CN103615270B - 一种单体液压支柱水压三用阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单体液压支柱水压三用阀，属于单体液压支柱控制阀技术领域。本发明包括左阀筒、右阀筒、单向阀部分、安全阀部分；所述单向阀部分包括锥阀芯，所述安全阀部分包括安全阀针；所述锥阀芯和安全阀针上加工有呈均匀分布的微米级的微小凹坑或沟槽，所述锥阀芯为二级节流结构，所述锥阀芯中心上开有高压引流通孔，所述单向阀部分还包括单向阀阀座，所述安全阀部分还包括安全阀阀座、六角导向套；所述单向阀阀座、安全阀针、安全阀阀座、六角导向套的材料均采用Cr-Ni系铸钢ZG0Cr18Ni9，同时对其表面工程陶瓷进行热喷涂处理。本发明可以利用水作为介质，既抗污染、抗磨损，又能有效解决气蚀、降低振动和噪声；且安全环保、适应性强。

Description

一种单体液压支柱水压三用阀

技术领域

本发明涉及单体液压支柱控制阀技术领域，具体涉及一种单体液压支柱水压三用阀。

背景技术

单体液压支柱是一种新环保型的支护装备，因其初撑力大且均匀，能实现支柱的恒增阻降距的优点，在煤矿工业中取得了广泛的应用，据不完全统计，我国单体液压支柱的年需求量已经超过120万根，是世界上使用单体液压支柱最多的国家。

传统液压介质以液压油为主，但是由于液压油的不可再生性、污染环境、易燃烧等缺点，促使人们积极寻找液压油的替代工作介质。传统的煤矿单体液压支柱三用阀以乳化液作为工作介质，乳化液是由乳化油和水按一定比例混合而成，根据具体情况选择不同乳化油的型号以及混合的比例，乳化液容易促使细菌、霉菌繁殖，而导致乳化液中的有效成分产生化学分解而变味、变质，乳化液的直接排放也严重污染环境，使用乳化剂成本较高。

水具有动态性能好、干净卫生、安全性好等优点，这使得水压传动技术因为生产成本低、使用费用低、应用范围广而具有极大的市场潜力，水压技术目前已广泛用于食品、造纸、纺织、采矿、医疗器械、消防、冶金、原子能动力厂、海洋开发等工业应用领域。但水的理化缺点是粘度低、润滑性差、导电性强、汽化压力高、易产生气蚀破坏。目前还没有可靠成熟的水压单体液压支柱产品问世，现有煤矿用单体液压支柱产品都是针对工作介质为乳化液而设计生产，不能有效解决由于工作介质的变化而产生的磨损、污染、使用寿命短等问题。

在中国专利申请公开的申请号：200820187435.1的专利中公开了一种单体支柱放液回收复用装置，单体柱体上安装有三用阀,三用阀的卸载阀口处通过连接接头连接有导液弯管,导液弯管的另一端通过胶管接头连接有胶管,胶管的另一端与乳化液箱的上部连通,乳化液箱的上端带有箱盖。乳化液箱内固定连接有沉淀隔板、磁过滤棒和过滤网;乳化液箱的底部安装有吸液头,吸液头通过胶管与乳化液泵连接,乳化液泵与电动机连接;乳化液泵的出液口通过胶管与注液枪连接。该技术方案在一定程度上缓解了乳化液污染的问题，但没有从根本上解决使用乳化液带来的磨损，使用寿命短等问题；由于增加了回收装置，使用也不方便，也增加了成本。

在中国专利申请公开的申请号：201020526687.X的专利中公开了一种矿用单体液压支柱,它主要包括顶盖、三用阀、活柱头、活柱筒、缸体、活塞、底座,在活柱筒内表面衬有塑料管,塑料管顶端有加工成型的凸缘,凸缘处于活柱头与活柱筒连接处,活柱头压紧凸缘形成密封,塑料管下端与活塞连接处有经扩径成型的与活柱筒内壁圆环形凹槽相应的密封槽，该技术方案能采用水作为工作介质,对环境没有污染；但是该技术方案没有解决利用水作为介质而带来的气蚀、振动、和噪声的问题。

