CN113339558A - 先导提动式安全阀 - Google Patents

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CN113339558A CN202110163989.8A CN202110163989A CN113339558A CN 113339558 A CN113339558 A CN 113339558A CN 202110163989 A CN202110163989 A CN 202110163989A CN 113339558 A CN113339558 A CN 113339558A
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Abstract

本发明涉及一种先导提动式安全阀，本发明的实施例的先导提动式安全阀包括：先导座，其在一区域形成有贯通流路；以及先导提动头，其向前后往复移动而开闭所述先导座的贯通流路。另外，所述先导提动头包括提动头本体、以及形成于所述提动头本体的表面的类金刚石涂层。

Description

先导提动式安全阀
技术领域
本发明涉及一种安全阀，更详细而言，涉及一种内置先导提动头的先导提动式安全阀。
背景技术
通常，安全阀用于当液压回路中的流路内的压力上升至设定值以上时使工作油通过，以防止流路内的压力过度上升，并使液压回路的压力维持恒定。
先导提动式安全阀为安全阀的一种，其中，先导提动头前进而阻塞形成在先导座的贯通流路，而后贯通流路的压力超过已设定的压力时先导提动头通过该压力后退而开放贯通流路。当先导提动头后退而开放贯通流路时，通过贯通流路排出工作油，从而抑制液压回路的流路内的压力进一步上升，并使流路内的压力维持恒定。此时，先导提动头通过弹性部件前进，并通过贯通流路的压力后退，而安全阀所维持的液压回路的流路内的压力可以通过弹性部件所具有的弹性力来调节。
然而，为了让安全阀使液压回路的流路内的压力维持恒定，先导提动头会重复前进和后退而与先导座接触。另外，先导提动头因在与先导座接触时所施加的反复的冲击而导致接触部位容易磨损。此外，当先导提动头后退时混合在通过贯通流路排出的工作油中的微细粒子加速先导提动头的磨损。即，由于在液压回路中使用的工作油的管理不充分，工作油越被污染，先导提动头的磨损可能越严重。
如前所述，若先导提动头被磨损，当先导提动头阻塞先导座的贯通流路时，先导提动头会相应地额外前进被磨损的程度。另外，与先导提动头额外前进的程度相应地，对先导提动头加压的弹性部件的弹性力也会发生变化。例如，当使用压缩弹簧作为弹性部件时，若先导提动头额外前进，则压缩弹簧的压缩量会减少，因而安全阀所维持的液压回路内的流路的压力也会变得低于最初设定的基准压力。
发明内容
技术问题
本发明的实施例提供一种提高先导提动头的耐磨性的先导提动式安全阀。
技术方案
根据本发明的实施例，先导提动式安全阀包括：先导座，其在一区域形成有贯通流路；以及先导提动头，其向前后往复移动而开闭所述先导座的贯通流路。另外，所述先导提动头包括提动头本体、以及形成于所述提动头本体的表面的类金刚石(Diamond LikeCarbon，DLC)涂层。
所述类金刚石(DLC)涂层可以是四面体非晶碳(Tetrahedral Amorphous Carbon，Ta-C)涂层。
此外，所述类金刚石(DLC)涂层也可以是非晶碳氢(amorphous carbon-hydrogen，a-C:H)涂层。
所述类金刚石(DLC)涂层可以是使用物理气相沉积方法(Physical VaporDeposition，PVD)或等离子体增强化学气相沉积方法(Plasma-enhanced chemical vapordeposition，PECVD)在摄氏100度至摄氏300度范围内的温度下形成的。
此外，所述类金刚石(DLC)涂层的厚度可以在1.2μm至1.5μm范围内。
