一种通流能力可调的旋转式高速开关阀及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种通流能力可调的旋转式高速开关阀及其控制方法，涉及数字液压元件技术领域。

背景技术

随着时代的发展，计算机被广泛地应用于各个领域，这导致越来越多的产品出现了数字化趋势，以便和计算机交互，在液压领域同样如此，因此催生了一批数字液压元件，高速开关阀便是其中的一种。高速开关阀相较于传统的伺服阀和比例阀有许多优点，它有更强的抗污染能力、可靠性和可重复性，并且易于维护、性价比高，具有广泛的发展前景。

现有的高速开关阀基本为直动式高速开关阀，此类高速开关阀通过线圈通电以产生电磁力推动阀芯运动，通过液压力或者弹簧力来给阀芯复位，而不论阀芯运动或者复位过程都会与阀座碰撞，因此在工作的过程中，直动式高速开关阀会产生较大的振动和噪声，降低阀的使用寿命。对于某一具体型号的直动式高速开关阀，其最大通油流量是固定的，当工作需要更大的通油流量时，原有的直动式高速开关阀难以提供工作所需的流量，因此其在工程应用中通常作为先导阀使用，或者采用阀组阵列的方式，即通过同时使用多个高速开关阀以实现较大的通油流量，而在阀组阵列中，需要高速开关阀有不同的最大通油流量以便实现更好的控制效果。

现有直动式高速开关阀的设计仍存有以下不足之处，其主要表现为：

1、现有的直动式高速开关阀通过线圈通电，产生电磁力，推动阀芯运动进而打开阀口，通过液压力或者弹簧力推动阀芯复位进而关闭阀口。然而在阀口开启和关闭时阀芯和阀座都会产生碰撞，影响阀的工作寿命。针对碰撞冲击带来的负面影响，现有直动式高速开关阀采用降低阀芯质量的措施，通过降低阀芯的质量，减小了其在快速启闭的过程中的惯性力，由此达到降低冲击的效果。然而阀芯与阀座的碰撞产生的振动噪声仍不可避免，限制了阀在极端工况下的适用性。

2、现有的直动式高速开关阀在工作时的最大通油流量由阀口通流面积决定，为了适应工程应用中更大流量的需求，诸多学者提出阵列式高速开关阀组，即同时采用多个高速开关阀进行控制，而采用的多个高速开关阀有两种选择，一种是均采用相同型号具有相同通流能力的高速开关阀，如此的高速开关阀具有相同的控制特性，控制较为简单，但由于通流流量均相同，产生的流量组合较少；另一种则采用不同型号具有不同通流能力的高速开关阀，如此的高速开关阀具有不同的通流流量，产生的流量组合较多，并且更多的流量组合也就意味着控制系统会有更好的控制精度，但不同型号的高速开关阀也就有不同的控制特性，这导致控制变得更为复杂。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种通流能力可调的旋转式高速开关阀及其控制方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种通流能力可调的旋转式高速开关阀，包括阀壳，所述阀壳的内部在进油口与出油口之间设置有过油口，所述过油口上设置有用以旋转调节过油口的通油开度的可调挡片。

优选的，所述过油口设置在进油挡片与出油挡片上，所述进油挡片与出油挡片同轴固定在进油口与出油口之间的阀壳内部，用以阻隔阀壳内部阀腔，进油挡片位于出油挡片的下方，所述进油挡片与出油挡片上均设置有两个呈中心对称的扇形状的过油口，其中进油挡片与出油挡片上的过油口上下对应衔接。

优选的，所述可调挡片设置在进油挡片与出油挡片之间，所述可调挡片上圆周间隔固设有若干个用以旋转遮挡过油口的扇形挡部。

优选的，所述可调挡片经阀芯驱动旋转，所述阀芯同轴设置在阀壳内部，所述阀芯自上往下依次穿过出油挡片、可调挡片、进油挡片，所述可调挡片的中心为花键孔，所述阀芯上同轴固设有用以下降啮合入花键孔的调整花键，所述出油挡片的中心设置有用以调整花键升降的中空部位，该中空部位的顶部为用以阀芯上升限位的限位端面，限位端面的中心供阀芯穿过；所述可调挡片在花键孔的外周部上圆周均布有若干个定位孔，其中至少一个定位孔的内部竖直插设有定位销钉，所述定位销钉的底端固连有竖直的弹簧，所述进油挡片在衔接可调挡片的端面上开设有用以安装弹簧与定位销钉的凹部，所述凹部径向延伸至与进油挡片中心的通孔相贯通，所述凹部中设有与定位销钉固连的复位铁片，所述复位铁片径向延伸至进油挡片中心的通孔中，所述阀芯在调整花键的下方同轴固设有用以下降穿过花键孔并下压复位铁片的复位铁片挤压面；所述凹部由安装弹簧的凹孔以及复位铁片延伸的直槽组成。

