CN109630493A - 一种基于微造型阀芯和异型阀腔的水压组合阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于阀芯微造型和异型阀腔的水压组合阀，包括阀座、阀体Ⅰ、阀体Ⅱ、溢流阀、先导阀、安全阀和电磁阀组成，其特征在于：所述的阀座具有流道、进液口和出液口Ⅰ；所述阀体Ⅰ具有流道、引流孔和出液口Ⅱ；阀体Ⅱ具有流道和出液口Ⅲ；所述溢流阀安装于阀体Ⅰ内部，一侧连通进液口，一侧通过流道与先导阀和安全阀连接，上端通过引流孔与出液口Ⅱ连接；所述电磁阀安装于阀体Ⅰ内部，一侧连通安全阀，一侧与出液口Ⅱ连通，所述安全阀安装于阀体Ⅱ内部。本发明阀芯表面设有微造型结构，阀芯和阀套配合构成异型阀腔。工作压力较小时，该组合阀起溢流作用；工作压力较大时，该组合阀可以迅速泄压。

Description

一种基于微造型阀芯和异型阀腔的水压组合阀

技术领域

本发明涉及水液压技术领域，具体是一种基于微造型阀芯和异型阀腔的水压组合阀。

背景技术

在液压系统中用以控制流体压力、流量和流动方向的控制元件总称为液压控制阀，简称为阀。它们的性能很大程度上决定了整个液压系统的性能。现有的大多数液压系统中由于泵供液的不稳定，容易造成液压系统中液体压力的波动不稳定现象，所以在一个液压系统中通常设有调压阀和安全阀来维持系统的压力平稳和安全，甚至有时两种阀的个数较多。这就造成了阀在连接的过程中比较复杂，不易于系统的安装和维修。同时阀的个数越多，其体积占用也越大，工作过程中造成泄漏的问题也会越严重，使系统的稳定性和实用性降低。

传统的阀设备均使用液压油为工作介质，因液压油的物理特性，其容易对环境造成严重污染。与液压油介质相比，水介质具有安全环保、来源广泛、价格低廉、存储方便、使用成本低和适应性强等诸多优点。

然而水介质的粘度低、润滑性差、导电性强，容易造成阀类零件的腐蚀、磨损等问题。此外，水的气化压力比油类气化压力高，水液压元件的节流口处易形成局部真空而产生大量气穴，气穴进入高压区受压而溃灭，会产生局部冲击和瞬时高温，从而导致元件性能降低，产生振动、噪声以及拉丝侵蚀、冲蚀、冲击等，缩短元件使用寿命。要减小或消除上述现象，除了从材料的选择及材料的处理工艺上进行考虑之外，还应重点从水压元件及系统的结构设计着手，提出适用于水压元件的创新结构。

微造型技术是在摩擦副表面加工出规律分布的微观形貌，以产生动压润滑效果。目前微造型技术在机械密封、发动机活塞环、推力轴承、刀具抗磨等领域已有成功应用。在阀芯开设规律分布的微造型可改善阀芯摩擦副的摩擦磨损及润滑性能。微造型微坑还可存储微量润滑液，在干摩擦及贫油润滑时，产生二次润滑的效果。此外，微造型还具有储存微小固体磨粒的能力，从而减少阀芯、阀套及微磨粒间产生的磨损问题。

异形阀腔是将阀芯和阀套的轮廓设计成异形曲线结构，通过结构改变阀腔流场的流速、流线、压力分布等参数，进而改变阀腔气穴产生的位置、强弱和范围，从而减缓或转移阀腔重要阀口及密封带的气蚀破坏。

本发明提供的一种组合阀是两种阀的合体，通过这种新的结构，达到了简化系统的目的，同时性能上具有泄漏量小、响应快等优点，更优异于传统的分开使用的阀的效果。同时，在阀芯表面进行微造型处理，并采用异形阀腔结构，通过异形阀腔结构削弱和转移气蚀，从而改善阀口的气蚀破坏。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于阀芯微造型和异型阀腔的水压组合阀；该水压组合阀集调压和安全的功能于一体，同时减少系统阀的使用数量，使整个系统得以简化，同时对主阀芯进行微造型设计以及异型阀腔的结构设计，可以有效改善气蚀与磨损的问题。

