CN113107919B - 转阀内嵌式流体控制阀 - Google Patents

Abstract

本发明属于控流体传动及控制技术领域，公开了一种转阀内嵌式流体控制阀，包括阀体、主阀芯，阀体上设有高压进油口、第一控制油口、第二控制油口、低压出油口；还包括先导阀芯，主阀芯的左部与阀体围成有左先导腔，主阀芯的右部与阀体围成有右先导腔，左先导腔的驱动面积小于右先导腔的驱动面积；先导阀芯与主阀芯密封转动连接，先导阀芯的设有多条油槽，主阀芯设有内油口，先导阀芯转动可通过内油口将油槽和右先导腔连通；阀体内开设有连通左先导腔与高压进油口以及右先导腔与高压进油口的油孔。与现有技术相比，本控制阀通过简单巧妙的结构，实现了中、大流量的流体控制阀，整体体积小、结构简单、换向频率大大增加。

Description

转阀内嵌式流体控制阀

技术领域

本发明属于控流体传动及控制技术领域，具体公开了一种转阀内嵌式流体控制阀。

背景技术

流体控制阀中的液压换向阀，是起到控制流量、压力和切换油路的作用。如电磁换向阀就起到控制流量、切换油路的作用。目前，市面上的液压电磁换向阀，以通径大小分为：6通径、10通径、16通径及以上(25、32等)液压电磁换向阀。

用于小流量的流体控制阀一般是单级直动阀的形式，即6通径、10通径液压电磁换向阀一般为直动式阀(用电磁铁产生的电磁力直接推动主阀芯)；用于大流量的流体控制阀为克服开启阀芯时阀芯受到的液动力必须采用两级阀的形式，用液压力来推动阀芯，即16通径及以上(25、32等)液压电磁换向阀一般采用两级阀的形式(在主级的基础上叠加一个阀作为先导阀从而用液压力驱动功率级阀芯)。

现有用于小流量的流体控制阀，典型结构包括阀体、阀芯、电磁驱动装置，阀体上设有高压进油口、低压出油口、两个控制油口，通过电磁驱动装置控制阀芯在阀体内轴向位移，从而使两个控制油口分别与高压进油口、低压出油口连通，或者两个控制油口分别与低压出油口、高压进油口连通，或者两个控制油口、高压进油口、低压出油口相互断隔，一般在控制小流量时用这种直动阀；在流量增大时，为克服阀芯开启时，流体流动对阀芯产生阻隔阀芯运动的液动力，须加大电磁推力。

现有技术是采用增大电磁驱动装置的体积或输入电流来提高电磁推力，实现对阀芯的推动；对于中、大流量的流体控制阀，在阀芯开启后，高压、大流量的流体流动对阀芯产生的液动力会非常大，此时仅仅通过加大电磁推力的方式已经不能解决，为此将会采用两级阀的形式实现。即用一个小的电磁开关阀(一般是6通径)作为先导级，控制阀芯左右两腔的压力，实现用液动力来推动阀芯，这样就解决了大流量换向阀的开启问题，但是目前这项技术不但增大了开关阀的体积，同时增加了成本，两个阀的叠加也增加了阀的复杂程度，降低了阀的可靠性。

中、大流量的流体控制阀，可以进行高频率换向，在执行机构运动控制、大功率高频激振等重要工程领域发挥着重要作用，适合于高精度电液控制系统的应用需要。而现有技术的中、大流量的流体控制阀多采用电磁铁驱动阀芯运动，由于电磁铁线圈容易发热且推力受到限制，在大功率应用场合具有一定的局限性，换向频率不高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种转阀内嵌式流体控制阀，以解决现有的中、大流量的流体控制阀，体积大、结构复杂、换向频率不高的问题。

为了达到上述目的，本发明的基础方案为：转阀内嵌式流体控制阀，包括阀体、主阀芯，所述阀体上设有高压进油口、第一控制油口、第二控制油口、低压出油口；还包括先导阀芯，所述主阀芯的左部与阀体围成有左先导腔，主阀芯的右部与阀体围成有右先导腔，左先导腔的驱动面积小于右先导腔的驱动面积；所述先导阀芯伸入主阀芯的右端并与主阀芯密封转动连接，所述先导阀芯的一圈设有多条与低压出油口连通的油槽，主阀芯设有与油槽对应的内油口，先导阀芯转动可通过内油口将油槽和右先导腔连通；所述阀体内开设有连通左先导腔与高压进油口以及右先导腔与高压进油口的油孔，阀体外设有驱动先导阀芯转动的驱动装置。

