阀芯采用密封锥面的两位三通换向阀的制作方法

本发明涉及液压系统技术领域，尤其涉及一种阀芯采用密封锥面的两位三通换向阀。

背景技术：

两位三通液压换向阀是液压系统中核心的原件之一，其作用是控制液压油的导通、切断和流动方向。液压换向阀按照操纵方式分类，可以分为手动式、机动式、电磁式、液动式、电液动式。

现有两位三通液压换向阀的阀芯大多采用橡胶圈隔离不同油口，阀位切换过程中，阀芯带动密封圈必须经过油口，那么势必存在密封圈切圈(密封圈的外壁进入油口内现象的简称)的问题。当控制液压力较低时，密封圈形变量较小，每次经过油口，切圈量(密封圈进入油口的尺寸)较小，油口端部边缘对密封圈的切磨损伤小；当控制液压力较高时，密封圈形变量较大，每次经过油口，切圈量很大，油口端部边缘对密封圈的切磨损伤大。特别是超高压工况环境，切圈更为明显，密封圈被切磨的损伤更为严重。随着切换次数的增加，密封圈的切磨损伤增大，密封圈的密封效果减弱，导致换向阀内泄漏量增加，最终密封圈密封失效，无法实现阀位切换。所以，现有采用密封圈隔离油口的密封结构严重降低了换向阀的使用寿命和限制了控制液压力。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种阀芯采用密封锥面的两位三通换向阀，以克服现有技术的缺陷。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种阀芯采用密封锥面的两位三通换向阀，克服现有技术中存在的密封圈易切圈密封效果差、换向阀的使用寿命低、控制液压力受限等问题，该两位三通换向阀的阀芯上设置密封锥面，实现阀位切换时封堵油口的隔离密封，有效地避免密封圈切圈损伤问题，提高了两位三通换向阀的使用寿命，同时能够承受较高的控制液压力，有利于推广使用。

本发明的目的是这样实现的，一种阀芯采用密封锥面的两位三通换向阀，包括阀体，所述阀体内设有轴向贯通的变径轴孔，所述阀体的侧壁上间隔设置有供油口、控制口和回油口，所述供油口、所述控制口和所述回油口分别与所述变径轴孔径向贯通，所述变径轴孔内能拆卸地密封滑动套设有呈变径设置的阀芯；所述变径轴孔包括顺序设置的第一孔段、第二孔段和第三孔段，所述第一孔段与所述供油口连通设置，所述第二孔段与所述控制口连通设置，所述第三孔段与所述回油口连通设置，所述第二孔段的孔径尺寸大于所述第一孔段的孔径尺寸和所述第三孔段的孔径尺寸，所述第二孔段的一端位于所述供油口和所述控制口之间，所述第二孔段的一端设有自所述第二孔段向所述第一孔段直径渐缩的第一锥面，所述第二孔段的另一端位于所述回油口和所述控制口之间，所述第二孔段的另一端设有自所述第二孔段向所述第三孔段直径渐缩的第二锥面；所述阀芯包括能密封滑动套设于所述第一孔段内的第一轴段、能滑动套设于所述第二孔段内的第二轴段和能密封滑动套设于所述第三孔段内的第三轴段，所述第二轴段的外径尺寸小于所述第二孔段的孔径尺寸且大于所述第一孔段的孔径尺寸和所述第三孔段的孔径尺寸，所述第二轴段的轴向长度小于所述第二孔段的轴向长度，所述第二轴段的两端分别设置能与所述第一锥面密封抵靠的第三锥面和能与所述第二锥面密封抵靠的第四锥面，所述第一轴段的侧壁上设置与所述供油口连通的第一环槽，所述第三轴段的侧壁上设置与所述回油口连通的第二环槽；

所述阀芯的工作状态包括回油状态和控制状态，所述第三锥面与所述第一锥面密封抵靠隔离所述第一环槽与所述控制口，所述控制口通过所述第二孔段和所述第二环槽与所述回油口连通构成回油状态；所述第四锥面与所述第二锥面密封抵靠隔离所述第二环槽与所述控制口，所述控制口通过所述第二孔段和所述第一环槽与所述供油口连通构成控制状态。

