CN108591158A - 一种高压大流量二位四通液控换向阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高压大流量二位四通液控换向阀，所述液控换向阀包括：左端盖、主阀体、主阀芯、右端盖，所述主阀芯设置于所述主阀体内，所述左端盖和所述右端盖分别设置于所述主阀体两端。本发明的高度可靠的大流量二位四通液控换向阀适用于中高压系统，阀口压降0.5MPa时，流量可达到1600L/min以上，阀芯可实现快速切换、运动平稳无冲击，且阀口的启、闭切换时间可调节。该液控换向阀尤其适用于控制液压马达实现高速绞车的启动和制动的平稳控制。

Description

一种高压大流量二位四通液控换向阀

技术领域

本发明涉及液压控制领域，具体涉及一种高压大流量二位四通液控换向阀。

背景技术

液控换向阀是借助于液流的压力推动阀芯在阀体内作相对运动来改变阀的工作位置，实现油路的开启和关闭，从而改变液流的方向，使液压执行元件启动、停止或变换运动方向。

开关式液压换向阀结构主要有提动式和滑阀式两类。提动式的工作原理类似于插装式阀，其密封性能好，但其阀口启、闭过程的可控性差。滑阀式结构在液压换向阀中应用最广，这种结构形式具有结构相对简单、易于实现流量、压力控制等优点。但是一般的滑阀额定流量最大在1100L/min以下、通径在DN50以下，而且阀口的启、闭换向时间较长且不可控。并且随着阀口通径的增大，换向冲击大，且易出现换向不可靠。

目前，国内现有的滑阀式换向阀产品，通径一般为6mm～32mm，公称流量60L/min～1100L/min，国外少数通径50mm的电液比例阀流量能够达到1500L/min，但其阀口压降较大，并且需要定制，可靠性和维修性均具有不确定因素，会给使用带来较大风险，不能应用于重要军工项目。而对于公称压力不低于21MPa，阀口压降0.5MPa时，流量达到1600L/min以上并且要求主阀启、闭换向时间短且可调节的液压开关阀在国内、外都是比较少见的，国内更没有公开的研究报道和成熟的产品供选用，因此需研发与控制阀组匹配的高压大流量二位四通液控换向阀，来实现对执行机构的平稳控制。故提出的一种高压大流量二位四通液控换向阀，属于全新原创设计。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种高度可靠的大流量二位四通液控换向阀，该阀适用于中高压系统，阀口压降0.5MPa时，流量可达到1600L/min以上，阀芯可实现快速切换、运动平稳无冲击，且阀口的启、闭切换时间可调节。该液控换向阀尤其适用于控制液压马达实现高速绞车的启动和制动的平稳控制。

具体而言，本发明提供一种高压大流量二位四通液控换向阀，其特征在于，所述液控换向阀包括：左端盖、主阀体、主阀芯、右端盖，所述主阀芯设置于所述主阀体内，所述左端盖和所述右端盖分别设置于所述主阀体两端。

优选地，所述主阀体内具有一对或多对液压油腔，相邻两个液压油腔为一对，任意两个相邻液压油腔之间以及最外侧液压油腔两端设置有密封凸台，所述主阀芯在所述主阀体的密封凸台处具有相应密封环，密封环上加工有相对应的开口型线，每对液压油腔中的两个液压油腔之间的密封环的长度与密封凸台匹配，相邻两对液压油腔之间以及最外侧液压油腔两端的密封环的长度至少为相应密封凸台的两倍，每个液压油腔上开有一个油口，用于流通液压油；

所述主阀芯与所述左端盖之间以及所述主阀芯与所述右端盖之间分别设置有左控制油腔和右控制油腔，所述主阀体的左端和右端分别具有左控制油口和右控制油口，所述左控制油腔与左控制油口相连通，所述右控制油腔与所述右控制油口相连通，所述主阀芯能够在控制油腔的作用下左右移动，以开启或封闭每对液压油腔之间的连通。

优选地，所述液控换向阀还包括复位弹簧，所述复位弹簧安装在所述左端盖与所述主阀芯之间，一端与所述左端盖相抵，另一端与所述主阀芯相抵。

优选地，所述液控换向阀还包括缓冲节流阀，所述缓冲节流阀包括节流阀座、钢球、弹簧、节流阀体、螺母、节流阀弹簧座和保护罩。所述缓冲节流阀节流阀体安装在节流阀座上，所述的缓冲节流阀的钢球和弹簧安装在节流阀体内。

