CN114087396B - 自锁式气液转换阀 - Google Patents

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Abstract

本发明提出的一种自锁式气液转换阀，结构紧凑简洁，可靠性好，油气隔离度高。本发明通过下述技术方案予以实现：带有液管嘴的端盖与集成气管嘴和外接输出管嘴的外筒经螺纹连接，封装在外筒内的活塞外圆设有气密封和液密封，内部开有台阶孔，并受复位弹簧力作用，开有径向通孔和轴向孔的套筒与端盖经螺纹连接，套筒中装配有钢球、衬套和锁弹簧组成活塞锁定机构。工作介质为油液时，活塞受复位弹簧力和液压力缩回到底，气路阻断，油路连通，锁定机构开锁；工作介质为气体时，活塞被气压推出到头，油路阻断，气路连通，锁定机构上锁，活塞被锁定限位。在气、液分别单独工作及气、液转换过程中，气路与油路均完全隔离，保证了气、液互不相窜。

Description

自锁式气液转换阀
技术领域
本发明涉及一种主要用于航空、航天、船舶、车辆、大型工程设备等行业压力系统的工作介质可在气、液间任意转换且可锁定的阀。
背景技术
压力系统由于可以提供高压实现大能量输出，在各行业中均有广泛应用。压力系统的工作介质一般有油液和气体两种。在某些领域，设备同时具有液压和气压两套系统，需要通过气液转换装置切换液压系统和气压系统分别向同一外接管路供压。由于气体具有可压缩性，气体进入液压系统中会降低液压系统的传动性能，使其失去固有的刚度和连续性，使系统产生噪声、振动，引起运动部件的爬行，破坏了工作的平稳性，缩短了液压元件的寿命。气压系统一般会有比较精密的控制元件，如阀、压力传感器等，混入油液后可能会导致系统的堵塞、污染等。
配备油液和气体两套压力源的设备一般将液压作为主动力源，将气压作为辅助动力源，当液压系统出现故障时，气压系统可作为应急备用。如在航空领域中，当飞机起落架液压系统出现故障无法释放起落架时，会采用备用的气压系统放下起落架，完成应急放。当正常使用液压系统时，需保证油液沿同一通道实现进、回油，油液不能或尽可能少进入气压系统。当转换为气压系统时，需保证液压系统被切断，气体不能或尽可能少进入液压系统。在气液转换过程或使用过程中，很难避免气液互窜。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，旨在提供一种换向稳定可靠，气液隔离度高，能够避免气液互窜的自锁式气液转换阀。
本发明的上述目的可以通过下述技术方案予以实现，一种自锁式气液转换阀，包括：端部集成有轴向气管嘴1和筒体上集成有径向外接输出管嘴6的外筒3，与外筒3内螺纹螺接且带有轴向液管嘴15的端盖14，与端盖14内螺纹螺接封装在外筒3腔体中的套筒9，套装在套筒9外部且封装在外筒3内的中空活塞2，一端与端盖14内侧底部接触另一端约束锁弹簧12的衬筒13，其特征在于：套筒9轴向内孔中置有两个相向对称排列的同尺寸左、右衬套11，左、右衬套11对接端制有圆锥面，台阶孔中分别装有同规格的锁弹簧12，套筒9制有径向通孔，沿所述径向通孔对向装入两个同规格钢球10，钢球10与径向通孔和左、右衬套11圆锥面接触并被约束；活塞2内部开有轴向台阶孔，端面固联有密封圈，外圆上装配有气密封环形密封圈4和液密封环形密封圈7，外圆面上开有轴向槽，台阶轴上套装复位弹簧8；复位弹簧8两端分别与活塞2台阶平面和端盖14内侧端面接触；工作介质为液压油时，油液经液管嘴15进入外筒3，液压力作用于活塞2右侧端面，复位弹簧8和液压力共同推动活塞2至左端极限位置，钢球10被活塞2内部台阶斜面推动沿