阀芯中空结构的大流量三通切换阀的制作方法与工艺

本发明涉及一种低功耗大流量三通切换阀，尤其是适用于振动冲击液压系统的大流量三通切换阀。

背景技术：
振动冲击液压系统多为阀控缸系统，通过切换阀阀芯运动来控制流体流动方向实现液压缸的振动冲击动作。振动冲击系统中，液压缸多为单出杆缸，宜采用差动控制方式，小面积端常通高压，而大面积端压力受三通切换阀控制。随着工业现代化的不断推进，振动冲击液压系统的振动频率不断提高，三通切换阀的流量不断增大。传统的三通切换阀多为圆柱滑阀结构，当大流量通过阀口时，存在较大的压力损失，会引起振动冲击系统输出效率降低、频响特性变差等一系列问题。增大阀芯直径可减小阀口压力损失，但是过大的阀芯直径会增加阀芯质量，同样会引起系统输出效率降低和动态特性变差。高频振动时，由主控阀所导致的系统输出效率低下和动态特性变差成为制约振动冲击系统进一步发展的关键因素。

技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种低功耗大流量的三通切换阀，可用于振动冲击液压系统，提高系统输出效率，改善系统动态特性。本发明解决上述问题的技术方案是：本发明包括一级先导阀和二级三通阀。所述的先导阀可以为四通换向阀或者四通伺服阀，其分配油液进入二级三通阀的左右控制腔，实现对二级大流量三通阀阀芯的运动控制。所述的二级大流量三通阀包括阀芯、阀套、阀体、压环和端盖。所述阀体上分别设有进油口P口和出油口T口，其向内贯穿阀体侧壁，与阀套对应进油口Ⅰ和出油口Ⅰ相通，其向外则分别与液压系统高压油路和系统回油相连；所述阀体上还分别设有左控制油口C1口和右控制油口C2口，其向内贯穿阀体侧壁，与阀套上相对应的左控制油口、右控制油口相通，其向外与一级先导阀的控制油口A口、B口分别相通；所述阀体最右侧开有负载油口D，其与阀芯内部空腔相连。所述阀套内侧壁上分别设有环形槽Ⅰ、环形槽Ⅱ、环形槽Ⅲ和环形槽Ⅳ；相对于环形槽Ⅰ、环形槽Ⅱ、环形槽Ⅲ和环形槽Ⅳ分别设有左控制油口、右控制油口、进油口Ⅰ和出油口Ⅰ，向外贯穿阀套侧壁后与阀体相应油口相通。所述阀芯为中空式结构，中心有圆柱形空腔，空腔与负载油口D口相通；所述阀芯外壁与阀套内壁为间隙配合，阀芯可在阀套内滑动；所述阀芯设有进油口Ⅱ和出油口Ⅱ，其向内与阀芯内部空腔相连；所述阀芯进油口Ⅱ和出油口Ⅱ在阀芯滑动到适当位置时，可分别与阀套内侧的环形槽Ⅲ和环形槽Ⅳ相连通，但是两者不能同时相连通，即当阀芯进油口Ⅱ与阀套内侧的环形槽Ⅲ连通时，阀芯出油口Ⅱ与阀套内侧的环形槽Ⅳ不能连通，反之亦然；所述阀芯外壁设有台阶Ⅰ和台阶Ⅱ，台阶Ⅰ和台阶Ⅱ可限制阀芯运动范围，且台阶Ⅰ与阀套环形槽Ⅰ、阀套内壁和压环侧壁形成左控制油腔，台阶Ⅱ与阀套环形槽Ⅱ、阀套内壁、阀套右壁形成右控制油腔。所述压环为与阀套同轴心的空心圆环。作为对本发明所述的一种阀芯中空结构的大流量三通切换阀的改进：所述阀芯进油口Ⅱ可以为沿圆周均匀分布的多个通油孔，所述阀芯出油口Ⅱ也可以为沿圆周均匀分布的多个通油孔。