CN110259744B - 一种潜用叠加式液压背压阀 - Google Patents

Abstract

本发明属于液压技术领域，提供一种潜用叠加式液压背压阀，由主阀A、先导阀B、隔离阀C以及系统流道通过叠加的方式组成。所述背压阀特别适用于有较多外置式液压用户的且流量变化范围大的动力源内置式的潜用液压系统。系统通过所述背压阀在回油通道建立起的系统背压始终高于潜器外界环境压力一个设定值，可以有效防止外界环境介质（如海水等）因泄漏进入到液压系统中，进而污染整个系统；所述背压阀的背压值跟随外界压力变化而适应性变化，实现系统回油压力与油箱压力之间的压力差值最小化，减少系统回油压力损失，同时降低回油节流噪声。

Description

一种潜用叠加式液压背压阀

技术领域

本发明属于液压技术领域，涉及一种潜用叠加式液压背压阀。

背景技术

液压背压阀的主要作用之一是为液压系统和执行元件提供背压，通过合理设置高于环境压力值的背压值来防止环境介质向系统内渗透，进而保护液压系统免受环境介质污染。有较多液压用户直接裸露在外界环境中（海水或湖水等）的潜用液压系统的液压动力源一般舱内布置，长时间工作后环境介质会通过用户运动部件（如直线式液压缸）的相对运动部位或舷外管路连接部位（如螺纹接头处）向系统内部渗透。在系统回油管路中设置背压阀，调节背压值使得系统中除油箱部位(舱内布置)之外的最低压力高于外界环境压力，如此即使上述部位出现泄漏，环境介质也不能向系统内部渗透。系统的环境压力会随着潜器下潜深度的变化而变化，目前常用的做法将背压阀的背压值直接设为最大值（对应潜器最大下潜深度的环境压力值）或采用两级背压阀。两级背压阀可以设定两个固定的背压值，当潜器下潜深度小于某设定值时，低背压值作用，当潜器下潜深度高出设定值后，高背压值作用。当潜器的最大下潜深度较大时，上述两种做法都避免不了会出现系统背压过大于系统油箱压力的情况。系统介质在背压阀口建立背压后一般会直接进入油箱，该部分压力不做有效功，当系统背压过大于环境压力时，就会有较多的能量不做有效功。能量损耗严重时会直接影响执行元件动作，系统则不能按要求完成任务，同时还会在阀口出产生较大的节流噪声。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种潜用叠加式液压背压阀，该背压阀的背压跟随潜器下潜深度变化而变化，减小潜用液压系统不被环境介质渗透污染的情况下背压值过高于油箱压力导致的能量损耗以及节流噪声。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

一种潜用叠加式液压背压阀，主要由主阀、先导阀、隔离阀以及系统流道通过叠加的方式组成，各功能组件在结构上独立设计，便于叠加。

所述背压阀的主阀是系统形成回路的主干通道，系统压力油做功后通过主阀口直接回油进入油箱，在主阀口处建立有用背压。主阀入口通径与系统流量匹配，设置大入口通径值适配多用户同时工作的大流量工况。回油背压达到设定背压值之前，应保持主阀口密封，密封力正比例于回油背压和通流截面积的乘积。大入口通径时需要较大的密封力，进而需要较大的弹簧力，且当需要调整设定背压值，手动调整时的阻力也因此较大。所述背压阀采取先导阀的形式，将主阀入口压力引入至主阀芯背侧及先导阀入口。主阀入口压力引入至主阀芯背侧后，主要密封力由背侧油腔的油压力提供，可减小主阀弹簧力，进而可减小主阀尺寸；主阀入口压力引入至先导阀入口后，设置先导阀的入口通流截面积远小于主阀入口截面积，先导阀口密封力及弹簧力的要求减小，手动调整时阻力减小。

所述先导阀出口腔与主阀出口腔相连，先导阀回油与主阀回油汇集后一起回油箱。

所述先导阀是控制和调节所述背压阀背压值的主要手段。当系统无回油或回油较少时，主阀口和先导阀口均关闭，主阀入口腔至先导阀入口腔连通处于静压状态，压力值相等。当回油增大，上述静压值增大，直至可以克服先导阀弹簧力及弹簧腔油压的作用时，先导阀开启，系统压力油经先导阀口回油形成回路，此时主阀入口腔至先导阀入口腔由静压状态变成动压状态。在主阀入口与主阀芯背侧弹簧腔之间、主阀入口与先导阀入口之间设置阻尼，可以在主阀入口与主阀芯弹簧腔之间、主阀入口与先导阀入口之间形成压力差。主阀入口与主阀芯背侧弹簧腔之间的压力差随着流经先导阀口的流量的增大而增大，直至可以克服主阀弹簧的作用时，主阀开启，系统回油经主阀口流回油箱。主阀口开度达到一定值时，先导阀阀芯和主阀阀芯处于平衡状态，此时在主阀入口处获得稳定的系统回油背压，该背压值等于先导阀入口压力值、主阀入口与先导阀入口压力差两项之和。

