CN105508674B - 一种用于高压大流量系统的滑动阻尼式水液压溢流阀 - Google Patents

一种用于高压大流量系统的滑动阻尼式水液压溢流阀 Download PDF

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Abstract

一种用于高压大流量系统的滑动阻尼式水液压溢流阀，它包括阀体（1）、阀座（2）、阻尼环（3）、主阀芯（4）、阻尼弹簧（5）、阻尼器（6）、阻尼阀板（7）、弹簧推杆（8）、上端盖（9）、调节螺杆（10）和主弹簧（12），阀体（1）上开有进水口（1‑1）、出水口（1‑2）和端盖安装孔，阀体（1）内底部设有圆形台阶；主阀芯采用差压控制，主阀芯运动液动力有效作用面积极小，在同等压力和流量控制的情况下，主弹簧的设计和制造更为简单，同时主阀芯与阀座密封采用平板阀结构，适用于高压大流量水液压传动与控制系统。

Description

一种用于高压大流量系统的滑动阻尼式水液压溢流阀
技术领域
本发明涉及溢流阀领域，具体涉及一种用于高压大流量系统的滑动阻尼式水液压溢流阀。
背景技术
目前，近年来，直接以水（过滤后的天然水，包括海水和淡水）代替矿物油作为工作介质的水液压传动与控制技术获得了突破性的进展，而且在广泛的工程应用中，相比传统油液压传动证明了具有环保、洁净、高效、使用维护方便、运行成本低等突出优越性。水液压传动与控制技术已经被广泛的应用于高压水雾化、海水淡化、高压水清洗、舞台驱动与控制、潜器浮力调节系统、海洋工程以及其他传动与控制领域。随着水压传动与控制技术应用的发展，水液压传动与控制系统不断的向高压大流量方向发展，如用于高压细水雾灭火系统的水液压泵组单元已经达到最大输出流量1000L/min、最大工作压力16MPa的要求。
溢流阀是液压系统中常用的压力控制元件，可作为定压溢流阀或安全阀使用，水液压传动与控制系统中同样须设置水液压溢流阀，以保证系统工作压力的稳定或用于安全限压。相比矿物质油，水的粘度低、粘性阻尼小、腐蚀性强、润滑性差、气化压力高特点，造成水液压溢流阀工作时所产生的振动大、噪声高和工作稳定性差等问题十分严重。
水液压溢流阀按照结构形式可以分为直动式、先导式和以及由直动式演变而来的差动式结构。直动式溢流阀以结构简单、易加工制造等优点成为水液压溢流阀的主要结构形式，但直动水液压溢流阀工作时候高压水直接作用在阀口密封面积上，要求调压弹簧具有很高的刚度，给弹簧的设计和制造带来很大困难，不适用高压大流量的水液压传动与控制系统。先导式水液压溢流阀以先导阀控制主阀运动，结构复杂，先导阀阻尼装置多为细长孔结构。因水的粘度低、粘性阻尼小等特点，在水液压元器件中，采用细长孔阻尼结构时，同样阻尼系数的水液压元件阻尼孔孔径要远远小于油压元件，如丹麦Danfoss公司生产的先导式电磁开关阀阻尼孔孔径为0.5mm，公开号为：CN1029439909A，发明名称为：差动式水压溢流阀，专利文献所公开的阻尼孔径为0.6~1.6mm。实际应用中，一方面水液压过滤技术发展滞后，另一方面存在管道清洗不到位、采用附件耐腐蚀性能不够等现状，导致水介质的精度远远达不到水液压元件的设计要求，诸如先导式水液压溢流阀等以细长阻尼孔做为阻尼结构的水液压元件阻尼孔被堵死导致元件失效的情况经常发生。
