一种通过转阀放大换向频率的高速换向阀

技术领域

本发明属于流体传动和控制技术领域，具体公开了一种通过转阀放大换向频率的高速换向阀。

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。两级阀是在主阀体(功率级阀)的基础上叠加一个电磁阀(一般是6通径)作为先导阀，利用先导阀控制主阀芯左右两腔的压力，实现主阀的换向即油路的切换，这样就解决了大流量换向阀的开启问题。

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。但两级阀的结构使阀体内部结构复杂，阀体可靠性降低；且由于多采用电磁铁驱动阀芯运动，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，另外采用电磁铁驱动阀芯运动实现换向操作时换向频率不高，尤其需要较高频率换向采用电磁铁驱动无法达成。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过转阀放大换向频率的高速换向阀，以解决现有中、大流量的流体控制阀，结构复杂、换向频率不能达到较高频率的问题。

为了达到上述目的，本发明的基础方案为：一种通过转阀放大换向频率的高速换向阀，包括主阀体和先导阀体，所述主阀体内设有主阀芯，所述主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；所述先导阀内设有先导阀芯，所述先导阀体上设有与低压出油口连通的低压回油口；所述先导阀体内位于先导阀芯外设有先导阀套，所述先导阀套上开设第一油孔和第二油孔，第一油孔和第二油孔为多个且分别沿先导阀套的周向设置，第一油孔和第二油孔在先导阀套的轴向上错位设置；所述主阀芯的左部与主阀体设有左导控腔，主阀芯的右部与主阀体设有右导控腔；所述左导控腔、第一油孔与高压进油口连通，所述右导控腔、第二油孔与高压进油口连通；所述先导阀芯上设有油槽，所述油槽与低压回油口连通，所述先导阀芯连接有驱动其转动的驱动装置，所述油槽转动与可分别与第一油孔、第二油孔对齐连通。

本基础方案的工作原理在于：主阀体、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，先导阀体通过控制左导控腔和右导控腔内液压油的压力实现主阀芯在阀体内滑动此部分也可采用现有技术中的结构。即主阀芯在主阀体内相对主阀体位移，可以使本换向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，也可以使本换向阀出现高压进油口、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，还可以使本换向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。在以上前提下，本换向阀使用前将会处于第二状态，即高压进油口、第一控制油口、第二控制油口、低压出油口相互断隔。

本换向阀使用时，可向高压进油口通入高压液压油，向低压出油口通入低压液压油。由于左导控腔、第一油孔与高压进油口连通，右导控腔、第二油孔与高压进油口连通，第一油孔和左导控腔、以及第二油孔和右导控腔随之将会分别充入高压液压油，并同时保持高压状态。由于低压出油口连通低压回油口，且油槽与低压回油口连通，低压回油口和油槽中均充入低压液压油。此时由于充入本换向阀内的液压油压力平衡，因此本换向阀继续处于第二状态。

本换向阀使用时可通过驱动装置驱动先导阀芯转动，先导阀芯转动过程中，当第一油孔和油槽对齐连通时，在压力作用下第一油孔内的高压液压油进入油槽和低压回油口释放压力，左导控腔的高压液压油压力随之被释放，而此时右导控腔内还是高压液压油，左导控腔和右导控腔内液压油的压力差即可驱动主阀芯向左移动，进而本换向阀出现第一状态或第三状态。

随着先导阀芯的转动，第一油孔将会与油槽断开，第一油孔和左导控腔的液压油继续保持高压。由于第一油孔和第二油孔在先导阀套的轴向上错位设置，在第一油孔与油槽断开后，第二油孔将会与油槽对齐连通。此时在第二油孔内的高压液压油将会进入油槽和低压回油口释放压力，右导控腔的高压液压油压力随之被释放，而此时左导控腔内是高压液压油，左导控腔和右导控腔内液压油的压力差即可驱动主阀芯向右移动，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。

由于第一油孔和第二油孔为多个且分别沿先导阀套的周向设置，先导阀芯转动一圈油槽将会分别与第一油孔、第二油孔多次连通，实现多次实新换向阀油路状态的切换，进而实现本换向阀的多次换向，增加换向阀的换向频率。

