专利名称：一种多控式可变阻尼双自由度阀芯旋转式四通换向阀的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种液压换向阀，主要用于实现执行机构的工作频率和位移幅值可独立控制的工程技术领域中。
背景技术：
转阀是指通过阀芯的旋转来实现油路通断和换向的阀。现有的转阀基本上只具有一个阀芯的旋转自由度，造成转阀对执行机构的工作频率和位移幅值的控制发生耦合，即只能通过阀芯旋转自由度同时控制执行机构的工作频率和幅值位移，然而许多工程技术领域中要求对执行机构的工作频率和幅值位移进行独立控制。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种可适用于高压大流量场合、对执行机构的工作频率和幅值位移进行独立控制且可以调节液压系统阻尼的多控式可变阻尼双自由度阀芯旋转式四通换向阀。为实现上述目的，本发明采取的技术方案是:本发明多控式可变阻尼双自由度阀芯旋转式四通换向阀，包括阀体、阀套、阀芯、第一端盖和第二端盖，其特征是:所述阀芯由第一阀芯和第二阀芯构成；在第一阀芯上设有第一凸台，在第二阀芯上设有第二凸台、第三凸台、第四凸台、第五凸台和第六凸台，第一凸台、第二凸台、第三凸台、第四凸台、第五凸台、第六凸台沿第一端盖向第二端盖的方向依次布置；
第一阀芯的第一端贯穿并伸出第一端盖，所述第一阀芯的第一端或者通过联轴器与步进电机的主轴连接，或者与旋转比例电磁铁的转子连接；第一阀芯的第二端与第二阀芯的第一端相对并在第一凸台与第二凸台之间形成第一腔，第一腔所在的阀体壁上开有能使第一腔与油箱连通的泄油口 ；第一腔内设有一个弹簧，第一阀芯的第二端和第二阀芯的第一端均伸入所述弹簧内，所述弹簧的一端与第二阀芯固定连接，所述弹簧的另一端与第一阀芯固定连接；
第二端盖上设有径向的第四油口、第一轴向流道和轴向通孔，所述第四油口和第一轴向流道连通，所述第四油口和所述轴向通孔连通，第二阀芯的第二端伸入所述轴向通孔内并相互紧密配合；
第六凸台的外端面与第二端盖紧密接触，所述第六凸台设有第二轴向流道、第三轴向流道、第四轴向流道和第五轴向流道，在第五凸台和第六凸台之间形成第五腔，第二轴向流道、第三轴向流道、第四轴向流道、第五轴向流道分别与第五腔连通，第五腔所在的阀体壁上开有使第五腔与供油系统连通的第三油口以及能使第五腔与第一轴向流道连通的第六轴向流道；
在第二凸台和第三凸台之间形成第二腔，第二腔所在的阀体壁上开有能使第二腔与油箱连通的第一回油口以及能使第二腔与第一腔连通的第七轴向流道，在所述第七轴向流道内螺纹安装有可变阻尼；在第三凸台和第四凸台之间形成第三腔，第三腔所在的阀体壁上开有能使第三腔与供油系统连通的P进油口 ；在第四凸台和第五凸台之间形成第四腔，第四腔所在的阀体壁上开有使第四腔与油箱连通的第二回油口；
在第三凸台所在的阀体壁上开有用于控制执行机构的A油口，在第四凸台所在的阀体壁上开有用于控制执行机构的B油口；
在第三凸台的一侧端面上沿圆周方向间隔地开有能够使第一回油口与A油口连通的第一沟槽，在第三凸台的另一侧端面上沿圆周方向间隔地开有能够使P进油口与A油口连通的第二沟槽；在第四凸台的一侧端面上沿圆周方向间隔地开有能够使P进油口与B油口连通的第三沟槽，在第四凸台的另一侧端面上沿圆周方向间隔地开有能够使第二回油口与B油口连通的第四沟槽；第一沟槽与对应的第二沟槽在与第二阀芯的中轴线垂直的投影面上的投影相互重叠，第三沟槽与对应的第四沟槽在与第二阀芯的中轴线垂直的投影面上的投影相互重叠，第二沟槽与第三沟槽在与第二阀芯的中轴线垂直的投影面上的投影沿圆周方向交替错开布置；