丹麦Danfoss公司生产的VRH系列直动式水液压溢流阀是目前水液压系统中最常用的水液压溢流阀商业化产品。该阀采用直动式设计，同时通过在阀后端设有阻尼腔，在一定程度上改善了阀的工作稳定性。直动式设计，阀芯开启时过流面积等于阀口密封面积，当工作压力比较高时候，所需的弹簧力非常大，给弹簧的设计和制造带来很大困难。据其产品商业宣传样本显示，该阀系列产品中最大型号为：VRH120，工作流量为120L/min，最大工作压力14MPa，不适用高压大流量的水液压传动与控制系统。
公开号为:CN102042432A，发明名称为：一种带阻尼活塞的直动式水压溢流阀。该专利文献所公开的直动式水压溢流阀，该阀利用阀芯起阻尼活塞作用，一定程度上改善了该阀工作的稳定性。但该阀阀芯开启时过流面积等于阀口密封面积与所述阀芯中间部分小径面积之差，而推动阀芯开启的高压水的作用面积等于阀口密封面积，同等过流量情况下，弹簧设计和制造较一般直动式溢流阀更为困难，不适用高压大流量的水液压传动与控制系统。同时该阀在进口处设置阻尼孔，压力高，流速快，阻尼孔过小，易于堵塞。
公开号为:CN104019258A，发明申请名称为：一种双阻尼直动式水压溢流阀。该专利文献所公开的直动式水压溢流阀，该阀在阀芯中部设有阻尼孔，与阻尼腔配合形成液力阻尼，改善了阀工作的稳定性。但该阀同一般直动式水压溢流阀一样，不适用高压大流量的水液压传动与控制系统。
公开号为：CN102943909A，发明名称为：差动式水压溢流阀。该专利文献所公开的差动式水压溢流阀，通过阀芯中心孔连接阀出口与上腔形成阻尼腔，在阀芯中间固定安装细长小孔阻尼器。从受力分析来看，阀芯开启时候高压水作用面积为密封面面积与所述阀芯中部细径面积之差，形成差动控制。但过流面积同样等于密封面面积与所述阀芯中部细径面积之差，在同等流量压力控制的情况下，其调压弹簧受力状况与一般直动式水液压溢流阀无本质区别，同样不适用于高压大流量水液压控制系统。且在中心阻尼小孔堵塞的情况下，阻尼腔形成局部高压，阀芯无法回位，溢流阀失效，抗污染能力差。
发明内容
本发明的目的就是针对上述之不足，而提供一种用于高压大流量系统的滑动阻尼式水液压溢流阀。
本发明包括阀体、阀座、阻尼环、主阀芯、阻尼弹簧、阻尼器、阻尼阀板、弹簧推杆、上端盖、调节螺杆和主弹簧，阀体上开有进水口、出水口和端盖安装孔，阀体内底部设有圆形台阶，阀座内开有A水流通道，阀座安装在阀体内底部，阻尼环为环状结构，且阻尼环上开有多个小孔，阻尼环的下表面抵在阀体内底部的圆形台阶上，主阀芯内设有环形槽和B水流通道，主阀芯的安装在阻尼环内，且主阀芯的底部抵在阀座上，阻尼弹簧的一端抵在主阀芯内的环形槽底部，阻尼器内设有C水流通道，阻尼器位于环形槽内，阻尼器的下表面抵在阻尼弹簧的另一端，且阻尼器的外壁与环形槽之间形成间隙，阻尼阀板内设有D水流通道，阻尼阀板固定安装在环形槽内，并抵在阻尼器的上表面，弹簧推杆的一端位于阀体内顶部，弹簧推杆的另一端套在主阀芯的顶部，且弹簧推杆的另一端与主阀芯的顶部之间形成阻尼腔，主弹簧的两端分别抵在弹簧推杆和主阀芯上，上端盖上开有螺纹孔，上端盖安装在阀体的端盖安装孔内，调节螺杆穿过上端盖的螺纹孔，并调节弹簧推杆上下移动，进水口通过阀座内的A水流通道、主阀芯内的B水流通道、阻尼器内的C水流通道和阻尼阀板内的D水流通道与阻尼腔相通。
