插装式二位四通水液压换向阀

摘要

本发明公开一种插装式二位四通水液压换向阀。包括两组常开式插装阀单元、两组常闭式插装阀单元、盖板、主阀体和一个二位三通先导电磁球阀。插装阀单元为三级同心式结构，四个插装阀单元的先导控制腔通过阀体内部的孔道与先导电磁球阀出水口相通。本发明解决了水液压系统中采用传统二位四通滑阀泄漏大，容易卡死，阀口腐蚀等问题，也可避免采用传统插装阀结构必须用两个二位三通先导电磁球阀造成的结构复杂、可靠性低、控制的同步精度引起的换向冲击等问题。本发明具有通流能力大，密封性能好，灵敏度高，抗污染能力强，结构紧凑，能实现平稳高速换向的特点。特别适合于大流量、以海水、淡水及高水基低粘度液体为传动介质的液压系统。

说明书

技术领域

本发明涉及一种液压换向阀，尤其是涉及一种插装式二位四通水液压换向阀。

背景技术

直接以天然海水或淡水作为液压工作介质的水液压传动技术有安全、节能、经济、卫生的特点，满足可持续发展社会对低碳节能和自然环保等方面的需求，水液压研究已成为当今国际液压技术领域的前沿课题，并具广阔的应用前景。

水液压元件的设计、制造及维护等方面仍存在许多技术难题。由于水介质的粘度较低，润滑较差，易产生水锈和水垢等缺点。设计水液压元件时的密封要求更小的间隙，但是只通过减小密封间隙又会引致加工精度要求高，阀芯磨损严重和易堵塞卡死等问题，所以滑阀式结构不再适用于水介质液压阀的设计。

传统的二通插装阀可以通过控制阀芯启闭由多个结构相同的插装阀单元组合来实现二位四通的功能，但是控制插装阀单元启闭的先导控制阀必须是一个二位四通水液压阀或者两个二位三通水液压阀。若采用一个二位四通水液压阀做先导控制阀的方案则阀的设计问题依旧是要设计一个先导控制用的小通径的二位四通水液压阀，依旧无法摆脱二位四通阀存在的设计难题。若先导控制阀采用两个二位三通水液压阀组合来控制主阀，不但结构复杂，可靠性降低，而且由于整个阀的零部件大多因选用的是昂贵的不锈钢材料，还会明显增加阀的成本。

在许多液压系统换向控制设备上对换向需要连续快速换向且无需中位定位的要求，诸如在海水淡化反渗透系统能量回收装置、合成氨工艺铜氨液余压能量回收装置中，需要能量回收交换缸能快速、低损耗、低冲击换向，需要保证工作的可靠性和换向的快速性，若采用三位四通换向阀换向，会造成换向过程的中位等待，降低换向效率；若采用开关阀组组合又可能会造成新鲜进液与废液的串混，影响工艺效果。而本发明完全满足此类系统的设计要求，能很好的实现工作口的切换和解决串水泄水等问题，减少能量的损失，实现高效能量回收的节能目的。本发明对于有类似液压换向要求的设备同样能体现其优越之处。

发明内容

本发明的目的在于提供一种插装式二位四通水液压换向阀，它解决了水液压系统中滑阀式换向阀易于卡死和泄露严重的问题，只使用一个二位三通先导球阀控制主阀的阀芯启闭，降低了制造成本，提高了阀工作的可靠性，插装阀单元的互换性较好，阀芯结构简洁装配方便，实现无泄漏锥密封，加工精度要求低，使用寿命长。

本发明采用的技术方案是：

本发明的插装式二位四通水液压换向阀包括：两个结构相同的高压端常开插装阀单元和低压端常开插装阀单元，两个结构相同的高压端常闭插装阀单元和低压端常闭插装阀单元；高压端常开插装阀单元的常开主通流腔入口和高压端常闭插装阀单元的常闭主通流腔入口连通后接供水高压P口；低压端常闭插装阀单元的常闭主通流腔出口和低压端常开插装阀单元的常开主通流腔出口接回水低压T口；低压端常闭插装阀单元的常闭主通流腔入口和高压端常开插装阀单元的常开主通流腔出口连通后接第一出水A口；低压端常开插装阀单元的常开主通流腔入口和高压端常闭插装阀单元的常闭主通流腔出口连通后接第二出水B口；两个常开盖板泄水腔和两个常闭盖板泄水腔连通后接泄水L口；两个常开先导控制腔和两个常闭先导控制腔连通后接先导控制口。

