CN106930993A - 换向阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种换向阀，包括：底座(21)，所述底座中形成有至少两个液压孔道；阀芯(22)，所述阀芯上形成有至少一个液压流路(32，33)；罩盖(23)，所述罩盖与底座(21)彼此固定在一起并共同限定出用于容纳所述阀芯的空腔(25)；以及驱动机构(24)，所述驱动机构用于驱动阀芯，以使所述阀芯能够绕着轴线(26)相对于底座转动；其中，所述阀芯具有沿着轴线的方向抵压着所述阀座的轴向端面，所述至少两个液压孔道和所述至少一个液压流路均通到所述轴向端面，基于阀芯相对于底座的转动位置，相应的液压孔道被液压流路连通或被阀芯切断。本发明的换向阀结构简单、成本相对较低，组装起来也相对简单。

Description

换向阀

技术领域

本发明涉及一种换向阀，特别是一种具有轴向端面配合的旋转式阀芯的换向阀。

背景技术

与机械传动装置等其他类型的传动装置相比，液压传动装置具有体积小、重量轻、动作灵敏、可实现频繁启动和换向、操纵简单和易于控制等诸多优点。因此，目前在许多机械设备中得到了广泛应用。

在各种液压传动装置中，液压控制阀是必不可少的元件，其是指液压传动中用于控制流体压力、流量和方向的元件。其中，具有控制、启动和停止与压力流体方向相关的功能的所有阀可称为“方向控制阀”或“换向阀”。

在方向控制阀中，液压电磁换向阀是目前工业控制中使用较多的一种电磁阀，其在控制流体流向、压力等方面具有重要的作用。

图1示出了一种现有的液压电磁换向阀，其依靠电磁驱动机构产生的电磁作用力实现对阀芯的操作和控制。该换向阀包括第一、第二电磁驱动机构1、2以及位于第一、第二电磁驱动机构1、2之间的阀芯3。在阀芯3的第一端4处，第一弹簧5的一端支撑在第一电磁驱动机构1的铁芯管6上，另一端支撑在第一挡圈7上。在阀芯3的与第一端4相反的第二端8处，第二弹簧9的一端支撑在第二电磁驱动机构2的铁芯管10上，另一端支撑在第二挡圈11上。

在第一弹簧5和第二弹簧9产生的相向的轴向弹簧力的作用下，阀芯3在非工作状态下处于对中位置。具体地讲，阀芯3的第一端4穿过第一挡圈7，而第一挡圈7又被阀芯3的第一端4处的第一台阶12轴向阻止，从而支撑在第一挡圈7上的第一弹簧5可向阀芯3施加向着其第二端8作用的第一轴向作用力。类似地，阀芯3的第二端8穿过第二挡圈11，而第二挡圈11又被阀芯3的第二端8处的第二台阶13轴向阻止，从而支撑在第二挡圈11上的第二弹簧9可向阀芯3施加向着其第一端4作用的第二轴向作用力。在对中位置，换向阀优选处于零位，使得流体不能流动通过换向阀。

第一电磁驱动机构1包括第一阀芯推杆14。当第一电磁驱动机构1被通电时，第一阀芯推杆14借助于电磁作用力而可以向着阀芯3的第一端4移动，从而可推动阀芯3向着第二电磁驱动机构2移动。阀芯3的这种移动可以使换向阀变换到第一工作状态。在第一工作状态下，换向阀允许流体以一种方向流动通过。

类似地，第二电磁驱动机构2包括第二阀芯推杆15。当第二电磁驱动机构2被通电时，第二阀芯推杆15借助于电磁作用力而可以向着阀芯3的第二端8移动，从而可推动阀芯3向着第一电磁驱动机构1移动。阀芯3的这种移动可以使换向阀变换到第二工作状态。在第二工作状态下，换向阀允许流体以另一种不同的方向流动通过而实现换向功能。

由此可以看出，这种液压电磁换向阀依靠阀芯的直线运动来控制相应油路的通断，如图1所示，需要在阀芯上进行复杂的凸肩与开槽的设计来满足各类液压系统的液压特性要求。而且，这种液压电磁换向阀的其他结构、特别是驱动机构也相对较为复杂。这会使得这种液压电磁换向阀的成本较高，加工相对困难，组装也较为繁琐，结构的复杂也会对可靠性造成不利的影响。