驱动面积为流体驱动主阀芯在阀体内滑动的面积，在流体液压力相同的情况下，驱动面积越大主阀芯所受到的驱动力越大。

本基础方案的工作原理在于：阀体、主阀芯、高压进油口、第一控制油口、第二控制油口、低压出油口的基本结构和作用与现有技术中的保持一致，即主阀芯在阀体内相对阀体位移，可以使控制阀出现高压进油口与第一控制油口连通同时第二控制油口与低压出油口连通的第一状态，也可以使控制阀出现高压进油口、第一控制油口、第二控制油口、低压出油口相互断隔的第二状态，还可以使控制阀出现高压进油口与第二控制油口连通同时第一控制油口与低压出油口连通的第三状态。

在此前提下，本控制阀使用前将会处于第二状态，使用时由于高压进油口通过油孔与左先导腔和右先导腔分别连通，可使左先导腔和右先导腔内充满相同的高压，在左先导腔和右先导腔都不跟其他结构连通的情况下，左先导腔的驱动面积小于右先导腔的驱动面积，则右先导腔的驱动力大于左先导腔的驱动力，将会推动主阀芯向左移动，进而使本控制阀出现第一状态或第三状态。

此时通过驱动装置驱动先导阀芯转动，先导阀芯转动过程中，当内油口和油槽对齐时，油槽和右先导腔将会通过内油口连通，由于内油口与低压出油口连通，则右先导腔内的油压降低，此时左先导腔内的还是高压，左先导腔内的液动力会推动主阀芯向右移动，进而使本控制阀出现与上一步相反的状态，即第三状态或第一状态(若上步骤控制阀出现第一状态，则本步骤控制阀将会出现第三状态)，从而实现油路的切换。由于先导阀芯的一圈设有多条与低压出油口连通的油槽，先导阀芯转动一圈油槽将会依次与内油口连通，实现对多次对油路的切换，进而实现阀开关频率的放大。

本基础方案的有益效果在于：

1、本方案将先导阀芯内嵌于主阀芯内部，主阀芯既是整个阀的功率级阀芯又是先导阀芯的阀体，这样大大简化了控制阀的结构，相较于传统的在功率级阀上叠加一个先导阀芯的结构，本方案的结构大大减小了控制阀的体积。

2、本方案的主级采用直动滑阀形式，先导级采用转阀形式，并且在先导阀芯开有多条油槽，将驱动装置驱动先导阀芯转动一次即可实现多次油路切换，多条油槽的结构实现了本控制阀开关频率的放大。

3、先导级采用转阀的形式，相对于现有的中、大流量的流体控制阀所采用的滑阀形式，更易于驱动，转阀的驱动可以直接用市面已有的驱动装置，技术更成熟，成本更低。

4、主阀芯采用差动的半桥驱动方式，即先导阀芯位于主阀芯的一侧并通过转动控制，这样只要控制一个节流口(右先导腔)就可以实现主阀芯的左右移动，进而实现主油路的切换；此结构简单巧妙，易于制造，使用过程中所需的结构配合更易于实现。

与现有技术相比，本控制阀通过简单巧妙的结构，实现了中、大流量的流体控制阀，整体体积小、结构简单、换向频率大大增加。

进一步，所述油孔内与左先导腔连通的一端设有左节流器，油孔内与右先导腔连通的一端设有右节流器。

在油槽与右先导腔通过内油口连通时，右节流器的节流作用可使得右先导腔与低压出油口的过流面积远远大于高压进油口过流面积，使右先导腔的压力等于低压出油口压力，几乎为零压力；而左节流器将高压进油口的高压油引入左先导腔，左先导腔压力与高压进油口的压力依然相等，从而使右导控腔的压力远远小于左先导腔的压力，进而实现油路的快速切换。

进一步，还包括均与阀体固定连接的左塞环和右塞环，主阀芯与左塞环的中心孔、右塞环的中心孔分别密封滑动连接，左塞环与主阀芯、阀体围成左先导腔，右塞环与主阀芯、阀体围成右先导腔，右塞环的中心孔的直径小于左塞环中心孔的直径。

