CN115324966A - 一种平衡阀三轴同心结构 - Google Patents

一种平衡阀三轴同心结构 Download PDF

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CN115324966A CN202211040161.4A CN202211040161A CN115324966A CN 115324966 A CN115324966 A CN 115324966A CN 202211040161 A CN202211040161 A CN 202211040161A CN 115324966 A CN115324966 A CN 115324966A
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李侃
邓健辉
陈君辉
王嘉磊
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Abstract

本申请公开了一种平衡阀三轴同心结构，包括：主阀芯，位于阀座内，并与阀座形成滑阀配合，主阀芯上设置有与其同心的导向孔，主阀芯上设置有与导向孔连通的第二容腔；先导阀芯，位于导向孔内，与主阀芯形成滑阀配合，先导阀芯上设置有先导阀口；第一端盖，嵌入在第二容腔背离导向孔一端，第一端盖的中心轴线处设置有贯穿其自身的通孔；第一弹簧，两端分别抵持先导阀芯端部、第一端盖面向先导阀芯的端面，用于推动先导阀芯远离第一端盖；第二端盖，位于阀座上，并与主阀芯、第一端盖形成第一容腔；第二弹簧，两端分别抵持主阀芯和第二端盖内壁，用于推动主阀芯远离第二端盖；第一弹簧的刚度大于第二弹簧的刚度。

