基于转动式阀芯的全稳态六位四通换向阀及其切换方法与流程

本发明属于电磁阀技术领域，具体涉及一种基于转动式阀芯的全稳态六位四通换向阀及其切换方法。

背景技术：

现有的四通电磁换向阀中，阀芯的工作位通过滑动进行调节，阀芯的复杂加工成本高，且一般仅具有三个工作位；若滑动阀芯要具有六个工作位，则需要大大增加阀芯尺寸或增加阀芯的复杂程度。此外，现有的电磁换向阀仅有一个不需要消耗电能的稳定工作位，而电磁换向阀处于非稳定工作位时，电磁铁需要持续通电消耗电能。这大大提高了电磁换向阀的使用成本，仅有双稳态电磁通电阀能够具有两个稳定工作位；但是，对于换向阀而言，往往需要有三个或三个以上的工作位，以满足使用要求。因此，设计一种所有工作位均为稳定工作位的换向阀十分重要。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于转动式阀芯的全稳态六位四通换向阀及其切换方法。

本发明一种基于转动式阀芯的全稳态六位四通换向阀，包括阀座(1)、阀芯(2)、第一单向阀(4)、第二单向阀(5)、第三单向阀(6)和工作位切换机构(3)。所述的阀座(1)包括固定在一起的第一油口盘(1-1)、第二油口盘(1-2)和连接架。第一油口盘(1-1)与第二油口盘(1-2)间隔设置。第一油口盘(1-1)上开设有进油口(p)和第二工作油口(b)；第二油口盘(1-2)开设有回油口(t)和第一工作油口(a)。

所述的阀芯(2)设置在第一油口盘(1-1)与第二油口盘(1-2)之间，且两端与第一油口盘(1-1)与第二油口盘(1-2)分别构成转动副。阀芯(2)靠近第一油口盘(1-1)的那端端面上开设有沿自身中心轴线周向均布的六个进侧油口，分别为第一进侧油口(c1)至第六进侧油口(c6)。阀芯(2)靠近第二油口盘(1-2)的那端端面上开设有沿自身中心轴线周向均布的六个出侧油口，分别为第一出侧油口(d1)至第六出侧油口(d6)。通过转动阀芯，阀座上的进油口(p)、第二工作油口(b)能够分别与阀芯上的六个进侧油口对接，阀座上的回油口(t)和第一工作油口(a)能够分别与阀芯上的各个出侧油口对接。

所述阀芯(2)的第一进侧油口(c1)与第一出侧油口(d1)连通，第四进侧油口(c4)与第四出侧油口(d4)连通，第二进侧油口(c2)与第四进侧油口(c4)通过第一径向流道(2-1)连通，第二出侧油口(d2)与第四出侧油口(d4)通过第二径向流道(2-2)连通，第三进侧油口(c3)及第六出侧油口(d6)均截止，第六进侧油口(c6)与第三出侧油口(d3)通过第三径向流道(2-3)连通。

所述第四进侧油口(c4)与第四出侧油口(d4)之间的流道中设置有第一单向阀(4)；第一单向阀(4)的输入端与第四出侧油口(d4)连通。第二进侧油口(c2)与第五进侧油口(c5)之间的流道中设置有第二单向阀(5)；第二单向阀(5)的输入端与第二进侧油口(c2)连通。第二出侧油口(d2)与第五出侧油口(d5)之间的流道中设置有第三单向阀(6)；第三单向阀(6)的输入端与第二出侧油口(d2)连通。

所述阀芯(2)的两端均开设有锁位凹槽组。锁位凹槽组包括沿阀芯(2)中心轴线周向均布的六个锁位凹槽(2-4)。第一油口盘(1-1)和第二油口盘(1-2)的相对侧面上均开设有一个或多个弹子安置槽。弹子安置槽与阀芯(2)上的锁位凹槽组位置对应。各个弹子安置槽内均设置有弹簧(7)和锁位弹子(8)。锁位弹子(8)在弹簧(8)的弹力下抵住阀芯(2)。锁位弹子(8)抵住阀芯(2)上的锁位凹槽(2-4)的状态下，阀芯(2)处于其中一个工作位。