在中国专利申请公开的申请号：201220459995.4的专利中公开了一种矿用防腐单体液压支柱，属于矿用机械领域，结构上由：油缸组件、活柱组件、三用阀、活塞、密封圈、顶盖、底座、手把体、阀座、复位弹簧等部件，活塞、活柱组件设置于油缸组件的内部，且活塞安装在活柱组件的下部，油缸组件、活柱组件通过手把体和铸件组装固定，阀座焊接于活柱组件上，阀座内设置有三用阀，手把体与顶盖中间的活柱组件外固定一套筒，油缸组件内部、活柱组件均采用不锈钢复合而成的合金钢管；该技术方案在一定程度上可以提高耐磨性，但是不可避免零部件表面摩擦，也不能容纳因为边界润滑或干摩擦产生的磨屑。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种可以利用水作为介质，既抗污染、抗磨损，又能有效解决气蚀、降低振动和噪声的单体液压支柱水压三用阀。

为了解决上述问题，本发明提供的方案为：

一种单体液压支柱水压三用阀，包括左阀筒、右阀筒、单向阀部分、安全阀部分；所述单向阀部分包括锥阀芯，所述安全阀部分包括安全阀针；所述锥阀芯和安全阀针的外表面上分别加工有若干微米级凹槽。

优选的，所述凹槽呈均匀分布。

优选的，所述凹槽为微小凹坑或沟槽。微小凹坑或沟槽可以作为润滑油的微储存池或磨屑的储屑槽，为边界润滑提供润滑或为刚启动的摩擦表面提供润滑，容纳因为边界润滑或干摩擦产生的磨屑，从而减少磨损，延长使用寿命，使纯水三用阀具有高耐磨性和抗污染性。

优选的，所述微小凹坑为圆柱形。

优选的，所述锥阀芯为二级节流结构，与单向阀阀座之间形成两个串联的可变节流口，工作时单向阀上的压降由两个节流口承担，从而提高了水压三用阀的工作压力。

优选的，所述锥阀芯上开有通孔。

优选的，所述通孔开在锥阀芯中心上，利用高压引流束影响主流束，可以有效抑制气蚀、降低振动和噪声。

优选的，所述单向阀部分还包括单向阀阀座，所述安全阀部分还包括安全阀阀座、六角导向套；所述单向阀阀座、安全阀针、安全阀阀座、六角导向套的材料均采用Cr-Ni系铸钢ZG0Cr18Ni9。

优选的，所述单向阀阀座、安全阀针、安全阀阀座、六角导向套表面工程陶瓷进行热喷涂处理，可以提高其抗气蚀性能。

优选的，所述左、右阀筒的材料为40Cr，强度可以提高一倍。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、提供了一种新型的抗污染抗磨损环保型煤矿单体液压支柱水压三用阀的结构，相比于传统的三用阀，具有安全环保、价格低廉和适应性强等优点；

2、通过对三用阀锥阀芯和安全阀针的表面微造型结构设计，提供了一种新型的阀芯结构，具有抗污染、抗磨损等优点；

3、针对水介质的特殊性，采用新结构、新材料，有效解决了单体液压支柱水压三用阀存在的气蚀、振动、噪声等问题，提高了三用阀的整体性能。

附图说明

图1为本发明的剖视图；

图2为本发明的圆柱形微小凹坑微造型锥阀芯的局部放大示意图；

图3为本发明的微小沟槽微造型锥阀芯的局部放大示意图；

图4为本发明的圆柱形微小凹坑微造型安全阀针的结构示意图；

图5为本发明的微小沟槽形微造型安全阀针的结构示意图；

图6为本发明的锥阀芯装配时的放大示意图；

图7为本发明的安全阀阀座、安全阀针、安全阀垫装配时的放大示意图。

图中：1、左阀筒，2、注液阀体，3、限位套，4、单向阀阀座，5、压紧螺套，6、锥阀芯，7、单向阀弹簧，8、卸载阀垫，9、卸载阀弹簧，10、连接螺杆，11、安全阀阀套，12、安全阀阀座，13、安全阀阀座密封圈，14、安全阀阀套密封圈，15、安全阀针，16、安全阀垫，17、阀筒密封圈，18、六角导向套，19、钢球，20、弹簧座，21、安全阀弹簧，22、调压螺丝，23、右阀筒，24、进液口，25、通孔，26、阀芯孔，27、中间孔，28、径向孔，29、出液口，30、轴向孔，31、中心孔，32、卸液口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