套筒9径向通孔内侧移动并挤压左、右衬套11锥面克服左、右锁弹簧12力排开左、右衬套11直至活塞2端孔与钢球10搭接，活塞2端面密封圈与外筒内孔底部接触密封，气密封环形密封圈4与外筒3环槽5左侧内孔接触密封，液密封环形密封圈7处于外筒3环槽5中部，从气管嘴1到外接输出管嘴6的气路被阻断，由油管嘴15、套筒9内孔、外筒3内腔、活塞2外圆面轴向沟槽至外接输出管嘴6的油路连通；工作介质转换为气体，气体经气管嘴1进入外筒3，气压作用于活塞2左侧端面推动活塞2压缩复位弹簧8向右运动到底，活塞2端孔脱开钢球10，左、右锁弹簧12相向推动左、右衬套11进而推动钢球10使其沿套筒9径向通孔外侧运动并沿活塞2内部台阶斜面至与活塞2内孔面接触，液密封环形密封圈7和气密封环形密封圈4相继与外筒3环槽5右侧内孔接触密封，前述油路被阻断，由气管嘴1、外筒3内腔至外接输出管嘴6的气路连通；当工作介质重新变为油液时，油液经液管嘴15进入外筒3，推动活塞2重新向左缩回到底，前述气路被阻断，油路重新建立，如此实现了油液、气体的任意转换。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果：
本发明采用端部集成有轴向气管嘴1和筒体上集成有径向外接输出管嘴6的外筒3，与外筒3内螺纹螺接且带有轴向液管嘴15的端盖14，与端盖14内螺纹螺接封装在外筒3腔体中的套筒9，封装在外筒3内、内部开有台阶孔、端面固联有密封圈、外圆上设有气密封环形密封圈4与液密封环形密封圈7的活塞2，装配在套筒9径向通孔中的钢球10，沿套筒9内孔轴向相向对称排列的衬套11和衬筒13，置于左、右衬套11台阶孔中的左、右锁弹簧12，套装在活塞2台阶轴上的复位弹簧8组成了气液转换阀，实现了工作介质在油液和气体间的任意转换。在工作介质由油液转换为气体时，在转换起始至正常工作的全程中保证了气体均不进入油液管路；在工作介质由气体转换为油液时，在转换起始至正常工作的全程中保证了油液均不进入气体管路。
本发明采用装配在套筒9径向通孔中的钢球10，沿套筒9内孔轴向相向对称排列的衬套11和衬筒13，置于左、右衬套11台阶孔中的左、右锁弹簧12，在活塞2内部设置的台阶孔组成了锁定机构，在活塞2缩回、伸出运动中，钢球10受活塞2内孔台阶斜面或衬套11锥面挤压在套筒9径向通孔中作径向移动，实现活塞2的解锁或上锁。在气体工作过程中，如果气源中断或气压减小，活塞2只能被复位弹簧8推动向左运动至附图2所示的自锁定位置而不会缩回到底，油路仍被阻断，已通过外接输出管嘴6进入外接管路的气体不会回流进入油液管路。
本发明气液转换阀各部件均为机械式连接，可靠性良好。换向稳定可靠，气液隔离度高。结构紧凑、体积小，响应速度快，无特殊限制要求，可以广泛应用于有防气液互窜要求的压力系统。
附图说明
图1是本发明自锁式气液转换阀活塞处于缩回极限位置的剖视图。
图2是本发明自锁式气液转换阀活塞处于上锁位置的剖视图。
图3是本发明自锁式气液转换阀活塞处于伸出极限位置的剖视图。
图中：1气管嘴，2活塞，3外筒，4气密封环形密封圈，5环槽，6外接输出管嘴，7液密封环形密封圈，8复位弹簧，9套筒，10钢球，11衬套，12锁弹簧，13衬筒，14端盖，15液管嘴。
下面结合附图和实施例进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。所有这些构思应视为本技术所公开的内容和本专利的保护范围。
具体实施方式
