技术领域
[0001] 本
发明涉及
液压换向阀领域，主要应用于执行机构高速往复运动的多参数（工作
频率和位移幅值）的独立控制领域。
背景技术
[0002]
混凝土砌
块成型的主要方式为振动加压成型，其成型原理为在振动和压
力作用下，使模箱中的各种颗粒相对错动以达到密实效果。振动是
混凝土砌块成型工艺中的重要环节，混凝土砌块的成型
质量以及生产效率在很大程度上取决于混凝土砌块成型机械上振动设备的性能，所以
振动台是整个砌块成型机中最关键的部分，激振器作为振动台的关键元件之一，其核心技术的突破有着重要意义。
[0003] 按激励型式的不同，激振器分为机械式、电动式、电液式等型式，机械式激振结构简单、成本低，但上限频率低，
波形失真严重，电动式激振工作频带较宽，控制方式简单，波形失真度小，但不易获得大激振力，成本高，其中电液激振器因激振力大、结构牢靠、具有无级调幅、调频、操作方便和可控性好等优点，应用越来越广泛。
[0004] 目前常用的电液激振器主要采用两种形式：（1）采用
伺服阀控制
流体的通断而产生振动，即在电液伺服阀控制
信号输入端输入振动
激励信号，阀芯作往复运动，阀口大小随即周期性变化，控制液压执行元件作往复运动，实现振动。发明
专利201110127418.5公开了一种“基于伺服阀并联的大流量高频响电液振动装置及控制方法”，该装置通过采取对伺服阀的指令信号进行移相和变幅相结合的同步控制方法，解决了阀芯运动的不同步问题，该装置所需的流量是由多个阀并联同时提供的，对每个伺服阀的流量要求不大，但由于受到伺服阀工作结构和频响特性的限制，工作频率不易于调节，响应速度慢，换向频率不高，且阀的开口量较小，其压力损失也大，流量大小受到限制，电液激振器难以实现高频激振，期望振动波形很难实现，且成本和制造
精度要求较高，加工以及维修难度比较大，抗污染性能也较差。（2）基于伺服阀的这些缺点，现在越来越多的电液激振器采用旋转式换向阀来控制流体的通断从而产生振动，旋转式换向阀是指通过阀芯的旋转来实现油路通断和换向的阀。如参考专利US6499507，该阀阀芯与阀套上的开口组成了一系列的进口与出口，随着阀芯的转动，阀芯的割槽与阀套的开口配合实现进入
液压缸两侧油液的通断，该阀可以避免转阀的共振和自激振动，降低了噪声，同时换向操作简便，但该阀配合尺寸较多，阀芯与阀套配合要求高，提高了转阀的加工与安装难度。参考专利201310021709.5公开了一种“双
电机驱动的双阀芯旋转式方向
节流阀”，该阀两瓣阀芯均由
驱动电机直接驱动旋转，避免了未知死区和零点漂移利用两瓣阀芯的同向旋转，容易构成
位置反馈，提高了控制精度，但该阀两瓣阀芯之间无调节轴向移动和阀芯间压紧力的装置，
密封性差，阀芯间的
泄漏较大，只能通过阀芯旋转控制执行机构的工作频率，无法对执行机构的工作频率与幅值进行独立控制，此外该阀需要两个电机同时驱动两瓣阀芯同向旋转，控制较为复杂，调节难度较高。参考专利201310021948.0公开了“一种内控式双自由度阀芯旋转式四通换向阀”，该阀有阀芯旋转和阀芯轴向移动两个自由度，步进电机带动阀芯旋转，主动液压力与
弹簧预调力的综合作用
控制阀芯轴向移动，但该阀这种靠主动液压力与弹簧预调力来控制阀芯轴向移动的方式调节起来较为困难且不稳定，并且增加了该阀结构的复杂程度，采用在阀芯的台肩两侧开凹槽的结构，使其流量较小，且由于液压流道的非对称性，轴向液动力也较大。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于提供一种带有中间轴的双阀芯双自由度旋转式四通换向阀，实现对电液激振器的工作频率与幅值进行独立控制，克服现有的液压换向阀流量小、轴向液动力大、换向频率低及不易调节的