左塞环和右塞环的设计，更便于左先导腔的驱动面积小于右先导腔的驱动面积的设计，当右塞环的中心孔的直径小于左塞环中心孔的直径，与左塞环配合的主阀芯处直径将会大于与右塞环配合的主阀芯处的直径，从而使左先导腔的驱动面积小于右先导腔的驱动面积。

进一步，所述低压出油口为两个且相互连通，两个低压出油口设置在两侧，高压进油口设置在中间，第一控制油口、第二控制油口分别设置在两个低压出油口与高压进油口之间；所述主阀芯沿轴向依次设有与阀体滑动密封配合的第一凸环、第二凸环、第三凸环、第四凸环，所述左先导腔位于左塞环和第一凸环之间，所述右先导腔位于右塞环和第四凸环之间，所述第二凸环、第三凸环分别对应所述第一控制油口、第二控制油口设置。

此设计可使主阀芯、高压进油口、第一控制油口、第二控制油口、低压出油口的结构简单易于实现，排布合理。

进一步，所述主阀芯右端设有腔孔，所述先导阀芯伸入腔孔内与主阀芯转动连接，所述内油口设置于腔孔的内壁上。

腔孔的设计边宁宇先导阀芯和主阀芯的转动连接，也便于内油口和油槽的设置。

进一步，所述内油口为1-10个，所述油槽的数量大于等于内油口的数量，所述内油口位置可与油槽全部对应，所有油槽均布在先导阀芯的径向上。

内油口和油槽的设计，需满足先导阀芯在某个位置同时将所有油口关闭，因此内油口位置可与油槽全部对应。当油槽为数量越多时，先导阀芯转动一圈能够切换油路的次数越多，进而使阀开关频率的更大。

进一步，所述油槽为10条，10条油槽均匀分布，所述内油口为2个，两个内油口相对设置。

10条导油槽会使先导阀芯每旋转一圈，先导级阀口会开关10次，实现开关频率放大十倍，两个内油口则使油路切换过程更为顺畅。

进一步，所述阀体的右端为右端盖，所述先导阀芯穿过右端盖与右端盖密封滑动连接，先导阀芯可在右端盖内转动，所述驱动装置位于阀体外部。

先导阀芯如此设计，便于驱动装置的安装。

进一步，所述驱动装置为伺服电机，所述伺服电机的输出轴与位于阀体外部的先导阀芯连接。

伺服电机市面上较为通用，其技术更成熟，成本你那更低。

进一步，所述阀体的左端为左端盖，所述左端盖上固定连接有定位销钉，定位销钉与主阀芯为偏心滑动连接。

通过定位销钉与主阀芯偏心滑动连接，这就防止主阀芯在轴向直线运动时转动。

附图说明

图1为本发明转阀内嵌式流体控制阀实施例的示意图；

图2是图1中A方向上本控制阀的剖视图(第二状态)；

图3是图2中B方向上本控制阀的剖视图；

图4是图1中A方向上本控制阀的第一状态图；

图5是图1中A方向上本控制阀的第三状态图；

图6是主阀芯的结构示意图；

图7是先导阀芯的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：阀体1、左端盖11、定位销钉111、右端盖12、高压进油口21、第一控制油口22、第二控制油口23、低压出油口24、油孔25、左节流器251、右节流器252、主阀芯3、腔孔31、内油口311、第一凸环32、第二凸环33、第三凸环34、第四凸环35、左塞环41、左先导腔42、右塞环43、右先导腔44、左调节腔51、右调节腔52、先导阀芯6、油槽61。

需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。

本发明所提到的方向和位置用语，例如：上、下、前、后、左、右、内、外、顶部、底部、侧面等，仅是参考附图的方向或位置。因此，使用的方向和位置用语是用以说明及理解本发明，而非对本发明保护范围的限制。

实施例1

实施例如图1所示，转阀内嵌式流体控制阀，包括阀体1、主阀芯3和先导阀芯6，主阀芯3滑动连接在阀体1内部，先导阀芯6转动连接在主阀芯3右端，阀体1的左端为左端盖11，左端盖11、阀体1和主阀芯3左端围成左调节腔51；左端盖11上固定连接有定位销钉111，定位销钉111与主阀芯3偏心设置，主阀芯3的左端开设了滑孔，定位销钉111与主阀芯3的左端通过滑孔滑动连接。阀体1的右端为右端盖12，右端盖12、阀体1和主阀芯3右端围成右调节腔52，先导阀芯6穿过右端盖12与右端盖12密封间隙配合，即先导阀芯6在右端盖12内既可轴向滑动也可周向转动。

