CN109538561B - 一种先导比例控制式开关阀 - Google Patents

Abstract

本发明属于流体传动和控制领域，具体涉及一种先导比例控制式开关阀，包括阀体、主阀芯，所述阀体一端设有驱动装置，所述驱动装置与主阀芯之间形成第一调节腔，所述主阀芯另一端设有连通高压进油口的第二调节腔，主阀芯内设有先导阀芯，通过驱动先导阀芯使第一调节腔液压改变，形成液压差，从而移动主阀芯。本发明的先导控制式开关阀具有以下优点：1.主阀芯为液压力驱动而不是直接的电磁驱动，驱动力极大增加；2.先导阀芯被设计在主阀芯内部，极大减小体积；3.先导阀芯为控制主阀两端控制腔的压力而设计，导控需要的流量非常小，故驱动先导阀芯的驱动力可以非常小，进一步减小电磁驱动装置的体积，同时达到节能减排的目的。

Description

一种先导比例控制式开关阀

技术领域

本发明属于流体传动和控制领域，具体涉及一种先导比例控制式开关阀。

背景技术

流体控制阀特别是液压阀起到控制流量、压力和切换油路的作用。如电磁开关阀就起到控制流量，切换油路的作用；电磁开关阀按照通流能力的大小分为：单级阀（直动阀）、两级阀（先导控制阀）。行业标准中，单级阀（直动阀）分为6通经，10通经；两级阀（先导控制阀）分为16、25、32......通经（数字越大的阀体积越大，通流能力也越大）。

用于小流量的流体开关控制阀一般是单级直动阀的形式（6通经、10通经），现有典型的单级电磁开关阀（直动阀）包括阀体、阀芯、电磁驱动装置，阀体上设有高压进油口、低压出油口、两个控制油口，通过电磁驱动装置控制阀芯在阀体内轴向位移，从而使两个控制油口分别与高压进油口、低压出油口连通或分别与低压出油口、高压进油口连同或相互断隔，一般在控制小流量时用这种直动阀，为克服阀芯开启时，流体流动对阀芯产生阻隔阀芯运动的液动力，必须加大电磁推力。现有技术是采用增大电磁驱动装置的体积和输入电流来提高电磁推力，实现对阀芯的推动。

用于中大流量的流体控制阀一般是两级阀的形式。对于中大流量的流体控制阀，由于阀芯开启时作用在阀芯的液动力太大，单靠增加电磁驱动装置体积的方式，还是无法克服液动力推动阀芯。所以目前的技术是：用一个小的电磁开关阀（一般是6通经）作为先导级，控制阀芯左右两腔的压力，实现用液动力来推动阀芯，这样就解决了大流量下换向阀的开启问题，但是目前这项技术不但增大了开关阀的体积，同时增加了成本，两个阀的叠加也增加了阀的复杂程度，降低了阀的可靠性。

液动力：阀芯不在零位时，既控制阀处于打开状态时，有流体会流过控制阀，由于流体流动而产生的使阀芯向着零位的闭合力。它会随着流量和压力的增大而增大。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种先导比例控制式开关阀。