缺陷。
[0006] 本发明提供的技术方案为：一种带有中间轴的双阀芯双自由度旋转式四通换向阀，包括一中部沿轴向贯穿的
阀体，所述阀体内自左向右依次设置有经一电机驱动的左阀芯、与所述左阀芯转动连接的中间轴和一滑动设置于阀体内且中部沿轴向贯穿的右阀芯，所述中间轴的左端与所述左阀芯的右端转动连接，所述中间轴的右端横向穿过右阀芯且延伸至固定于阀体端部的右端盖内，所述阀体另一端部固定有一左端盖；所述左阀芯和右阀芯的外表面自左向右间隔设有两个环形凹槽，所述环形凹槽上分别沿周向均匀布设有n个径向的第一流道，所述左阀芯还沿周向间隔开设有2n个自左向右的第二流道，所述左阀芯两个环形凹槽中各自的第一流道分别与其中一第二流道相连通；所述中间轴沿周向等间隔设有2n个自左向右的第一通孔，所述中间轴外表面自左向右间隔设有两个沿径向的第二通孔，所述右阀芯两个环形凹槽中各自的第一流道分别经其中一第二通孔与其中一第一通孔相连通，n为正整数；所述右阀芯两端与阀体相应的端面形成第一控制腔和第二控制腔，通过一三通换向阀经控制第一控制腔和第二控制腔实现右阀芯的轴向移动；所述左阀芯环形凹槽所在的阀体壁上自左向右依次开有径向的A油口和B油口，所述右阀芯环形凹槽所在的阀体壁上自左向右依次开有径向的P进油口和T回油口；所述左阀芯的左端与左端盖紧密
接触，所述中间轴的右端与右端盖紧密接触。
[0007] 进一步的，所述阀体位于所述第一控制腔和第二控制腔处分别
自下而上开有与所述三通换向阀相连的第一油口和第二油口，所述第一油口和第二油口分别于所述第一控制腔和第二控制腔相连通。
[0008] 进一步的，两相邻的第二流道之间夹
角为（360/2n）°，两相邻的第一通孔之间夹角为（360/2n）°。
[0009] 进一步的，所述左阀芯的左端横向延伸有一伸出轴，所述伸出轴穿过所述左端盖且与所述电机的
主轴连接。
[0010] 进一步的，所述左阀芯右端开有一内孔，所述中间轴左端面沿周向间隔设有若干个凸台，所述凸台伸入所述内孔且与所述左阀芯内端面形成若干个沿周向间隔的密封区域，并且所述第二流道延伸至所述内孔处，所述第一通孔延伸至凸台处。
[0011] 进一步的，所述凸台呈扇形且与左阀芯相对的内端面形成2n个密封区域；所述第一通孔位于相邻的两密封区域之间。
[0012] 进一步的，所述左阀芯上的环形凹槽分别为环形凹槽a和，所述右阀芯的环形凹槽分别为环形凹槽p和环形凹槽t, 所述环形凹槽a、环形凹槽b、环形凹槽p和环形凹槽t各自与所述A油口、B油口、P进油口和T回油口相连通。
[0013] 进一步的，所述右端盖上从上至下开有径向的进油口M、从左至右开有与所述中间轴右端连通的轴向通孔f，所述轴向通孔f与所述进油口M的下端相连通，所述阀体上从上至下开有一泄油口N，所述泄油口N经一位于阀体上的横向的流道e1和位于右端盖上的横向的流道e2与所述进油口M的上端相连通；所述流道e1和流道e2处于同一轴线上且相互连通。
[0014] 进一步的，所述左阀芯右端内孔与中间轴之间间隔套设有齿形滑环式组合
密封圈，所述中间轴与右阀芯之间间隔套设有O型密封圈。
[0015] 与
现有技术相比，本发明的有益效果是：1）本发明提供的换向阀采用带有中间轴的双阀芯结构，通过切换流道间的连通关系使其换向，与传统的阀芯两侧开凹槽的结构相比，该结构简单对称，阀芯阀体受力均匀，轴向液动力较小，结构稳定，功率大，流量大，负载适应性强。