参阅图1-图3。在以下描述的示意性优选实施例中，一种自锁式气液转换阀，包括：端部集成有轴向气管嘴1和筒体上集成有径向外接输出管嘴6的外筒3，与外筒3内螺纹螺接且带有轴向液管嘴15的端盖14，与端盖14内螺纹螺接封装在外筒3腔体中的套筒9，套装在套筒9外部且封装在外筒3内的中空活塞2，一端与端盖14内侧底部接触另一端约束锁弹簧12的衬筒13，其特征在于：套筒9轴向内孔中置有两个相向对称排列的同尺寸左、右衬套11，左、右衬套11对接端制有圆锥面，台阶孔中分别装有同规格的锁弹簧12，套筒9制有径向通孔，沿所述径向通孔对向装入两个同规格钢球10，钢球10与径向通孔和左、右衬套11圆锥面接触并被约束；活塞2内部开有轴向台阶孔，端面固联有密封圈，外圆上装配有气密封环形密封圈4和液密封环形密封圈7，外圆面上开有轴向槽，台阶轴上套装复位弹簧8；复位弹簧8两端分别与活塞2台阶平面和端盖14内侧端面接触。工作介质为液压油时，油液经液管嘴15进入外筒3，液压力作用于活塞2右侧端面，复位弹簧8和液压力共同推动活塞2至左端极限位置，钢球10被活塞2内部台阶斜面推动沿套筒9径向通孔内侧移动并挤压左、右衬套11锥面克服左、右锁弹簧12力排开左、右衬套11直至活塞2端孔与钢球10搭接，活塞2端面密封圈与外筒内孔底部接触密封，气密封环形密封圈4与外筒3环槽5左侧内孔接触密封，液密封环形密封圈7处于外筒3环槽5中部，从气管嘴1到外接输出管嘴6的气路被阻断，由油管嘴15、套筒9内孔、外筒3内腔、活塞2外圆面轴向沟槽至外接输出管嘴6的油路连通；工作介质转换为气体，气体经气管嘴1进入外筒3，气压作用于活塞2左侧端面推动活塞2压缩复位弹簧8向右运动到底，活塞2端孔脱开钢球10，左、右锁弹簧12相向推动左、右衬套11进而推动钢球10使其沿套筒9径向通孔外侧运动并沿活塞2内部台阶斜面至与活塞2内孔面接触，液密封环形密封圈7和气密封环形密封圈4相继与外筒3环槽5右侧内孔接触密封，前述油路被阻断，由气管嘴1、外筒3内腔至外接输出管嘴6的气路连通；当工作介质重新变为油液时，油液经液管嘴15进入外筒3，推动活塞2重新向左缩回到底，前述气路被阻断，油路重新建立，如此实现了油液、气体的任意转换。
在图1所示中，活塞2处于缩回极限位置，工作介质为油液，活塞2始终受复位弹簧8力和油液压力作用，保持静止，锁定机构解锁，活塞2端面密封圈与外筒内孔底部接触密封，气密封环形密封圈4与外筒3环槽5左侧内孔接触密封，液密封环形密封圈4处于外筒3环槽5中部，从气管嘴1到外接输出管嘴6的气路被阻断，从液管嘴15到外接输出管嘴6的油路连通，油液正常流通且油液不会流入气路。
在图1所示中，活塞2处于缩回极限位置，工作介质转换为气体时，气体经气管嘴1进入外筒3作用在活塞2左端面上，推动活塞2压缩复位弹簧8向右运动，在气密封环形密封圈4与外筒3环槽5左侧内孔脱离前，液密封环形密封圈4已与外筒3环槽5右侧内孔接触密封，如图2所示，此时气路未形成而油路已被阻断，保证了转换过程中气体无法进入油路。
在图1所示中，活塞2处于缩回极限位置，工作介质转换为气体，气体经气管嘴1进入外筒3作用在活塞2左端面上，推动活塞2压缩复位弹簧8向右运动，在气密封环形密封圈4与外筒3环槽5左侧内孔脱离前，活塞2端孔脱开钢球，左、右锁弹簧12相向推动左、右衬套11进而推动钢球10使其沿套筒9径向通孔外侧运动并沿活塞2内部台阶斜面至与活塞2内孔面接触，锁机构上锁，如图2所示。如果此时气压中断，活塞2不再受右向力，活塞2内孔锁定斜面受钢球10的阻挡，复位弹簧8力不足以克服锁弹簧12力驱动活塞2推开钢球10向左运动缩回，活塞2从而保持不动，实现了自锁定。