为此，迫切需要提供一种结构简单、成本相对较低的新型的液压换向阀。

发明内容

本发明的目的是提供一种至少能够克服上述缺点之一的改进的液压换向阀。

根据本发明，提供了一种换向阀，包括：底座，所述底座中形成有至少两个液压孔道；阀芯，所述阀芯上形成有至少一个液压流路；罩盖，所述罩盖与底座彼此固定在一起并共同限定出用于容纳所述阀芯的空腔；以及驱动机构，所述驱动机构用于驱动阀芯，以使所述阀芯能够绕着轴线相对于底座转动；其中，所述阀芯具有沿着轴线的方向抵压着所述阀座的轴向端面，所述至少两个液压孔道和所述至少一个液压流路均通到所述轴向端面，基于阀芯相对于底座的转动位置，相应的液压孔道被液压流路连通或被阀芯切断。

根据本发明的一个可选实施方式，所述驱动机构包括驱动轴和用于驱动所述驱动轴转动的致动器，所述驱动轴沿着轴线延伸穿过所述罩盖上的通孔并连接到阀芯；和/或所述阀芯的与所述轴向端面相反的一侧与罩盖的相应部分之间设有减摩结构；或所述阀芯的与所述轴向端面相反的一侧与罩盖的相应部分之间通过液压油自润滑。

根据本发明的一个可选实施方式，所述致动器是步进电机或伺服电机；和/或所述驱动轴与所述通孔之间设有第一密封件。

根据本发明的一个可选实施方式，所述减摩结构是滚珠止推轴承或平面转动轴承；或所述减摩结构是设置在所述阀芯的与所述轴向端面相反的一侧上和/或所述罩盖的相应部分上的高分子材料润滑膜。

根据本发明的一个可选实施方式，所述减摩结构通过开设在阀芯的与所述轴向端面相反的一侧上的第一凹槽、开设在罩盖的相应部位处的第二凹槽以及夹持在第一凹槽和第二凹槽中而能够滚动的多个滚珠形成。

根据本发明的一个可选实施方式，所述液压流路通过开设在所述阀芯的所述轴向端面的一侧上的沟槽形成；和/或所述液压孔道通到阀芯的所述轴向端面的开口沿着以所述轴线为中心的圆布置。

根据本发明的一个可选实施方式，所述沟槽的横截面为半圆形；和/或所述沟槽呈以轴线为中心的圆弧形状。

根据本发明的一个可选实施方式，阀芯的与所述轴向端面相反的一侧与罩盖之间设有弹性张紧装置，以向着底座的方向挤压阀芯；和/或所述换向阀为三位四通液压换向阀。

根据本发明的一个可选实施方式，所述阀芯为圆柱形；和/或所述底座包括安装座以及从安装座凸出而形成出台阶的相对较小的凸出部，所述罩盖具有与台阶相配的结构，在装配状态下，所述相配的结构坐落在台阶上而环绕着凸出部的外周。

根据本发明的一个可选实施方式，所述相配的结构与凸出部之间设有第二密封件。

本发明的换向阀结构简单、成本相对较低，组装起来也相对简单。

附图说明

下面，通过参看附图更详细地描述本发明，可以更好地理解本发明的原理、特点和优点。附图包括：

图1示出了一种现有的液压电磁换向阀，其依靠电磁驱动机构产生的电磁作用力实现对阀芯的操作和控制。

图2示出了根据本发明的一个可选的示例性实施例的换向阀的纵向剖视图，其中，阀芯以转动方式设计。

图3示出了图2所示的换向阀的底座的仰视图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案以及有益的技术效果更加清楚明白，以下将结合附图以及多个实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而不是用于限定本发明的保护范围。

图2示出了根据本发明的一个可选的示例性实施例的换向阀的纵向剖视图，其中，阀芯以转动方式设计。该换向阀为三位四通液压换向阀，在此以该阀为例描述本发明，显然并不是对本发明的具体限制，而是仅用作说明目的。本发明的原理同样适用其他类型的换向阀。

如图2所示，该换向阀主要包括：底座21、阀芯22、罩盖23以及驱动机构24。底座21与罩盖23彼此固定在一起，并且共同限定出用于容纳阀芯22的空腔25，驱动机构24传动连接到阀芯22，使其能够绕着轴线26转动。阀芯22相对于轴线26的一个端面(图2中为下端面)抵压在底座21上。

底座21设有通到阀芯22的相应的端面的液压孔道27、28，对于三位四通液压换向阀来说，共有四个液压孔道，图2由于是剖视图而仅示出了其中两个液压孔道27和28。液压孔道27、28的尺寸、延伸路径等几何特征可基于换向阀的液压特性要求等因素进行设计。图3示出了底座21的仰视图，可以看出，除了图2中示出的液压孔道27、28以外，还有液压孔道29、30。如图3所示，这些液压孔道27、28、29和30至少它们通向阀芯22的开口优选是沿着一个以轴线26为中心的圆布置的。示例性地，液压孔道27、28、29和30分别对应于换向阀的A口、B口、P口和T口。