本发明所采取的技术方案如下：一种先导比例控制式开关阀，包括阀体、主阀芯，所述阀体上设有高压进油口、第一控制油口、第二控制油口、低压出油口，所述主阀芯相对所述阀***移具有使高压进油口与第一控制油口连通且第二控制油口与低压出油口连通的第一位置，使高压进油口、第一控制油口、第二控制油口、低压出油口相互断隔的第二位置，使高压进油口与第二控制油口连通且第一控制油口与低压出油口连通的第三位置，所述阀体一端设有一个驱动装置，所述驱动装置与主阀芯之间形成第一调节腔，所述主阀芯背离所述驱动装置的端部外周与阀体之间设有同心环，所述同心环与主阀芯之间形成第二调节腔，所述同心环外端与阀体之间形成连通低压出油口的低压腔，所述主阀芯内设有接近驱动装置一端的第一开槽和空腔，所述第一开槽内设有与所述驱动装置连接的先导阀芯，所述主阀芯上设有连通第一开槽和低压出油口的第一通孔、连通第一开槽和高压出油口的第二通孔、连通空腔和高压出油口的第三通孔、连通空腔和第二调节腔的第四通孔，所述先导阀芯周向外壁设有第五凸环、第六凸环，所述第五凸环和第六凸环内端的间距大于所述第一通孔和第二通孔内边缘的间距，所述先导阀芯内设有连通第一调节腔和第一开槽内端的流通通道以及位于第五凸环和第六凸环之间的连通流通通道和第一开槽的第五通孔，所述驱动装置驱动所述先导阀芯相对轴向位移，使第五凸环与第一通孔之间和第六凸环与第二通孔形成不同的流出流通面积与流入流通面积比值。

所述阀体上设有两个低压出油口，两个低压出油口设置在两侧，高压进油口设置在中间，第一控制油口、第二控制油口分别设置在两个低压出油口与高压进油口之间，所述主阀芯周向设有第一凸环、第二凸环、第三凸环、第四凸环，所述第一凸环和第四凸环分别位于两端且与阀体动密封配合，所述第二凸环、第三凸环分别对应所述第一控制油口、第二控制油口设置，当主阀芯位于第二位置时，所述第二凸环、第三凸环分别堵住第一控制油口、第二控制油口，第一凸环、第二凸环之间设置所述第一通孔，所述第二凸环、第三凸环之间设有第二通孔和第三通孔，在所述第四凸环外设置第四通孔，所述第一调节腔内的流体对主阀芯的作用面积大于第二调节腔内的流体对主阀芯的作用面积。

所述第一调节腔内的流体对主阀芯的作用面积为第二调节腔内的流体对主阀芯的作用面积的两倍。

所述驱动装置包括比例电磁铁和比例电磁铁铁芯，所述比例电磁铁铁芯伸入先导阀芯内，并通过销钉固定。

所述阀体与驱动装置之间固定有弹簧导套，先导阀芯外周轴向联动设有两个弹簧座，两个弹簧座限位于弹簧导套内且在弹簧导套内轴向位移，两个弹簧座之间设有复位弹簧。

所述先导阀芯上固定有卡簧，所述第五凸环与卡簧分别对两个弹簧座构成限位。

在主阀芯背离驱动装置一端设有第二开槽，第二开槽内固定有螺堵，第二开槽与螺堵之间形成空腔。

本发明的有益效果如下：通过使先导阀芯位移改变第一调节腔的液压，从而使主阀芯位移，实现驱动，本发明的先导比例控制式开关阀具有以下优点：1.主阀芯为液压力驱动而不是直接的电磁驱动（液压驱动力远远大于电磁驱动力，目前10通经电磁铁驱动力不过180N，液压驱动力会在几千上万N），因此驱动力极大增加；2.先导阀芯被设计在主阀芯内部，极大减小体积，先导阀芯可以为超小尺寸；3.先导阀芯为控制主阀两端控制腔的压力而设计，导控需要的流量非常小，故驱动先导阀芯的驱动力可以非常小，驱动装置为电磁驱动装置时，可以减小电磁驱动装置内电磁铁和电磁线圈的体积以及需要的功率，进一步减小电磁驱动装置的体积，同时达到节能减排的目的。故将本发明的先导比例控制式开关阀替换原用于小流量的单级阀，可以大大减小电磁驱动装置的规格尺寸，减小整个流体控制阀的重量和安装尺寸，减小整阀所需的控制功率，以及提高整阀抗外部扰动的能力，性能更稳定。将本发明的先导控制式开关阀替换原用于中大流量的两级阀时，可以大大减小整个流体控制阀的重量和安装尺寸，将两个叠加的阀的体积变成一个主阀的体积和大小，减少整个阀的成本，减少零部件进一步提高阀的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。

