CN114593232B - 换向阀 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种换向阀，包含彼此连接的换向阀阀体与先导腔控制单元，所述换向阀阀体具有与所述先导腔控制单元相背离的第一端盖以及靠近所述先导腔控制单元的第二端盖，在所述换向阀阀体内开设有阀腔，在所述阀腔内设置有阀芯组件，所述阀芯组件具有与所述先导腔控制单元相背离的第一端部和靠近所述先导腔控制单元的第二端部，在所述第二端盖内构造有先导腔，所述先导腔布置于所述阀芯组件的所述第二端部的外侧处，在所述先导腔内布置有活塞组件，所述活塞组件与所述阀芯组件的所述第二端部连接，所述先导腔构造成在通有先导气的情况下，使所述活塞组件和所述阀芯组件受到朝所述第一端盖的方向作用的推力。

Description

换向阀

技术领域

本发明涉及换向阀领域，特别是用于单稳态阀的弹簧的不同行程设计。

背景技术

现有技术中，采用一机械弹簧进行复位，具有空间比较大、打开压力大的特点。在有限的空间很难获得足够的弹簧力，关闭压力比较小，而气弹簧复位的特点是不能应用于安全场合，主要原因是在气源不供气的情况下，阀不能返回到初始位置。另一种方式是气弹簧+机械弹簧的组合，它的缺陷基本和气弹簧一样，在没有气源供气的情况下，不能保证阀芯回到初始位置。

CN203374939U公开了一种织机电磁阀动铁芯复位弹簧安装结构，动铁芯与套筒之间压合有复位弹簧，复位弹簧一端套装在动铁芯上的弹簧座内，另一端套装在套筒的弹簧孔内，弹簧孔与弹簧座孔同轴，弹簧孔与弹簧座孔纵截面均为梯形，弹簧孔与弹簧座孔的扩口端相对；弹簧孔纵截面的梯形的顶角为4°；弹簧孔与弹簧座孔相对的扩口端面处的孔径相同。当动铁心发生偏离轨迹运动时，复位弹簧与弹簧孔内壁不会接触，因而避免损坏复位弹簧，不会发生电磁阀爆死状态的发生，提高电磁阀有效运行的稳定性，适用于电磁阀动铁芯的复位弹簧的安装。

发明内容

本发明的目的在于设计一种换向阀，该结构的弹簧在有限的空间范围能够提供用于阀复位所需要的大的弹簧力。

此外，本发明还旨在解决或者缓解现有技术中存在的其它技术问题。

本发明通过提供一种换向阀来解决上述问题，具体而言，根据本发明的一方面，提供了：

一种换向阀，包含彼此连接的换向阀阀体与先导腔控制单元，所述换向阀阀体具有与所述先导腔控制单元相背离的第一端盖以及靠近所述先导腔控制单元的第二端盖，在所述换向阀阀体内开设有阀腔，在所述阀腔内设置有阀芯组件，所述阀芯组件具有与所述先导腔控制单元相背离的第一端部和靠近所述先导腔控制单元的第二端部，在所述第二端盖内构造有先导腔，所述先导腔布置于所述阀芯组件的所述第二端部的外侧处，在所述先导腔内布置有活塞组件，所述活塞组件与所述阀芯组件的所述第二端部连接，所述先导腔构造成在通有先导气的情况下，使所述活塞组件和所述阀芯组件受到朝所述第一端盖的方向作用的推力，

其中，

在所述阀芯组件的所述第一端部的径向外侧处形成环形的抵接部，在所述阀芯组件的所述第一端部内还构造有盲孔，

所述换向阀阀体还具有弹簧组件，所述弹簧组件包括第一弹簧和第二弹簧，所述第一弹簧和所述第二弹簧均构造成机械弹簧，所述第一弹簧相对于所述第二弹簧构造成外径较大的弹簧，所述第二弹簧套装于所述第一弹簧内，所述弹簧组件的长度方向与所述阀芯组件的长度方向相一致，所述第一弹簧布置在所述第一端盖的内壁与所述抵接部之间，并持续地对所述阀芯组件施加朝所述先导腔控制单元的方向作用的推力，使得在所述先导腔不通有先导气的情况下（如失电状态下），第一弹簧与第二弹簧共同的弹簧力使所述阀芯组件能够被推至初始工作位置，并能达到一个大的关闭压力。

