CN113550949A - 一种工作棱边结构、阀芯及滑阀 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种工作棱边结构、阀芯及滑阀，涉及电液伺服阀技术领域，包括端面结构和周面结构，所述端面结构的一端和所述周面结构的一端连接，所述端面结构和所述周面结构的连接处为棱边结构，所述棱边结构与工作棱边对应，所述端面结构上沿远离所述棱边结构的方向依次设置有第一减摩涂层、第一凸起阵列和第一缓冲带，所述周面结构上沿远离所述棱边结构的方向依次设置有第二减摩涂层、第二凸起阵列和第二缓冲带。本发明将第一缓冲带、第一凸起阵列、第一减摩涂层或第二缓冲带、第二凸起阵列、第二减摩涂层复合使用，能够较好地提高阀芯工作棱边的抗冲蚀能力，降低工作棱边在工作中的冲蚀磨损，延长阀芯的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及电液伺服阀技术领域，特别是涉及一种工作棱边结构、阀芯及滑阀。
背景技术
电液伺服阀具有结构紧凑，动作迅速，反应灵敏，使用可靠，传动平稳、抗干扰能力强、控制精度高和使用寿命长等特点，广泛应用于航空、航天、舰船、冶金、化工等领域的电液伺服系统。滑阀芯与阀套配对组成电液伺服阀的高精密主控滑阀，实现系统中油液方向、压力和流量精确控制。
滑阀芯在两侧先导控制油液压差的作用下在伺服阀零位附近进行左右移动，与阀套窗口构成控制阀口，滑阀口开度极小，一般为几微米到几十微米，但阀口压差大，额定工况为3.5MPa。含有微米级固体颗粒物的高速液流会对滑阀芯工作棱边产生严重的冲蚀，导致工作棱边崩边，阀口节流控制特性出现较强的非线性、零位泄漏量增大，电液伺服阀控制精度降低，因此减小油液及颗粒对滑阀芯的冲蚀对电液伺服阀及系统具有重要意义。
传统的电液伺服阀设计中一般要求滑阀芯工作棱边保持尖边，一般圆角不大于0.5微米。实际加工中通常采用提高阀芯整体硬度的方法来增强阀芯表面的耐磨性，但对与滑阀芯的工作棱边的冲蚀磨损并未关注，滑阀芯的工作棱边也没有采取相应的抗冲蚀措施。
检索现有公开文献专利发现关于液压滑阀芯抗冲蚀问题的研究主要有：(1)“罗鑫.电液比例方向阀阀芯冲蚀磨损研究[D].华中科技大学,2017.”搭建了阀芯冲蚀磨损实验平台，进行了阀芯冲蚀磨损实验，分析了流量和阀芯硬度对阀芯冲蚀磨损的影响，并对仿真结果进行了实验验证。结果表明：随着颗粒直径的增大，电液比例方向阀的通流能力逐渐减小；阀芯表面的冲蚀磨损率与阀口开度、入口速度、颗粒直径以及阀芯硬度有关。(2)“陈文娜.半沙漠黑粗尾蝎体表抗冲蚀特性仿生研究[D].吉林大学,2019.”将凸包，槽等仿生结构应用于样件面上，发现仿生样件抗冲蚀磨损性能优于不做措施的样件。(3)“一种具有仿生特性的高压水阀阀芯阀套阀口组合结构”(CN103899766B)中注水口主阀芯、主阀套表面开有仿红柳表面的V形槽，能够有效减少水中泥沙冲蚀，使得流量调节阀寿命增长，降低成本。
以上有关液压阀芯和表面抗冲蚀的研究，为液压滑阀芯的工作棱边抗冲蚀提供了有益的参考，但存在以下不足：
1.认识到阀芯表面的冲蚀磨损与阀口开度、速度和颗粒大小等因素有关，但未提出有效的解决措施；
2.现有的仿生抗冲蚀都是针对零件表面来进行面抗冲蚀设计，对于工作棱边的冲蚀未提出抗冲蚀措施，尤其是基于仿生原理的工作棱边抗冲蚀结构方案；
3.现有液压阀抗冲蚀途径单一，效果不佳。
发明内容
本发明的目的是提供一种工作棱边结构、阀芯及滑阀，以解决上述现有技术存在的问题，降低工作棱边在工作中的冲蚀磨损，延长阀芯的使用寿命。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种工作棱边结构，包括端面结构和周面结构，所述端面结构的一端和所述周面结构的一端连接，所述端面结构和所述周面结构的连接处为棱边结构，所述棱边结构与工作棱边对应，所述端面结构上沿远离所述棱边结构的方向依次设置有第一减摩涂层、第一凸起阵列和第一缓冲带，所述周面结构上沿远离所述棱边结构的方向依次设置有第二减摩涂层、第二凸起阵列和第二缓冲带。
优选地，所述第一缓冲带和所述第二缓冲带的材质均比阀芯的材质软。
