一种基于双向扭转弹簧的旋转阀芯切换机构的制作方法

本发明涉及液压阀技术领域，具体为一种基于双向扭转弹簧的旋转阀芯切换机构。

背景技术：

液压阀是一种用压力油操作的自动化元件，它受配压阀压力油的控制，通常与电磁配压阀组合使用，可用于远距离控制水电站油、气、水管路系统的通断，常用于夹紧、控制、润滑等油路，有直动型与先导型之分，多用先导型，按控制方法可分为手动、电控和液控，液压传动中用来控制液体压力、流量和方向的元件，其中控制压力的称为压力控制阀，控制流量的称为流量控制阀，控制通﹑断和流向的称为方向控制阀，按功能分类：流量阀、压力阀和方向阀，按安装方式分：板式阀、管式阀、叠加阀、螺纹插装阀和盖板阀，其中阀芯旋转式换向阀使用较为广泛。

目前的阀芯旋转式换向阀作为激振阀使用时，虽然其振动频率和振动幅值的调节相对容易一些，但是它是通过单一的交流伺服电机带动阀芯连续旋转使其液流高速换向以实现激振，所以存在的一个问题就是不能够定零位，即换向中位，因此无法实现比例换向控制，现有的单一换向阀并不能满足某些既需比例换向又需激振、有一定控制精度和动态特性要求的复杂液压系统的使用要求，因此其应用范围具有一定的局限性，不能实现通过对液压阀芯的切换机构进行改进，来方便人们对液压阀的振动频率和振动幅值进行调节，控制精度不高，且无法达到更好的控制液压介质的比例进行换向的目的，从而给人们使用液压换向阀带来极大的不便。

技术实现要素：

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于双向扭转弹簧的旋转阀芯切换机构，解决了现有的阀芯旋转式换向阀不能够定零位，即换向中位，因此无法实现比例换向控制，不能满足某些既需比例换向又需激振、有一定控制精度和动态特性要求的复杂液压系统的使用要求，因此其应用范围具有一定的局限性，不能实现通过对液压阀芯的切换机构进行改进，来方便人们对液压阀的振动频率和振动幅值进行调节，控制精度不高，且无法达到更好的控制液压介质的比例进行换向目的的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于双向扭转弹簧的旋转阀芯切换机构，包括阀芯本体、外部限位套和内部限位套，所述阀芯本体的左端固定连接有缓冲芯杆，所述阀芯本体右端的外表面固定连接有限位台肩，且限位台肩上固定连接有限位键块，限位键块外侧开设有圆角，所述阀芯本体位于缓冲芯杆和限位台肩之间的外表面从左至右依次固定连接有台肩ⅰ、台肩ⅱ、台肩ⅲ和台肩ⅳ，且台肩ⅰ的外表面开设有第一径向弧形切口，所述台肩ⅱ的外表面开设有第二径向弧形切口，且台肩ⅲ的外表面开设有第三径向弧形切口，所述台肩ⅳ的外表面开设有第四径向弧形切口，所述外部限位套的内壁开设有第一球形凹槽、第二球形凹槽和第三球形凹槽，且外部限位套的右端开设有贯穿通孔，所述内部限位套的内壁开设有键状切口以及键状弧面切口，且在内部限位套的外表面开设有圆柱形凹槽，用以固定安装波珠螺丝，所述外部限位套和内部限位套的右端面分别开设有第一通孔和第二通孔，用以固定安装双向扭转弹簧。

优选的，所述阀芯本体有两个方向的自由度，一个是通过交流伺服电机带动所述阀芯本体做周向旋转，且周向旋转包括正转和反转，另一个是通过混合式直线步进电机带动阀芯本体做轴向移动，且轴向移动包括向左移动和向右移动。

优选的，所述第一径向弧形切口、第二径向弧形切口、第三径向弧形切口和第四径向弧形切口的数量均为四个，且四个所述第一径向弧形切口沿台肩ⅰ的圆周方向设置，四个所述第二径向弧形切口沿台肩ⅱ的圆周方向设置。