本基础方案的有益效果在于：

1、本方案中先导阀采用转阀式结构，易于用工业通用现有的简单动力源直接驱动先导阀芯转动，比如采用伺服电机驱动先导阀芯转动，无需设置复杂的电磁铁结构，可使本换向阀内部结构相对简单。

2、本方案中由于采用现有的驱动机构驱动先导阀芯转动，使阀体内仅存在液压传动，减少了电磁铁即相关结构的干扰，进而使本换向阀可靠性大大增加，同时也使本换向阀的阀体内部在实现高速换向时更稳定。

4、本方案中通过在先导阀套上错位设置的多个第一油孔和第二油孔，实现先导阀芯转动一圈控制多次油路状态的切换，根据第一油孔或第二油孔的数量，放大本换向阀的换向频率，从而实现了换向阀换向频率大大增加。

4、本方案中采用转阀式的先导阀，可通过选择不同的驱动装置增加本换向阀的换向频率，比如采用不同转速的伺服电机，实现本换向阀换向频率的增加；同时通过多个第一油孔和第二油孔再次实现对本换向阀换向频率的增加，进而使本换向阀能够达到较高的换向频率，本换向阀能够应用于高精度电液控制系统中。

5、本方案中先导阀对主阀采用半桥驱动，而不是全桥驱动，这样只需要设计两个可变节流口，而不是设计四个节流边，使先导阀部分结构更加简洁，易于加工；同时先导阀对主阀芯左右两侧压力的控制过程，只需要主阀芯转动借口同时实现左导控腔或右导控腔的交替高低压，实现对主阀芯的驱动和本换向阀的换向，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，本换向阀采用转阀式的先导阀，通过阀体内部油路巧妙的布置，实现了本换向阀较高频率换向，且本换向阀整体结构简单、换向过程稳定可靠，能够应用于高精度电液控制系统中。

进一步，所述第一油孔和第二油孔分别有10-30个，所述第一油孔和第二油孔直径相同且数量相同，所有第一油孔间隔均匀设置，所有第二油孔间隔均匀设置。

第一油孔和第二油孔的数量，代表了先导阀芯旋转一次本换向阀能够换向的次数，将第一油孔和第二油孔设置为10-30个，能够较大程度的满足了本换向阀的较高频率换向，同时也能使本换向阀的设计较为合理。

进一步，所述第一油孔和第二油孔分别为20个，所述油槽为两个，两个油槽对称设置在先导阀芯上。

将第一油孔和第二油孔设置了20个即可使先导阀芯旋转一次本换向阀能够换向20次，已使本换向阀达到较高的换向频率，同时也便于第一油孔和第二油孔的设计制造。油槽与第一油孔或第二油孔对齐时可释放对应油孔的油压，将其设计为两个更为合理。

进一步，所述主阀体上设有第一油路，所述右导控腔通过第一油路与高压进油口连通，所述第一油路中设有右节流器；所述主阀体上设有第二油路，所述左导控腔通过第二油路与高压进油口连通，所述第二油路中设有左节流器。

第一油路和第二油路的设计使本换向阀中油路的布置更为合理，做节流器和右节流器的设置可避免高压液压油反向流动影响本换向阀的使用。

进一步，所述先导阀体与先导阀套之间对称设有两个低压回油口，所述先导阀套与先导阀芯两端形成分别与两个低压回油口连通的空腔，所述先导阀套上设有连通空腔和低压回油口的通孔。

两个低压回油口、空腔、通孔结构的设置，更利于第一油孔或第二油孔与油槽连通后本换向阀中油路的切换，使本换向阀的先导阀内部结构布局合理、易于制造、使用过程稳定性更高。

进一步，所述先导阀体与先导阀套之间对称设有两个高压回油口，第一油孔和左导控腔、第二油孔和右导控腔分别通过两个高压回油口连通，两个高压回油口位于两个低压回油口之间，所述先导阀体与先导阀套接触连接处设有O型密封圈。