本发明是通过以下技术方案实现：

一种基于阀芯微造型和异型阀腔的水压组合阀，包括阀座、阀体Ⅰ、阀体Ⅱ、溢流阀、先导阀、电磁阀和安全阀，所述阀座和阀体Ⅰ之间通过螺栓连接，阀体Ⅰ和阀体Ⅱ之间通过螺栓连接，溢流阀、先导阀、电磁阀和安全阀依次安装在阀座、阀体Ⅰ和阀体Ⅱ的内部，所述阀座上具有流道、进液口和出液口Ⅰ；所述阀体Ⅰ具有流道、出液口Ⅱ、引流孔和阀腔；所述阀体Ⅱ具有流道和出液口Ⅲ；所述溢流阀安装于阀座内部，且溢流阀一侧与进液口连接，所述溢流阀另一侧通过流道与先导阀和安全阀连接；所述先导阀安装于阀体Ⅰ内，且一侧连通阀腔，所述溢流阀另一侧与出液口Ⅱ连通；所述安全阀安装于阀体Ⅱ内部，一侧与进液口连通，一侧与出液口Ⅲ连通，尾部通过引流孔与主阀尾椎处的阻尼孔Ⅲ连通。所述电磁阀安装于阀体Ⅰ内部，且电磁阀通过引流孔与安全阀和出液口Ⅱ连通。

所述溢流阀包括溢流阀阀芯、溢流阀阀套和溢流阀弹簧，所述溢流阀阀套通过圆柱副安装在阀座内部，溢流阀芯通过圆柱副安装在溢流阀阀套内部，溢流阀弹簧环绕设置在溢流阀阀芯上，一端与溢流阀阀芯连接，另一端与阀体Ⅰ连接；所述溢流阀阀芯具有高压引流孔、阻尼孔Ⅰ、阻尼孔Ⅱ、阻尼孔Ⅲ和中心孔，所述高压引流孔设在溢流阀阀芯头部；阻尼孔Ⅰ设置在溢流阀阀芯中部柱体侧壁上，为环形分布；所述阻尼孔Ⅲ设置在溢流阀阀芯尾椎的顶端；所述阻尼孔Ⅱ设置在阻尼孔Ⅰ和阻尼孔Ⅲ之间；在其中部柱体以及尾椎的外表面均设有微造型。

所述溢流阀阀芯和溢流阀阀套配合构成异型阀腔结构，异型阀腔包括节流口Ⅰ、节流口Ⅱ、滑阀腔、前腔和后腔，节流口Ⅰ为滑阀节流口，节流口Ⅱ处阀芯壁面由一段斜线和一段长直线组成，节流口Ⅱ处阀套壁面由一段短直线和一段斜线组成。

作为优选，本发明提供的一种基于阀芯微造型和异型阀腔的水压组合阀，所述先导阀包括调节螺栓Ⅰ、先导弹簧、先导阀芯和先导阀顶杆，所述调节螺栓Ⅰ通过先导阀顶杆以及先导弹簧和先导阀芯连接。

作为优选，本发明提供的一种基于阀芯微造型和异型阀腔的水压组合阀，所述安全阀一侧与出液口Ⅲ连通，一侧与引流孔连接，所述安全阀阀芯顶部与进液口连接。

作为优选，本发明提供的一种基于阀芯微造型和异型阀腔的水压组合阀，所述电磁阀一侧与引流孔连接，一侧与出液口Ⅱ连接。

作为优选，本发明提供的一种基于阀芯微造型和异型阀腔的水压组合阀，所述安全阀包括调节螺栓Ⅱ、安全阀弹簧、安全阀套、安全阀芯和安全阀顶杆，安全阀套通过圆柱副安装在阀体Ⅱ内部，安全阀芯通过圆柱副安装在安全阀套内部，所述调节螺栓Ⅱ通过安全阀顶杆以及安全阀弹簧和安全阀芯连接。

作为优选，本发明提供的一种基于阀芯微造型和异型阀腔的水压组合阀，所述电磁阀包括电磁阀芯和电磁阀弹簧，所述电磁阀阀芯通过圆柱副安装在阀体Ⅰ内部，所述电磁阀阀芯通过电磁阀弹簧和阀体Ⅰ连接。