优选地，所述第一缓冲带和所述第二缓冲带均采用铜合金制成。
优选地，所述第一凸起阵列和所述第二凸起阵列均包括若干排凸起，相邻排的所述凸起错位设置。
优选地，所述凸起为圆柱形。
优选地，所述凸起的高度为0.5-2μm，所述凸起的直径为5-10μm。
优选地，所述第一减摩涂层和所述第二减摩涂层均包括至少两层抗冲蚀涂层。
本发明还提供了一种阀芯，包括阀杆，所述阀杆上设置有若干台肩，各所述台肩的工作棱边均设置一所述工作棱边结构，所述周面结构与所述台肩的周面对应，所述端面结构与所述台肩的端面对应。
优选地，所述台肩上开设有若干均压槽。
本发明还提供了一种滑阀，包括所述阀芯。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明将第一缓冲带、第一凸起阵列、第一减摩涂层或第二缓冲带、第二凸起阵列、第二减摩涂层复合使用，能够较好地提高阀芯工作棱边的抗冲蚀能力，降低工作棱边在工作中的冲蚀磨损，延长阀芯的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的工作棱边结构部分示意图；
图2为本发明的阀芯示意图；
其中：100-工作棱边结构，200-阀芯，1-端面结构，2-周面结构，3-棱边结构，4-第一减摩涂层，5-第一凸起阵列，6-第一缓冲带，7-第二减摩涂层，8-第二凸起阵列，9-第二缓冲带，10-凸起，11-阀杆，12-台肩，13-均压槽。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种工作棱边结构、阀芯及滑阀，以解决上述现有技术存在的问题，降低工作棱边在工作中的冲蚀磨损，延长阀芯的使用寿命。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
如图1所示：本实施例提供了一种工作棱边结构100，包括端面结构1和周面结构2，端面结构1的一端和周面结构2的一端连接，端面结构1和周面结构2的连接处为棱边结构3，棱边结构3与工作棱边对应，端面结构1上沿远离棱边结构3的方向依次设置有第一减摩涂层4、第一凸起阵列5和第一缓冲带6，周面结构2上沿远离棱边结构3的方向依次设置有第二减摩涂层7、第二凸起阵列8和第二缓冲带9。本实施例将第一缓冲带6、第一凸起阵列5、第一减摩涂层4或第二缓冲带9、第二凸起阵列8、第二减摩涂层7复合使用，能够较好地提高阀芯200工作棱边的抗冲蚀能力。
本实施例中，第一缓冲带6和第二缓冲带9的材质均比阀芯200的材质软。
本实施例中，第一缓冲带6和第二缓冲带9均采用铜合金制成，其中含铅3％、镍5％、锡12％和铜80％。
第一缓冲带6和第二缓冲带9采用软质耐磨铜合金，其硬度较低但耐磨，液压滑阀芯200在伺服阀中工作时，阀芯200与阀套窗口构成的阀口压差很大，液流及颗粒在流经阀口时对工作棱边具有较大的射流冲击，第一缓冲带6和第二缓冲带9为仿啄木鸟颈部肌肉带减震抗冲击机理，将高压高速液流和颗粒对工作棱边的冲击能从工作棱边附近的阀芯200材料转移到第一缓冲带6和第二缓冲带9中并进行吸收，从而减小工作棱边所承受的冲击能量和撞击力。无论液流方向是内流还是外流，相应的第一缓冲带6或第二缓冲带9会相应地起作用。
本实施例中，第一凸起阵列5和第二凸起阵列8均包括若干排凸起10，相邻排的凸起10错位设置。
本实施例中，凸起10为圆柱形。凸起10的高度为0.5-2μm，凸起10的直径为5-10μm。
第一凸起阵列5和第二凸起阵列8是仿沙漠蝎子的抗冲蚀外壳结构，当液流流经第一凸起阵列5和第二凸起阵列8后可以产生多组微型卡门涡街，工作棱边附近形成连续涡床，从而改变射流到壁面的颗粒轨迹及缓冲冲击能。
本实施例中，第一减摩涂层4和第二减摩涂层7均包括至少两层抗冲蚀涂层。第一减摩涂层4和第二减摩涂层7采用至少两层抗冲蚀涂层仿照蛇类蜕皮机制，进行多层冗余抗冲蚀，利用外部的抗冲蚀涂层的牺牲来保护内部的抗冲蚀涂层或者阀芯200表面及工作棱边。工作棱边附近的第一减摩涂层4和第二减摩涂层7通过外部的抗冲蚀涂层的冲蚀磨损来保护内部的抗冲蚀涂层，内部的抗冲蚀涂层的冲蚀磨损来保护阀芯200工作棱边的完整性，因此可以长时间保持阀芯200工作棱边的尖锐。