作为对本发明所述的一种阀芯中空结构的大流量三通切换阀的进一步改进：所述阀芯可以只设有进油口Ⅱ，所述进油口Ⅱ在阀芯滑动到适当位置时，可与阀套内侧壁的环形槽Ⅲ相连通；所述阀套内侧壁的环形槽Ⅳ位于阀芯右端面附近，当阀芯于中位向左移动时，阀芯右端面无法完全遮盖环形槽Ⅳ，而使得环形槽Ⅳ与阀芯内部空腔相通。作为对本发明所述的一种阀芯中空结构的大流量三通切换阀的进一步改进：所述压环内侧壁可设有环形槽Ⅴ，环形槽Ⅴ上设有进油口Ⅲ；所述进油口Ⅲ与阀体进油口P口相通，此时阀套不再设置环形槽Ⅲ和进油口Ⅰ，阀芯也不再设置进油口Ⅱ；所述压环内侧壁设有的环形槽Ⅴ位于阀芯左端面附近，当阀芯于中位向右移动时，阀芯左端面无法完全遮盖环形槽Ⅴ，而使得环形槽Ⅴ与阀芯内部空腔相通。作为对本发明所述的一种阀芯中空结构的大流量三通切换阀的进一步改进：阀体的进油口P口和出油口T口可以互换位置。作为对本发明所述的一种阀芯中空结构的大流量三通切换阀的进一步改进：阀芯进油口Ⅱ和出油口Ⅱ可以为圆孔、矩形孔或异形孔。本发明具有的有益效果是：（1）阀芯具有中空的结构，油液可以在阀芯中心的圆柱形流道内流动，增大了流体通过阀芯时的等效通流面积，可以有效减小流体通过换向阀时的节流损失。（2）阀芯中间的空腔直接与负载油口相连，可减少流体通过换向阀时的转向次数，明显减小流体通过换向阀时的功率损耗。（3）阀芯中空的结构有助于减小阀芯质量，可以提高换向阀的频响和液压系统整体频响，并减小换向阀阀芯运动所需要的驱动功率，有助于提高系统整体效率。附图说明图1是本发明第一实施例的机械系统和液压系统的连接原理图。图2是图1的另一种工作状态示意图。图3是本发明第二实施例的机械系统和液压系统的连接原理图。图4是图3的另一种工作状态示意图。具体实施方式实施例1、图1和图2给出了一种大流量三通切换阀的两种不同工作状态，包括一级先导阀1和二级三通阀2两部分组成，一级先导阀1可直接采用市售小流量四通换向阀或伺服阀；二级三通阀2包括阀芯7、阀套5、阀体20、压环13和端盖12；阀体20外壁面上分别设有进油口P口和出油口T口，分别与液压系统高压油路和系统回油相连，其向内贯穿阀体20侧壁；阀体20外壁面还分别设有左控制油口C1口和右控制油口C2口，分别与先导阀的A口和B口相连，其向内贯穿阀体20侧壁；阀体20最右侧开有负载油口D阀套5内侧壁上分别设有环形槽Ⅰ14、环形槽Ⅱ4、环形槽Ⅲ10和环形槽Ⅳ9；相对于环形槽Ⅰ14、环形槽Ⅱ4、环形槽Ⅲ10和环形槽Ⅳ9分别设有左控制油口18、右控制油口3、进油口Ⅰ19和出油口Ⅰ21，向外贯穿阀套5侧壁后分别与阀体20上的左控制油口C1口、右控制油口C2口、进油口P口和出油口T口相通；阀芯7为中空式结构，中心有圆柱形空腔17，空腔17与负载油口D口相通；阀芯7外壁与阀套5内壁为间隙配合，阀芯7可在阀套5内滑动；阀芯7侧壁上设有进油口Ⅱ16和出油口Ⅱ6，其向内与阀芯7内部空腔17相连；阀芯7的进油口Ⅱ16和出油口Ⅱ6在阀芯7滑动到适当位置时，可分别与阀套5内侧的环形槽Ⅲ10和环形槽Ⅳ9相连通，但是两者不能同时相连通；阀芯7外壁设有台阶Ⅰ15和台阶Ⅱ8，台阶Ⅰ15和台阶Ⅱ8可限制阀芯7运动范围；压环13为与阀套5同轴心的空心圆环；所述端盖12用螺栓固连于阀体20上，并将压环13压紧于阀套5上。