一种余度泵控液压系统用旋转式“M”机能电控换向阀

技术领域

本申请涉及电控换向阀的技术领域，特别是一种余度泵控液压系统用旋转式“M”机能电控换向阀。

背景技术

“M”机能的两位四通电磁换向阀是隔离余度泵控液压伺服系统故障能源通道的关键元件，并参与系统故障隔离与重构。

传统的“M”机能两位四通电磁换向阀多用在阀控液压伺服系统中，有固定的高压进油口、低压出油口。泵控液压伺服系统，无固定的高低压油路，两主油路压力随负载实时变化。直接将其应用在泵控液压伺服系统中，存在进出油口双程节流损失、阀芯状态不稳定、电磁铁发热大等功能、性能问题。

发明内容

本申请提供一种余度泵控液压系统用旋转式“M”机能电控换向阀，能够隔离余度泵控液压伺服系统故障能源通道，解决了传统“M”型换向阀节流损失大、阀芯状态不稳定及电磁铁发热大的问题。

第一方面，提供了一种“M”机能电控换向阀，所述“M”机能电控换向阀应用于油路块，所述油路块包括第一液压泵通道、第二液压泵通道、第一执行机构通道、第二执行机构通道和背压液体箱口，所述“M”机能电控换向阀包括：

阀套，用于设置在所述油路块内，所述阀套具有第一阀套开口、第二阀套开口、第三阀套开口、第四阀套开口，所述第一阀套开口用于与所述第一液压泵通道贯通，所述第二阀套开口用于与所述第一执行机构通道贯通，所述第三阀套开口用于与所述第二液压泵通道贯通，所述第一阀套开口用于与所述第二执行机构通道贯通；

阀芯，设置在所述阀套内，所述阀芯具有第一阀芯通孔、第二阀芯通孔和侧壁沉槽，所述侧壁沉槽设置在所述阀芯的侧壁，所述侧壁沉槽和所述背压液体箱口贯通，所述阀芯相对于所述阀套的角度位置为0°位置或90°位置；

当所述阀芯相对于所述阀套的角度位置为0°位置时，所述第一阀芯通孔贯通连接在所述第一阀套开口和所述第二阀套开口之间，所述第二阀芯通孔贯通连接在所述第三阀套开口和所述第四阀套开口之间；

当所述阀芯相对于所述阀套的角度位置为90°位置时，所述侧壁沉槽与所述第一阀套开口、所述第三阀套开口、所述第一液压泵通道、所述第二液压泵通道均贯通。

与现有技术相比，本申请提供的方案至少包括以下有益技术效果：

阀芯处在0°位置时，阀芯阀套两径向油孔的轴线均重合，泵源侧与负载侧两主油路分别被流通，即沟通机能；阀芯处在90°位置时，阀芯阀套两径向油孔的轴线均正交垂直，对应泵源侧两主油路通过阀芯沉割槽流通，负载侧两主油路油口由阀芯阀套面密封被封堵，即“M”机能。实现了两位四通“M”机能换向阀的旋转式解决途径。

阀芯在0°位置即沟通机能时，将阀芯阀套油孔设计为大小相同，位置正对，此时，油液无节流流动。阀芯处在90°位置即“M”机能时，泵源侧两主油路均与阀芯上沉割槽直接沟通；以上设计消除了传统“M”机能阀芯节流窗口处的压力损失，实现了油液的无节流损失流动。

同时，阀芯处在90°位置即“M”机能时，油泵侧两油口通过沉割槽同时与油箱沟通，避免了故障能源通道被隔离后，液压泵仍在转动时吸油不畅产生局部真空，消除了油液气体析出进而使得局部元件发生气蚀的隐患。

阀芯在0°位置即沟通机能时，阀芯阀套油孔大小相同，位置正对，消除了油液液动力影响。阀芯在90°位置即“M”机能时，阀芯沉割槽正对油泵侧两油口，此时，阀芯相对油泵侧及负载侧均结构对称，油液对阀芯周向的作用力被抵消消除。因此阀芯在密封圈摩擦力矩作用下即可保持位置稳定，消除了传统“M”型换向阀阀阀芯易受液动力影响导致工作状态不稳定的发生。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，相对于与所述第一阀芯通孔的延伸方向垂直的截面，所述侧壁沉槽是对称结构。