在本发明的一较佳实施方式中，所述阀芯采用密封锥面的两位三通换向阀为先导式液控换向阀，所述阀体的两端分别密封设有第一先导液压油接头和第二先导液压油接头，所述第一先导液压油接头上设有能与所述变径轴孔的一端连通的第一先导油口，所述第二先导液压油接头上设有能与所述变径轴孔的另一端连通的第二先导油口。

在本发明的一较佳实施方式中，所述第一锥面与所述第三锥面呈锥度相同设置，所述第二锥面与所述第四锥面呈锥度相同设置。

在本发明的一较佳实施方式中，所述阀体远离所述第一孔段的轴向一端能拆卸地密封套设有滑套结构，所述滑套结构的内腔构成所述第三孔段，所述滑套结构的内腔靠近所述第一孔段的一端设置所述第二锥面，所述滑套结构的侧壁上设置能连通所述回油口和所述第三孔段的回油过孔。

在本发明的一较佳实施方式中，所述阀体远离所述第一孔段的轴向一端设置能密封套设所述滑套结构的滑套安装孔，所述滑套结构上套设有外壁密封抵靠于所述滑套安装孔的内壁上的滑套密封圈。

在本发明的一较佳实施方式中，所述滑套密封圈的数量为两个或多个，所述回油口两侧均设置所述滑套密封圈。

在本发明的一较佳实施方式中，所述第一轴段上位于所述第一轴段的自由端与所述第一环槽之间的侧壁上套设有能密封滑动抵靠于所述第一孔段的内壁上的第一密封圈，所述第三轴段上位于所述第三轴段的自由端与所述第二环槽之间的侧壁上套设有能密封滑动抵靠于所述第三孔段的内壁上的第二密封圈。

在本发明的一较佳实施方式中，所述第三孔段内设有能推动所述阀芯向所述第一孔段滑动的复位弹簧。

在本发明的一较佳实施方式中，所述第二先导油口的孔径尺寸小于所述第三孔段的孔径尺寸，所述复位弹簧的一端顶抵于所述第三轴段的自由端的端部，所述复位弹簧的另一端顶抵于所述第二先导液压油接头靠近所述阀体的端面上。

在本发明的一较佳实施方式中，所述阀芯为金属材料阀芯，所述第三锥面和所述第四锥面为金属材料锥面。

由上所述，本发明提供的阀芯采用密封锥面的两位三通换向阀具有如下有益效果：

(1)本发明的阀芯采用密封锥面的两位三通换向阀中，通过阀芯和阀体内设置的锥面实现阀位切换时封堵油口的隔离密封，有效地避免现有技术中采用的密封圈的切圈损伤问题，提高了两位三通换向阀的使用寿命；采用锥面进行隔离密封，特别适用于高压控制液的工况条件，扩大了两位三通换向阀的适用范围，有利于推广使用；

(2)本发明的阀芯采用密封锥面的两位三通换向阀中，套设于第一轴段的第一密封圈能够避免第一先导液腔和供油口之间的导通，套设于第二轴段的第二密封圈能够避免第二先导液腔和回油口之间的导通，减小阀内泄露，同时，阀位切换时，第一密封圈和第二密封圈均无需通过油口，避免第一密封圈和第二密封圈的切圈损伤，有效保证了两位三通换向阀的使用寿命；

(3)本发明的阀芯采用密封锥面的两位三通换向阀中，阀芯切换到回油状态且第二先导油口停止供油后，阀芯在复位弹簧的作用下保持在回油状态，降低了液压能耗。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1：为本发明的阀芯采用密封锥面的两位三通换向阀的示意图。

