CN1102463A - 两孔插装式座阀 - Google Patents

Abstract

一种两孔插装式座阀具有一阀套(112)，该阀套 具有提动阀芯(114)的阶梯导孔(180，182)，提动阀 芯(114)具有一活塞凸缘(184)，将导孔的第二孔阶 (182)在轴向上分成端面第一控制腔和环形的第二 控制腔(186和188)。穿过阀套(112)的第一连接通 道(194)将环形的第二控制腔(188)连接于侧向主流 道(30)所通入的环形腔(140)。阀座(144)的和轴向 主通道(146)的自由横截面大致相当于导孔的第一 孔阶(180)的横截面。

Description

本发明涉及一种两孔插装式座阀。

近三十年来，两孔插装式座阀广泛地应用在压力控制，方向阀或止回阀等液压控制技术中。例如，美国克利夫兰1980年12月11日出版的“机械设计Machine Design”第52卷，第28期，第143-147页，大卫·C·道恩斯所著论文“插装式止回阀：液压控制的新选择”中，详细描述了这种插装式阀。德国专利文献DE-A-3619927中也描述了一种两孔插装式座阀。

两孔插装式阀的歧管具有一阶梯孔，第一主流道和第二主流道。所述阶梯孔的第一孔阶连接于所述第一主流道，直径大于第一孔阶的第二孔阶连接于第二主流道。

用来插入这种歧管的典型插装式座阀具有：

a）插入所述阶梯孔的阀套，该阀套具有：

第一端和第二端，

在第一端的第一横截面区域，用于轴向密封地装配入所述第一孔阶中，

第二横截面区域，用于轴向密封地装配入所述第二孔阶中，

所述阀套的所述第一和第二横截面区域之间的中间横截面区域，用于限定一个在所述第二孔阶中的环形腔，当所述阀套插入所述阶梯孔时，所述歧管中的所述第二主流道通入所述环形腔，

一轴向主流孔，它构成在所述阀套的所述第一端中的第一主孔，

在所述阀套的所述中间横截面区域中的至少一个侧向的第二主孔，用于使所述主流孔连接于所述环形腔，以及

在所述第一和第二主孔之间的所述主流孔中的一个阀座，

b）一个具有第一端和第二端的提动阀芯，所述提动阀芯装配在阀套中以便在其中轴向位移，在所述提动阀芯的第一端有一个与所述阀座配合的封闭锥，

c）与所述提动阀芯配合的封闭弹簧，该弹簧在所述提动阀芯上作用一个封闭力，封闭力指向所述阀座，以及

d）一个阀盖。

为了上述的两孔插装式座阀的互换性目的，阶梯孔的直径和深度，在歧管中的侧向第二主流道的位置，以及阀盖的尺寸连同阀盖紧固螺钉及其控制连接要符合不同的标称阀尺寸的标准，例如，在德国的DIN24342。因此，阀套的外部形状基本是预定的，本专业技术人员几乎没有为使阀适用于不同功能的余地。

现有技术的阀具有一圆柱形的导孔，从阀座轴向穿过阀套直至阀套的第二端。提动阀芯以轴向可位移的方式装配在阀套内的导孔中。在导孔中，由提动阀芯的第二端轴向限定一控制腔。在该控制腔中，提动阀芯的第二端相应地构成一控制压力面。该控制压力面具有一有效压力面积SX，它等于导孔的横截面积。

导孔的可能的最大横截面积是由阀套在其中间横截面区域的最小必要壁厚和环形腔在第二主孔区域的必要自由横截面来给定的。因此，最大控制面SX，提动阀芯的最大横截面以及阀座的最大自由横截面同样是固定的。当然，阀座的自由横截面SA必须小于封闭锥的横截面，封闭锥的横截面又不能大于导孔的横截面。

阀座具有最大自由横截面SA的上述两孔插装式座阀用作压力控制阀。在这种压力控制应用场合中，阀应该具有最大的流量。由导孔的横截面固定的控制面SX大致相当于阀座的自由横截面SA，对于大多数压力控制功能来说，这确实是合乎要求的。