所述主阀阀口的阀芯和阀座采用平板阀的形式。阀口开度稳定后，阀芯会受到一个由于流动方向和流速变化造成的液动力的作用，液动力的大小与阀口流量及流量变化率有关。阀口采用平板阀形式，可以减少液动力，进而减小流量及流量变化对所述背压阀稳定状态的影响，扩大所述背压阀的流量适用范围。同时平板阀形式还可以降低阀芯和阀座配对的加工精度要求。

在所述背压阀的主阀芯内部开设流道，然后设置阻尼螺塞，在主阀入口和主阀芯背侧弹簧腔之间形成阻尼，可有效减小主阀结构尺寸。

所述主阀的弹簧腔与先导阀入口腔相连，在主阀阀体上设置相连流道，并设置阻尼螺塞，可在主阀入口和先导阀入口之间形成双重阻尼。

调整所述阻尼螺塞的结构参数，可以优化所述背压阀的动态性能。

在所述先导阀的弹簧腔引入环境压力作用，环境压力线性正比于潜器下潜深度。此时先导阀开启的条件变为先导阀入口压力需克服先导阀弹簧力以及环境压力的共同作用。由于环境压力随潜器下潜深度变化，故先导阀口压力跟随潜器下潜深度变化而变化，最终所述背压阀的主阀口背压近似等于环境压力、先导阀弹簧力、主阀入口与先导阀入口之间的压力差三项之和。合理设计先导阀弹簧力、主阀入口与先导阀入口之间的压力差两项之和为一特定值，使得经过所述背压阀建立的背压始终高于环境压力上述特定值，确保环境介质不会向系统内渗漏进而污染整个潜用液压系统，同时实现系统回油压力与油箱压力之间的压力差值最小化，减小系统不被回油背压造成的能量损耗以及节流噪声。

所述先导阀弹簧腔与先导阀出口腔通过先导阀阀芯上的密封件进行隔离，防止环境压力向出口侧泄漏导致环境压力值下降。

在所述先导阀弹簧腔与环境压力之间设置隔离阀，环境介质与系统介质通过所述隔离阀进行隔离，阻止环境介质向系统泄漏。

在所述隔离阀的系统侧连通部位设置阻尼螺塞，在隔离阀系统侧压力腔与先导阀弹簧腔之间形成阻尼，衰减外界环境和弹簧腔的压力波动。

在所述隔离阀阀芯两阀瓣之间设置泄水通道，即使由于长时间工作导致的环境介质通过阀芯泄漏，该部分泄漏可直接通过所述泄水通道排出，而不向系统渗透。

所述隔离阀阀芯采用双作用伸出杆结构形式，可在阀芯零位偏移时充分卸压后手动对阀芯位置进行归零。

本发明与现有技术相比，有益效果如下：

1. 本发明潜用叠加式液压背压阀的背压值跟随环境压力（对应潜器下潜深度）的变化而适应性变化，且恒高于环境压力一个近似稳定的设定值，可以在维持系统功能正常的情况下减少系统能量损耗以及回油节流噪声；

2. 本发明潜用叠加式液压背压阀采用了叠加的方式组合在一起，各部件功能及结构相对独立，维护检修方便；

3. 本发明潜用叠加式液压背压阀的动态性能可通过调节阻尼螺塞Ⅰ、阻尼螺塞Ⅱ和阻尼螺塞Ⅲ的结构参数进行优化，阻尼螺塞Ⅰ、阻尼螺塞Ⅱ和阻尼螺塞Ⅲ调整更换操作方便；

4. 本发明潜用叠加式液压背压阀的主阀口采用了平板阀的形式，可以降低阀芯和阀座的同轴度加工要求，减少阀芯所受稳态液动力进而提高背压的稳定性，扩大所述背压阀的流量适用范围；

5. 本发明潜用叠加式液压背压阀的背压值通过先导阀来调节，在大流量工况下，先导阀可以降低手动调节背压值的强度；

6. 本发明潜用叠加式液压背压阀对外界环境介质与系统进行了隔离，避免环境介质进入系统进而造成污染，隔离阀的零位可以手动调整对中。

附图说明

图1为本发明潜用叠加式液压背压阀的功能原理示意图。

图2为本发明潜用叠加式液压背压阀的整体结构原理示意图。

图3为图2的A-A剖面图（除去隔离阀阀芯及紧固件）。

其中，1—出口接头，2—主阀阀体，3—入口阀座，4—主阀阀芯，5—阻尼螺塞Ⅰ，6—主阀弹簧座，7—主阀弹簧，8—主阀端盖，9—阻尼螺塞Ⅱ，10—先导阀阀体，11—先导阀阀座，12—先导阀螺堵，13—先导阀阀芯，14—先导阀弹簧，15—先导阀活塞，16—调节顶杆，17—锁紧螺母，18—螺帽，19—先导阀弹簧座，20—隔离阀阀芯，21—隔离阀环境侧端盖，22—背压接头，23—阻尼螺塞Ⅲ，24—隔离阀系统侧端盖，25—隔离阀阀体，26—隔离阀泄水接头，27—泄水孔。