图2：为本发明的阀芯采用密封锥面的两位三通换向阀处于控制状态阀位时图1中a-a处的剖视图。

图3：为本发明的阀芯采用密封锥面的两位三通换向阀处于回油状态阀位时图1中a-a处的剖视图。

图4：为本发明的阀体的结构示意图。

图5：为本发明的阀芯的结构示意图。

图中：

100、阀芯采用密封锥面的两位三通换向阀；

1、阀体；

101、供油口；102、控制口；103、回油口；

11、第一孔段；

12、第二孔段；121、第一锥面；122、第二锥面；

13、第三孔段；

14、滑套结构；141、回油过孔；142、滑套密封圈；

2、第一先导液压油接头；21、第一先导油口；

3、第二先导液压油接头；31、第二先导油口；

4、阀芯；

41、第一轴段；411、第一环槽；

42、第二轴段；421、第三锥面；422、第四锥面；

43、第三轴段；431、第二环槽；

51、第一密封圈；52、第二密封圈；53、第三密封圈；54、第四密封圈；

6、复位弹簧。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

如图1至图5所示，本发明提供一种阀芯采用密封锥面的两位三通换向阀100，包括阀体1，阀体1内设有轴向贯通的变径轴孔，阀体1的侧壁上间隔设置有供油口101、控制口102和回油口103，供油口101、控制口102和回油口103分别与变径轴孔径向贯通，变径轴孔内能拆卸地密封滑动套设有呈变径设置的阀芯4，变径轴孔包括顺序设置的第一孔段11、第二孔段12和第三孔段13，第一孔段11与供油口101连通设置，第二孔段12与控制口102连通设置，第三孔段13与回油口103连通设置，第二孔段12的孔径尺寸d2大于第一孔段11的孔径尺寸d1和第三孔段13的孔径尺寸d3，第二孔段12的一端位于供油口101和控制口102之间，第二孔段12的一端设有自第二孔段12向第一孔段11直径渐缩的第一锥面121，第二孔段12的另一端位于回油口103和控制口102之间，第二孔段12的另一端设有自第二孔段12向第三孔段13直径渐缩的设有第二锥面122；阀芯4包括能密封滑动套设于第一孔段11内的第一轴段41、能滑动套设于第二孔段12内的第二轴段42和能密封滑动套设于第三孔段13内的第三轴段43，第二轴段42的外径尺寸d4小于第二孔段12的孔径尺寸d2且大于第一孔段的孔径尺寸d1和第三孔段的孔径尺寸d3，第二轴段42的轴向长度l1小于第二孔段12的轴向长度l2，第二轴段42的两端分别设置能与第一锥面121密封抵靠的第三锥面421和能与第二锥面122密封抵靠的第四锥面422，第一轴段41的侧壁上设置与供油口101连通的第一环槽411，第三轴段43的侧壁上设置与回油口103连通的第二环槽431，第一环槽411的轴向长度需要满足第一环槽411始终与供油口101连通的要求，第二环槽431的轴向长度需要满足第二环槽431始终与回油口103连通的要求；

阀芯4的工作状态包括回油状态和控制状态，第三锥面421与第一锥面121密封抵靠隔离第一环槽411与控制口102，控制口102通过第二孔段12和第二环槽431与回油口103连通构成回油状态；第四锥面422与第二锥面122密封抵靠隔离第二环槽431与控制口102，控制口102通过第二孔段12和第一环槽411与供油口101连通构成控制状态。

本发明的阀芯采用密封锥面的两位三通换向阀100中，通过阀芯和阀体内设置的锥面实现阀位切换时封堵油口的隔离密封，有效地避免现有技术中采用的密封圈的切圈损伤问题，提高了两位三通换向阀的使用寿命；采用锥面进行隔离密封，特别适用于高压控制液的工况条件，扩大了两位三通换向阀的适用范围，有利于推广使用。

进一步，阀芯采用密封锥面的两位三通换向阀100为先导式液控换向阀，阀体1的两端分别密封设有第一先导液压油接头2和第二先导液压油接头3，第一先导液压油接头2上设有能与变径轴孔的一端连通的第一先导油口21，第二先导液压油接头3上设有能与变径轴孔的另一端连通的第二先导油口31。本发明的阀芯采用密封锥面的两位三通换向阀100也可以是电磁式或手动式换向阀，此时第三孔段13需要与回油口103连通设置，以满足阀芯4滑动需要(现有技术，此处不再赘述)。