所述的插装式二位四通水液压换向阀的高压端常开插装阀单元和低压端常开插装阀单元结构相同，其常开插装阀芯是一根中间粗两端细的阶梯轴，与常开插装阀套组成三级同心结构，形成常开主通流腔入口、常开主通流腔出口、常开盖板端控制腔和常开阀口端泄水腔；常开插装阀芯、常开插装阀套与二位四通阀主阀体和常开盖板装配后形成常开先导控制腔和常开盖板泄水腔；常开先导控制腔通过常开插装阀套的孔道与常开盖板端控制腔连通；常开阀口端泄水腔通过常开插装阀芯的孔道与常开盖板泄水腔连通；常开插装阀芯在常开先导控制腔无控制压力时，常开插装阀芯开启，常开主通流腔入口与常开主通流腔出口连通；在常开先导控制腔有控制压力时，常开插装阀芯闭合，常开主通流腔入口与常开主通流腔出口通过常开插装阀芯阀口端的锥面密封隔离。

所述的插装式二位四通水液压换向阀的高压端常闭插装阀单元和低压端常闭插装阀单元结构相同，其常闭插装阀芯是一根中间粗两端细的阶梯轴，与常闭插装阀套组成三级同心结构，形成常闭主通流腔入口、常闭主通流腔出口、常闭盖板端压力腔和常闭阀口端控制腔；常闭插装阀芯、常闭插装阀套与二位四通阀主阀体和常闭盖板装配后形成常闭先导控制腔和常闭盖板泄水腔；常闭先导控制腔通过常闭插装阀套的孔道与常闭阀口端控制腔连通；常闭盖板端压力腔通过常闭插装阀芯的孔道与常闭主通流腔入口连通；常闭插装阀芯在常闭先导控制腔无控制压力时，常闭插装阀芯闭合，常闭主通流腔入口与常闭主通流腔出口通过常闭插装阀芯阀口端的锥面密封隔离；在常闭先导控制腔有控制压力时，常闭插装阀芯开启，常闭主通流腔入口与常闭主通流腔出口连通。

本发明具有的有益效果是：

采用本发明可以解决水液压系统中采用传统二位四通滑阀泄漏大，容易卡死，阀口腐蚀等问题，也可避免采用传统插装阀结构必须用两个二位三通先导电磁球阀造成的结构复杂、可靠性低、控制的同步精度引起的换向冲击等问题。本发明涉及液体余压能量回收领域，尤其是采用液压缸往复式压力交换能量回收装置，也可以应用于各种设备液压系统的换向控制。本发明具有通流能力大，密封性能好，灵敏度高，抗污染能力强，结构紧凑，能实现平稳高速换向的特点。特别适合于大流量、以海水、淡水及高水基低粘度液体为传动介质的液压系统。

附图说明

图1是插装式二位四通水液压换向阀先导阀电磁铁未通电时的结构示意图。

图2是插装式二位四通水液压换向阀的原理符号示意图。

图3是插装式二位四通水液压换向阀先导阀电磁铁通电时的结构示意图。

图4是常开插装阀单元结构图。

图5是常闭插装阀单元结构图。

图中：H.高压端常开插装阀单元，I.低压端常闭插装阀单元，J.低压端常开插装阀单元，K.高压端常闭插装阀单元，C. 先导阀出水口，X.先导阀供水口，Y.先导阀回水口，1.二位三通先导电磁球阀，2.二位四通阀主阀体，3.常开主通流腔入口，4.常开主通流腔出口，5.常开先导控制腔，6.常开插装阀套，7.常开插装阀芯，8.常开盖板泄水腔，9.常开盖板，10.常开盖板端控制腔，11.常开阀口端泄水腔，12.常闭主通流腔入口，13.常闭主通流腔出口，14.常闭插装阀套，15.常闭插装阀芯，16.常闭阀芯复位弹簧，17.常闭盖板，18.常闭盖板泄水腔，19.常闭盖板端压力腔，20.常闭阀口端控制腔，21.常闭先导控制腔，22.先导控制口，23.密封件。