优选的，四个所述第三径向弧形切口沿台肩ⅲ的圆周方向设置，且四个所述第四径向弧形切口沿台肩ⅳ的圆周方向设置。

优选的，相邻的所述第一径向弧形切口和第二径向弧形切口在轴向方向上互相错开，且错开的角度为45°，相邻的所述第二径向弧形切口和第三径向弧形切口在轴向方向上互相错开，且错开的角度为45°。

优选的，相邻的所述第三径向弧形切口和第四径向弧形切口在轴向方向上互相错开，且错开的角度为45°。

优选的，所述限位台肩上限位键块的窄边中心所在轴线分别与第一径向弧形切口、第二径向弧形切口、第三径向弧形切口和第四径向弧形切口所在的轴线完全错开。

优选的，所述内部限位套安装于外部限位套内部，且两个限位套之间通过波珠螺丝和双向扭转弹簧确定相对旋转位置关系。

优选的，所述内部限位套可相对外部限位套进行周向旋转，但无相对轴向移动，且外部限位套与外部阀套固定连接，无相对移动。

优选的，所述外部限位套的内部第一球形凹槽、第二球形凹槽和第三球形凹槽之间的间隔角度为22.5°。

(三)有益效果

本发明提供了一种基于双向扭转弹簧的旋转阀芯切换机构。与现有技术相比具备以下有益效果：

(1)该基于双向扭转弹簧的旋转阀芯切换机构，通过在阀芯本体右端的外表面固定连接有限位台肩，且限位台肩上固定连接有限位键块，限位键块外侧开设有圆角，阀芯本体位于缓冲芯杆和限位台肩之间的外表面从左至右依次固定连接有台肩ⅰ、台肩ⅱ、台肩ⅲ和台肩ⅳ，且台肩ⅰ的外表面开设有第一径向弧形切口、台肩ⅱ的外表面开设有第二径向弧形切口，且台肩ⅲ的外表面开设有第三径向弧形切口，台肩ⅳ的外表面开设有第四径向弧形切口，外部限位套的内壁开设有第一球形凹槽、第二球形凹槽和第三球形凹槽，且外部限位套的右端开设有贯穿通孔，内部限位套的内壁开设有键状切口以及键状弧面切口，且在内部限位套的外表面开设有圆柱形凹槽，用以固定安装波珠螺丝，外部限位套和内部限位套的右端面分别开设有第一通孔和第二通孔，用以固定安装双向扭转弹簧，可实现在通过交流伺服电机带动阀芯连续旋转使其液流高速换向的同时，通过混合式直线步进电机控制阀芯左右移动，来进行液压阀不同工位的控制和工作，很好的达到了使液压阀进行激振、零位和左右工位工作的目的，实现了比例换向控制，很好的满足了某些既需比例换向又需激振、有一定控制精度和动态特性要求的复杂液压系统的使用要求，避免了阀芯旋转式换向阀的应用范围具有一定的局限性的问题，实现了通过对液压阀芯的切换机构进行改进，在激振模式下，方便人们通过对交流伺服电机转速和混合式直线步进电机伸出位移的控制对液压阀的振动频率和振动幅值进行调节，大大提高了控制精度，且达到了更好的控制液压介质的比例进行换向的目的，从而大大方便了人们使用液压换向阀。

(2)该基于双向扭转弹簧的旋转阀芯切换机构，通过阀芯本体有两个方向的自由度，一个是通过交流伺服电机带动阀芯本体做周向旋转，且周向旋转包括正转和反转，另一个是通过混合式直线步进电机带动阀芯本体做轴向移动，且轴向移动包括向左移动和向右移动，可实现通过将液压阀芯结构与外界的交流伺服电机和混合式直线步进电机进行连接，以此改变限位台肩结构和外部限位套以及内部限位套结构之间的配合关系来实现液压阀芯结构的往复摆动和连续旋转，从而很好的达到了自动切换的目的。

(3)该基于双向扭转弹簧的旋转阀芯切换机构，通过阀芯本体右端限位台肩上限位键块的外侧端面依次贯穿内部限位套、双向扭转弹簧、外部限位套及其右端贯穿通孔的内部，与混合式直线步进电机套上的钢珠相接触，从而方便混合式直线步进电机推动阀芯进行左右移动，并且不会影响交流伺服电机带动阀芯进行旋转，从而保证了阀芯结构的正常切换工作。

