CN108644170A - 一种安全压力可调节插装式安全溢流阀 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种安全压力可调节插装式安全溢流阀，包括阀体和阀芯；所述的阀体内部具有流道，阀芯的后端设置有与所述流道连通的阀座，阀座上设置有密封台；所述的阀芯上连接有压杆，阀芯上设置有与所述密封台配合的密封体；所述的压杆上活动式安装有弹簧座，弹簧座滑动式装配在所述的流道中，在弹簧座和所述的流道的后端之间设置有弹簧；所述的弹簧座上设置有过流孔。本发明的安全溢流阀采用插装式结构，可通过阀体上的螺纹与液压系统相连，具有结构紧凑、体积小、外形美观等特点，便于液压系统的集成。
Description
技术领域
本发明涉及一种溢流阀，具体涉及一种安全压力可调节插装式安全溢流阀，用于液压系统的安全溢流。
背景技术
电液执行器被广泛应用于航天、航海、煤炭等领域，主要通过电动机、泵、液压系统对设备进行驱动，从而实现执行机构的直线或旋转运动，比如大型阀门的启闭控制，其中动力源都是采用液压系统的液压油缸从而实现阀门的打开或关闭。但遇到突发情况，如断电或液压系统不能正常工作情形下，如果液压系统压力过高会带来严重后果。因此，在电动液压传动机构中设置安全装置—溢流阀，从而在液压系统压力过高时，通过溢流阀溢流液压油来保证液压系统压力低于安全压力。
随着电液执行器的广泛应用，对溢流阀的各种指标要求也越来越高。现有溢流阀在保证密封可靠的前提下，工作次数一般仅几十次，使用寿命与实际需求之间存在很大差距；并且现有的溢流阀安全压力一般不能调节，从而使得其不能很好地满足实际使用需求；另外，当前的溢流阀还存在体积较大不便于安装的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种密封性能好的安全压力可调节的拆装式安全溢流阀，该溢流阀同时兼具体积小、结构紧凑、寿命长、便于液压系统集成的特点。
为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：
一种安全压力可调节插装式安全溢流阀，包括阀体和阀芯；
所述的阀体内部具有流道，阀芯的后端设置有与所述流道连通的阀座，阀座上设置有密封台；
所述的阀芯上连接有压杆，并在阀芯上设置有与所述密封台配合的密封体；所述的压杆上活动式安装有弹簧座，弹簧座滑动式装配在所述的流道中，在弹簧座和所述的流道的后端之间设置有弹簧；所述的弹簧座上设置有过流孔。
进一步地，所述的阀座为形成于阀体后端面上的环状构件，阀座中设置有导出槽，所述的流道通过出液孔连通所述的导出槽。
进一步地，所述的密封台为环形台，密封台的表面为平面；密封台的横截面呈等腰梯形状。
进一步地，所述的压杆的后端固定在基体上，基体的后端设置有固定部，固定部固定于所述的阀芯中。
进一步地，所述的阀芯的后端设置有凸起部，自阀芯的前端面至凸起部的方向上依次开设有出液槽、固定槽、限位槽以及卡槽，其中卡槽延伸至凸起部中；
所述的固定部固定在卡槽中，基体的后端卡在限位槽中，所述的密封体环绕基体设置并位于所述的固定槽中。
进一步地，所述的基体前端设置有压盘，所述的密封体由压盘限位于所述的固定槽中；密封体前端直径大于所述密封台的外径。
进一步地，所述的固定槽的内径沿前端至后端方向逐渐减小，固定槽的后端面上，以及固定槽的内壁上均分布有密封刺。
进一步地，所述的阀芯和阀座的密封压比q满足:
上式中，P1为弹簧的安装负荷，Dk为密封台的密封直径，pf为溢流阀中的工作介质对密封体的压力，S为密封台的宽度，h为密封台压进密封体的压痕深度；θ为密封台的角度。
进一步地，所述的溢流阀的当量通径Dn满足：
上式中，G0为溢流阀的质量流量，ρ为工作介质的密度，V0为工作介质的流速。
进一步地，所述的弹簧座上设置有安装槽，所述的弹簧的前端设置在安装槽中。
进一步地，所述的流道、阀座、压杆、阀芯、弹簧同轴设置。
进一步地，所述的流道的内径大于所述出液孔的内径。
本发明具有以下技术特点：
1.本发明的安全溢流阀采用插装式结构，可通过阀体上的螺纹与液压系统相连，具有结构紧凑、体积小、外形美观等特点，便于液压系统的集成。
