一种电动方向控制阀及由其组成的电动方向控制阀组的制作方法

本发明属于流体传动与控制系统中的控制元件领域，特别涉及该领域中的一种基于凸轮顶杆机构的电动方向控制阀及由其组成的电动方向控制阀组。

背景技术：

在流体传动与控制系统中，方向控制阀主要是利用阀芯相对阀体、阀套或者阀座的相对位置改变，使流道接通、关断或改变流动方向，从而控制执行元件的启停和换向等动作。

按阀口结构，方向控制阀主要有提升式和滑阀式，提升式阀口，如锥阀、球头阀口等，可做到密封面之间无间隙，可完全切断流道，实现零泄露，具备良好的密封性能，但不能完全平衡阀芯上轴向静压力。滑阀式阀口，可通过平衡活塞（或称为完整阀腔）来平衡阀芯上轴向静压力，但其密封面之间有间隙，不能完全切断流道，存在泄露。

在阀芯驱动方式上，一类是在弹簧力配合下，通过手动、机械、电磁铁或气体/液体压力等方式，实现阀芯位置的改变；另一类是通过电磁铁与流体压力及弹簧力相配合，实现阀芯位置的改变，达到控制流道的通断或切换的目的。这两种方式的阀都不具备状态记忆与保持功能，在输入动力撤去后会在弹簧弹力作用下复位至初始状态。

在先专利文件cn203963221u、cn101512202a、cn102483180a、us6959728b2、cn2282627y公开了将凸轮顶杆机构作为传动机构应用于控制阀的技术方案，这些方案虽然都采用锥形阀口，能保证良好密封性能，但都无轴向静压力平衡措施。在高压和双向工作（进出口互换）条件下，阀芯轴向静压力大，改变阀芯位置所需的输入功率大，耗能大；其次，在输入动力撤去后，无法实现阀芯状态的保持，即无状态保持与记忆功能；再次，工作环境条件（如环境压力）的变化对阀的性能影响大，在一些对能耗、状态保持要求苛刻的应用领域，如深海、太空等，现有的方向控制阀显然不能满足要求。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题就是提供一种基于凸轮顶杆机构的电动方向控制阀及由其组成的电动方向控制阀组。

本发明采用如下技术方案：

一种电动方向控制阀，包括内设通腔的阀体，所述通腔包括两个分别与阀体上接头相通的腔室，在两腔室之间接口处设置锥形阀芯从而形成锥形阀口，在阀体的两端各设置有一个盖板以封闭上述的通腔，其改进之处在于：在锥形阀芯的两端各设置有一个穿出上述盖板与阀体外环境介质相接触的顶杆，该两顶杆与阀体通腔内壁之间以动密封件相连，并且该两顶杆横截面的直径长度与接口横截面的直径长度相等，在与锥形阀芯底面相邻的顶杆上套设弹簧，该弹簧一端与锥形阀芯的底面相抵接，另一端与阀体相抵接，弹簧弹力使锥形阀芯抵紧接口以关闭锥形阀口，与锥形阀芯锥面相邻的顶杆伸出盖板后与安装在凸轮轴上的凸轮相配合，上述的凸轮轴安装在阀体上，在凸轮轴旋转至其凸轮的凸出部抵紧与之相配合的顶杆时，可以通过该顶杆推动锥形阀芯克服弹簧弹力以脱离接口使锥形阀口开启。

进一步的，所述的凸轮轴由安装在阀体上的原动件驱动。

进一步的，所述的原动件为电机或舵机。

进一步的，凸轮轴的前后两端各通过一个安装在阀体上的滚动轴承与阀体相连接。

进一步的，所述凸轮的近休止角大于0°，远休止角大于等于0°。

一种电动方向控制阀组，使用上述的电动方向控制阀，其改进之处在于：所述控制阀的数量为2个以上，各控制阀共用一根凸轮轴，在凸轮轴的表面设置1个以上的凸轮，每个凸轮与1个以上的控制阀相配合。

进一步的，在凸轮的数量为2个以上时，各凸轮分布在凸轮轴的不同周面上。

本发明的有益效果是：

本发明所公开的电动方向控制阀及由其组成的电动方向控制阀组，在凸轮轴旋转至其凸轮的凸出部未抵紧与之相配合的顶杆时，弹簧弹力使锥形阀芯抵紧接口以关闭锥形阀口，锥形阀口在关闭状态下具有良好的密封性能，保证零泄漏；在凸轮轴旋转至其凸轮的凸出部抵紧与之相配合的顶杆时，可以通过该顶杆推动锥形阀芯克服弹簧弹力以脱离接口使锥形阀口开启，此时撤去凸轮轴的输入动力使之保持不动，就可以使锥形阀口保持开启状态，实现了状态的保持与记忆。

本发明所公开的电动方向控制阀及由其组成的电动方向控制阀组，通过凸轮轴与弹簧的配合，使控制阀在锥形阀口关闭和开启状态下都不耗能，实现状态的自保持，凸轮轴旋转一定角度即可实现锥形阀口在关闭与开启之间的状态切换。由于凸轮的远休止角大于等于0°，使凸轮所受外力（大小为弹簧力与液动力之和）始终指向凸轮中心，即使受到干扰，也可始终保持锥形阀口开启。

