CN111306125B - 一种定点限位式多稳态换向阀及其工作位切换方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种定点限位式多稳态换向阀及其工作位切换方法。现有的电磁阀中，仅有双稳态电磁通电阀能够具有两个稳定工作位；本发明包括阀座、阀芯、电磁驱动组件和定点限位机构。阀座上开设有阀芯安置通道。阀芯设置在阀芯安置通道内。所述的阀座上设置有多个油口。阀芯在阀座内具有m个工作位。阀芯通过电磁驱动组件驱动。定点限位机构共有m个。本发明通过各个定点限位机构对阀芯进行限位，使得换向阀处于各个工作位时均不需要消耗电能，仅在切换时需要消耗电能，大大降低了电磁阀的使用成本；并且，克服了现有电磁换向阀中电磁铁需要长时间保持通电易发生损坏的缺陷，提高了换向阀的使用寿命。

Description

一种定点限位式多稳态换向阀及其工作位切换方法
技术领域
本发明属于电磁阀技术领域，具体涉及一种定点限位式多稳态换向阀及其工作位切换方法。
背景技术
现有的电磁换向阀中，仅有一个不需要消耗电能的稳定工作位，而电磁换向阀处于非稳定工作位时，电磁铁需要持续通电消耗电能。这大大提高了电磁换向阀的使用成本；现有的电磁阀中，仅有双稳态电磁通电阀能够具有两个稳定工作位；但是，对于换向阀而言，往往需要有三个或三个以上的工作位，以满足使用要求。因此，设计一种所有工作位均为稳定工作位的换向阀十分重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种定点限位式多稳态换向阀及其工作位切换方法。
本发明提供的第一种定点限位式多稳态换向阀，包括阀座(1)、阀芯(2)、电磁驱动组件和定点限位机构(7)。所述的阀座(1)上开设有阀芯安置通道。阀芯(2)设置在阀芯安置通道内。所述的阀座(1)上设置有多个油口。阀芯(2)在阀座(1)内具有m个工作位。阀芯(2)通过电磁驱动组件驱动。
所述的定点限位机构(7)共有m个。阀座(1)上开设有m个限位安置槽。m个限位安置槽沿着阀芯安置通道的长度方向依次排列。定点限位机构(7)包括限位电磁铁(7-1)、外推弹簧(7-2)、限位受吸块(7-3)和限位挡块(7-4)。限位电磁铁(7-1)、外推弹簧(7-2)、限位受吸块(7-3)、限位挡块(7-4)在对应限位安置槽中按照由外向内的顺序依次排列。限位电磁铁(7-1)与限位安置槽固定。限位受吸块(7-3)与限位挡块(7-4)的内端固定。外推弹簧(7-2)的两端分别抵住限位受吸块(7-3)、限位挡块(7-4)。限位挡块(7-4)与限位安置槽构成滑动副，并限制限位挡块(7-4)的外极限位置。限位挡块(7-4)处于外极限位置的状态下，限位挡块(7-4)的外端伸入阀芯安置通道内对阀芯进行限位。限位挡块(7-4)处于内极限位置的状态下，限位挡块(7-4)的外端退出阀芯安置通道。电磁驱动组件断电的状态下，阀芯(2)抵住其中一个定点限位机构(7)的限位挡块(7-4)。阀芯(2)分别受到m个定点限位机构(7)限位时，阀芯分别处于m个工作位上。
作为优选，所述的电磁驱动组件包括第一电磁铁(3)和移动永磁体(5)。所述的第一电磁铁(3)为失电型电磁铁；第一电磁铁(3)固定在阀芯安置通道的一端。移动永磁体(5)固定在阀芯(2)朝向第一电磁铁(3)的那端。在第一电磁铁(3)不通电的状态下，移动永磁体(5)与第一电磁铁(3)的相对端磁极极性相同。
