液压阀及用于液压阀的阀芯

技术领域

本发明属于流体传动及控制领域，尤其涉及一种液压阀。

背景技术

换向阀在液气传动行业具有普遍的应用，换向阀多年来一直使用电磁换向阀，即使用电磁线圈通电后产生的推力来驱动换向阀的阀芯移动，来实现液压或气动的换向，从而改变液压或气动的执行元件运行方向。

现有电磁换向阀存在以下缺点：1、电磁阀换向需要电磁力一直推动，失电阀芯就会复位，但在有些场合需要一直有压力保持着，则需要换向阀一直保持换向状态，这使电磁线圈长时间得电会产生发热、耗电，线圈寿命大大缩短。2、电磁线圈只能推动直径小的阀芯，大的阀芯就需要通过电磁阀控制液压液动来推动阀芯，这种叫电液换向阀，由于是二级转换，换向阀响应时间被加长。3、普通的电磁阀或电液换向阀只有打开、关闭和换向几种状态，不能实现开度大小的控制，使用适应范围有限。

针对前述现状，有一专利号为ZL200910153014.6(公告号为CN101666341B)的中国发明专利《高频大流量2D数字伺服阀》披露了这样一种结构，包括阀体、多极交流伺服电机、力矩放大机构、阀芯和阀套，所述多极交流伺服电机安装在阀体上，所述多极交流伺服电机的输出轴与所述力矩放大机构输入端连接，力矩放大机构的输出端与所述阀芯的前端固定连接，所述阀套密封安装在阀体内，阀芯可转动地安装在阀套内，阀芯的左端、阀套和后盖板构成敏感腔，敏感腔内的阀芯台肩表面分别开有一对轴对称的高压孔和一对轴对称的低压孔，高压孔和低压孔均呈满弓形，高压孔的弓弦和低压孔的弓弦平行，敏感腔外的阀套的内表面设有一对轴对称的螺旋槽，螺旋槽的一端与所述敏感腔连通，螺旋槽的另一端覆盖相邻的高压孔弓弦和低压孔弓弦之间的区域。

前述专利具有良好的动态响应特性、适合在大流量状态下工作、精度高、抗干扰能力强的优点。但是缺点是阀芯及阀套加工极其不方便，尤其是要在阀芯上加工出高低压孔、小孔及在阀芯内加工出连接各孔的细长的通道，另外还要在阀套的内表面加工出对轴对称的螺旋槽，这些极大增加加工难度，导致加工成本高企及加工效率极其低下。这也是前述专利没有得到广泛推广使用的重要原因。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种结构简单合理且加工方便的液压阀，该液压阀还具有良好的动态响应特性的优点。

本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种液压阀，包括阀体、阀芯，所述阀体内设有阀芯腔及与阀芯腔连通的压力油口、回油口和多个出油口，所述阀芯设于阀芯腔内能轴向移动并能绕自身轴线旋转；其特征在于：所述阀芯腔包括位于左侧的第一压力腔和位于右侧的第二压力腔，所述阀体上设有第一辅助压力油口、第一辅助回油口和第二辅助压力油口，所述阀芯左部的周壁上设有第一螺旋槽；所述阀芯的旋转使得第一辅助压力油口或第一辅助回油口可通过第一螺旋槽与所述第一压力腔连通；所述第二辅助压力油口可与第二压力腔连通。

进一步改进，进入所述第一压力腔、第二压力腔内的压力油可分别对阀芯施加方向相反的轴向推力，以控制阀芯轴向移动；所述阀芯的轴向移动还能使得第一辅助压力油口和第一辅助回油口均与第一螺旋槽阻断。本结构通过阀芯的轴向移动控制第一辅助压力油口和第一辅助回油口与第一螺旋槽的阻断，进而阻断第一辅助压力油口、第一辅助回油口与第一压力腔的连通，当然也可以同时其它方式实现阻断，如停止对第一辅助压力油口供压力油。