阀体内底部设有内螺纹，阀座上设有外螺纹，阀座与阀体内底部螺纹相配。
它还有锁紧螺母，锁紧螺母用于锁紧调节螺杆。
弹簧推杆的一端与阀体的内壁之间设有O型密封圈，主阀芯的顶部与弹簧推杆的另一端内壁之间设有O型密封圈。
主阀芯的一端设有弹簧卡台，阻尼环套在主阀芯的一端的弹簧卡台上，主弹簧的两端分别抵在弹簧推杆和主阀芯的弹簧卡台上。
阻尼阀板材料为经过强化处理的不锈钢、镍铜合金或钛合金加工而成。
阻尼器为中心细长孔，中心细长孔两端孔的直径为大于中心细长孔直径，材料为不锈钢、铜合金、工程塑料PEEK或工程塑料PTFE加工而成。
所述阻尼环材料为工程塑料或铜合金。
本发明优点是：1、主阀芯采用差压控制，主阀芯运动液动力有效作用面积极小，在同等压力和流量控制的情况下，主弹簧的设计和制造更为简单，同时主阀芯与阀座密封采用平板阀结构，适用于高压大流量水液压传动与控制系统。
2、主阀芯采用机械和液力双阻尼的设计，有效的避免一般水液压溢流阀工作中振动大、噪声大、调压精度低、工作稳定性差等突出缺点，提高了系统工作的稳定性。
3、差动式主阀芯控制及机械液力双阻尼的结构，在系统中既可做定压溢流阀使用又可做安全阀使用。
4、可滑动阻尼器的设计，在阻尼器阻尼小孔因介质污染被堵死的情况下，在主阀芯向上运动形成阻尼腔局部高压的作用下，推动阻尼器向开启阻尼阀口的方向滑动，打开阻尼阀口，连通阻尼腔和下腔，有效的避免了固定安装阻尼器中心阻尼小孔因介质污染被堵死而引起主阀无法开启的问题，提高阀工作的可靠性和抗污染能力。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图2是本发明主阀芯4打开状态结构示意图。
图3是本发明局部放大结构示意图。
具体实施方式
如图1、2、3所示，本发明包括阀体1、阀座2、阻尼环3、主阀芯4、阻尼弹簧5、阻尼器6、阻尼阀板7、弹簧推杆8、上端盖9、调节螺杆10和主弹簧12，阀体1上开有进水口1-1、出水口1-2和端盖安装孔，阀体1内底部设有圆形台阶，阀座2内开有A水流通道，阀座2安装在阀体1内底部，阻尼环3为环状结构，且阻尼环3上开有多个小孔，阻尼环3的下表面抵在阀体1内底部的圆形台阶上，主阀芯4内设有环形槽和B水流通道4-1，主阀芯4的安装在阻尼环3内，且主阀芯4的底部抵在阀座2上，阻尼弹簧5的一端抵在主阀芯4内的环形槽底部，阻尼器6内设有C水流通道6-1，阻尼器6位于环形槽内，阻尼器6的下表面抵在阻尼弹簧5的另一端，且阻尼器6的外壁与环形槽之间形成间隙，阻尼阀板7内设有D水流通道，阻尼阀板7固定安装在环形槽内，并抵在阻尼器6的上表面，弹簧推杆8的一端位于阀体1内顶部，弹簧推杆8的另一端套在主阀芯4的顶部，且弹簧推杆8的另一端与主阀芯4的顶部之间形成阻尼腔8-1，主弹簧12的两端分别抵在弹簧推杆8和主阀芯4上，上端盖9上开有螺纹孔，上端盖9安装在阀体1的端盖安装孔内，调节螺杆10穿过上端盖9的螺纹孔，并调节弹簧推杆8上下移动，进水口1-1通过阀座2内的A水流通道、主阀芯4内的B水流通道4-1、阻尼器6内的C水流通道6-1和阻尼阀板7内的D水流通道与阻尼腔8-1相通。
阀体1内底部设有内螺纹，阀座2上设有外螺纹，阀座2与阀体1内底部螺纹相配。
它还有锁紧螺母11，锁紧螺母11用于锁紧调节螺杆10。
