阀副结构及电磁换向阀的制作方法
【专利摘要】本申请公开了一种电磁换向阀及阀副结构，其中阀芯和阀套由特陶材料制成，阀套进油口、阀套工作油口和阀套回油口的通径取值范围为6.5-20mm，并且阀芯与阀套之间采用间隙密封。该特陶材料具有优异的工程特性，120℃以下膨胀基本为零,能够保证阀副结构的间隙密封效果不受阀芯膨胀的影响。而且特陶材料的耐磨度、寿命、硬度、密度、耐压度相对现有金属材料都有大幅提高，因此间隙密封的间隙大小取值范围可以取到0.003-0.009mm，可满足大通径电磁换向阀的运用。
【专利说明】阀副结构及电磁换向阀
【技术领域】
[0001] 本申请涉及一种用于液压系统的电磁换向阀，尤其是涉及63Mpa以上液压系统的 电磁换向阀。
【背景技术】
[0002] 电磁换向阀是用电磁控制的工业装置，是用来控制流体的自动化基础元器件，常 在工业控制系统中调整流体介质的方向。电磁换向阀是非常重要的液压控制元件，其作用 是通过变换阀心在阀体内的相对工作位置，使阀体各油口连通或断开，从而控制液压执行 元件（如液压杆、液压马达）的换向或启停。即利用电磁铁的通、断电而直接推动阀芯来控 制油口的连通状态，也就是利用电磁吸引力操纵阀芯换位方向的控制阀。
[0003] 电磁换向阀分滑阀、转阀和球阀，以滑阀式电磁换向阀使用最为普遍。如图1所 示，电磁换向滑阀的阀体1里设有密闭的腔体，腔体中间是阀芯2。在阀体1的不同位置开 有连通外部的油口，油口分为进油口 P，两个工作油口 A、B，回油口 T(或0)，每个油口连接 不同的管道，进油口 P用于进油，工作油口 A、B与执行元件连通，回油口 T与回油箱连通，用 于回油，即由阀芯2和阀体1形成滑动副，阀芯2滑动从而使进油口 P与工作油口 A或工作 油口 B连通，实现换向。
[0004] 如图1所示，此时阀芯2处于中间位置，进油口 P与工作油口 A、B均处于断开状态， 进油口 P无进油，回油口 T也无回油，A 口和B 口无液压油流动，液压缸处于平衡状态。如 图2所示，阀芯2在电磁铁作用下向左移动至图2所示位置，此时进油口 P与工作油口 A连 通，油液自进油口 P经工作油口 A进入液压油缸，而工作油口 B与进油口 P处于断开状态， 工作油口 B且与阀套回油口 T连通，进行回油。需对执行元件进行换向时，如图3所示，阀 芯2在电磁铁作用下向右移动至图3所示位置，此时进油口 P与工作油口 B连通，油液自进 油口 P经工作油口 B进入液压油缸，而工作油口 A与进油口 P处于断开状态，工作油口 A且 与阀套回油口 T连通，进行回油。
[0005] 但现有电磁换向阀基本采用金属阀芯和阀体，由于金属材料自身具有较为明显的 热胀冷缩性能、相对低的硬度和弹性模量，在精细加工中除少量发热变形外还会因其冷塑 性产生微量金属材料残余应力，这类应力可使金属工件尺寸不稳定、使金属更易腐蚀和使 其内能升高，晶格处于不稳定状态等，所以金属阀芯和阀体配合精度受到制约。
[0006] 更何况电磁换向阀的通径每增加一点，其需要密封的面积（圆柱表面积）就成级 数增长，所以对于通径较大的电磁换向阀来说，例如通径为10、20_，其密封难度相对于常 用通径的电磁换向阀来说就更高，而现有技术中的金属阀芯与密封件是无法满足大通径电 磁换向阀的密封要求，因此现有技术中几乎没有大通径的电磁换向阀。
【发明内容】
[0007] 本申请提供一种用于电磁换向阀及阀副结构。
[0008] 基于以上发明目的，本申请提供一种阀副结构，包括
[0009] 阀套，所述阀套具有阀套腔，所述阀套腔的腔壁开设有阀套进油口、至少一个阀套 工作油口和阀套回油口；
[0010] 以及阀芯，所述阀芯装于阀套腔内，所述阀芯与阀套腔的内壁形成滑动副；
[0011] 所述阀套和阀芯均采用特陶材料制成，所述阀芯与阀套为间隙密封，并且所述阀 套进油口、阀套工作油口和阀套回油口的通径取值范围为6. 5-20mm，所述间隙密封的间隙 大小取值范围为〇. 003-0. 009mm。
[0012] 基于以上发明目的，本申请还提供一种电磁换向阀，包括阀体和电磁铁组件，所 述阀体具有阀体腔，所述阀体腔的内腔壁具有阀体进油口、至少一个阀体工作油口和阀体 回油口，所述电磁铁组件包括电磁铁和顶出机构；还包括一种阀副结构，所述阀副包括：