当阀芯相对于阀套处于90°位置时，相对于与第一阀芯通孔的延伸方向垂直且过阀芯中心轴线的截面，侧壁沉槽可以是对称结构，以减小液压在侧壁沉槽的侧壁上的作用力，避免阀芯在液压作用下有旋转的趋势。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述阀芯的底壁设置有底壁沉槽，所述底壁沉槽连通在所述侧壁沉槽和所述背压液体箱口之间。

通过底壁沉槽增加油液背压，使得阀芯处于悬浮状态，极大减小了阀芯转动时的摩擦力，降低电机负载从而提高响应能力。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，相对于与所述第一阀芯通孔的延伸方向垂直且过阀芯中心轴线的截面，所述底壁沉槽是对称结构。

当阀芯相对于阀套处于90°位置时，相对于与第一阀芯通孔的延伸方向垂直且过阀芯中心轴线的截面，底壁沉槽可以是对称结构，以减小液压在底壁沉槽的侧壁上的作用力，避免阀芯在液压作用下有旋转的趋势。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述“M”机能电控换向阀还包括：

电机，用于旋转所述阀芯，所述电机包括电机轴和轴承，所述电机轴与所述阀芯连接，所述轴承与所述电机轴配合，所述轴承为圆锥滚子轴承或角接触球轴承。

电机轴端采用圆锥滚子轴承固定，阀芯与电机轴采用花键连接，阀芯底部沟通油箱，油液背压使得阀芯底端脱离安装孔底面，避免阀芯端部受到摩擦力。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述“M”机能电控换向阀还包括：

第一密封圈，所述第一密封圈设置在所述阀套的外周，且位于所述第一阀套开口和所述第二阀套开口的远离所述第三阀套开口的一侧。

第一密封圈可以实现第一液压泵通道与外界的隔离。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，其特征在于，所述“M”机能电控换向阀还包括：

第二密封圈，所述第二密封圈设置在所述阀套的外周，且位于所述第一阀套开口和所述第三阀套开口之间。

第二密封圈4可以实现第一液压泵通道P1与第二液压泵通道P2隔离。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述“M”机能电控换向阀还包括：

第三密封圈，所述第三密封圈设置在所述阀套的外周，且位于所述第三阀套开口和所述第四阀套开口的远离所述第一阀套开口的一侧。

第三密封圈5可以实现第二液压泵通道P2与背压液体箱口T的隔离。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述“M”机能电控换向阀还包括：

第四密封圈，所述第四密封圈设置在所述阀芯的外周，且位于所述第一阀芯通孔的远离所述侧壁沉槽的一侧。

阀芯在0°、90°位置即沟通和隔离状态时仅由密封圈摩擦力矩作用即可保持状态稳定，此时，电机可用低电压控制进一步维持位置稳定。若泵源通道故障，需阀芯由0°向90°位置即沟通到“M”机能状态切换时，电机改为额定电压控制以输出较大力矩克服密封圈摩擦力及油口处液动力完成切换过程。电机整个工作过程基本均处于降压控制状态，因此电机发热较少。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述阀芯的外周环绕设置有均压槽，所述均压槽与所述侧壁沉槽连通。

均压槽与沉割槽沟通并一同连通油箱低压油液，以此消除高压油液对阀芯产生的侧向力及高压油液对密封圈挤压变形产生的周向摩擦力。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述第一阀套开口和所述第二阀套开口相对设置，所述第三阀套开口和所述第四阀套开口相对设置，所述第一阀芯通孔和所述第二阀芯通孔的延伸方向均相对于所述阀芯的中轴垂直设置。

阀芯处在0°位置即沟通机能时，泵源侧与负载侧两主油路分别被流通，阀芯与阀套上油孔大小相等，位置正对；阀芯处在90°位置即“M”机能时，泵源侧两主油路均与阀芯上沉割槽直接沟通；以上设计均消除了传统“M”机能阀阀芯节流窗口处的压力损失。

第二方面，提供了一种余度泵控液压系统，所述余度泵控液压系统包括如上述第一方面中的任意一种实现方式中所述的“M”机能电控换向阀。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种旋转式“M”机能电控换向阀的示意性结构图。

图2为本申请实施例提供的一种旋转式“M”机能电控换向阀的示意性结构图。

图3为本申请实施例提供的一种旋转式“M”机能电控换向阀在余度泵控液压伺服系统中的应用示意图。

图4为图3所示的旋转式“M”机能电控换向阀的符号示意图。

图5为本申请实施例提供的一种旋转式“M”机能电控换向阀的控制原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步详细的描述。