所述阀套在第一沟槽、第二沟槽、第三沟槽和第四沟槽所在的位置处分别开有相应的第一阀套窗口、第二阀套窗口、第三阀套窗口和第四阀套窗口，第一阀套窗口与对应的第四阀套窗口在与第二阀芯的中轴线垂直的投影面上的投影相互重叠，所述第二阀套窗口与对应的第三阀套窗口在与第二阀芯的中轴线垂直的投影面上的投影相互重叠，所述第一阀套窗口和第二阀套窗口在与第二阀芯的中轴线垂直的投影面上的投影沿圆周方向交替错开布置。进一步地，本发明所述第一沟槽和第二沟槽沿所述第三凸台的端面的圆周方向上均匀分布，第三沟槽和第四沟槽沿所述第四凸台的端面的圆周方向上均匀分布。进一步地，本发明所述第一阀套窗口、第二阀套窗口、第三阀套窗口和第四阀套窗口各自分别沿所述阀套的圆周方向上均匀分布。与现有技术相比，本发明的有益效果是:功率大，流量大，高频性能好，负载适应性强，抗污染性能好；具有阀芯旋转和阀芯轴向移动两个自由度，能够对执行机构的工作频率和幅值位移进行独立控制，即:步进电机带动阀芯旋转，进而控制执行机构的工作频率，主动液压力与弹簧预调力的综合作用控制阀芯轴向移动，进而控制执行机构的幅值位移。控制阀芯的轴向位移具有多种控制方式，工况适应性强，可以通过可变阻尼调节系统阻尼比，调节系统工作性能。
图1是本发明多控式可变阻尼双自由度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2是本发明多控式可变阻尼双自由度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3是阀套2的三维结构示意 图4是第一阀芯3的三维结构示意 图5是第二阀芯4的三维结构示意 图6是图1中的A部在本发明多控式可变阻尼双自由度阀芯旋转式四通换向阀处于P — B工作状态(即第一工作状态)时的放大图；图7是图1中的A部在本发明换向阀处于P —A工作状态(即第二工作状态)时的放大
图8是第二沟槽与第三沟槽在与第二阀芯的中轴线垂直的投影面上的投影位置分布关系不意 图9是将第二端盖旋转180°后本发明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。图中，1 一阀体；2 —阀套；3—第一阀芯；4一第_■阀芯；5—第一端盖；6—第_■端盖；7—第一凸台；8—第二凸台；9—第二凸台；10—第四凸台；11—第五凸台；12—第六凸台；13—第一阀芯的第一端；14一第一阀芯的第二端；15—第二阀芯的第一端；16—第二阀芯的第二端；17—弹簧；18—弹簧的一端；19一弹簧的另一端；20—第一腔；21—第二腔；22—第二腔；23—第四腔；24—第五腔；25—轴向通孔；26—第一轴向流道；27—第二轴向流道；28—第二轴向流道；29—第四轴向流道；30—第五轴向流道；31—第六轴向流道；32—第七轴向流道；33—可变阻尼；34—第四油口 ；35—第三油口 ；36 —回油口 ；37— P进油口 ；38—回油口 ；39—A油口 ；40—B油口 ；41 一第一沟槽；42—第二沟槽；43—第三沟槽；44一第四沟槽；45—第一阀套窗口 ；46—第二阀套窗口 ；47—第三阀套窗口 ；48—第四阀套窗口 ；49一泄油口。
