CN107289182A - 先导式大流量高速开关阀 - Google Patents

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杨士敏
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Abstract

本发明公开了一种先导式大流量高速开关阀，包括阀体，阀体上开设有纵向槽和横向槽，所述的纵向槽中安装有先导阀，横向槽中安装有主阀；所述的主阀内的主要结构包括依次且同轴设置的左端盖、回油腔、球阀腔以及右端盖等。本发明具有阀芯质量小、换向迅速、过流量大的特点，由于液控阀的通流量比开关阀的大得多，而液控阀的控制腔油液则由小流量的高速开关阀来提供。这种先导控制的方案既有效利用了高速开关阀的高频性能又避开了其通流能力小的局限性，大大减小驱动器的响应时间，从而使得执行器的大流量高频换向成为可能。

Description

先导式大流量高速开关阀
技术领域
本发明涉及一种液压控制系统中用到的液流控制阀，具体涉及一种先导式、大流量的高速开关阀。
背景技术
高速开关阀具有能够快速切换、价格低廉、抗污染性强、重复精度高等特点，且能够利用脉冲信号直接控制，实现了计算机控制技术和液压流体技术的有机结合。
高速开关阀是开关型液压与源的关键元件之一，通过调制开关阀的开闭时间占空比来决定系统输出压力的大小，其有两大关键的影响因素：通油能力和频响。增大高速开关阀的通油能力可以降低系统的节流损耗，而其频响则决定了开关液压源的工作频率，提高开关液压源的工作频率可以降低液感元件的储能要求，减小元件的结构尺寸，从而可以减小系统的高频容腔，降低了每次切换时的瞬态损耗。利用大流量高速开关阀和PWM控制技术，理论上可以实现无节流损失。但是，高速开关阀的高响应与大流量是一个矛盾，目前国内外还没有100L/min的高压大流量高速开关阀。而当前的高速开关阀的流量相对较小，无法直接驱动执行器工作。
发明内容
针对当前现有技术中的高速开关阀流量小、不足以驱动执行器工作的缺陷，本发明的目的是提供一种先导式大流量高速开关阀，将高速开关阀作为先导阀使用，这种二级先导控制的方式既有效的利用了高速开关阀的高频特性又避开了通流量小的局限性，使得执行器大流量高频换向成为可能。
为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：
一种先导式大流量高速开关阀，包括阀体，阀体上开设有纵向槽和横向槽，所述的纵向槽中安装有先导阀，横向槽中安装有主阀；所述的主阀包括依次且同轴设置的左端盖、回油腔、球阀腔以及右端盖，其中：球阀腔的一端设置有回油阀座，另一端通过所述的右端盖密封，回油阀座和右端盖之间设置有支撑座，穿过支撑座活动式设置有主阀分离销，主阀分离销的一端设置有主阀回油球阀，另一端设置有主阀进油球阀；所述的左端盖的一端开设有主阀控制口，主阀控制口与先导阀的先导阀控制口连通；左端盖的另一端开设有与主阀控制口连通的控制腔，控制腔中通过连杆装配有活塞，连杆的一端依次穿过回油腔、回油阀座并与所述的主阀回油球阀连接；所述的球阀腔上连接有穿出阀体的主阀出油口，回油腔上连接有穿出阀体的主阀回油口，所述的右端盖上开设有与球阀腔连通的主阀进油口。
进一步地，所述的先导阀控制口、主阀控制口、控制腔、连杆、主阀分离销以及主阀进油口同轴设置。
进一步地，所述的回油阀座上开设有通孔，通孔的孔径与主阀进油口的孔径大小相同，且大于连杆的直径，使连杆与通孔之间存在间隙。
进一步地，所述的主阀回油口的轴线与主阀出油口的轴线平行，主阀回油口的轴向长度小于回油腔的轴向长度。
进一步地，所述的回油阀座、右端盖的端面上均开设有球面状的凹槽。
进一步地，所述的右端盖通过螺钉安装在主阀上，在主阀和右端盖之间设置有阀芯位移调整垫片，用以调节主阀分离销的轴向最大移动距离。
进一步地，所述的主阀分离销的轴向最大移动距离小于控制腔的轴向长度。