优选地，所述液控换向阀还包括阀位测量器件，所述阀位测量器件包括测量套、测量杆、连接销轴以及测量连接头，所述测量杆穿过所述测量套一端伸入所述主阀体通过连接销轴以及所述测量连接头与所述主阀芯相连接，另一端伸出所述右端盖之外，所述测量套安装在所述右端盖上。

优选地，所述液控换向阀还包括调速阀组和控制管路，所述调速阀组安装在所述控制管路中，每个控制管路与一个控制油口相连通。

优选地，所述液控换向阀还包括保护罩，所述保护罩安装在测量套上。

优选地，所述左控制油腔设有控制油口X,所述液压油腔分别设置一个进或出油口，所述右控制油腔设有控制油口Y和泄露油口L。

在另一种优选实现方式中，所述右部密封环设置在右控制油腔内，将右控制油腔分成两个部分，左侧部分和右侧部分，其中左侧部分与泄油口L相连通，右侧部分与控制油口Y相连通，控制油口Y与右控制油腔的右侧部分的联通通道包括第一支路和第二支路，所述第一支路设置于所述右控制油腔侧壁上，与右控制油腔的右端部具有一预设距离(该预设距离可以根据需要条件)，当所述右部密封环经过所述第一支路时，将所述第一支路密封。所述液压缓冲机构包括节流狭缝和单向阀，第二支路分别与所述单向阀和所述节流狭缝相连，右控制油腔的右侧部分与所述单向阀和所述节流狭缝相连，所述单向阀能够从所述第二支路一侧开启。

技术效果

本发明的高压大流量的二位四通液控换向阀，适用于中高压系统，阀口压降0.5MPa时，流量可达到1600L/min以上，阀芯可实现快速切换、运动平稳可靠无冲击，且阀口的启、闭切换时间短且可调节。液控换向阀阀口倒有角度为a，长度为l的锥角，既保证了阀芯的快速切换，又可以实现阀芯可靠平稳的运动，保证执行机构的速度及加速度曲线满足要求。阀芯导向行程长，有效避免大尺寸阀芯的容易卡死问题。阀芯运动行程末端的可调式缓冲节流阀有效解决了大流量换向阀的换向冲击问题。主阀芯上安装的测量杆实现阀芯动作的监测。因此，具有重大的军事、经济效益。该液控换向阀尤其适用于控制液压马达实现高速绞车的启动和制动的平稳控制。

附图说明

图1为本发明的二位四通液控换向阀的机械结构示意图

其中：1-左端盖2-复位弹簧3-主阀体4-主阀芯5-右端盖6-缓冲节流阀7-保护罩8-测量套9-测量杆10-连接销轴11-测量连接头

图2为本发明的二位四通液控换向阀的测试装置的局部放大图

图3为本发明的二位四通液控换向阀的工作原理示意图

其中：12-调节阀组

图4为本发明的二位四通液控换向阀主阀体的机械结构示意图

图5为本发明的二位四通液控换向阀的装配示意图

图6为本发明的二位四通液控换向阀主阀芯的机械结构示意图

图7为本发明的二位四通液控换向阀主阀芯的外形图

图8为本发明的二位四通液控换向阀带动的执行机构工况示意图

图9为本发明的二位四通液控换向阀阀口过流面积几何计算示意图

图10为本发明的二位四通液控换向阀缓冲节流阀机械结构示意图

图11为本发明的二位四通液控换向阀缓冲节流阀的外形图

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的技术方案进行详细的描述。

见附图1，2和附图3，本实施例中的高压大流量二位四通液控换向阀，包括左端盖1、复位弹簧2、主阀体3、主阀芯4、右端盖5、液压缓冲机构6、保护罩7、测量套8、测量杆9、连接销轴10、测量连接头11和调速阀组12。调速阀组12由2个调速阀12.1、12.2串联组成，用于控制液控换向阀下游的Y油路的进出流速，从而实现液控换向阀阀口启、闭切换时间的调节(该调速阀组12可以外置，通过远程调节控制液控换向阀的Y油口的流量)。调速阀12.1、12.2分别于一个单向阀并联，两个单向阀的开口方向相反。

见附图1和附图2，所述的左端盖1、右端盖2均留有液压缓冲机构6和测量套8的安装孔。

测量杆9穿过测量套8一端伸入主阀体通过连接销轴10以及测量连接头11与主阀芯相连接，另一端伸出右端盖之外。测量套安装在右端盖上，连接销轴10用于测量连接头11和测量杆9的连接，实现主阀芯4位置的监测，所述的保护罩7安装在测量套上。

