一种具有特殊密封阀芯结构的滑阀式液压换向阀

技术领域

本发明属于控制阀领域，涉及一种具有特殊密封阀芯结构的滑阀式液压换向阀。

背景技术

工作介质是液压系统中极为重要的组成部分，液压系统能否可靠、有效、安全而经济地运行，与所选用工作介质的性能密切相关。在流体静压系统中，工作介质主要分为矿物油和难燃液两类。矿物油型工作介质有许多优点，其主要缺点是具有可燃性。在接近明火、高温热源或其他易发生火灾的地方，使用矿物油型液压油时会有着火的危险。因此，在高温明火附近或煤矿井下不允许使用矿物油型液压油作为液压系统工作介质，而必须改用难燃液，比如煤矿井下使用难燃液作为液压系统工作介质，液压支架和外注式单体液压支护的工作介质是乳化液或者纯水。

换向阀作为常规的液压元件，被普遍应用于各种条件下的液压系统中，而其中应用范围最广的便是滑阀式换向阀。但是，对滑阀式换向阀而言，由于它是利用滑阀阀芯相对于阀体孔作相对运动工作的，因此阀芯与阀体孔之间必然存在配合间隙，换向阀的密封属于环形间隙密封，滑阀阀芯与阀体孔之间环形间隙的流动状态一般为层流，工作压力越高，内泄漏越大，而换向阀的泄漏量过大，将导致液压系统发热严重，效率降低，影响执行元件的运动速度。由于乳化型水基难燃液、水及其他水基难燃介质粘度小及以上要求，因此，滑阀式换向阀一般采用矿物油型液压油作为工作介质。

由于乳化液、水及其他水基难燃介质不适用于目前的滑阀式换向阀，因此煤矿井下液压支架的换向阀都使用锥阀或球阀的形式。锥阀型换向阀通过锥阀芯相对于阀座的开启或闭合实现换向，它的密封性能好，但单个锥阀只能实现二位三通机能，故如果要得到较复杂的机能，必须采用多个阀进行组合。

目前液压支架使用的换向阀为片式结构，每片阀由一个操作机构、两套阀芯和一个阀体组成，其中每套阀芯组成一个二位三通换向阀，该阀的密封形式为锥阀密封。两套阀芯(二位三通阀)组成一个三位四通换向阀，因此，换向阀实际上起到的是三位四通换向阀的作用。这种设计结构复杂，增加了设备的加工和维护成本。若使用滑阀式三位四通阀，将会使结构简单可靠。因此，在实际煤矿井下工作环境中，迫切需要设计一种既能够可靠密封避免泄漏又能通过简单结构完成换向操作的换向阀结构。

同样地，在液压换向阀为水及其他水基介质的液压系统中，也存在相似的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种具有特殊密封阀芯结构的滑阀式液压换向阀，其结构简单，能够在乳化液、水及其他水基传动介质下使用且能够有效保证液压换向阀的密封性能，提高液压换向阀的工作可靠性，提升工作效率。

本发明的技术方案如下：

一种具有特殊密封阀芯结构的滑阀式液压换向阀，包括换向阀阀体、复位弹簧、直线滚动轴承、滑阀阀芯以及密封圈；换向阀阀体内部设置有与滑阀阀芯配合的阀孔以及用于与进出液通道连通的多路孔道，滑阀阀芯与所述阀孔同轴间隙配合，滑阀阀芯两端均套接有与滑阀阀芯同轴的复位弹簧，其特征在于，换向阀阀体可以是整体式，也可以是分体式，滑阀阀芯为设有多个环形导流槽的柱形结构，滑阀阀芯左侧柱体通过左直线滚动轴承转动连接于左阀体，滑阀阀芯右侧柱体通过右直线滚动轴承转动连接于右阀体，滑阀阀芯与阀体之间需要密封的位置不是以刚性的轴孔配合间隙密封，而是设有密封沟槽，沟槽内有高分子材质密封圈用来进行密封；

具体的，滑阀式液压换向阀，其高分子密封圈安装在阀芯之上，滑阀阀芯左侧柱体靠近左侧环形导流槽位置设置有密封沟槽，滑阀阀芯右侧柱体靠近右侧环形导流槽位置同样设置有密封沟槽，滑阀阀芯中部柱体两侧均设置有密封沟槽，上述密封沟槽内均装配有密封圈；

具体的，滑阀式液压换向阀阀体内部的阀孔与所述多路孔道垂直联通，联通处设置有与阀孔同轴的环形凹台，该凹台的台肩与阀孔的过渡倒角为直线型、弧线型以及直线型与弧线型的组合型，用于滑阀阀芯运动及进出密封区间时，减缓台肩棱角对于密封圈的瞬时冲击或剪切；