具体实施例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5所示，本发明多控式可变阻尼双自由度阀芯旋转式四通换向阀主要包括阀体1、阀套2、第一阀芯3、第二阀芯4、第一端盖5和第二端盖6。第一阀芯3和第二阀芯4置于阀体I的腔 内，第一端盖5和第二端盖6分别在阀体I的两端的端面处与阀体
I安装在一起。如图1、图4和图5所示，在第一阀芯3上设有第一凸台7，在第二阀芯4上设有第二凸台8、第三凸台9、第四凸台10、第五凸台11和第六凸台12，并且第一凸台7、第二凸台8、第三凸台9、第四凸台10、第五凸台11和第六凸台12沿着从第一端盖5向第二端盖6的方向上依次布置。第一阀芯的第一端13贯穿并伸出第一端盖5，第一阀芯的第一端13可以通过联轴器与步进电机主轴连接，由步进电机主轴带动阀芯并实现阀芯的旋转运动，组成开环控制系统，结构简单，操作方便，高频性能好，抗污染性能好。作为本发明的另一种实施方式，第一阀芯的第一端13也可以通过联轴器与旋转比例电磁铁的转子连接，由旋转比例电磁铁的转子带动阀芯并实现阀芯的旋转运动，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，负载适应性强，提高控制精度和稳定性。如图1所示，第一腔20为第一凸台7与第二凸台8之间形成的空腔，第一腔20所在的阀体I的壁上开有能使第一腔20与油箱连通的泄油口 49，进入到第一腔20的泄漏油可以通过泄油口 49流回油箱。弹簧17位于第一腔20内，第一阀芯的第二端14与第二阀芯的第一端15伸入弹簧17内，且第一阀芯的第二端14与第二阀芯的第一端15相对,弹簧的一端18与第二阀芯4固定连接，弹簧的另一端18与第一阀芯3固定连接。第二端盖6上设有径向的第四油口 34、第一轴向流道26和轴向通孔25。第四油口 34和第一轴向流道26连通，第四油口 34和轴向通孔25连通。第二阀芯的第二端16伸入轴向通孔25内，与轴向通孔25形成紧密配合。与其他凸台相比，第六凸台12最靠近第二端盖6。第六凸台12的外端面与第二端盖6紧密接触；结合图1和图5可知，第六凸台12设有第二轴向流道
27、第三轴向流道28、第四轴向流道29和第五轴向流道30，第二轴向流道27、第三轴向流道
28、第四轴向流道29、第五轴向流道30分别与第五腔24连通。第二腔21为第二凸台8和第三凸台9之间形成的空腔，第二腔21所在的阀体I的壁上开有能使第二腔21与油箱连通的回油口 36，回油口 36和泄油口 49之间的阀体I的壁上开有能使第二腔21与第一腔20连通的第七轴向流道32 ;在第七轴向流道32内螺纹安装有可更换的可变阻尼33。第三腔22为第三凸台9和第四凸台10之间形成的空腔，第三腔22所在的阀体I的壁上开有使第三腔22与供油系统连通的P进油口 37。第四腔23为第四凸台10和第五凸台11之间形成的空腔，第四腔23所在的阀体I的壁上开有使第四腔23与油箱连通的回油口 38。第五腔24为第五凸台11和第六凸台12之间形成的空腔，第五腔24所在的阀体I的壁上开有使第五腔24与供油系统连通的第三油口 35，第三油口 35和第二端盖6之间的阀体I的壁上开有能使第五腔24与第一轴向流道26连通的第六轴向流道31。如图1、图2和图5所示，在第三凸台9所在的阀体I的壁上开有用于控制执行机构的A油口 39，在第四凸台10的阀体I的壁上开有用于控制执行机构的B油口 40。