所述先导提动头的表面硬度可以高于二氧化硅(Silica)的硬度。
所述先导提动头的所述提动头本体可以通过对作为铁合金的SCM415进行碳氮共渗(carbonitriding)处理制成，或者以轴承钢(STB2)为材料制成。
此外，以维氏硬度计量，所述类金刚石(DLC)涂层的表面硬度可以为4500以上。
所述先导座可以以作为铁合金的SCM415为材料制成，并且进行渗碳热处理。
发明的效果
根据本发明的实施例，先导提动式安全阀可以提高先导提动头的耐磨性。
附图说明
图1是本发明的一实施例的先导提动式安全阀的剖视图。
图2是以图1的先导提动头为中心放大图示的剖视图。
图3是示出图1的先导提动头的动作状态的剖视图。
图4是示出图1的先导提动头被磨损的状态的剖视图。
图5示出先导提动头的磨损导致弹性部件的弹性力下降的原理。
图6是拍摄图1的先导提动头的截面的图像。
图7至图10是示出本发明的一实施例的实验例与比较例的试验结果的图表。
附图标记
101：先导提动式安全阀，200：套筒，201：高压入口，209：油箱流路，300：主提动头，304：空间部，307：第一节流孔，380：主弹性部件，400：先导座，406：贯通流路，407：第二节流孔，500：阀主体，509：油箱入口，600：先导提动头，601：提动头本体，603：类金刚石(DiamondLike Carbon，DLC)涂层，680：先导弹性部件，700：活塞，705：背压室，750：先导信号线。
具体实施方式
下面参考附图对本发明的实施例进行详细说明，以便本发明所属技术领域中的一般的技术人员能够容易实施。本发明可以以多种不同的方式实现，并不限于此处说明的实施例。
需要指出的是，附图是示意性的，并未按比例图示。为了图中的清楚性和方便性，图中所示部分的相对尺寸和比例在其大小上被夸张或缩小而图示，任意的尺寸均只是示例性的，而不是限定性的。另外，对出现在两个以上的图中的相同的结构物、要素或部件使用相同的附图标记，以体现相似的特征。
本发明的实施例具体地示出本发明的理想的实施例。其结果，预想得到图解的多样的变形。因此，实施例不局限于所图示区域的特定形态，例如，也包括制造所致的形态的变形。
下面参照图1和图6对本发明的一实施例的先导提动式安全阀101进行说明。
本发明的一实施例的先导提动式安全阀101用于：当液压回路中的流路内的压力上升至设定值以上时，使工作油通过，以防止流路内的压力过度上升，并使液压回路的压力维持恒定。例如，液压回路可以使用于诸如挖掘机的工程机械。即，当先导提动式安全阀101使用于工程机械时，工程机械的液压泵排出的工作油经由先导提动式安全阀101而驱动作业装置，当作业装置的驱动器达到最大冲程时，由液压泵排出的工作油通过先导提动式安全阀101被回收至油箱。另外，由于诸如挖掘机的工程机械在恶劣的环境中使用的情况较多，因而在液压回路中使用的工作油容易被污染，并且先导提动式安全阀101也容易暴露于被污染的工作油。
如图1和图2所示，本发明的一实施例的先导提动式安全阀101包括先导座400和先导提动头600。
此外，本发明的一实施例的先导提动式安全阀101还可以包括先导弹性部件680。
此外，先导提动式安全阀101还可以包括套筒200、主提动头300、主弹性部件380、阀主体500、以及活塞700。
在套筒200内可以设置主提动头300、主弹性部件380、以及先导座400。
主提动头300在中央形成有第一节流孔307，并且被设置为能够在套筒200内在长度方向上移动。
主弹性部件380弹性支撑主提动头300。即，主弹性部件380的一端向待后述的先导座400方向的反方向对主袋300弹性加压。另外，主弹性部件380的另一端支撑于先导座400。
在与先导座400的主提动头300相向的一区域形成贯通中央的第二节流孔407。另外，在先导座400的与待后述的先导提动头600相向的另一区域形成贯通流路406。此时，第二节流孔407与贯通流路406连接。