进一步，第一锥面121与第三锥面421呈锥度相同设置，第二锥面122与第四锥面422呈锥度相同设置。当第一锥面121与第三锥面421呈锥度相同设置时，二者相互抵靠时能够实现面密封，具有较好的密封效果；当第二锥面122与第四锥面422呈锥度相同设置时，二者相互抵靠时能够实现面密封，具有较好的密封效果。第一锥面121与第三锥面421也可以呈不同锥度设置，二者相互抵靠时构成的是线密封；第二锥面122与第四锥面422也可以呈不同锥度设置，二者相互抵靠时构成的是线密封。

进一步，如图2、图3、图4所示，阀体1远离第一孔段11的轴向一端能拆卸地密封套设有滑套结构14，滑套结构14的内腔构成前述的第三孔段13，滑套结构14的内腔靠近第一孔段11的一端设置前述的第二锥面122，滑套结构14的侧壁上设置能连通回油口103和第三孔段13的回油过孔141。滑套结构14能拆卸地安装在阀体1内，满足阀芯4的安装要求。

进一步，如图2、图3、图4所示，阀体1远离第一孔段11的轴向一端设置能密封套设滑套结构14的滑套安装孔，滑套结构14上套设有外壁密封抵靠于滑套安装孔的内壁上的滑套密封圈142。在本实施方式中，滑套密封圈142的数量为两个或多个，回油口103的两侧均设置滑套密封圈142，滑套密封圈142为双冗余结构或三冗余结构(滑套结构14上设置2个或3个滑套密封圈142的容置槽道)。设置于回油口103和第二孔段12之间的滑套密封圈142，能够避免阀芯4位于控制状态时回油口和控制口之间的导通，减小阀内泄露。

进一步，如图2、图3、图5所示，第一轴段41上位于第一轴段41的自由端与第一环槽411之间的侧壁上套设有能密封滑动抵靠于第一孔段11的内壁上的第一密封圈51，第三轴段43上位于第三轴段43的自由端与第二环槽431之间的侧壁上套设有能密封滑动抵靠于第三孔段13的内壁上的第二密封圈52。在本实施方式中，第一密封圈51和第二密封圈52为双冗余结构或三冗余结构(第一轴段41上设置2个或3个第一密封圈51的容置槽道，第三轴段43上设置2个或3个第二密封圈52的容置槽道)。第一孔段11内位于第一轴段41的自由端与所述阀体的一端之间构成第一先导液腔，第三孔段13内位于第三轴段43的自由端与所述阀体的另一端之间构成第二先导液腔，第一密封圈51能够避免第一先导液腔和供油口之间的导通，第二密封圈52能够避免第二先导液腔和回油口之间的导通，减小阀内泄露。同时，阀位切换时，第一密封圈51和第二密封圈52均无需通过油口，避免第一密封圈51和第二密封圈52的切圈损伤，有效保证了两位三通换向阀的使用寿命。

进一步，如图2、图3、图4所示，第三孔段13内设有能推动阀芯4向第一孔段11滑动的复位弹簧6。阀芯4切换到回油状态且第二先导油口31停止供油后，阀芯4在复位弹簧6的作用下保持在回油状态(也可称此时状态为复位状态)，降低了液压能耗。在本实施方式中，第二先导油口31的孔径尺寸d5小于第三孔段13的孔径尺寸d3，复位弹簧6的一端顶抵于第三轴段43的自由端的端部，复位弹簧6的另一端顶抵于第二先导液压油接头3靠近阀体1的端面上。在本发明中，在给定控制液压力的条件下，设计合适尺寸的复位弹簧6和先导油压力，一方面保证控制状态下，在第一先导液腔内持续的先导油作用下，第四锥面422与第二锥面122密封抵靠，另一方面保证回油状态下，在复位弹簧6的作用下第三锥面421与第一锥面121密封抵靠。

进一步，如图2、图3、图5所示，第一环槽411与第三锥面421相邻设置，第二环槽431与第四锥面422相邻设置。第一环槽411也可以与第三锥面421呈轴向间隔设置，但是二者之间的轴向间隔距离必须保证在第三锥面421与第一锥面121密封抵靠(即回油状态)时，控制口102通过第二孔段12和第二环槽431与回油口103连通；第二环槽431也可以与第四锥面422呈轴向间隔设置，但是二者之间的轴向间隔距离必须保证在第四锥面422与第二锥面122密封抵靠(即控制状态)时，控制口102通过第二孔段12和第一环槽411与供油口101连通。