本发明的工作原理是：通过阀芯的正向旋转，使得第一辅助压力油口通过第一螺旋槽与第一压力腔连通，压力油进入第一压力腔，第一压力腔内的压力油对阀芯施加的向右的轴向力大于第二压力腔内的压力油对阀芯施加的向左的轴向力，推动阀芯朝第二压力腔方向移动，移动一定距离后，第一辅助压力油口与第一螺旋槽错位，进而阻断第一辅助压力油口与第一压力腔的连通，压力油停止进入第一压力腔，从而使得阀芯停止移动，若阀芯进一步正向旋转一个角度，则第一辅助压力油口再次通过第一螺旋槽与第一压力腔连通，压力油继续进入第一压力腔，第一压力腔对阀芯施加的向右的轴向力再次大于第二压力腔对阀芯施加的向左的轴向力，推动阀芯进一步朝第二压力腔方向移动，移动一定距离后，第一辅助压力油口再次与第一螺旋槽错位，又一次阻断第一辅助压力油口与第一压力腔的连通，压力油停止进入第一压力腔，又使得阀芯停止移动；通过阀芯的反向旋转，使得第一辅助回油口通过第一螺旋槽与第一压力腔连通，压力油从第一辅助回油口排出，第一压力腔泄压，第二压力腔内的油压推动阀芯朝第一压力腔方向移动，移动一定距离后，第一辅助回油口与第一螺旋槽错位，进而阻断第一辅助回油口与第一压力腔的连通，第一压力腔停止泄压，从而使得阀芯停止移动，若阀芯进一步反向旋转一个角度，则第一辅助回油口再次通过第一螺旋槽与第一压力腔连通，第一压力腔继续泄压，进而第二压力腔内的油压推动阀芯进一步朝第一压力腔方向移动，移动一定距离后，第一辅助回油口再次与第一螺旋槽错位，又一次阻断第一辅助回油口与第一压力腔的连通，第一压力腔停止泄压，又使得阀芯停止移动。前述是阀芯间断性的正向或反向旋转，是分解动作，以充分展现阀芯的左、右移动过程和原理，便于本领域技术人员透彻理解本发明；当然在实际应用中，基于预先设计好的程序和给出的参数，阀芯的旋转可以是连续的，阀芯的位移也是连续的。为此就形成可通过控制阀芯旋转的角度来精准控制阀芯的位移量，进而精准控制各出油口的开度量。

作为优选布局，在第一辅助压力油口和第一辅助回油口均与第一螺旋槽阻断的状态下，所述第一辅助压力油口、第一辅助回油口分别位于第一螺旋槽的前侧、后侧。这样可以实现阀芯朝一个方向旋转使螺旋槽与第一辅助压力油口连通，朝反方向旋转使螺旋槽与第一辅助回油口连通。

更进一步改进，上述第一压力腔内的压力油作用于阀芯的第一受力面的面积大于第二压力腔内的压力油作用于阀芯的第二受力面的面积。该方案通过受力面积差，可以实现差动来推动阀芯移动，即两个压力腔输入相同压力的压力油，也能推动阀芯移动，这样可以将两辅助压力油口同时与压力油口连通，三者同一压力油输入源，利于布局可以简化阀体内流道布局，同时也简化控制程序。

当然第一辅助压力油口和第二辅助压力油口可以与压力油口采用不同油路，即第一辅助压力油口和第二辅助压力油与独立的外控油路连通，第一辅助回油口也可以与阀体上的卸油口独立设置，即第一压力腔独立泄油。独立控油和独立泄油能使阀芯移动时受到的波动少，工作稳定。这样，就可通过在两压力腔内输入不同压力的压力油实现阀芯移动，这时可以使阀芯两端的受力面的面积相同。

作为优选，上述第一辅助压力油口和第二辅助压力油口均与所述压力油口连通；所述第一辅助回油口则与所述回油口连通。该结构简化液压阀的内部结构，同时控制方式更为简单，有效降低加工成本及控制成本。