2.本发明的阀体内部设有油路的流道，溢流阀阀芯、阀座密封结构为非金属-金属密封形式，阀芯采用非金属-金属粘接结构，工艺简单，密封可靠。
附图说明
图1为本发明的整体结构轴截面示意图；
图2为本发明的溢流阀打开时的轴截面示意图；
图3为阀芯和压杆部分的轴截面示意图；
图4为阀体的轴截面示意图；
图5为阀芯的轴截面示意图；
图6为密封体的轴截面示意图。
图中标号代表：1阀芯，2阀体，3弹簧座，4弹簧，5介质入口，6流道，7过流孔，8外螺纹，9安装槽，10外螺纹，11压杆，12基体，13出液孔，14导出槽，15密封台，16出液槽，17密封体，18固定槽，19卡槽，20限位槽，21固定部，22限位部，23压盘，24密封刺，25通孔，26阀座，27密封面。
具体实施方式
如图1至图6所示，本发明公开了一种安全压力可调节插装式安全溢流阀，包括阀体2和阀芯1；
所述的阀体2内部具有流道6，阀芯1的后端设置有与所述流道6连通的阀座26，阀座26上设置有密封台15；
所述的阀芯1上连接有压杆11，阀芯1上设置有与所述密封台15配合的密封体17；所述的压杆11上活动式安装有弹簧座3，弹簧座3滑动式装配在所述的流道6中，在弹簧座3和所述的流道6的后端之间设置有弹簧4；所述的弹簧座3上设置有过流孔7。
本发明中，阀芯1上的密封体17采用非金属材质，其余部分，以及阀座26、密封台15均采用金属材质。金属材质的密封台15保证了溢流阀工作的稳定性，同时提升了使用寿命；而非金属材质的密封体17可以保证与金属材质的密封台15吻合时的密封性，同时减少了密封连接时的刚性碰撞，提升了溢流阀的使用寿命。
本发明的阀体2外形为圆柱状，其上设置有外螺纹10。本发明安装在液压系统的安装孔中，该安装孔的尺寸与阀体2外形尺寸相匹配，并具有与所述外螺纹10配合的内螺纹，通过螺纹配合的方式简单方便地实现溢流阀的安装。液压系统中需要溢流的溢流口位于所述安装孔中，当阀体2安装后，阀体2内的流道6前端与所述的溢流口连通。流道6前端为介质入口5，而当工作介质(液压系统中需要泄压的介质，例如液压油)压力过大推开阀芯1时，密封台15和密封体17之间的间隙形成介质出口。
结合图1和图2说明本发明的工作原理。图1为液压系统中工作介质压力正常时本发明的示意图，在这种情况下，由于阀体2固定安装，弹簧4的弹力促使密封体17与阀座26上的密封台15紧密接触，形成密封结构，此时液压系统中的工作介质压力不足以克服弹簧4的弹力。当液压系统中工作介质压力过大时，工作介质从介质入口5进入流道6中，穿过弹簧座3上的过流孔7，继而流到阀座26中，在压力的作用下克服弹簧4弹力将阀芯1推离阀座26，此时在密封台15和密封体17之间形成介质出口，工作介质从介质出口泄出，以保证液压系统内压力始终低于安全压力；图2中的箭头示出的即为工作介质在泄压时的流动方向。
根据液压系统安全压力的需求可以调节本发明溢流阀的安全压力；本发明中压杆11和弹簧座3采用活动式的安装方式，此处的活动式安装是指弹簧座3可调节在压杆11上沿轴向的固定位置，但在未施加外力的情况下，弹簧座3与压杆11的相位位置保持固定。
例如在弹簧座3上开设螺纹孔，而在压杆11上设置外螺纹8；采用螺纹配合的方式，使得弹簧座3可以在压杆11上通过旋转的方式调节位置，当弹簧座3位置不同时，所述弹簧4的压缩程度不同，即弹簧4的预紧力不同，这样工作介质推开阀芯1的压力就不同；从而通过调节弹簧座3在压杆11上的位置，即可调节本发明溢流阀的安全压力。弹簧座3上设置有安装槽9，所述的弹簧4的前端设置在安装槽9中；弹簧座3为圆柱形结构，与流道6内径相同，滑动式装配在流道6内，所述的滑动式装配是指弹簧座3在沿流道6轴向的外力的作用下可在所述流道6中滑动；在弹簧座3上分布有多个供工作介质通过的过流孔7；优选地，所述的弹簧座3与流道6之间设置有密封圈，使得弹簧座3与流道6之间为滑动密封。
作为上述技术方案的进一步优化：
为了便于说明，本方案中流道6介质入口5的一端定义为前端。