如图2、图3所示，阀体1上设置了高压进油口21、第一控制油口22、第二控制油口23、低压出油口24，低压出油口24为两个且相互连通，左调节腔51和右调节腔52均匀低压出油口24连通；两个低压出油口24设置在两侧，高压进油口21设置在中间，第一控制油口22设置左侧的低压出油口24与高压进油口21之间，第二控制油口23设置在右侧的低压出油口24与高压进油口21之间；主阀芯3沿轴向依次设置了与阀体1滑动密封配合的第一凸环32、第二凸环33、第三凸环34、第四凸环35，第二凸环33、第三凸环34分别对应第一控制油口22、第二控制油口23设置。

主阀芯3可以在阀体1内轴向滑动，可以使本控制阀出现高压进油口21与第一控制油口22连通同时第二控制油口23与右侧低压出油口24连通的第一状态，如图4所示；也可以使控制阀出现高压进油口21、第一控制油口22、第二控制油口23、低压出油口24相互断隔的第二状态，如图2所示；还可以使控制阀出现高压进油口21与第二控制油口23连通同时第一控制油口22与左侧低压出油口24连通的第三状态，如图5所示。

如图2-5所示，阀体1内部固定连接有左塞环41和右塞环43，主阀芯3与左塞环41的中心孔、右塞环43的中心孔分别密封滑动连接，左塞环41与主阀芯3、阀体1围成左先导腔42，左先导腔42位于左塞环41和第一凸环32之间，右塞环43与主阀芯3、阀体1围成右先导腔44，右先导腔44位于右塞环43和第四凸环35之间，右塞环43的中心孔的直径小于左塞环41中心孔的直径，即使左先导腔42的驱动面积小于右先导腔44的驱动面积。

如图6所示，主阀芯3右端设置了腔孔31，先导阀芯6的左端伸入腔孔31内与主阀芯3密封转动连接；如图7所示，先导阀芯6的一圈设置了多条与低压出油口24连通的油槽61，多条油槽61均布在先导阀芯6的径向上；主阀芯3腔孔31的内壁上设置了与油槽61对应的内油口311，油槽61的数量大于等于内油口311的数量，内油口311位置可与油槽61全部对应，先导阀芯6转动可通过内油口311将油槽61和右先导腔44连通。本实施例中内油口311设定为1-10个，优选的内油口311为2个，两个内油口311相对设置，油槽61为10条，10条油槽61间隔均匀分布。

如图3所示，阀体1内开设置了连通左先导腔42与高压进油口21以及右先导腔44与高压进油口21的油孔25，油孔25内与左先导腔42连通的一端设置了左节流器251，油孔25内与右先导腔44连通的一端设置了右节流器252。

阀体1外右端设置了驱动先导阀芯6转动的驱动装置(图中未示出)，驱动装置为伺服电机，本实施例中选择6000转/min通用伺服电机，伺服电机的输出轴与位于阀体1外部的先导阀芯6连接。

具体实施过程如下：本控制阀使用前将会处于第二状态，使用时由于高压进油口21通过油孔25与左先导腔42和右先导腔44分别连通，可使左先导腔42和右先导腔44内充满相同的高压，在左先导腔42和右先导腔44都不跟其他结构连通的情况下，左先导腔42的驱动面积小于右先导腔44的驱动面积，则右先导腔44的驱动力大于左先导腔42的驱动力，将会推动主阀芯3向左移动，进而使本控制阀出现第一状态(如图4所示)。

此时通过驱动装置驱动先导阀芯6转动，先导阀芯6转动过程中，当内油口311和油槽61对齐时，油槽61和右先导腔44将会通过内油口311连通，在油槽61与右先导腔44通过内油口311连通时，右节流器252的节流作用可使得右先导腔44与低压出油口24的过流面积远远大于高压进油口21过流面积，使右先导腔44的压力等于低压出油口24压力，几乎为零压力；而左节流器251将高压进油口21的高压油引入左先导腔42，左先导腔42压力与高压进油口21的压力依然相等，从而使右先导腔44的压力远远小于左先导腔42的压力。此时左先导腔42内的还是高压，左先导腔42内的液动力会推动主阀芯3向右移动，进而使本控制阀出现与上一步相反的状态，即第三状态(如图5所示)，从而实现油路的切换。由于先导阀芯6的一圈设置了10条与低压出油口24连通的油槽61，先导阀芯6转动一圈油槽61将会依次与内油口311连通，实现对多次对油路的切换，进而实现阀开关频率的放大。采用通用伺服电机其转速为6000转/min，既是100转/S，通过本控制阀可实现1000次/S的换向频率。