阀主体500与套筒200结合。另外，在阀主体500内设置先导提动头600、先导弹性部件680、以及活塞700。
先导提动头600被先导弹性部件680弹性支撑，并且被设置为能够在阀主体500内在长度方向上移动。先导弹性部件680的一端向先导座400方向对先导提动头600弹性加压。另外，先导弹性部件680的另一端支撑于活塞700。
先导提动头600的与先导座400相向的一区域形成为圆锥形状，并且通过利用先导弹性部件680的弹性力与先导座400接触来开闭贯通流路406。
例如，主弹性部件380和先导弹性部件680可以是压缩螺旋弹簧。
支撑先导弹性部件680的另一端的活塞700被设置为能够在阀主体500内滑动移动，在阀主体500的一侧形成先导信号线750并与活塞700的后面连接。先导信号线750从外部接收先导信号压力Pi并对活塞700加压，以使活塞700在前后方向上滑动，因而在活塞700的后面形成先导信号压力Pi引起的背压室705。
如此，活塞700利用通过先导信号线750输入的先导信号压力Pi对先导弹性部件680加压来改变先导弹性部件680的被压缩的状态，由此进行先导提动式安全阀101的压力的设定。
此外，在套筒200形成有：高压入口201，其用于供给来自液压泵的高压的工作油；以及油箱流路209，其用于使高压入口201的工作油返回至油箱。从而，当主提动头300在套筒200内后退，即，向先导座400的方向移动时，高压入口201的工作油经由油箱流路209而返回至油箱。
在下文中，将通过由液压泵排出的工作油形成于高压入口201侧的压力称为高压入口侧压力，将通过了主提动头300的第一节流孔307的工作油流入第二节流孔407之前形成于主提动头300的空间部304内的压力称为背压室侧压力。
主提动头300形成为高压入口侧压力作用的高压入口201的受压面积小于背压室侧压力作用的空间部304的受压面积。
如下对这样的配置的先导提动式安全阀101的动作原理进行详细说明。由液压泵排出的工作油经由高压入口201和第一节流孔307而流入主提动头300的空间部304。当高压入口201侧的压力为由前述先导弹性部件680已设定的压力以下时，由于先导提动头600通过先导弹性部件680的弹性力与先导座400接触以封闭贯通流路406，工作油不会流向第二节流孔407，从而高压入口侧压力与背压室侧压力形成得相同。如前所述，在主提动头300中，高压入口侧压力作用的受压面积形成得小于背压室侧压力作用的受压面积，因而主提动头300通过主弹性部件380在套筒200内在高压入口201的方向上被加压支撑。因此，油箱流路209被主提动头300封闭。
另一方面，当工程机械的作业装置达到最大冲程时，使用于作业装置的驱动的工作油的压力上升，因而高压入口201侧的压力上升，从而高压入口侧压力和背压室侧压力会超过已由前述先导弹性部件680设定的压力，并且，随着工作油的压力变得大于先导弹性部件680的弹性力，会使先导提动头600后退，即，向先导弹性部件680的方向移动，从而先导座400的贯通流路406被开放。
因此，工作油经由贯通流路406和油箱入口509而返回至油箱。那样，通过第一节流孔307而流入空间部304的工作油受到阻力，从而背压室侧压力变得低于高压入口侧压力。当背压室侧压力下降至低于高压入口侧压力时，施加于高压入口侧压力所作用的受压面积的力超过施加于背压室侧压力所作用的受压面积的力，因此，主提动头300向先导座400的方向移动时，工作油通过油箱流路209返回至油箱201。
然而，如图3所示，当先导提动头600移动，致使先导座400的贯通流路406开放时，通过贯通流路406排出的工作油与先导提动头600碰撞而导致先导提动头600被磨损。此时，若工作油被污染而混合有微细粒子，则先导提动头600的磨损迅速加速。
此外，单凭先导提动头600反复前进和后退而与先导座400接触时所施加的冲击已足以使先导提动头600的接触部位受磨损。