(4)该基于双向扭转弹簧的旋转阀芯切换机构，通过内部限位套安装于外部限位套内部，且可相对外部限位套进行周向旋转，无相对轴向移动，内部限位套和外部限位套之间通过波珠螺丝和双向扭转弹簧以及外部限位套的内壁第一球形凹槽、第二球形凹槽和第三球形凹槽的机械限位来确定相对旋转位置关系，从而方便确定液压阀的换向零位及左右工作位，且有利于提高液压阀处于各个工作位时的可靠性和稳定性。

附图说明

图1为本发明的组成结构示意图；

图2为本发明外部限位套的立体结构剖视图；

图3为本发明内部限位套的立体结构剖视图；

图4为本发明阀芯本体和限位套的局部结构示意图；

图5为本发明处于零位工作位的结构示意图；

图6为本发明处于零位工作位的侧面结构示意图；

图7为本发明处于左工作位的侧面结构示意图；

图8为本发明处于右工作位的侧面结构示意图；

图9为本发明处于激振模式的结构示意图。

图中，1缓冲芯杆、2第一径向弧形切口、3阀芯本体、4第二径向弧形切口、5第三径向弧形切口、6第四径向弧形切口、7限位台肩、7a限位键块、7b圆角、9内部限位套、9a第二通孔、9b圆柱形凹槽、10波珠螺丝、11外部限位套、11a第一通孔、11b贯穿通孔、11c第一球形凹槽、11d第二球形凹槽、11e第三球形凹槽、12双向扭转弹簧、13键状切口、14键状弧面切口、15台肩ⅳ、16台肩ⅲ、17台肩ⅱ、18台肩ⅰ。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-9，本发明实施例提供一种技术方案：一种基于双向扭转弹簧的旋转阀芯切换机构，包括阀芯本体3、外部限位套11和内部限位套9，阀芯本体3的左端固定连接有缓冲芯杆1，阀芯本体3右端的外表面固定连接有限位台肩7，且限位台肩7上固定连接有限位键块7a，限位键块7a外侧开设有圆角7b，阀芯本体3位于缓冲芯杆1和限位台肩7之间的外表面从左至右依次固定连接有台肩ⅰ18、台肩ⅱ17、台肩ⅲ16和台肩ⅳ15，且台肩ⅰ18的外表面开设有第一径向弧形切口2，台肩ⅱ17的外表面开设有第二径向弧形切口4，且台肩ⅲ16的外表面开设有第三径向弧形切口5，台肩ⅳ15的外表面开设有第四径向弧形切口6，外部限位套11的内壁开设有第一球形凹槽11c、第二球形凹槽11d和第三球形凹槽11e，且外部限位套11的右端开设有贯穿通孔11b，内部限位套9的内壁开设有键状切口13以及键状弧面切口14，且在内部限位套9的外表面开设有圆柱形凹槽9b，用以固定安装波珠螺丝10，外部限位套11和内部限位套9的右端面分别开设有第一通孔11a和第二通孔9a，用以固定安装双向扭转弹簧12。

阀芯本体3有两个方向的自由度，一个是通过交流伺服电机带动阀芯本体3做周向旋转，且周向旋转包括正转和反转，另一个是通过混合式直线步进电机带动阀芯本体3做轴向移动，且轴向移动包括向左移动和向右移动，第一径向弧形切口2、第二径向弧形切口4、第三径向弧形切口5和第四径向弧形切口6的数量均为四个，且四个第一径向弧形切口2沿台肩ⅰ18的圆周方向设置，四个第二径向弧形切口4沿台肩ⅱ17的圆周方向设置，四个第三径向弧形切口5沿台肩ⅲ16的圆周方向设置，且四个第四径向弧形切口6沿台肩ⅳ15的圆周方向设置，相邻的第一径向弧形切口2和第二径向弧形切口4在轴向方向上互相错开，且错开的角度为45°，相邻的第二径向弧形切口4和第三径向弧形切口5在轴向方向上互相错开，且错开的角度为45°，相邻的第三径向弧形切口5和第四径向弧形切口6在轴向方向上互相错开，且错开的角度为45°，限位台肩7上限位键块7a的窄边中心所在轴线分别与第一径向弧形切口2、第二径向弧形切口4、第三径向弧形切口5和第四径向弧形切口6所在的轴线完全错开，内部限位套9安装于外部限位套11内部，且两个限位套之间通过波珠螺丝10和双向扭转弹簧12确定相对旋转位置关系，内部限位套9可相对外部限位套11进行周向旋转，但无相对轴向移动，且外部限位套11与外部阀套固定连接，无相对移动，且外部限位套11的内部第一球形凹槽11c、第二球形凹槽11d和第三球形凹槽11e之间的间隔角度为22.5°。