作为优选，所述的电磁驱动组件还包括第二电磁铁(4)和移动受吸块(6)。第二电磁铁(4)与固定在阀芯安置通道远离第一电磁铁(3)的那端。阀芯(2)位于第一电磁铁(3)与第二电磁铁(4)之间。移动受吸块(6)与阀芯(2)靠近第二电磁铁(4)的那端固定。
作为优选，所述第一电磁铁(3)的内端端部设置有缓冲环。
作为优选，所述的电磁驱动组件包括第一电磁铁(3)、移动受吸块(6)和阀芯定位弹簧(8)。第一电磁铁(3)固定在阀芯安置通道的一端。移动受吸块(6)固定在阀芯(2)朝向第一电磁铁(3)的那端。第一电磁铁(3)与移动受吸块(6)之间设置有阀芯定位弹簧(8)。
作为优选，所述阀芯(2)在阀座(1)内的工作位数量m＝3；所述的阀座(1)上的油口数量为四个，分别为进油口、回油口、第一工作油口和第二工作油口。阀芯(2)处于第一个工作位下，进油口和第一工作油口连通，回油口和第二工作油口连通；阀芯(2)处于第二个工作位下，进油口和第二工作油口连通，回油口和第一工作油口连通；阀芯(2)处于第三个工作位下，进油口和回油口连通，第一工作油口和第二工作油口均截止。
该定点限位式多稳态换向阀的工作位切换方法，具体如下：
步骤一、电磁驱动组件通电，使得阀芯与各定点限位机构(7)分离。
步骤二、将m个定点限位机构(7)按照由远离第一电磁铁到靠近第一电磁铁的顺序依次排序；若阀芯需要移动到第i个工作位，则第i+1个定点限位机构(7)至和第m个定点限位机构(7)内限位电磁铁(7-1)均通电，限位挡块(7-4)缩回。i＝1,2,…或m-1。若阀芯需要移动到第m个工作位，则m个定点限位机构(7)内限位电磁铁(7-1)均不通电。
步骤三、电磁驱动组件断电，阀芯向各定点限位机构(7)移动。阀芯抵住未缩回的限位挡块(7-4)中最靠近第一电磁铁(3)的限位挡块(7-4)。
步骤四、各定点限位机构(7)内限位电磁铁(7-1)均断电，限位挡块(7-4)推出。
本发明提供的第二种定点限位式多稳态换向阀，包括阀座(1)、阀芯(2)、电磁驱动组件和定点限位机构(7)。所述的阀座(1)上开设有阀芯安置通道。阀芯(2)设置在阀芯安置通道内。所述的阀座(1)上设置有多个油口。阀芯(2)在阀座(1)内具有m个工作位。阀芯(2)通过电磁驱动组件驱动。
所述的定点限位机构(7)共有m个。阀座(1)上开设有m个限位安置槽。m个限位安置槽沿着阀芯安置通道的长度方向依次排列。定点限位机构(7)包括限位电磁铁(7-1)、限位永磁体(7-5)和限位挡块(7-4)。限位电磁铁(7-1)、限位永磁体(7-5)、限位挡块(7-4)在对应限位安置槽中按照由外向内的顺序依次排列。限位电磁铁(7-1)与限位安置槽固定。限位永磁体(7-5)与限位挡块(7-4)的内端固定。限位挡块(7-4)与限位安置槽构成滑动副，并限制限位挡块(7-4)的外极限位置。限位电磁铁(7-1)采用失电型电磁铁。限位电磁铁(7-1)不通电的状态下，限位电磁铁(7-1)与限位永磁体(7-5)的相对端磁极极性相同。限位挡块(7-4)处于外极限位置的状态下，限位挡块(7-4)的外端伸入阀芯安置通道内对阀芯进行限位。限位挡块(7-4)处于内极限位置的状态下，限位挡块(7-4)的外端退出阀芯安置通道。电磁驱动组件断电的状态下，阀芯(2)抵住其中一个定点限位机构(7)的限位挡块(7-4)。阀芯(2)分别受到m个定点限位机构(7)限位时，阀芯分别处于m个工作位上。