如图4和图5所示，若先导提动头600被磨损，则在先导提动头600阻塞先导座400的贯通流路406时先导提动头600会相应地额外前进被磨损的程度。另外，与先导提动头600额外前进的程度相应地，对先导提动头600加压的先导弹性部件680的弹性力也会发生变化。即，由于先导弹性部件680无法维持已设定的压力，因而为了使先导提动式安全阀101在液压回路维持流路内的压力而设定的压力会发生变化。
因此，在本发明的一实施例的先导提动式安全阀101中，在先导提动头600的表面形成类金刚石(Diamond Like Carbon，DLC)涂层，以提高先导提动头600的耐磨性。
具体地，如图6所示，根据本发明的一实施例，先导提动头600包括提动头本体601、以及形成于提动头本体601的表面的类金刚石(Diamond Like Carbon，DLC)涂层603。图6是用电子显微镜拍摄先导提动头600的截面的图像。
此外，在本发明的一实施例中，类金刚石(DLC)涂层603可以是四面体非晶碳(Tetrahedral Amorphous Carbon，Ta-C)涂层或非晶碳氢(amorphous carbon-hydrogen，a-C:H)涂层。
在图6中，示出作为类金刚石(DLC)涂层603形成有四面体非晶碳(Tet rahedralAmorphous Carbon，ta-C)涂层的状态。
此外，类金刚石(DLC)涂层603可以使用物理气相沉积方法(Physical VaporDeposition，PVD)或等离子体增强化学气相沉积方法(Plasma-enhanced chemical vapordeposition，PECVD)在摄氏100度至摄氏300度范围内的温度下形成。此时，类金刚石(DLC)涂层603可以形成为厚度在1.2μm至1.5μm范围内。
作为提动头本体601的材料的轴承钢，通常可以使用含有1％的碳(C)和1.5％的铬(Cr)的高碳铬轴承钢(high carbon chromiun bearing steel)。
具体地，轴承钢(STB2)的化学成分如下表1所示。
[表1]
Figure BDA0002936811980000071
如前述制造的先导提动头600的表面硬度可以形成为高于二氧化硅(Silica)的硬度。工程机械在恶劣的环境中使用的情况较多，此时，工作油中很容易混合有土砂，土砂是使先导提动头600磨损的主成分。由于土砂的主成分为二氧化硅(Silica)，因此，若将先导提动头600的表面硬度形成得高于二氧化硅的硬度，则可以大幅减少先导提动头600的磨损。
具体地，先导提动头600的提动头本体601可以以轴承钢(STB2)为材料制成，或者通过对作为铁合金的SCM415进行碳氮共渗(carbonitriding)处理制成。例如，碳氮共渗处理后的提动头本体601的有效硬化层的深度可以为0.6mm以上，维氏硬度(HV)可以为746以上。另外，以维氏硬度(HV)计量，涂布于提动头本体601的类金刚石(DLC)涂层603的表面硬度可以为4500以上。
此外，与先导提动头600反复接触的先导座400以作为铁合金的SCM415为材料制成，并且可以进行渗碳热处理。此时，以洛氏硬度(HRC)计量，先导座400的硬度可以在58至62的范围内。
通过这样的配置，本发明的一实施例的先导提动式安全阀101可以大幅提高先导提动头600的耐磨性。
从而，能够防止在使用先导提动式安全阀101的工程机械之类的装备中工作油的压力下降至已设定的压力之下。
下面参照图7至图10通过比较本发明的一实施例的实验例与比较例来进行说明。
对实验例，基于本发明的一实施例在以轴承钢(STB2)为材料制成的提动头本体形成了四面体非晶碳(Tetrahedral Amorphous Carbon，Ta-C)涂层，对比较例，未在以轴承钢(STB2)为材料制成的提动头本体601形成四面体非晶碳(Tetrahedral Amorphous Carbon，Ta-C)涂层。