所述的工作位切换机构(3)包括电磁推杆(3-1)、不完全圆柱凸轮(3-2)、单向轴承(3-3)和联接杆(3-4)。单向轴承(3-3)的内圈与阀芯(2)的外侧壁固定。不完全圆柱凸轮(3-2)与单向轴承(3-3)的外圈固定。不完全圆柱凸轮(3-2)的外侧面开设有工作轮廓槽。工作轮廓槽相对于阀芯的中心轴线倾斜设置，且对应的圆心角为60°。电磁推杆(3-1)固定在阀座上。电磁推杆(3-1)的推出杆外端固定有联接杆(3-4)。联接杆(3-4)的外端伸入不完全圆柱凸轮(3-2)的工作轮廓槽内。

作为优选，所述第一油口盘(1-1)上的进油口(p)与第二工作油口(b)对中设置在阀芯(2)中心轴线的两侧。第二油口盘(1-2)上的回油口(t)与第一工作油口(a)对中设置在阀芯(2)中心轴线的两侧。各进侧油口及出侧油口的中心轴线到阀芯(2)中心轴线的距离等于进油口(p)、第一工作油口(a)、第二工作油口(b)及回油口(t)中心轴线到阀芯(2)的中心轴线的距离。

作为优选，所述第一油口盘(1-1)的内侧面上的进油口(p)、第二工作油口(b)、第二油口盘(1-2)的内侧面上的回油口(t)和第一工作油口(a)处均开设有环形槽。四个环形槽内均嵌有(o)型密封圈。四个(o)型密封圈分别环住进油口(p)、第二工作油口(b)、回油口(t)和第一工作油口(a)，且与阀芯(2)的端面接触。

作为优选，所述的阀芯(2)和阀座具有六种不同的工作位；具有六种工作位对应的油口连接关系具体如下：

①.进油口(p)与第一进侧油口(c1)连通；第二工作油口(b)与第四出侧油口(d4)连通；第一出侧油口(d1)与第一工作油口(a)连通；回油口(t)与第四进侧油口(c4)连通。

②.进油口(p)与第二进侧油口(c2)连通；第二工作油口(b)与第五进侧油口(c5)连通；第一工作油口(a)与第二出侧油口(d2)连通；回油口(t)与第五进侧油口(c5)连通。

③.进油口(p)与第三进侧油口(c3)连通；第二工作油口(b)与第六进侧油口(c6)连通；第一工作油口(a)与第三出侧油口(d3)连通；回油口(t)与第六出侧油口(d6)连通；

④.进油口(p)与第四出侧油口(d4)连通；第二工作油口(b)与第一进侧油口(c1)连通；第一出侧油口(d1)与第四进侧油口(c4)连通；回油口(t)与第一工作油口(a)连通。

⑤.进油口(p)与第五进侧油口(c5)连通；第二工作油口(b)与第二进侧油口(c2)连通；第一工作油口(a)与第五进侧油口(c5)连通；回油口(t)与第二出侧油口(d2)连通。

⑥.进油口(p)与第六进侧油口(c6)连通；第二工作油口(b)与第三进侧油口(c3)连通；第一工作油口(a)与第六出侧油口(d6)连通；回油口(t)与第三出侧油口(d3)连通；

作为优选，所述的锁位凹槽(2-4)呈锥形。

作为优选，所述的阀芯(2)呈圆柱状。

作为优选，所述联接杆(3-4)的轴线与阀芯(2)的中心轴线垂直相交。

作为优选，所示联接杆(3-4)的外端支承有滚子。

作为优选，所述的第一油口盘(1-1)和第二油口盘(1-2)上均设置有两个弹子安置槽；同一油口盘上的两个弹子安置槽对中设置在阀芯(2)中心轴线的两侧。

该基于转动式阀芯的全稳态六位四通换向阀的切换方法，具体如下：

初始状态下，第一油口盘(1-1)上的进油口(p)、第二工作油口(b)与阀芯上的两个进侧油口对接；第二油口盘(1-2)上的回油口(t)、第一工作油口(a)与阀芯上的两个出侧油口对接。