优选地，底座21包括安装座41以及从安装座41凸出的相对较小的凸出部42。凸出部42优选与安装座41同心布置，从而在底座21上形成环绕着凸出部42的台阶43。凸出部42优选为圆柱形。

安装座41优选与凸出部42一体形成。罩盖23具有与台阶43相配的结构44。在装配状态下，结构44坐落在台阶43上而环绕着凸出部42的外周表面。

为了加强罩盖23的结构44与凸出部42之间的密封，可在它们之间设置密封件31，优选为O型密封圈。

阀芯22优选为圆柱形，其上设有液压流路32和33。在此示例中，液压流路32和33为开设在阀芯22的面向底座21的一侧上的沟槽。所述沟槽的横截面形状优选为半圆形，以便于加工。而且，所述沟槽呈以轴线26为中心的圆弧形状，且如图2所示地与液压孔道27、28的通到阀芯22的开口处于相同的径向位置。

驱动机构24包括驱动轴45和用于驱动驱动轴45转动的致动器46，驱动轴45沿着轴线26延伸穿过罩盖23上的通孔47并连接到阀芯22。当致动器46驱动驱动轴45转动时，会带动阀芯22相对于底座21旋转。当阀芯22转动到预定位置时，形成在阀芯22上的液压流路可以连通相应的液压孔道，从而相应的液压孔道之间实现了导通。例如，在第一工作位，P口与A口连通，B口与T口连通，在第二工作位，P口与B口连通，A口与T口连通。当阀芯22处于遮盖液压孔道的通到阀芯22的开口时，例如当遮盖住P口和T口时，切断油路。显然，也可以通过阀芯22的转动位置控制换向阀的流量。

由以上描述可知，精确地控制阀芯22的转动位置是保证换向阀正确工作的关键。为此，可选择步进电机、伺服电机作为致动器46。然而，对于本领域的技术人员来说，致动器46并不局限于此，只要它能够根据需要精确地驱动阀芯22转动到预定位置即可。

驱动轴45优选通过螺纹连接到阀芯22或一体成型，当然也可采用其他任何合适的连接方式。

在工作时，空腔25内通常存在液压油。为了加强驱动轴45与通孔47之间的密封，可在它们之间设置密封件34，优选为O型密封圈。

为了使换向阀正常工作，需要阀芯22能够顺畅地转动。阀芯22与底座21之间的接合面在工作过程中会浸润有液压油，从而它们之间的相对转动所产生的阻力较小。然而，如果阀芯22的面向罩盖23的一侧直接抵靠在罩盖23的相应内表面上，则它们之间的摩擦力可能会影响阀芯22的顺畅转动。为此，在阀芯22与罩盖23之间优选采取减摩措施。一种减摩措施是在它们之间设置减摩结构，例如滚珠止推轴承或平面转动轴承。这种滚珠止推轴承可通过开设在阀芯22的面向罩盖23的一侧上的第一凹槽48、开设在罩盖23上的对应位置处的第二凹槽49以及夹持在第一凹槽48和第二凹槽49中而可以滚动的多个滚珠50形成。

当然，对于本领域的技术人员来说，减摩结构并不局限于此。作为一种可能的实施方式，可以考虑在阀芯22与罩盖23彼此接触的表面上设置减摩涂层、例如高分子材料润滑膜。甚至阀芯22与罩盖23之间可以仅通过液压油自润滑来实现减摩。

为了确保可靠工作，阀芯22与底座21之间需要紧密接合，这可以通过相应结构实现，例如可在驱动轴45上设置相应的结构而使得在装配状态下将阀芯22紧密地抵靠在底座21上。在这种情况下，甚至可以使阀芯22的面向罩盖23的一侧不与罩盖23接触。

然而，更为优选的是，使阀芯22的面向罩盖23的一侧与罩盖23接触而可确保阀芯22紧密地抵靠在底座21上。在这种情况下，优选在阀芯22与底座21之间提供上述减摩措施。

为了确保阀芯22与底座21之间的紧密接合，可在阀芯22的面向罩盖23的一侧与罩盖23之间设置弹性张紧装置，以向底座21推压阀芯22。例如，可在阀芯22的面向罩盖23的一侧设置一个垫板，在该垫板上开设第一凹槽48，以接收滚珠50，而在该垫板与阀芯22之间设置弹性张紧装置，例如弹簧。

上面以形成在阀芯22的面向底座21的端面的沟槽为例描述了液压流路，但显然并不局限于此。例如，可以像底座21中的液压孔道27、28那样将液压流路形成在阀芯22中，甚至可以考虑将阀芯22设计成空心的，液压流路通过管道的方式设置在阀芯22内。显然，只要液压流路能够在需要时连通相应的液压孔道即可。

