CN102913494B - 一种阀芯旋转式四通换向阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种具有新型结构的阀芯旋转式四通换向阀，包括阀体、阀套、阀芯和端盖，其中，阀体的壁上沿周向依次开有径向的进油口、A口、出油口和B口；所述阀套的壁上对应地开有与所述进油口、A口、出油口和B口相匹配的阀套窗口，阀套还开有四个贯通的轴向流道，所述四个轴向流道分别对应地与所述进油口、A口、出油口、B口连通；所述阀芯的台肩的外端面设有凸台，所述凸台将台肩的外端面与端盖之间形成的容腔分隔成互不相通的第一腔和第二腔，所述台肩设有四个轴向通孔，其中两个轴向通孔在第一腔内，另两个轴向通孔在第二腔内，随着阀芯的旋转，四个所述轴向通孔能够一一对应地与四个所述轴向流道同时连通。

Description

一种阀芯旋转式四通换向阀

技术领域

    本发明涉及一种液压换向阀，主要用于实现外部负载高速往复运动且频率可调的工程技术领域中。

背景技术

疲劳试验是指用低于破坏强度的载荷对被测物体进行长时间振动加载，直到物体发生疲劳机械损坏。当作用于零件、构件的应力水平较低，破坏的循环次数高于10⁴~10⁵的疲劳试验称为高周疲劳试验。疲劳试验是现代工程领域中的一项基本试验，对于设计各类承受循环载荷的机械结构以及分析材料、零部件甚至整个构件的力学性能是最客观、最直接的实验途径。疲劳试验广泛应用于交通运输、航空航天、机电系统等关系国计民生的工程技术领域。

激振器是疲劳试验的关键元件，激振器是附加在机械设备上，破坏被激物的原有存在状态，对被激物产生一定形式和大小的扰动或激励作用的装置，按照驱动方式的不同，激振器主要分为机械式、电动式、电磁式和电液式，其中电液激振器因具有激振力大、结构牢靠、抗横向负荷能力强、可控性好等优点被广泛应用于重载、大功率场合。目前常用的电液激振器主要是以换向阀或伺服阀控制流体的通断而产生振动，即在电液伺服阀控制信号输入端输入振动激励信号，阀芯作往复运动，阀口大小随即周期性变化，控制液压执行元件作往复运动，实现振动。由于受到伺服阀工作结构和频响特性的限制，电液激振器难以实现高频激振，期望振动波形很难实现，且电液激振器的液压系统结构复杂，成本和制造精度要求较高，加工以及维修难度比较大，抗污染性能也较差，另外伺服阀的轴向液动力较大，影响阀的工作性能。现有的阀芯旋转式四通换向阀一般采用在阀芯的台肩的一侧或两侧开凹槽的结构，通过阀芯的旋转实现换向功能，流量较小，且由于液压流道的非对称性，现有的阀芯旋转式四通换向阀的轴向液动力也较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有新型结构的阀芯旋转式四通换向阀。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：本发明一种阀芯旋转式四通换向阀包括阀体、阀套、阀芯和端盖，其中，所述阀体的壁上沿周向依次开有径向的进油口、A口、出油口和B口；所述阀套的壁上对应地开有与所述进油口、A口、出油口和B口相匹配的阀套窗口，阀套还开有四个贯通的轴向流道，所述四个轴向流道分别对应地与所述进油口、A口、出油口、B口连通；所述阀芯的台肩的外端面设有凸台，所述凸台将台肩的外端面与端盖之间形成的容腔分隔成互不相通的第一腔和第二腔，所述台肩设有四个轴向通孔，其中两个轴向通孔在第一腔内，另两个轴向通孔在第二腔内，随着阀芯的旋转，四个所述轴向通孔能够一一对应地与四个所述轴向流道同时连通。

进一步地，本发明所述四个轴向流道沿阀套的周向等间隔分布。

进一步地，本发明所述阀芯以阀体的中心横截面为对称面设有两个对称的所述台肩。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：阀口开度变化连续，线性度好，增益恒定；功率大，流量大，高频性能好，负载自适应能力强，可靠性高，控制灵活，结构新颖、简单、对称，使流入和流出阀腔的液体的动量相互抵消，大大减少轴向液动力，制造和装配方便。

