°。

优选地，阀体50上设有与高压通油孔301连通的第一供油孔505和与低压通油孔303连通的第一回油孔507。

优选地，阀体50上设有连通所述第一阀腔的第二供油孔509。

图3为本发明正反馈电液高速双向开关阀第一实施例中限位块和限位槽的结构示意图。

优选地，阀体50内壁上设有限位块504，主阀芯30外表面上设有方向为主阀芯轴向、与限位块504配合的限位槽304。限位块504和限位槽304用于配合限定主阀芯30仅在轴向方向运动而不进行圆周方向上的转动，同时也用于对主阀芯30在轴向方向的滑动范围进行限位。

优选地，所述第一阀腔的横截面小于所述第二阀腔的横截面。

优选地，主阀芯30一端压接设置在阀体50内的复位弹簧70。具体地，在本实施例中，复位弹簧70设置在所述第一阀腔内。

优选地，先导阀芯10横截面的圆周方向上均匀设置有多个所述斜向直线槽，主阀芯30上设有与所述多个斜向直线槽对应的多组高压通油孔和低压通油孔。所述斜向直线槽和高低压通油孔均采用对称结构，具有天然的余度，可以保证在一侧出现故障时该液压螺旋先导结构能够继续正常工作。

图2为本发明正反馈电液高速双向开关阀第一实施例中液压先导结构的原理示意图。

如图2所示，所述旋转电机接收开关关断控制信号后，输出轴带动先导阀芯10顺时针转动(图2中从左向右的视角)，斜槽101与高压通油孔301相交形成的第一可变节流孔变小，与低压通油孔303相交形成的第二可变节流孔变大，斜槽101中的液压减小，所述第二阀腔通过导通管309和环形槽307与斜槽101连通，所述第二阀腔中的液压减小，同时所述第一阀腔中的液压不变，所述第一阀腔中的液压大于所述第二阀腔的液压，推动主阀芯30向右滑动(正对图2的视角)。主阀芯30向右滑动时，所述第一可变节流孔进一步变小，所述第二可变节流孔进一步变大，斜槽101中的液压进一步减小，所述第二阀腔中的液压进一步减小，所述第一阀腔与所述第二阀腔的液压差进一步增大，进一步加快推动主阀芯30向右滑动(正对图2的视角)，隔断了第一控制油口501和第二控制油口503，直至主阀芯30抵住阀套50，或限位块滑动至限位槽右端，通过机械限位停止主阀芯30向右滑动。所述液压先导结构通过机械正反馈作用实现了第一控制油口501与第二控制油口503之间的快速关断。

所述旋转电机接收开关打开控制信号后，输出轴带动先导阀芯10逆时针转动(图2中从左向右的视角)，斜槽101与高压通油孔301相交形成的第一可变节流孔变大，与低压通油孔303相交形成的第二可变节流孔变小，斜槽101中的液压增大，所述第二阀腔通过导通管309和环形槽307与斜槽101连通，所述第二阀腔中的液压增大，同时所述第一阀腔中的液压不变，所述第一阀腔中的液压小于所述第二阀腔的液压，推动主阀芯30向左滑动(正对图2的视角)。主阀芯30向左滑动时，所述第一可变节流孔进一步变大，所述第二可变节流孔进一步变小，斜槽101中的液压进一步增大，所述第二阀腔中的液压进一步增大，所述第一阀腔与所述第二阀腔的液压差进一步增大，进一步加快推动主阀芯30向左滑动(正对图2的视角)，连通了第一控制油口501和第二控制油口503，直至复位弹簧70的弹力顶住主阀芯30，或限位块滑动至限位槽左端，通过机械限位停止主阀芯30向左滑动。所述液压先导结构通过机械正反馈作用实现了第一控制油口501与第二控制油口503之间的快速打开。

当旋转电机未收到控制信号时，先导阀芯10不旋转，复位弹簧70驱使主阀芯30回到第一控制油口501与第二控制油口503不导通的状态。

本实施例打破了进出口节流面积必须一致的耦合，使系统的动态特性不受先导级动态特性的影响，可以很好地适应需要快速开关的系统和工况，让主阀芯的运动变得更加快速平稳，提高系统效率。

