CN113090604B - 1d容腔式多功能智控转阀功能模块单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及液压阀类领域，具体涉及一种1D容腔式多功能智控转阀功能模块单元，包括角位移传感器、电机、阀芯、阀套和阀体，阀套上设有环形槽一、环形槽二、轴向槽一和轴向槽二，轴向槽一的一端连接径向贯通孔一，轴向槽二的一端连接径向贯通孔二，当阀套在电机的驱动下旋转某一角度后，阀套上的径向贯通孔一和/或径向贯通孔二与阀芯上的十字通孔连通或者都不连通。本发明优点是：1）单电机直连有利于实现流体控制数字化及控制多样性；2）做为一个模块单元进行组合使用，可实现多种开关阀、换向阀或调节阀的功能，如二位二通阀、二位四通阀、三位四通阀、高频响开关阀、逻辑阀、完全独立负载口控制阀等，符合液压控制的模块化设计发展方向。

Description

1D容腔式多功能智控转阀功能模块单元

技术领域

本发明涉及液压阀类领域，尤其是1D容腔式多功能智控转阀功能模块单元。

背景技术

阀类产品广泛应用于各技术领域的流体控制，二位二通阀是最常见的一种。目前市场上常见的二位二通阀都是采用电磁铁驱动的滑阀结构或锥阀结构。专利申请号为90223667.9的中国实用新型专利公开了一种二位三通、二位二通阀，有顶杆、阀体、阀芯、阀芯弹簧、端堵、密封圈等。这种二位二通阀普遍存在流量小、功能单一、换位时振动大及不易实现数字化控制的问题，其优点是方便组合成多位多通阀。

专利申请号为201110025024.9的中国发明专利公开了一种高频液压转阀，由阀体、阀芯、阀套以及传动轴等零件组成。阀芯上有五段完整圆柱面，其与阀孔形成间隙密封将阀分隔成四个密封区段。第一密封区段功能上相当于一只常规两位四通换向阀，第二至第四密封区段组成一只左位为直通右位为M型滑阀机能的两位四通换向阀。阀芯由控制电机驱动高速旋转，实现油路高频切换，但是这种五段式阀芯负载扭矩大，加工和装配累计误差大，影响控制精度和频响，加工工艺复杂。

早在二十世纪初期，人们就在建筑行业的应用中采用模块化理念提高生产的效率、一致性和可靠性。随着技术的不断发展，越来越多的领域采用了模块化理念进行产品的设计和生产。模块化技术是由产品系列化、组合化、通用化和标准化的需求而孕育的。系列化的目的在于用有限品种和规格的产品最大限度、且较经济合理地满足需求方对产品的要求。组合化是采用一些通用系列部件与较少数量的专用部件、零件组合而成的专用产品。通用化和标准化是借用原有产品的成熟零部件，不但能缩短设计周期，降低成本，而且增加了产品的质量可靠性。因此平台化、模块化的产品是解决定制化生产和批量化生产这对矛盾的有效方法。

申请号为201510260021.1的中国发明专利公开了一种模块化阀门系统，包括阀体和阀芯，阀体包括至少四个用于流体流向转换或者流体混合的端口，阀芯至少为两个，至少两个阀芯可插入到阀体，每个阀芯具有至少一个线性驱动器和一个轴向密封元件。每个轴向密封元件用于开启或关闭对应的两个端口。该模块化阀门系统可扩展到更多数量段端口，且端口可以在入口、出口之间切换，但其阀芯是由线性驱动器驱动的，而不是由旋转驱动器驱动，因此只能起到开关阀的作用，不能起到调节阀的作用。

以二位二通阀作为功能模块单元，并将其应用于传统液压回路的控制中，实现开关和调节的作用，目前未见相关报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种1D容腔式多功能智控转阀功能模块单元，克服现有技术的不足，采用电机与阀芯的直连结构，结构简单、控制灵活，解决现有技术中二位二通阀普遍存在的流量小、功能单一、换位时振动大及不易实现数字化控制的问题；该功能模块单元可做为一个模块单元根据需要进行组合使用，可实现多种开关阀、换向阀或调节阀的功能，满足液压控制回路的模块化设计要求，缩短设计周期，降低成本，提高产品的可靠性。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

技术方案之一：1D容腔式多功能智控转阀功能模块单元，其特征在于，包括角位移传感器、电机、阀芯、阀套、连接套、弹簧挡圈和阀体，阀体的右端经连接套与电机相连接，电机的尾部设有角位移传感器，阀体的安装孔内经阀套与阀芯相连接，阀芯的右端与电机的输出轴相连接，阀芯的左端设有弹簧挡圈，弹簧挡圈与阀套的左端面相抵；