具体实施方式

以下结合附图和实施方式对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本发明包括两个结构相同的高压端常开插装阀单元H和低压端常开插装阀单元J，两个结构相同的高压端常闭插装阀单元K和低压端常闭插装阀单元I；高压端常开插装阀单元H的常开主通流腔入口和高压端常闭插装阀单元K的常闭主通流腔入口连通后接供水高压P口；低压端常闭插装阀单元I的常闭主通流腔出口和低压端常开插装阀单元J的常开主通流腔出口接回水低压T口；低压端常闭插装阀单元I的常闭主通流腔入口和高压端常开插装阀单元H的常开主通流腔出口连通后接第一出水A口；低压端常开插装阀单元J的常开主通流腔入口和高压端常闭插装阀单元K的常闭主通流腔出口连通后接第二出水B口；两个常开盖板泄水腔和两个常闭盖板泄水腔连通后接泄水L口；两个常开先导控制腔和两个常闭先导控制腔连通后接到先导控制口22。

所述的高压端常开插装阀单元H和低压端常开插装阀单元J结构相同，其常开插装阀芯7是一根中间粗两端细的阶梯轴，与常开插装阀套6组成三级同心结构，形成常开主通流腔入口3、常开主通流腔出口4、常开盖板端控制腔10和常开阀口端泄水腔11；常开插装阀芯7、常开插装阀套6与二位四通阀主阀体2和常开盖板9装配后形成常开先导控制腔5和常开盖板泄水腔8；常开先导控制腔5通过常开插装阀套6的孔道与常开盖板端控制腔10连通；常开阀口端泄水腔11通过常开插装阀芯7的孔道与常开盖板泄水腔8连通；常开插装阀芯7在常开先导控制腔5无控制压力时，常开插装阀芯7开启，常开主通流腔入口3与常开主通流腔出口4连通；在常开先导控制腔5有控制压力时，常开插装阀芯7闭合，常开主通流腔入口3与常开主通流腔出口4通过常开插装阀芯阀口端的锥面密封隔离。

所述的高压端常闭插装阀单元K和低压端常闭插装阀单元I结构相同，其常闭插装阀芯15是一根中间粗两端细的阶梯轴，与常闭插装阀套14组成三级同心结构，形成常闭主通流腔入口12、常闭主通流腔出口13、常闭盖板端压力腔19和常闭阀口端控制腔20；常闭插装阀芯15、常闭插装阀套14与二位四通阀主阀体2和常闭盖板17装配后形成常闭先导控制腔21和常闭盖板泄水腔18；常闭先导控制腔21通过常闭插装阀套14的孔道与常闭阀口端控制腔20连通；常闭盖板端压力腔19通过常闭插装阀芯15的孔道与常闭主通流腔入口12连通；常闭插装阀芯15在常闭先导控制腔21无控制压力时，常闭插装阀芯15闭合，常闭主通流腔入口12与常闭主通流腔出口13通过常闭插装阀芯阀口端的锥面密封隔离；在常闭先导控制腔21有控制压力时，常闭插装阀芯15开启，常闭主通流腔入口12与常闭主通流腔出口13连通。

如图2符号示意图所示，本发明是由一个二位三通先导电磁球阀1控制的插装式二位四通水液压换向阀。二位四通阀主阀体2的四个插装阀单元的先导控制腔通过主阀体的孔道与二位三通先导电磁球阀1的先导阀出水口C相连接。先导阀供水口X的压力由二位四通阀主阀体2的供水高压P口提供时，整个阀为内控式二位四通阀。先导阀供水口X的压力由外接控制压力提供时，则阀为外控式二位四通阀，采用外控方式时需保证控制压力不低于主阀供水高压P口的工作压力。

如图4所示为常开插装阀单元的结构示意图，常开插装阀套6、常开插装阀芯7和常开盖板9装配后形成常开主通流腔入口3、常开主通流腔出口4、常开阀口端泄水腔11、常开盖板端控制腔10和常开先导控制腔5，常开先导控制腔5通过常开插装阀套6的孔道与常开盖板端控制腔10连通。当常开先导控制腔5无控制压力时，则常开盖板端控制腔10也无压力，而常开主通流腔入口3有压力，则液压力沿通流方向作用在常开插装阀芯7上，液压合力使常开插装阀芯7打开，常开主通流腔入口3和常开主通流腔出口4连通；当常开先导控制腔5有控制压力时，则常开盖板端控制腔10有压力，常开主通流腔入口3也有压力，但是常开盖板端控制腔10的环形面积大于常开主通流腔入口3的面积，液压合力使常开插装阀芯7关闭，常开主通流腔入口3和常开主通流腔出口4隔离。