优选的，所述阀芯的底端固设有位于进油挡片下方的旋转挡片，所述旋转挡片上固设有两个呈中心对称的扇形开关片，用以旋转启闭过油口。

优选的，所述阀芯的升降与旋转经驱动机构驱动，所述驱动机构包括固设在出油挡片上方的阀壳内部的隔油轴承片，所述阀芯穿过隔油轴承片的中心，所述隔油轴承片上方的阀芯顶端固连有旋转永磁体，旋转永磁体下方设有固连在阀芯上的弹簧线圈挤压面，弹簧线圈挤压面与隔油轴承片之间的阀芯外周套设有弹簧线圈，所述弹簧线圈内部设有安装在隔油轴承片上的线圈支架，阀芯穿过线圈支架的中心，所述线圈支架的内部套设有通电线圈。

优选的，所述阀壳的顶部盖设有通电端盖，阀壳的内顶部圆周均布有四个励磁线圈，四个励磁线圈与通电端盖的通电接线柱电性连接，旋转永磁体位于四个励磁线圈的相邻内端部的中心。

优选的，所述阀壳分为三部分，阀壳上部分外周包括外螺纹和外六角平台，外螺纹用于高速开关阀插装于阀块上，外六角平台用于扳手拧动需要；阀壳中间部分细于上部分，中间部分包括两个对称的出油口；阀壳下部分细于中间部分，阀壳下部分包括两个对称的进油口和一个竖直进油口，竖直进油口和两个对称的进油口呈垂直分布；驱动机构位于阀壳上部分，出油挡片、可调挡片、进油挡片、旋转挡片位于阀壳中间部分。

一种通流能力可调的旋转式高速开关阀的控制方法，按以下步骤进行：

步骤S1：控制阀芯下降，复位铁片挤压面下压复位铁片，带动定位销钉下压，定位销钉脱离可调挡片的定位孔，同时调整花键与可调挡片的花键孔连接，使阀芯能带动可调挡片旋转；

步骤S2：控制阀芯旋转一个角度，调整花键带动可调挡片也旋转一个相同角度，此时进油挡片的两个扇形过油口被可调挡片挡住相同的角度，调整最大流量为初始的四分之一；

步骤S3：控制阀芯上升，调整花键离开可调挡片的花键孔，复位铁片和定位销钉在弹簧的作用下上升，定位销钉插入可调挡片的定位孔，以保证可调挡片不动；

步骤S4：重复步骤S1到步骤S3，此时可以调整最大流量为初始的四分之三，再次重复步骤S1到步骤S3，此时可以调整最大流量为初始的二分之一。

优选的，通过控制通电接线柱的通断电、断电顺序，对该通流能力可调的旋转式高速开关阀的通断和最大通过流量进行控制，控制方法包含以下步骤Q1-Q7，其中各通电接线柱可以如下方式分别命名为a、a1、a2、b、b1、b2和c、c1；