所述第二弹簧至少部分地布置在所述盲孔内，所述第二弹簧的一端布置在所述盲孔的内壁处，并且另一端能够作用于所述第一端盖的所述内壁。

可选地，根据本发明的一种实施方式，在所述第一端盖的所述内壁上形成凸块，所述凸块的长度方向与所述第二弹簧的长度方向相一致，并且所述第二弹簧的所述另一端围绕并且固定于所述凸块处。

可选地，根据本发明的一种实施方式，所述盲孔由彼此连通的细孔和粗孔构成，所述粗孔相对于所述细孔更靠近所述第一端盖，所述换向阀阀体还具有插件，所述第二弹簧至少部分地布置于所述细孔内，所述插件沿所述粗孔的长度方向可滑动地至少部分地布置于所述粗孔内，所述第二弹簧的所述另一端抵接于所述插件的背离所述第一端盖的端部，所述插件的另一端部能够接触所述第一端盖的所述内壁。

可选地，根据本发明的一种实施方式，所述插件布置成，在所述阀芯组件处于所述先导腔无先导气状态时，所述插件的所述另一端部与所述第一端盖的所述内壁彼此间隔开。

可选地，根据本发明的一种实施方式，所述阀芯组件还具有开口，所述开口开设于所述阀芯组件的所述第二端部处。

可选地，根据本发明的一种实施方式，所述先导腔控制单元为电磁控制或气动控制的先导腔控制单元。

可选地，根据本发明的一种实施方式，所述换向阀构造成二位三通阀、二位四通阀或二位五通阀。

所提供的换向阀的有益之处包括：1）在有限的空间范围下，弹簧能够提供阀复位的大的弹簧力；2）可以实现较小的开启压力，较大的复位压力，目前的开启压力比较大；3）两个弹簧及其不同的行程设计可以大大提高弹簧的使用寿命，更容易用普通的不锈钢弹簧就能满足要求，成本低。

附图说明

参考附图，本发明的上述以及其它的特征将变得显而易见，其中，

图1示出了根据本发明的一种换向阀在未通有先导气的状态下的示意图；

图2示出了根据本发明的一种换向阀在通有先导气的状态下的示意图；

图3示出了根据本发明的弹簧组件的一种实施方式在换向阀未通有先导气的状态下的示意图；

图4示出了根据本发明的弹簧组件的一种实施方式在换向阀通有先导气的状态下的示意图；

图5示出了根据本发明的弹簧组件的一种实施方式的弹簧力与行程关系示意图；

图6示出了根据本发明的弹簧组件的另一种实施方式在换向阀未通有先导气的状态下的示意图；

图7示出了根据本发明的弹簧组件的另一种实施方式在换向阀通有先导气的状态下的示意图；

图8示出了根据本发明的弹簧组件的另一种实施方式的弹簧力与行程关系示意图。

具体实施方式

容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。

在本说明书中提到或者可能提到的上、下、左、右、前、后、正面、背面、顶部、底部等方位用语是相对于各附图中所示的构造进行定义的，它们是相对的概念，因此有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等或类似表述仅用于描述与区分目的，而不能理解为指示或暗示相应的构件的相对重要性。