所述阀芯上设有同轴的电机连接端、阀芯定位台肩和阀套配合端，电机连接端与电机的输出轴之间设有配合面，所述配合面最少为一个平面，所述阀芯定位台肩与阀套的右端面相匹配，所述阀套配合端为圆柱体，圆柱体上居中设有一个十字通孔，开孔方向为径向；

所述阀套上设有定位台肩和安装配合端，定位台肩固定于连接套的右端面，安装配合端为空心圆柱体，其外表面与阀体活动配合，其内表面与阀芯活动配合，所述安装配合端的外表面设有环形槽一和环形槽二，环形槽一与阀体上的进口相连通，环形槽二与阀体上的出口相连通，在环形槽一和环形槽二之间的外表面上最少设有两个轴向槽，轴向槽一和轴向槽二绕外表面圆周方向均匀布置，轴向槽一的左端与环形槽一相连通，轴向槽一的右端垂直外表面设有径向贯通孔一，轴向槽二的右端与环形槽二相连通，轴向槽二的左端垂直外表面设有径向贯通孔二，当阀套在电机的驱动下旋转某一角度后，径向贯通孔一和/或径向贯通孔二与阀芯上的十字通孔相连通或者都不连通。

技术方案之二：一种插装式1D容腔式多功能智控转阀功能模块单元，其特征在于，包括角位移传感器、电机、阀芯、阀套、连接套和弹簧挡圈，连接套与电机相连接，电机的尾部设有角位移传感器，电机的出轴与阀芯的右端相连接，阀芯外侧套装有阀套，阀芯的左端设有弹簧挡圈，弹簧挡圈与阀套的左端面相抵；

所述阀芯上设有同轴的电机连接端、阀芯定位台肩和阀套配合端，电机连接端与电机的出轴之间设有配合面，所述配合面最少为一个平面，所述阀芯定位台肩与阀套的右端面相匹配，所述阀套配合端为圆柱体，圆柱体上居中设有一个十字通孔，开孔方向为径向；

所述阀套上设有定位台肩和安装配合端，定位台肩固定于连接套的右端面，安装配合端为空心圆柱体，其内表面与阀芯活动配合，所述安装配合端的外表面设有环形槽一和环形槽二，在环形槽一和环形槽二之间的外表面上最少设有两个轴向槽，轴向槽一和轴向槽二绕外表面圆周方向均匀布置，轴向槽一的左端与环形槽一相连通，轴向槽一的右端垂直外表面设有径向贯通孔一，轴向槽二的右端与环形槽二相连通，轴向槽二的左端垂直外表面设有径向贯通孔二，当阀套在电机的驱动下旋转某一角度后，径向贯通孔一和/或径向贯通孔二与阀芯上的十字通孔相连通或者都不连通。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1）采用电机与阀芯的直连结构，结构简单紧凑，控制灵活，具有高可靠性，针对现有技术中二位二通阀普遍存在的高压流量小、功能单一、换位时振动大及不易实现数字化控制的难题，驱动元件采用步进电机或伺服步进电机，实现流体控制数字化及控制多样性；

2）该功能模块单元可做为一个模块单元根据需要进行组合使用，实现多种规格开关阀、换向阀或调节阀的功能，比如二位四通阀、三位四通阀、高频响开关阀、逻辑阀、完全独立负载口控制阀等，满足液压控制回路的模块化设计要求，缩短设计周期，降低成本，提高产品的可靠性；

3）阀芯和阀套可用金属材料或非金属材料制成，以适用特殊工作介质场合，如：阀芯采用金属陶瓷材质，以适应具有耐腐蚀、耐磨损、耐高温或低温场合。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明1D容腔式多功能智控转阀功能模块单元实施例结构示意图；

图2是图1中沿A-A线剖视图；

图3是图2中沿B-B线剖视图，表现阀芯与阀套的位置状态一，不导通；

图4是图3中阀芯与阀套的位置状态二，部分导通，此时可用于调节流量；

图5是图3中阀芯与阀套的位置状态三，完全导通；

图6是本发明实施例中阀套的外部视图；

图7是图6的左视图；

图8是本发明实施例中阀芯的外部视图；

图9是图8的左视图；

图10是是本发明插装式D容腔式万能控制阀功能模块单元实施例结构示意图；

图11是由两个功能模块单元组合的二位三通换向阀的第一种回路连接形式；

图12是由两个功能模块单元组合的二位三通换向阀的第二种回路连接形式；

图13是由四个功能模块单元组合的三位四通换向阀。

图中：101-角位移传感器；102-电机；103-阀芯；1031-电机连接端；1032-阀芯定位台肩；1033-阀套配合端；1034-十字通孔；104-阀套；1041-定位台肩；1042-安装配合端；105-连接套；106-弹簧挡圈；107-阀体；501-径向贯通孔一；502-径向贯通孔二；503-径向贯通孔三；504-径向贯通孔四；507-进口；508-出口；509-工艺孔一；510-工艺孔二；511-工艺孔三；801-径向环形槽一；802-径向环形槽二；803-轴向槽一；804-轴向槽二。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