以与相同地制作的7个比较例相同地制作的5个实验例执行了试验。但是，实验例中的一个因制造缺陷被破损，因而被排除在分析之外。此外，试验中使用了污染度为22等级的工作油。这里，污染度等级采用ISO 4406 4μm基准。另外，使工作油污染的污染粒子的主成分为硅砂(SiO2)，试验中使用的工作油的温度属于摄氏65度至摄氏75度的范围内。此外，试验时先导提动头前进后退的动作的一次周期为1/6赫兹(Hz)，工作油的压力为300kgf/cm2。
图7和表2示出当针对比较例和实验例将先导提动头的前进和后退动作反复1000次时的先导提动式安全阀的压力变化。
[表2]
Figure BDA0002936811980000081
如图7和表2所示，可以确认到，在实验例的情况下，压力平均上升6％以上，而在比较例的情况下，压力平均下降10％以上。
此外，图8和表2示出当针对实验例和比较例将先导提动头的前进和后退动作反复2400次时的先导提动式安全阀的压力变化。
如图8和表2所示，可以确认到，在实验例的情况下，压力平均上升3％以上，而在比较例的情况下，压力平均下降16％以上。
此外，图9示出对应于反复次数的比较例的压力下降，图10示出对应于反复次数的实验例的压力下降。在图10中，同样地，实验例中的一个因制造缺陷被破损，因而被排除在分析之外。
在图9和图10中也可以确认到，与比较例相比，实验例的压力下降现象得到显著改善。
通过以上试验可以看出，就本发明的一实施例的先导提动式安全阀101而言，即使经过使用时间，压力下降的现象也极其微乎其微。
即，可以确认到，在本发明的一实施例的先导提动式安全阀101中使用的先导提动头600因表面的四面体非晶碳(Tetrahedral Amorphous Carbon，Ta-C)涂层使得耐磨性非常优秀。
尤其，根据本发明的一实施例，在使用混合有微细的土砂的工作油的环境中有效地抑制先导提动头600的磨损，并且可以有效地防止先导提动式安全阀101引起的压力下降现象。
尽管上面参照附图对本发明的实施例进行了说明，但本发明所属技术领域中的一般的技术人员可以理解在不改变本发明的技术思想或必备特征的情况下可以以其他具体的方式实施本发明。
因此，以上所描述的实施例在所有方面均应理解为是示例性的，而不是限定性的，本发明的范围由后述的权利要求书体现，从权利要求书的意义、范围及其等价概念中导出的所有变更或变形的形态均应解释为落入本发明的范围内。

Claims (9)

1.一种先导提动式安全阀，其特征在于，包括：
先导座，其在一区域形成有贯通流路；以及
先导提动头，其向前后往复移动而开闭所述先导座的贯通流路，
所述先导提动头包括提动头本体、以及形成于所述提动头本体的表面的类金刚石涂层。
2.根据权利要求1所述的先导提动式安全阀，其特征在于，
所述类金刚石涂层是四面体非晶碳涂层。
3.根据权利要求1所述的先导提动式安全阀，其特征在于，
所述类金刚石涂层是非晶碳氢涂层。
4.根据权利要求1所述的先导提动式安全阀，其特征在于，
所述类金刚石涂层是使用物理气相沉积方法或等离子体增强化学气相沉积方法在摄氏100度至摄氏300度范围内的温度下形成的。
5.根据权利要求1所述的先导提动式安全阀，其特征在于，
所述类金刚石涂层的厚度在1.2μm至1.5μm范围内。
6.根据权利要求1所述的先导提动式安全阀，其特征在于，
所述先导提动头的表面硬度高于二氧化硅的硬度。
7.根据权利要求1所述的先导提动式安全阀，其特征在于，
所述先导提动头的所述提动头本体通过对作为铁合金的SCM415进行碳氮共渗处理制成，或者以轴承钢为材料制成。
8.根据权利要求1所述的先导提动式安全阀，其特征在于，
以维氏硬度计量，所述类金刚石涂层的表面硬度为4500以上。
9.根据权利要求1所述的先导提动式安全阀，其特征在于，
所述先导座以作为铁合金的SCM415为材料制成，并且进行渗碳热处理。
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