如图1、图2和图4所示，所述的阀座26为形成于阀体2后端面上的环状构件，具体地，本发明的阀体2为圆柱形结构，所述的阀座26为圆环形结构；阀座26中设置有导出槽14，该导出槽14即为阀座26的内部；所述的流道6通过出液孔13连通所述的导出槽14，导出槽14的内径大于流道6的内径，流道6的内径大于出液孔13的内径；所述的弹簧4的直径大于出液孔13的直径，弹簧4的后端顶在流道6的后端面上。
如图4所示，所述的密封台15为环形台，密封台15的表面为平面，该平面即为密封面27；密封台15的横截面呈等腰梯形状；密封台15与密封座同轴设置并固定于密封座上；沿直径方向横切密封台15，则切面为等腰梯形，该等腰梯形的两个腰的夹角记为θ，密封面27的宽度即为密封台15表面的宽度，记为S。为了保证阀芯1和阀座26的密封压比，发明人对密封台15的结构进行了多轮优化和多方案验证试验，最终确定密封台15采用所述的横截面为等腰梯形的结构，且所述的夹角θ优选采用45°，所述的宽度S优选采用0.25mm。
如图3所示，本方案中，所述的压杆11的后端固定在基体12上，基体12的后端设置有固定部21，固定部21固定于所述的阀芯1中。压杆11为刚性直杆，伸入至流道6中。压杆11后端有基体12，基体12为圆柱形结构，并在基体12的后端同轴设置有圆柱形的固定部21，该固定部21的直径小于基体12的直径。
所述的阀芯1的后端设置有凸起部，自阀芯1的前端面至凸起部的方向上依次同轴开设有出液槽16、固定槽18、限位槽20以及卡槽19，其中卡槽19延伸至凸起部中，卡槽19的直径小于限位槽20，限位槽20的直径小于固定槽18，出液槽16的内径大于阀座26的外径。
所述的固定部21固定在卡槽19中，例如在本方案中，固定部21与卡槽19采用螺纹配合的方式可拆卸地连接；基体12的后端卡在限位槽20中，所述的密封体17环绕基体12设置并位于所述的固定槽18中；具体地，如图6所示，在密封体17的中部设置有通孔25，密封体17通过通孔25套在基体12上。在泄压时，工作介质从出液孔13进入导出槽14中，继而推开阀芯1，穿过密封台15和密封体17的间隙，进入到出液槽16中，再从出液槽16和阀座26之间流出阀体2。
图5展示出了固定槽18的结构，为了确保密封体17和阀芯1在高压工作小件下不脱落，本实施例中，该固定槽18为外小内大的燕尾槽，即所述的固定槽18的内径沿前端至后端方向逐渐减小，固定槽18的后端面上，以及固定槽18的内壁上均分布有密封刺24；该密封刺24为圆锥形结构，开设于固定槽18的后端面以及内壁上。经发明人大量的试验和验证给出了一组较优的固定槽18的结构参数：所述的固定槽18横截面为等腰梯形结构，该等腰梯形的两腰之间的夹角为30°，固定槽18的深度为2.5mm；所述的密封刺24的锥角度数为60°，深度为0.3mm。本实施例中，所述的密封体17的非金属材质可采用橡胶，利用冷压工艺将橡胶压入到所述的固定槽18中以形成密封体17。
如图1至图3所示，所述的基体12前端设置有压盘23，压盘23的外径大于基体12，所述的密封体17由压盘23限位于所述的固定槽18中；当密封体17被压入到固定槽18中后，将基体12穿过密封体17上的通孔25，经将固定部21拧入至所述的卡槽19中，直至基体12的端部与限位槽20端部接触，此时压盘23与密封体17的前端面接触，以对密封体17起到限位作用，使得密封体17在长时间工作下也能稳定地位于固定槽18中；压盘23位于所述的出液槽16中。密封体17前端直径大于所述密封台15的外径，以对密封面27进行完全有效地密封。密封体17的前端面为平面，该平面可保证与密封台15吻合时的密封性，减小了刚性碰撞。
本发明中，阀芯1和阀座26组成的密封结构对溢流阀的密封性和寿命至关重要，经过发明人设计和试验验证，所述的阀芯1和阀座26的密封压比q满足:
上式中，P1为弹簧4的安装负荷，即通过弹簧座3调整的弹簧4预紧力(弹力)，也是弹簧4施加在阀芯1上的力；Dk为密封台15的密封直径，即所述密封台15的最大外径；pf为溢流阀中的工作介质对密封体17的压力，S为密封台15(密封面27)的宽度，如图4所示，h为密封台15压进密封体17的压痕深度，由于密封体17为非金属材质，因此密封台15在工作时会在密封体17前表面上形成环状的压痕；θ为密封台15的角度，即密封台15横截面梯形结构的两腰的夹角。根据本发明的溢流阀的试验结果，当密封压比q在2.5MPa～3MPa之间时，无论是密封性，还是动作寿命均比较好。