[0016] 2）具有阀芯旋转和阀芯轴向移动两个自由度，能够对执行机构的工作频率和幅值位移进行独立控制。驱动电机带动左阀芯旋转，进而控制执行机构的工作频率，通过一三通换向阀来控制右阀芯的轴向移动，进而控制执行机构的幅值位移，此种控制方式简单方便，较为稳定可靠，可很容易调节激振器激振频率与幅值，满足不同砌块的成型要求。
[0017] 3）与传统旋转式换向阀相比，该阀的泄漏显著减小。右端盖轴向流道可有效调节中间轴凸台与相应左阀芯内端面间的压紧力，减少端面间的油液泄漏，左阀芯与中间轴之间还设有齿形滑环式组合密封，进一步减少左阀芯旋转时，两者间的泄漏，中间轴与右阀芯之间设有O型密封圈，确保右阀芯轴向移动或静止时两者间的泄露较少。
附图说明
[0018] 图1是基于本发明的激振系统简化示意图；图2是本发明的内部结构示意图；
图3是阀体沿其中心纵截面剖开的三维结构示意图；
图4是左阀芯的三维结构示意图；
图5是中间轴的三维结构示意图；
图6是右阀芯的三维结构示意图；
图7是本发明四通换向阀处于P→A工作状态（即A工作状态）时的内部结构示意图，其中阀体和端盖部分是中心纵截面剖视图；
图8是本发明四通换向阀处于P→B工作状态（即B工作状态）时的内部结构示意图，其中阀体和端盖部分是中心纵截面剖视图；
图中，1—阀体；2—左阀芯；3—中间轴；4—右阀芯；5—左端盖；6—右端盖；7—左阀芯伸出端；8—第一控制腔；9—第二控制腔；10—环形凹槽a；11—环形凹槽b；12—环形凹槽p；13—环形凹槽t；14—第一流道b1；15—第二流道b2；16—第一流道a1；17—第二流道a2；18—第一通孔t1；19—第二通孔t2；20—第一通孔p1；21—第二通孔p2；22—第一流道t3；23—第一流道p3；24—进油口M；25—流道e1；26—流道e2；27—泄油口N；28—轴向通孔f；29—A油口；30—B油口；31—P进油口；32—T回油口；33—第一油口；34—第二油口；35—O型密封圈；36—齿形滑环式组合密封；37—凸台；38—三通换向阀；39—激振缸；
40—电机；41—
泵；42—
过滤器；43—溢流阀。
具体实施方式
[0019] 下面结合附图和
实施例对本发明作进一步说明。
[0020] 如图1至8所示，本发明实施例提供一种带有中间轴3的双阀芯双自由度旋转式四通换向阀，包括一中部沿轴向贯穿的阀体1，所述阀体1内自左向右依次设置有经一电机驱动的左阀芯2、与所述左阀芯2转动连接的中间轴3和一滑动设置于阀体1内的右阀芯4，所述中间轴3的左端与所述左阀芯2的右端转动连接，所述中间轴3的右端穿过右阀芯
4的轴向通孔且延伸至固定于阀体1的端部的右端盖6内，所述阀体1的另一端部固定有一左端盖5；所述左阀芯2和右阀芯4的外表面沿轴向间隔设有两个环形凹槽，所述环形凹槽上分别沿周侧均匀布设有n个径向的第一流道，所述左阀芯2还沿周向间隔开设有2n个自左向右的第二流道，所述左阀芯2上两个环形凹槽中各自的第一流道分别与其中一第二流道相连通；所述中间轴3沿周向间隔设有2n个自左向右的第一通孔，所述中间轴3外表面自左向右间隔设有两个沿径向的第二通孔，所述右阀芯4上两个环形凹槽中各自的第一流道分别经其中一第二通孔与其中一第一通孔相连通,n为正整数；所述右阀芯4两端与阀体1相应的端面形成第一控制腔8和第二控制腔9，通过一三通换向阀38经控制第一控制腔8和第二控制腔9实现右阀芯4的轴向移动；所述左阀芯2环形凹槽所在的阀体1壁上自左向右依次开有径向的A油口29和B油口30，所述右阀芯4环形凹槽所在的阀体1壁上自左向右依次开有径向的P进油口31和T回油口32；所述左阀芯2的左端与左端盖5紧密接触，所述中间轴3的右端与右端盖6紧密接触。