参见图4和图5，主阀体3具有五个凸台(或称台阶)，由左至右分别为左部凸台13、左中部凸台14、中部凸台15、右中部凸台16和右部凸台17。主阀体3被其阀腔壁和阀腔壁上的凸台由左至右分为左控制阀腔、左一液压阀腔、左二液压阀腔、右一液压阀腔、右二液压阀腔和右控制阀腔。

见附图6和附图7，主阀芯4具有六个密封环(台肩)，由左至右分别为左部密封环18、中左部密封环19、中部密封环20、中右部密封环21、右中部密封环22和右部密封环23。这些密封环、密封凸台连通左端盖和右端盖一共形成六个油腔，左端部和右端部形成两个控制油腔，中间形成四个液压油腔，左部密封环18与左端盖之间形成左控制油腔，右部密封环23与右端盖之间形成右控制油腔。

具体而言，如图1所示，液压缓冲机构6分别安装在装置的左右两端，各一个。

主阀芯4的左部密封环18端面面积小于其右部密封环23端面面积，通过两端的受力面积差实现液控换向阀的的差动控制。右端部密封环23又分成左右两部分，左右两部分之间可以安装密封件，用于液压油密封。

见附图1，主阀芯4左部密封环18与左端盖1之间安装有处于压缩状态的复位弹簧2，保证液控换向阀的可靠复位。

见附图5，所述主阀体3的左控制阀腔设有控制油口X,左一液压阀腔设有主进油口P，左二液压阀腔设有出油口A，右一液压阀腔设有出油口B，右二液压阀腔设有主回油口T,右控制阀腔分别设有控制油口Y和泄露油口L。

见附图1和附图5，主阀体3阀腔的左控制阀腔油口X始终通有压力油，当主阀体3右控制阀腔的油口Y不通压力油，在油压及复位弹簧2的力的作用下，主阀芯4位于右工作位，此时主阀芯4右端面与右端盖5接触，主阀体3阀腔的左控制阀腔、左一液压阀腔、左二液压阀腔、右一液压阀腔、右二液压阀腔和右控制阀腔均处于各自封闭状态。当主阀体3右控制阀腔的油口Y通压力油，由于主阀芯4的左部密封环18端面面积小于其右部密封环23端面面积，在油液压力的作用下，主阀芯4向左运动，主阀芯4位于左工作位，此时主阀芯4左端面与左端盖1接触，主阀体3阀腔的左部控制阀腔、右部控制阀腔均处于封闭状态，主阀体3阀腔的左一液压阀腔和左二液压阀腔相连通，主阀体阀腔的右一液压阀腔和右二液压阀腔相连通。

见附图6和附图7，主阀芯4的左部密封环18、中部密封环20和右中部密封环22均开有多个径向均压槽，均压槽绕密封环彼此平行、间隔布置，用于防止液压卡紧，减少主阀芯4的液压侧向力。主阀芯4的中左部密封环19以及中右部密封环22的右端面的倒有角度为a，长度为l的锥角。该开口型线的设计直接影响阀口启、闭动态特性，进而直接影响执行机构的速度、加速度曲线。举例阀芯倒角α＝20°，l＝6mm时，执行机构位移与时间曲线形状如附图8所示。通过改变左部密封环19以及中右部密封环22的右端面阀口型线，可以改变执行机构加速以及减速过程，其加速度、速度的变化曲线，改善其平稳性。

见附图6和附图7主阀芯的左、右端面开有螺纹孔，用于安装固定测量连接头11。

图9举例说明了主阀芯4的中左部密封环19以及中右部密封环21的右端面的倒有角度为a，长度为l的锥角对过流面积的计算分析。

为了避免液压换向阀在换向过程中对阀体的冲击，本发明提出了一种独特设计的液压缓冲结构6。参见图10，液压缓冲机构6包括节流阀座24、钢球25、弹簧26、节流阀体27、螺母28、节流阀弹簧座29和保护罩30。液压缓冲机构6的节流阀座24用于与左端盖1、右端盖2连接。液压缓冲机构6的节流阀体27安装在节流阀座29上，其与节流阀座29之间预留有节流狭缝，可以调节节流阀体锥形阀头与节流阀座的间隙，实现主阀芯4运动行程末端的缓冲调节。液压缓冲机构6的钢球25和弹簧26安装在节流阀体27内。