图1为一种实施例的结构示意图；

图2为图1中A的放大示意图；

图3为图1中B的放大示意图；

图4为图1中C的放大示意图；

图5为主阀芯的结构示意图；

图6为先导阀芯的结构示意图；

图中，1，阀体；101，高压进油口；102，第一控制油口；103，第二控制油口；104，低压出油口；2，主阀芯；201，第一通孔；202，第二通孔；203，第三通孔；204，第四通孔；205，第一开槽；206，空腔；207，第一凸环；208，第二凸环；209，第三凸环；210，第四凸环； 301，比例电磁铁；302，比例电磁衔铁；4，同心环；5，第一调节腔；6，第二调节腔；7，先导阀芯；701，第五凸环；702，第六凸环；703，流通通道；704，第五通孔；8，低压腔；9，弹簧座；10，复位弹簧；11，卡簧；14，销钉；15，螺堵；16，弹簧导套。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是 为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二” 仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再 一一说明。

本发明所提到的方向和位置用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「顶部」、「底部」、「侧面」等，仅是参考附图的方向或位置。因此，使用的方向和位置用语是用以说明及理解本发明，而非对本发明保护范围的限制。

如图1所示，一种先导控制式开关阀，包括阀体1、主阀芯2，所述阀体1上设有高压进油口101、第一控制油口102、第二控制油口103、两个低压出油口104（可以视为0压力），两个低压出油口104设置在两侧，高压进油口101设置在中间，第一控制油口102、第二控制油口103分别设置在两个低压出油口104与高压进油口101之间，如图5所示，所述主阀芯2周向设有第一凸环206、第二凸环207、第三凸环208、第四凸环209，所述第一凸环206和第四凸环209分别位于主阀芯2的两端且与阀体1动密封配合可以通过设置密封圈提高密封性，防止泄露），所述第二凸环207、第三凸环208分别对应所述第一控制油口102、第二控制油口103设置，所述主阀芯2相对所述阀体1位移具有使高压进油口101与第一控制油口102连通且第二控制油口103与低压出油口104连通的第一位置，使高压进油口101、第一控制油口102、第二控制油口103、低压出油口104相互断隔的第二位置，使高压进油口101与第二控制油口103连通且第一控制油口102与低压出油口104连通的第三位置，当主阀芯2位于第二位置时，所述第二凸环207、第三凸环208分别堵住第一控制油口102、第二控制油口103。

所述阀体1右端设有一个驱动装置，所述驱动装置包括比例电磁铁301和比例电磁铁铁芯302，当所述电磁铁301通电时对所述电磁衔铁302构成拉力，所述驱动装置与主阀芯2之间形成第一调节腔5，所述主阀芯2背离所述驱动装置的端部外周与阀体1之间设有同心环4，所述同心环4与主阀芯2之间形成第二调节腔6，所述主阀芯2内设有接近驱动装置一端的第一开槽205和背离驱动装置一端的第二开槽，所述第二开槽内固定有螺堵15，第二开槽与螺堵15之间形成空腔206。所述主阀芯2上设有连通第一开槽205和低压出油口104的第一通孔201、连通第一开槽205和高压出油口101的第二通孔202、连通空腔206和高压出油口101的第三通孔203、连通空腔206和第二调节腔6的第四通孔204，如图2所示，所述先导阀芯7周向外壁设有第五凸环701、第六凸环702，所述第五凸环701和第六凸环702内端的间距大于所述第一通孔201和第二通孔202内边缘的间距，所述先导阀芯7内设有连通第一调节腔5和第一开槽205内端的流通通道703以及位于第五凸环701和第六凸环702之间的连通流通通道703和第一开槽205的第五通孔704，所述驱动装置驱动所述先导阀芯7相对轴向位移，使第五凸环701与第一通孔201之间和第六凸环702与第二通孔202形成不同的流出流通面积与流入流通面积比值。