参考图1和图2，它们分别示出了根据本发明的一种换向阀100在未通有先导气的状态下的示意图以及根据本发明的一种换向阀100在通有先导气的状态下的示意图。

所述换向阀100包含彼此连接的换向阀阀体1与先导腔控制单元2，所述换向阀阀体1具有与所述先导腔控制单元2相背离的第一端盖12以及靠近所述先导腔控制单元2的第二端盖15，在所述换向阀阀体1内开设有阀腔10，在所述阀腔10内设置有阀芯组件11，所述阀芯组件11具有与所述先导腔控制单元2相背离的第一端部和靠近所述先导腔控制单元2的第二端部，在所述第二端盖15内构造有先导腔16，所述先导腔16布置于所述阀芯组件11的所述第二端部的外侧处，在所述先导腔16内布置有活塞组件17，所述活塞组件17与所述阀芯组件11的所述第二端部连接，所述先导腔16构造成在通有先导气的情况下，使所述活塞组件17和所述阀芯组件11受到朝所述第一端盖12的方向作用的推力，

其中，

在所述阀芯组件11的所述第一端部的径向外侧处形成环形的抵接部111，在所述阀芯组件11的所述第一端部内还构造有盲孔113，

所述换向阀阀体1还具有弹簧组件，所述弹簧组件包括第一弹簧13和第二弹簧14，所述第一弹簧13和所述第二弹簧14均构造成机械弹簧，所述第一弹簧13相对于所述第二弹簧14构造成外径较大的弹簧，所述第二弹簧14套装于所述第一弹簧13内，所述弹簧组件的长度方向与所述阀芯组件11的长度方向相一致，所述第一弹簧13布置在所述第一端盖12的内壁与所述抵接部111之间，并持续地对所述阀芯组件11施加朝所述先导腔控制单元2的方向作用的推力，使得在所述先导腔16不通有先导气的情况下，所述阀芯组件11能够被推至初始工作位置，

所述第二弹簧14至少部分地布置在所述盲孔113内，所述第二弹簧14的一端布置在所述盲孔113的内壁处，并且另一端能够作用于所述第一端盖12的所述内壁。

应当理解，所述先导腔控制单元2可以沿长度方向布置在所述换向阀阀体1的一侧，并且用于通过向所述换向阀阀体1的先导腔16通入先导气的方式来控制所述阀芯组件11移动。所述阀芯组件11的主要组成部分包括阀芯本体以及布置于所述阀芯本体的外周面（具体是外周面的非凹槽部分）的密封件，所述密封件用于与所述阀腔10进行密封。在所述阀芯本体的外周处构造有凹槽，由此外周面的非凹槽的部分可以被理解为突出部。所述突出部被构造成在所述阀芯本体运动的过程中（例如在运动到初始位置或最终位置的情况下）能够实现工作口的切换。

例如，在图1所示的工作状态中，所述换向阀100构造成二位五通阀，即具有两个工作位置（如失电状态下的初始位置和得电状态下的工作位置）以及五个气口（在图1中从左向右依次可以被看作是第一气口至第五气口），其中，第一气口至第五气口分别是第一排气口95、第一工作口94、供气口91、第二工作口92以及第二排气口93。在所述阀芯组件11的初始工作位置中，通过所述两弹簧的弹簧力的共同作用，使得所述供气口91和第二工作口92互通，而所述第二工作口92与第二排气口93不通，所述第一工作口94和第一排气口95相通，由此在所述进气口供气的情况下，在两弹簧力作用下，所述第二工作口打开，获得压力，此时所述第一工作口94的气体能够通过所述第一排气口95进行排出。

图2所示的换向阀100的工作状态也能够类似地进行理解，当得电，先导气腔打开，活塞组件向右运动。其中，所述第一工作口94打开，获得压力，而所述第二工作口92关闭，并且第二工作口92与第二排气口93相通，可以通过所述第二排气口93将气体排出，以实现另外的应用。应当理解的是，所述阀芯本体的突出部和凹槽的数量、布置位置、尺寸、形状以及彼此之间的排列关系能够根据所述换向阀100的气口的具体位置、大小和各气口的功能来相应进行定制。所述换向阀100当然也可以构造成二位三通阀、二位四通阀或其它形式的阀。

此外，可以理解的是，所述活塞组件17具有活塞以及相应的密封部，所述密封部布置于所述活塞的外周面。所述活塞与所述阀芯组件11的所述第二端部连接，所述活塞可在所述先导腔16内移动，从而能够带动所述阀芯组件11一起移动，所述密封部保证了所述活塞在所述先导腔16内移动时相对于所述先导腔16的密封性。

