專利名稱：一種多控式可變阻尼雙自由度閥芯旋轉式四通換向閥的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種液壓換向閥，主要用于實現執行機構的工作頻率和位移幅值可獨立控制的工程技術領域中。
背景技術：
轉閥是指通過閥芯的旋轉來實現油路通斷和換向的閥。現有的轉閥基本上只具有一個閥芯的旋轉自由度，造成轉閥對執行機構的工作頻率和位移幅值的控制發生耦合，即只能通過閥芯旋轉自由度同時控制執行機構的工作頻率和幅值位移，然而許多工程技術領域中要求對執行機構的工作頻率和幅值位移進行獨立控制。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種可適用于高壓大流量場合、對執行機構的工作頻率和幅值位移進行獨立控制且可以調節液壓系統阻尼的多控式可變阻尼雙自由度閥芯旋轉式四通換向閥。為實現上述目的，本發明采取的技術方案是:本發明多控式可變阻尼雙自由度閥芯旋轉式四通換向閥，包括閥體、閥套、閥芯、第一端蓋和第二端蓋，其特征是:所述閥芯由第一閥芯和第二閥芯構成；在第一閥芯上設有第一凸臺，在第二閥芯上設有第二凸臺、第三凸臺、第四凸臺、第五凸臺和第六凸臺，第一凸臺、第二凸臺、第三凸臺、第四凸臺、第五凸臺、第六凸臺沿第一端蓋向第二端蓋的方向依次布置；
第一閥芯的第一端貫穿并伸出第一端蓋，所述第一閥芯的第一端或者通過聯軸器與步進電機的主軸連接，或者與旋轉比例電磁鐵的轉子連接；第一閥芯的第二端與第二閥芯的第一端相對并在第一凸臺與第二凸臺之間形成第一腔，第一腔所在的閥體壁上開有能使第一腔與油箱連通的泄油口 ；第一腔內設有一個彈簧，第一閥芯的第二端和第二閥芯的第一端均伸入所述彈簧內，所述彈簧的一端與第二閥芯固定連接，所述彈簧的另一端與第一閥芯固定連接；
第二端蓋上設有徑向的第四油口、第一軸向流道和軸向通孔，所述第四油口和第一軸向流道連通，所述第四油口和所述軸向通孔連通，第二閥芯的第二端伸入所述軸向通孔內并相互緊密配合；
第六凸臺的外端面與第二端蓋緊密接觸，所述第六凸臺設有第二軸向流道、第三軸向流道、第四軸向流道和第五軸向流道，在第五凸臺和第六凸臺之間形成第五腔，第二軸向流道、第三軸向流道、第四軸向流道、第五軸向流道分別與第五腔連通，第五腔所在的閥體壁上開有使第五腔與供油系統連通的第三油口以及能使第五腔與第一軸向流道連通的第六軸向流道；
在第二凸臺和第三凸臺之間形成第二腔，第二腔所在的閥體壁上開有能使第二腔與油箱連通的第一回油口以及能使第二腔與第一腔連通的第七軸向流道，在所述第七軸向流道內螺紋安裝有可變阻尼；在第三凸臺和第四凸臺之間形成第三腔，第三腔所在的閥體壁上開有能使第三腔與供油系統連通的P進油口 ；在第四凸臺和第五凸臺之間形成第四腔，第四腔所在的閥體壁上開有使第四腔與油箱連通的第二回油口；
在第三凸臺所在的閥體壁上開有用于控制執行機構的A油口，在第四凸臺所在的閥體壁上開有用于控制執行機構的B油口；
在第三凸臺的一側端面上沿圓周方向間隔地開有能夠使第一回油口與A油口連通的第一溝槽，在第三凸臺的另一側端面上沿圓周方向間隔地開有能夠使P進油口與A油口連通的第二溝槽；在第四凸臺的一側端面上沿圓周方向間隔地開有能夠使P進油口與B油口連通的第三溝槽，在第四凸臺的另一側端面上沿圓周方向間隔地開有能夠使第二回油口與B油口連通的第四溝槽；第一溝槽與對應的第二溝槽在與第二閥芯的中軸線垂直的投影面上的投影相互重疊，第三溝槽與對應的第四溝槽在與第二閥芯的中軸線垂直的投影面上的投影相互重疊，第二溝槽與第三溝槽在與第二閥芯的中軸線垂直的投影面上的投影沿圓周方向交替錯開布置；