作为优选，上述阀芯左部设有凹腔，所述第一螺旋槽设于并贯穿所述凹腔的周壁以与第一压力腔连通。该结构使得第一螺旋槽通过凹腔与第一压力腔连通，第一螺旋槽贯穿设置使得压力油能更快速进入第一压力腔，能更快速的响应。

当然前述第一螺旋槽也可以采用下述结构与第一压力腔连通，上述第一螺旋槽沿阀芯左部的周壁延伸至阀芯的左端面而与第一压力腔连通。

进一步改进，上述第一压力腔内设有作用于阀芯使其保持朝第二压力腔移动趋势的第一弹簧；所述第二压力腔内设有作用于阀芯使其保持朝第一压力腔移动趋势的第二弹簧。第一弹簧和第二弹簧的设置能确保阀芯平稳复位至初始状态位置。

作为驱动阀芯旋转的驱动结构的优选，上述阀体的一侧固定有用以驱动阀芯旋转的电机，阀芯的一端穿出阀体与所述电机的输出端连接，阀芯能相对电机的输出端轴向移动，在阀体与电机之间设有密封腔，阀体上还设有连通密封腔和回油口的泄油流道。电机可以采用伺服电机，能精准控制阀芯旋转的角度，进而精准控制各出油口的开度。密封腔及密封腔内密封件的设置避免压力油进入电机内，另外，阀芯与阀体上供阀芯穿出的孔之间密封性不能很好保证，总有压力油会进入到密封腔中，为此在阀体上还设有连通密封腔和回油口的泄油流道，这样进入密封腔内的压力油会通过泄油流道流向回油口，将密封腔内的油排出。

若第二辅助压力油口始终与第二压力腔连通，在液压阀保持在工作状态下，若进入第二压力腔内的液压油的压力产生波动，则会使阀芯轴向位置发生波动，不能让各油口稳定保持在相应开度位置。为解决前述技术问题，进一步改进，上述阀芯右部的周壁上设有第二螺旋槽，所述阀芯的旋转使得第二辅助压力油口通过第二螺旋槽可与所述第二压力腔连通。第二螺旋槽的设置使得其能控制第二辅助压力油口与第二压力腔导通与否，在本液压阀保持在工作状态下，让第二辅助压力油口与第二压力腔阻断，这样即使对第二辅助压力油口供油的压力发生波动，也不会对阀芯的轴向力产生影响，确保各油口稳定保持在相应开度位置。

作为优选，上述阀芯的轴向移动能使所述第二辅助压力油口与第二螺旋槽阻断，进而阻断第二辅助压力油口与第二压力腔的连通；所述第二辅助压力油口有两个，在两个所述第二辅助压力油口均与第二螺旋槽阻断的状态下，两个所述第二辅助压力油口分别位于第二螺旋槽的前侧、后侧。本结构通过阀芯的轴向移动控制第二辅助压力油口和第二辅助回油口与第二螺旋槽的阻断，当然也可以同时其它方式实现阻断，如停止对第二辅助压力油口供压力油。

作为优选，上述阀芯右部的周壁上设有第二螺旋槽，所述阀体上还设有第二辅助回油口；所述阀芯的旋转使得第二辅助压力油口或第二辅助回油口可通过第二螺旋槽与所述第二压力腔连通。

作为优选，上述阀芯的轴向移动还能使得第二辅助压力油口、第二辅助回油口与第二螺旋槽阻断，进而阻断第二辅助压力油口、第二辅助回油口与第二压力腔的连通；在所述第二辅助压力油口和第二辅助回油口均与第二螺旋槽阻断的状态下，所述第二辅助压力油口、第二辅助回油口分别位于第二螺旋槽的后侧、前侧。

该结构可以使得阀芯的旋转控制第二压力腔内的压力，该结构使得两个压力腔内的压力可控，阀芯的轴向移动与阀芯在两个压力腔内的受力面的面积无关。

本发明所要解决的第二个技术问题是针对上述现有技术现状而提供结构合理且利于加工的用于液压阀的阀芯，采用本阀芯的液压阀具有良好的动态响应特性且能精准控制各油口开度的优点。