步骤Q1：通电接线柱a1通电，控制阀芯旋转一个控制角度，作为第一控制角，阀口打开；

步骤Q2：通电接线柱a1断电，通电接线柱b1通电，控制阀芯旋转第一控制角，阀口关闭；

步骤Q3：通电接线柱b1断电，通电接线柱a2通电，控制阀芯旋转第一控制角，阀口打开；

步骤Q4：通电接线柱a2断电，通电接线柱b2通电，控制阀芯旋转第一控制角，阀口关闭，至此阀芯旋转一个周期，为该通流能力可调的旋转式高速开关阀的一个工作周期；

步骤Q5：通电接线柱b2断电，通电接线柱c通电，旋转阀芯下降，通电接线柱a1、b1通电，控制阀芯旋转第一控制角的一半，作为第二控制角，此时阀口开度改变；

步骤Q6：通电接线柱c断电，旋转阀芯上升，通电接线柱a1断电，控制阀芯旋转第二控制角达到复位状态，阀口关闭；

步骤Q7：通电接线柱b1断电，通电接线柱a1通电，重复步骤Q1到步骤Q4进行工作，当需要改变阀的通油能力时，重复步骤Q5与步骤Q6。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、为避免现有直动式高速开关阀在启闭过程中因为阀芯阀座的碰撞给阀工作寿命带来的影响，本发明提出一种旋转式高速开关阀结构，通过使用一种控制方法，使阀芯与挡片旋转式的通油调整部件相互配合工作，并且阀口的开关采用旋转开启和旋转遮挡关闭的方式，不存在阀芯与阀座的碰撞。通过上述结构，提高了高速开关阀的使用寿命，更有利于在极端工况下的应用。

2、为了保障高速开关阀在工作时具有良好控制品质的同时具有不同的最大通油流量，本发明通过设计了一种挡片旋转式的通油调整部件，使高速开关阀具有多种不同的最大通油流量，并且通过与阀芯的相互配合，实现了阀在工作时能够控制油液的高速通断切换以及调整阀的通油流量；同时实现了在阵列式阀组中应用该旋转式高速开关阀能同时满足控制简单且有好的控制精度。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

附图说明

图1为本发明实施例的立体图。

图2为本发明实施例的俯视图。

图3为图2的A-A剖视图。

图4为图2的B-B剖视图。

图5为图2的C-C剖视图。

图6为阀壳内部的阀芯装配示意图。

图7为本发明实施例的爆炸示意图。

图8为挡片旋转式的通油调整部件的爆炸示意图。

图9为通电端盖的立体图一。

图10为通电端盖的立体图二。

图11为阀芯的立体图。

图12为进油挡片的立体图。

图13为可调挡片的立体图。

图14为本发明实施例的步骤S1-S4工作过程流程图。

图15为本发明实施例的步骤Q1-Q7工作过程流程图。

图中：

1、通电端盖，1.1、第一凸缘，1.2、第二凹缘，2、阀壳，3、大密封圈，4、小密封圈，5、旋转永磁体，6、弹簧线圈，7、线圈支架，8、隔油轴承片，9、阀芯，9.1、阀芯顶端，9.2、弹簧线圈挤压面，9.3、调整花键，9.4、复位铁片挤压面，9.5、旋转挡片，10、出油挡片，11、可调挡片，11.1、定位孔，11.2、花键孔，12、进油挡片，12.1、凹孔，12.2、直槽，13、通电线圈，14、定位销钉，15、弹簧，16、复位铁片，17、进油口，18、出油口，19、过油口；

a、通电接线柱a，a1、通电接线柱a1，a2、通电接线柱a2，b、通电接线柱b，b1、通电接线柱b1，b2、通电接线柱b2，c、通电接线柱c，c1、通电接线柱c1；

A1、励磁线圈A1，A2、励磁线圈A2，B1、励磁线圈B1，B2、励磁线圈B2。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

如图1~15所示，本实施例提供了一种通流能力可调的旋转式高速开关阀，包括阀壳，所述阀壳的内部在进油口与出油口之间设置有过油口，所述过油口上设置有用以旋转调节过油口的通油开度的可调挡片。

在本发明实施例中，所述过油口设置在进油挡片与出油挡片上，所述进油挡片与出油挡片同轴固定在进油口与出油口之间的阀壳内部，用以阻隔阀壳内部阀腔，进油挡片位于出油挡片的下方，所述进油挡片与出油挡片上均设置有两个呈中心对称的扇形状的过油口，其中进油挡片与出油挡片上的过油口上下对应衔接。