如图2所示，为本发明溢流阀打开状态示意图，该状态下，工作介质通过溢流阀进行安全泄压，此时阀芯1和阀座26分离；阀芯1和阀座26的分离的开度大小决定了溢流阀的当量通径Dn，溢流阀的当量通径需满足泄压速率的设计要求，所述的溢流阀的当量通径Dn满足：
上式中，G0为溢流阀的质量流量，其一般取值范围为10～15g/s，ρ为工作介质的密度，V0为工作介质的流速。考虑到安全因素，溢流阀中介质的流速一般不大于5m/s～8m/s。
本发明的溢流阀具有安全溢流功能，体积小，密封可靠，安全打开压力1MPa～2MPa可调节，有效通径1.5mm，工作次数不少于10000次。
Claims (10)
1.一种安全压力可调节插装式安全溢流阀，包括阀体(2)和阀芯(1)，其特征在于：
所述的阀体(2)内部具有流道(6)，阀芯(1)的后端设置有与所述流道(6)连通的阀座(26)，阀座(26)上设置有密封台(15)；
所述的阀芯(1)上连接有压杆(11)，并在阀芯(1)上设置有与所述密封台(15)配合的密封体(17)；所述的压杆(11)上活动式安装有弹簧座(3)，弹簧座(3)滑动式装配在所述的流道(6)中，在弹簧座(3)和所述的流道(6)的后端之间设置有弹簧(4)；所述的弹簧座(3)上设置有过流孔(7)。
2.如权利要求1所述的安全压力可调节插装式安全溢流阀，其特征在于，所述的阀座(26)为形成于阀体(2)后端面上的环状构件，阀座(26)中设置有导出槽(14)，所述的流道(6)通过出液孔(13)连通所述的导出槽(14)。
3.如权利要求1所述的安全压力可调节插装式安全溢流阀，其特征在于，所述的密封台(15)为环形台，密封台(15)的表面为平面；密封台(15)的横截面呈等腰梯形状。
4.如权利要求1所述的安全压力可调节插装式安全溢流阀，其特征在于，所述的压杆(11)的后端固定在基体(12)上，基体(12)的后端设置有固定部(21)，固定部(21)固定于所述的阀芯(1)中。
5.如权利要求4所述的安全压力可调节插装式安全溢流阀，其特征在于，所述的阀芯(1)的后端设置有凸起部，自阀芯(1)的前端面至凸起部的方向上依次开设有出液槽(16)、固定槽(18)、限位槽(20)以及卡槽(19)，其中卡槽(19)延伸至凸起部中；
所述的固定部(21)固定在卡槽(19)中，基体(12)的后端卡在限位槽(20)中，所述的密封体(17)环绕基体(12)设置并位于所述的固定槽(18)中。
6.如权利要求5所述的安全压力可调节插装式安全溢流阀，其特征在于，所述的基体(12)前端设置有压盘(23)，所述的密封体(17)由压盘(23)限位于所述的固定槽(18)中；密封体(17)前端直径大于所述密封台(15)的外径。
7.如权利要求5所述的安全压力可调节插装式安全溢流阀，其特征在于，所述的固定槽(18)的内径沿前端至后端方向逐渐减小，固定槽(18)的后端面上，以及固定槽(18)的内壁上均分布有密封刺(24)。
8.如权利要求1所述的安全压力可调节插装式安全溢流阀，其特征在于，所述的阀芯(1)和阀座(26)的密封压比q满足:
上式中，P1为弹簧(4)的安装负荷，Dk为密封台(15)的密封直径，pf为溢流阀中的工作介质对密封体(17)的压力，S为密封台(15)的宽度，h为密封台(15)压进密封体(17)的压痕深度；θ为密封台(15)的角度。
9.如权利要求1所述的安全压力可调节插装式安全溢流阀，其特征在于，所述的溢流阀的当量通径Dn满足：
上式中，G0为溢流阀的质量流量，ρ为工作介质的密度，V0为工作介质的流速。
10.如权利要求1所述的安全压力可调节插装式安全溢流阀，其特征在于，所述的流道(6)、阀座(26)、压杆(11)、阀芯(1)、弹簧(4)同轴设置。
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