本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种用于液压阀的阀芯，包括呈轴状的阀芯本体，所述阀芯本体上沿其轴向间隔设置有多个阀芯台肩，阀芯本体左部的周壁上设有第一螺旋槽。

阀芯本体右部的周壁上还可以设有第二螺旋槽。

与现有技术相比，本液压阀的优点在于：

1、第一螺旋槽设置在阀芯周壁上，相较于设于阀套内壁而言加工更方便，且无需在阀芯内再加工出细长的通道，极大降低加工难度和加工成本，适合批量生产，本方案中的阀芯与传统的阀芯相比只需要多加工第一螺旋槽，加工简单成本低。

2、通过阀芯的旋转，使得第一辅助压力油口通过第一螺旋槽与第一压力腔连通，压力油进入第一压力腔，第一压力腔对阀芯施加的轴向力大于第二压力腔对阀芯施加的轴向力，推动阀芯朝第二压力腔方向移动一定距离后，当第一辅助压力油口不再供压力油，阀芯两端受力达到平衡，从而使得阀芯停止移动，若阀芯进一步旋转一个角度，则第一辅助压力油口再次通过第一螺旋槽与第一压力腔连通，第一压力腔对阀芯施加的轴向力再次大于第二压力腔对阀芯施加的轴向力，推动阀芯进一步朝第二压力腔方向移动，移动一定距离后，第一辅助压力油口再次不再供压力油，阀芯两端受力达到平衡，又使得阀芯停止移动；通过阀芯的反向旋转，使得第一辅助回油口通过第一螺旋槽与第一压力腔连通，第一压力腔泄压，第二压力腔内的油压推动阀芯朝第一压力腔方向移动，移动一定距离后，阻断第一辅助回油口与第一压力腔的连通，从而使得阀芯停止移动，若阀芯进一步反向旋转一个角度，则第一辅助回油口再次通过第一螺旋槽与第一压力腔连通，第二压力腔的液压油推动阀芯进一步朝第一压力腔方向移动，移动一定距离后，第一辅助回油口再次阻断第一辅助回油口与第一压力腔的连通，又使得阀芯停止移动。为此就形成可通过对阀芯旋转的角度来控制阀芯的位移量，进而精准、快速控制各出油口的开度量。

3、其通过第一压力腔和第二压力腔内的液压油使阀芯保持在工作位置，保持压力状态下，无需一直供电，避免传统电磁阀需要电磁线圈一直得电状态。

4、本液压阀通过驱动力驱动阀芯旋转，实现打开、关闭、换向即各油口开度控制的几种状态，而驱动阀芯旋转，只需较小的力即可，如可以采用伺服电机便可轻松驱动阀芯旋转，即便驱动大直径的阀芯其所需能耗也很少，更节能。

附图说明

图1为本发明第一个实施例的立体结构示意图一；

图2为本发明第一个实施例的立体结构示意图二；

图3为本发明第一个实施例的剖视图一；

图4为本发明第一个实施例的剖视图二；

图5为本发明第一个实施例中阀体的剖视图；

图6为本发明第一个实施例俯视状态下的透视图；

图7为本发明第一个实施例中阀芯的立体结构示意图；

图8为本发明第二个实施例俯视状态下的透视图；

图9为本发明第二个实施例中阀芯的立体结构示意图；

图10为本发明第三个实施例俯视状态下的透视图；

图11为本发明第三个实施例中阀芯的立体结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1～7所示，为本发明的第一个优选实施例。

一种液压阀，包括阀体1和阀芯3，所述阀体1内设有阀芯腔及与阀芯3腔连通的压力油口P、回油口T和多个出油口，本实施例中一两个出油口为例，分别是第一出油口A和第二出油口B，阀芯3设于阀芯腔内能轴向移动并能绕自身轴线旋转；阀芯包括呈轴状的阀芯本体，阀芯本体的外周壁设有多个沿轴向间隔设置的阀芯台肩32。阀芯3的轴向移动能切换第一出油口A、第二出油口B与压力油口P或回油口T的连通与否，其为换向阀中阀芯移动切换的常规结构。初始位置状态下，一般压力油口P和回油口T均与第一出油口A、第二出油口B阻断，第一换向位置则是第一出油口A与压力油口P连通，而第二出油口B与回油口T连通，第二换向位置则是第一出油口A与回油口T连通，而第二出油口B与压力油口P连通。