在第三凸台9的一侧端面上沿圆周方向间隔地开有能够使回油口 36与A油口 39连通的第一沟槽41，在第三凸台9的另一侧端面上沿圆周方向间隔地开有能够使P进油口 37与A油口 39连通的第二沟槽42。在第四凸台10的一侧端面上沿圆周方向间隔地开有能够使P进油口37与B油口 40连通的第三沟槽43，在第四凸台10的另一侧端面上沿圆周方向间隔地开有能够使回油口 38与B油口 40连通的第四沟槽44。如图8所示，第三凸台9上的第二沟槽42与第四凸台10上的第三沟槽43在与第二阀芯4的中轴线垂直的投影面上的投影沿圆周方向交替错开布置。第三凸台9上的第一沟槽41与对应的第二沟槽42在与第二阀芯4的中轴线垂直的投影面上的投影相互重叠，第四凸台10上的第三沟槽43与对应的第四沟槽44在与第二阀芯4的中轴线垂直的投影面上的投影相互重叠。作为本发明的优选方案，第三凸台9上的第一沟槽41沿第三凸台9的端面的圆周方向均匀分布，第三凸台9上的第二沟槽42沿第三凸台9的端面的圆周方向均匀分布；第四凸台10上的第三沟槽43沿第四凸台10的端面的圆周方向均匀分布，第四凸台10上的第四沟槽44沿第四凸台10的圆周方向上均匀分布。如图1和图3所示，阀套2在第一沟槽41所在的位置处开有相应的第一阀套窗口45，阀套2在第二沟槽42所在的位置处开有相应的第二阀套窗口 46，阀套2在第三沟槽43所在的位置处开有相应的第三阀套窗口 47，阀套2在第四沟槽44所在的位置处开有相应的第四阀套窗口 48。阀套2上的第一阀套窗口 45和对应的第四阀套窗口 48在与第二阀芯4的中轴线垂直的投影面上的投影相互重叠，阀套2上的第二阀套窗口 46和对应的第三阀套窗口 47在与第二阀芯4的中轴线垂直的投影面上的投影相互重叠，阀套2上的第一阀套窗口 45和对应的第二阀套窗口 46在与第二阀芯4的中轴线垂直的投影面上的投影沿圆周方向交替错开布置。作为本发明的优选方案，阀套2上的第一阀套窗口 45沿阀套2的圆周方向上均匀分布，阀套2上的第二阀套窗口 46沿阀套2的圆周方向上均匀分布，阀套2上的第三阀套窗口 47沿阀套2的圆周方向上均匀分布，阀套2上的第四阀套窗口 48沿阀套2的圆周方向上均匀分布。本发明多控式可变阻尼双自由度阀芯旋转式四通换向阀的换向工作过程为:第一阀芯3旋转时，通过弹簧17带动第二阀芯4旋转。当第二阀芯4旋转到如图6所示的位置时，本发明换向阀处于P — B工作状态(即第一工作状态)。此时，第一沟槽41与第一阀套窗口 45连通，同时第三沟槽与第三阀套窗口 47连通。由P进油口 37流进第三腔22的液压油通过处于导通状态的第三沟槽43和第三阀套窗口 47，经过B油口 40进入执行机构；同时，从执行机构流出的液压油流经A油口 39，通过处于导通状态的第一沟槽41和第一阀套窗口 45流进第二腔21，第二腔21中的液压油经过回油口 36流回油箱。当第二阀芯4旋转到如图7所示的位置时，本发明换向阀处于P — A工作状态(即第二工作状态)。此时，第二沟槽42与第二阀套窗口 46连通，同时第四沟槽44与第四阀套窗口 48连通。由P进油口 37流进第三腔22的液压油通过处于导通状态的第二沟槽42和第二阀套窗口 46，经过A油口 39进入执行机构；同时，从执行机构流出的液压油流经B油口 40，通过处于导通状态的第四沟槽44和第四阀套窗口 48流进第四腔23，第四腔23中的液压油经过回油口 38流回油箱。