附图说明

图1是本发明阀芯旋转式四通换向阀的内部结构示意图，其中阀体、阀套和端盖部分是中心纵截面剖视图；

图2是本发明阀芯旋转式四通换向阀的阀体沿阀体的中心纵截面剖开的三维结构示意图；

图3是阀套的三维结构示意图；

图4是阀芯8的三维结构示意图；

图5是阀芯9的三维结构示意图；

图6是本发明阀芯旋转式四通换向阀处于P→A工作状态（即第一工作状态）时，阀套窗口与台肩的轴向通孔导通时的三维配合示意图；

图7是本发明阀芯旋转式四通换向阀处于P→B工作状态（即第二工作状态）时，阀套窗口与台肩的轴向通孔导通时的三维配合示意图。

图中，1、2—端盖；8、9—阀芯；10—阀套；11—阀体； 12—进油口；13—A口；14—出油口；15—B口；16、17、18、19—阀套窗口；20—第一轴向流道；21—第二轴向流道；22—第三轴向流道；23—第四轴向流道；24、25—第一轴向通孔；26、27—第二轴向通孔；28、29—第三轴向通孔；30、31—第四轴向通孔；32、33—台肩；34、35—凸台；38、39—第一腔；40、41—第二腔；42—阀芯8的凹咬合机构；43—阀芯9的凸咬合机构。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1至图7所示，本发明阀芯旋转式四通换向阀主要包括阀体11、带有阀套10的阀芯和端盖1、2。阀芯置于阀体11的腔内，端盖1、2分别在阀体11的两端的端面处与阀体11安装在一起。

如图1至图3所示，阀体11的壁上沿周向依次开有径向的进油口12、A口13、出油口14和B口15。阀套10的壁上对应地开有分别与进油口12、A口13、出油口14和B口15相匹配的四个阀套窗口16、17、18、19。在阀套10上开有四个轴向流道，即第一轴向流道20、第二轴向流道21、第三轴向流道22和第四轴向流道23，第一轴向流道20、第二轴向流道21、第三轴向流道22和第四轴向流道23沿阀套10的一个端面贯通到阀套10的另一个端面；第一轴向流道20、第二轴向流道21、第三轴向流道22和第四轴向流道23分别对应地与进油口12、A口13、出油口14、B口15连通。

作为本发明的优选方案，第一轴向流道20、第二轴向流道21、第三轴向流道22和第四轴向流道23沿阀套10的周向等间隔分布。

作为本发明的实施方式之一，阀芯可以只由阀芯8构成，也可以由阀芯8和阀芯9共同组装而成。

以下以整个阀芯仅由阀芯8构成为例进一步说明本发明的技术方案。当整个阀芯只设一个台肩32时，参见图1和图4，阀芯8的台肩32的外端面设有凸台34，凸台34将台肩32的外端面与端盖1之间形成的容腔分隔成互不相通的第一腔38和第二腔40。台肩32设有四个轴向通孔，即第一轴向通孔24、第二轴向通孔26、第三轴向通孔28、第四轴向通孔30，其中，第一轴向通孔24和第二轴向通孔26在第一腔38内，第三轴向通孔28和第四轴向通孔30在第二腔40内。第一轴向流道20、第二轴向流道21、第三轴向流道22和第四轴向流道23的位置和形状要保证随着阀芯8的旋转，第一轴向通孔24、第二轴向通孔26、第三轴向通孔28、第四轴向通孔30能够同时地、一一对应地与第一轴向流道20、第二轴向流道21、第三轴向流道22、第四轴向流道23中的一个保持连通关系，从而实现本发明换向阀的换向功能。随着阀芯的旋转，本发明阀芯旋转式四通换向阀的过流面积按照大——小——大的方式发生周期性变化，由此使阀口开度连续变化。

阀芯8的一端伸出第一端盖1外，可以通过联轴器与步进电机主轴连接，组成开环控制系统，结构简单，操作方便。阀芯8的一端也可以通过联轴器与旋转比例电磁铁的转子连接，并添加角度传感器实现阀芯角位移的反馈控制，组成闭环控制系统，提高阀芯旋转式四通换向阀的控制精度和稳定性。