两个高压回油口的设计，便于第一油孔跟左导控腔和高压进油口连通、第二油孔跟右导控腔和高压进油口连通，高压回油口和低压回油口的布局更为合理，便于实现本换向阀换向。O型密封圈则确保使两个高压回油口、两个低压回油口之间相互密封隔绝，防止串油。

进一步，所述低压出油口为两个且相互连通，所述主阀体上位于两个低压出油口之间连通有第三油路，两个低压出油口设置在主阀体的两侧，高压进油口设置在主阀体中部，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。

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，所述主阀芯沿轴向依次设有与主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。

第一凸环、第二凸环、第三凸环、第四凸环可实现左导控腔、右导控腔、高压进油口、第一控制油口、第二控制油口、两个低压出油口的分别排布。

进一步，所述先导阀体和主阀体上设有连通右导控腔和高压回油口的第四油路，所述先导阀体和主阀体上设有连通有左导控腔和高压回油口的第五油路；所述先导阀体和主阀体上分别设有连通同侧低压出油口和低压回油口的第六油路和第七油路。

第四油路、第五油路、第六油路和第七油路的设计，可使本换向阀内部结构布局合理、易于制造、使用过程更为稳定。

进一步，所述驱动装置为伺服电机，所述先导阀芯一端伸出先导阀体与伺服电机的输出轴连接。

伺服电机市面上较为通用，其技术更成熟，成本你那更低。伺服电机作为大量应用的工业产品，其可靠性已经得到验证。

附图说明

图1为本发明一种通过转阀放大换向频率的高速换向阀的示意图；

图2是本发明一种通过转阀放大换向频率的高速换向阀的纵向剖面图(第二状态)；

图3是图2中A-A处主阀体的横向剖视图；

图4是图2中B-B处先导阀体的横向剖视图；

图5是图3中C-C处的纵向剖视图；

图6是本发明一种通过转阀放大换向频率的高速换向阀的第一状态图纵向剖面图；

图7是本发明一种通过转阀放大换向频率的高速换向阀的第三状态图纵向剖面图；

图8是先导阀芯的结构示意图；

图9是先导阀体的结构示意图；

图10是主阀芯的结构示意图。

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：主阀体10、高压进油口11、第一控制油口12、第二控制油口13、低压出油口14、第三油路15、左导控腔21、右导控腔22、第一油路23、第二油路24、左节流器25、右节流器26、主阀芯30、第一凸环31、第二凸环32、第三凸环33、第四凸环34、先导阀体40、高压回油口41、第四油路42、第五油路43、低压回油口44、第六油路45、第七油路46、O型密封圈47、先导阀套50、通孔51、第一油孔52、第二油孔53、先导阀芯60、油槽61、空腔62。

需要说明的是，本发明实施例中所有使用第一、第二等的表述均是为了区分两个相同名称不同的实体或者不同的参量，可见第一、第二等仅为了表述的方便，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

如图1所示，一种通过转阀放大换向频率的高速换向阀，包括主阀体10和先导阀体40，先导阀体40位于主阀体10上方。主阀体10内滑动设置了主阀芯30，先导阀内设置了先导阀套50，先导阀套50内转动设置了先导阀芯60，先导阀芯60端部伸出先导阀体40，先导阀体40外侧设置了驱动先导阀芯60转动的驱动装置(图中未示出)。通过驱动装置驱动先导阀芯60转动，可控制主阀芯30两侧的压力，驱动主阀芯30在主阀体10内滑动，实现本换向阀的换向。

如图2、图3所示，主阀体10上设置了高压进油口11、第一控制油口12、第二控制油口13、低压出油口14，其中低压出油口14为两个且相互连通，主阀体10上设置了第三油路15，第三油路15用于将两个低压出油口14连通。两个低压出油口14对称设置在主阀体10的两侧，高压进油口11设置在主阀体10中部，第一控制油口12位于左侧低压出油口14和高压进油口11之间，第二控制油口13位于高压进油口11和右侧低压出油口14之间。