步骤一、电磁推杆推出，联接杆(3-4)向外移动，联接杆(3-4)从不完全圆柱凸轮(3-2)的工作轮廓槽的一端移动到另一端，带动不完全圆柱凸轮(3-2)正向转动60°，在该转动方向上，单向轴承(3-3)的外圈和内圈不能相对转动，使得阀芯(2)随不完全圆柱凸轮(3-2)转动60°；使得阀芯(2)从一个工作位切换到相邻的另一个工作位。

步骤二、电磁推杆缩回，联接杆(3-4)向内移动，带动不完全圆柱凸轮(3-2)反向转动60°，在该转动方向上，单向轴承(3-3)的外圈和内圈能够相对转动。阀芯(2)保持静止。

通过重复执行步骤一和二就能够重复实现阀芯(2)工作位的持续切换，从而通过控制电磁推杆的推拉次数即可将阀芯切换到任意一个工作位。

本发明具有的有益效果是：

1.本发明的阀芯通过转动进行切换；基于此，在阀芯内部仅设置了三个单向阀和五条相互独立的流道，且各流道均为简单的轴向孔或纵向孔，结构十分简单的情况，就能够实现六个互不相同的工作位；相比于现有的移动式阀芯的多位四通阀，本发明的成本得到了显著的降低。

2.本发明中的电磁推杆仅在切换工作位时需要通电耗能，其余时间均不消耗电能，这使得本发明的所有工作位均为稳态工作位，大大降低了本发明的使用成本并延长了本发明的使用寿命。

3、本发明通过电磁推杆、单向轴承、圆柱凸轮相配合，仅通过电磁推杆的通断电就能实现阀芯工作位的持续切换，大大降低了本发明的控制难度和成本。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明中阀芯的立体图；

图3为本发明六个工作位的油路示意图；

图4为本发明在第一个工作位下的剖面示意图；

图5为本发明在第二个工作位下的剖面示意图；

图6为本发明在第三个工作位下的剖面示意图；

图7为本发明在第四个工作位下的剖面示意图；

图8为本发明在第五个工作位下的剖面示意图；

图9为本发明在第六个工作位下的剖面示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

如图1和2所示，一种基于转动式阀芯的全稳态六位四通换向阀，包括阀座1、阀芯2、第一单向阀4、第二单向阀5、第三单向阀6、锁位组件和工作位切换机构3。阀座1包括第一油口盘1-1、第二油口盘1-2和连接架。第一油口盘1-1与第二油口盘1-2间隔设置，且通过连接架固定。第一油口盘1-1上开设有进油口p和第二工作油口b；第二油口盘1-2开设有回油口t和第一工作油口a；

如图1、2、4、5和6所示阀芯2设置在第一油口盘1-1与第二油口盘1-2之间，且两端与第一油口盘1-1与第二油口盘1-2分别通过转轴和轴承构成转动副。阀芯2呈圆柱状。阀芯2靠近第一油口盘1-1的那端端面上开设有沿自身中心轴线周向均布且依次排列的六个进侧油口，分别为第一进侧油口c1至第六进侧油口c6。阀芯2靠近第二油口盘1-2的那端端面上开设有沿自身中心轴线周向均布且依次排列的六个出侧油口，分别为第一出侧油口d1至第六出侧油口d6。

第一油口盘1-1上的进油口p与第二工作油口b对中设置在阀芯2中心轴线的两侧。第二油口盘1-2上的回油口t与第一工作油口a对中设置在阀芯2中心轴线的两侧。各进侧油口及出侧油口的中心轴线到阀芯2中心轴线的距离等于进油口p、第一工作油口a、第二工作油口b及回油口t中心轴线到阀芯2的中心轴线的距离。第一油口盘1-1的内侧面上的进油口p、第二工作油口b、第二油口盘1-2的内侧面上的回油口t和第一工作油口a处均开设有环形槽。四个环形槽内均嵌有o型密封圈。四个o型密封圈分别环住进油口p、第二工作油口b、回油口t和第一工作油口a，且与阀芯2的端面接触。，用于避免进油口p、第二工作油口b、回油口t和第一工作油口a与阀芯之间发生漏液。