在通有先导气的情况下，所述活塞组件17和所述阀芯组件11受到朝所述第一端盖12的方向作用的推力，该推力能够克服所述弹簧组件的反作用力，从而使得所述阀芯组件11在图中向右运动，完成所述换向阀100的工作状态的切换。

根据本申请的技术方案，通过彼此套装的两个不同粗细的机械弹簧，实现了在有限的空间范围下，所述弹簧组件能够提供阀复位的大的弹簧力。特别是相较于一个机械弹簧，节省了空间并且能给提供的复位力更大，相对于气弹簧的实施方案，不存在因气源不供气（如气源系统突然停止或先导信号发生切换）的情况下导致阀不能返回到初始位置的风险。特别是在安全方面的应用更具有优势。双弹簧可以保证任何状况下，阀芯组件都可以快速安全地回到初始工作位置，即第二工作口92打开，第一工作口94关闭的状态。这种结构更容易解决空间小、弹簧力不够用、弹簧寿命短等问题。

所述第一弹簧13和所述第二弹簧14的长度能够根据实际情况进行选取，在图中示例性的是，所述第二弹簧14比所述第一弹簧13更长，这是因为所述阀芯本体内部能够提供的空间更大，由此能够充分利用所述阀芯本体内部的空间。

关于所述第二弹簧14的布置位置，示例性地，在所述第一端盖12的所述内壁上形成凸块121，所述凸块121的长度方向与所述第二弹簧14的长度方向相一致，并且所述第二弹簧14的所述另一端围绕并且固定于所述凸块121处。所述凸块121的设置为所述第二弹簧14提供了安装和固定点，并且与所述第二弹簧14的端部形状较好地相匹配，也能更好的提高弹簧寿命。

参考图3、图4和图5，它们分别示出了根据本发明的弹簧组件的一种实施方式在换向阀100未通有先导气的状态下的示意图、根据本发明的弹簧组件的一种实施方式在换向阀100通有先导气的状态下的示意图以及根据本发明的弹簧组件的一种实施方式的弹簧力与行程关系示意图。

从图3和图4中也能够更好地看出所述凸块121的设计。根据所述弹簧组件的这种设计方案，可以得到的是，在所述阀芯组件11从最终工作位置到初始工作位置返回的过程中，这两个弹簧同时对所述阀芯组件11起作用，并且由于彼此是套接的位置关系，因此在节省了空间的情况下实现更大的复位力。这种弹簧组件共同作用的叠加效果在图5中给出。可以看到，在行程S起点和终点这两个位置，总的弹簧力分别为Ft1=F11+F21；Ft2=F12+F22。两个弹簧的行程一样，与阀芯组件运动的行程一致。弹簧组件合力相比于单一弹簧的力得到了大幅度的提高。

参考图6、图7和图8，它们分别示出了根据本发明的弹簧组件的另一种实施方式在换向阀100未通有先导气的状态下的示意图、根据本发明的弹簧组件的另一种实施方式在换向阀100通有先导气的状态下的示意图，以及本发明的弹簧组件的另一种实施方式的弹簧力与行程关系示意图。

能够看出的是，所述盲孔113由彼此连通的细孔和粗孔构成，所述粗孔相对于所述细孔更靠近所述第一端盖12，所述换向阀阀体1还具有插件18，所述第二弹簧14至少部分地布置于所述细孔内，所述插件18沿所述粗孔的长度方向可滑动地至少部分地布置于所述粗孔内，所述第二弹簧14的所述另一端抵接于所述插件18的背离所述第一端盖12的端部，所述插件18的另一端部能够接触所述第一端盖12的所述内壁。