具体使用的时候步骤如下：1.当先导换向阀在电磁铁作用下或手动操作下位于左位时（图1所示），系统中的高压油通过先导阀的B口流入二级三通阀2阀体20外侧的右控制油口C2口，因为右控制油口C2口通过阀套5上的右控制油口3与环形槽Ⅱ4相连，因此高压油液进入环形槽Ⅱ4中，并作用于阀芯7的右侧台阶Ⅱ8的台阶面；同时，系统中的回油油路通过先导阀A口与二级三通阀2的左控制油口C1口相通，左控制油口C1口又通过阀套5上的左控制油口18与环形槽Ⅰ14相连，因此阀芯7左侧台阶Ⅰ15的台阶面与系统回油油路相通，为低压。阀芯7在台阶Ⅱ8处高压与台阶Ⅰ15处低压的作用下，向左移动。阀芯7左移，使得阀芯7的进油口Ⅱ16与阀套5上的环形槽Ⅲ10相连通，系统高压油通过进油口P口、阀套5上的进油口Ⅰ19、环形槽Ⅲ10和阀芯7的进油口Ⅱ16进入阀芯7内部空腔17之中，并从负载油口D流出，进入执行元件中，即此时换向阀进油口P口与负载油口D口相通。2.当先导换向阀在电磁铁作用下或手动操作下位于右位时（图2所示），系统中的高压油通过先导阀的A口流入二级三通阀2阀体20外侧的左控制油口C1口，因为左控制油口C1口通过阀套5上的左控制油口18与环形槽Ⅰ14相连，因此高压油液进入环形槽Ⅰ14中，并作用于阀芯7的左侧台阶Ⅰ15的台阶面；同时，系统中的回油油路通过先导阀B口与二级三通阀2的右控制油口C2口相通，控制油口C2口又通过阀套5上的右控制油口3与环形槽Ⅱ4相连，因此阀芯7右侧台阶Ⅱ8的台阶面与系统回油油路相通，为低压。阀芯7在台阶Ⅰ15处高压与台阶Ⅱ8处低压的作用下，向右移动。阀芯7右移，使得阀芯7的出油口Ⅱ6与阀套5上的环形槽Ⅳ9相连通，此时油液从负载油口D口流入，进入阀芯7空腔17，并通过阀芯7的出油口Ⅱ6、阀套5上的环形槽Ⅳ9、阀套5上的出油口Ⅰ21以及阀体20上的出油口T口进入系统回油管路，即此时换向阀出油口T口与负载油口D口相通。实施例2、图3和图4给出了另一种二级三通阀的实施方式，先导阀与实施例1同，不再重复。本实施例中阀套5内侧壁的环形槽Ⅳ9位于阀芯7右端面附近，当阀芯7于中位向左移动时，阀芯7右端面无法完全遮盖环形槽Ⅳ9，而使得环形槽Ⅳ9与阀芯7内部空腔17相通；此时阀芯7不再设置出油口Ⅱ6。本实施例中压环13内侧壁设有环形槽Ⅴ22，环形槽Ⅴ22上设有进油口Ⅲ23；进油口Ⅲ23与阀体20上的进油口P口相通，此时阀套5不再设置环形槽Ⅲ10和进油口Ⅰ19，阀芯7也不再设置进油口Ⅱ16；所述压环13内侧壁设有的环形槽Ⅴ22位于阀芯7左端面附近，当阀芯7于中位向右移动时，阀芯7左端面无法完全遮盖环形槽Ⅴ22，而使得环形槽Ⅴ22与阀芯7内部空腔17相通。具体使用的时候步骤如下：1.阀芯7受先导阀控制左右移动过程与实施例1相同，当阀芯7左移时（图3所示），阀芯7完全遮盖环形槽Ⅴ22，而环形槽Ⅳ9未完全遮盖，此时阀体20上的回油口T口与负载油口D口相通。2.当阀芯7右移时（图4所示），阀芯7完全遮盖环形槽Ⅳ9，而环形槽Ⅴ22未完全遮盖，此时阀体20上的进油口P口与负载油口D口相通。