[0021] 在本实施例中，所述阀体1位于所述第一控制腔8和第二控制腔9处分别自下而上开有与所述三通换向阀38相连的第一油口33和第二油口34，所述第一油口33和第二油口34分别于所述第一控制腔8和第二控制腔9相连通。
[0022] 在本实施例中，相邻的第二流道之间夹角为（360/2n）°，相邻的第一通孔之间夹角为（360/2n）°。
[0023] 在本实施例中，所述左阀芯2的左端横向延伸有一伸出轴，所述伸出轴穿过所述左端盖5且与所述电机的主轴连接。
[0024] 在本实施例中，所述左阀芯2右端开有一内孔，所述中间轴3左端面沿周向间隔设有若干个凸台37，所述凸台37伸入所述内孔且与所述左阀芯2内端面形成若干个沿周向间隔的密封区域，并且所述第二流道延伸至所述内孔处，所述第一通孔延伸至凸台37处。
[0025] 在本实施例中，所述凸台37呈扇形且与左阀芯2相对的内端面形成2n个密封区域；所述第一通孔位于相邻的两密封区域之间。
[0026] 在本实施例中，所述左阀芯2上的环形凹槽分别为环形凹槽a10和，所述右阀芯4的环形凹槽分别为环形凹槽p12和环形凹槽t13, 所述环形凹槽a10、环形凹槽b11、环形凹槽p12和环形凹槽t13各自与所述A油口29、B油口30、P进油口31和T回油口32相连通。在本实施例中，所述右端盖6上从上至下开有径向的进油口M24、从左至右开有与所述中间轴3右端连通的轴向通孔f28，所述轴向通孔f28与所述进油口M24的下端相连通，所述阀体1上从上至下开有一泄油口N27，所述泄油口N27经一位于阀体1上的横向的流道e125和位于右端盖6上的横向的流道e226与所述进油口M24的上端相连通；所述流道e125和流道e226处于同一轴线上且相互连通。
[0027] 在本实施例中，所述左阀芯2右端内孔与中间轴3之间间隔套设有齿形滑环式组合密封圈36，所述中间轴3与右阀芯4之间间隔套设有O型密封圈35。
[0028] 如图1所示，来自泵41的高压油经过过滤器43流入P进油口，溢流阀42对激振器系统进行安全保护。通过所述三通换向阀38控制第一控制腔8及第二控制腔9，来控制右阀芯4的轴向位移，从而控制激振缸39的幅值位移。位于左侧的A出油口与激振缸39的上腔连通，B出油口与激振缸39的上腔连通下腔连通。左阀芯2与电机40连接，由电机40带动左阀芯22旋转从而控制激振缸39的激振频率。当左阀芯2旋转至图7所示位置时，本发明提供的旋转式四通换向阀处于左位（即A工作状态），此时激振缸39向下振动，当左阀芯2旋转至如图8所示时，旋转式四通换向阀处于右位（即B工作状态），此时激振缸39向上振动，以此实现激振缸39的上下往复振动。
[0029] 如图2至8所示，位于环形凹槽a10的第一流道为第一流道a116，位于环形凹槽b11的第一流道为第一流道b114,与第一流道a116相连通的第二流道为第二流道a217, 与第一流道b114相连通的第二流道为第二流道b215，位于环形凹槽p12的第一流道为第一流道p323，位于环形凹槽t13的第一流道为第一流道t322;所述中间轴3与第一流道p323相连通的第二通孔为第二通孔p221，与所述第二通孔p221相连通的第一通孔为第一通孔p120，所述中间轴3与第一流道t322相连通的第二通孔为第二通孔t219，与所述第二通孔t219相连通的第一通孔为第一通孔t118。其中，所述第一流道a116和所述第一流道b114相邻，所述第一流道p323和第一流道t322相邻。所述电机40每转动一圈，液流方向换向2n次，由此实现各油路连通切断各2n次（n为正整数）。如图7和图8所示，此时n=2，即驱动电机每转动一圈，液流方向换向4次，若阀芯旋转速度为x（转/分钟），电液激振器频率就为：。