通过所述插件18的设计，使得其能够代替原本的第一端盖12的内壁或者凸块121，成为所述第二弹簧14的所述另一端的新的安装布置点。“所述插件18的另一端部能够接触所述第一端盖12的所述内壁”意味着，在所述初始工作位置中，所述插件18的右端可以还没有触碰到所述第一端盖12的所述内壁，也可以已经接触了所述内壁（那么这种情况的技术效果相应于图3至5的弹簧组件的技术效果）。在前者的情况下，在从初始工作位置到最终工作位置的移动过程中，该右端才碰到所述第一端盖12的所述内壁。由此，在所述阀芯组件11的这种移动过程中，在该右端碰到所述第一端盖12的所述内壁之后，所述第二弹簧14才起作用，而所述第一弹簧13一直起作用。也就是说，所述插件18布置成，在所述阀芯组件11处于所述先导腔16无先导气状态时，所述插件18的所述另一端部与所述第一端盖12的所述内壁彼此间隔开。此外，由于粗孔到细孔存在过渡或者说止位面，能够对所述插件18的滑动行程进行限位。

通过弹簧组件的上述设计方案，实现了较小的开启压力（即阀芯组件从初始工作位置开始向右移动的启动压力），以及更大的复位压力，从而实现了大弹簧复位力及较小开启压力。同时，这两个弹簧及其不同的行程设计可以大大提高弹簧的使用寿命。就此而言，所述第一弹簧13和所述第二弹簧14能够构造成不锈钢弹簧。不锈钢弹簧的成本低，还能够获得耐腐蚀和耐中温的优点，其在受载时能够产生较大的弹性变形，从而很好地将机械功或动能转化为弹性势能。

这种弹簧组件共同作用的叠加效果能够在图8中看出。在其中，在行程S2的两个端点（其中行程S1的起点为所述第二弹簧14开始起作用的行程点）处，总的弹簧力Ft1=F11；Ft2=F12+F22。第一弹簧13的行程与阀芯组件的一样，而第二弹簧14的行程则由设计者自己或实际情况的需要来决定。可以通过调整第二弹簧14的行程来调整启动压力，同时提高弹簧组件的寿命。所述第二弹簧14的行程调整例如可以通过调整所述第二弹簧14的长度、所述盲孔113的深度并且/或者所述插件18的长度来实现。

还可以看出的是，所述插件18的左端外侧设有槽口，以便为所述第二弹簧14的所述另一端提供形状配合的安装固定点，并且在所述插件18的外周还构造有环形的滑动接触部，其与所述盲孔的粗孔内壁滑动接触，以实现所述插件18在其内的运动，并且由于粗孔到细孔存在过渡或者说止位面，该滑动接触部也能够跟所述止位面形成配合，以对所述插件18的滑动行程进行限位。

为了实现所述换向阀100的轻量化，所述阀芯组件11还具有开口112，所述开口112开设于所述阀芯组件11的所述第二端部处。所述开口112能够例如在图1和图2中看到。除了减重的技术效果之外，所述开口112还实现了防错装的功能，即，防止所述阀芯组件11在所述阀腔10内在长度方向上被反向安装。

关于所述先导腔控制单元2的实施方式，示例性的是，其能够为电磁控制或气动控制的先导腔控制单元，所述换向阀阀体1也能够适应性地进行构造。例如，在所述先导腔控制单元2构造成电磁控制的先导腔控制单元的情况下（即，所述换向阀100构造成电磁阀），其具有喷嘴、电驱组件、线圈等构件。其中，所述换向阀100失电的状态相应于所述先导腔16未通有先导气的情况，反之亦然。

在失电的状态下，喷嘴关闭，在弹簧组件的作用下，使阀芯组件保持在左侧的位置。第二工作口92打开，获得压力。在得电的状态下，电磁线圈获得切换信号，产生电磁力，电驱动组件里的动铁芯向左运动，喷嘴打开。先导气通过喷嘴进入先导腔，推动活塞组件及阀芯组件向右运动。第二工作口92关闭，第一工作口94打开。当电信号消失或气源突然停止供气时，阀芯组件在弹簧组件的作用下，仍能返回到初始工作位置，第二工作口92打开，第一工作口94关闭。这种特征可以被称为单稳态、记忆功能。