根据本发明的换向阀，液压孔道不必像传统的液压电磁换向阀中那样成直线布置，而是可以成一个圆或其他方式布置，从而液压孔道的设计将大为简化，灵活性也更高。这种设计使得换向阀更小、更紧凑，压力损失更小。

而且，如上所述，本发明的换向阀可以使用一个致动器、例如步进电机进行精确控制，从而，不再像传统的液压电磁换向阀中那样需要两个电磁驱动机构，进而降低了制造成本。

此外，通过设计阀芯上的液压流路的结构特征，本发明的换向阀可实现不同的液压功能。

由此可以看出，本发明的基本思想是，在旋转式阀芯相对于转动轴线的一个端面处进行不同流路的接通和关断，只要在这一基本思想下，任何合适的实施方式均是可行的。

对于本领域的技术人员而言，本发明的其他优点和替代性实施方式是显而易见的。因此，本发明就其更宽泛的意义而言并不局限于所示和所述的具体细节、代表性结构和示例性实施例。相反，本领域的技术人员可以在不脱离本发明的基本精神和范围的情况下进行各种修改和替代。

Claims (10)

1.一种换向阀，包括：

底座(21)，所述底座(21)中形成有至少两个液压孔道(27，28，29，30)；

阀芯(22)，所述阀芯(22)上形成有至少一个液压流路(32，33)；

罩盖(23)，所述罩盖(23)与底座(21)彼此固定在一起并共同限定出用于容纳所述阀芯(22)的空腔(25)；以及

驱动机构(24)，所述驱动机构(24)用于驱动阀芯(22)，以使所述阀芯(22)能够绕着轴线(26)相对于底座(21)转动；

其中，所述阀芯(22)具有沿着轴线(26)的方向抵压着所述阀座(21)的轴向端面，所述至少两个液压孔道(27，28，29，30)和所述至少一个液压流路(32，33)均通到所述轴向端面，基于阀芯(22)相对于底座(21)的转动位置，相应的液压孔道(27，28，29，30)被液压流路(32，33)连通或被阀芯(22)切断。

2.如权利要求1所述的换向阀，其特征在于，

所述驱动机构(24)包括驱动轴(45)和用于驱动所述驱动轴(45)转动的致动器(46)，所述驱动轴(45)沿着轴线(26)延伸穿过所述罩盖(23)上的通孔(47)并连接到阀芯(22)；和/或

所述阀芯(22)的与所述轴向端面相反的一侧与罩盖(23)的相应部分之间设有减摩结构；或

所述阀芯(22)的与所述轴向端面相反的一侧与罩盖(23)的相应部分之间通过液压油自润滑。

3.如权利要求1或2所述的换向阀，其特征在于，

所述致动器(46)是步进电机或伺服电机；和/或

所述驱动轴(45)与所述通孔(47)之间设有第一密封件。

4.如权利要求2或3所述的换向阀，其特征在于，

所述减摩结构是滚珠止推轴承或平面转动轴承；或

所述减摩结构是设置在所述阀芯(22)的与所述轴向端面相反的一侧上和/或所述罩盖(23)的相应部分上的高分子材料润滑膜。

5.如权利要求4所述的换向阀，其特征在于，

所述减摩结构通过开设在阀芯(22)的与所述轴向端面相反的一侧上的第一凹槽(48)、开设在罩盖(23)的相应部位处的第二凹槽(49)以及夹持在第一凹槽(48)和第二凹槽(49)中而能够滚动的多个滚珠(50)形成。

6.如前面权利要求中任一所述的换向阀，其特征在于，

所述液压流路(32，33)通过开设在所述阀芯(22)的所述轴向端面上的沟槽形成；和/或

所述液压孔道(27，28，29，30)通到阀芯(22)的所述轴向端面的开口沿着以所述轴线(26)为中心的圆布置。

7.如权利要求6所述的换向阀，其特征在于，

所述沟槽的横截面为半圆形；和/或

所述沟槽呈以轴线(26)为中心的圆弧形状。

8.如前面权利要求中任一所述的换向阀，其特征在于，

阀芯(22)的与所述轴向端面相反的一侧与罩盖(23)之间设有弹性张紧装置，以向着底座(21)的方向挤压阀芯(22)；和/或

所述换向阀为三位四通液压换向阀。

9.如前面权利要求中任一所述的换向阀，其特征在于，

所述阀芯(22)为圆柱形；和/或

所述底座(21)包括安装座(41)以及从安装座(41)凸出而形成出台阶(43)的相对较小的凸出部(42)，所述罩盖(23)具有与台阶(43)相配的结构(44)，在装配状态下，所述相配的结构(44)坐落在台阶(43)上而环绕着凸出部(42)的外周。

10.权利要求9所述的换向阀，其特征在于，

所述相配的结构(44)与凸出部(42)之间设有第二密封件。