图1和图2是本申请实施例提供的一种旋转式“M”机能电控换向阀的示意性结构图。图1和图2所示的“M”机能电控换向阀可以适用于余度泵控液压系统。

“M”机能电控换向阀可以包括阀芯1、阀套2。阀套2可以呈中空管型结构。阀套2具有第一阀套开口21、第二阀套开口22、第三阀套开口23和第四阀套开口24，每个阀套开口的孔轴可以相对于阀套2的中轴垂直设置。第一阀套开口21和第二阀套开口22可以相对于阀套2的中轴对称设置，第三阀套开口23和第四阀套开口24可以相对于阀套2的中轴对称设置。

阀套2可以机械固定在油路块8的安装孔内。油路块8的侧壁可以设置有第一液压泵通道P1和第二液压泵通道P2。在一种可能的场景下，第一液压泵通道P1的液压可以高于第二液压泵通道P2的液压；在另一种可能的场景下，第一液压泵通道P1的液压可以低于第二液压泵通道P2的液压。也就是说，第一液压泵通道P1和第二液压泵通道P2可以交替充当负载输出压力和背压。油路块8的侧壁还可以设置有第一执行机构通道A和第二执行机构通道B。在一些实施例中，第一执行机构通道A可以与第一液压泵通道P1相对设置，第二执行机构通道B可以与第二液压泵通道P2相对设置。

如图1和图2所示，当“M”机能电控换向阀设置在油路块8内时，油路块8的第一液压泵通道P1可以与阀套2的第一阀套开口21贯通，油路块8的第一执行机构通道A可以与阀套2的第二阀套开口22贯通，油路块8的第二液压泵通道P2可以与阀套2的第三阀套开口23贯通，油路块8的第二执行机构通道B可以与阀套2的第四阀套开口24贯通。阀套2的底部可以与油路块8的背压液体箱口T连通。

阀套2的中心内孔可以设置有阀芯1。阀芯1与阀套2可以研磨配合。阀芯1具有第一阀芯通孔11和第二阀芯通孔12。第一阀芯通孔11和第二阀芯通孔12的孔轴均相对于阀套2的中轴垂直相交设置。也就是说，第一阀芯通孔11自身和第二阀芯通孔12自身均可以相对于阀套2的中轴对称设置。

阀芯1的侧壁可以设置有侧壁沉槽13。侧壁沉槽13的一端可以与第一阀芯通孔11相对设置，并沿阀套2的中轴朝向第二阀芯通孔12延伸至阀芯1的底部。侧壁沉槽13的延伸方向可以相对于第一阀芯通孔11或第二阀芯通孔12的孔轴方向垂直。

阀芯1的底壁可以设置有底壁沉槽14。底壁沉槽14可以与侧壁沉槽13贯通。底壁沉槽14的延伸方向可以相对于阀套2的中轴垂直相交。如图1和图2所示，当“M”机能电控换向阀设置在油路块8内时，底壁沉槽14可以与油路块8的背压液体箱口T连通。

当阀芯1相对于阀套2处于0°位置时，如图1所示，第一阀芯通孔11可以贯通连接在第一阀套开口21和第二阀套开口22之间，第二阀芯通孔12可以贯通连接在第三阀套开口23和第四阀套开口24之间，由此形成沟通机能。当阀芯1相对于阀套2朝向90°位置旋转时，阀芯1的侧壁沉槽13可以朝向阀套2的第一液压泵通道P1和第二液压泵通道P2靠近。

当阀芯1相对于阀套2处于90°位置时，如图2所示，第一阀芯通孔11和第二阀芯通孔12的延伸方向发生了旋转，第一阀芯通孔11不再与第一阀套开口21和第二阀套开口22贯通，第二阀芯通孔12不再与第三阀套开口23和第四阀套开口24贯通。由于阀芯1与阀套2研磨配合，第一阀芯通孔11和第二阀芯通孔12可以被阀套2的密封面封堵，执行机构侧第一执行机构通道A和第二执行机构通道B被密封面封堵；阀套2的第一液压泵通道P1和第二液压泵通道P2均可以与阀芯1的侧壁沉槽13沟通，并通过底壁沉槽14与油路块8的背压液体箱口T连通，由此形成“M”机能。

