CN108180185B - 一种先导式液压安全阀 - Google Patents

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Abstract

本发明一种先导式液压安全阀，包括壳体(1)、主阀芯(2)、主弹簧(3)、调压旋钮(4)、调压弹簧(6)、先导阀芯(7)；壳体上有连接油源的油路A和连接回油的管道B；壳体(1)中具有安装主阀芯(2)和先导阀芯(7)的内腔，及进油腔A和回油腔B，安装主阀芯(2)和先导阀芯安装在壳体(1)中。本发明提供了一种能够改善动态性能的安全阀，提高了安全阀的响应速度，能够有效抑制系统压力冲击的幅值和时间，保护元件不受压力冲击的损坏。

Description

一种先导式液压安全阀
技术领域
本发明属于液压领域，涉及一种能够改善动态性能的先导式液压安全阀。
背景技术
先导式液压安全阀作为液压系统保护元件，被广泛应用于航空、航天等领域。在液压系统中，当泵突然启动、停止、变速或换向时，或阀口突然关闭时，或执行机构动作突然停止时，由于流动的液体和运动部件惯性的作用，使系统内瞬时形成很高的峰值压力。这种现象会对液压系统造成较大的损伤，重则可使油路破裂、液压元件和测量仪表损坏，轻则使元件和仪器精度降低；液压冲击对系统的可靠性和稳定性产生不利影响；液压系统在受到液压冲击时，会使液压系统升温，产生振动和噪声，引起连接件松动漏油等。
发明内容
本发明的目的是：提供一种高动态性能的安全阀，以抑制压力冲击的幅值，减少压力冲击的时间，保护液压系统元件，使液压系统稳定可靠的工作。
本发明的技术方案是：一种先导式液压安全阀，包括壳体1、主阀芯2、主弹簧3、调压旋钮4、调压弹簧6、先导阀芯7；壳体上有连接油源的油路和连接回油的管道；壳体1中具有安装主阀芯2和先导阀芯7的内腔，及进油腔A和回油腔B，主阀芯2和先导阀芯安装在壳体1中，主阀芯2为左端面与壳体之间形成D腔，主阀芯2右端面与壳体之间形成K腔，主阀芯2与进油腔A之间设有G腔，主阀芯2与回油腔B之间形成E腔，主弹簧3设在主阀芯2右端面与壳体之间；先导阀芯7右端面与壳体1之间形成L腔，L腔中设有调压弹簧6，左端面与壳体1之间形成H腔，先导阀芯7左右端面与壳体之间形成M腔；壳体内腔设有用于限制主阀芯2和先导阀芯7左端面行程的台阶面b、a；先导阀芯7上设有连通H腔和M腔的油路，L腔与H腔通过油路连通，H腔与D腔之间通过油路连通，油路上设有阻尼孔R1，H腔与K腔之间通过油路连通，油路上设有阻尼孔R2，为主阀芯2的动态阻尼孔，H腔与先导阀芯7左端面s1之间设有阻尼孔R3，为先导阀芯7的动态阻尼孔，M腔与E腔之间设有可通过先导阀芯7控制通断的油路；壳体1上设有压缩调压弹簧6的调压旋钮4，并通过密封圈5密封。
上述先导阀芯7左端面有效面积s1大于右端面有效面积s2。
上述主阀芯2左端面有效面积s3小于右端面有效面积s4。
为了更好的限定主弹簧3，主阀芯2右端面设有凹槽，主弹簧3安装在凹槽内。
油源与进油腔A连接，高压油源经由油路到达D腔，液压力作用于主阀芯2的左端面s3，再经由阻尼孔R1、油路到达H腔、L腔、M腔，液压力作用于先导阀芯7的左端面s1和右端面s2。调节弹簧6通过调压旋钮5产生一定的压缩力f1，将先导阀芯7压紧在壳体端面a上。先导阀芯左端面s1面积大于先导阀芯右端面s2面积，压力p4有如下关系式：
p4*(s1-s2)≤f1
主弹簧3的压缩力f2将主阀芯2压紧在壳体端面b上。当油源压力p1升高，液压力经过阻尼孔R1、R3到达s1端面，当满足p4*(s1-s2)≥f1时，先导阀芯7向右运动增大先导溢流截面积，使得先导溢流量增大。高压油液经由油路、腔体M、腔体E到达回油油路B。先导溢流的高压油液流经阻尼孔R1，在阻尼孔R1两端产生压差，使得p1>p2。压力油液经由油路、阻尼孔R2到达腔体K，作用于主阀芯2的右端面，压力为p3。作用于主阀芯2上的力为|p1*s3-p3*s4-f2|。由于先导阀芯7的先导溢流增大，使得阻尼孔R1两端压差增大，从而主阀芯2两端面压力差增大，主阀芯2两端面压力差值克服弹簧力f2推动主阀芯2向右运动，使腔体K中油液流经阻尼孔R2排出腔体K，在阻尼孔R2两端产生压差，实现主阀芯的平稳增大主溢流截面积，增加溢流量，使油源压力p1减小。
当油源压力p1降低，使得p4降低，满足p4*(s1-s2)≤f1时，先导阀芯7向左运动减小先导溢流截面积。由于先导阀芯7产生溢流减小，使阻尼孔R1两端压差减小，从而主阀芯2两端面压力差减小，弹簧力f2克服主阀芯两端面压力差值推动主阀芯2向左运动，使油液流经阻尼孔R2进入腔体K中，在阻尼孔R2两端产生压差，实现主阀芯的平稳减小主溢流截面积，减小溢流量，使油源压力p1升高，从而实现溢流稳压。
本发明的优点是：本发明改进了先导阀芯与主阀芯结构，使液压力作用于液体流动较缓慢的端面s1、s2、s3、s4推动阀芯的运动，较传统安全阀降低了溢流时液动力对先导阀芯与主阀芯的运动的干扰，增加了先导阀芯动态阻尼孔R3，使得系统压力调节更加平稳快速。本发明的先导式液压安全阀能够有效地抑制压力冲击的幅值，减少压力冲击的时间，保护液压系统元件，使液压系统稳定可靠的工作。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的仿真验证图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明做进一步详细阐述。