所述閥套在第一溝槽、第二溝槽、第三溝槽和第四溝槽所在的位置處分別開有相應的第一閥套窗口、第二閥套窗口、第三閥套窗口和第四閥套窗口，第一閥套窗口與對應的第四閥套窗口在與第二閥芯的中軸線垂直的投影面上的投影相互重疊，所述第二閥套窗口與對應的第三閥套窗口在與第二閥芯的中軸線垂直的投影面上的投影相互重疊，所述第一閥套窗口和第二閥套窗口在與第二閥芯的中軸線垂直的投影面上的投影沿圓周方向交替錯開布置。進一步地，本發明所述第一溝槽和第二溝槽沿所述第三凸臺的端面的圓周方向上均勻分布，第三溝槽和第四溝槽沿所述第四凸臺的端面的圓周方向上均勻分布。進一步地，本發明所述第一閥套窗口、第二閥套窗口、第三閥套窗口和第四閥套窗口各自分別沿所述閥套的圓周方向上均勻分布。與現有技術相比，本發明的有益效果是:功率大，流量大，高頻性能好，負載適應性強，抗污染性能好；具有閥芯旋轉和閥芯軸向移動兩個自由度，能夠對執行機構的工作頻率和幅值位移進行獨立控制，即:步進電機帶動閥芯旋轉，進而控制執行機構的工作頻率，主動液壓力與彈簧預調力的綜合作用控制閥芯軸向移動，進而控制執行機構的幅值位移。控制閥芯的軸向位移具有多種控制方式，工況適應性強，可以通過可變阻尼調節系統阻尼比，調節系統工作性能。
圖1是本發明多控式可變阻尼雙自由度閥芯旋轉式四通換向閥的內部結構示意圖，其中閥體、閥套和端蓋部分是中心縱截面剖視 圖2是本發明多控式可變阻尼雙自由度閥芯旋轉式四通換向閥的閥體沿閥體的中心縱截面剖開的三維結構示意 圖3是閥套2的三維結構示意 圖4是第一閥芯3的三維結構示意 圖5是第二閥芯4的三維結構示意 圖6是圖1中的A部在本發明多控式可變阻尼雙自由度閥芯旋轉式四通換向閥處于P — B工作狀態(即第一工作狀態)時的放大圖；圖7是圖1中的A部在本發明換向閥處于P —A工作狀態(即第二工作狀態)時的放大
圖8是第二溝槽與第三溝槽在與第二閥芯的中軸線垂直的投影面上的投影位置分布關系不意 圖9是將第二端蓋旋轉180°后本發明換向閥的內部結構示意圖，其中閥體、閥套和端蓋部分是中心縱截面剖視圖。圖中，1 一閥體；2 —閥套；3—第一閥芯；4一第_■閥芯；5—第一端蓋；6—第_■端蓋；7—第一凸臺；8—第二凸臺；9—第二凸臺；10—第四凸臺；11—第五凸臺；12—第六凸臺；13—第一閥芯的第一端；14一第一閥芯的第二端；15—第二閥芯的第一端；16—第二閥芯的第二端；17—彈簧；18—彈簧的一端；19一彈簧的另一端；20—第一腔；21—第二腔；22—第二腔；23—第四腔；24—第五腔；25—軸向通孔；26—第一軸向流道；27—第二軸向流道；28—第二軸向流道；29—第四軸向流道；30—第五軸向流道；31—第六軸向流道；32—第七軸向流道；33—可變阻尼；34—第四油口 ；35—第三油口 ；36 —回油口 ；37— P進油口 ；38—回油口 ；39—A油口 ；40—B油口 ；41 一第一溝槽；42—第二溝槽；43—第三溝槽；44一第四溝槽；45—第一閥套窗口 ；46—第二閥套窗口 ；47—第三閥套窗口 ；48—第四閥套窗口 ；49一泄油口。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。如圖1至圖5所示，本發明多控式可變阻尼雙自由度閥芯旋轉式四通換向閥主要包括閥體1、閥套2、第一閥芯3、第二閥芯4、第一端蓋5和第二端蓋6。第一閥芯3和第二閥芯4置于閥體I的腔 內，第一端蓋5和第二端蓋6分別在閥體I的兩端的端面處與閥體