对于右侧的液压缓冲结构6而言，本发明采用了一种特殊设计。具体而言，右部密封环23设置在右控制油腔内，将右控制油腔分成两个部分，左侧部分和右侧部分，其中左侧部分与泄油口L相连通，右侧部分与控制油口Y相连通，控制油口Y与右控制油腔的右侧部分的联通通道包括第一支路和第二支路，所述第一支路设置于所述右控制油腔侧壁上，与右控制油腔的右端部具有一预设距离(该预设距离可以根据需要条件)，当所述右部密封环23经过所述第一支路时，能够将所述第一支路密封。所述第二支路连通至所述液压缓冲机构6的端部。钢球25、弹簧26和节流阀体27以及节流阀座29构成一个单向阀，当液压油从第二支路方向流往控制油腔时打开，否则关闭。

当通过控制油口X注油推到主阀芯使主阀芯右端即将到达右端盖时，右部密封环23达到阀腔壁上与第一支路联通的油口处，使第一支路封死，右部密封环23右端的液压油不得不经过节流阀体27与节流阀座24之间的节流狭缝，从第二支路通过控制油口Y流出。

当控制油路Y通油时，控制油路Y输入的液压油驱动单向阀的钢球打开，从单向阀油路进入到右部密封环23右侧的空间，由于右部密封环23的面积大于左部密封环18的直径，主阀芯向左移动，两对液压腔导通。

图11为该液控换向阀用于板式安装的外形图，该液控换向阀也可根据工程要求设计为管式安装等安装形式。

Claims (9)

1.一种高压大流量二位四通液控换向阀，其特征在于，所述液控换向阀包括：左端盖、主阀体、主阀芯、右端盖，所述主阀芯设置于所述主阀体内，所述左端盖和所述右端盖分别设置于所述主阀体两端。

2.根据权利要求1所述的高压大流量二位四通液控换向阀，其特征在于，所述主阀体内具有一对或多对液压油腔，相邻两个液压油腔为一对，任意两个相邻液压油腔之间以及最外侧液压油腔两端设置有密封凸台，所述主阀芯在所述主阀体的密封凸台处具有相应密封环，密封环上加工有相对应的开口型线，每对液压油腔中的两个液压油腔之间的密封环的长度与密封凸台匹配，相邻两对液压油腔之间以及最外侧液压油腔两端的密封环的长度至少为相应密封凸台的两倍，每个液压油腔上开有一个液压油口，用于流通液压油；

所述主阀芯与所述左端盖之间以及所述主阀芯与所述右端盖之间分别设置有左控制油腔和右控制油腔，所述主阀体的左端和右端分别具有左控制油口和右控制油口，所述左控制油腔与左控制油口相连通，所述右控制油腔与所述右控制油口相连通，所述主阀芯能够在控制油腔的作用下左右移动，以开启或封闭每对液压油腔之间的连通。

3.根据权利要求2所述的高压大流量二位四通液控换向阀，其特征在于，所述液控换向阀还包括复位弹簧，所述复位弹簧安装在所述左端盖与所述主阀芯之间，一端与所述左端盖相抵，另一端与所述主阀芯相抵。

4.根据权利要求1所述的高压大流量二位四通液控换向阀，其特征在于，所述液控换向阀还包括缓冲节流阀，所述缓冲节流阀包括节流阀座、钢球、弹簧、节流阀体、螺母、节流阀弹簧座和保护罩。

5.根据权利要求4所述的高压大流量二位四通液控换向阀，其特征在于，所述缓冲节流阀节流阀体安装在节流阀座上，所述的缓冲节流阀的钢球和弹簧安装在节流阀体内。

6.根据权利要求1所述的高压大流量二位四通液控换向阀，其特征在于，所述液控换向阀还包括阀位测量器件，所述阀位测量器件包括测量套、测量杆、连接销轴以及测量连接头，所述测量杆穿过所述测量套一端伸入所述主阀体通过连接销轴以及所述测量连接头与所述主阀芯相连接，另一端伸出所述右端盖之外，所述测量套安装在所述右端盖上。

7.根据权利要求6所述的高压大流量二位四通液控换向阀，其特征在于，所述液控换向阀还包括保护罩，所述保护罩安装在测量套上。

8.根据权利要求2所述的高压大流量二位四通液控换向阀，其特征在于，所述左控制油腔设有控制油口X,所述液压油腔分别设置一个进或出油口，所述右控制油腔设有控制油口Y和泄露油口L。

9.根据权利要求8所述的高压大流量二位四通液控换向阀，其特征在于，所述液控换向阀还包括调速阀组，所述调速阀组安装在所述控制油口Y的控制管路中。