图4为本发明正反馈电液高速双向开关阀第二实施例的结构示意图。

如图4所示，在本实施例中，本发明正反馈电液高速双向开关阀包括先导阀芯10、主阀芯30、阀体50。主阀芯30设置在阀体50内，将阀体50内部分隔为两个阀腔。先导阀芯10的第一端穿过第一阀腔伸出阀体50，第二端设置在主阀芯30内。阀体50上设有连通第二阀腔的第一控制油口501和第二控制油口503。先导阀芯10和主阀芯30的轴向一致，共同构成液压先导结构。主阀芯30在所述液压先导结构的作用下沿轴向滑动连通或隔断第一控制油口501和第二控制油口503。

所述液压先导结构包括：设置在先导阀芯10第二端侧壁上的斜槽101，设置在主阀芯30内壁上的高压通油孔301和低压通油孔303。斜槽101在先导阀芯10转动时分别与高压通油孔301和低压通油孔303相交，形成第一可变节流孔和第二可变节流孔。

在本实施例中，主阀芯30的内腔305连通所述第二阀腔，先导阀芯10的第二端内设有连通内腔305的导通腔103。在本实施例中，所述压力导通通道由导通腔103和内腔305组成。

优选地，先导阀芯10的第一端与一转动驱动部件连接。具体的，在本实施例中，所述转动驱动部件为一旋转电机。但所述转动驱动部件不仅限于旋转电机，在其它实施方式中同样可以是音圈电机、步进电机等。

优选地，阀体50通过电机连接装置与所述旋转电机固定连接。

优选地，阀体50上固定连接有阀芯位移传感器，所述阀芯位移传感器的测量端与主阀芯30的端面相对，用于检测主阀芯30的位移。通过阀芯位移传感器实时采集主阀芯30的位移信号，可以实时检测开关阀的开合情况，提升了系统的可靠性。

优选地，斜槽101为斜向直线槽，所述斜向直线槽的方向与先导阀芯10的轴向不一致，形成夹角。采用直线开槽加工方式在液压先导结构的先导阀芯上设置了斜向直线槽，降低了开槽的加工难度，提高了加工的便利性及一致性。

优选地，高压通油孔301和低压通油孔303在主阀芯30横截面的圆周方向上所成的夹角由所述斜向直线槽与先导阀芯10所成角度和高压通油孔301与低压通油孔303的间距决定。在本实施例中，高压通油孔301和低压通油孔303在主阀芯30横截面的圆周方向上成的夹角为120°。

优选地，阀体50上设有与高压通油孔301连通的第一供油孔505和与低压通油孔303连通的第一回油孔507。

优选地，阀体50上设有连通所述第一阀腔的第二供油孔509。

优选地，阀体50内壁上设有限位块504，主阀芯30外表面上设有方向为主阀芯轴向、与限位块504配合的限位槽304。限位块504和限位槽304用于配合限定主阀芯30仅在轴向方向运动而不进行圆周方向上的转动，同时也用于对主阀芯30在轴向方向的滑动范围进行限位。

优选地，所述第一阀腔的横截面小于所述第二阀腔的横截面。

优选地，主阀芯30一端压接设置在阀体50内的复位弹簧70。具体地，在本实施例中，复位弹簧70设置在所述第一阀腔内。

优选地，先导阀芯10横截面的圆周方向上均匀设置有多个所述斜向直线槽，主阀芯30上设有与所述多个斜向直线槽对应的多组高压通油孔和低压通油孔。所述斜向直线槽和高低压通油孔均采用对称结构，具有天然的余度，可以保证在一侧出现故障时该液压螺旋先导结构能够继续正常工作。

本实施例的工作原理与第一实施例的原理相似，区别在于第一实施例中所述第二阀腔通过导通管309和环形槽307与斜槽101连通，本实施例中所述第二阀腔通过主阀芯30的内腔305、先导阀芯10第二端的导通腔103与斜槽101连通，此处不再赘述。

本实施例提供的上述方案，且其通过双阀芯控制技术打破了进出口节流面积必须一致的耦合，使系统的动态特性不受先导级动态特性的影响，可以很好地适应需要快速开关的系统和工况，让运动变得更加快速平稳，提高系统效率。