当阀芯只有一个台肩时，本发明阀芯旋转式四通换向阀的工作过程为：当阀芯8转到如图6所示的位置时，第一轴向通孔24与第一轴向流道20连通，第二轴向通孔26与第二轴向流道21连通。由于第一轴向通孔24和第二轴向通孔26在第一腔38内，所以第一轴向流道20与第二轴向流道21连通。同样地，第三轴向通孔28与第三轴向流道22连通，第四轴向通孔30与第四轴向流道23连通。由于第三轴向通孔28和第四轴向通孔30在第二腔40内，所以第三轴向流道22与第四轴向流道23连通。此时，阀芯旋转式四通换向阀处于P→A工作状态（即第一工作状态），液压油依次经由进油口12、阀套窗口16进入第一轴向流道20，再依次经过第一轴向通孔24、第一腔38、第二轴向通孔26进入第二轴向流道21，然后经阀套窗口17流出A口13。同时，液压油依次经由B口15、阀套窗口19进入第四轴向流道23，再依次经过第四轴向通孔30、第二腔40、第三轴向通孔28进入第三轴向流道22，然后经阀套窗口18流出出油口14。当阀芯8转到如图7所示的位置时，第一轴向通孔24与第二轴向流道21连通，第二轴向通孔26与第三轴向流道22连通，由于第一轴向通孔24和第二轴向通孔26在第一腔38内，所以第二轴向流道21与第三轴向流道22连通。同样地，第三轴向通孔28与第四轴向流道23连通，第四轴向通孔30与第一轴向流道20连通。由于第三轴向通孔28和第四轴向通孔30在第二腔40内，所以第四轴向流道23与第一轴向流道20连通。此时，阀芯旋转式四通换向阀处于P→B工作状态（即第二工作状态），液压油依次经由进油口12、阀套窗口16进入第一轴向流道20，再依次经过第四轴向通孔30、第二腔40、第三轴向通孔28进入第四轴向流道23，然后经阀套窗口19流出B口15。同时，液压油依次经由A口13、阀套窗口17进入第二轴向流道21，再依次经过第一轴向通孔24、第一腔38、第二轴向通孔26进入第三轴向流道22，然后经阀套窗口18流出出油口14。随着阀芯8的旋转，阀芯旋转式四通换向阀周期性交替地处于第一工作状态和第二工作状态。

为了有效地减少本发明换向阀的轴向液动力，作为本发明的优选实施方式，阀芯以阀体11的中心横截面为对称面设有两个对称的台肩32、33。考虑到装配方便，本发明的阀芯可以由阀芯8和阀芯9两部分共同构成（参见图1、图4和图5）。在图1、图4、图5所示的实施例中，通过阀芯8端部的凹咬合机构42与阀芯9端部的凸咬合机构43过盈配合在一起，以保证阀芯8和阀芯9同速转动。

如图1和图5所示，阀芯9的台肩33的外端面设有凸台35，凸台35将台肩33的外端面与端盖2之间形成的容腔分隔成互不相通的第一腔39和第二腔41。台肩33设有四个轴向通孔，即第一轴向通孔25、第二轴向通孔27、第三轴向通孔29、第四轴向通孔31，其中第一轴向通孔25和第二轴向通孔27在第一腔39内，第三轴向通孔29和第四轴向通孔31在第二腔41内。并且，随着阀芯9的旋转，第一轴向通孔25、第二轴向通孔27、第三轴向通孔29、第四轴向通孔31能够同时地、一一对应地与第一轴向流道20、第二轴向流道21、第三轴向流道22、第四轴向流道23中的一个保持连通关系，从而实现本发明换向阀的换向功能。并且，随着阀芯的旋转，本发明阀芯旋转式四通换向阀的过流面积按照大——小——大的方式发生周期性变化，由此使阀口开度连续变化。