I安裝在一起。如圖1、圖4和圖5所示，在第一閥芯3上設有第一凸臺7，在第二閥芯4上設有第二凸臺8、第三凸臺9、第四凸臺10、第五凸臺11和第六凸臺12，并且第一凸臺7、第二凸臺8、第三凸臺9、第四凸臺10、第五凸臺11和第六凸臺12沿著從第一端蓋5向第二端蓋6的方向上依次布置。第一閥芯的第一端13貫穿并伸出第一端蓋5，第一閥芯的第一端13可以通過聯軸器與步進電機主軸連接，由步進電機主軸帶動閥芯并實現閥芯的旋轉運動，組成開環控制系統，結構簡單，操作方便，高頻性能好，抗污染性能好。作為本發明的另一種實施方式，第一閥芯的第一端13也可以通過聯軸器與旋轉比例電磁鐵的轉子連接，由旋轉比例電磁鐵的轉子帶動閥芯并實現閥芯的旋轉運動，并添加角度傳感器實現閥芯角位移的反饋控制，組成閉環控制系統，負載適應性強，提高控制精度和穩定性。如圖1所示，第一腔20為第一凸臺7與第二凸臺8之間形成的空腔，第一腔20所在的閥體I的壁上開有能使第一腔20與油箱連通的泄油口 49，進入到第一腔20的泄漏油可以通過泄油口 49流回油箱。彈簧17位于第一腔20內，第一閥芯的第二端14與第二閥芯的第一端15伸入彈簧17內，且第一閥芯的第二端14與第二閥芯的第一端15相對,彈簧的一端18與第二閥芯4固定連接，彈簧的另一端18與第一閥芯3固定連接。第二端蓋6上設有徑向的第四油口 34、第一軸向流道26和軸向通孔25。第四油口 34和第一軸向流道26連通，第四油口 34和軸向通孔25連通。第二閥芯的第二端16伸入軸向通孔25內，與軸向通孔25形成緊密配合。與其他凸臺相比，第六凸臺12最靠近第二端蓋6。第六凸臺12的外端面與第二端蓋6緊密接觸；結合圖1和圖5可知，第六凸臺12設有第二軸向流道
27、第三軸向流道28、第四軸向流道29和第五軸向流道30，第二軸向流道27、第三軸向流道
28、第四軸向流道29、第五軸向流道30分別與第五腔24連通。第二腔21為第二凸臺8和第三凸臺9之間形成的空腔，第二腔21所在的閥體I的壁上開有能使第二腔21與油箱連通的回油口 36，回油口 36和泄油口 49之間的閥體I的壁上開有能使第二腔21與第一腔20連通的第七軸向流道32 ;在第七軸向流道32內螺紋安裝有可更換的可變阻尼33。第三腔22為第三凸臺9和第四凸臺10之間形成的空腔，第三腔22所在的閥體I的壁上開有使第三腔22與供油系統連通的P進油口 37。第四腔23為第四凸臺10和第五凸臺11之間形成的空腔，第四腔23所在的閥體I的壁上開有使第四腔23與油箱連通的回油口 38。第五腔24為第五凸臺11和第六凸臺12之間形成的空腔，第五腔24所在的閥體I的壁上開有使第五腔24與供油系統連通的第三油口 35，第三油口 35和第二端蓋6之間的閥體I的壁上開有能使第五腔24與第一軸向流道26連通的第六軸向流道31。如圖1、圖2和圖5所示，在第三凸臺9所在的閥體I的壁上開有用于控制執行機構的A油口 39，在第四凸臺10的閥體I的壁上開有用于控制執行機構的B油口 40。在第三凸臺9的一側端面上沿圓周方向間隔地開有能夠使回油口 36與A油口 39連通的第一溝槽41，在第三凸臺9的另一側端面上沿圓周方向間隔地開有能夠使P進油口 37與A油口 39連通的第二溝槽42。