阀芯腔包括位于左侧的第一压力腔1a和位于右侧的第二压力腔1b，所述阀体1上设有第一辅助压力油口P1、第一辅助回油口T1和第二辅助压力油口P2，所述阀芯3左部的周壁上设有第一螺旋槽3a；所述阀芯3的旋转使得第一辅助压力油口P1或第一辅助回油口T1可通过第一螺旋槽3a与所述第一压力腔1a连通；第二辅助压力油口P2可与第二压力腔1b连通；进入所述第一压力腔1a和第二压力腔1b内的压力油可对阀芯3施加方向相反的轴向推力，以控制阀芯3轴向移动。第一压力腔1a内设有作用于阀芯3使其保持朝第二压力腔1b移动趋势的第一弹簧4a；所述第二压力腔1b内设有作用于阀芯3使其保持朝第一压力腔1a移动趋势的第二弹簧4b。

阀芯3的轴向移动还能使得第一辅助压力油口P1和第一辅助回油口T1均与第一螺旋槽3a阻断，进而阻断第一辅助压力油口P1、第一辅助回油口T1与第一压力腔1a的连通。在第一辅助压力油口P1和第一辅助回油口T1均与第一螺旋槽3a阻断的状态下，第一辅助压力油口P1和第一辅助回油口T1分别位于第一螺旋槽3a的前侧、后侧。

第一压力腔1a内的压力油作用于阀芯3的第一受力面2a的面积大于第二压力腔1b内的压力油作用于阀芯3的第二受力面2b的面积。第一辅助压力油口P1和第二辅助压力油口P2均与所述压力油口P连通；所述第一辅助回油口T1则与所述回油口T连通。

阀芯3的左部设有凹腔31，所述第一螺旋槽3a设于并贯穿所述凹腔31的周壁以与第一压力腔1a连通。

当然前述第一螺旋槽3a还可以采用以下结构设置在阀芯3上，第一螺旋槽3a沿阀芯3左部的周壁延伸至阀芯3的左端面而与第一压力腔1a连通。

阀体1的一侧固定有用以驱动阀芯3旋转的电机6，电机6优选为伺服电机，阀芯3的一端穿出阀体1与所述电机6的输出端连接，阀芯3能相对电机6的输出端轴向移动，在阀体1与电机6之间设有密封腔51，阀芯3外周壁与密封腔51的内周壁之间设有密封件7，密封件7为唇形密封圈，阀体1上还设有连通密封腔51和回油口T的泄油流道11。