与现有的技术相比，本发明的有益效果是：设计了一种异形阀腔结构，改善了阀腔流场，，从而保护重要的过流阀口；在主阀芯中部柱体及尾椎处设计有微造型结构，微造型结构具有二次润滑，储存颗粒杂物，动压支撑等功能，可以提高主阀芯运动过程中的润滑特性，提高了阀芯的使用性能和使用寿命；工作压力较小时，先导阀和溢流阀起溢流作用；安全阀芯利用弹簧力和压力的差值实现平衡；在压力变化较大的情况下，安全阀芯能迅速开启，在安全阀芯开启的同时，电磁阀也将打开，可以达到迅速泄压的目的。该阀具有稳压和安全的综合性能，水液压系统回路采用双功能的水压组合阀，在一定程度上可以简化水压系统回路，在实现安全和环保的同时，实现水压系统的安装、检查以及维修等过程的简化。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图；

图2是本发明的剖视结构示意图；

图3是本发明中溢流阀芯的剖视结构示意图；

图4是本发明中溢流阀芯的立体结构示意图；

图5是本发明中溢流阀芯异型阀腔流体域局部结构示意图。

图中：1、阀座；2、阀体Ⅰ；3、阀体Ⅱ；4、主阀；5、先导阀；6、安全阀；7、电磁阀；11、流道；12、进液口；13、出液口Ⅰ；21、流道；22、出液口Ⅱ；23、引流孔；24、阀腔；31、流道；32、出液口Ⅲ；41、主阀芯；42、主阀阀套；43、主阀弹簧；51、调节螺栓Ⅰ；52、先导弹簧；53、先导阀芯；54、先导阀顶杆；61、调节螺栓Ⅱ；62安全阀弹簧；63、安全阀套；64、安全阀芯；65、安全阀顶杆；71、电磁阀阀芯；72、电磁阀弹簧。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图2、图3和图5，图2是本发明的剖视结构示意图，图3是本发明中溢流阀芯的剖视结构示意图，图5是本发明中溢流阀芯异型阀腔流体域局部结构示意图。

1.一种基于阀芯微造型和异型阀腔的水压组合阀，包括阀座1、阀体Ⅰ2、阀体Ⅱ3、溢流阀4、先导阀5、安全阀6和电磁阀7，所述阀座1和阀体Ⅰ2之间通过螺栓连接，阀体Ⅰ2和阀体Ⅱ3之间通过螺栓连接，溢流阀4、先导阀5、电磁阀7和安全阀6依次安装在阀座1、阀体Ⅰ2和阀体Ⅱ3的内部，所述阀座1上具有流道11、进液口12和出液口Ⅰ13；所述阀体Ⅰ2具有流道21、出液口Ⅱ22、引流孔23和阀腔24；所述阀体Ⅱ3具有流道31和出液口Ⅲ32；所述溢流阀4安装于阀座1内部，且溢流阀一侧与进液口12连通，所述溢流阀4另一侧通过流道与先导阀5和安全阀6连接；所述先导阀5安装于阀体Ⅰ2内部，且一侧连通阀腔24，所述溢流阀另一侧与出液口Ⅱ22连通；所述安全阀6安装于阀体Ⅱ3内，一侧与进液口12连通，一侧与出液口Ⅲ32连通，尾部通过引流孔23与溢流阀尾椎处的阻尼孔Ⅲ414连通。所述电磁阀7安装于阀体Ⅰ2内部，且电磁阀7通过引流孔23与安全阀6和出液口Ⅱ22连通。

所述溢流阀包括溢流阀阀芯41、溢流阀阀套42和溢流阀弹簧43，所述溢流阀阀套42通过圆柱副安装在阀座1内部，主阀芯41通过圆柱副安装在溢流阀阀套42内部，溢流阀弹簧43环绕设置在溢流阀阀芯41上，一端与溢流阀阀芯41连接另一端与阀体Ⅰ2连接；所述溢流阀阀芯41具有高压引流孔411、阻尼孔Ⅰ412、阻尼孔Ⅱ413、阻尼孔Ⅲ414和中心孔415，所述高压引流孔411设在溢流阀阀芯头部；阻尼孔Ⅰ412设置在溢流阀芯中部柱体416侧壁上，为环形分布；所述阻尼孔Ⅲ414设置在溢流阀阀芯尾椎417的上端；所述阻尼孔Ⅱ413设置在阻尼孔Ⅰ412和阻尼孔Ⅲ414之间；在其中部柱体416以及尾椎417的外表面均设有微造型418。

所述溢流阀芯41和溢流阀阀套42配合构成异型阀腔结构，异型阀腔包括节流口ⅠA、节流口ⅡB、滑阀腔C、前腔D和后腔E，节流口ⅠA为滑阀节流口，节流口ⅡB处阀芯壁面由一段斜线f和一段长直线g组成，节流口ⅡB处阀套壁面由一段短直线h和一段斜线i组成。