进一步，如图2、图3所示，为了保证连接密封型，第一先导液压油接头2的一端面与阀体1的一端面之间设置第三密封圈53，第二先导液压油接头3的一端面与阀体1的另一端面之间设置第四密封圈54。

进一步，阀芯4为金属材料阀芯，第三锥面421和第四锥面422为金属材料锥面。阀芯4还可以采用其他液压阀芯材料，例如尼龙等。

组装本发明的阀芯采用密封锥面的两位三通换向阀100时，首先将阀芯4自滑套结构安装孔的一端穿设进入阀体1内，之后将滑套结构14密封安装到滑套结构安装孔内，将复位弹簧装入第三孔段13内，最后进行阀体1两端的第一先导液压油接头2和第二先导液压油接头3的密封连接。

如图2、图3所示，本发明的阀芯采用密封锥面的两位三通换向阀100存在控制状态阀位和回油状态阀位，当阀芯4由回油状态切换至控制状态时，第二先导液压油接头3处停止先导油供给后，第二先导液腔形成低压腔(相较于第一先导液腔内的压力低)，第一先导液压油接头2处供给先导油，第一先导液腔形成高压腔(相较于第二先导液腔内的压力高)，第一先导液腔内的先导油推动阀芯4向第三孔段13的方向移动，此时复位弹簧6的压缩量增加，第二先导液腔内的先导油经由第二先导油口31流出阀体1，当第四锥面422与第二锥面122密封抵靠(在阀芯4移动过程中，供油口101、控制口102和回油口103存在瞬间的三口导通，该现象不会影响两位三通换向阀的正常使用，属于现有技术中存在的常规现象)时，控制口102通过第二孔段12和第一环槽411与供油口101连通，回油口103关闭。在第一先导液腔内的先导油的作用下，第四锥面422与第二锥面122紧密抵靠构成锥面密封，在第一先导液腔内持续的先导油作用下，阀芯4处于控制状态。

当阀芯4由控制状态切换至回油状态时，第一先导液压油接头2处停止先导油供给，第一先导液腔形成低压腔(相较于第一先导液腔内的压力低)，第二先导液压油接头3处供给先导油，第二先导液腔形成高压腔(相较于第二先导液腔内的压力高)，第二先导液腔内的先导油推动阀芯4向第一孔段11的方向移动，此时复位弹簧6的压缩量减小，第一先导液腔内的先导油经由第一先导油口21流出阀体1，当第三锥面421与第一锥面121密封抵靠(在阀芯4移动过程中，供油口101、控制口102和回油口103存在瞬间的三口导通，该现象不会影响两位三通换向阀的正常使用，属于现有技术中存在的常规现象)时，控制口102通过第二孔段12和第二环槽431与回油口103连通，供油口101关闭。第三锥面421与第一锥面121紧密抵靠构成锥面密封，第二先导液压油接头3处停止先导油供给，阀芯4在复位弹簧6的作用下保持在回油状态。

由上所述，本发明提供的阀芯采用密封锥面的两位三通换向阀具有如下有益效果：

(1)本发明的阀芯采用密封锥面的两位三通换向阀中，通过阀芯和阀体内设置的锥面实现阀位切换时封堵油口的隔离密封，有效地避免现有技术中采用的密封圈的切圈损伤问题，提高了两位三通换向阀的使用寿命；采用锥面进行隔离密封，特别适用于高压控制液的工况条件，扩大了两位三通换向阀的适用范围，有利于推广使用；

(2)本发明的阀芯采用密封锥面的两位三通换向阀中，套设于第一轴段的第一密封圈能够避免第一先导液腔和供油口之间的导通，套设于第二轴段的第二密封圈能够避免第二先导液腔和回油口之间的导通，减小阀内泄露，同时，阀位切换时，第一密封圈和第二密封圈均无需通过油口，避免第一密封圈和第二密封圈的切圈损伤，有效保证了两位三通换向阀的使用寿命；

(3)本发明的阀芯采用密封锥面的两位三通换向阀中，阀芯切换到回油状态且第二先导油口停止供油后，阀芯在复位弹簧的作用下保持在回油状态，降低了液压能耗。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。