随着第一阀芯3和第二阀芯4的旋转，本发明换向阀周期性交替地处于第一工作状态和第二工作状态，从而本发明四通换向阀过流面积按照大——小——大的方式发生周期性变化，由此使阀口开度连续变化，实现本发明换向阀的换向功能。在第一阀芯3和第二阀芯4旋转的同时，可以通过以下几种控制方式来实现第二阀芯4的轴向位移。如图1所示，当第六轴向流道31和第一轴向流道26保持连通时，如果将第四油口 34堵住，供油系统提供的液压油进入第三油口 35后分成两路:其中一路进入第五腔24后通过第二轴向流道27、第三轴向流道28、第四轴向流道29和第五轴向流道30,最后作用在第二端盖6的底面上产生液动力；另一路经过第六轴向流道31、第一轴向流道26进入轴向通孔25，从而直接作用在第二阀芯的第二端16的端面上产生液动力。此时，如果采用的零开口的可变阻尼33将第七轴向流道32阻断，并使作用在第二阀芯的第二端16的端面上产生的液动力大于弹簧17的预调力，那么，第二阀芯4开始向第一阀芯所在的方向发生轴向位移；如果将泄油口 49堵住，同时可采用固定开口的可变阻尼33，那么，第二腔21中的液压油通过第七轴向流道32进入第一腔20 ;如果使作用在第二阀芯的第二端16的端面上产生的液动力大于弹簧17的预调力和第一腔20中液压油的液动力的综合作用力，那么，第二阀芯4开始向第一阀芯所在的方向发生轴向位移。如图9所示，如果将第二端盖6旋转180度,第六轴向流道31和第一轴向流道26不再保持连通，当第六轴向流道31和第一轴向流道26不再保持连通时，外控液压油进入第四油口 34，通过轴向通孔25直接作用在第二阀芯的第二端16的端面上产生液动力。此时，如果采用零开口的可变阻尼33将第七轴向流道32阻断，并且使作用在第二阀芯的第二端16的端面上产生的液动力大于弹簧17的预调力，则第二阀芯4开始向第一阀芯所在的方向发生轴向位移；如果将泄油口 49堵住，同时采用固定开口的可变阻尼33，那么，第二腔21中的液压油通过第七轴向流道32进入第一腔20 ;如果使作用在第二阀芯的第二端16的端面上产生的液动力大于弹簧17的预调力和第一腔20中液压油的液动力的综合作用力，那么，第二阀芯4开始向第一阀芯所在的方向发生轴向位移。本说明书实施陈述的内容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。
权利要求
1.一种多控式可变阻尼双自由度阀芯旋转式四通换向阀，包括阀体、阀套、阀芯、第一端盖和第二端盖，其特征是:所述阀芯由第一阀芯和第二阀芯构成；在第一阀芯上设有第一凸台，在第二阀芯上设有第二凸台、第三凸台、第四凸台、第五凸台和第六凸台，第一凸台、第二凸台、第三凸台、第四凸台、第五凸台、第六凸台沿第一端盖向第二端盖的方向依次布置； 第一阀芯 的第一端贯穿并伸出第一端盖，所述第一阀芯的第一端或者通过联轴器与步进电机的主轴连接，或者与旋转比例电磁铁的转子连接；第一阀芯的第二端与第二阀芯的第一端相对并在第一凸台与第二凸台之间形成第一腔，第一腔所在的阀体壁上开有能使第一腔与油箱连通的泄油口 ；第一腔内设有一个弹簧，第一阀芯的第二端和第二阀芯的第一端均伸入所述弹簧内，所述弹簧的一端与第二阀芯固定连接，所述弹簧的另一端与第一阀芯固定连接； 第二端盖上设有径向的第四油口、第一轴向流道和轴向通孔，所述第四油口和第一轴向流道连通，所述第四油口和所述轴向通孔连通，第二阀芯的第二端伸入所述轴向通孔内并相互紧密配合； 