弹簧推杆8的一端与阀体1的内壁之间设有O型密封圈，主阀芯4的顶部与弹簧推杆8的另一端内壁之间设有O型密封圈。
主阀芯4的一端设有弹簧卡台，阻尼环3套在主阀芯4的一端的弹簧卡台上，主弹簧12的两端分别抵在弹簧推杆8和主阀芯4的弹簧卡台上。
阻尼阀板7材料为经过强化处理的不锈钢、镍铜合金或钛合金加工而成。
阻尼器6为中心细长孔，中心细长孔两端孔的直径为大于中心细长孔直径，材料为不锈钢、铜合金、工程塑料PEEK或工程塑料PTFE加工而成。
所述阻尼环3材料为工程塑料或铜合金。
本发明适用于高压大流量系统的滑动阻尼式水液压溢流阀，如附图1、附图2所示，主阀芯4采用差压控制结构，未工作状态下，高压水通过主阀芯中心孔4-1、阻尼器中心阻尼小孔6-1、阻尼阀板7与阻尼腔8-1连通。主阀芯4开启的液动力有效作用面积为主阀芯4与阀座2形成的主阀口密封面面积与阻尼腔8-1面积之差。主阀芯4开启液动力有效作用面积可以根据设计控制到极小，在同等压力和流量控制的情况下，主弹簧12的设计和制造更为简单，同时主阀芯与阀座密封采用平板阀结构，适用于高压大流量系统。
适用于高压大流量系统的滑动阻尼式水液压溢流阀，如附图1、附图2所示，阻尼环3为环状结构，材料为工程塑料或铜合金，环状体上加工有多个过流小孔3-1，内孔为设定角度和长度的锥口结构设定角度和长度的锥口结构，锥口结构可以起导向作用，防止主阀芯（4）卡死。
适用于高压大流量系统的滑动阻尼式水液压溢流阀，如附图1、附图2所示，具有通过阻尼环3、弹簧推杆8和主阀芯4相互作用形成的机械阻尼和通过阻尼腔8-1和阻尼器6相互作用形成液力阻尼，在机械和液力双阻尼的共同作用下，有效的避免了一般水液压溢流阀工作振动大、噪声大、调压精度低、工作稳定性差等突出缺点，提高了系统工作的稳定性。
适用于高压大流量系统的滑动阻尼式水液压溢流阀如附图1、附图2所示，阻尼器6在阻尼弹簧5、阻尼阀板7的作用下，通过设定间隙安装在主阀芯4的内孔中，当外部推力大于阻尼弹簧5的预压紧力时阻尼器6可滑动。在阻尼器6中心阻尼小孔6-1因介质污染被堵死的情况下，在主阀芯向上运动阻尼腔8-1形成局部高压的作用下，阻尼器6向阻尼阀口开启的方向（附图1所示下方）滑动，打开阻尼阀口，连通阻尼腔8-1和高压进水P口，有效的避免了固定安装式阻尼器中心阻尼小孔因介质污染被堵死，而引起主阀芯4无法开启导致元件失效的问题，提高了水液压溢流阀的抗污染性能和可靠性。
本发明提供的一种适用于高压大流量系统的滑动阻尼式水液压溢流阀工作过程如下：
初始工作状态下，高压水通过高压进水P口、阀座2、主阀芯中心孔4-1、阻尼器中心阻尼小孔6-1、阻尼阀板7进入阻尼腔8-1。当压力水作用在主阀芯4底部和通过在阻尼腔8-1作用在主阀芯4的合力大于主弹簧12的预压紧力及主阀芯4动作摩擦力之和时候，主阀芯4打开。通过调节螺杆10推动弹簧推杆8运动，控制主弹簧12的预压紧力，实现主阀芯4开启压力的调节。