但是，上述种类的两孔插装式座阀也可用作开关功能的液控两/两孔方向阀（Pilot-controlled two/two-port directional valve）。对于这种应用场合，阀座的最大自由横截面SA减小大约35%至50%，以便减小作用在提动阀芯上的，在打开方向上的静液压力，并使阀具有尽可能与第一主流道中的压力浮动无关的开关性能。这就是说，阀的流量也减小大约35%至50%，即阀中接受了增大的压力损失。

本发明的目的在于提供一种前述类型的两孔插装式座阀，它能很好地用作两/两孔方向阀，具有开关功能，而且具有高的流量。

按照本发明，上述目的是通过上述两孔插装式座阀实现的，其中：

所述阀具有一提动阀芯的阶梯导孔，所述导孔的第一孔阶在中间横截面区域中从阀座沿着朝向阀套的第二端的方向延伸，并且在该区域具有可能的最大横截面，所述导孔的第二孔阶基本在阀套的第二横截面区域内延伸，并且其横截面大于导孔的第一孔阶的横截面，

提动阀芯的第二端具有一活塞凸缘，该活塞凸缘将导孔的第二孔阶在轴向上分成一个端面第一控制腔和一个环形的第二控制腔，

一个穿过阀套的第一连接通道将环形的第二控制腔连接于所述环形腔，以及

阀座的和所述轴向主流孔的自由横截面大致相当于导孔的第一孔阶的横截面。

如果按照本发明的阀用作两/两孔方向阀，以便液控地堵住或放泄在第一和第二主流孔之间的液压油流，那么，环形的第二控制腔通过第一连接通道和环形腔承受第二主流道中的低压力PB。然后，如果第一控制腔承受一个大致相当于第一主流道中的压力PA的控制压力PX，那么，第一控制腔的较大横截面将产生一个静液压封闭力，有利地补充了封闭弹簧的封闭力。

当然，导孔的第二孔阶的最大横截面积，是由以轴向密封方式装在第二孔阶中的第二横截面区域中的阀套的壁厚来确定的。在大多数情况下，导孔的第二孔阶的横截面积可比导孔的第一孔阶增加大约100%。

延伸至阀座的，导孔的第一孔阶，按照本发明，具有可装纳在阀套的中间横截面区域中的可能的最大横截面。这个可能的最大横截面一方面取决于在该区域中阀套的最小壁厚，另一方面，取决于环形腔的必要自由横截面。由于按照本发明，阀座的和主流孔的自由横截面大致相当于导孔的第一孔阶的横截面，因而阀具有高的流量。

一方面由于在封闭位置上附加的静液压封闭力，另一方面由于在打开位置上低的压力损失，按照本发明的阀可以极好地用作液控两/两孔方向阀，以实现开关功能。

在按照本发明的阀的第一推荐实施例中，一节流阀插装在第一连接通道内，以便影响提动阀芯的封闭和打开运动。在现有技术的阀中，这种节流阀则只能插装在阀盖中的控制油孔中。

在本发明的第二推荐实施例中，阀具有一条第二连接通道，该通道通过所述活塞凸缘在所述第一和第二控制腔之间延伸。在第一种应用中，只要将第一连接通道封闭，该阀即可用作液控压力控制阀。作用在封闭方向上的净控制压力面大致相当于阀座的自由横截面。在第二连接通道中插装节流阀，在大多数情形中对用作压力控制阀的该阀的动态性能都有很好的效果。在第二种应用中，该阀用作止回阀，第一和第二连接通道都打开，因此，在第二主流道中的较高压力会使阀闭合。

在按照本发明的阀的第三实施例中设有一条第三连接通道。第三连接通道位于提动阀芯的第一端中，从提动阀芯的端面伸入第二控制腔。通过封闭节二连接通道，第二主流道中较高压力可抵抗第一主流道中的较低压力和封闭弹簧的封闭力将阀打开。

因此按照本发明的阀有许多可能的应用场合，本说明书中只例举其中几个。按照本发明的阀最适用于那些功能变化很多的场合，而且对阀套或提动阀芯无需作费钱费力的变动。

在第二端的所述活塞凸缘同样也有结构上的显著优点。如果提动阀芯具有一轴向孔以形成装入封闭弹簧的弹簧腔，那么，在活塞凸缘区域，提动阀芯的壁厚将显著地大于提动阀芯其它区域的壁厚。因此，在活塞凸缘上可为密封件设置较深的环形槽。