本发明具有的有益效果是：
1.本发明通过各个定点限位机构对阀芯进行限位，使得换向阀处于各个工作位时均不需要消耗电能，仅在切换时需要消耗电能，大大降低了电磁阀的使用成本；并且，克服了现有电磁换向阀中电磁铁需要长时间保持通电易发生损坏的缺陷，提高了换向阀的使用寿命。
2.本发明通过电磁力或弹簧力驱动阀芯的往复移动，操作简单且成本较低。
3.本发明实施例1中失电型的第一电磁铁断电时对阀芯产生斥力，保证阀芯在工作位上保持稳定，通电时对阀芯产生吸力，实现阀芯的驱动，结构简单且性能稳定；并且，第一电磁铁内端的缓冲环能够有效避免第一电磁铁因冲击导致的损坏。
附图说明
图1为本发明实施例1在第一工作位下的剖视图；
图2为图1中A部分的局部放大图；
图3为本发明实施例1在第二工作位下的剖视图；
图4为本发明实施例1在第三工作位下的剖视图；
图5为本发明实施例2的剖视图；
图6为本发明实施例3、4中定点限位机构的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1所示，一种定点限位式多稳态换向阀，包括阀座1、阀芯2、第一电磁铁3、第二电磁铁4、移动永磁体5、移动受吸块6和定点限位机构7。第一电磁铁3及第二电磁铁4均为失电型电磁铁；失电型电磁铁在不通电的情况下有磁性，通电后磁性消失。移动受吸块6采用磁性材料(能够被磁化的材料)。阀座1上开设有阀芯安置通道。第一电磁铁3、第二电磁铁4分别固定在阀芯安置通道的两端。第一电磁铁3的内端端部设置有缓冲环。阀芯2呈长条形，且与阀芯安置通道构成滑动副。阀芯2位于第一电磁铁3与第二电磁铁4之间。移动永磁体5、移动受吸块6与阀芯2的两端分别固定。移动永磁体5的外端朝向第一电磁铁3；移动受吸块6的外端朝向第二电磁铁4；在第一电磁铁3及第二电磁铁4不通电的状态下，移动永磁体5与第一电磁铁3的相对端磁极极性相同，相互产生排斥力。第二电磁铁4对移动受吸块6产生吸引力。因此，阀芯2在第一电磁铁3、第二电磁铁4的作用下受到朝向第二电磁铁4的力。移动永磁体5、移动受吸块6的侧面上设置有密封圈，使得阀芯2内通过的液压介质不会流到移动永磁体5、移动受吸块6以外的位置。
如图1、3和4所示，阀座1上开设有进油口P、回油口T、第一工作油口A和第二工作油口B。阀芯2在阀座1内具有三个工作位。阀芯2处于第一个工作位下，进油口P和第一工作油口A连通，回油口T和第二工作油口B连通，具体如图1所示；阀芯2处于第二个工作位下，进油口P和回油口T连通，第一工作油口A和第二工作油口B均截止，具体如图3所示。阀芯2处于第三个工作位下，进油口P和第二工作油口B连通，回油口T和第一工作油口A连通，具体如图4所示；阀芯2和阀座1中的流道设计属于现有技术，具体如图1、3和4所示，在此不作赘述。阀芯2在第一、二、三个工作位时，与第电磁铁的间距依次减小。
如图1和2所示，定点限位机构7共有m个，m＝3。阀座1上开设有m个限位安置槽。m个限位安置槽沿着阀芯安置通道的长度方向依次排列，且均位于阀芯安置通道靠近第二电磁铁4的那端。m个限位安置槽的内端均设置有连通阀芯安置通道的阶梯口。各限位安置槽内均安装有定点限位机构7。三个定点限位机构7能够分别将阀芯限定在三个工作位上，实现工位的切换。