Description

一种平衡阀三轴同心结构
技术领域
本申请涉及阀门技术领域，特别涉及一种平衡阀三轴同心结构。
背景技术
先导式平衡阀具有额定工作压力高、关闭可靠、流量可控、能耗小等优点，被广泛应用于工作部件垂直运动的场合，例如挖掘机械、起重机械、导弹发射车等领域；目前，为了减小平衡阀尺寸和体积，阀座、主阀芯和先导阀芯通常采用三级嵌套结构。
在现有技术中，阀座、先导阀芯、主阀芯三者配合形式为三级同心结构，三者配合的配合面通常包括：阀座与主阀芯的配合面、先导阀芯与主阀芯的两个配合面、以及先导阀芯与主阀芯配合的锥阀密封面；为了避免先导阀芯运动过程出现卡滞现象以及保证先导阀芯运动平稳性，对主阀芯内孔的同轴度提出了高精度的要求；但是由于加工和安装时带来的误差，阀座、主阀芯和先导阀芯三轴同心度难以保证，主阀芯和先导阀芯易产生偏心，造成平衡阀开启动作迟缓，同时，上述设置方式的加工成本较高。
因此，为了解决平衡阀阀座、主阀芯和先导阀芯三轴同心难以保证的技术难题，迫切需要一种平衡阀三轴同心结构，加快平衡阀开启响应速度，保证平衡阀开启时的平稳性和关闭时的可靠性。
发明内容
本申请的目的是提供一种平衡阀三轴同心结构，该结构保证了阀座、主阀芯和先导阀芯的三轴同心度，加快了平衡阀开启响应速度，保证平衡阀开启时的平稳性和关闭时的可靠性。
为实现上述目的，本申请提供一种平衡阀三轴同心结构，包括阀体和固定设置在所述阀体内的阀座，还包括：
主阀芯，位于所述阀座内，并与所述阀座形成滑阀配合，所述主阀芯上设置有与其同心的导向孔，所述主阀芯上设置有与所述导向孔连通的第二容腔；
先导阀芯，位于所述导向孔内，所述先导阀芯与所述导向孔内壁抵持，并与所述主阀芯形成滑阀配合，所述先导阀芯上设置有先导阀口，所述先导阀口用于连通所述第二容腔和所述导向孔；
第一端盖，嵌入在所述第二容腔背离所述导向孔一端，所述第一端盖的中心轴线处设置有贯穿其自身的通孔；
第一弹簧，两端分别抵持所述先导阀芯端部、所述第一端盖面向所述先导阀芯的端面，用于推动所述先导阀芯远离所述第一端盖；
第二端盖，位于所述阀座上，并与所述主阀芯、所述第一端盖形成第一容腔，所述第一容腔和所述第二容腔通过所述通孔连通；
第二弹簧，两端分别抵持所述主阀芯和所述第二端盖内壁，用于推动所述主阀芯远离所述第二端盖；
所述第一弹簧的刚度大于所述第二弹簧的刚度。
优选地，上述平衡阀三轴同心结构还包括：
第一油口，开设于所述阀体上，且与所述阀体内部连通，与所述主阀芯背离所述第一端盖的端部位置对应；
第二油口，开设于所述阀体上，并贯穿所述阀座外壁，与所述阀座内部连通，且与所述第二容腔位置对应；
优选地，所述阀座内壁与所述主阀芯外壁之间设置有主阀口和轴向节流槽；
所述主阀口位于所述第一油口和第二油口之间，通过所述主阀芯外壁与所述阀座内壁抵持形成，用于导通或截止所述第一油口和所述第二油口；
所述轴向节流槽位于所述第二油口和所述第一容腔之间，通过所述主阀芯凸起的外壁与所述阀座内壁抵持形成，用于导通所述第二油口和所述第一容腔。
优选地，所述轴向节流槽为矩形节流槽，且所述轴向节流槽靠近所述主阀芯端面一侧的开合面积，小于所述轴向节流槽背离所述主阀芯端面一侧的开合面积，且所述轴向节流槽未完全截止所述第二油口和所述第一容腔。
优选地，所述先导阀芯面向所述第一端盖的端部，位于所述第二容腔内，且与所述导向孔形成锥阀密封面。
优选地，所述导向孔与所述第二容腔连通后贯穿所述主阀芯。
优选地，第一端盖的端面超出所述主阀芯的端面，所述第二弹簧套设在所述第一端盖上，并与所述主阀芯抵持。
优选地，主阀芯外壁上设置有环形台肩，所述环形台肩与所述第二油口位置对应。
优选地，所述阀体上设置有与所述导向孔同心的先导顶杆，所述先导顶杆通过外力推动所述先导阀芯。
优选地，所述第一弹簧和所述第二弹簧对所述主阀芯的作用力方向相反，且第二弹簧对所述主阀芯的弹力抵消部分所述第一弹簧对所述主阀芯弹力。
相对于上述背景技术，本申请的先导阀芯与主阀芯形成滑阀配合，具体的说，通过导向孔与先导阀芯配合，并形成配合面，相对于现有技术，增加上述配合面的配合长度，先导阀芯与主阀芯配合形成二级同心结构，降低了主阀芯内孔同轴度的要求，从而降低了主阀芯的加工难度；同时，导向孔、第二容腔和通孔贯穿主阀芯，便于主阀芯内压力油的流动，第一弹簧和第二弹簧的设置，能够通过作用于主阀芯上，且第一弹簧的刚度大于第二弹簧的刚度，在推动主阀芯开启时的响应速度更快，且第二弹簧可抵消部分第一弹簧对主阀芯的作用力，使主阀芯的开启更加平稳；采用上述方式设置的三轴同心结构，减少了主阀芯与先导阀芯的配合面，并确保了其同轴度，从而保证了阀座、主阀芯和先导阀芯的三轴同心度，通过第一弹簧和第二弹簧的设置，加快了平衡阀开启响应速度，保证了平衡阀开启时的平稳性和关闭时的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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申请的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例所提供的平衡阀三轴同心结构的结构示意图；
图2为本申请实施例所提供的平衡阀三轴同心结构处于负载保持工况的结构示意图；