工作原理：1)切换机构处于零位工作位

参考图5和图6，当混合式直线步进电机处于零位(电机轴未伸出)且交流伺服电机处于失电状态时，在双向扭转弹簧12的回复弹力作用下，固定连接于限位台肩7上的限位键块7a恰好卡在与之相适配的内部限位套9上的键状切口13处，使得阀芯本体3相对内部限位套9无法进行周向旋转，同时，固定连接于内部限位套9外表面上的圆柱形凹槽9b内的波珠螺丝10的弹簧钢珠恰好卡在外部限位套11的内壁第二球形凹槽11d处，使得阀芯本体3与内部限位套9无法相对外部限位套11进行周向旋转，由于限位台肩7上限位键块7a的窄边中心所在轴线分别与第一径向弧形切口2、第二径向弧形切口4、第三径向弧形切口5和第四径向弧形切口6所在的轴线完全错开，所以此时阀芯本体3上的台肩ⅰ18、台肩ⅱ17、台肩ⅲ16和台肩ⅳ15上的第一径向弧形切口2、第二径向弧形切口4、第三径向弧形切口5和第四径向弧形切口6与阀芯本体3以外的阀套上所开的窗口之间并不能形成通流阀口，也就是说此时该基于双向扭转弹簧的旋转阀芯切换机构的所有阀口都处于关闭状态，是不能通油的，此时对应的便是该基于双向扭转弹簧的旋转阀芯切换机构的中位，即零位。

2)切换机构处于比例换向模式

此时，当交流伺服电机得电时，可克服双向扭转弹簧12的回复弹力和波珠螺丝10的弹簧钢珠压紧力的周向分力，使得波珠螺丝10的弹簧钢珠脱离第二球形凹槽11d的束缚，使阀芯本体3在交流伺服电机的带动下可以在一定的角度范围内正反旋转，本发明设定的角度范围是45°。以下将对交流伺服电机的正转和反转这两种工作状态下所对应的该基于双向扭转弹簧的旋转阀芯切换机构的不同工作位进行阐述：

(1)交流伺服电机正转(逆时针方向)——左工作位

参考图7，在混合式直线步进电机处于零位状态下，且交流伺服电机的扭转力大于双向扭转弹簧12的回复弹力，因此随着交流伺服电机正转一定的角度，此时由于固定连接于限位台肩7上的限位键块7a恰好卡在与之相适配的内部限位套9上的键状切口13处，使得阀芯本体3相对内部限位套9无法进行周向旋转，所以阀芯本体3带动内部限位套9进行旋转，直至固定连接于内部限位套9外表面上的圆柱形凹槽9b内的波珠螺丝10的弹簧钢珠脱离外部限位套11的内壁第二球形凹槽11d的束缚，卡入外部限位套11的内壁第三球形凹槽11e处，由于交流伺服电机的扭转力刚好与双向扭转弹簧的回复弹力和波珠螺丝10的弹簧钢珠压紧力的周向分力之和相平衡，该阀芯本体3便被限制住了，无法再继续旋转，而此时，该阀芯本体3的台肩ⅱ17和台肩ⅳ15上的第二径向弧形切口4和第四径向弧形切口6与阀套上的窗口便会形成通流阀口，这使得原本无法通过的液压油可以通过该阀口顺利流通，通过比例控制交流伺服电机的转动角度，便可对通过该液压阀阀口的流量进行比例调节，实现向左的比例换向，此时对应的便是该基于双向扭转弹簧的旋转阀芯切换机构的左工作位。