所述第一调节腔5内的流体对主阀芯2的作用面积为第二调节腔6内的流体对主阀芯2的作用面积的两倍。设第一调节腔5内的流体对主阀芯2的作用面积为S，第二调节腔6内的流体对主阀芯2的作用面积则为1/2S，高压进油口101的压强为P，则第二调节腔6内的流体对主阀芯2的作用力为1/2S*P，当比例电磁铁不通电时，第五凸环701与第一通孔201之间和第六凸环702与第二通孔202之间均形成微小的流通面积，根据液压公式，使第一调节腔5内的流体压强为1/2P，则第二调节腔6内的流体对主阀芯2的作用力为S*1/2P，主阀芯两侧所受到的作用力相当，保持禁止状态。当比例电磁铁驱动先导阀芯向左运动一段距离时，第一通孔201的流通被截止，第二通孔202的流通面积增大，故第一调节腔5内的压力上升，主阀芯受第一调节腔5的作用力更大，向左运动，当主阀芯运动到第五凸环701与第一通孔201之间和第六凸环702与第二通孔202之间均形成微小的流通面积时，第一调节腔5内的流体对主阀芯2的压强为1/2P，回到平衡状态（跟不通电时的平衡状态相同）。故先导阀芯向左或向右每运动一个距离，主阀芯就跟随这个距离位移，形成先导阀芯对阀芯的比例控制。

其中，本实施例中，阀体1上的油口设置为两个低压出油口104设置在两侧，高压进油口101设置在中间，第一控制油口102、第二控制油口103分别设置在两个低压出油口104与高压进油口101之间，也可以如下设置：两个高压进油口101设置在两侧、低压出油口104设置在中间、第一控制油口102、第二控制油口103分别设置在两个高压进油口101与低压出油口104之间，先导阀芯对应进行调整，也可以实现相应效果，这样外接管路设置需要确保两个高压进油管道，相对两个低压出油管道较为复杂。

所述同心环4外端与阀体1之间形成连通低压出油口104的低压腔8，确保对主阀芯不形成影响。

如图3所示，所述阀体1与驱动装置之间固定有弹簧导套16，先导阀芯7外周轴向联动设有两个弹簧座9，两个弹簧座9限位于弹簧导套16内且在弹簧导套16内轴向位移，两个弹簧座9之间设有复位弹簧10。所述先导阀芯7上固定有卡簧11，所述第五凸环701与卡簧11分别对两个弹簧座9构成限位。复位弹簧10产生复位力，当电磁铁断电时，使先导阀芯快速归为零位，主阀芯2在压力差作用下快速归为零位。组装时，先在先导阀芯7上装入弹簧座9、复位弹簧10、弹簧座9、卡簧11，将比例电磁铁铁芯302伸入先导阀芯7内，并通过销钉14固定，然后套上弹簧导套16，装入放好主阀芯2的阀体1内固定。

其中，本实施例中，驱动装置采用的是电磁驱动装置，也可以采用电机、液压、气压等常规驱动装置，但是相比之下，电磁驱动装置反应快、耗能低、体积小、结构简单。

其中，本实施例中，电磁衔铁302与先导阀芯7通过销钉8固定，结构简单，便于固定。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (7)