在第四凸臺10的一側端面上沿圓周方向間隔地開有能夠使P進油口37與B油口 40連通的第三溝槽43，在第四凸臺10的另一側端面上沿圓周方向間隔地開有能夠使回油口 38與B油口 40連通的第四溝槽44。如圖8所示，第三凸臺9上的第二溝槽42與第四凸臺10上的第三溝槽43在與第二閥芯4的中軸線垂直的投影面上的投影沿圓周方向交替錯開布置。第三凸臺9上的第一溝槽41與對應的第二溝槽42在與第二閥芯4的中軸線垂直的投影面上的投影相互重疊，第四凸臺10上的第三溝槽43與對應的第四溝槽44在與第二閥芯4的中軸線垂直的投影面上的投影相互重疊。作為本發明的優選方案，第三凸臺9上的第一溝槽41沿第三凸臺9的端面的圓周方向均勻分布，第三凸臺9上的第二溝槽42沿第三凸臺9的端面的圓周方向均勻分布；第四凸臺10上的第三溝槽43沿第四凸臺10的端面的圓周方向均勻分布，第四凸臺10上的第四溝槽44沿第四凸臺10的圓周方向上均勻分布。如圖1和圖3所示，閥套2在第一溝槽41所在的位置處開有相應的第一閥套窗口45，閥套2在第二溝槽42所在的位置處開有相應的第二閥套窗口 46，閥套2在第三溝槽43所在的位置處開有相應的第三閥套窗口 47，閥套2在第四溝槽44所在的位置處開有相應的第四閥套窗口 48。閥套2上的第一閥套窗口 45和對應的第四閥套窗口 48在與第二閥芯4的中軸線垂直的投影面上的投影相互重疊，閥套2上的第二閥套窗口 46和對應的第三閥套窗口 47在與第二閥芯4的中軸線垂直的投影面上的投影相互重疊，閥套2上的第一閥套窗口 45和對應的第二閥套窗口 46在與第二閥芯4的中軸線垂直的投影面上的投影沿圓周方向交替錯開布置。作為本發明的優選方案，閥套2上的第一閥套窗口 45沿閥套2的圓周方向上均勻分布，閥套2上的第二閥套窗口 46沿閥套2的圓周方向上均勻分布，閥套2上的第三閥套窗口 47沿閥套2的圓周方向上均勻分布，閥套2上的第四閥套窗口 48沿閥套2的圓周方向上均勻分布。本發明多控式可變阻尼雙自由度閥芯旋轉式四通換向閥的換向工作過程為:第一閥芯3旋轉時，通過彈簧17帶動第二閥芯4旋轉。當第二閥芯4旋轉到如圖6所示的位置時，本發明換向閥處于P — B工作狀態(即第一工作狀態)。此時，第一溝槽41與第一閥套窗口 45連通，同時第三溝槽與第三閥套窗口 47連通。由P進油口 37流進第三腔22的液壓油通過處于導通狀態的第三溝槽43和第三閥套窗口 47，經過B油口 40進入執行機構；同時，從執行機構流出的液壓油流經A油口 39，通過處于導通狀態的第一溝槽41和第一閥套窗口 45流進第二腔21，第二腔21中的液壓油經過回油口 36流回油箱。當第二閥芯4旋轉到如圖7所示的位置時，本發明換向閥處于P — A工作狀態(即第二工作狀態)。此時，第二溝槽42與第二閥套窗口 46連通，同時第四溝槽44與第四閥套窗口 48連通。由P進油口 37流進第三腔22的液壓油通過處于導通狀態的第二溝槽42和第二閥套窗口 46，經過A油口 39進入執行機構；同時，從執行機構流出的液壓油流經B油口 40，通過處于導通狀態的第四溝槽44和第四閥套窗口 48流進第四腔23，第四腔23中的液壓油經過回油口 38流回油箱。隨著第一閥芯3和第二閥芯4的旋轉，本發明換向閥周期性交替地處于第一工作狀態和第二工作狀態，從而本發明四通換向閥過流面積按照大——小——大的方式發生周期性變化，由此使閥口開度連續變化，實現本發明換向閥的換向功能。