图5为本发明正反馈电液高速双向开关阀第三实施例的结构示意图。图6为本发明正反馈电液高速双向开关阀第三实施例的立体示意图。

图5和图6所示的第三实施例为第二实施例的优选实施方式，结构与第二实施例近似，工作原理与第二实施例相同。第三实施例与第二实施例的区别在于阀体50在横截面的圆周方向上均匀设有多组连通所述第二阀腔的第一控制油孔501和第二控制油孔503。

综上所述，本发明提供的正反馈电液高速双向开关阀采用双阀芯设计，通过在先导阀芯上设置斜槽，在主阀芯上设置与斜槽连通的高/低压通油孔及连通第二阀腔的压力导通通道，构成了结构简单、先导放大系数大、便于加工的液压先导结构，从而利用机械正反馈作用，实现开关阀的快速开关。本发明的液压先导结构设计打破了进出口节流面积必须一致的耦合，使系统的动态特性不受先导级动态特性的影响，可以很好地适应需要快速开关的系统和工况，让主阀芯的运动变得更加快速平稳，提高系统效率。本发明具有结构简单、液压放大倍数大、动态响应快、平稳高效的优点。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (27)

1.一种正反馈电液高速双向开关阀，其特征在于，包括先导阀芯、主阀芯、阀体，所述主阀芯设置在所述阀体内，将所述阀体内部分隔为两个阀腔，所述先导阀芯的第一端穿过第一阀腔伸出所述阀体，第二端设置在所述主阀芯内，所述阀体上设有连通第二阀腔的第一控制油口和第二控制油口，所述先导阀芯和所述主阀芯的轴向一致，共同构成液压先导结构，所述主阀芯在所述液压先导结构的作用下沿轴向滑动连通或隔断所述第一控制油口和所述第二控制油口；

所述液压先导结构包括：设置在所述先导阀芯第二端侧壁上的斜槽，设置在所述主阀芯内壁上的高压通油孔、低压通油孔和环形槽，连通所述环形槽和所述第二阀腔的压力导通通道；所述斜槽与所述环形槽连通，所述斜槽在所述先导阀芯转动时分别与所述高压通油孔和所述低压通油孔相交，形成第一可变节流孔和第二可变节流孔；

所述压力导通通道包括一导通管，所述导通管第一端穿过所述阀体和所述主阀芯连通所述环形槽，第二端穿过所述阀体连通所述第二阀腔。

2.根据权利要求1所述的正反馈电液高速双向开关阀，其特征在于，所述先导阀芯的第一端与一转动驱动部件连接。

3.根据权利要求2所述的正反馈电液高速双向开关阀，其特征在于，所述阀体通过驱动部件连接装置与所述转动驱动部件固定连接。

4.根据权利要求2所述的正反馈电液高速双向开关阀，其特征在于，所述阀体上固定连接有阀芯位移传感器，所述阀芯位移传感器的测量端与所述主阀芯的端面相对，用于检测所述主阀芯的位移。

5.根据权利要求1所述的正反馈电液高速双向开关阀，其特征在于，所述斜槽为斜向直线槽，所述斜向直线槽的方向与所述先导阀芯的轴向不一致，形成夹角。

6.根据权利要求5所述的正反馈电液高速双向开关阀，其特征在于，所述高压通油孔和所述低压通油孔在主阀芯横截面的圆周方向上所成的夹角由所述斜向直线槽与所述先导阀芯所成角度和所述高压通油孔与所述低压通油孔的间距决定。

7.根据权利要求5所述的正反馈电液高速双向开关阀，其特征在于，所述先导阀芯横截面的圆周方向上均匀设置有多个所述斜向直线槽，所述主阀芯上设有与所述多个斜向直线槽对应的多组高压通油孔和低压通油孔。