在图2所示中，活塞2处于上锁位置，继续通入气体，气压推动活塞2压缩复位弹簧8向右运动到极限位置与端盖14接触，如图3所示，气密封环形密封圈4与外筒3环槽5右侧内孔接触密封，由气管嘴1、外筒3内腔至外接输出管嘴6的气路连通。
在图3所示中，在气体工作过程中，活塞2处于右侧极限位置，如果气源中断或气压减小，气压对活塞2的右向力消失或减小，受锁定机构的制约，活塞2只能被复位弹簧8推动向左运动至图2所示的自锁定位置而不会缩回到底，液密封环形密封圈4不会脱离外筒3环槽5的右侧内孔，已通过外接输出管嘴6进入外接管路的气体不会回流进入油液管路。
在图3所示中，活塞2处于右侧极限位置，工作介质重新转换为油液，油液经油管嘴15通过套筒9内孔进入外筒3，油压推动活塞2向左运动，在液密封环形密封圈7与外筒3环槽5右侧内孔脱离前，气密封环槽形密封圈4已与外筒3环槽5左侧内孔接触密封，如图2所示，此时油路未形成而气路已被阻断，从而保证了转换过程中油液无法进入气体管路。
本发明的范围并不局限于所描述的具体技术方案。对上述这些实施例的多种修改，对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的。本发明所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。任何对所描述的具体技术方案中的技术要素进行相同或等同替换获得的技术方案或本领域技术人员在所描述的具体技术方案的基础上不经过创造性劳动就可以获得的技术方案，都应当视为落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种自锁式气液转换阀，包括：端部集成有轴向气管嘴(1)和筒体上集成有径向外接输出管嘴(6)的外筒(3)，与外筒(3)内螺纹螺接且带有轴向液管嘴(15)的端盖(14)，与端盖(14)内螺纹螺接封装在外筒(3)腔体中的套筒(9)，套装在套筒(9)外部且封装在外筒(3)内的中空活塞(2)，一端与端盖(14)内侧底部接触另一端约束锁弹簧(12)的衬筒(13)，其特征在于：套筒(9)轴向内孔中置有两个相向对称排列的同尺寸左、右衬套(11)，左、右衬套(11)对接端制有圆锥面，台阶孔中分别装有同规格的锁弹簧(12)，套筒(9)制有径向通孔，沿所述径向通孔对向装入两个同规格钢球(10)，钢球(10)与径向通孔和左、右衬套(11)圆锥面接触并被约束；活塞(2)内部开有轴向台阶孔，端面固联有密封圈，外圆上装配有气密封环形密封圈(4)和液密封环形密封圈(7)，外圆面上开有轴向槽，台阶轴上套装复位弹簧(8)；复位弹簧(8)两端分别与活塞(2)台阶平面和端盖(14)内侧端面接触；工作介质为液压油时，油液经液管嘴(15)进入外筒(3)，液压力作用于活塞(2)右侧端面，复位弹簧(8)和液压力共同推动活塞(2)至左端极限位置，钢球(10)被活塞(2)内部台阶斜面推动沿套筒(9)径向通孔内侧移动并挤压左、右衬套(11)锥面克服左、右锁弹簧(12)力排开左、右衬套(11)直至活塞(2)端孔与钢球(10)搭接，活塞(2)端面密封圈与外筒内孔底部接触密封，气密封环形密封圈(4)与外筒(3)环槽(5)左侧内孔接触密封，液密封环形密封圈(7)处于外筒(3)环槽(5)中部，从气管嘴(1)到外接输出管嘴(6)的气路被阻断，由液管嘴(15)、套筒(9)内孔、外筒(3)内腔、活塞(2)外圆面轴向沟槽至外接输出管嘴(6)的油路连通；工作介质转换为气体，气体经气管嘴(1)进入外筒(3)，气压作用于活塞(2)左侧端面推动活塞(2)压缩复位弹簧(8)向右运动到底，活塞(2)端孔脱开钢球(10)，左、右锁弹簧(12)相向推动左、右衬套(11)进而推动钢球(10)使其沿套筒(9)径向通孔外侧运动并沿活塞(2)内部台阶斜面至与活塞(2)内孔面接触，液密封环形密封圈(7)和气密封环形密封圈(4)相继与外筒(3)环槽(5)右侧内孔接触密封，前述油路被阻断，由气管嘴(1)、外筒(3)内腔至外接输出管嘴(6)的气路连通；当工作介质重新变为油液时，油液经液管嘴(15)进入外筒(3)，推动活塞(2)重新向左缩回到底，前述气路被阻断，油路重新建立，如此实现了油液、气体的任意转换。