所述先导阀5包括调节螺栓Ⅰ51、先导弹簧52、先导阀芯53和先导阀顶杆54，所述调节螺栓Ⅰ51通过先导阀顶杆54以及先导弹簧52和先导阀芯53连接。

所述安全阀6一侧与出液口Ⅲ32连通，一侧与引流孔23连接，所述安全阀阀芯顶部与流道31连通。

所述电磁阀7一侧与引流孔23连接，一侧与出液口Ⅱ22连接。

所述安全阀6包括调节螺栓Ⅱ61、安全阀弹簧62、安全阀套63、安全阀芯64和安全阀顶杆65，安全阀套63通过圆柱副安装在阀体Ⅱ3内部，安全阀芯64通过圆柱副安装在安全阀套63内部，所述调节螺栓Ⅱ61通过安全阀顶杆65以及安全阀弹簧62和安全阀芯64连接。

所述电磁阀7包括电磁阀芯71和电磁阀弹簧72，所述电磁阀阀芯通过圆柱副安装在阀体Ⅰ2内部，所述电磁阀阀芯71通过电磁阀弹簧72和阀体Ⅰ2连接。

现场使用时，水压组合阀工作前，先将先导弹簧52和安全阀弹簧62利用调节螺栓Ⅰ51和调节螺栓Ⅱ61调节到水压系统所需要的稳定压P1和安全压力P2。接入工作系统，水介质经过阀座1上的进液口12流进阀内部，部分工作介质作用在溢流阀阀芯41上，溢流阀阀芯41上设有中心孔415，水介质可通过中心孔415流入阀腔内部，然后通过流道作用于先导阀芯53表面。剩余的一部分水介质通过流道11、流道21和流道31到达安全阀芯64，在安全阀芯64上产生压力，接着部分液体通过安全阀芯64上的阻尼孔到达安全阀的阀腔内部，液体接着经过引流孔23到达溢流阀阀芯41尾椎部分。当水压系统处于稳定状态时，由于进水系统的不稳定性，水介质在进入水压组合阀时会出现压力波动的情况，这时水压组合阀起到稳压溢流的作用。

当系统的流量变化导致压力变化超过先导阀先导弹簧52的弹力P1的情况时，先导阀芯53会迅速开启，这时溢流阀阀腔内的水介质就会从出液口Ⅱ22流入油缸。此时溢流阀芯41会因为阀腔内外存在压差而打开，溢流阀芯41打开就会使溢流阀阀套42上的通道联通，液体经溢流阀阀套42上的开孔流入流道，然后从出液口Ⅰ13流至油缸中，组合阀内此时便处于压力稳定的状态。但此时的溢流量还未达到该阀的最大值。

当系统的流量变化较大导致压力波动较大时，波动的压力会使阀内部压力大于安全阀弹簧62的弹簧力P2，这种情况下溢流阀芯41的位移将会达到最大，这便会使得阻尼孔Ⅱ413与出液口Ⅱ22连通，阻尼孔Ⅲ414与引流孔23连通，这样安全阀腔内部的水介质会以最快的速度从出液口Ⅱ22流入油缸，安全阀芯64也在较大的压力作用下迅速打开，多余的水介质也会从出液口Ⅲ32流出，同时电磁阀阀芯71会在电磁弹簧72的作用下打开，使水介质通过引流孔23从出液口Ⅱ22流出，这样可以迅速实现溢流稳压的效果。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种基于阀芯微造型和异型阀腔的水压组合阀，包括阀座(1)、阀体Ⅰ(2)、阀体Ⅱ(3)、溢流阀(4)、先导阀(5)、安全阀(6)和电磁阀(7)，其特征在于：所述阀座(1)和阀体Ⅰ(2)之间通过螺栓连接，阀体Ⅰ(2)和阀体Ⅱ(3)之间通过螺栓连接，主阀(4)、先导阀(5)、电磁阀(7)和安全阀(6)依次安装在阀座(1)、阀体Ⅰ(2)和阀体Ⅱ(3)的内部，所述阀座(1)上有流道(11)、进液口(12)和出液口Ⅰ(13)；所述阀体Ⅰ(2)具有流道(21)、出液口Ⅱ(22)、引流孔(23)和阀腔(24)；所述阀体Ⅱ(3)具有流道(31)和出液口Ⅲ(32)；所述溢流阀(4)安装于阀座(1)内部，且溢流阀(4)一侧与进液口(12)连接，所述溢流阀(4)另一侧通过流道与先导阀(5)和安全阀(6)连接；所述先导阀(5)安装于阀体Ⅰ(2)内部，且一侧通过流道与阀腔(24)连通，所述先导阀(5)另一侧与出液口Ⅱ(22)连通；所述安全阀(6)安装于阀体Ⅱ(3)内部，且一侧通过流道(11)、流道(21)、流道(31)与进液口(12)连通，所述安全阀(6)另一侧与出液口Ⅲ(32)连通，所述安全阀(6)尾部通过引流孔(23)与溢流阀(4)尾椎处的阻尼孔Ⅲ(414)连通；所述电磁阀(7)安装于阀体Ⅰ(2)内部，且电磁阀(7)通过引流孔(23)与安全阀(6)和出液口Ⅱ(22)连通。