具体的，滑阀式液压换向阀，其高分子密封圈安装在阀体之内，换向阀阀体内部的阀孔与所述多路孔道垂直联通，联通处设置有与阀孔同轴的环形凹台，阀体的左侧环形凹台两侧设置有密封沟槽，阀体的右侧环形凹台两侧同样设置有密封沟槽，阀体的中间环形凹台两侧均设置有密封沟槽，上述密封沟槽内均装配有密封圈；

具体的，滑阀式液压换向阀阀芯柱体位于多个环形导流槽处设置倒角结构，多个所述环形导流槽两侧柱体端面的倒角为直线型、弧线型以及直线型与弧线型的组合型，用于滑阀阀芯运动及进出密封区间时，减缓阀芯柱体棱角对于密封圈的瞬时冲击或剪切；

具体的，滑阀式液压换向阀阀芯与阀体之间采用的密封结构为密封圈安装在阀芯之上，阀体上有过渡倒角，或密封圈安装在阀体之内，阀芯上有倒角。

具体的，滑阀式液压换向阀阀体、滑阀阀芯以及复位弹簧均采用不易生锈材质，如铜质、不锈钢材质，或者为内外表面镀有防氧化层结构；

具体的，本发明滑阀式液压换向阀的工作介质为乳化液、水及其他水基传动介质；

具体的，本发明滑阀式液压换向阀为水基介质的液压系统或者煤矿井下液压支架用液压换向阀；

本发明技术方案所带来的技术效果如下：

普通的滑阀式换向阀没有密封圈，阀体与阀芯间形成间隙密封。液压支架工作压力较大，工作介质泄露量大。本设计的滑阀式换向阀，设计有密封圈，工作介质为乳化液、水及其他水基难燃介质，不会产生泄露。

阀体上或阀芯上的倒角结构，经过有限元分析，设计出特定形状，该形状可以是直线型、弧线型、直线型与弧线型的组合，配合特定形状的密封圈，目的是在换向时，密封圈在进入阀孔与离开阀孔时，密封圈不会经过猛烈挤压，使换向阀换向平稳，延长寿命。

采用高分子材质密封圈，耐磨、耐腐蚀，可以自润滑，工作可靠。

阀芯两端安装直线滚动轴承。由于乳化液、水及其他水基难燃介质润滑性较差，安装直线滚动轴承后，其内部滚动体钢球与阀芯间为点接触，可以在最小摩擦阻力情况下实现高精度与轻快的直线运动，有助于减少换向阀的磨损，提高换向阀的使用寿命。

普通滑阀式换向阀常出现液压卡紧现象，因此要求阀芯和阀体有较高的同轴度。本设计的换向阀由于安装了直线滚动轴承，缓解了液压卡紧现象。

应当指出，本说明中所述的换向阀，是针对所有的滑阀机能的换向阀进行的设计，包括但不局限于三位四通阀，具体可是两位两通阀、两位三通阀、两位四通阀、两位五通阀、三位四通阀、三位五通阀等。

附图说明

图1为本发明一种具有特殊密封阀芯结构的滑阀式液压换向阀正向剖面示意图(密封圈安装在阀芯之上)

图2为本发明一种具有特殊密封阀芯结构的滑阀式液压换向阀俯视剖面示意图(密封圈安装在阀芯之上)

图3为本发明一种具有特殊密封阀芯结构的滑阀式液压换向阀阀孔台肩处局部示意图(密封圈安装在阀芯之上)

图4为本发明一种具有特殊密封阀芯结构的滑阀式液压换向阀正向剖面示意图(密封圈安装在阀体之内)

图5为本发明一种具有特殊密封阀芯结构的滑阀式液压换向阀阀芯柱体端面处局部示意图(密封圈安装在阀体之内)

附图标记：1-换向阀阀体，2-滑阀阀芯，3-密封圈，4-阀孔，5-直线滚动轴承，6-复位弹簧，7-环形凹台的台肩，8-棱角，9-台肩与阀孔的过渡倒角，10-环形导流槽，11-阀芯上的密封沟槽，12-密封圈，13-环形凹台，14-阀体上的密封沟槽，15-密封圈，16-阀芯柱体端面的倒角，17-环形导流槽

具体实施方式

实施例一

一种具有特殊密封阀芯结构的滑阀式液压换向阀，具体为三位四通阀，包括换向阀阀体1、复位弹簧6、直线滚动轴承5、滑阀阀芯2以及密封圈组件3；换向阀阀体1内部设置有与滑阀阀芯2配合的阀孔4以及用于与进出液通道连通的多路孔道，滑阀阀芯2与所述阀孔4同轴间隙配合，滑阀阀芯2两端均套接有与滑阀阀芯同轴的复位弹簧6，其特征在于，换向阀阀体1分为左阀体、右阀体以及中间阀体，各阀体之间端面通过密封垫圈密封接合，两个复位弹簧6分别位于左右阀体内部，滑阀阀芯2为设有多个环形导流槽10的柱形结构，滑阀阀芯2左侧柱体通过左直线滚动轴承5转动连接于左阀体1，滑阀阀芯2右侧柱体通过右直线滚动轴承5转动连接于右阀体1，滑阀阀芯2与阀体1之间需要密封的位置不是以刚性的轴孔配合间隙密封，而是设有密封沟槽11，沟槽内有高分子材质密封圈12用来进行密封；