进一步地，所述的主阀进油口的横截面的面积为控制腔横截面面积的1/2。
进一步地，所述的主阀的一端开设有轴向截面呈T形结构的凹口，所述的左端盖装配在凹口中，左端盖与凹口之间为过渡配合。
本发明与现有技术相比具有以下技术特点：
1.本发明中的先导阀采用脉冲驱动方式，在阀动作的瞬间通强电流，一旦阀动作完毕，阀芯自动处于定位状态，这种结构的阀具有双稳的工作特性即具有记忆功能，且减少发热，响应速度快；
2.本发明的主阀阀芯采用球阀形式，球阀式结构简单密封可靠，工艺性好，行程短，动作灵敏，具有较大的面积梯度和较小的运动摩擦力，因而动态特性也较好，是一种普遍使用的阀芯结构。与普通滑阀相比，具有阀芯质量小、结构简单紧凑、便于加工等优点。其小质量球阀为提高响应速度创造了条件，与普通滑阀相比，该阀具有较强的抗污染能力，并且该阀借助供油口与控制口间的压差作用使球阀回位，取代了普通阀中回位弹簧，使阀的寿命大幅度提高；
3.本发明具有阀芯质量小、换向迅速、过流量大的特点，由于液控阀的通流量比开关阀的大得多，而液控阀的控制腔油液则由小流量的高速开关阀来提供。这种先导控制的方案既有效利用了高速开关阀的高频性能又避开了其通流能力小的局限性，大大减小驱动器的响应时间，从而使得执行器的大流量高频换向成为可能。
附图说明
图1为本发明结构的轴向截面示意图；
图中标号代表：1-先导阀 2-衔铁 3-线圈 4-极靴 5-先导阀阀体 6-先导阀回油口 7-先导阀回油球阀 8-先导阀分离销 9-先导阀供油球阀 10-先导阀供油口 11-先导阀控制口 12-主阀 13-螺钉 14-弹簧垫 15-平垫 16-垫片 17-主阀控制口 18-左端盖 19-控制腔 20-凹口 21-活塞 22-连杆23-回油腔 24-主阀回油口 25-回油阀座 26-主阀回油球阀 27-主阀分离销28-支撑座 29-球阀腔 30-主阀出油口 31-主阀进油球阀 32-凹槽33-阀芯位移调整垫片 34-密封圈 35-阀体 36-纵向槽 37-横向槽 38-右端盖39-主阀进油口
具体实施方式
遵从上述技术方案，如图1所示，本发明公开了一种先导式大流量高速开关阀，包括阀体35，阀体35上开设有纵向槽36和横向槽37，所述的纵向槽36中安装有先导阀1，横向槽37中安装有主阀12；所述的主阀12包括依次且同轴设置的左端盖18、回油腔23、球阀腔29以及右端盖38，其中：球阀腔29的一端设置有回油阀座25，另一端通过所述的右端盖38密封，回油阀座25和右端盖38之间设置有支撑座28，穿过支撑座28活动式设置有主阀分离销27，主阀分离销27的一端设置有主阀回油球阀26，另一端设置有主阀进油球阀31；所述的左端盖18的一端开设有主阀控制口17，主阀控制口17与先导阀1的先导阀控制口11连通；左端盖18的另一端开设有与主阀控制口17连通的控制腔19，控制腔19中通过连杆22装配有活塞21，连杆22的一端依次穿过回油腔23、回油阀座25并与所述的主阀回油球阀26连接；所述的球阀腔29上连接有穿出阀体35的主阀出油口30，回油腔23上连接有穿出阀体35的主阀回油口24，所述的右端盖38上开设有与球阀腔29连通的主阀进油口39。
本发明的阀体35上开设了纵向槽36和横向槽37，纵向槽36中安装有先导阀1，这里的先导阀1采用现有技术中的HSV系列常闭式二位三通液控阀，如图所示，该先导阀1包括衔铁2、线圈3、极靴4、先导阀阀体355、先导阀回油球阀7、先导阀分离销8、先导阀供油球阀9、先导阀供油口10以及先导阀控制口11等结构。其中，先导阀控制口11与主阀12连通，控制主阀12的启闭。由于先导阀1的启闭对主阀12的启闭进行了控制，因而使得主阀12也具有了先导阀1的高速启闭特性。主阀12为单控制球阀式液控阀，具有通流量大的特点，这使得整个高速开关阀既有快速启闭特性，又有过流量大的特点。