所述溢流阀包括溢流阀阀芯(41)、溢流阀阀套(42)和溢流阀弹簧(43)，所述溢流阀阀套(42)通过圆柱副安装在阀座(1)内部，溢流阀阀芯(41)通过圆柱副安装在溢流阀阀套(42)内部，溢流阀弹簧(43)环绕设置在溢流阀阀芯(41)上，一端与溢流阀阀芯(41)连接，另一端与阀体Ⅰ(2)连接；所述溢流阀阀芯(41)具有高压引流孔(411)、阻尼孔Ⅰ(412)、阻尼孔Ⅱ(413)、阻尼孔Ⅲ(414)和中心孔(415)，所述高压引流孔(411)设在溢流阀阀芯(41)头部；阻尼孔Ⅰ(412)设置在溢流阀阀芯(41)中部柱体(417)侧壁上，为环形分布；所述阻尼孔Ⅲ(414)设置在溢流阀阀芯尾椎(416)的顶端；所述阻尼孔Ⅱ(413)设置在阻尼孔Ⅰ(412)和阻尼孔Ⅲ(414)之间；在其中部柱体(417)以及尾椎(416)的外表面均设有微造型(418)。

所述溢流阀阀芯(41)和溢流阀阀套(42)配合构成异型阀腔结构，异型阀腔包括节流口Ⅰ(A)、节流口Ⅱ(B)、滑阀腔(C)、前腔(D)和后腔(E)，节流口Ⅰ(A)为滑阀节流口，节流口Ⅱ(B)处阀芯壁面由一段斜线(f)和一段长直线(g)组成，节流口Ⅱ(B)处阀套壁面由一段短直线(h)和一段斜线(i)组成。

2.根据权利要求1所述的一种基于阀芯微造型和异型阀腔的水压组合阀，其特征在于：所述先导阀(5)包括调节螺栓Ⅰ(51)、先导弹簧(52)、先导阀芯(53)和先导阀顶杆(54)，所述调节螺栓Ⅰ(51)通过先导阀顶杆(54)以及先导弹簧(52)和先导阀芯(53)连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于阀芯微造型和异型阀腔的水压组合阀，其特征在于：所述安全阀(6)一侧与出液口Ⅲ(32)连接，一侧与引流孔(23)连接，所述安全阀(6)阀芯顶部与流道(31)连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于阀芯微造型和异型阀腔的水压组合阀，其特征在于：所述电磁阀(7)一侧与引流孔(23)连接，一侧与出液口Ⅱ(22)连接。

5.根据权利要求3所述的一种基于阀芯微造型和异型阀腔的水压组合阀，其特征在于：所述安全阀(6)包括调节螺栓Ⅱ(61)、安全阀弹簧(62)、安全阀套(63)、安全阀芯(64)和安全阀顶杆(65)，安全阀套(63)通过圆柱副安装在阀体Ⅱ(3)内部，安全阀芯(64)通过圆柱副安装在安全阀套(63)内部，所述调节螺栓Ⅱ(61)通过安全阀顶杆(65)以及安全阀弹簧(62)和安全阀芯(64)连接。

6.根据权利要求4所述的一种基于阀芯微造型和异型阀腔的水压组合阀，其特征在于：所述电磁阀(7)包括电磁阀阀芯(71)和电磁阀弹簧(72)，所述电磁阀阀芯通过圆柱副安装在阀体Ⅰ(2)内部，所述电磁阀阀芯(71)通过电磁阀弹簧(72)和阀体Ⅰ(2)连接。