把主阀芯4开启的压力定义为设定压力P0，当高压进水P口压力大于设定压力P0时，主阀芯4开启，压力水流经过阀座2、阻尼环3上的均布的多个小孔3-1、出水T口回流卸荷。溢流阀主阀芯4在机械摩擦力、液压力、弹簧弹力共同作用下，处于某一平衡稳定位置，保持高压进水P口的压力动态稳定。阻尼器中心阻尼孔6-1堵塞时，阻尼腔8-1因主阀芯4向上运动内部水受压缩而产生局部高压，作用在阻尼器6上，当作用在阻尼器6上的局部高压的液压推力大于阻尼弹簧5的预压紧力和底部液压推力之和时，阻尼器6向附图1所示的下方滑动，开启阻尼阀口，通过主阀芯中心孔4-1、阻尼器6与主阀芯4中心孔之间的间隙、阻尼器6和阻尼阀板7之间形成的阻尼阀口连通阻尼腔8-1，将阻尼腔8-1形成的局部高压卸荷，同时阻尼器6在阻尼弹簧5的作用下回到初始密封位置。在机械摩擦力、液压力、弹簧弹力共同作用下，主阀芯4处于某一动态平衡位置，维持高压进水P口压力的动态稳定。阻尼器6的可滑动设计有效的避免了因阻尼孔堵死，阻尼腔内部形成局部高压，导致主阀芯无法打开的缺陷，提高了水液压溢流阀的抗污染性能和可靠性。

Claims (1)

1.一种用于高压大流量系统的滑动阻尼式水液压溢流阀，其特征在于它包括阀体（1）、阀座（2）、阻尼环（3）、主阀芯（4）、阻尼弹簧（5）、阻尼器（6）、阻尼阀板（7）、弹簧推杆（8）、上端盖（9）、调节螺杆（10）和主弹簧（12），阀体（1）上开有进水口（1-1）、出水口（1-2）和端盖安装孔，阀体（1）内底部设有圆形台阶，阀座（2）内开有A水流通道，阀座（2）安装在阀体（1）内底部，阻尼环（3）为环状结构，且阻尼环（3）上开有多个小孔，阻尼环（3）的下表面抵在阀体（1）内底部的圆形台阶上，主阀芯（4）内设有环形槽和B水流通道（4-1），主阀芯（4）的安装在阻尼环（3）内，且主阀芯（4）的底部抵在阀座（2）上，阻尼弹簧（5）的一端抵在主阀芯（4）内的环形槽底部，阻尼器（6）内设有C水流通道（6-1），阻尼器（6）位于环形槽内，阻尼器（6）的下表面抵在阻尼弹簧（5）的另一端，且阻尼器（6）的外壁与环形槽之间形成间隙，阻尼阀板（7）内设有D水流通道，阻尼阀板（7）固定安装在环形槽内，并抵在阻尼器（6）的上表面，弹簧推杆（8）的一端位于阀体（1）内顶部，弹簧推杆（8）的另一端套在主阀芯（4）的顶部，且弹簧推杆（8）的另一端与主阀芯（4）的顶部之间形成阻尼腔（8-1），主弹簧（12）的两端分别抵在弹簧推杆（8）和主阀芯（4）上，上端盖（9）上开有螺纹孔，上端盖（9）安装在阀体（1）的端盖安装孔内，调节螺杆（10）穿过上端盖（9）的螺纹孔，并调节弹簧推杆（8）上下移动，进水口（1-1）通过阀座（2）内的A水流通道、主阀芯（4）内的B水流通道（4-1）、阻尼器（6）内的C水流通道（6-1）和阻尼阀板（7）内的D水流通道与阻尼腔（8-1）相通;阀体（1）内底部设有内螺纹，阀座（2）上设有外螺纹，阀座（2）与阀体（1）内底部螺纹相配;它还有锁紧螺母（11），锁紧螺母（11）用于锁紧调节螺杆（10）;弹簧推杆（8）的一端与阀体（1）的内壁之间设有O型密封圈，主阀芯（4）的顶部与弹簧推杆（8）的另一端内壁之间设有O型密封圈;主阀芯（4）的一端设有弹簧卡台，阻尼环（3）套在主阀芯（4）的一端的弹簧卡台上，主弹簧（12）的两端分别抵在弹簧推杆（8）和主阀芯（4）的弹簧卡台上;阻尼阀板（7）材料为经过强化处理的不锈钢、镍铜合金或钛合金加工而成;阻尼器（6）为中心细长孔，中心细长孔两端孔的直径为大于中心细长孔直径，材料为不锈钢、铜合金、工程塑料PEEK或工程塑料PTFE加工而成;所述阻尼环（3）材料为工程塑料或铜合金。
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