如图10所示，主阀芯30沿轴向依次设置了与主阀体10滑动密封配合的第一凸环31、第二凸环32、第三凸环33、第四凸环34，在主阀芯30处于主阀体10中心位置时，第二凸环32与第一控制油口12对应且可将第一控制油口12封堵，第三凸环33与第二控制油口13对应且可将第二控制口封堵，高压进油口11位于第二凸环32和第三凸环33之间的主阀体10上，左侧低压出油口14位于第一凸环31与第二凸环32之间的主阀体10上，右侧低压出油口14位于第三凸环33与第四凸环34之间的主阀体10上。

主阀芯30的左侧、第一凸环31左侧与主阀体10围成了左导控腔21，主阀芯30的右侧、第四凸环34右侧与主阀体10围成了右导控腔22，主阀芯30可在主阀体10内左导控腔21与右导控腔22之间滑动。主阀体10上设置了第一油路23，右导控腔22通过第一油路23与高压进油口11连通，第一油路23中设置了右节流器26；主阀体10上设置了第二油路24，左导控腔21通过第二油路24与高压进油口11连通，第二油路24中设置了左节流器25。

如图4所示，先导阀体40与先导阀套50之间对称设置了两个低压回油口44、两个高压回油口41，两个低压回油口44沿先导阀体40的中心处对称设置，两个高压回油口41沿先导阀体40的中心处对称设置，两个高压回油口41位于两个低压回油口44之间。为了确保低压回油口44、两个高压回油口41之间相互串油，先导阀体40与先导阀套50接触连接处设置了O型密封圈47。

如图5所示，先导阀体40和主阀体10上的右侧设置了连通右侧低压回油口44和右侧低压出油口14的第六油路45，先导阀体40和主阀体10上的左侧设置了连通左侧低压回油口44和左侧低压出油口14的第七油路46。先导阀芯60中部先导阀套50密封配合，先导阀芯60两端形成空腔62，先导阀套50上设置了连通空腔62空腔62和低压回油口44的通孔51。即可使左侧低压出油口14、第七油路46、左侧低压回油口44、通孔51、左侧空腔62连通，以及右侧低压出油口14、第六油路45、右侧低压回油口44、通孔51、右侧空腔62连通，而左侧低压出油口14和右侧低压出油口14通过第三油路15连通。

先导阀套50上与左侧高压回油口41对应的一圈开设有多个第一油孔52，先导阀套50上与右侧高压回油口41对应的一圈开设有多个第二油孔53，本实施例中，为了确保本换向阀具备高速换向频率，优选第一油孔52和第二油孔53分别有10-30个。第一油孔52和第二油孔53直径、数量均相同且分别沿先导阀套50的周向均匀部分设置，第一油孔52和第二油孔53在先导阀套50的轴向上错位设置。

先导阀芯60上设置了油槽61，油槽61与通过空腔62、通孔51与低压回油口44连通，油槽61转动与可依次分别与第一油孔52、第二油孔53对齐连通。先导阀体40和主阀体10上设置了连通右导控腔22和高压回油口41的第四油路42，先导阀体40和主阀体10上设置了连通有左导控腔21和高压回油口41的第五油路43。先导阀芯60转动即可实现油槽61、第一通孔51、左侧高压回油口41、第五油路43、左导控腔21连通，或者油槽61、第二通孔51、右侧高压回油口41、第四油路42、右导控腔22连通。

具体实施过程如下：本换向阀在使用时，需要先向高压进油口11充入高压液压油，向低压出油口14通入低压液压油。此时本换向阀左侧与高压进油口11依次连通的第二油路24、左节流器25、左导控腔21、第五油路43、左侧高压回油口41、第一油孔52内均充入高压液压油，与左侧低压出油口14依次连通的第七油路46、左侧低压回油口44、左侧通孔51、左侧空腔62内均充入低压液压油；本换向阀右侧与高压进油口11依次连通的第一油路23、右节流器26、右导控腔22、第四油路42、右侧高压回油口41、第二油孔53内均充入高压液压油，与右侧低压出油口14依次连通的第六油路45、右侧低压回油口44、右侧通孔51、右侧空腔62内均充入低压液压油。在先导阀芯60未转动，第一油孔52和第二油孔53均未与油槽61对齐时，充入本换向阀内的液压油压力平衡，因此本换向阀在此状态下处于高压进油口11、第一控制油口12、第二控制油口13、低压出油口14相互断隔的第二状态。