2.如权利要求1所述的自锁式气液转换阀，其特征在于：活塞(2)处于缩回极限位置，工作介质为油液，活塞(2)始终受复位弹簧(8)力和油液压力作用，保持静止，锁定机构解锁，活塞(2)端面密封圈与外筒内孔底部接触密封，气密封环形密封圈(4)与外筒(3)环槽左侧内孔接触密封，液密封环形密封圈(7)处于外筒(3)环槽中部，从气管嘴(1)到外接输出管嘴(6)的气路被阻断，从液管嘴(15)到外接输出管嘴(6)的油路连通，油液正常流通且油液不会流入气路。
3.如权利要求1所述的自锁式气液转换阀，其特征在于：活塞(2)处于缩回极限位置，工作介质转换为气体时，气体经气管嘴(1)进入外筒(3)作用在活塞(2)左侧端面上，推动活塞(2)压缩复位弹簧(8)向右运动，在气密封环形密封圈(4)与外筒(3)环槽(5)左侧内孔脱离前，液密封环形密封圈(7)已与外筒(3)环槽(5)右侧内孔内出密封，此时气路未形成而油路已被阻断，保证了转换过程中气体无法进入油路。
4.如权利要求3所述的自锁式气液转换阀，其特征在于：活塞(2)处于缩回极限位置，工作介质转换为气体时，气体经气管嘴(1)进入外筒(3)作用在活塞(2)左侧端面上，推动活塞(2)压缩复位弹簧(8)向右运动，在气密封环形密封圈(4)与外筒(3)环槽(5)左侧内孔脱离前，活塞(2)端孔脱开钢球，左、右锁弹簧(12)相向推动左、右衬套(11)进而推动钢球(10)使其沿套筒(9)径向通孔外侧运动并沿活塞(2)内部台阶斜面至与活塞(2)内孔面接触；如果此时气压中断，活塞(2)不再受右向力，活塞(2)内孔台阶斜面受钢球(10)的阻挡，复位弹簧(8)力不足以克服锁弹簧(12)力驱动活塞(2)推开钢球(10)向左运动缩回，活塞(2)从而保持不动，实现了自锁定。
5.如权利要求1所述的自锁式气液转换阀，其特征在于：活塞(2)处于上锁位置，继续通入气体，气压推动活塞2压缩复位弹簧8向右运动到极限位置与端盖(14)接触，气密封环形密封圈(4)与外筒(3)环槽右侧内孔接触密封，由气管嘴(1)、外筒(3)内腔至外接输出管嘴(6)的气路连通。
6.如权利要求1所述的自锁式气液转换阀，其特征在于：在气体工作过程中，活塞(2)处于右侧极限位置，如果气源突然中断或气压突然减小，对活塞(2)的右向力消失或减小，受锁定机构的制约，活塞(2)只能被复位弹簧(8)推动向左运动至自锁定位置而不会缩回到底，液密封环形密封圈(7)不会脱离外筒(3)环槽(5)右侧内孔，已通过外接输出管嘴(6)进入外接管路的气体不会回流进入油路。
7.如权利要求1所述的自锁式气液转换阀，其特征在于：活塞(2)处于右侧极限位置，工作介质由气体重新转换为油液时，油液经液管嘴(15)进入外筒(3)内腔，推动活塞(2)向左运动，在液密封环形密封圈(7)与外筒(3)环槽(5)右侧内孔脱离前，气密封环形密封圈(4)已与外筒(3)环槽(5)左侧内孔接触密封，此时油路未形成而气路已被阻断，保证了转换过程中油液无法进入气路。
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