当整个阀芯设有两个台肩（即台肩32和台肩33）时，本发明换向阀的工作过程为：当阀芯8、9转到如图6所示的位置时，第一轴向通孔24、25与第一轴向流道20连通，第二轴向通孔26、27与第二轴向流道21连通，由于第一轴向通孔24和第二轴向通孔26在第一腔38内，第一轴向通孔25和第二轴向通孔27在第二腔39内，所以第一轴向流道20与第二轴向流道21连通。同样地，第三轴向通孔28、29与第三轴向流道22连通，第四轴向通孔30、31与第四轴向流道23连通；由于第三轴向通孔28和第四轴向通孔30在第二腔40内，第三轴向通孔29和第四轴向通孔31在第二腔41内，所以第三轴向流道22与第四轴向流道23连通。此时，阀芯旋转式四通换向阀处于P→A工作状态（即第一工作状态），液压油依次经由进油口12、阀套窗口16进入第一轴向流道20后分成两路，一路经过第一轴向通孔24、第一腔38、第二轴向通孔26进入第二轴向流道21，另一路经过第一轴向通孔25、第一腔39、第二轴向通孔27进入第二轴向流道21，在第二轴向流道21汇合的液压油经阀套窗口17流出A口13。同时，液压油依次经由B口15、阀套窗口19进入第四轴向流道23后分成两路，一路经过第四轴向通孔30、第二腔40、第三轴向通孔28进入第三轴向流道22，另一路经过第四轴向通孔31、第二腔41、第三轴向通孔29进入第三轴向流道22，在第三轴向流道22汇合的液压油经阀套窗口18流出出油口14。

当阀芯8、9转到如图7所示的位置时，第一轴向通孔24、25与第二轴向流道21连通，第二轴向通孔26、27与第三轴向流道22连通。由于第一轴向通孔24和第二轴向通孔26在第一腔38内，第一轴向通孔25和第二轴向通孔27在第二腔39内，所以第二轴向流道21与第三轴向流道22连通。同样地，第三轴向通孔28、29与第四轴向流道23连通，第四轴向通孔30、31与第一轴向流道20连通，由于第三轴向通孔28和第四轴向通孔30在第二腔40内，第三轴向通孔29和第四轴向通孔31在第二腔41内，所以第四轴向流道23与第一轴向流道20连通。此时，阀芯旋转式四通换向阀处于P→B工作状态（即第二工作状态），液压油依次经由进油口12、阀套窗口16进入第一轴向流道20分成两路，一路经过第四轴向通孔30、第二腔40、第三轴向通孔28进入第四轴向流道23，另一路经过第四轴向通孔31、第二腔41、第三轴向通孔29进入第四轴向流道23，在第四轴向流道23汇合的液压油经阀套窗口19流出B口15。同时，液压油依次经由A口13、阀套窗口17进入第二轴向流道21分成两路，一路经过第一轴向通孔24、第一腔38、第二轴向通孔26进入第三轴向流道22，另一路经过第一轴向通孔25、第一腔39、第二轴向通孔27进入第三轴向流道22，在第三轴向流道22汇合的液压油经阀套窗口18流出出油口14。随着阀芯8、9的旋转，阀芯旋转式四通换向阀周期性交替地处于第一工作状态和第二工作状态。

综上可见，液压油经阀套10的对应阀套窗口进入第一轴向流道20、第二轴向流道21、第三轴向流道22、第四轴向流道23时分成方向相反的两路分别进入台肩32、台肩33对应的轴向通孔，由于台肩32与台肩33以阀体11的中心横截面为对称面，由此，有效地减少本发明换向阀的轴向液动力，且保证本发明四通换向阀实现大流量。

本说明书陈述的实施方式只是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为只局限于实施方式所示的具体方式，而应当涉及于本领域技术人员根据本发明构思所能够思考到的等同技术方式。

Claims (3)

1.一种阀芯旋转式四通换向阀，包括阀体、阀套、阀芯和端盖，其特征在于：所述阀体的壁上沿周向依次开有径向的进油口、A口、出油口和B口；所述阀套的壁上对应地开有与所述进油口、A口、出油口和B口相匹配的阀套窗口，阀套还开有四个贯通的轴向流道，所述四个轴向流道分别对应地与所述进油口、A口、出油口、B口连通；所述阀芯的台肩的外端面设有凸台，所述凸台将台肩的外端面与端盖之间形成的容腔分隔成互不相通的第一腔和第二腔，所述台肩设有四个轴向通孔，其中两个轴向通孔在第一腔内，另两个轴向通孔在第二腔内，随着阀芯的旋转，四个所述轴向通孔能够一一对应地与四个所述轴向流道同时连通。

2.根据权利要求1所述的一种阀芯旋转式四通换向阀，其特征在于：所述四个轴向流道沿阀套的周向等间隔分布。

3.根据权利要求1或2所述的一种阀芯旋转式四通换向阀，其特征在于：所述阀芯以阀体的中心横截面为对称面设有两个对称的所述台肩。