本实施例的工作过程为：当阀芯200在零位附近移动时，液流及颗粒在阀口前后大压差的驱动下以较高的速度流经阀口，在阀芯200的工作棱边周向产生圆形高冲击能的射流流动。第一缓冲带6和第二缓冲带9将高压高速液流和颗粒对工作棱边的冲击能从工作棱边附近的阀芯200材料转移到第一缓冲带6和第二缓冲带9中并进行吸收。液流流经壁面附近的第一凸起阵列5和第二凸起阵列8后产生多组微型卡门涡街，在工作棱边附近形成连续涡床，改变射流到壁面的颗粒轨迹及缓冲冲击能。工作棱边附近的第一减摩涂层4和第二减摩涂层7通过外部的抗冲蚀涂层的冲蚀磨损来保护内部的抗冲蚀涂层，外部的抗冲蚀涂层的冲蚀磨损来保护阀芯200工作棱边的完整性。本实施例采用第一缓冲带6、第一凸起阵列5、第一减摩涂层4或第二缓冲带9、第二凸起阵列8、第二减摩涂层7三种仿生抗冲蚀结构的复合使用，能够较好地提高阀芯200工作棱边的抗冲蚀能力。
本实施例的第一缓冲带6和第二缓冲带9采用软质耐磨铜合金，将高压高速液流和颗粒对工作棱边的冲击能从工作棱边附近的阀芯200材料转移到第一缓冲带6和第二缓冲带9中并进行吸收，从而减小工作棱边所承受的冲击能量和撞击力。当液流流经仿生工作棱边中的第一凸起阵列5和第二凸起阵列8后可以产生多组微型卡门涡街，从而改变射流到壁面的颗粒轨迹及缓冲冲击能。第一减摩涂层4和第二减摩涂层7采用至少两层抗冲蚀涂层进行多层冗余抗冲蚀，可以长时间保持阀芯200工作棱边的尖锐。
实施例二
如图2所示：本实施例提供了一种阀芯200，包括阀杆11，阀杆11上设置有若干台肩12，各台肩12的工作棱边均设置一实施例一的工作棱边结构100，周面结构2与台肩12的周面对应，端面结构1与台肩12的端面对应，即周面结构2能够包覆在工作棱边附近的台肩12的周面，端面结构1能够包覆在工作棱边附近的台肩12的端面。本实施例中，台肩12上开设有若干均压槽13，各均压槽13沿周向设置，若干均压槽13沿轴向排列。
实施例三
本实施例提供了一种滑阀，包括实施例二的阀芯200，阀芯200设置在阀套或阀体内。本实施例通过第一缓冲带6、第一凸起阵列5、第一减摩涂层4或第二缓冲带9、第二凸起阵列8、第二减摩涂层7三种仿生抗冲蚀措施的综合运用，降低阀芯200工作棱边的冲蚀磨损，提高阀芯200及滑阀的使用寿命。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种工作棱边结构，其特征在于：包括端面结构和周面结构，所述端面结构的一端和所述周面结构的一端连接，所述端面结构和所述周面结构的连接处为棱边结构，所述棱边结构与工作棱边对应，所述端面结构上沿远离所述棱边结构的方向依次设置有第一减摩涂层、第一凸起阵列和第一缓冲带，所述周面结构上沿远离所述棱边结构的方向依次设置有第二减摩涂层、第二凸起阵列和第二缓冲带。
2.根据权利要求1所述的工作棱边结构，其特征在于：所述第一缓冲带和所述第二缓冲带的材质均比阀芯的材质软。
3.根据权利要求1所述的工作棱边结构，其特征在于：所述第一缓冲带和所述第二缓冲带均采用铜合金制成。
4.根据权利要求1所述的工作棱边结构，其特征在于：所述第一凸起阵列和所述第二凸起阵列均包括若干排凸起，相邻排的所述凸起错位设置。
5.根据权利要求1所述的工作棱边结构，其特征在于：所述凸起为圆柱形。
6.根据权利要求5所述的工作棱边结构，其特征在于：所述凸起的高度为0.5-2μm，所述凸起的直径为5-10μm。
7.根据权利要求1所述的工作棱边结构，其特征在于：所述第一减摩涂层和所述第二减摩涂层均包括至少两层抗冲蚀涂层。
8.一种阀芯，其特征在于：包括阀杆，所述阀杆上设置有若干台肩，各所述台肩的工作棱边均设置一如权利要求1-7任一项所述的工作棱边结构，所述周面结构与所述台肩的周面对应，所述端面结构与所述台肩的端面对应。
9.根据权利要求8所述的阀芯，其特征在于：所述台肩上开设有若干均压槽。
10.一种滑阀，其特征在于：包括权利要求8或9所述的阀芯。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20221125 |
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