结合图1、图2、图5、图6、图7，实施例1：本发明的一种单体液压支柱水压三用阀，包括左阀筒1、右阀筒23，阀筒密封圈17，左阀筒1右侧通过螺纹连接的方式与右阀筒23左侧连接，左阀筒1和右阀筒23外部分别设有阀筒密封圈17，左阀筒1和右阀筒23内依次设有单向阀部分、卸载阀部分、安全阀部分，单向阀部分右侧设有卸载阀部分，卸载阀部分右侧设有安全阀部分。

单向阀部分包括注液阀体2、限位套3、单向阀阀座4、压紧螺套5、锥阀芯6和单向阀弹簧7，注液阀体2内设有限位套3，限位套3右侧设有单向阀阀座4，单向阀阀座4右侧设有锥阀芯6，锥阀芯6右侧设有单向阀弹簧7，压紧螺套5位于锥阀芯6的外部，压紧螺套5通过螺纹连接的方式与注液阀体2连接。

卸载阀部分包括卸载阀垫8、卸载阀弹簧9和连接螺杆10，连接螺杆10左侧通过螺纹连接的方式与注液阀体2右侧连接，卸载阀垫8安装在连接螺杆10与注液阀体2的交接处，卸载阀弹簧9位于连接螺杆10的外部。

安全阀部分包括安全阀阀套11、安全阀阀座12、安全阀阀座密封圈13、安全阀阀套密封圈14、安全阀针15、安全阀垫16、六角导向套18、钢球19、弹簧座20、安全阀弹簧21、调压螺丝22，安全阀阀套11左侧通过螺纹连接的方式与连接螺杆10右侧连接，安全阀阀套11外部设有安全阀阀套密封圈14，安全阀阀套11内设有安全阀阀座12，安全阀阀座12外部设有安全阀阀座密封圈13，安全阀阀座12右侧设有安全阀针15，安全阀针15右侧设有安全阀垫16，安全阀垫16右侧设有六角导向套18，六角导向套18右侧设有钢球，钢球右侧设有弹簧座20，弹簧座20外部设有安全阀弹簧21，安全阀弹簧21右侧设有调压螺丝22，调压螺丝22通过螺纹连接的方式与安全阀阀套11内部连接。

所述单向阀阀芯采用异形结构的锥阀芯6，可使水流更加流畅，减轻气蚀和振动噪声，延长使用寿命；锥阀芯6为二级节流结构，与单向阀阀座4之间形成两个串联的可变节流口，工作时单向阀上的压降由两个节流口承担，从而提高了水压三用阀的工作压力；另外，锥阀芯6中心上开有高压引流通孔25，利用高压引流束影响主流束，可以有效抑制气蚀、降低振动和噪声。

单向阀锥阀芯6和安全阀针15的外表面上分别加工有若干呈均匀分布的微米级凹槽，单向阀锥阀芯6外表面的凹槽为圆柱形微小凹坑，安全阀针15外表面的凹槽为微小沟槽；微小凹坑或沟槽可以作为润滑油的微储存池或磨屑的储屑槽，为边界润滑提供润滑或为刚启动的摩擦表面提供润滑，容纳因为边界润滑或干摩擦产生的磨屑，从而减少磨损，延长使用寿命，使水压三用阀具有高耐磨性和抗污染性。