一种先导式液压安全阀，包括壳体1、主阀芯2、主弹簧3、调压旋钮4、调压弹簧6、先导阀芯7；壳体上有连接油源的油路A和连接回油的管道B；壳体1中具有安装主阀芯2和先导阀芯7的内腔，及进油腔A和回油腔B，安装主阀芯2和先导阀芯安装在壳体1中，主阀芯2为左端面与壳体之间形成D腔，主阀芯2右端面与壳体之间形成K腔，主阀芯2与进油腔A之间设有G腔，主阀芯2与回油腔B之间形成E腔，主阀芯2右端面与壳体之间设有主弹簧3；先导阀芯7右端面与壳体1之间形成L腔，L腔中设有调压弹簧6，左端面与壳体1之间形成H腔，先导阀芯7左右端面与壳体之间形成M腔；壳体内腔设有用于限制主阀芯2和先导阀芯7左端面行程的台阶；先导阀芯7上设有连通H腔和M腔的油路，L腔与H腔通过油路连通，H腔与D腔之间通过油路连通，油路上设有阻尼孔R1，H腔与K腔之间通过油路连通，油路上设有阻尼孔R2，为主阀芯2的动态阻尼孔，H腔与先导阀芯(7)左端面s1之间设有阻尼孔R3，为先导阀芯7的动态阻尼孔，M腔与E腔之间设有可通过先导阀芯7控制通断的油路；壳体1上设有压缩调压弹簧6的旋钮4，并通过密封圈5密封，如图1所示。
上述先导阀芯7左端面有效面积s1大于右端面有效面积s2。
上述主阀芯2左端面有效面积s3小于右端面有效面积s4。
为了更好的限定主弹簧3，主阀芯2右端面设有凹槽，主弹簧3安装在凹槽内。
油源与进油腔A连接，高压油源经由油路到达D腔，液压力作用于主阀芯2的左端面s3，再经由阻尼孔R1、油路到达H腔、L腔、M腔，液压力作用于先导阀芯7的左端面s1和右端面s2。调节弹簧6通过调压旋钮5产生一定的压缩力f1，将先导阀芯7压紧在壳体端面a上。先导阀芯左端面s1面积大于先导阀芯右端面s2面积，此时压力p4有如下关系式：
p4*(s1-s2)≤f1
主弹簧3的压缩力f2将主阀芯2压紧在壳体端面b上。当油源压力p1升高，使得p4升高，满足p4*(s1-s2)≥f1时，先导阀芯7向右运动增大先导溢流截面积，使得先导溢流量增大。高压油液经由油路、腔体M、腔体E到达回油油路B。先导溢流的高压油液流经阻尼孔R1，在阻尼孔R1两端产生压差，使得p1>p2。压力油液经由油路、阻尼孔R2到达腔体K，作用于主阀芯2的右端面，压力为p3。作用于主阀芯2上的力为|p1*s3-p3*s4-f2|。由于先导阀芯7的先导溢流增大，使得阻尼孔R1两端压差增大，从而主阀芯2两端面压力差增大，主阀芯2两端面压力差值克服弹簧力f2推动主阀芯2向右运动，使腔体K中油液流经阻尼孔R2排出腔体K，在阻尼孔R2两端产生压差，实现主阀芯的平稳增大主溢流截面积，增加溢流量，使油源压力p1减小。
当油源压力p1降低，使得p4降低，满足p4*(s1-s2)≤f1时，先导阀芯7向左运动减小先导溢流截面积。由于先导阀芯7产生溢流量减小，使阻尼孔R1两端压差减小，从而主阀芯2两端面压差减小，弹簧力f2克服主阀芯两端面压力差值推动主阀芯2向左运动，使油液流经阻尼孔R2进入腔体K中，在阻尼孔R2两端产生压差，实现主阀芯的平稳减小主溢流截面积，减小溢流量，使油源压力p1升高，从而实现溢流稳压。
本发明的工作过程如下：
如图1所示。当油源压力p1升高，使得p4升高，满足p4*(s1-s2)≥f1时，先导阀芯7向右运动增大先导溢流截面积，使先导溢流量增大。高压油液经由油路、腔体M、腔体E到达回油油路B。先导溢流的高压油液流经阻尼孔R1，在阻尼孔R1两端产生压差，使得p1>p2。压力油液经由油路、阻尼孔R2到达腔体K，作用于主阀芯2的右端面，压力为p3。作用于主阀芯2上的力为|p1*s3-p3*s4-f2|。由于先导阀芯7的先导溢流增大，使阻尼孔R1两端压差增大，从而主阀芯2两端面压力差增大，主阀芯2两端面压力差值克服弹簧力f2推动主阀芯2向右运动，使腔体K中油液流经阻尼孔R2排出腔体K，在阻尼孔R2两端产生压差，实现主阀芯的平稳增大主溢流截面积，增加溢流量，使得油源压力p1减小。
当油源压力p1降低，使得p4降低，满足p4*(s1-s2)≤f1时，先导阀芯7向左运动减小先导溢流截面积。由于先导阀芯7产生溢流减小，使阻尼孔R1两端压差减小，从而主阀芯2两端面压力差减小，弹簧力f2克服主阀芯两端面压力差值推动主阀芯2向左运动，使油液流经阻尼孔R2进入腔体K中，在阻尼孔R2两端产生压差，实现主阀芯的平稳减小主溢流截面积，减小溢流量，使油源压力p1升高，从而实现溢流稳压。
通过仿真比较，如图2所示，本发明的新型安全阀在应对流量突变时的调节时间约为10ms，压力冲击幅值为9.5％；传统安全阀调节时间约为30ms，压力冲击幅值为27％，突变情况为：0.15s时流经安全阀的流量在2ms内从18L/min减小到149L/min，配合容积为20cm3、充气压力为25MPa的缓冲器。充分说明本发明的先导式液压安全阀能够有效地抑制压力冲击的幅值，减少压力冲击的时间，保护液压系统元件，使液压系统稳定可靠的工作。