在第一閥芯3和第二閥芯4旋轉的同時，可以通過以下幾種控制方式來實現第二閥芯4的軸向位移。如圖1所示，當第六軸向流道31和第一軸向流道26保持連通時，如果將第四油口 34堵住，供油系統提供的液壓油進入第三油口 35后分成兩路:其中一路進入第五腔24后通過第二軸向流道27、第三軸向流道28、第四軸向流道29和第五軸向流道30,最后作用在第二端蓋6的底面上產生液動力；另一路經過第六軸向流道31、第一軸向流道26進入軸向通孔25，從而直接作用在第二閥芯的第二端16的端面上產生液動力。此時，如果采用的零開口的可變阻尼33將第七軸向流道32阻斷，并使作用在第二閥芯的第二端16的端面上產生的液動力大于彈簧17的預調力，那么，第二閥芯4開始向第一閥芯所在的方向發生軸向位移；如果將泄油口 49堵住，同時可采用固定開口的可變阻尼33，那么，第二腔21中的液壓油通過第七軸向流道32進入第一腔20 ;如果使作用在第二閥芯的第二端16的端面上產生的液動力大于彈簧17的預調力和第一腔20中液壓油的液動力的綜合作用力，那么，第二閥芯4開始向第一閥芯所在的方向發生軸向位移。如圖9所示，如果將第二端蓋6旋轉180度,第六軸向流道31和第一軸向流道26不再保持連通，當第六軸向流道31和第一軸向流道26不再保持連通時，外控液壓油進入第四油口 34，通過軸向通孔25直接作用在第二閥芯的第二端16的端面上產生液動力。此時，如果采用零開口的可變阻尼33將第七軸向流道32阻斷，并且使作用在第二閥芯的第二端16的端面上產生的液動力大于彈簧17的預調力，則第二閥芯4開始向第一閥芯所在的方向發生軸向位移；如果將泄油口 49堵住，同時采用固定開口的可變阻尼33，那么，第二腔21中的液壓油通過第七軸向流道32進入第一腔20 ;如果使作用在第二閥芯的第二端16的端面上產生的液動力大于彈簧17的預調力和第一腔20中液壓油的液動力的綜合作用力，那么，第二閥芯4開始向第一閥芯所在的方向發生軸向位移。本說明書實施陳述的內容只是對發明構思的實現形式的列舉，本發明的保護范圍不應當被視為只局限于實施所示的具體方式，而應當涉及于本領域技術人員根據本發明構思所能夠思考到的等同技術方式。
權利要求
1.一種多控式可變阻尼雙自由度閥芯旋轉式四通換向閥，包括閥體、閥套、閥芯、第一端蓋和第二端蓋，其特征是:所述閥芯由第一閥芯和第二閥芯構成；在第一閥芯上設有第一凸臺，在第二閥芯上設有第二凸臺、第三凸臺、第四凸臺、第五凸臺和第六凸臺，第一凸臺、第二凸臺、第三凸臺、第四凸臺、第五凸臺、第六凸臺沿第一端蓋向第二端蓋的方向依次布置； 第一閥芯 的第一端貫穿并伸出第一端蓋，所述第一閥芯的第一端或者通過聯軸器與步進電機的主軸連接，或者與旋轉比例電磁鐵的轉子連接；第一閥芯的第二端與第二閥芯的第一端相對并在第一凸臺與第二凸臺之間形成第一腔，第一腔所在的閥體壁上開有能使第一腔與油箱連通的泄油口 ；第一腔內設有一個彈簧，第一閥芯的第二端和第二閥芯的第一端均伸入所述彈簧內，所述彈簧的一端與第二閥芯固定連接，所述彈簧的另一端與第一閥芯固定連接； 第二端蓋上設有徑向的第四油口、第一軸向流道和軸向通孔，所述第四油口和第一軸向流道連通，所述第四油口和所述軸向通孔連通，第二閥芯的第二端伸入所述軸向通孔內并相互緊密配合； 