本换向阀在使用可通过驱动装置驱动先导阀芯60转动，先导阀芯60转动过程中，第一油孔52和第二油孔53将会依次间隔与油槽61对齐。如图6所示，当第一油孔52和油槽61对齐连通时，在第一油孔52内的高压液压油的压力作用下，将会使高压液压油依次进入油槽61、左侧空腔62和左侧低压回油口44释放压力；使左导控腔21的高压液压油压力随之被释放，而此时右导控腔22内还是高压液压油，左导控腔21和右导控腔22内液压油的压力差即可驱动主阀芯30向左移动，进而使本换向阀出现高压进油口11与第一控制油口12连通同时第二控制油口13与右侧低压出油口14连通的第一状态。

随着先导阀芯60的转动，第一油孔52将会与油槽61断开，第二油孔53将会与油槽61对齐连通。此时如图7所示，在第二油孔53内的高压液压油的压力作用下，将会使高压液压油依次进入油槽61、右侧空腔62和右侧低压回油口44释放压力；使右导控腔22的高压液压油压力随之被释放，而此时左导控腔21内还是高压液压油，左导控腔21和右导控腔22内液压油的压力差即可驱动主阀芯30向右移动，进而使本换向阀出现高压进油口11与第二控制油口13连通同时第一控制油口12与左侧低压出油口14连通的第三状态。

本实施例中第一油孔52和第二油孔53分别为10-30个，且第一油孔52和第二油孔53直径、数量均相同且分别沿先导阀套50的周向均匀部分设置；先导阀芯60转动一圈油槽61将会分别与第一油孔52、第二油孔53连通10-30次(此次数与第一油孔52、第二油孔53的数量保持一致)，使本换向阀实现10-30次油路状态的切换，进而实现本换向阀的换向频率高速增加。本换向阀还可选择不同转速的驱动装置，增加本换向阀的换向频率。

通过外设驱动装置的转速、以及第一油孔52和第二油孔53的数量，两次放大本换向阀的换向频率，使本换向阀能够达到较高速度的换向频率，进而使本换向阀能够应用于高精度电液控制系统中。同时本换向阀虽为二级阀，但阀体内部没有设计驱动结构，驱动装置安装于阀体外部，且采用半桥式驱动，使阀体内油路、油口等布置更为简单，且能够做到较好的密封状态，进而使本换向阀的能够支持高速换向频率的应用。

实施例2

本实施例与实施例1的不同之处在于，如图8所示，油槽61优选设置为两个，两个油槽61对称设置在先导阀芯60上。如图9所示，本实施例中开第一油孔52和第二油孔53分别设置了20个。

将第一油孔52和第二油孔53设置了20个即可使先导阀芯60旋转一次本换向阀能够换向20次，使本换向阀达到较高的合适的换向频率，同时也便于第一油孔52和第二油孔53的设计制造。油槽61与第一油孔52或第二油孔53对齐时可释放对应油孔的油压，将其设计为两个更为合理。

实施例3

本实施例与实施例1的不同之处在于，本实施例中驱动装置优先采用伺服电机，伺服电机设置于先导阀体40外部的左侧或者右侧，伺服电机的输出轴与伸出先导阀体40端部的先导阀芯60固定连接。

本实施例中驱动装置为伺服电机，伺服电机作为大量应用的工业产品，其可靠性已经得到验证，结构也相对于其他驱动装置更为简单。伺服电机的转速选择跟多，可根据需要选择对应转速的伺服电机，实现本换向阀不同高速的换向。

以上所述的仅是本发明的实施例，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，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明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。