例如，上述密封件可由一O形环和一滑环构成，两者都可布置在上述环形槽中。上述密封环组合具有极好的密封性能和很长的工作寿命。但是由于现有技术的阀中，在该区域提动阀芯的壁厚不足，因而不能应用上述密封环组合。

为了更好地理解本发明，现对照以下附图详述现有技术和本发明的推荐实施例。

图1和2分别是现有技术的两孔插装式座阀的剖视图;

图3是按照本发明的两孔插装式座阀的第一推荐实施例;

图4是按照本发明的两孔插装式座阀的第二推荐实施例。

现对照图1描述两孔插装式座阀10的典型结构。阀10主要具有一个阀套12，一个提动阀芯14，一个封闭弹簧16和一个阀盖18。阀套12装在歧管20中，歧管20具有一阶梯孔，阶梯孔具有第一孔阶22和第二孔阶24。第二孔阶24，其口部在歧管20的连接面26上，其直径大于第一孔阶22的直径。

在歧管20中液压油的第一主流道28共轴地敞开于第一孔阶22中。在歧管20中的第二主流道30从侧向通入第二孔阶24。

阀盖18例如通过紧固螺钉（未画）安装在连接面26上，并可以具有一个或多个控制油路连接32。

为了保证这种多用途两孔阀的互换性，孔阶22和24的直径和深度，阀盖18的尺寸和位置，阀盖紧固螺钉的位置，阀盖18上的控制油路连接32的位置，以及侧向的第二主流道30的位置，作为阀的标称尺寸的函数，都是标准化的（例如德国的DIN24342）。

由于两个孔阶22和24的直径和深度以及歧管20中侧向第二主流道30的位置都是标准化的，所以，阀套12的外部形状大体上是固定的，不能进一步变化。因此，阀套12必须在其第一端具有直径相应于第一孔阶22的第一横截面区域34，因而可以，通过一个或多个第一密封件35轴向密封，装配在所述第一孔阶22中。阀套12还具有直径相应于第二孔阶24的第二横截面区域36，因而可以，通过一个或多个第二密封件37轴向密封，装配在所述第二孔阶24中。阀套12的第一和第二横截面区域34和36通过中间横截面区域38相连接。区域38的设计使得它在第二孔阶24中限定了一个包围阀套的环形腔40。环形腔40在轴向上，一端由装配在第一孔阶22中的第一外横截面区域34所限定，而在另一端由装配在第二孔阶24中的第二外横截面区域36所限定。

现有技术的阀套12具有一轴向导孔42，导孔42从阀套12的第二端延伸至阀座44。在阀套12的导孔42中装配着圆柱形提动阀芯14，可在其内在阀座44和阀盖18之间轴向位移。在阀座44正下方，阀套12具有一轴向主通道46，它在阀套第一端的端面构成轴向第一主孔48。在中间横截面区域38，在阀座44上方，阀套12具有若干侧向第二主孔50，用于将主孔48连接于环形腔40。

圆柱形提动阀芯14在其第一端具有与阀座44配合的封闭锥52。封闭弹簧16在提动阀芯14上作用一个朝向阀座44的封闭力。封闭弹簧16插入提动阀芯14内的内部轴向弹簧腔56中，并由其自由端支承在阀盖18上。

一控制油腔58在导孔42内由提动阀芯14的第二端轴向限定。因此，提动阀芯14具有一个相应于导孔42的横截面的控制压力面60。控制油腔58通过阀盖18内的控制油孔62连接于控制油路连接32。

在图1所示的实例中，阀座44的以及轴向主通道46的自由横截面大致相当于控制油腔58中的提动阀芯14的控制压力面60。该实例一般作为压力控制阀的两孔阀而应用。在阀中的液压油的压力损失减少的原因是阀座44的横截面为尽可能地大。

但是，如果图1所示两孔阀10用作具有开关功能的液控双/双孔方向阀two/two-port dcrectional valve），那么，相应于阀座44的大的自由横截面的，封闭锥52的大横截面对于阀的动作具有不利影响。按照现有技术，有一种具有开关功能的图2所示实例。图2所示的阀10′与图1所示的阀10的唯一区别在于，阀座44′的自由横截面减小了大约40%，提动阀芯12′的封闭锥52′也相应变化。当阀用作具有开关功能的两/两孔方向阀时，阀座44′横截面的上述减小可大大改善阀的性能。