本液压阀的工作原理及过程如下：

通过电机6驱动阀芯3的正向旋转，使得第一辅助压力油口P1通过第一螺旋槽3a与第一压力腔1a连通，压力油进入第一压力腔1a，因第一压力腔1a内的压力油作用于阀芯3的第一受力面2a的面积大于第二压力腔1b内的压力油作用于阀芯3的第二受力面2b的面积，形成差动，即第一压力腔1a对阀芯3施加的向右的轴向力大于第二压力腔1b对阀芯3施加的向左的轴向力，推动阀芯3朝第二压力腔1b方向移动，移动一定距离后，第一辅助压力油口P1与第一螺旋槽3a错位，进而阻断第一辅助压力油口P1与第一压力腔1a的连通，压力油停止进入第一压力腔1a，阀芯3两端受力平衡，从而使得阀芯3停止移动，若电机6带动阀芯3进一步正向旋转一个角度，则第一辅助压力油口P1再次通过第一螺旋槽3a与第一压力腔1a连通，压力油继续进入第一压力腔1a，第一压力腔1a对阀芯3施加的向右的轴向力再次大于第二压力腔1b对阀芯3施加的向左的轴向力，推动阀芯3进一步朝第二压力腔1b方向移动，移动一定距离后，第一辅助压力油口P1再次与第一螺旋槽3a错位，又一次阻断第一辅助压力油口P1与第一压力腔1a的连通，压力油停止进入第一压力腔1a，阀芯3两端再次受力平衡，又使得阀芯3停止移动；通过电机6阀芯3的反向旋转，使得第一辅助回油口T1通过第一螺旋槽3a与第一压力腔1a连通，压力油从第一辅助回油口T1排出，第一压力腔1a泄压，而第二压力腔1b内的油压推动阀芯3朝第一压力腔1a方向移动，移动一定距离后，第一辅助回油口P1与第一螺旋槽3a错位，进而阻断第一辅助回油口T1与第一压力腔1a的连通，第一压力腔1a停止泄压，从而使得阀芯3停止移动，若电机6带动阀芯3进一步反向旋转一个角度，则第一辅助回油口T1再次通过第一螺旋槽3a与第一压力腔1a连通，第一压力腔1a继续泄压，进而推动阀芯3进一步朝第一压力腔1a方向移动，移动一定距离后，第一辅助回油口T1再次与第一螺旋槽3a错位，又一次阻断第一辅助回油口T1与第一压力腔1a的连通，第一压力腔1a停止泄压，又使得阀芯3停止移动。

前述是阀芯3间断性的正向或反向旋转，是分解动作，以充分展现阀芯3的左、右移动过程和原理，便于本领域技术人员透彻理解本发明；当然在实际应用中，基于预先设计好的程序和给出的参数，阀芯3的旋转可以是连续的，阀芯3的位移也是连续的。为此就形成可通过电机6对阀芯3旋转的角度来精准控制阀芯的位移量，进而控制第一出油口A和第二出油口B的开度量。进而精准控制出油口单位时间内的出油量。

如图8、9所示，为本发明的第二个实施例。

本实施例和第一个实施例的不同点在于：其在阀芯3右部的周壁上设有第二螺旋槽3b，所述阀芯3的旋转使得第二辅助压力油口P2通过第二螺旋槽3b可与所述第二压力腔1b连通。阀芯3的轴向移动能使所述第二辅助压力油口P2与第二螺旋槽3b阻断，进而阻断第二辅助压力油口P2与第二压力腔1b的连通；第二辅助压力油口P2有两个，在两个所述第二辅助压力油口P2与第二螺旋槽3b阻断的状态下，两个所述第二辅助压力油口P2分别位于第二螺旋槽3b的前侧、后侧。

第二螺旋槽3b的设置使得其能控制第二辅助压力油口P2与第二压力腔1b导通与否，在本液压阀保持在工作状态下，让第二辅助压力油口P2与第二压力腔1b阻挡，这样即使对第二辅助压力油口P2供油的压力发生波动，也不会对阀芯3的轴向力产生影响，确保各油口稳定保持在相应开度位置。

如图10、11所示，为本发明的第三个实施例。

本实施例和第一个实施例的不同点在于：在阀芯3右部的周壁上设有第二螺旋槽3b，阀体1上还设有第二辅助回油口T2；阀芯3的旋转使得第二辅助压力油口P2或第二辅助回油口T2可通过第二螺旋槽3b与所述第二压力腔1b连通。阀芯3的轴向移动还能使得第二辅助压力油口P2、第二辅助回油口T2与第二螺旋槽3b阻断，进而阻断第二辅助压力油口P2、第二辅助回油口T2与第二压力腔1b的连通；在第二辅助压力油口P2和第二辅助回油口T2均与第二螺旋槽3b阻断的状态下，第二辅助压力油口P2、第二辅助回油口T2分别位于第二螺旋槽3b的后侧、前侧。

需要说明的是，本实施例的描述中，术语“前、后”、“左、右”、“内、外”“上、下”等指示的方位或位置关系均为基于附图所示的方位或位置关系，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“安装”、“连接”、“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。