CN105526206A - 一种带挤压油膜缓冲的锥阀 - Google Patents

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Abstract

本发明属于流体传动及控制领域中的液控单向阀，尤其涉及一种大流量高速锥阀。一种带挤压油膜缓冲的锥阀，包括阀体、阀芯、弹簧、主油口A，主油口B，所述的阀芯密封安装在阀体内，顶部带有锥面，所述的弹簧安装在杯状的阀芯内部，所述的阀芯的底部设有一圈环形阀芯台阶面，所述阀体对应具有一圈阀体台阶面，所述的阀芯台阶面和阀体台阶面之间在锥阀关闭时形成环形挤压油膜。从而提高了阀的使用寿命。

Description

一种带挤压油膜缓冲的锥阀
技术领域
本发明属于流体传动及控制领域中的液控单向阀，尤其涉及一种大流量高速锥阀。
背景技术
锥阀是液压系统中重要元件之一，具有结构简单、动作灵敏、密封性好、耐装拆、能量损失小、抗污染能力强和响应速度快等特点，广泛应用于高压、高温、重负荷和对密封要求较高的场合，其密封副是由两个光滑锥形表面相互接触形成环形密封线，通过密封面的弹性变形来进行油液密封，环形密封线的宽度窄、面积小、应变大、应力高，易产生应力集中和疲劳破坏。
大流量高速锥阀动态关闭过程中，阀芯以某一速度撞击阀座，此时，高速流动的液压油由于阀口迅速关闭，流速发生急剧变化，液压油动能瞬间转变为压力能，使得阀芯端部的瞬时油压达到其工作压力的3~4倍，这部分压力增大了阀芯对阀座冲击力，加速阀芯和阀座损坏，阀座表面会受到较大冲击遭到破坏，且阀芯在阀座反作用力和液压力作用下产生往复振荡，阀芯振荡会导致锥阀密封表面疲劳破坏，产生表面缺陷，缺陷的密封面上产生钝化膜覆盖层，在更新钝化膜的过程中，母体金属被消耗，就产生气蚀，气蚀进一步加剧了密封表面的磨损与破坏，锥阀的密封性能将明显降低甚至失效，大大降低了锥阀的使用寿命、可靠性和密封性能，严重时会造成机械设备损坏和人员伤亡，产生很大损失。
发明内容
为了克服锥阀阀芯冲击和阀芯振荡现象引起锥阀使用寿命降低、可靠性和密封性能降低的不足，提出了在阀芯设置环形挤压油膜缓冲器的新型结构锥阀。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种带挤压油膜缓冲的锥阀，包括阀体、阀芯、弹簧、主油口A，主油口B，所述的阀芯密封安装在阀体内，顶部带有锥面，所述的弹簧安装在杯状的阀芯内部，所述的阀芯的底部设有一圈环形阀芯台阶面，所述阀体对应具有一圈阀体台阶面，所述的阀芯台阶面）和阀体台阶面之间在锥阀关闭时形成环形挤压油膜。
阀芯台阶面和阀体台阶面之间形成环形挤压油膜，当阀芯以一定速度关闭时，环形挤压油膜内的流体质点互相挤迫而产生了升高的压强将间隙内流体推向四周，产生了液体的径向流动，环形挤压油膜压力升高产生与阀芯台阶面运动方向相反的推力作用，阻碍阀芯的运动，环形挤压油膜内部的压力与阀芯运动速度成正比，与环形挤压油膜厚度三次方成反比，随着阀芯台和阀体凸台之间的环形挤压油膜厚度越薄，环形挤压油膜对阀芯台阶面反推力就越大，所以在阀芯即将关闭的瞬间，阀芯的速度迅速降低，对阀体的冲击很小，减少造成锥阀锥形密封面的冲击破坏的可能，同时消除阀芯的振荡现象。
作为优选：一种带挤压油膜缓冲的锥阀，所述阀体台阶面上设有1-3圈环形槽，所述阀芯台阶面上设有相应的环状凸齿。利用环型槽和环状凸齿啮合产生的挤压效应和阻尼效应，将更加有效地将振荡能量快速耗散，同时提高了油膜的刚度。
作为优选：带挤压油膜缓冲的锥阀，所述阀体台阶面上设有1-3圈环状凸齿，所述阀芯台阶面上设有相应的环形槽，所述环状凸齿和环型槽径向截面为90°锯齿形，齿高和槽深为1-3mm。锯齿形的齿槽啮合，阻尼效应更加明显。
作为优选：一种带挤压油膜缓冲的锥阀，当锥阀关闭状态时，阀体台阶面与阀芯台阶面啮合时，环形挤压油膜的最小厚度为为0.1mm。
所述的所阀芯凸台和阀体凸台形成环形挤压油膜，阀芯凸台右面和阀座凸台左面相互平行，环形油膜厚度均匀，当阀芯处于右位关闭状态时，环形挤压油膜的初始厚度约为0.1mm，这是因为阀芯所受到的环形挤压油膜反作用力与阀芯速度成正比，与环形挤压油膜厚度的三次方成反比，所以环形挤压油膜厚度越小，油膜对阀芯反作用力越大，但是过小则容易发生干摩擦。
附图说明
图1为实施例1的结构示意图；
图2为环形挤压油膜缓冲装置局部放大图；
图3是实施例的结构示意图；
图4为实施例2中的阀芯3的右视图；
图5为实施例3中的阀芯3的右视图。
图中：1、阀体，2、弹簧、3、阀芯，4、环形挤压油膜，5、主油口A，6、主油口B，7、阀体台阶面，8、阀芯台阶面，9、环状凸齿，10、环形槽。
具体实施方式
为更好地说明本发明的内容，现结合附图通过实施例对本发明内容进行详细说明。
实施例1：一种带挤压油膜缓冲的锥阀，包括阀体1、阀芯3、弹簧2、主油口A5，主油口B6，所述的阀芯3密封安装在阀体1内，顶部带有锥面，所述的弹簧2安装在杯状的阀芯3内部，所述的阀芯3的底部设有一圈环形阀芯台阶面8，所述阀体1对应具有一圈阀体台阶面7，所述的阀芯台阶面8和阀体台阶面7之间在锥阀关闭时形成环形挤压油膜4。
图1中，当锥阀阀芯3处于左位时，主油口A5和主油口B6之间的通路；反之，当锥阀阀芯3处于右位时，主油口A5和主油口B6之间断开。
图2是局部放大图，其中阀芯台阶面8和阀体台阶面7形成环形挤压油膜4，阀芯台阶面8的右面和阀体台阶面7的左面相互平行，环形油膜厚度均匀的环形油膜4，保证阀芯3处于右位关闭状态时，环形挤压油膜4初始厚度为0.1mm左右。图1中的弹簧2是在保证锥阀在控制油路失压的条件下，让锥阀阀芯3处于关闭状态，保证锥阀可靠性。
实施例2：图3整体结构同实施例1，阀体台阶面7上设有2圈环状凸齿9，所述阀芯台阶8上设有相应的环形槽10，所述环状凸齿9和环型槽10径向截面为90°锯齿形，齿高和槽深为2mm。阀芯3处于右位关闭状态时，环形挤压油膜4初始厚度为0.1mm左右。齿与槽的啮合，使得挤压效应增强。阻尼效应也相应增强，将更加有效地将振荡能量快速耗散，同时提高了油膜的刚度。图4为实施例2中的阀芯3的右视图。可见该阀芯台阶面8上带有2圈90°锯齿状的环形槽10。
实施例3：整体结构同实施例2，阀体台阶面7上设有3圈环形槽10，该环形槽10位于所述阀体台阶面7的中间，另有阀芯台阶面8上设有相应的环状凸齿9，所述环状凸齿9和环型槽10径向截面为90°锯齿形，尖锐锯齿，齿高和槽深为2mm。阀芯3处于右位关闭状态时，环形挤压油膜4初始厚度为0.1mm左右。齿与槽的啮合，使得挤压效应增强。阻尼效应也相应增强，将更加有效地将振荡能量快速耗散，同时提高了油膜的刚度。
实施例4：见图3，整体结构同实施例3，阀体台阶面7上设有1圈环形槽10，该环形槽10位于所述阀体台阶面7的中间，另有阀芯台阶面8上设有相应的环状凸齿9，所述环状凸齿9和环型槽10径向截面为90°锯齿形，尖锐锯齿，齿高和槽深为2mm。阀芯3处于右位关闭状态时，环形挤压油膜4初始厚度为0.1mm左右。齿与槽的啮合，使得挤压效应增强。阻尼效应也相应增强，将更加有效地将振荡能量快速耗散，同时提高了油膜的刚度。居中设置的锯齿状槽和齿，使得存油效果更好，大大优于实施例1的平滑台阶面。
总之，该发明采用带环形挤压油膜缓冲，将大大减轻锥阀的密封面的撞击力，延长使用寿命。其关键点在于油膜挤压效应，合理的设置环形油膜形状，将使得油膜刚度提高，保证锥阀的灵敏度的前提下，不至油膜破裂，导致密封面发生撞击。