见图1-图9，是本发明1D容腔式多功能智控转阀功能模块单元实施例结构示意图，包括角位移传感器101、电机102、阀芯103、阀套104、连接套105、弹簧挡圈106和阀体107，阀体107的右端经连接套105与电机102相连接，电机102的尾部设有角位移传感器101，阀体107的安装孔内经阀套104与阀芯103相连接，阀芯103的右端与电机102的输出轴相连接，阀芯103的左端设有弹簧挡圈106，弹簧挡圈106与阀套104的左端面相抵。

阀芯103上设有同轴的电机连接端1031、阀芯定位台肩1032和阀套配合端1033，电机连接端1031与电机102的出轴之间设有配合面，配合面最少为一个平面，阀芯定位台肩1032与阀套104的右端面相匹配，阀套配合端1033为圆柱体，圆柱体上居中设有一个十字通孔1034，开孔方向为径向。

阀套104上设有定位台肩1041和安装配合端1042，定位台肩固定于连接套105的右端面，安装配合端1042为空心圆柱体，其外表面与阀体107活动配合，其内表面与阀芯103活动配合，安装配合端1042的外表面设有环形槽一801和环形槽二802，环形槽一801与阀体107上的进口507相连通，环形槽二802与阀体107上的出口508相连通，在环形槽一801和环形槽二802之间的外表面上最少设有两个轴向槽，轴向槽一803和轴向槽二804绕外表面圆周方向均匀布置，轴向槽一803的左端与环形槽一801相连通，轴向槽一803的右端垂直外表面设有径向贯通孔一501，轴向槽二804的右端与环形槽二802相连通，轴向槽二804的左端垂直外表面设有径向贯通孔二502，当阀套在电机的驱动下旋转某一角度后，径向贯通孔一501和/或径向贯通孔二502与阀芯103上的十字通孔1034相连通或者都不连通；阀体107是一个中间开孔的长方体或正方体，其外侧开设有进口507和出口508，其里孔的内表面设有工艺孔一509和工艺孔二510，进口507与工艺孔一509相连通，其右侧面设有工艺孔三511，工艺孔三511使出口508和工艺孔二510相连通。电机102为伺服电机、伺服步进电机或旋转电磁铁中的任一种均可。

阀套104上绕圆周方向还均匀设有径向贯通孔三503和径向贯通孔四504，当阀套在电机的驱动下旋转某一角度后，径向贯通孔三503和径向贯通孔四504与阀芯103上的十字通孔1034相连通或者都不连通。通过精确地控制电机的旋转角度，可以得到对控制的快速响应，并且通过对流道口径的控制实现流量调节，起到调节阀的作用。

实施例中，电机102和阀芯103可以为分体结构或一体式结构，一体式结构使结构进一步简化，更具有应用前景。为了提高耐腐蚀性和通用性，阀芯103为陶瓷材料制成。当然也可以根据介质的不同选用其他材料。

见图10，是本发明插装式1D容腔式多功能智控转阀功能模块单元实施例结构示意图，包括角位移传感器101、电机102、阀芯103、阀套104、连接套105和弹簧挡圈106，连接套105与电机102相连接，电机102的尾部设有角位移传感器101，电机102的输出轴与阀芯103的右端相连接，阀套104内设有阀芯103，阀芯103的左端设有弹簧挡圈106，弹簧挡圈106与阀套104的左端面相抵；阀芯103上设有同轴的电机连接端1031、阀芯定位台肩1032和阀套配合端1033，电机连接端1031与电机102的出轴之间设有配合面，配合面最少为一个平面，阀芯定位台肩1032与阀套104的右端面相匹配，阀套配合端1033为圆柱体，圆柱体上居中设有一个十字通孔1034，开孔方向为径向；阀套104上设有定位台肩1041和安装配合端1042，定位台肩固定于连接套105的右端面，安装配合端1042为空心圆柱体，其内表面与阀芯103活动配合，安装配合端1042的外表面设有环形槽一801和环形槽二802，在环形槽一801和环形槽二802之间的外表面上最少设有两个轴向槽，轴向槽一803和轴向槽二804绕外表面圆周方向均匀布置，轴向槽一803的左端与环形槽一801相连通，轴向槽一803的右端垂直外表面设有径向贯通孔一501，轴向槽二804的右端与环形槽二802相连通，轴向槽二804的左端垂直外表面设有径向贯通孔二502，与图1实施例相比，该结构没有阀体，当阀套104在电机的驱动下旋转某一角度后，径向贯通孔一501和/或径向贯通孔二502与阀芯103上的十字通孔1034相连通或者都不连通，实现对液体介质流向的切换功能。阀芯103和阀套104可用金属材料或非金属材料制成，例如合金、陶瓷材料等。