[0030] 本发明提供的一种带有中间轴3的双阀芯双自由度旋转式四通换向阀的换向工作过程为：电机40的主轴通过
联轴器与左阀芯2伸出端7连接，带动左阀芯2旋转。
[0031] 当左阀芯2旋转到如图7所示的位置时，本发明换向阀处于P→A，B→T的工作状态(即A工作状态）。此时，第二流道a217与第一通孔p120连通，第二流道b215与第一通孔t118连通。由P进油口31流进环形凹槽p12的液压油通过第一流道p323，流进第二通孔p221，随后进入第一通孔p120，通过与第一通孔p120连通的左阀芯2第二流道a217进入第一流道a116，由第一流道a116流进环形凹槽a10，最后经A油口29进入激振缸39上腔；同时，从激振缸39下腔流出的液压油流经B油口30，通过左阀芯2环形凹槽b11进入第一流道b114，随后流进第二流道b215，通过与第二流道b215连通的第一通孔t118，流进第二通孔t219，再通过第一流道t322流进环形凹槽t13，最后由T回油口32流回油箱，此时激振缸
39向下振动。
[0032] 当左阀芯2旋转到如图8所示的位置时，本发明换向阀处于P→B，T→A的工作状态（即B工作状态）。此时左阀芯2第二流道b215与第一通孔p120连通，同时左阀芯2第二流道a217与第一通孔t118连通。由P进油口31流进环形凹槽p12的液压油通过右阀芯4第一流道p323，流进中间轴3第二通孔p221，随后进入中间轴3第一通孔p120，通过与第一通孔p120连通的左阀芯2第二流道b215进入第一流道b114，由第一流道b114流进环形凹槽b11，最后经B油口30进入激振缸39下腔；同时，从激振缸39上腔流出的液压油流经A油口29，通过左阀芯2环形凹槽a10进入第一流道a116，随后流进第二流道a217，通过与第二流道a217连通的中间轴3第一通孔t118，流进第二通孔t219，再通过右阀芯4第一流道t322流进环形凹槽t13，最后由T回油口32流回油箱。随着左阀芯2的旋转，本发明换向阀周期性交替地处于A工作状态和B工作状态， 实现本发明换向阀的换向功能，以此带动激振缸39上下反复振动。
[0033] 在左阀芯2旋转的同时，通过以下方式来实现右阀芯4的轴向位移。如图1和图2所示，右阀芯4的左外端面和阀体1壁面之间形成第一控制腔8，右阀芯4的右端面和阀体1壁面之间形成第二控制腔99。利用一三通换向阀38来控制第一控制腔8和第二控制腔9，从而控制右阀芯4的轴向位移。当三通换向阀38处于中位时，右阀芯4无轴向位移，保持静止；当三通换向阀38处于左位时，右阀芯4向右移动；当三通换向阀38处于右位时，右阀芯4向左移动。通过控制右阀芯4的轴向移动来控制其阀口开度的大小，从而控制执行机构的幅值位移。
[0034] 从上述描述可知，本发明实施例提供的旋转式换向阀结构简单，而且主要部件左阀芯2和右阀芯4结构简单，加工制造方便。
[0035] 本实施例中，左阀芯2的第二流道a217、第二流道b215被中间轴3的凸台37扇形区域完全封盖时，此时左阀芯2油孔处于零位。通过改变中间轴3的凸台37扇形区域大小，可实现对左阀芯2油孔的正遮盖、负遮盖和零遮盖特性。
[0036] 综上所述，提供一种带有中间轴的双阀芯双自由度旋转式四通换向阀，实现对电液激振器的工作频率与幅值进行独立控制，克服现有的液压换向阀流量小、轴向液动力大、换向频率低及不易调节的缺陷。
[0037] 本发明提供的上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