(2)交流伺服电机反转(顺时针方向)——右工作位

参考图8，在混合式直线步进电机处于零位状态下，且交流伺服电机的扭转力大于双向扭转弹簧12的回复弹力，因此随着交流伺服电机反转一定的角度，此时由于固定连接于限位台肩7上的限位键块7a恰好卡在与之相适配的内部限位套9上的键状切口13处，使得阀芯本体3相对内部限位套9无法进行周向旋转，所以阀芯本体3带动内部限位套9进行旋转，直至固定连接于内部限位套9外表面上的圆柱形凹槽9b内的波珠螺丝10的弹簧钢珠脱离外部限位套11的内壁第二球形凹槽11d的束缚，卡入外部限位套11的内壁第一球形凹槽11c处，由于交流伺服电机的扭转力刚好与双向扭转弹簧的回复弹力和波珠螺丝10的弹簧钢珠压紧力的周向分力之和相平衡，该阀芯本体3便被限制住了，无法再继续旋转，而此时，该阀芯本体3的台肩ⅰ18和台肩ⅲ16上的第一径向弧形切口2和第三径向弧形切口5与阀套上的窗口便会形成通流阀口，这使得原本无法通过的液压油可以通过该阀口顺利流通，通过比例控制交流伺服电机的转动角度，便可对通过该液压阀阀口的流量进行比例调节，实现向右的比例换向，此时对应的便是该基于双向扭转弹簧的旋转阀芯切换机构的右工作位。

3)切换机构处于激振模式

参考图9，随着混合式直线步进电机的伸出，固定连接于限位台肩7上的限位键块7a会逐渐脱离与之相适配的内部限位套9上的键状切口13，最终限位键块7a会完全脱离键状切口13的束缚，此时该阀芯本体3就完全不受到内部限位套9以及外部限位套11的束缚，使得阀芯本体3相对内部限位套9和外部限位套11可以进行周向旋转，便可由交流伺服电机带动该阀芯本体3以一特定的速度不间断旋转，阀芯本体3的台肩ⅰ18、台肩ⅱ17、台肩ⅲ16和台肩ⅳ15上的第一径向弧形切口2、第二径向弧形切口4、第三径向弧形切口5和第四径向弧形切口6与阀套上的窗口所形成的通流阀口就会不断地通断，其中台肩ⅰ18和台肩ⅲ16为一组，台肩ⅱ17和台肩ⅳ115为一组，同一组的阀口通断情况一致，由于交流伺服电机带动阀芯本体3不间断旋转，通流阀口不断交替变化，就使得该基于双向扭转弹簧的旋转阀芯切换机构液流不断换向，此时由于高频的换向，便产生了振动，通过比例控制交流伺服电机的转速即可比例控制该阀的振动频率，通过比例控制混合式直线步进电机的轴向位移即可比例控制该阀的振动幅值，此时所对应的就是该基于双向扭转弹簧的旋转阀芯切换机构的激振模式。

4)切换机构回复零位工作位

随着混合式直线步进电机的退回和交流伺服电机的失电控制，该阀芯本体3在与缓冲芯杆1配套使用的弹簧的回弹力作用下被推动向右轴向移动，又由于该阀芯本体3经过激振模式下的不间断旋转之后，其转动停止位置任意，此时就会有两种情况：

第一种情况

固定连接于限位台肩7上的限位键块7a刚好滑入相适配的内部限位套9上的键状切口13中，根据上述对混合式直线步进电机处于零位且交流伺服电机处于失电状态时的工作状态的详细描述可知，此时对应的便是该基于双向扭转弹簧的旋转阀芯切换机构的中位，即零位，不能够通油。

第二种情况

固定连接于限位台肩7上的限位键块7a首先碰到了内部限位套9的内壁键状弧面切口14，由于限位键块7a外侧开设有圆角7b，此时阀芯本体3在弹簧的回弹力作用下便会很轻易地沿着键状弧面切口14的弧面滑入相适配的键状切口13中，此时就又变成第一种情况了，同样，根据上述对混合式直线步进电机处于零位且交流伺服电机处于失电状态时的工作状态的详细描述可知，此时对应的便是该基于双向扭转弹簧的旋转阀芯切换机构的中位，即零位，不能够通油。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。