具体的，滑阀式液压换向阀，其高分子密封圈12安装在阀芯2之上，阀芯2左侧柱体靠近左侧环形导流槽10位置设置有密封沟槽11，滑阀阀芯右侧柱体靠近右侧环形导流槽位置同样设置有密封沟槽，滑阀阀芯中部柱体两侧均设置有密封沟槽，上述密封沟槽内均装配有密封圈12；

具体的，滑阀式换向阀阀体1内部的阀孔4与所述多路孔道垂直联通，联通设置有与阀孔同轴的环形凹台，该凹台的台肩7与阀孔的过渡倒角9为直线型、弧线型以及直线型与弧线型的组合型，用于滑阀阀芯2运动及进出密封区间时，减缓台肩棱角8对于密封圈12的瞬时冲击或剪切；

具体的，滑阀式液压换向阀阀体1、滑阀阀芯2以及复位弹簧6均采用不易生锈材质，如铜质、不锈钢材质，或者为内外表面镀有防氧化层结构；

具体的，本发明滑阀式液压换向阀的工作介质为乳化液、水及其他水基传动介质；

具体的，本发明滑阀式液压换向阀为水基介质的液压系统或者煤矿井下液压支架用液压换向阀；

具体的，密封圈为O型密封圈、Y型密封圈或者V型密封圈或者特制的高分子密封圈。

具体的，滑阀式液压换向阀工作原理如下：

当滑阀阀芯2左移，P口与B口联通、A口与T口联通；当滑阀阀芯2右移，P口与A口联通、B口与T口联通；滑阀阀芯2处于中位，P口、A口、B口、T口均不通。

实施例二

一种具有特殊密封阀芯结构的滑阀式液压换向阀，具体为三位四通阀，包括换向阀阀体1、复位弹簧6、直线滚动轴承5、滑阀阀芯2以及密封圈组件3；换向阀阀体1内部设置有与滑阀阀芯2配合的阀孔4以及用于与进出液通道连通的多路孔道，滑阀阀芯2与所述阀孔4同轴间隙配合，滑阀阀芯2两端均套接有与滑阀阀芯同轴的复位弹簧6，其特征在于，换向阀阀体1分为左阀体、右阀体以及中间阀体，各阀体之间端面通过密封垫圈密封接合，两个复位弹簧6分别位于左右阀体内部，滑阀阀芯2为设有多个环形导流槽17的柱形结构，滑阀阀芯2左侧柱体通过左直线滚动轴承5转动连接于左阀体1，滑阀阀芯2右侧柱体通过右直线滚动轴承5转动连接于右阀体1，滑阀阀芯2与阀体1之间需要密封的位置不是以刚性的轴孔配合间隙密封，而是设有密封沟槽14，沟槽内有高分子材质密封圈15用来进行密封；

具体的，滑阀式液压换向阀，其高分子密封圈14安装在阀体1之内，换向阀阀体1内部的阀孔4与所述多路孔道垂直联通，联通处设置有与阀孔4同轴的环形凹台13，阀体的左侧环形凹台两侧设置有密封沟槽14，阀体的右侧环形凹台两侧同样设置有密封沟槽14，阀体的中间环形凹台两侧均设置有密封沟槽14，上述密封沟槽14内均装配有密封圈15；

具体的，滑阀式液压换向阀阀芯2柱体位于多个环形导流槽17处设置倒角结构16，多个所述环形导流槽两侧柱体端面的倒角16为直线型、弧线型以及直线型与弧线型的组合型，用于滑阀阀芯2运动及进出密封区间时，减缓阀芯柱体棱角对于密封圈的瞬时冲击或剪切；

具体的，滑阀式液压换向阀阀体1、滑阀阀芯2以及复位弹簧6均采用不易生锈材质，如铜质、不锈钢材质，或者为内外表面镀有防氧化层结构；

具体的，本发明滑阀式液压换向阀的工作介质为乳化液、水及其他水基传动介质；

具体的，本发明滑阀式液压换向阀为水基介质的液压系统或者煤矿井下液压支架用液压换向阀；

具体的，密封圈为O型密封圈、Y型密封圈或者V型密封圈或者特制的高分子密封圈。

具体的，滑阀式液压换向阀工作原理如下：

当滑阀阀芯2左移，P口与B口联通、A口与T口联通；当滑阀阀芯2右移，P口与A口联通、B口与T口联通；滑阀阀芯2处于中位，P口、A口、B口、T口均不通。

实施例三：

本发明专利也可以用于类似结构的两位两通阀、两位三通阀、两位四通阀、两位五通阀、三位五通阀等。