图3表示按照本发明的两孔阀110的第一推荐实施例。两孔阀110插入图1所示的歧管20，歧管20在此不再赘述。象图1所示的两孔阀一样，阀110也有一阀套112，一提动阀芯114，一封闭弹簧116和一阀盖118。

阀套112具有一个第一横截面区域134，一个第二横截面区域136和一个中间横截面区域138，它们在结构和功能上分别相应于阀套12的相应区域34，36和38，因而不再赘述。象图1所示一样，一环形腔140在歧管20的第二孔阶24中由中间横截面区域138形成。一轴向第一主孔148位于阀套112的第一端的端面上。

侧向第二主孔150在阀套112的中间横截面区域138绕圆周布置，这些侧向主孔150与环形腔140形成一个具有尽可能大的自由横截面的连接。在阀套112中，轴向第一主孔148由一轴向主通道146延伸。阀座144位于轴向第一主孔148和侧向第二主孔150之间的主通道146中。

提动阀芯114的第一导孔180在中间横截面区域138内从阀座144向阀套112第二端的方向延伸。侧向第二主孔150通入第一导孔180，提动阀芯114的圆柱形第一端以轴向位移的方式在导孔180中被导向。提动阀芯114的第一端在端面上有一封闭锥152，与阀座114配合。

阀套112的下部和提动阀芯114的设计使得通过打开的阀110的主流的压力损失尽可能小。这种压力损失一方面取决于环形腔140的，特别是在侧向第二主孔150的区域中的自由横截面，另一方面则取决于阀座144的，或主通道146的自由横截面。为了减小环形腔140中的压力损失，侧向第二主孔150区域的阀套112的外径大约等于第一孔阶22的直径。在该区域，环形腔140的自由横截面区域相应地等于第一和第二孔阶22和24之差。第一导孔180在该区域的阀套112的最小必要的壁厚导致提动阀芯114的，或封闭锥52的可能的最大横截面，因而也导致阀座144的最大自由横截面。

图1所示现有技术的阀设计和图3所示新颖的阀设计之间的基本差别在于：阀套112具有与阶形横截面区域134，136和138相配的提动阀芯114的阶梯导孔。第二导孔182基本在阀套的第二横截面区域136中延伸，并具有大于第一导孔180的横截面积。在图3所示实施例中，第二导孔182的横截面可以比第一导孔180大（例如）大约60%至100%。可能的最大横截面取决于在第二横截面区域136中阀套112的最小壁厚。第二导孔182在轴向上，一端由阀盖118限定和密封，另一端的密封则由在第一导孔180中的提动阀芯的圆柱形第一端实现。

提动阀芯114的第二端具有一活塞凸缘184。活塞凸缘184以可轴向位移的方式装配在第二导孔182中，并将导孔182在轴向上分成端面第一控制腔和环形第二控制腔186和188。因此，活塞凸缘184在其端面具有一个第一控制压力面190，其面积相当于第二导孔182的横截面，因而比提动阀芯114的相对端面大大约60%至100%。环形的和反向作用的第二控制压力面192由活塞凸缘184形成于第二控制腔188中。环形的第二控制压力面192的面积相当于第一和第二导孔180和182的横截面积之差。第一控制腔186借助穿过阀套112的壁的一条第一连接通道194连接于环形腔140。

图3所示的阀110适宜用作具有开关功能的液控两/两孔方向阀。

第一控制腔186通过控制油孔162受控制压力PX作用。当阀110处于闭合位置时，环形第二控制腔188通过第一连接孔194承受第二主流道30的压力PB。

当第二导孔182的横截面比第一导孔180的横截面大大约60%至100%时，在相同的控制压力PX下，作用在提动阀芯上的静液压封闭力要大于图1所示阀中的静液压封闭力。例如，如果第二主流道30被减压，那么，在同一控制压力PX下，作用在提动阀芯上的静液压封闭力比图1所示阀中的静液压封闭力大1.6至2倍。但是，为了在图2所示现有技术的阀中，在相同的控制压力PX下，在闭合位置上产生相同的静液压封闭力，当阀10′打开时就必须多承受至少40%的压力损失，这是由于阀座44′的自由横截面被减小的缘故。