使用时，当电机102无信号时，径向贯通孔一501和径向贯通孔二502与径向贯通孔三503和径向贯通孔四507的相对位置如图3，实现进口507与出口508断开；当给电机102一个小于额定信号的x信号，阀芯103转动一个角度，径向贯通孔一501和径向贯通孔二502与径向贯通孔三503和径向贯通孔四507的相对位置如图4，实现进口507与出口508部分相通；当给电机102一个额定信号Y信号，阀芯103转动90度角，径向贯通孔一501和径向贯通孔二502与径向贯通孔三503和径向贯通孔四507的相对位置如图5，实现进口507与出口508完全相通。通过调节输入电机的信号大小，可达到调节进口507与出口508之间相通程度，实现调节阀的功能。

见图11是由两个功能模块单元实施例组合的二位三通换向阀的第一种回路连接形式；图12是由两个本发明功能模块单元实施例组合的二位三通换向阀的第二种回路连接形式；图13是由四个本发明模块单元实施例组合的三位四通换向阀，该结构也可用于二位四通阀使用，可以很容易实现模块化功能，即用不同数量的功能模块单元组合，实现不同液压回路的流体数字化控制。

对于高频响开关阀、逻辑阀，这种功能单元的组合的多阀芯结构，使其可做为完全独立负载口控制阀使用，改善大惯量系统启动和制动性能。

上述具体组合功能见表1所示。

表1

采用本发明为液压系统油缸或油马达配套，按照工作需要，控制芯片输入预定的液压流量和压力值，控制伺服电机 102 输入一定电流，伺服电机 102 带动阀芯 103旋转一个角度，阀芯 103与阀套 104 上的相应孔道实现通或断。如果出现振动或冲击使阀芯103 偏离预定角度时，角位移传感器 101 将测得的角度值传递至控制芯片，控制芯片调节伺服电机 102 的输入电流，使阀芯 103 的旋转角度达到预定值。控制芯片与传感器配合，形成反馈回路，控制液压流量和压力的精确度高，适用范围广泛。同时，检测油缸或油马达的位移或角度传感器的检测信号也传递到控制芯片，通过计算软件实时调整伺服电机 102的输入电流，以使油缸或油马达拖动的负载达到工作目标。

以上实施例仅是为详细说明本发明的目的、技术方案和有益效果而选取的具体实例，但不应该限制发明的保护范围，凡在不违背本发明的精神和原则的前提下，所作的种种修改、等同替换以及改进，均应落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.1D容腔式多功能智控转阀功能模块单元，其特征在于，包括角位移传感器（101）、电机（102）、阀芯（103）、阀套（104）、连接套（105）、弹簧挡圈（106）和阀体（107），阀体（107）的右端经连接套（105）与电机（102）相连接，电机（102）的尾部设有角位移传感器（101），阀体（107）的安装孔内经阀套（104）与阀芯（103）相连接，阀芯（103）的右端与电机（102）的输出轴相连接，阀芯（103）的左端设有弹簧挡圈（106），弹簧挡圈（106）与阀套（104）的左端面相抵；

所述阀芯（103）上设有同轴的电机连接端（1031）、阀芯定位台肩（1032）和阀套配合端（1033），电机连接端（1031）与电机（102）的输出轴之间设有配合面，所述配合面最少为一个平面，所述阀芯定位台肩（1032）与阀套（104）的右端面相匹配，所述阀套配合端（1033）为圆柱体，圆柱体上居中设有一个十字通孔（1034），开孔方向为径向；