第六凸台的外端面与第二端盖紧密接触，所述第六凸台设有第二轴向流道、第三轴向流道、第四轴向流道和第五轴向流道，在第五凸台和第六凸台之间形成第五腔，第二轴向流道、第三轴向流道、第四轴向流道、第五轴向流道分别与第五腔连通，第五腔所在的阀体壁上开有使第五腔与供油系统连通的第三油口以及能使第五腔与第一轴向流道连通的第六轴向流道； 在第二凸台和第三凸台之间形成第二腔，第二腔所在的阀体壁上开有能使第二腔与油箱连通的第一回油口以及能使第二腔与第一腔连通的第七轴向流道，在所述第七轴向流道内螺纹安装有可变阻尼；在第三凸台和第四凸台之间形成第三腔，第三腔所在的阀体壁上开有能使第三腔与供油系统连通的P进油口 ；在第四凸台和第五凸台之间形成第四腔，第四腔所在的阀体壁上开有使第四腔与油箱连通的第二回油口 ； 在第三凸台所在的阀体壁上开有用于控制执行机构的A油口，在第四凸台所在的阀体壁上开有用于控制执行机构的B油口； 在第三凸台的一侧端面上沿圆周方向间隔地开有能够使第一回油口与A油口连通的第一沟槽，在第三凸台的另一侧端面上沿圆周方向间隔地开有能够使P进油口与A油口连通的第二沟槽；在第四凸台的一侧端面上沿圆周方向间隔地开有能够使P进油口与B油口连通的第三沟槽，在第四凸台的另一侧端面上沿圆周方向间隔地开有能够使第二回油口与B油口连通的第四沟槽；第一沟槽与对应的第二沟槽在与第二阀芯的中轴线垂直的投影面上的投影相互重叠，第三沟槽与对应的第四沟槽在与第二阀芯的中轴线垂直的投影面上的投影相互重叠，第二沟槽与第三沟槽在与第二阀芯的中轴线垂直的投影面上的投影沿圆周方向交替错开布置； 所述阀套在第一沟槽、第二沟槽、第三沟槽和第四沟槽所在的位置处分别开有相应的第一阀套窗口、第二阀套窗口、第三阀套窗口和第四阀套窗口，第一阀套窗口与对应的第四阀套窗口在与第二阀芯的中轴线垂直的投影面上的投影相互重叠，所述第二阀套窗口与对应的第三阀套窗口在与第二阀芯的中轴线垂直的投影面上的投影相互重叠，所述第一阀套窗口和第二阀套窗口在与第二阀芯的中轴线垂直的投影面上的投影沿圆周方向交替错开布置。
2.根据权利要求1所述的多控式可变阻尼双自由度阀芯旋转式四通换向阀，其特征是:所述第一沟槽和第二沟槽沿所述第三凸台的端面的圆周方向上均匀分布，第三沟槽和第四沟槽沿所述第四凸台的端面的圆周方向上均匀分布。
3.根据权利要求1或2所述的多控式可变阻尼双自由度阀芯旋转式四通换向阀，其特征是:所述第一阀套窗口、第二阀套窗口、第三阀套窗口和第四阀套窗口各自分别沿所述阀套的圆周方向上均匀分 布。
全文摘要
本发明公开了一种多控式可变阻尼双自由度阀芯旋转式四通换向阀。其中，阀芯由第一阀芯和第二阀芯构成；在第一阀芯上设有第一凸台，在第二阀芯上设有第二至第六凸台，第一至第六凸台沿第一端盖向第二端盖的方向依次布置；在相邻的凸台之间形成相应的空腔，并且在相关的空腔所在的阀体壁、凸台所在的阀体壁上开有相应油口和/或流道，在第三、第四凸台的端面上开设有沟槽；其中，在第一凸台与第二凸台之间形成的空腔内设有弹簧。第六凸台设有四个轴向流道，它们分别与第五、第六凸台之间形成的空腔流通。本发明具有阀芯旋转和阀芯轴向移动两个自由度，能通过多种控制方式对执行机构的工作频率和幅值位移进行独立控制。
文档编号F15B13/02GK103089733SQ20131002193
公开日2013年5月8日 申请日期2013年1月22日 优先权日2013年1月22日
发明者龚国芳, 韩冬, 刘毅, 肖红秀, 尤翔宇, 杨华勇 申请人:浙江大学