定点限位机构7包括限位电磁铁7-1、外推弹簧7-2、限位受吸块7-3和限位挡块7-4。限位电磁铁7-1、外推弹簧7-2、限位受吸块7-3、限位挡块7-4在对应限位安置槽中按照由外向内的顺序依次排列。限位电磁铁7-1与限位安置槽固定。限位受吸块7-3与限位挡块7-4的内端固定。外推弹簧7-2的两端分别抵住限位受吸块7-3、限位挡块7-4。限位挡块7-4与限位安置槽构成滑动副。限位挡块7-4的内端呈阶梯状，与限位安置槽内端的阶梯口对应，形成对限位挡块7-4外极限位置的限定。
限位电磁铁7-1通电时，限位电磁铁7-1对限位受吸块7-3产生吸力，压缩外推弹簧7-2，使得限位受吸块7-3移动到内极限位置。限位电磁铁7-1断电时，限位电磁铁7-1对限位受吸块7-3的吸力，限位受吸块7-3在外推弹簧7-2的弹力下推出。
限位挡块7-4处于外极限位置的状态下，限位挡块7-4的外端伸入阀芯安置通道内对阀芯进行限位。限位挡块7-4处于内极限位置的状态下，限位挡块7-4的外端退出阀芯安置通道，不再对阀芯进行限位。
该定点限位式多稳态换向阀的工作位切换方法，具体如下：
初始状态下，第一电磁铁3、第二电磁铁4及三个限位电磁铁7-1均断电；第一电磁铁3对移动永磁体5产生斥力，第二电磁铁4对移动受吸块6产生吸力；移动受吸块6抵住其中一个定点限位机构7的限位挡块7-4。
步骤一、第一电磁铁3和第二电磁铁4通电，第一电磁铁3对移动永磁体5的斥力及第二电磁铁4对移动受吸块6吸力均消失。移动永磁体5磁化第一电磁铁3上的外壳，使得第一电磁铁3对移动永磁体5产生吸力；阀芯在该吸力的作用下向第一电磁铁3移动至缓冲环处。
步骤二、将三个定点限位机构7按照由远离第一电磁铁到靠近第一电磁铁的顺序依次排序；若阀芯需要移动到第一个工作位，则第二个定点限位机构7和第三个定点限位机构7内限位电磁铁7-1均通电，限位挡块7-4缩回。若阀芯需要移动到第二个工作位，则第三个定点限位机构7内限位电磁铁7-1均通电，限位挡块7-4缩回。若阀芯需要移动到第三个工作位，则三个定点限位机构7内限位电磁铁7-1均不通电。
步骤三、第一电磁铁3和第二电磁铁4均断电；第一电磁铁3对移动永磁体5产生斥力，第二电磁铁4对移动受吸块6产生吸力，带动阀芯向第二电磁铁3移动。移动受吸块6抵住未缩回的限位挡块7-4中最靠近第一电磁铁3的限位挡块7-4，实现阀芯的限位。
步骤四、各定点限位机构7内限位电磁铁7-1均断电，限位挡块7-4推出；若阀芯在第一个工作位或第二个工作位，则部分限位挡块7-4被阀芯挡住，但不影响阀芯的定位；此时，所有电磁铁均断电，换向阀处于不需要消耗能量的稳定状态。
实施例2
如图5所示，一种定点限位式多稳态换向阀，包括阀座1、阀芯2、第一电磁铁3、移动受吸块6、阀芯定位弹簧8和定点限位机构7。阀座1、阀芯2和定点限位机构7的结构及相对位置与实施例1相同。
第一电磁铁3固定在阀芯安置通道的一端。移动受吸块6固定在阀芯2朝向第一电磁铁3的那端。第一电磁铁3采用得电型电磁铁，通电时产生磁场，对移动受吸块6产生吸力。第一电磁铁3与移动受吸块6之间设置有阀芯定位弹簧8。
该定点限位式多稳态换向阀的工作位切换方法与实施例1中的工作位切换方法相近，区别仅在于：步骤二中第一电磁铁3通电，移动受吸块6在第一电磁铁3的吸力下移动，带动阀芯复位。步骤三中第一电磁铁3断电，阀芯在弹簧的弹力推动下抵住其中一个限位挡块7-4。
实施例3