注液阀体2进液口24直径为6mm。

安全阀阀座12中心孔31直径为2mm。

左阀筒1和右阀筒23采用40Cr作为其材料，强度可以提高一倍。

单向阀阀座4、安全阀针15、安全阀阀座12、六角导向套18的材料均采用Cr-Ni系铸钢ZG0Cr18Ni9，同时对其表面工程陶瓷进行热喷涂处理，可以提高其抗气蚀性能。

结合图1、图3、图4、图6、图7，实施例2：一种单体液压支柱水压三用阀，包括左阀筒1、右阀筒23，阀筒密封圈17，左阀筒1右侧通过螺纹连接的方式与右阀筒23左侧连接，左阀筒1和右阀筒23外部分别设有阀筒密封圈17，左阀筒1和右阀筒23内依次设有单向阀部分、卸载阀部分、安全阀部分，单向阀部分右侧设有卸载阀部分，卸载阀部分右侧设有安全阀部分。

单向阀部分包括注液阀体2、限位套3、单向阀阀座4、压紧螺套5、锥阀芯6和单向阀弹簧7，注液阀体2内设有限位套3，限位套3右侧设有单向阀阀座4，单向阀阀座4右侧设有锥阀芯6，锥阀芯6右侧设有单向阀弹簧7，压紧螺套5位于锥阀芯6的外部，压紧螺套5通过螺纹连接的方式与注液阀体2连接。

卸载阀部分包括卸载阀垫8、卸载阀弹簧9和连接螺杆10，连接螺杆10左侧通过螺纹连接的方式与注液阀体2右侧连接，卸载阀垫8安装在连接螺杆10与注液阀体2的交接处，卸载阀弹簧9位于连接螺杆10的外部。

安全阀部分包括安全阀阀套11、安全阀阀座12、安全阀阀座密封圈13、安全阀阀套密封圈14、安全阀针15、安全阀垫16、六角导向套18、钢球19、弹簧座20、安全阀弹簧21、调压螺丝22，安全阀阀套11左侧通过螺纹连接的方式与连接螺杆10右侧连接，安全阀阀套11外部设有安全阀阀套密封圈14，安全阀阀套11内设有安全阀阀座12，安全阀阀座12外部设有安全阀阀座密封圈13，安全阀阀座12右侧设有安全阀针15，安全阀针15右侧设有安全阀垫16，安全阀垫16右侧设有六角导向套18，六角导向套18右侧设有钢球，钢球右侧设有弹簧座20，弹簧座20外部设有安全阀弹簧21，安全阀弹簧21右侧设有调压螺丝22，调压螺丝22通过螺纹连接的方式与安全阀阀套11内部连接。

所述单向阀阀芯采用异形结构的锥阀芯6，可使水流更加流畅，减轻气蚀和振动噪声，延长使用寿命；锥阀芯6为二级节流结构，与单向阀阀座4之间形成两个串联的可变节流口，工作时单向阀上的压降由两个节流口承担，从而提高了水压三用阀的工作压力；另外，锥阀芯6中心上开有高压引流通孔25，利用高压引流束影响主流束，可以有效抑制气蚀、降低振动和噪声。

单向阀锥阀芯6和安全阀针15的外表面上分别加工有若干呈均匀分布的微米级凹槽，安全阀针15外表面的凹槽为圆柱形微小凹坑，单向阀锥阀芯6外表面的凹槽为微小沟槽；微小凹坑或沟槽可以作为润滑油的微储存池或磨屑的储屑槽，为边界润滑提供润滑或为刚启动的摩擦表面提供润滑，容纳因为边界润滑或干摩擦产生的磨屑，从而减少磨损，延长使用寿命，使水压三用阀具有高耐磨性和抗污染性。

注液阀体2进液口24直径为6mm。

安全阀阀座12中心孔31直径为2mm。

左阀筒1和右阀筒23采用40Cr作为其材料，强度可以提高一倍。

单向阀阀座4、安全阀针15、安全阀阀座12、六角导向套18的材料均采用Cr-Ni系铸钢ZG0Cr18Ni9，同时对其表面工程陶瓷进行热喷涂处理，可以提高其抗气蚀性能。