具体实施方式

为使本发明的目的、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用以解释发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1、图2、图3所示，本发明实施例提供一种潜用叠加式液压背压阀，由主阀A、先导阀B、隔离阀C及系统流道通过叠加的方式组成，该背压阀通过主阀A的阀口建立所需背压值；先导阀B主要用于调节所述背压阀的背压值，同时可降低大流量情况下手动调节背压值的强度；隔离阀C主要用于引入环境压力并隔离环境介质（如海水）与系统介质（液压油）的接触；先导阀B、隔离阀C通过叠加的方式与主阀A相连，各组成阀件结构、功能相对完整且独立，当其中某个阀件需要维修时，可整件拆装或替换，使用维护方便。

所述主阀A由出口接头1、主阀阀体2、入口阀座3、主阀阀芯4、主阀弹簧7、主阀端盖8、阻尼螺塞Ⅱ9以及紧固件、密封件组成。所述主阀阀芯4和入口阀座3采用平板阀的形式，可有效降低稳态液动力对所述背压阀动态特性的影响，扩大所述背压阀的适用流量范围。所述主阀阀芯4内部开设流道，流道上设置阻尼螺塞Ⅰ，在主阀入口和主阀弹簧腔之间形成阻尼。所述先导阀B由先导阀阀体10、先导阀阀座11、先导阀螺堵12、先导阀阀芯13、先导阀弹簧14、先导阀活塞15、调节顶杆16、锁紧螺母17、螺帽18以及紧固件、密封件组成，先导阀B通过螺栓连接于主阀A上，先导阀B入口腔通过流道与主阀A弹簧腔相连，在主阀阀体2上设置相连流道，并设置阻尼螺塞Ⅱ9，阻尼螺塞Ⅰ5和阻尼螺塞Ⅱ9的长度可以根据动态性能要求进行调整；先导阀B出口腔通过流道与主阀A出口腔相连，先导阀阀芯13和先导阀阀座11采用锥阀的形式，所述隔离阀C由隔离阀阀芯20、隔离阀环境侧端盖21、背压接头22、阻尼螺塞Ⅲ23、隔离阀系统侧端盖24、隔离阀阀体25、隔离阀泄水接头26以及紧固件、密封件组成，隔离阀C通过螺栓连接于先导阀B上，隔离阀C的一腔通过流道与先导阀B弹簧腔相连，隔离阀C的另一腔通过背压接头22接入环境压力，隔离阀阀芯20采用双作用的伸出杆的结构形式，隔离阀阀体25与系统相连端设有阻尼螺塞Ⅲ23，隔离阀阀体25在隔离阀C零位时对应的隔离阀阀芯20的两阀瓣中间部位设置了泄水孔27，渗漏的介质通过隔离阀泄水接头26排出。

在上述实施例中，主阀阀芯4和主阀弹簧7之间设有主阀弹簧座6，通过调整主阀弹簧座6的厚度来调整主阀弹簧7的预压缩力。

在上述实施例中，所述先导阀B出口腔与先导阀B弹簧腔通过先导阀弹簧座19上的密封件进行隔离，确保两腔不串通。

在上述实施例中，当隔离阀阀芯20的零位偏移时，充分卸压后可手动调整零位。

在上述实施例中，所述背压阀的进口、出口、背压口、泄水口均采用CB/T4328-2013接口标准外螺纹。

本发明所述潜用叠加式液压背压阀的工作原理如下：

初始状态时，主阀A和先导阀B在弹簧的作用下处于关闭状态，隔离阀C处于中位；外界环境压力持续作用在隔离阀C一腔，另一腔与先导阀B的弹簧腔相连；当主阀A下腔通压力油时，压力油除直接作用在主阀A阀芯下腔外，还经过主阀A阀芯上的阻尼螺塞Ⅰ5至主阀A阀芯上腔，再经过阻尼螺塞Ⅱ9到达先导阀B阀芯前端；当作用在先导阀B阀芯前端的力克服弹簧力以及引入的外界压力时，先导阀B开启，压力油形成回路，此时在主阀A阀芯阻尼螺塞Ⅰ5两端产生压力差；当压力差增大直至形成的作用在主阀A阀芯上的向上的作用力克服主阀弹簧力时，使得主阀A阀口开启，压力油通过阀口回油箱；当阀口开度一定时，先导阀B阀芯和主阀A阀芯均处于平衡状态，此时压力油在主阀A阀口形成稳定的背压。