在本发明实施例中，所述可调挡片设置在进油挡片与出油挡片之间，所述可调挡片上圆周间隔固设有若干个用以旋转遮挡过油口的扇形挡部。

在本发明实施例中，所述可调挡片经阀芯驱动旋转，所述阀芯同轴设置在阀壳内部，所述阀芯自上往下依次穿过出油挡片、可调挡片、进油挡片，所述可调挡片的中心为花键孔，所述阀芯上同轴固设有用以下降啮合入花键孔的调整花键，所述出油挡片的中心设置有用以调整花键升降的中空部位，该中空部位的顶部为用以阀芯上升限位的限位端面，限位端面的中心供阀芯穿过；所述可调挡片在花键孔的外周部上圆周均布有若干个定位孔，其中至少一个定位孔的内部竖直插设有定位销钉，所述定位销钉的底端固连有竖直的弹簧，所述进油挡片在衔接可调挡片的端面上开设有用以安装弹簧与定位销钉的凹部，所述凹部径向延伸至与进油挡片中心的通孔相贯通，所述凹部中设有与定位销钉固连的复位铁片，所述复位铁片径向延伸至进油挡片中心的通孔中，所述阀芯在调整花键的下方同轴固设有用以下降穿过花键孔并下压复位铁片的复位铁片挤压面；所述凹部由安装弹簧的凹孔以及复位铁片延伸的直槽组成。

在本发明实施例中，所述阀芯的底端固设有位于进油挡片下方的旋转挡片，所述旋转挡片上固设有两个呈中心对称的扇形开关片，用以旋转启闭过油口。

在本发明实施例中，所述阀芯的升降与旋转经驱动机构驱动，所述驱动机构包括固设在出油挡片上方的阀壳内部的隔油轴承片，所述阀芯穿过隔油轴承片的中心，所述隔油轴承片上方的阀芯顶端固连有旋转永磁体，旋转永磁体下方设有固连在阀芯上的弹簧线圈挤压面，弹簧线圈挤压面与隔油轴承片之间的阀芯外周套设有弹簧线圈，所述弹簧线圈内部设有安装在隔油轴承片上的线圈支架，阀芯穿过线圈支架的中心，所述线圈支架的内部套设有通电线圈。弹簧线圈挤压面用于旋转的阀芯向下运动时给弹簧线圈提供挤压力。

在本发明实施例中，所述阀壳的顶部盖设有通电端盖，阀壳的内顶部圆周均布有四个励磁线圈，四个励磁线圈与通电端盖的通电接线柱电性连接，旋转永磁体位于四个励磁线圈的相邻内端部的中心。

在本发明实施例中，所述通电端盖上的插头用以高速开关阀通电时与电线的接头连接。通电端盖的插头包括8个通电接线柱，分别命名为a、a1、a2、b、b1、b2和c、c1，四个励磁线圈分别命名为A1、A2和B1、B2。插头内周竖直固设有第一凸缘，用以连接电线的接头时与其上的第一凹缘插嵌。通电端盖外周竖直固设有第二凹缘，用以与阀壳顶部内周的第二凸缘插嵌。通电端盖的第一凸缘和第二凹缘间隔45度。

在本发明实施例中，所述阀壳分为三部分，阀壳上部分外周包括外螺纹和外六角平台，外螺纹用于高速开关阀插装于阀块上，外六角平台用于扳手拧动需要；阀壳中间部分细于上部分，中间部分包括两个对称的出油口；阀壳下部分细于中间部分，阀壳下部分包括两个对称的进油口和一个竖直进油口，竖直进油口和两个对称的进油口呈垂直分布；驱动机构位于阀壳上部分，出油挡片、可调挡片、进油挡片、旋转挡片位于阀壳中间部分。

在本发明实施例中，阀壳上部分与中间部分之间具有大密封圈，中间部分与阀壳下部分之间具有小密封圈，便于阀壳使用时与阀块密封。

在本发明实施例中，所述通电端盖通过过盈配合的方式安装于阀壳的上端。所述旋转永磁体通过螺钉连接的方式安装于阀芯的顶部。所述线圈支架将通电线圈包裹在内，所述弹簧线圈则将线圈支架包裹在内，所述隔油轴承片起到隔开油液同时支撑旋转阀芯的作用，挡片旋转式的通油调整部件由阀壳支撑，所述阀芯与挡片旋转式的通油调整部件相互配合工作，控制油液的高速通断切换以及调整阀的通油流量。通油调整部件包括出油挡片、可调挡片、进油挡片、旋转挡片。

在本发明实施例中，进油挡片与出油挡片均包括两个呈中心对称的120度的扇形结构，相邻扇形结构之间为过油口。

在本发明实施例中，可调挡片包括两个中心对称的45度扇形结构（扇形挡部）和两个中心对称的30度扇形结构（扇形挡部），两个45度扇形结构与两个30度扇形结构分别间隔60度和45度；可调挡片上带有8个定位孔和一个花键孔。