一种定点限位式多稳态换向阀，本实施例中的定点限位机构7与实施例1中的定点限位机构7不相同，其余完全相同。
如图6所示，本实施例中的定点限位机构7包括限位电磁铁7-1、限位永磁体7-5和限位挡块7-4。限位电磁铁7-1、限位永磁体7-5、限位挡块7-4在对应限位安置槽中按照由外向内的顺序依次排列。限位电磁铁7-1与限位安置槽固定。限位永磁体7-5与限位挡块7-4的内端固定。限位挡块7-4与限位安置槽构成滑动副。限位挡块7-4的内端呈阶梯状，与限位安置槽内端的阶梯口对应，形成对限位挡块7-4外极限位置的限定。
限位电磁铁7-1采用失电型电磁铁，在不通电的情况下有磁性，对限位永磁体7-5产生斥力，使得限位挡块7-4处于外极限位置；通电后磁性消失，限位永磁体7-5对限位电磁铁7-1产生吸力。因此，当限位电磁铁7-1通电时，限位挡块7-4缩回；当限位电磁铁7-1断电时，限位挡块7-4推出。
实施例4
本实施例与实施例2的区别在于：定点限位机构7与实施例3中所述的定点限位机构7相同；其余结构与实施例2相同。

Claims (8)

1.一种定点限位式多稳态换向阀，包括阀座(1)、阀芯(2)和电磁驱动组件；其特征在于：还包括定点限位机构(7)；所述的阀座(1)上开设有阀芯安置通道；阀芯(2)设置在阀芯安置通道内；所述的阀座(1)上设置有多个油口；阀芯(2)在阀座(1)内具有m个工作位；阀芯(2)通过电磁驱动组件驱动；
所述的定点限位机构(7)共有m个，m＝3；阀座(1)上开设有m个限位安置槽；m个限位安置槽沿着阀芯安置通道的长度方向依次排列；定点限位机构(7)包括限位电磁铁(7-1)、外推弹簧(7-2)、限位受吸块(7-3)和限位挡块(7-4)；限位电磁铁(7-1)、外推弹簧(7-2)、限位受吸块(7-3)、限位挡块(7-4)在对应限位安置槽中按照由外向内的顺序依次排列；限位电磁铁(7-1)与限位安置槽固定；限位受吸块(7-3)与限位挡块(7-4)的内端固定；外推弹簧(7-2)的两端分别抵住限位受吸块(7-3)、限位电磁铁(7-1)；限位挡块(7-4)与限位安置槽构成滑动副，并限制限位挡块(7-4)的外极限位置；限位挡块(7-4)处于外极限位置的状态下，限位挡块(7-4)的外端伸入阀芯安置通道内对阀芯进行限位；限位挡块(7-4)处于内极限位置的状态下，限位挡块(7-4)的外端退出阀芯安置通道；电磁驱动组件断电的状态下，阀芯(2)抵住其中一个定点限位机构(7)的限位挡块(7-4)；阀芯(2)分别受到m个定点限位机构(7)限位时，阀芯分别处于m个工作位上。
2.一种定点限位式多稳态换向阀，包括阀座(1)、阀芯(2)和电磁驱动组件；其特征在于：还包括定点限位机构(7)；所述的阀座(1)上开设有阀芯安置通道；阀芯(2)设置在阀芯安置通道内；所述的阀座(1)上设置有多个油口；阀芯(2)在阀座(1)内具有m个工作位；阀芯(2)通过电磁驱动组件驱动；
所述的定点限位机构(7)共有m个，m＝3；阀座(1)上开设有m个限位安置槽；m个限位安置槽沿着阀芯安置通道的长度方向依次排列；定点限位机构(7)包括限位电磁铁(7-1)、限位永磁体(7-5)和限位挡块(7-4)；限位电磁铁(7-1)、限位永磁体(7-5)、限位挡块(7-4)在对应限位安置槽中按照由外向内的顺序依次排列；限位电磁铁(7-1)与限位安置槽固定；限位永磁体(7-5)与限位挡块(7-4)的内端固定；限位挡块(7-4)与限位安置槽构成滑动副，并