在液体介质通过接头流入腔室后，由于两顶杆横截面的直径长度与接口横截面的直径长度相等，可以使同腔室内液体介质作用于锥形阀芯的轴向静压力相互抵消，这样在锥形阀口关闭状态下即使两腔室的液体介质间存在压差，只要凸轮轴不旋转就不会使锥形阀口开启，保证零泄漏。同时两顶杆穿出盖板与阀体外环境介质相接触的横截面积也相等，故即使存在环境压力（如深海水深压力），环境压力作用在锥形阀芯上的合力也为零，对锥形阀芯的移动几乎无影响。凸轮轴上的凸轮只需要克服弹簧力、摩擦力和液动力就可以使锥形阀口开启，所需的驱动力及功率较小。

附图说明

图1是本发明实施例1所公开的电动方向控制阀在锥形阀口关闭状态下的内部结构示意图；

图2是本发明实施例1所公开的电动方向控制阀在锥形阀口开启状态下的内部结构示意图；

图3是本发明实施例1所公开的电动方向控制阀中凸轮轴的结构示意图；

图3a是本发明实施例1所公开电动方向控制阀中凸轮的截面轨迹曲线图；

图4是本发明实施例1所公开单凸轮单顶杆二位二通换向阀的原理示意图；

图5是本发明实施例1所公开单凸轮双顶杆二位三通换向阀的原理示意图；

图6是本发明实施例1所公开双凸轮双顶杆二位三通换向阀的原理示意图；

图7是本发明实施例1所公开双凸轮双顶杆二位四通换向阀的原理示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1，本实施例公开了一种电动方向控制阀，该控制阀属于二位二通换向阀，包括内设通腔的阀体1，所述通腔包括两个分别与阀体1上接头2相通的腔室3，在两腔室之间接口31处设置锥形阀芯4从而形成锥形阀口，在阀体的两端各设置有一个盖板5以封闭上述的通腔，在锥形阀芯4的两端各设置有一个穿出上述盖板5与阀体外环境介质相接触的顶杆6，该两顶杆6与阀体1通腔内壁之间以动密封件7相连，并且该两顶杆6横截面的直径长度与接口31横截面的直径长度相等，在与锥形阀芯4底面相邻的顶杆6上套设弹簧8，该弹簧一端与锥形阀芯的底面相抵接，另一端与阀体相抵接，如图1所示，弹簧弹力使锥形阀芯抵紧接口以关闭锥形阀口，与锥形阀芯锥面相邻的顶杆伸出盖板后与安装在凸轮轴9上的凸轮91相配合，上述的凸轮轴安装在阀体上，如图2所示，在凸轮轴旋转至其凸轮的凸出部抵紧与之相配合的顶杆时，可以通过该顶杆推动锥形阀芯克服弹簧弹力以脱离接口使锥形阀口开启。

作为一种可供选择的方式，在本实施例中，所述的凸轮轴9的结构示意图如图3所示，该凸轮轴由安装在阀体1上的原动件10驱动。所述的原动件为电机或舵机。凸轮轴9的前后两端各通过一个安装在阀体1上的滚动轴承11与阀体相连接。所述凸轮的近休止角大于0°，远休止角大于等于0°。具体地说，凸轮的截面轨迹曲线如图3a所示，凸轮91由近休止圆弧91a、2段对称过渡曲线91b和远休止圆弧91c组成，且远休止圆弧91c半径大于近休止圆弧91a半径。

本实施例所公开的电动方向控制阀的工作过程为：

在需要开启锥形阀口时，启动原动件带动凸轮轴旋转一定的角度（例如逆时针旋转180°）后停止，使凸轮的凸出部抵紧与之相配合的顶杆，再通过该顶杆推动锥形阀芯克服弹簧弹力以脱离接口使锥形阀口开启，此时关闭原动件使凸轮轴保持不动，就可以使锥形阀口保持开启状态，并实现不耗能状态自保持。锥形阀口开启后，两腔室接通，液体介质可以从阀体上的一个接头流入，另一个接头流出。

在需要关闭锥形阀口时，启动原动件带动凸轮轴旋转一定的角度（例如顺时针旋转180°）后停止，使凸轮的凸出部未抵紧与之相配合的顶杆，弹簧弹力即可使锥形阀芯抵紧接口以关闭锥形阀口，此时关闭原动件使凸轮轴保持不动，就可以使锥形阀口保持关闭状态，并实现不耗能状态自保持。锥形阀口关闭后，两腔室被锥形阀芯隔开，液体介质只能从阀体上的接头流入与其相通的腔室，而不能从阀体上的另一个接头流出。

在锥形阀口关闭时，液体介质可以通过阀体上的两个接头分别流入阀体内被锥形阀芯分隔开的两个腔室中，由于两顶杆横截面的直径长度与接口横截面的直径长度相等，可以使同腔室内液体介质对锥形阀芯的轴向静压力相互抵消，即同腔室内的液体介质对锥形阀芯的有效作用面积为零，这样无论液体介质的压力有多大，或者两腔室的液体介质间是否存在压差，只要凸轮轴不旋转就不会使锥形阀口开启，保证零泄漏。

本实施例还公开了一种电动方向控制阀组，使用上述的电动方向控制阀，所述控制阀的数量为2个以上，各控制阀共用一根凸轮轴，在凸轮轴的表面设置1个以上的凸轮，每个凸轮与1个以上的控制阀相配合。

即通过凸轮轴串联，控制阀并联的组合，可以从如图4所示的单凸轮单顶杆二位二通换向阀衍生出如图5所示的单凸轮双顶杆二位三通换向阀、如图6所示的双凸轮双顶杆二位三通换向阀和如图7所示的双凸轮双顶杆二位四通换向阀等等。

作为一种可供选择的方式，在本实施例中，在凸轮的数量为2个以上时，各凸轮分布在凸轮轴的不同周面上。