实施例2

本实施例与实施例1的不同之处在于，本实施例中开设置了12条油槽61，12条油槽61沿先导阀芯6周向均匀分布，对应的内油口311设置有12个，12个内油口311沿主阀芯3的周向均匀分布，12个内油口311位置可以与12个油槽61位置对应，内油口311数量增加可以增加通流面积，本实施例中的控制阀使用时，先导阀芯6每旋转一圈，先导级阀口就会开关12次，实现开关频率进一步放大。

以上所述的仅是本实用新型的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.转阀内嵌式流体控制阀，包括阀体、主阀芯，所述阀体上设有高压进油口、第一控制油口、第二控制油口、低压出油口，其特征在于：还包括先导阀芯，所述主阀芯的左部与阀体围成有左先导腔，主阀芯的右部与阀体围成有右先导腔，左先导腔的驱动面积小于右先导腔的驱动面积；所述先导阀芯内嵌于主阀芯的右端并与主阀芯密封转动连接，所述先导阀芯的一圈设有多条与低压出油口连通的油槽，主阀芯设有与油槽对应的内油口，先导阀芯转动可通过内油口将油槽和右先导腔连通；所述阀体内开设有连通左先导腔与高压进油口以及右先导腔与高压进油口的油孔，阀体外设有驱动先导阀芯转动的驱动装置。

2.根据权利要求1所述的转阀内嵌式流体控制阀，其特征在于，所述油孔内与左先导腔连通的一端设有左节流器，油孔内与右先导腔连通的一端设有右节流器。

3.根据权利要求2所述的转阀内嵌式流体控制阀，其特征在于，还包括均与阀体固定连接的左塞环和右塞环，主阀芯与左塞环的中心孔、右塞环的中心孔分别密封滑动连接，左塞环与主阀芯、阀体围成左先导腔，右塞环与主阀芯、阀体围成右先导腔，右塞环的中心孔的直径小于左塞环中心孔的直径。

4.根据权利要求3所述的转阀内嵌式流体控制阀，其特征在于，所述低压出油口为两个且相互连通，两个低压出油口设置在两侧，高压进油口设置在中间，第一控制油口、第二控制油口分别设置在两个低压出油口与高压进油口之间；所述主阀芯沿轴向依次设有与阀体滑动密封配合的第一凸环、第二凸环、第三凸环、第四凸环，所述左先导腔位于左塞环和第一凸环之间，所述右先导腔位于右塞环和第四凸环之间，所述第二凸环、第三凸环分别对应所述第一控制油口、第二控制油口设置。

5.根据权利要求1-4任一项所述的转阀内嵌式流体控制阀，其特征在于，所述主阀芯右端设有腔孔，所述先导阀芯内嵌于腔孔内与主阀芯转动连接，所述内油口设置于腔孔的内壁上。

6.根据权利要求5所述的转阀内嵌式流体控制阀，其特征在于，所述内油口为1-10个，所述油槽的数量大于等于内油口的数量，所述内油口位置可与油槽对应，所有油槽均布在先导阀芯的径向上。

7.根据权利要求6所述的转阀内嵌式流体控制阀，其特征在于，所述油槽为10条，10条油槽均匀分布，所述内油口为2个，两个内油口相对设置。

8.根据权利要求7所述的转阀内嵌式流体控制阀，其特征在于，所述阀体的右端为右端盖，所述先导阀芯穿过右端盖与右端盖密封滑动连接，先导阀芯可在右端盖内转动，所述驱动装置位于阀体外部。

9.根据权利要求8所述的转阀内嵌式流体控制阀，其特征在于，所述驱动装置为伺服电机，所述伺服电机的输出轴与位于阀体外部的先导阀芯连接。

10.根据权利要求9所述的转阀内嵌式流体控制阀，其特征在于，所述阀体的左端为左端盖，所述左端盖上固定连接有定位销钉，定位销钉与主阀芯为偏心滑动连接。

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