限制限位挡块(7-4)的外极限位置；限位电磁铁(7-1)采用失电型电磁铁；限位电磁铁(7-1)不通电的状态下，限位电磁铁(7-1)与限位永磁体(7-5)的相对端磁极极性相同；限位挡块(7-4)处于外极限位置的状态下，限位挡块(7-4)的外端伸入阀芯安置通道内对阀芯进行限位；限位挡块(7-4)处于内极限位置的状态下，限位挡块(7-4)的外端退出阀芯安置通道；电磁驱动组件断电的状态下，阀芯(2)抵住其中一个定点限位机构(7)的限位挡块(7-4)；阀芯(2)分别受到m个定点限位机构(7)限位时，阀芯分别处于m个工作位上。
3.根据权利要求1或2所述的一种定点限位式多稳态换向阀，其特征在于：所述的电磁驱动组件包括第一电磁铁(3)和移动永磁体(5)；所述的第一电磁铁(3)为失电型电磁铁；第一电磁铁(3)固定在阀芯安置通道的一端；移动永磁体(5)固定在阀芯(2)朝向第一电磁铁(3)的那端；在第一电磁铁(3)不通电的状态下，移动永磁体(5)与第一电磁铁(3)的相对端磁极极性相同。
4.根据权利要求3所述的一种定点限位式多稳态换向阀，其特征在于：所述的电磁驱动组件还包括第二电磁铁(4)和移动受吸块(6)；第二电磁铁(4)固定在阀芯安置通道远离第一电磁铁(3)的那端；阀芯(2)位于第一电磁铁(3)与第二电磁铁(4)之间；移动受吸块(6)与阀芯(2)靠近第二电磁铁(4)的那端固定。
5.根据权利要求3所述的一种定点限位式多稳态换向阀，其特征在于：所述第一电磁铁(3)的内端端部设置有缓冲环。
6.根据权利要求1或2所述的一种定点限位式多稳态换向阀，其特征在于：所述的电磁驱动组件包括第一电磁铁(3)、移动受吸块(6)和阀芯定位弹簧(8)；第一电磁铁(3)固定在阀芯安置通道的一端；移动受吸块(6)固定在阀芯(2)朝向第一电磁铁(3)的那端；第一电磁铁(3)与移动受吸块(6)之间设置有阀芯定位弹簧(8)。
7.根据权利要求1或2所述的一种定点限位式多稳态换向阀，其特征在于：所述阀芯(2)在阀座(1)内的工作位数量m＝3；所述的阀座(1)上的油口数量为四个，分别为进油口、回油口、第一工作油口和第二工作油口；阀芯(2)处于第一个工作位下，进油口和第一工作油口连通，回油口和第二工作油口连通；阀芯(2)处于第二个工作位下，进油口和第二工作油口连通，回油口和第一工作油口连通；阀芯(2)处于第三个工作位下，进油口和回油口连通，第一工作油口和第二工作油口均截止。
8.如权利要求1或2所述的一种定点限位式多稳态换向阀的工作位切换方法，其特征在于：步骤一、电磁驱动组件通电，使得阀芯与各定点限位机构(7)分离；
步骤二、将m个定点限位机构(7)按照由远离第一电磁铁到靠近第一电磁铁的顺序依次排序；若阀芯需要移动到第i个工作位，则第i+1个定点限位机构(7)至和第m个定点限位机构(7)内限位电磁铁(7-1)均通电，限位挡块(7-4)缩回；i＝1,2,…或m-1；若阀芯需要移动到第m个工作位，则m个定点限位机构(7)内限位电磁铁(7-1)均不通电；
步骤三、电磁驱动组件断电，阀芯向各定点限位机构(7)移动；阀芯抵住未缩回的限位挡块(7-4)中最靠近第一电磁铁(3)的限位挡块(7-4)；
步骤四、各定点限位机构(7)内限位电磁铁(7-1)均断电，限位挡块(7-4)推出。
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