Claims (4)

1.一种带挤压油膜缓冲的锥阀，包括阀体（1）、阀芯（3）、弹簧（2）、主油口A（5），主油口B（6），所述的阀芯（3）密封安装在阀体内，顶部带有锥面，所述的弹簧安装在杯状的阀芯内部，其特征在于，所述的阀芯（3）的底部设有一圈环形阀芯台阶面（8），所述阀体对应具有一圈阀体台阶面（7），所述的阀芯台阶面（8）和阀体台阶面（7）之间在锥阀关闭时形成环形挤压油膜（4）。
2.如权利要求1所述的带挤压油膜缓冲的锥阀，其特征在于：所述阀体台阶面（7）上设有1-3圈环形槽（10），所述阀芯台阶面（8）上设有相应的环状凸齿（9）。
3.如权利要求1所述的带挤压油膜缓冲的锥阀，其特征在于所述阀体台阶面（7）上设有1-3圈环状凸齿（9），所述阀芯台阶面（8）上设有相应的环形槽（10），所述环状凸齿(9)和环型槽径向截面为90°锯齿形，齿高和槽深为1-3mm。
4.如权利要求2或3所述的带挤压油膜缓冲的锥阀，其特征在于：当锥阀关闭状态时，阀体台阶面（7）与阀芯台阶面（8）啮合时，环形挤压油膜（4）的最小厚度为0.1mm。
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