[0013] 阀套，所述阀套具有阀套腔，所述阀套腔的腔壁开设有阀套进油口、至少一个阀套 工作油口和阀套回油口，所述阀套固定镶嵌于阀体腔内，所述阀套进油口与阀体进油口连 通，所述阀套工作油口与阀体工作油口连通；
[0014] 以及阀芯，所述阀芯装于阀套腔内，所述阀芯与阀套腔的内壁形成滑动副；
[0015] 所述阀套和阀芯均采用特陶材料制成，所述阀芯与阀套为间隙密封，并且所述阀 套进油口、阀套工作油口和阀套回油口的通径为6. 5-20mm，所述间隙密封的间隙大小为 0. 003-0. 009mm;所述电磁铁通过顶出机构作用于阀芯，驱动阀芯在阀套腔内滑动，以控制 阀体上指定的阀体工作油口与阀体进油口或阀体回油口连通。
[0016] 作为上述阀副结构和电磁换向阀的进一步改进，所述阀套进油口、阀套工作油口 和阀套回油口的通径为l〇mm，所述间隙密封的间隙大小为〇. 003-0. 006mm。
[0017] 作为上述阀副结构和电磁换向阀的进一步改进，所述阀套进油口、阀套工作油口 和阀套回油口的通径为20mm，所述间隙密封的间隙大小为0? 005-0. 009mm。
[0018] 作为上述阀副结构和电磁换向阀的进一步改进，所述阀芯的两端轴肩具有均压 槽，所述均压槽宽为〇. 1?〇. 3_，深为1. 0?1. 5_。
[0019] 本申请的有益效果是：
[0020] 本申请提供的电磁换向阀及阀副结构中，与现有金属阀芯相比，本申请阀芯和阀 套由特陶材料制成，阀套进油口、阀套工作油口和阀套回油口的通径取值范围为6. 5-20_， 并且阀芯与阀套之间采用间隙密封。该特陶材料具有优异的工程特性，120°C以下膨胀基本 为零，能够保证阀副结构的间隙密封效果不受阀芯膨胀的影响。而且特陶材料的耐磨度、 寿命、硬度、密度、耐压度相对现有金属材料都有大幅提高，因此间隙密封的间隙大小取值 范围可以取到〇. 003-0. 009mm，可满足大通径电磁换向阀的运用。
【专利附图】
【附图说明】
[0021] 图1为一种电磁换向阀阀芯处于零位状态下的结构示意图；
[0022] 图2为一种电磁换向阀阀芯A与P连通的结构示意图；
[0023] 图3为一种电磁换向阀阀芯B与P连通的结构示意图；
[0024] 图4为本申请电磁换向阀的一种实施例的结构示意图；
[0025] 图5为图4所示实施例中阀副结构的示意图；
[0026] 图6为图4所示实施例中阀芯结构的示意图。
【具体实施方式】
[0027] 下面通过【具体实施方式】结合附图对本发明作进一步详细说明。本申请可以以多种 不同的形式来实现，并不限于本实施例所描述的实施方式。提供以下【具体实施方式】的目的 是便于对本申请公开内容更清楚透彻的理解。
[0028] 为更好的理解本申请，现对以下定义解释如下：
[0029] 本申请将电磁换向阀液压系统中工作压力小于35Mpa定义为常压， 35Mpa-63Mpa(含 35Mpa，不含 63Mpa)定义为次高压，63-100Mpa(含 63Mpa，不含 lOOMpa) 定义为高压，将l〇〇Mpa-400Mpa(含lOOMpa,不含400Mpa)定义为超高压，将400Mpa(含 400Mpa)以上称作超超高压。
[0030] 油口通径在6mm以下的电磁阀称为常用通径电磁换向阀，油口通径大于6mm的电 磁阀称为大通径电磁换向阀。该油口通径指电磁换向阀的阀体和阀套上用于流体介质流动 的油口的通径。
[0031] 实施例
[0032] 如图4所示，本申请提供一种电磁换向阀，其包括阀体21、阀套22、阀芯23和电磁 铁组件，其中阀套22和阀芯23均采用特陶材料制成，构成一对阀副结构。
[0033] 请参考图5,阀副结构包括阀套22和阀芯23,该阀套22具有阀套腔221，阀套腔 221壁上开设有阀套进油口 P1、两个阀套工作油口 Al、B1 (工作油口可以为一个以上，本实 施例为两个）和阀套回油口 T。该阀芯23装于阀套腔221内。阀芯23表面与阀套腔221 的内壁密封配合且形成滑动副，在滑动过程中，通过阀芯23的外表面使阀套进油口 P1与指 定的阀套工作油口连通，如阀套进油口 P1与工作油口 A1连通，工作油口 B1与阀套进油口 P1断开，并且工作油口 B1与阀套回油口 T连通；或阀套进油口 P1与工作油口 B1连通和关 闭，工作油口 A1与阀套进油口 P1断开，并且工作油口 A1与阀套回油口 T连通。