主阀12整体为圆柱形结构，安装在阀体35的横向槽37中；主阀12的轴向与先导阀1的轴向垂直。主阀12的一端开设有轴向截面呈T形结构的凹口20，所述的左端盖18通过螺钉13、弹簧垫14和平垫15装配在凹口20中，左端盖18与凹口20之间为过渡配合。左端盖18的端面紧贴在凹口20底部，防止液压油从左端盖18的端面处泄露而造成的流量损失和环境污染。左端盖18和主阀12的螺纹连接处设置有垫片16，保证主阀12与左端盖18之间的密封性。左端盖18的一个端面中部开设有主阀控制口17，另一端开设有控制腔19，二者通过通道连通；在工作时，先导阀1的控制油压通过主阀控制口17进入到控制腔19中，从而控制主阀12的启闭。
主阀12的右端盖38通过螺钉13、弹簧垫14和平垫15与主阀12右端面的螺纹孔连接在一起，固定在主阀12上，在右端盖38与主阀12之间有阀芯位移调整垫片33，可以调整主阀12与右端盖38的间隙大小，从而调整主阀分离销27的轴向移动范围，也即主阀进油球阀31和主阀回油球阀26的移动距离，从而控制相应时间。右端盖38与主阀12之间为过盈配合，二者之间有密封圈34，防止油液泄露。右端盖38的中心处开设有主阀进油口39，主阀进油口39的横截面(径向截面)的面积为控制腔19横截面面积的1/2，从而保证在控制腔19中通入高压油时，控制腔19中活塞21受到的力为主阀进油球阀31受力的二倍，这样可以使主阀12的开启与闭合的响应时间一致。右端盖38的端面上开设有球面状的凹槽，该凹槽的形状与主阀进油球阀31的外形相适应，主阀进油球阀31可紧密贴合在凹槽中，形成环形密封，封住主阀进油口39，以使得主阀进油口39与主阀出油口30之间的油路断开。
在主阀12的左端盖18中部的控制腔19内装配有活塞21，活塞21为圆柱形结构，直径与控制腔19的内径相同，活塞21通过螺纹配合的方式与连杆22连接，当活塞21受到油液的压力而移动时，可带动连杆22移动。连杆22的一端穿过回油阀座25中部的通孔与主阀回油球阀26连接，连杆22轴向移动时，将带动主阀回油球阀26打开或封堵住回油阀座25上的通孔，从而控制着主阀回油口24的启闭。在回油阀座25的端面上也开设有球面状凹槽。
主阀12的阀芯采用球阀，球阀式结构简单且密封可靠，工艺性好，行程短，动作灵敏，具有较大的面积梯度和较小的运动摩擦力的特点。主阀回油球阀26和主阀进油球阀31通过主阀分离销27连接在一起，如图1所示，向左运动时，主阀回油球阀26贴在回油阀座25上，将回油阀座25上的通孔封闭，形成线密封；向右运动时，主阀进油球阀31可紧贴在右端盖38上，将主阀进油口39封闭，形成线密封。主阀分离销27穿过支撑座28设置，与支撑座28之间为活动式配合结构，主阀分离销27的轴向最大移动距离小于控制腔19的轴向长度，以保证活塞21可以在控制腔19中自由移动。
回油阀座25位于球阀腔29的左端，并紧贴左端设置，防止液压油泄露；回油阀座25的中部开设有通孔，其孔径大小与右端盖38中部的主阀进油口39的孔径大小相同，且直径大于连杆22的直径，即连杆22与通孔之间存在间隙，使油液能经过回油腔23、连杆22与回油阀座25上通孔的间隙、球阀腔29进入到主阀出油口30中。先导阀控制口11、主阀控制口17、控制腔19、连杆22、主阀分离销27以及主阀进油口39同轴设置。
球阀腔29的侧壁上开设有主阀出油口30，主阀出油口30穿出阀体35；右端盖38上的主阀进油口39可以与主阀出油口30形成油路连通。球阀腔29的左端为回油腔23，回油腔23的孔径较球阀腔29小，回油腔23侧壁上开设有主阀回油口24，主阀回油口24穿出阀体35。主阀回油口24的直径与主阀出油口30的直径相同，且二者的轴线在同一平面内，主阀回油口24的轴向长度比回油腔23的轴向长度稍小，主阀回油口24通过回油腔23，再通过回油阀座25中部的通孔与球阀腔29侧壁上的主阀出油口30导通形成低压回路。回油腔23的左端面是主阀12的左壁，左壁上有通孔，连杆22可在该通孔内滑动。
工作原理：