第六凸臺的外端面與第二端蓋緊密接觸，所述第六凸臺設有第二軸向流道、第三軸向流道、第四軸向流道和第五軸向流道，在第五凸臺和第六凸臺之間形成第五腔，第二軸向流道、第三軸向流道、第四軸向流道、第五軸向流道分別與第五腔連通，第五腔所在的閥體壁上開有使第五腔與供油系統連通的第三油口以及能使第五腔與第一軸向流道連通的第六軸向流道； 在第二凸臺和第三凸臺之間形成第二腔，第二腔所在的閥體壁上開有能使第二腔與油箱連通的第一回油口以及能使第二腔與第一腔連通的第七軸向流道，在所述第七軸向流道內螺紋安裝有可變阻尼；在第三凸臺和第四凸臺之間形成第三腔，第三腔所在的閥體壁上開有能使第三腔與供油系統連通的P進油口 ；在第四凸臺和第五凸臺之間形成第四腔，第四腔所在的閥體壁上開有使第四腔與油箱連通的第二回油口 ； 在第三凸臺所在的閥體壁上開有用于控制執行機構的A油口，在第四凸臺所在的閥體壁上開有用于控制執行機構的B油口； 在第三凸臺的一側端面上沿圓周方向間隔地開有能夠使第一回油口與A油口連通的第一溝槽，在第三凸臺的另一側端面上沿圓周方向間隔地開有能夠使P進油口與A油口連通的第二溝槽；在第四凸臺的一側端面上沿圓周方向間隔地開有能夠使P進油口與B油口連通的第三溝槽，在第四凸臺的另一側端面上沿圓周方向間隔地開有能夠使第二回油口與B油口連通的第四溝槽；第一溝槽與對應的第二溝槽在與第二閥芯的中軸線垂直的投影面上的投影相互重疊，第三溝槽與對應的第四溝槽在與第二閥芯的中軸線垂直的投影面上的投影相互重疊，第二溝槽與第三溝槽在與第二閥芯的中軸線垂直的投影面上的投影沿圓周方向交替錯開布置； 所述閥套在第一溝槽、第二溝槽、第三溝槽和第四溝槽所在的位置處分別開有相應的第一閥套窗口、第二閥套窗口、第三閥套窗口和第四閥套窗口，第一閥套窗口與對應的第四閥套窗口在與第二閥芯的中軸線垂直的投影面上的投影相互重疊，所述第二閥套窗口與對應的第三閥套窗口在與第二閥芯的中軸線垂直的投影面上的投影相互重疊，所述第一閥套窗口和第二閥套窗口在與第二閥芯的中軸線垂直的投影面上的投影沿圓周方向交替錯開布置。
2.根據權利要求1所述的多控式可變阻尼雙自由度閥芯旋轉式四通換向閥，其特征是:所述第一溝槽和第二溝槽沿所述第三凸臺的端面的圓周方向上均勻分布，第三溝槽和第四溝槽沿所述第四凸臺的端面的圓周方向上均勻分布。
3.根據權利要求1或2所述的多控式可變阻尼雙自由度閥芯旋轉式四通換向閥，其特征是:所述第一閥套窗口、第二閥套窗口、第三閥套窗口和第四閥套窗口各自分別沿所述閥套的圓周方向上均勻分 布。
全文摘要
本發明公開了一種多控式可變阻尼雙自由度閥芯旋轉式四通換向閥。其中，閥芯由第一閥芯和第二閥芯構成；在第一閥芯上設有第一凸臺，在第二閥芯上設有第二至第六凸臺，第一至第六凸臺沿第一端蓋向第二端蓋的方向依次布置；在相鄰的凸臺之間形成相應的空腔，并且在相關的空腔所在的閥體壁、凸臺所在的閥體壁上開有相應油口和/或流道，在第三、第四凸臺的端面上開設有溝槽；其中，在第一凸臺與第二凸臺之間形成的空腔內設有彈簧。第六凸臺設有四個軸向流道，它們分別與第五、第六凸臺之間形成的空腔流通。本發明具有閥芯旋轉和閥芯軸向移動兩個自由度，能通過多種控制方式對執行機構的工作頻率和幅值位移進行獨立控制。
文檔編號F15B13/02GK103089733SQ20131002193
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月22日 優先權日2013年1月22日
發明者龔國芳, 韓冬, 劉毅, 肖紅秀, 尤翔宇, 楊華勇 申請人:浙江大學