当阀芯1相对于阀套2处于90°位置时，相对于与第一阀芯通孔11的延伸方向垂直且过阀芯中心轴线的截面，侧壁沉槽13和底壁沉槽14可以是对称结构，以减小油液在侧壁沉槽13和底壁沉槽14的侧壁上的作用力，避免阀芯1在液压作用下有旋转的趋势。

在一些实施例中，“M”机能电控换向阀还可以包括电机7。电机7可以是有限转角电机。电机7可以用于旋转阀芯1，以使阀芯1相对于阀套2的角度位置在0°和90°之间切换。也就是说，电机7可以带动阀芯1在阀芯内孔中0°～90°范围转动。

电机7的电机轴72可以与阀芯1连接。通过油路块8的背压液体箱口T，在油箱背压的作用下，阀芯1的底端可以与油路块8的背压液体箱口T间隙设置，使得阀芯1处于悬浮状态，极大降低了阀芯1转动时的摩擦力，因此阀芯1的旋转不会与油路块8的底壁摩擦。

阀芯1的顶端可以被压紧在电机轴72上。电机7还可以包括轴承71。轴承71可以为电机轴72提供支撑。在一些实施例中，轴承71可以为圆锥滚子轴承或角接触球轴承。圆锥滚子轴承和角接触球轴承均可以具有承载轴向压紧力的能力，从而轴承71可以承受来自阀芯1的压紧力。

在一些实施例中，阀套2的外周可以设置有第一密封槽。第一密封槽可以位于第一阀套开口21和第二阀套开口22的远离第三阀套开口23或第四阀套开口24的一侧。当阀套2设置在油路块8内时，第一密封槽可以用于容置第一密封圈3，第一密封圈3可以实现第一液压泵通道P1与外界的隔离。

在一些实施例中，阀套2的外周可以设置有第二密封槽。第二密封槽可以位于第一阀套开口21和第三阀套开口23之间，且位于第二阀套开口22和第四阀套开口24之间。当阀套2设置在油路块8内时，第二密封槽可以用于容置第二密封圈4，第二密封圈4可以实现第一液压泵通道P1与第二液压泵通道P2隔离。

在一些实施例中，阀套2的外周可以设置有第三密封槽。第三密封槽可以位于第三阀套开口23和第四阀套开口24的远离第一阀套开口21或第二阀套开口22的一侧。当阀套2设置在油路块8内时，第三密封槽可以用于容置第三密封圈5，第三密封圈5可以实现第二液压泵通道P2与背压液体箱口T的隔离。

在一些实施例中，阀芯1的外周可以设置有第四密封槽。第四密封槽可以位于第一阀芯通孔11的远离第二阀芯通孔12的一侧。第四密封圈6套装在第四密封槽内，用以工作液与外界的隔离。

在一些实施例中，阀芯1的外周可以设置有一个或多个均压槽，用以消除阀芯1径向的侧向力，以减小阀芯1的径向偏移。如图1和图2所示，阀芯1的外周可以设置有第一均压槽15、第二均压槽16和第三均压槽17。第一均压槽15可以位于第一阀芯通孔11和第四密封槽之间。第二均压槽16可以位于第一阀芯通孔11和第二阀芯通孔12之间。第三均压槽17可以位于第二阀芯通孔12的远离第一阀芯通孔11的一侧。

图3是本申请实施例提供的一种旋转式“M”机能电控换向阀在余度泵控液压伺服系统中的应用示意图。图4是旋转式“M”机能电控换向阀的符号示意图。图5是本申请实施例提供的一种旋转式“M”机能电控换向阀的控制原理图。当余度泵控液压伺服系统各能源通道正常时，换向阀处在沟通状态，有限转角电机工作在0°位置，此时-15VDC供电；如若能源通道B故障，启动换向阀隔离时，由+28VDC供电，输出较大力矩确保换向完成；换向完成后，有限转角电机工作在90°位置，由+15VDC供电。换向阀全程基本处于15VDC的降压工作状态，减少电机发热。

在一些实施例中，当有限转角电机需要由90°位置转回至0°位置，可以-28VDC供电，输出较大力矩确保换向完成；换向完成后，有限转角电机工作在0°位置，由-15VDC供电。或者，可以通过机械转动实现。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此，本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。