Claims (4)

1.一种先导式液压安全阀，其特征在于：包括壳体(1)、主阀芯(2)、主弹簧(3)、调压旋钮(4)、调压弹簧(6)、先导阀芯(7)；壳体上有连接油源的油路和连接回油的管道；壳体(1)中具有安装主阀芯(2)和先导阀芯(7)的内腔，及进油腔A和回油腔B，主阀芯(2)和先导阀芯安装在壳体(1)中，主阀芯(2)左端面与壳体之间形成D腔，主阀芯(2)右端面与壳体之间形成K腔，主阀芯(2)与进油腔A之间设有G腔，主阀芯(2)与回油腔B之间形成E腔，主弹簧(3)设在主阀芯(2)右端面与壳体之间；先导阀芯(7)右端面与壳体(1)之间形成L腔，L腔中设有调压弹簧(6)，先导阀芯(7)左端面与壳体(1)之间形成H腔，先导阀芯(7)左右端面与壳体之间形成M腔；壳体内腔设有用于限制主阀芯(2)左端面行程的台阶面b和限制先导阀芯(7)左端面行程的台阶面a；先导阀芯(7)上设有连通H腔和M腔的油路，L腔与H腔通过油路连通，H腔与D腔之间通过油路连通，H腔与D腔之间的油路上设有阻尼孔R1，H腔与K腔之间通过油路连通，H腔与K腔之间的油路上设有阻尼孔R2，为主阀芯(2)的动态阻尼孔，H腔与先导阀芯(7)左端面s1之间设有阻尼孔R3，为先导阀芯(7)的动态阻尼孔，M腔与E腔之间设有可通过先导阀芯(7)控制通断的油路；壳体(1)上设有压缩调压弹簧(6)的调压旋钮(4)，并通过密封圈(5)密封。
2.根据权利要求1所述的先导式液压安全阀，其特征在于：先导阀芯(7)左端面有效面积s1大于右端面有效面积s2。
3.根据权利要求1所述的先导式液压安全阀，其特征在于：主阀芯(2)左端面有效面积s3小于右端面有效面积s4。
4.根据权利要求1所述的先导式液压安全阀，其特征在于：主阀芯(2)右端面设有凹槽，主弹簧(3)安装在凹槽内。
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