第一连接通道194最好是一种在结构上可插入一节流阀196的孔道（例如在孔道内的一内螺纹中旋入）。借助这种节流阀，第一连接通道可被节流，使提动阀芯114的打开和闭合运动放慢。在图1或2所示的现有技术的阀的情况中，则不能用这种方式影响提动阀芯14或14′的打开和闭合运动，节流阀只可装在盖18中的控制孔62中，因而提动阀芯14或14′的运动只能放慢有限的程度，这是由于实际上规定了最小的节流孔，以便防止被固体颗粒堵塞。但是，在图3和4所示的阀中，在控制孔162中的节流阀的作用由在第一连接通道194中的节流阀的作用所补充，这是很有利的。

通过一种与图1相似的方式，图3中的提动阀芯114具有装入封闭弹簧116的轴向弹簧腔156，弹簧116的第二端支承在阀盖118上。图3所示的阀的另一个优点是在活塞凸缘184区域中的内部的弹簧腔156的壁厚增加的结果，在增加的壁厚中有可能设置较深的至少一条环形槽198，而不致严重削弱横截面。在环形槽198中则有可能设置要求较深安装厚度的可靠的密封件（例如，包括内O形环202和保护O形环202的外滑环200的一个密封环组合）。在图1或2所示的现有技术的阀的情形中，由于壁厚小，只能在小深度的环形槽中安装简单的O形环，这样效果并不十分满意。由于作用在提动阀芯14，14′上的动态负载，未受保护的O形环的使用寿命确实不尽如人意。

如果按照本发明的阀准备用作液控两/两孔方向阀和压力控制阀，那么最好选择图4所示的阀结构。图4所示结构与图3所示结构的区别在于：一条第二连接通道204，在活塞凸缘184中在第一和第二控制面190和192之间延伸。第二连接通道204可由塞子，例如旋入式塞子206封闭。在第二连接通道204中有了旋入式塞子206，则图4所示的阀与图3所示的阀在工作上就没有区别，可用作方向阀。但是，如果在第二连接通道204中除去塞子206，而第一连接通道194由一塞子例如旋入式塞子208封闭，那么在封闭方向上作用的阀110′的净控制面大约等于阀座144的自由横截面，第二控制腔188就与第一控制腔186相连，且环形的第二控制面192可以从端面第一控制面192减去，因此，剩下的有效控制面就相当于第一导孔180的横截面。因此，阀座144的自由横截面和有效控制面在面积上相等，这对于许多液控压力制控阀功能来说是十分理想的。

另外，一阻尼节流阀可插入第二连接孔204，以便阻尼提动阀芯的运动，并且当阀响应时避免振动。在许多应用场合中，在阀盖118的控制油路连接中安装阻尼节流阀并无法达到理想的效果。

在图4的阀110′中使用没有控制油路连接的阀盖，可以用作单向阀如止回阀。如果第一和第二连接孔194和204不由塞子封闭，那么阀则构成一止回阀，从第一主流道28至第二主流道30可自由流动，而反向的流动则被封闭弹簧116和第一控制腔186中的静液压堵住。

如果在提动阀芯的第一端的端面内设置一条第三连接通道210，那么，图4所示的阀的流向可以方便地换向。如图4所示，第三连接通道210在弹簧腔156和提动阀芯114的第一端面之间延伸，因而当阀闭合时使第一主流道28与第一控制腔186相连接。第一和第三连接通道194和210是打开的，第二连接通道204由旋入式塞子206封闭。如果第一主流道28中的压力高于第二主流道30中的压力，则较高的压力通过第一控制面190以及封闭弹簧116使阀堵住。如果第一主流道28中的压力显著低于第二主流道30中的压力，则第二主流道30中的压力通过环形的第二控制面192使阀打开，使液压油可从第二主流道30自由流向第一主流道28。

第三连接通道210也可以用一塞子（例如旋入式塞子212）封闭。

图4所示的阀可以有极为广泛的应用场合而无需作实质性的变动，并且可很好地适用于不同的阀功能。

Claims (9)