8.根据权利要求1所述的正反馈电液高速双向开关阀，其特征在于，所述阀体上设有与所述高压通油孔连通的第一供油孔和与所述低压通油孔连通的第一回油孔。

9.根据权利要求1所述的正反馈电液高速双向开关阀，其特征在于，所述阀体上设有连通所述第一阀腔的第二供油孔。

10.根据权利要求1所述的正反馈电液高速双向开关阀，其特征在于，所述阀体内壁上设有限位块，所述主阀芯外表面上设有方向为主阀芯轴向、与所述限位块配合的限位槽。

11.根据权利要求1所述的正反馈电液高速双向开关阀，其特征在于，所述第一阀腔的横截面小于所述第二阀腔的横截面。

12.根据权利要求1-11任意一项所述的正反馈电液高速双向开关阀，其特征在于，所述主阀芯一端压接设置在阀体内的复位弹簧。

13.根据权利要求12所述的正反馈电液高速双向开关阀，其特征在于，所述复位弹簧设置在所述第一阀腔内。

14.一种正反馈电液高速双向开关阀，其特征在于，包括先导阀芯、主阀芯、阀体，所述主阀芯设置在所述阀体内，将所述阀体内部分隔为两个阀腔，所述先导阀芯的第一端穿过第一阀腔伸出所述阀体，第二端设置在所述主阀芯内，所述阀体上设有连通第二阀腔的第一控制油口和第二控制油口，所述先导阀芯和所述主阀芯的轴向一致，共同构成液压先导结构，所述主阀芯在所述液压先导结构的作用下沿轴向滑动连通或隔断所述第一控制油口和所述第二控制油口；

所述液压先导结构包括：设置在所述先导阀芯第二端侧壁上的斜槽，设置在所述主阀芯内壁上的高压通油孔、低压通油孔和环形槽，连通所述环形槽和所述第二阀腔的压力导通通道；所述斜槽与所述环形槽连通，所述斜槽在所述先导阀芯转动时分别与所述高压通油孔和所述低压通油孔相交，形成第一可变节流孔和第二可变节流孔；

所述主阀芯的内腔连通所述第二阀腔，所述先导阀芯的第二端内设有连通的所述环形槽和所述内腔的导通腔，所述压力导通通道由所述导通腔和所述内腔组成。

15.根据权利要求14所述的正反馈电液高速双向开关阀，其特征在于，所述先导阀芯的第一端与一转动驱动部件连接。

16.根据权利要求15所述的正反馈电液高速双向开关阀，其特征在于，所述阀体通过驱动部件连接装置与所述转动驱动部件固定连接。

17.根据权利要求15所述的正反馈电液高速双向开关阀，其特征在于，所述阀体上固定连接有阀芯位移传感器，所述阀芯位移传感器的测量端与所述主阀芯的端面相对，用于检测所述主阀芯的位移。

18.根据权利要求14所述的正反馈电液高速双向开关阀，其特征在于，所述斜槽为斜向直线槽，所述斜向直线槽的方向与所述先导阀芯的轴向不一致，形成夹角。

19.根据权利要求18所述的正反馈电液高速双向开关阀，其特征在于，所述高压通油孔和所述低压通油孔在主阀芯横截面的圆周方向上所成的夹角由所述斜向直线槽与所述先导阀芯所成角度和所述高压通油孔与所述低压通油孔的间距决定。

20.根据权利要求18所述的正反馈电液高速双向开关阀，其特征在于，所述先导阀芯横截面的圆周方向上均匀设置有多个所述斜向直线槽，所述主阀芯上设有与所述多个斜向直线槽对应的多组高压通油孔和低压通油孔。

21.根据权利要求14所述的正反馈电液高速双向开关阀，其特征在于，所述阀体上设有与所述高压通油孔连通的第一供油孔和与所述低压通油孔连通的第一回油孔。

22.根据权利要求14所述的正反馈电液高速双向开关阀，其特征在于，所述阀体上设有连通所述第一阀腔的第二供油孔。

23.根据权利要求14所述的正反馈电液高速双向开关阀，其特征在于，所述阀体内壁上设有限位块，所述主阀芯外表面上设有方向为主阀芯轴向、与所述限位块配合的限位槽。

24.根据权利要求14所述的正反馈电液高速双向开关阀，其特征在于，所述第一阀腔的横截面小于所述第二阀腔的横截面。

25.根据权利要求14-24任意一项所述的正反馈电液高速双向开关阀，其特征在于，所述主阀芯一端压接设置在阀体内的复位弹簧。

26.根据权利要求25所述的正反馈电液高速双向开关阀，其特征在于，所述复位弹簧设置在所述第一阀腔内。

27.根据权利要求14-24任一项所述的正反馈电液高速双向开关阀，其特征在于，所述阀体在横截面的圆周方向上均匀设有多组连通所述第二阀腔的第一控制油口和第二控制油口。