1.一种先导比例控制式开关阀，包括阀体（1）、主阀芯（2），所述阀体（1）上设有高压进油口（101）、第一控制油口（102）、第二控制油口（103）、低压出油口（104），所述主阀芯（2）相对所述阀体（1）位移具有使高压进油口（101）与第一控制油口（102）连通且第二控制油口（103）与低压出油口（104）连通的第一位置，使高压进油口（101）、第一控制油口（102）、第二控制油口（103）、低压出油口（104）相互断隔的第二位置，使高压进油口（101）与第二控制油口（103）连通且第一控制油口（102）与低压出油口（104）连通的第三位置，其特征在于：所述阀体（1）一端设有一个驱动装置，所述驱动装置与主阀芯（2）之间形成第一调节腔（5），所述主阀芯（2）背离所述驱动装置的端部外周与阀体（1）之间设有同心环（4），所述同心环（4）与主阀芯（2）之间形成第二调节腔（6），所述同心环（4）外端与阀体（1）之间形成连通低压出油口（104）的低压腔（8），所述主阀芯（2）内设有接近驱动装置一端的第一开槽（205）和空腔（206），所述第一开槽（205）内设有与所述驱动装置连接的先导阀芯（7），所述主阀芯（2）上设有连通第一开槽（205）和低压出油口（104）的第一通孔（201）、连通第一开槽（205）和高压出油口（101）的第二通孔（202）、连通空腔（206）和高压出油口（101）的第三通孔（203）、连通空腔（206）和第二调节腔（6）的第四通孔（204），所述先导阀芯（7）周向外壁设有第五凸环（701）、第六凸环（702），所述第五凸环（701）和第六凸环（702）内端的间距大于所述第一通孔（201）和第二通孔（202）内边缘的间距，所述先导阀芯（7）内设有连通第一调节腔（5）和第一开槽（205）内端的流通通道（703）以及位于第五凸环（701）和第六凸环（702）之间的连通流通通道（703）和第一开槽（205）的第五通孔（704），所述驱动装置驱动所述先导阀芯（7）相对轴向位移，使第五凸环（701）与第一通孔（201）之间和第六凸环（702）与第二通孔（202）形成不同的流出流通面积与流入流通面积比值。

2.根据权利要求1所述的先导比例控制式开关阀，其特征在于：所述阀体（1）上设有两个低压出油口（104），两个低压出油口（104）设置在两侧，高压进油口（101）设置在中间，第一控制油口（102）、第二控制油口（103）分别设置在两个低压出油口（104）与高压进油口（101）之间，所述主阀芯（2）周向设有第一凸环（207）、第二凸环（208）、第三凸环（209）、第四凸环（210），所述第一凸环（207）和第四凸环（210）分别位于两端且与阀体（1）动密封配合，所述第二凸环（208）、第三凸环（209）分别对应所述第一控制油口（102）、第二控制油口（103）设置，当主阀芯（2）位于第二位置时，所述第二凸环（208）、第三凸环（209）分别堵住第一控制油口（102）、第二控制油口（103），第一凸环（207）、第二凸环（208）之间设置所述第一通孔（201），所述第二凸环（208）、第三凸环（209）之间设有第二通孔（202）和第三通孔（203），在所述第四凸环（210）外设置第四通孔（204），所述第一调节腔（5）内的流体对主阀芯（2）的作用面积大于第二调节腔（6）内的流体对主阀芯（2）的作用面积。

3.根据权利要求1所述的先导比例控制式开关阀，其特征在于：所述第一调节腔（5）内的流体对主阀芯（2）的作用面积为第二调节腔（6）内的流体对主阀芯（2）的作用面积的两倍。

4.根据权利要求1所述的先导比例控制式开关阀，其特征在于：所述驱动装置包括比例电磁铁（301）和比例电磁铁铁芯（302），所述比例电磁铁铁芯（302）伸入先导阀芯（7）内，并通过销钉（14）固定。

5.根据权利要求4所述的先导比例控制式开关阀，其特征在于：所述阀体（1）与驱动装置之间固定有弹簧导套（16），先导阀芯（7）外周轴向联动设有两个弹簧座（9），两个弹簧座（9）限位于弹簧导套（16）内且在弹簧导套（16）内轴向位移，两个弹簧座（9）之间设有复位弹簧（10）。

6.根据权利要求5所述的先导比例控制式开关阀，其特征在于：所述先导阀芯（7）上固定有卡簧（11），所述第五凸环（701）与卡簧（11）分别对两个弹簧座（9）构成限位。

7.根据权利要求1所述的先导比例控制式开关阀，其特征在于：在主阀芯（2）背离驱动装置一端设有第二开槽，第二开槽内固定有螺堵（15），第二开槽与螺堵（15）之间形成空腔（206）。

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