在隔离阀C的系统侧压力油腔和先导阀B的弹簧腔之间设置阻尼螺塞Ⅲ23，用于衰减上述两腔内的压力波动。

由于系统介质的弹性模量较大，故隔离阀阀芯20因外界环境压力变化而导致的隔离阀阀芯20调整位移变化很小，在其两个阀瓣中间部位开设泄水通道。如此即使因所述背压阀长时间工作可能引起的环境介质泄漏，该部分泄漏可通过泄水通道，经隔离阀泄水接头26排出。

本说明书中未作详细描述的内容，属于本专业技术人员公知的现有技术。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种潜用叠加式液压背压阀，其特征在于：由主阀、先导阀、隔离阀及系统流道通过叠加的方式组成，所述主阀由出口接头（1）、主阀阀体（2）、入口阀座（3）、主阀阀芯（4）、阻尼螺塞Ⅰ（5）、主阀弹簧座（6）、主阀弹簧（7）、主阀端盖（8）、阻尼螺塞Ⅱ（9）以及紧固件、密封件组成，所述主阀阀体（2）端部设有主阀端盖（8），所述出口接头（1）与主阀阀体（2）的出口相连，所述主阀阀芯（4）和入口阀座（3）采用平板阀的形式，主阀阀芯（4）和主阀弹簧（7）之间设有主阀弹簧座（6），通过调整主阀弹簧座（6）的厚度来调整主阀弹簧（7）的预压缩力，主阀弹簧（7）另一端固定在主阀端盖（8）上，所述主阀阀芯（4）内部开设流道，流道上设置阻尼螺塞Ⅰ（5），阻尼螺塞Ⅰ（5）在主阀入口和主阀弹簧腔之间形成阻尼，所述先导阀由先导阀阀体（10）、先导阀阀座（11）、先导阀螺堵（12）、先导阀阀芯（13）、先导阀弹簧（14）、先导阀活塞（15）、调节顶杆（16）、锁紧螺母（17）、螺帽（18）、先导阀弹簧座（19）以及紧固件、密封件组成，先导阀通过螺栓连接于主阀上，在先导阀的入口腔和主阀的弹簧腔之间设置流道，并在流道上设置阻尼螺塞Ⅱ（9），阻尼螺塞Ⅱ（9）在先导阀的入口腔和主阀的弹簧腔之间形成阻尼，先导阀出口腔通过流道与主阀出口腔相连，所述先导阀阀体（10）端部设有先导阀螺堵（12），所述先导阀阀座（11）设于先导阀螺堵（12）内侧，先导阀阀芯（13）和先导阀阀座（11）采用锥阀的形式，先导阀弹簧（14）一端固定在先导阀活塞（15）上，另一端固定在先导阀弹簧座（19）上，所述调节顶杆（16）与先导阀活塞（15）固连，调节顶杆（16）套接锁紧螺母（17）、螺帽（18），锁紧螺母（17）与先导阀阀体（10）相连，所述先导阀出口腔与先导阀弹簧腔通过先导阀弹簧座（19）上的密封件进行隔离，所述隔离阀由隔离阀阀芯（20）、隔离阀环境侧端盖（21）、背压接头（22）、阻尼螺塞Ⅲ（23）、隔离阀系统侧端盖（24）、隔离阀阀体（25）、隔离阀泄水接头（26）以及紧固件、密封件组成，所述隔离阀阀体（25）两端部分别设有隔离阀环境侧端盖（21）和隔离阀系统侧端盖（24），隔离阀通过螺栓连接于先导阀上，隔离阀的一腔通过流道与先导阀弹簧腔相连，隔离阀的另一腔通过背压接头（22）接入环境压力，隔离阀阀芯（20）采用双作用的伸出杆的结构形式，在隔离阀的系统侧压力油腔和先导阀的弹簧腔之间设置流道，并在流道上设置阻尼螺塞Ⅲ（23），阻尼螺塞Ⅲ（23）在隔离阀的系统侧压力油腔和先导阀的弹簧腔之间形成阻尼，隔离阀阀体（25）在隔离阀零位时对应的隔离阀阀芯（20）的两阀瓣中间部位设置了泄水孔（27），渗漏的介质通过隔离阀泄水接头（26）排出。

2.根据权利要求1所述的潜用叠加式液压背压阀，其特征在于：当隔离阀阀芯（20）的零位偏移时，充分卸压后可手动调整零位。

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