阀芯2的第一进侧油口c1与第一出侧油口d1连通，第四进侧油口c4与第四出侧油口d4连通，第二进侧油口c2与第四进侧油口c4通过第一径向流道2-1连通，第二出侧油口d2与第四出侧油口d4通过第二径向流道2-2连通，第三进侧油口c3及第六出侧油口d6均截止(即盲孔)，第六进侧油口c6与第三出侧油口d3通过第三径向流道2-3连通。

第四进侧油口c4与第四出侧油口d4之间的流道中设置有第一单向阀4；第一单向阀4的输入端与第四出侧油口d4连通，能够阻止“第四进侧油口c4→第四出侧油口d4”方向的液压介质流动(用于阻止进油口p的油液流向第一工作油口a)。第二进侧油口c2与第五进侧油口c5之间的流道(第一径向流道2-1)中设置有第二单向阀5；第二单向阀5的输入端与第二进侧油口c2连通，能够阻止“第五进侧油口c5→第二进侧油口c2”方向的液压介质流动(用于阻止进油口p的油液流向第二工作油口b)。第二出侧油口d2与第五出侧油口d5之间的流道(第二径向流道2-2)中设置有第三单向阀6；第三单向阀6的输入端与第二出侧油口d2连通，能够阻止“第五出侧油口d5→第二出侧油口d2”方向的液压介质流动(用于阻止第一工作油口a的油液流向回油口t)。

如图3所示，阀芯2和阀座具有六种不同的工作位，通过转动阀芯2实现六种连通顺序的切换；具有六种工作位对应的油口连接关系具体如下：

(1)如图4所示，进油口p→第一进侧油口c1→第一出侧油口d1→第一工作油口a；第二工作油口b→第四出侧油口d4→第四进侧油口c4→回油口t(此时第一单向阀4导通)。此时，第一工作油口a输出液压介质驱动油缸，第二工作油口b回流液压介质驱动油缸。

(2)如图5所示，进油口p→第二进侧油口c2→第五进侧油口c5→第二工作油口b；第一工作油口a→第二出侧油口d2→第五进侧油口c5→回油口t。此时，第二工作油口b输出液压介质，第一工作油口a回流液压介质。

(3)如图6所示，进油口p连通第三进侧油口c3并截止；回油口t连通第六出侧油口d6并截止；第一工作油口a经第三出侧油口d3、第六进侧油口c6与第二工作油口b连通。此时，第一工作油口a与第二工作油口b连通，进油口p和回油口t均截止，呈现u型三位四通换向阀的中位状态，油缸处于浮动状态活塞杆自由运动，泵不卸荷。

(4)如图7所示，第四进侧油口c4与第四出侧油口d4之间的第一单向阀4阻止输入进油口p的液压介质流向第一工作油口a。第二工作油口b经第一进侧油口c1、第一出侧油口d1与回油口t连通；呈现j型三位四通换向阀的中位状态，进油口p保持压力，泵不卸荷，油缸停止。

(5)如图8所示，第二进侧油口c2与第五进侧油口c5之间的第二单向阀5阻止输入进油口p的液压介质流向第二工作油口b；第二出侧油口d2与第五出侧油口d5之间的第三单向阀6阻止输入第一工作油口a的液压介质流向回油口t；使得进油口p、回油口t、第一工作油口a及第二工作油口b均截止，呈现o型三位四通换向阀的中位状态，油缸活塞杆锁止，泵不卸荷，系统保压。

(6)如图9所示，第一工作油口a连通第三进侧油口c3并截止；第二工作油口b连通第六出侧油口d6并截止；仅油口经第六进侧油口c6、第三出侧油口d3与回油口t连通。此时，第一工作油口a和第二工作油口b截止，进油口p与回油口t连通，呈现m型三位四通换向阀的中位状态，油缸活塞杆锁止，泵卸荷。