三用阀是外注式单体液压支柱的心脏部分，可以对单体液压支柱的进液进行控制，其工作稳定性直接影响单体液压支柱的运行状况，三用阀在升柱时起注液作用，单向阀部分工作，在支柱压力升高超过额定工作压力，安全阀部分工作，达到保护支柱的目的。三用阀的工作过程就是支柱的一个动作循环，把注水枪套在左阀筒1上，由泵站来的高压液体由左阀筒1进入阀体2内，当工作液压力大于单向阀弹簧7的预紧力时，单向阀锥阀芯6被推动，阀口打开，工作液通过单向阀锥阀芯6上的阀芯孔26进入右阀腔，并通过连接螺杆10的中间孔27进入阀筒与连接螺杆10之间的阀体腔中，并很快由出液口29进入支柱腔内完成支柱的升柱过程即单向阀的作用。由于单体液压支柱腔随着工作液不断进入其压力也不断增大，当单体液压支柱升至顶板，承受一定压力后，会稳定在一定高度，此时阀体腔的压力也不断增大，当阀腔内的压力大于安全阀弹簧21的预紧力时，液压力通过出液口29、连接螺杆10中部的径向孔28、轴向孔30和安全阀阀座中心孔31，安全阀针15就会把六角导向套18推开，工作液就进入右阀筒23，经过阀体右端的卸液口32排出阀体，实现了安全阀的作用——支柱的安全保护。随后切断泵站电源，注液腔不再工作，单向阀锥阀芯6在单向阀弹簧7的作用下回到原位，液体不能回流，使支柱得到一个相对稳定的压力，在这循环的过程中锥阀芯6要和单向阀阀座4、压紧螺套5及单向阀弹簧7接触碰撞，相互磨损，同样，安全阀针15也会和安全阀阀座12、安全阀垫16及六角导向套18接触碰撞，同时，在工作过程中，水介质润滑性不够，并且也会对锥阀芯6、单向阀阀座4安全阀针15等零部件产生腐蚀，水介质里面的杂质也会对这些零部件产生磨损。通过本发明的呈均匀分布微小凹坑或沟槽的设计既可以提供润滑油，也可以作为磨屑的储屑槽，为边界润滑提供润滑或为刚启动的摩擦表面提供润滑，容纳因为边界润滑或干摩擦产生的磨屑，从而减少磨损，延长使用寿命，使水压三用阀具有高耐磨性和抗污染性。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种单体液压支柱水压三用阀，包括左阀筒、右阀筒、单向阀部分、安全阀部分；所述单向阀部分包括锥阀芯，所述安全阀部分包括安全阀针；其特征在于：所述锥阀芯和安全阀针的外表面上分别加工有若干微米级凹槽，所述单向阀部分还包括单向阀阀座，所述安全阀部分还包括安全阀阀座、六角导向套；所述单向阀阀座、安全阀针、安全阀阀座、六角导向套的材料均采用Cr-Ni系铸钢ZG0Cr18Ni9。

2.根据权利要求1所述单体液压支柱水压三用阀，其特征在于：所述凹槽呈均匀分布。

3.根据权利要求1或2所述单体液压支柱水压三用阀，其特征在于：所述凹槽为微小凹坑或沟槽。

4.根据权利要求3所述单体液压支柱水压三用阀，其特征在于：所述微小凹坑为圆柱形。

5.根据权利要求1所述单体液压支柱水压三用阀，其特征在于：所述锥阀芯为二级节流结构。

6.根据权利要求1或5所述单体液压支柱水压三用阀，其特征在于：所述锥阀芯上开有通孔。

7.根据权利要求6所述单体液压支柱水压三用阀，其特征在于：所述通孔开在锥阀芯中心上。

8.根据权利要求1所述单体液压支柱水压三用阀，其特征在于：所述单向阀阀座、安全阀针、安全阀阀座、六角导向套表面工程陶瓷进行热喷涂处理。

9.根据权利要求1所述单体液压支柱水压三用阀，其特征在于：所述左阀筒、右阀筒的材料为40Cr。