应当理解的是，所有以上的优选实施例都是示例性而非限制性的，本领域技术人员在本发明的构思下对以上描述的具体实施例做出的各种改型或变形都应在本发明的法律保护范围内。

Claims (7)

1.一种换向阀（100），包含彼此连接的换向阀阀体（1）与先导腔控制单元（2），所述换向阀阀体（1）具有与所述先导腔控制单元（2）相背离的第一端盖（12）以及靠近所述先导腔控制单元（2）的第二端盖（15），在所述换向阀阀体（1）内开设有阀腔（10），在所述阀腔（10）内设置有阀芯组件（11），所述阀芯组件（11）具有与所述先导腔控制单元（2）相背离的第一端部和靠近所述先导腔控制单元（2）的第二端部，在所述第二端盖（15）内构造有先导腔（16），所述先导腔（16）布置于所述阀芯组件（11）的所述第二端部的外侧处，在所述先导腔（16）内布置有活塞组件（17），所述活塞组件（17）与所述阀芯组件（11）的所述第二端部连接，所述先导腔（16）构造成在通有先导气的情况下，使所述活塞组件（17）和所述阀芯组件（11）受到朝所述第一端盖（12）的方向作用的推力，

其特征在于，

在所述阀芯组件（11）的所述第一端部的径向外侧处形成环形的抵接部（111），在所述阀芯组件（11）的所述第一端部内还构造有盲孔（113），

所述换向阀阀体（1）还具有弹簧组件，所述弹簧组件包括第一弹簧（13）和第二弹簧（14），所述第一弹簧（13）和所述第二弹簧（14）均构造成机械弹簧，所述第一弹簧（13）相对于所述第二弹簧（14）构造成外径较大的弹簧，所述第二弹簧（14）套装于所述第一弹簧（13）内，所述弹簧组件的长度方向与所述阀芯组件（11）的长度方向相一致，所述第一弹簧（13）布置在所述第一端盖（12）的内壁与所述抵接部（111）之间，并持续地对所述阀芯组件（11）施加朝所述先导腔控制单元（2）的方向作用的推力，使得在所述先导腔（16）不通有先导气的情况下，所述阀芯组件（11）能够被推至初始工作位置，

所述第二弹簧（14）至少部分地布置在所述盲孔（113）内，所述第二弹簧（14）的一端布置在所述盲孔（113）的内壁处，并且另一端能够作用于所述第一端盖（12）的所述内壁。

2.根据权利要求1所述的换向阀（100），其特征在于，在所述第一端盖（12）的所述内壁上形成凸块（121），所述凸块（121）的长度方向与所述第二弹簧（14）的长度方向相一致，并且所述第二弹簧（14）的所述另一端围绕并且固定于所述凸块（121）处。

3.根据权利要求1所述的换向阀（100），其特征在于，所述盲孔（113）由彼此连通的细孔和粗孔构成，所述粗孔相对于所述细孔更靠近所述第一端盖（12），所述换向阀阀体（1）还具有插件（18），所述第二弹簧（14）至少部分地布置于所述细孔内，所述插件（18）沿所述粗孔的长度方向可滑动地至少部分地布置于所述粗孔内，所述第二弹簧（14）的所述另一端抵接于所述插件（18）的背离所述第一端盖（12）的端部，所述插件（18）的另一端部能够接触所述第一端盖（12）的所述内壁。

4.根据权利要求3所述的换向阀（100），其特征在于，所述插件（18）布置成，在所述阀芯组件（11）处于所述先导腔（16）无先导气状态时，所述插件（18）的所述另一端部与所述第一端盖（12）的所述内壁彼此间隔开。

5.根据权利要求1所述的换向阀（100），其特征在于，所述阀芯组件（11）还具有开口（112），所述开口（112）开设于所述阀芯组件（11）的所述第二端部处。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的换向阀（100），其特征在于，所述先导腔控制单元（2）为电磁控制或气动控制的控制单元。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的换向阀（100），其特征在于，所述换向阀（100）构造成二位三通阀、二位四通阀或二位五通阀。