所述阀套（104）上设有定位台肩（1041）和安装配合端（1042），定位台肩固定于连接套（105）的右端面，安装配合端（1042）为空心圆柱体，其外表面与阀体（107）活动配合，其内表面与阀芯（103）活动配合，所述安装配合端（1042）的外表面设有环形槽一（801）和环形槽二（802），环形槽一（801）与阀体（107）上的进口（507）相连通，环形槽二（802）与阀体（107）上的出口（508）相连通，在环形槽一（801）和环形槽二（802）之间的外表面上最少设有两个轴向槽，轴向槽一（803）和轴向槽二（804）绕外表面圆周方向均匀布置，轴向槽一（803）的左端与环形槽一（801）相连通，轴向槽一（803）的右端垂直外表面设有径向贯通孔一（501），轴向槽二（804）的右端与环形槽二（802）相连通，轴向槽二（804）的左端垂直外表面设有径向贯通孔二（502），当阀套在电机的驱动下旋转某一角度后，径向贯通孔一（501）和/或径向贯通孔二（502）与阀芯（103）上的十字通孔（1034）相连通或者都不连通，所述阀套（104）上绕圆周方向还均匀设有径向贯通孔三（503）和径向贯通孔四（504），当阀套在电机的驱动下旋转某一角度后，径向贯通孔三（503）和径向贯通孔四（504）与阀芯（103）上的十字通孔（1034）相连通或者都不连通。

2.根据权利要求1所述的1D容腔式多功能智控转阀功能模块单元，其特征在于，所述阀体（107）是一个中间开孔的长方体或正方体，其外侧开设有进口（507）和出口（508），其里孔的内表面设有工艺孔一（509）和工艺孔二（510），进口（507）与工艺孔一（509）相连通，其右侧面设有工艺孔三（511），工艺孔三（511）使出口（508）和工艺孔二（510）相连通。

3.根据权利要求1所述的1D容腔式多功能智控转阀功能模块单元，其特征在于，所述电机（102）为伺服电机、伺服步进电机或旋转电磁铁。

4.根据权利要求1所述的1D容腔式多功能智控转阀功能模块单元，其特征在于，所述电机（102）和阀芯（103）为一体式结构。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的1D容腔式多功能智控转阀功能模块单元，其特征在于，所述阀芯（103）和阀套（104）由金属材料或非金属材料制成。

6.根据权利要求5所述的1D容腔式多功能智控转阀功能模块单元，其特征在于，该功能模块单元可单独做为二位二通阀使用，或以两个组合做为二位三通阀使用，或以四个组合做为二位四通阀或三位四通阀使用。

7.一种插装式1D容腔式多功能智控转阀功能模块单元，其特征在于，包括角位移传感器（101）、电机（102）、阀芯（103）、阀套（104）、连接套（105）和弹簧挡圈（106），连接套（105）与电机（102）相连接，电机（102）的尾部设有角位移传感器（101），电机（102）的出轴与阀芯（103）的右端相连接，阀芯（103）外侧套装有阀套（104），阀芯（103）的左端设有弹簧挡圈（106），弹簧挡圈（106）与阀套（104）的左端面相抵；

所述阀芯（103）上设有同轴的电机连接端（1031）、阀芯定位台肩（1032）和阀套配合端（1033），电机连接端（1031）与电机（102）的出轴之间设有配合面，所述配合面最少为一个平面，所述阀芯定位台肩（1032）与阀套（104）的右端面相匹配，所述阀套配合端（1033）为圆柱体，圆柱体上居中设有一个十字通孔（1034），开孔方向为径向；

所述阀套（104）上设有定位台肩（1041）和安装配合端（1042），定位台肩固定于连接套（105）的右端面，安装配合端（1042）为空心圆柱体，其内表面与阀芯（103）活动配合，所述安装配合端（1042）的外表面设有环形槽一（801）和环形槽二（802），在环形槽一（801）和环形槽二（802）之间的外表面上最少设有两个轴向槽，轴向槽一（803）和轴向槽二（804）绕外表面圆周方向均匀布置，轴向槽一（803）的左端与环形槽一（801）相连通，轴向槽一（803）的右端垂直外表面设有径向贯通孔一（501），轴向槽二（804）的右端与环形槽二（802）相连通，轴向槽二（804）的左端垂直外表面设有径向贯通孔二（502），当阀套在电机的驱动下旋转某一角度后，径向贯通孔一（501）和/或径向贯通孔二（502）与阀芯（103）上的十字通孔（1034）相连通或者都不连通，所述阀套（104）上绕圆周方向还均匀设有径向贯通孔三（503）和径向贯通孔四（504），当阀套在电机的驱动下旋转某一角度后，径向贯通孔三（503）和径向贯通孔四（504）与阀芯（103）上的十字通孔（1034）相连通或者都不连通。

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