阀芯2的两端均开设有锁位凹槽组。锁位凹槽组包括沿阀芯2中心轴线周向均布的六个锁位凹槽2-4。凹槽呈锥形，实现对锁位弹子8的定位，同时便于阀芯2收到驱动时的分离。第一油口盘1-1和第二油口盘1-2的相对侧面上均开设有两个弹子安置槽。两个弹子安置槽对中设置在阀芯2中心轴线的两侧。弹子安置槽与阀芯2上的锁位凹槽组位置对应。各个弹子安置槽内均设置有锁位组件。锁位组件包括弹簧7和锁位弹子8。弹簧7设置弹子安置槽内，且外端与锁位弹子8固定。锁位弹子8的弹簧7的推力作用下抵住阀芯2。当各个锁位弹子8分别抵住阀芯2上的锁位凹槽2-4时，阀芯2处于一个工作位。阀芯2处于不同的工作位时，锁位弹子8抵住不同锁位凹槽2-4(六个锁位凹槽2-4对应六个工作位)。

工作位切换机构3包括电磁推杆3-1、不完全圆柱凸轮3-2、单向轴承3-3和联接杆3-4。单向轴承3-3的内圈与阀芯2的外侧壁固定。不完全圆柱凸轮3-2与单向轴承3-3的外圈固定。不完全圆柱凸轮3-2呈圆弧状(呈瓦片状)，外侧面开设有工作轮廓槽。工作轮廓槽呈圆柱螺旋线状，对应的圆心角为60°。工作轮廓槽的圆心轴线与阀芯2的中心轴线重合。电磁推杆3-1固定在阀座上。电磁推杆3-1的推拉方向平行于阀芯2的中心轴线。电磁推杆3-1的推出杆外端与联接杆3-4内端固定。联接杆3-4的轴线与阀芯2的中心轴线垂直相交。联接杆3-4的外端伸入不完全圆柱凸轮3-2的工作轮廓槽内。联接杆3-4的外端支承有滚子，从减小与不完全圆柱凸轮3-2之间的传动阻力。电磁推杆3-1的供电接口通过继电器与控制器连接。

当电磁推杆3-1推出或缩回时，将驱动不完全圆柱凸轮3-2和单向轴承3-3的外圈正向或反向转动；由于工作轮廓槽的圆心角为60°；故电磁推杆3-1的一次推拉能带动单向轴承3-3的外圈正向转动60°后反向转动60°；又因为单向轴承3-3的外圈和内圈之间只能沿着一个方向相对转动；故单向轴承3-3的外圈进行一次往复转动，将会带动单向轴承3-3外圈和阀芯2沿一个方向转动60°；而阀芯2能够使得阀芯2从一个工作位切换到另一个工作位；因此，通过电磁推杆3-1的推出和缩回，即可实现阀芯2工作位的选择。

该基于转动式阀芯的全稳态六位四通换向阀的切换方法，具体如下：

初始状态下，第一油口盘1-1上的进油口p、第二工作油口b与阀芯上的关于阀芯轴线对称的两个进侧油口对接；第二油口盘1-2上的回油口t、第一工作油口a与阀芯上的关于阀芯轴线对称的两个出侧油口对接。

步骤一、电磁推杆推出，联接杆3-4向外移动，联接杆3-4从不完全圆柱凸轮3-2的工作轮廓槽的一端移动到另一端，带动不完全圆柱凸轮3-2正向转动60°，该转动方向上，单向轴承3-3的外圈和内圈不能相对转动，使得阀芯2随不完全圆柱凸轮3-2转动60°；使得阀芯2从一个工作位切换到相邻的另一个工作位。

步骤二、电磁推杆缩回，联接杆3-4向内移动，带动不完全圆柱凸轮3-2反向转动60°，该转动方向上，单向轴承3-3的外圈和内圈能够相对转动。阀芯2受到锁位组件中锁位弹子8的转动阻力，故单向轴承3-3的外圈转动的过程中，内圈不转动，阀芯保持静止。

通过重复执行步骤一和二就能够重复实现阀芯2工作位的持续切换，从而通过控制电磁推杆的推拉次数即可将阀芯切换到任意一个工作位。