[0034] 其中，本实施例阀套22和阀芯23均采用特陶材料（又称为特种陶瓷、精细陶瓷） 制成，并且阀套22与阀芯23的密封配合是指阀芯23与阀套22之间为间隙密封。本实施 例的阀套进油口、阀套工作油口和阀套回油口的通径取值范围为6. 5-20mm，如通径取6. 5、 10、20mm等。间隙密封的间隙大小为0. 003-0. 009mm。
[0035] 关于油口通径和间隙大小的选取，这里给出几组示例：
[0036] 1、阀套进油口、阀套工作油口和阀套回油口的通径为10mm，间隙密封的间隙大小 为0? 003-0. 006mm，例如0? 005mm，其中0? 003mm间隙适用于120Mpa以下的电磁换向阀， 0? 005mm间隙适用于lOOMpa以下的电磁换向阀，0? 006mm间隙适用于70Mpa以下的电磁换 向阀。
[0037] 2、阀套进油口、阀套工作油口和阀套回油口的通径为20mm，间隙密封的间隙大小 为0? 005-0. 009mm，其中0? 005mm间隙适用于lOOMpa以下的电磁换向阀，0? 009mm间隙适用 于50Mpa以下的电磁换向阀。
[0038] 3、阀套进油口、阀套工作油口和阀套回油口的通径为20mm，间隙密封的间隙大小 为0? 006-0. 007mm，其中0? 007mm间隙适用于70Mpa以下的电磁换向阀。
[0039] 本实施例中所采用的特陶材料耐磨度、寿命、硬度、密度、耐压度都大幅提高，有很 好的自润滑性和抗蚀性，同时由于特陶材料较小的热胀冷缩性能、较高的硬度和弹性模量， 因而加工热胀变形和冷塑性都较小，因此可运用于通径大于0 6_的电磁换向阀，达到密封 要求。
[0040] 由于特陶阀副能够达到间隙密封要求的精度，因此完全可以不用另外的密封材 料，直接利用运动件之间的微小间隙起密封作用。而且由于配合阀副之间有间隙存在，所以 摩擦力小，发热少，寿命长。而不用任何密封材料，所以特陶阀副结构简单紧凑，尺寸小。
[0041] 而且由该特陶材料制成的特陶阀副耐温很高，可在高温环境中使用。由于特陶材 料具有较好的自润滑性，其能用于各种流体介质，还因为其很好的抗蚀性，可广泛应用到酸 碱盐等腐蚀性环境中，如海洋、化工、石油等领域。
[0042] 该特陶材料较小的热胀冷缩性能、较高的硬度和弹性模量，因而加工热胀变形和 冷塑性都较小。所以，不单可以达到间隙密封要求的精度，还有利于在线配合检测和超精尺 寸控制，可以做到阀芯与阀套的通配，便于更换零部件，适合批量生产。
[0043] 请继续参考图4，阀体21具有阀体腔，阀体腔的内腔壁具有阀体进油口 P2、阀体工 作油口 A2、B2和阀体回油口（未示出）。阀副结构中阀套22固定镶嵌于阀体腔内，阀套进 油口 P1与阀体进油口 P2连通，阀套工作油口 A1与阀体工作油口 A2连通，阀套工作油口 B1与阀体工作油口 B2连通，其中，阀套进油口 P1、两个阀套工作油口 Al、B1和阀套回油口 T分别与阀体进油口 P2、阀体工作油口 A2、B2和阀体回油口通径大小适配。
[0044] 该电磁铁组件分为第一电磁铁组件和第二电磁铁组件，该第一电磁铁组件包括电 磁铁241，线圈251，插头261，顶出机构和弹簧。该第二电磁铁组件包括电磁铁242,线圈 252,插头262,顶出机构和弹簧。
[0045] 电磁铁通过顶出机构作用于阀芯23,使阀芯23在阀套腔221内滑动，连通或关闭 各个油口，从而控制液压执行元件（如液压杆、液压马达）的换向或启停。即利用电磁铁的 通、断电而直接推动阀芯23来控制油口的连通状态也就是利用电磁吸引力操纵阀芯23换 位方向的控制阀。以上只是简述该电磁铁组件的控制过程，实际上该电磁铁组件控制阀芯 的过程原理与现有电磁换向阀相同，这里就不再赘言。
[0046] 对于阀套22与阀体腔的内腔壁固定镶嵌可以采用紧配合固定，具体操作是将阀 体21和阀套22加热，在一定温度下将阀套22嵌入阀体21的阀体腔内，冷却后二者实现紧 配合镶嵌结构。
[0047] 为了加强阀套22与阀体的固定，在阀套22的外表面上可设置至少一圈环形凹槽。