1、插入歧管(20)中的两孔插装式座阀，所述歧管具有一阶梯孔，一条第一主流道(28)和一条第二主流道(30)，所述阶梯孔的第一孔阶(22)连接于所述第一主流道(28)，直径大于所述第一孔阶(22)的第二孔阶(24)连接于所述第二主流道(30)，

所述阀具有：

a)插装在所述阶梯孔中的一阀套(112)，所述阀套具有：

第一端和第二端，

在第一端的第一横截面区域(134)，用于轴向密封地装配在所述第一孔阶(22)中，

第二横截面区域(136)，用于轴向密封地装配在所述第二孔阶(24)中，

在所述阀套(112)的第一和第二横截面区域(134和136)之间的中间横截面区域，用于在所述第二孔阶(24)中限定一环形腔(140)，在所述歧管(20)中的所述第二主流道(30)当所述阀套(112)插入所述阶梯孔中时通入所述环形腔(140)，

一轴主流孔(146)，构成所述阀套(112)的所述第一端中的第一主孔(148)，

在所述阀套(112)的所述中间横截面区域(138)中的至少一个侧向第二主孔(150)，用于将所述主流孔(146)连接于所述环形腔(140)，以及

在所述第一和第二主孔(148和150)之间的，在所述主流孔(146)中的一个阀座(144)，

b)一个具有第一和第二端的提动阀芯(114)，所述提动阀芯(114)装配在所述阀套(112)中，可在所述阀套中轴向位移，所述提动阀芯(114)的第一端具有与所述阀座(144)配合的一封闭锥(152)，

c)一封闭弹簧(116)，它与所述提动阀芯(114)配合，在所述提动阀芯上作用一个朝向所述阀座(144)的封闭力，以及，

d)一阀盖(118)，

其特征在于，

所述阀套(112)具有所述提动阀芯(114)的阶梯导孔(180，182)，所述导孔的第一孔阶(180)在所述中间横截面区域(138)从所述阀座(144)沿着朝向所述阀套(112)的所述第二端的方向延伸，所述导孔的所述第一孔阶(180)在该区域具有可能的最大横截面，所述导孔的第二孔阶(182)基本在所述阀套(112)的所述第二横截面区域(136)内延伸，并具有大于所述导孔的所述第一孔阶(180)的横截面，

所述提动阀芯(114)在其第二端有一活塞凸缘(184)，所述活塞凸缘将所述导孔的所述第二孔阶(182)在轴向上分成一个端面第一控制腔和一环形的第二控制腔(186和188)，

一条穿过所述阀套(112)的第一连接通道(194)将所述环形的第二控制腔(188)连接于所述环形腔(140)，以及

所述阀座(144)的和所述轴向主流道(146)的所述自由横截面大致相当于所述导孔的所述第一孔阶(180)的横截面。

2、如权利要求1所述的两孔插装式座阀，其特征在于：一节流阀插装入所述第一连接通道（194）。

3、如权利要求1所述的两孔插装式座阀，其特征在于：一条第二连接通道（204）在所述活塞凸缘（184）中在所述第一和第二控制腔（186和188）之间延伸。

4、如权利要求3所述的两孔插装式座阀，其特征在于：一塞子（208）插入所述第一连接通道（194）中。

5、如权利要求4所述的两孔插装式座阀，其特征在于：一节流阀插装在所述第二连接通道（204）中。

6、如权利要求3所述的两孔插装式座阀，其特征在于：一条第三连接通道（210）穿过所述提动阀芯（114）的第一端延伸。

7、如权利要求6所述的两孔插装式座阀，其特征在于：所述第一，第二和第三连接通道（194，204和210）具有内螺纹，用于旋入旋入式塞子或旋入式节流阀。

8、如权利要求1至7中任一项所述的两孔插装式座阀，其特征在于：一弹簧腔（156）轴向设置在所述提动阀芯（114）中，在所述活塞凸缘（184）内为密封件设有一条环形槽（198）。

9、如权利要求8所述的两孔插装式座阀，其特征在于：由一内部O形环（202）和一外部滑环（200）构成的密封环组合设置在所述活塞凸缘（184）的所述环形槽（198）中。

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