如图5所示为常闭插装阀单元的结构示意图，常闭插装阀套14、常闭插装阀芯15和常闭盖板17装配后形成常闭主通流腔入口12、常闭主通流腔出口13、常闭阀口端控制腔20、常闭盖板端压力腔19和常闭先导控制腔21，常闭先导控制腔21通过常闭插装阀套14的孔道与常闭阀口端控制腔20连通。当常闭先导控制腔21无控制压力时，则常闭阀口端控制腔20也无压力，而常闭主通流腔入口12有压力，且常闭盖板端压力腔19通过阀芯的通流孔道与常闭主通流腔入口12连通，但由于常闭盖板端压力腔19的环形面积大于常闭主通流腔入口12的面积，则液压力作用在阀芯上的合作用力使阀芯关闭，常闭主通流腔入口12和常闭主通流腔出口13隔离；当常闭先导控制腔21有控制压力时，则常闭阀口端控制腔20有压力，因常闭阀口端控制腔20环形面积与常闭主通流腔入口12的面积之和大于常闭盖板端压力腔19的环形面积，则液压作用合力使常闭插装阀芯15开启，常闭主通流腔入口12与常闭主通流腔出口13连通。

则由图4和图5可知当先导控制腔无控制压力时，常开插装阀芯开启，常闭插装阀芯闭合；当先导控制腔有控制压力时，常开插装阀芯闭合，常闭插装阀芯开启。

如图1所示，当二位三通先导电磁球阀1的电磁铁未通电时，二位三通先导电磁球阀处于左位，则先导阀的出水口连接先导阀回水口Y，四个插装阀单元的先导控制腔无控制压力，则高压端常开插装阀单元H的阀芯打开，主阀体的供水高压P口与第一出水A口连通；低压端常闭插装阀单元I的阀芯关闭，主阀体的第一出水A口与回水低压T口隔离；高压端常闭插装阀单元K的阀芯关闭，主阀体的供水高压P口与第二出水B口隔离；低压端常开插装阀单元J的阀芯开启，主阀体的第二出水B口与回水低压T口连通。即当二位三通先导电磁球阀未通电时，供水高压P口与第一出水A口连通，第二出水B口与回水低压T口连通。

如图3所示，当二位三通先导电磁球阀1的电磁铁通电后，二位三通先导电磁球阀处于右位，则先导阀的出水口连接先导阀供水口X，四个插装阀单元的先导控制腔有控制压力，则高压端常开插装阀单元H的阀芯闭合，主阀体的供水高压P口与第一出水A口隔离；低压端常闭插装阀单元I的阀芯开启，主阀体的第一出水A口与回水低压T口连通；高压端常闭插装阀单元K的阀芯开启，主阀体的供水高压P口与第二出水B口连通；低压端常开插装阀单元J的阀芯闭合，主阀体的第二出水B口与回水低压T口隔离。即当二位三通先导电磁球阀通电后，供水高压P口与第二出水B口连通，第一出水A口与回水低压T口连通。

另外，阀内部泄露的水通过盖板孔道和主阀体上的孔道连通一起，并连接到泄水L口，若泄水L口与主阀回水低压T口连通时为内泄式换向阀，若泄水L口直接引出单独排水时为外泄式换向阀。

本发明的插装阀单元内部的动密封以及插装阀套与主阀体之间的静密封分别使用密封件23实现密封。在常闭插装阀泄水腔设计装有常闭阀芯复位弹簧16以防止二位四通阀在工作前所有阀芯都处于打开状态，以致主阀供压时出现卸荷不能正常工作的情况，复位弹簧可以保证常闭插装阀芯在无压力工作时能复位关闭。本发明可以通过调节阀芯阶梯轴的直径尺寸比例按需改变阀芯的启闭特性，阀芯在通流阻尼器和缓冲结构的作用下，可以控制减缓阀芯的运动速度以减轻阀芯启闭过程的冲击力。采用本发明的原理，可以按照设备需求改变阀芯的通径大小设计出多种通径的二位四通水液压换向阀。

本发明属于液压换向控制阀类，具有通流能力大，密封性能好，灵敏度高，抗污染能力强，结构紧凑，能实现平稳高速换向的特点。特别适合于大流量以海水、淡水及高水基低粘度液体为传动介质的液压系统，也可用于以矿物油为介质的液压系统。