[0048] 如图6所示，阀芯23的轴肩231上还具有均压槽232,均压槽的数量是现有常用通 径电磁换向阀上均压槽数量的0. 75-1. 25倍，例如为5?7个。均压槽宽0. 1?0. 3mm，例 如0. 2_，深为1. 0?1. 5_。设置均压槽232的目的是加强其径向压力均布性、减少液压 阻力、增加其对中性和减少泄漏。
[0049] 由于该特种特陶材料的优异工程特性，120°C以下膨胀基本为零密封性不受影响， 且特种特陶材料，其耐磨度、寿命、硬度、密度、耐压度都大幅提高，可满足高压、超高压液压 系统用电磁换向阀的技术需求。
[0050] 以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发 明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱 离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。
【权利要求】
1. 一种阀副结构，其特征在于，包括 阀套，所述阀套具有阀套腔，所述阀套腔的腔壁开设有阀套进油口、至少一个阀套工作 油口和阀套回油口； 以及阀芯，所述阀芯装于阀套腔内，所述阀芯与阀套腔的内壁形成滑动副； 所述阀套和阀芯均采用特陶材料制成，所述阀芯与阀套为间隙密封，并且所述阀套进 油口、阀套工作油口和阀套回油口的通径取值范围为6. 5-20mm，所述间隙密封的间隙大小 取值范围为〇. 003-0. 009mm。
2. 如权利要求1所述的阀副结构，其特征在于，所述阀套进油口、阀套工作油口和阀套 回油口的通径为l〇mm，所述间隙密封的间隙大小取值范围为0. 003-0. 006mm。
3. 如权利要求2所述的阀副结构，其特征在于，所述间隙密封的间隙大小为0. 005mm。
4. 如权利要求1所述的阀副结构，其特征在于，所述阀套进油口、阀套工作油口和阀套 回油口的通径为20mm，所述间隙密封的间隙大小取值范围为0. 005-0. 009mm。
5. 如权利要求4所述的阀副结构，其特征在于，所述间隙密封的间隙大小取值范围为 0. 006-0. 007mm。
6. 如权利要求1所述的阀副结构，其特征在于，所述阀芯的两端轴肩具有均压槽，所述 均压槽宽为0. 1?0. 3mm，深为1. 0?1. 5mm。
7. -种电磁换向阀，包括阀体和电磁铁组件，所述阀体具有阀体腔，所述阀体腔的内 腔壁具有阀体进油口、至少一个阀体工作油口和阀体回油口，所述电磁铁组件包括电磁铁 和顶出机构；其特征在于，还包括一种阀副结构，所述阀副包括： 阀套，所述阀套具有阀套腔，所述阀套腔的腔壁开设有阀套进油口、至少一个阀套工作 油口和阀套回油口，所述阀套固定镶嵌于阀体腔内，所述阀套进油口与阀体进油口连通，所 述阀套工作油口与阀体工作油口连通； 以及阀芯，所述阀芯装于阀套腔内，所述阀芯与阀套腔的内壁形成滑动副； 所述阀套和阀芯均采用特陶材料制成，所述阀芯与阀套为间隙密封，并且所述阀套 进油口、阀套工作油口和阀套回油口的通径为6. 5-20mm，所述间隙密封的间隙大小为 0. 003-0. 009mm ;所述电磁铁通过顶出机构作用于阀芯，驱动阀芯在阀套腔内滑动，以控制 阀体上指定的阀体工作油口与阀体进油口或阀体回油口连通。
8. 如权利要求7所述的电磁换向阀，其特征在于，所述阀套进油口、阀套工作油口和阀 套回油口的通径为l〇mm，所述间隙密封的间隙大小为〇. 003-0. 006mm。
9. 如权利要求7所述的电磁换向阀，其特征在于，所述阀套进油口、阀套工作油口和阀 套回油口的通径为20mm，所述间隙密封的间隙大小为0. 005-0. 009mm。
10. 如权利要求7所述的电磁换向阀，其特征在于，所述阀芯的两端轴肩具有均压槽， 所述均压槽宽为〇· 1?〇· 3謹，深为1. 0?1. 5臟。
【文档编号】F16K11/07GK204042073SQ201420330494
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年6月19日 优先权日:2014年6月19日
【发明者】陈其永, 陈铭斌, 葛台代, 孙玉岗, 李敏 申请人:广东华液动力科技有限公司