一种通流能力可调的旋转式高速开关阀的控制方法，按以下步骤进行：

当未进行控制时，阀口能通过的初始流量为两个具有一定角度的扇形区域，其实现方式包含以下步骤S1-S4；

步骤S1：控制阀芯下降，复位铁片挤压面下压复位铁片，带动定位销钉下压，定位销钉脱离可调挡片的定位孔，同时调整花键与可调挡片的花键孔连接，使阀芯能带动可调挡片旋转；

步骤S2：控制阀芯旋转45度，调整花键带动可调挡片也旋转45度，此时进油挡片的60度扇形过油口被可调挡片的两个45度扇形结构挡住，调整最大流量为原先的四分之一；

步骤S3：控制阀芯上升，调整花键离开可调挡片的花键孔，复位铁片和定位销钉在弹簧的作用下上升，定位销钉插入可调挡片的定位孔，以保证可调挡片不动；当定位销钉插入可调挡片的定位孔时，调整花键与花键孔的内外齿都能对准，便于下降时的啮合。

步骤S4：重复步骤S1到步骤S3，此时可以调整最大流量为初始的四分之三，再次重复步骤S1到步骤S3，此时可以调整最大流量为初始的二分之一。

油液从阀壳的进油口流入，先经过进油挡片，再经过可调挡片，再通过出油挡片，最后从阀壳的出油口流出。

在本发明实施例中，通过控制通电接线柱的通断电、断电顺序，对该通流能力可调的旋转式高速开关阀的通断和最大通过流量进行控制，控制方法包含以下步骤Q1-Q7，其中各通电接线柱可以如下方式分别命名为a、a1、a2、b、b1、b2和c、c1；在进行阀口旋转开关与通流能力调节时，通电控制部分每个步骤具体如下，其中接线柱得电为黑色，断电为白色：

步骤Q1：通电接线柱a1通电，阀芯旋转90度，阀口打开；

步骤Q2：通电接线柱a1断电，通电接线柱b1通电，阀芯旋转90度，阀口关闭；

步骤Q3：通电接线柱b1断电，通电接线柱a2通电，阀芯旋转90度，阀口开启；

步骤Q4：通电接线柱a2断电，通电接线柱b2通电，阀芯旋转90度，阀口关闭，至此阀芯旋转一个周期，为该通流能力可调的旋转式高速开关阀的一个工作周期；

步骤Q5：通电接线柱b2断电，通电接线柱c通电，阀芯下降，通电接线柱a1、b1通电，阀芯旋转45度，此时阀口开度改变；

步骤Q6：通电接线柱c断电，阀芯上升，通电接线柱a1断电，阀芯旋转45度复位，阀口关闭；

步骤Q7：通电接线柱b1断电，通电接线柱a1通电，重复步骤Q1到步骤Q4进行工作,当需要改变阀的通油能力时，重复步骤Q5与步骤Q6。

旋转永磁体分为左右两部分，一边为N级一边为S级，当通电端盖的接线柱a和a1通电时，a接电源负极，a1接电源正极，线圈A1得电，产生电磁力，永磁体N级旋转正对A1，永磁体旋转时带动阀芯旋转；当通电端盖的接线柱b和b1通电，b接电源负极，b1接电源正极，线圈B1得电，产生电磁力，永磁体N级旋转90°正对B1，永磁体旋转时带动阀芯旋转；当通电端盖的接线柱a、a1、b、b1通电时，a、b接电源负极，a1、b1接电源正极，线圈A1、B1得电，产生电磁铁，在两者电磁力的作用下，永磁体N级旋转正对A1和B1中间，带动阀芯旋转45°。

当接线柱的c、c1通电时，通电线圈得电，产生电磁力，吸引阀芯上面的弹簧线圈挤压面，阀芯向下运动，同时弹簧线圈挤压面挤压弹簧线圈，当接线柱c、c1断电时，电磁吸力消失，阀芯在弹簧线圈的弹性力下向上运动。

本发明通过旋转开关的工作方式避免了开关过程中带来的振动和噪声对控制系统的影响，提高了控制系统的控制效果；通过设计挡片旋转式的通油调整部件实现高速开关阀通油流量的调节，为高速开关阀在阵列式系统中使用提供了便利；通过主动旋转控制的方式避免了现有被动式旋转高速开关阀难以根据需要实现对油路的通断控制的问题，确保了高速开关阀工程应用的可行性。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。