当先导阀1不通电时，先导阀供油口10在压力油的作用下处于关闭状态，此时先导阀回油口6与先导阀控制口11相连，进而与主阀控制口17相连，控制腔19内为低压油，而主阀进油口39内为高压油，在压力差的作用下主阀进油球阀31被高压油挤压向左运动，移动时通过主阀分离销27带动主阀回油球阀26向左运动，主阀回油球阀26将回油阀座25中部的通孔封闭，此时主阀回油口24关闭，主阀进油口39与主阀出油口30导通。
当先导阀1通电后，先导阀供油球阀9向下移动，先导阀供油口10处于开启状态，此时先导阀供油口10与先导阀控制口11相连，进而与主阀控制口17相连，控制腔19内为高压油。由于主阀12中控制腔19横截面的面积比主阀进油口39横截面的面积大，在压力差的作用下活塞21向右运动，通过连杆22带动主阀回油球阀26移动，此时主阀回油口24被打开，主阀回油口24与主阀出油口30导通；主阀回油球阀26的移动带动主阀分离销27的移动，进而带动主阀进油球阀31的移动，主阀进油球阀31将主阀进油口39封闭。

Claims (9)

1.一种先导式大流量高速开关阀，包括阀体(35)，其特征在于，所述的阀体(35)上开设有纵向槽(36)和横向槽(37)，所述的纵向槽(36)中安装有先导阀(1)，横向槽(37)中安装有主阀(12)；所述的主阀(12)包括依次且同轴设置的左端盖(18)、回油腔(23)、球阀腔(29)以及右端盖(38)，其中：球阀腔(29)的一端设置有回油阀座(25)，另一端通过所述的右端盖(38)密封，回油阀座(25)和右端盖(38)之间设置有支撑座(28)，穿过支撑座(28)活动式设置有主阀分离销(27)，主阀分离销(27)的一端设置有主阀回油球阀(26)，另一端设置有主阀进油球阀(31)；所述的左端盖(18)的一端开设有主阀控制口(17)，主阀控制口(17)与先导阀(1)的先导阀控制口(11)连通；左端盖(18)的另一端开设有与主阀控制口(17)连通的控制腔(19)，控制腔(19)中通过连杆(22)装配有活塞(21)，连杆(22)的一端依次穿过回油腔(23)、回油阀座(25)并与所述的主阀回油球阀(26)连接；所述的球阀腔(29)上连接有穿出阀体(35)的主阀出油口(30)，回油腔(23)上连接有穿出阀体(35)的主阀回油口(24)，所述的右端盖(38)上开设有与球阀腔(29)连通的主阀进油口(39)。
2.如权利要求1所述的先导式大流量高速开关阀，其特征在于，所述的先导阀控制口(11)、主阀控制口(17)、控制腔(19)、连杆(22)、主阀分离销(27)以及主阀进油口(39)同轴设置。
3.如权利要求1所述的所述的先导式大流量高速开关阀，其特征在于，所述的回油阀座(25)上开设有通孔，通孔的孔径与主阀进油口(39)的孔径大小相同，且大于连杆(22)的直径，使连杆(22)与通孔之间存在间隙。
4.如权利要求1所述的所述的先导式大流量高速开关阀，其特征在于，所述的主阀回油口(24)的轴线与主阀出油口(30)的轴线平行，主阀回油口(24)的轴向长度小于回油腔(23)的轴向长度。
5.如权利要求1所述的先导式大流量高速开关阀，其特征在于，所述的回油阀座(25)、右端盖(38)的端面上均开设有球面状的凹槽。
6.如权利要求1所述的先导式大流量高速开关阀，其特征在于，所述的右端盖(38)通过螺钉(13)安装在主阀(12)上，在主阀(12)和右端盖(38)之间设置有阀芯位移调整垫片(33)，用以调节主阀分离销(27)的轴向最大移动距离。
7.如权利要求1所述的先导式大流量高速开关阀，其特征在于，所述的主阀分离销(27)的轴向最大移动距离小于控制腔(19)的轴向长度。
8.如权利要求1所述的先导式大流量高速开关阀，其特征在于，所述的主阀进油口(39)的横截面的面积为控制腔(19)横截面面积的1/2。
9.如权利要求1所述的先导式大流量高速开关阀，其特征在于，所述的主阀(12)的一端开设有轴向截面呈T形结构的凹口(20)，所述的左端盖(18)装配在凹口(20)中，左端盖(18)与凹口(20)之间为过渡配合。
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