图3为本申请实施例所提供的平衡阀三轴同心结构处于负载升起工况的结构示意图；
图4为本申请实施例所提供的平衡阀三轴同心结构处于负载下降工况的结构示意图。
图中：1、先导顶杆 2、阀体 201、第一油口 202、第二油口 3、主阀芯 301、环形台肩 4、先导阀芯 5、阀座 6、第一弹簧 7、第一端盖 71、通孔 8、第二弹簧 9、第二端盖 10、第一容腔 11、轴向节流槽 12、第二容腔 13、先导阀口 14、主阀口。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
为了使本技术领域的技术人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。
如图1所示，在本实施例中，平衡阀三轴同心结构包括阀体2和固定设置在阀体2内的阀座5，具体的说，阀体2内设置有阶梯孔，阀座5安装于阀体2内部的阶梯孔上，主阀芯3安装于阀座5内，并与阀座5形成滑阀配合，主阀芯3前端设置有与其同心的导向孔，且阀体2后端设置有与导向孔连通的第二容腔12，第二容腔12内设置有第一端盖7，且第一端盖7的中心轴线处设置有贯穿其自身的通孔71。
具体的说，上述导向孔、第二容腔12和通孔71三者连通，并贯穿主阀芯3，便于压力油的通过，此外，先导阀芯4位于导向孔内，先导阀芯4通过与导向孔内壁抵持，与主阀芯3形成滑阀配合，此处为第一配合面，先导阀芯4上设置有先导阀口13，在先导阀芯4向右移动一定距离时，先导阀口13导通，从而实现第二容腔12与导向孔的连通。
在本实施例中，第一端盖7与先导阀芯4之间设置有第一弹簧6，具体的说，第一弹簧6两端分别抵持先导阀芯4端部、第一端盖7面向先导阀芯4的端面，其作用是推动先导阀芯4远离第一端盖7。
此外，第二端盖9位于阀座5上，并与主阀芯3、第一端盖7形成第一容腔10，第一容腔10和第二容腔12通过通孔71连通，而在第一容腔10内设置有第二弹簧8，具体的说，第二弹簧8两端分别抵持主阀芯3和第二端盖9内壁，用于推动所述主阀芯3远离所述第二端盖9。
需要说明的是，第一弹簧6的刚度大于第二弹簧8的刚度，第一弹簧6和第二弹簧8对主阀芯3的作用力方向相反，第二弹簧8的弹簧力可抵消部分第一弹簧6对主阀芯3的作用力；当先导阀芯4开启时，第一弹簧6对主阀芯3的作用力增大，克服第二弹簧8对主阀芯3的作用力，推动主阀芯3向右移动。
在上述实施例中，导向孔与先导阀芯4配合，并形成配合面，相对于现有技术，增加上述配合面的配合长度，先导阀芯4与主阀芯3配合形成二级同心结构，降低了主阀芯3内孔同轴度的要求，从而降低了主阀芯3的加工难度。
同时，导向孔、第二容腔12和通孔71贯穿主阀芯3，便于主阀芯3内压力油的流动，第一弹簧6和第二弹簧8的设置，能够通过作用于主阀芯3上，且第一弹簧6的刚度大于第二弹簧8的刚度，在推动主阀芯3开启时的响应速度更快，且第二弹簧8可抵消部分第一弹簧6对主阀芯3的作用力，使主阀芯3的开启更加平稳。
因此，采用上述方式设置的三轴同心结构，减少了主阀芯3与先导阀芯4的配合面，并确保了其同轴度，从而保证了阀座5、主阀芯3和先导阀芯4的三轴同心度，通过第一弹簧6和第二弹簧8的设置，加快了平衡阀开启响应速度，保证了平衡阀开启时的平稳性和关闭时的可靠性。
此外，上述平衡阀三轴同心结构还包括第一油口201、第二油口202，第一油口201开设于阀体2上，且与阀体2内部连通，与主阀芯3背离所述第一端盖7的端部位置对应；第二油口202，开设于阀体2上，并贯穿阀座5外壁，与阀座5内部连通，且与第二容腔12位置对应。
另外，阀座5内壁与主阀芯3外壁之间设置有主阀口14和轴向节流槽11；主阀口14位于第一油口201和第二油口202之间，通过主阀芯3外壁与阀座5内壁抵持形成，用于导通或截止第一油口201和第二油口202；轴向节流槽11位于第二油口202和第一容腔10之间，通过主阀芯3凸起的外壁与阀座5内壁抵持形成，用于导通第二油口202和所述第一容腔10。
在本实施例中，轴向节流槽11为矩形节流槽，且轴向节流槽11靠近主阀芯3端面一侧的开合面积，小于轴向节流槽11背离主阀芯3端面一侧的开合面积，且轴向节流槽11未完全截止所述第二油口202和所述第一容腔10。
先导阀芯4面向第一端盖7的端部，位于第二容腔12内，且与导向孔形成锥阀密封面。
为了确保第二弹簧8的稳固性，第一端盖7的端面超出主阀芯3的端面，且第二弹簧8套设在第一端盖7上，并与主阀芯3抵持。
需要说明的是，上述平衡阀三轴同心结构具有三种状态，分别为负载保持工况、负载升起工况和负载下降工况。
具体来说，负载保持工况：如图2所示，先导控制口不进油，即先导顶杆1不动作，在第二油口202负载压力的作用下，主阀芯3和先导阀芯4可靠关闭，第二油口202到第一油口201的油路被切断，即主阀口14截止，负载处于稳定的保持状态。
负载起升工况：如图3所示，先导控制口不进油，即先导顶杆1不动作，压力油从第一油口201进入阀体2内部，作用于主阀芯3和先导阀芯4左端面，克服第二油口202负载压力和第二弹簧8的弹簧力，推动主阀芯3和先导阀芯4向右同步开启，主阀口14打开，实现第一油口201到第二油口202的油液流动，其油液流动方向如图3箭头所示。
负载下降工况：如图4所示，先导控制口油液作用于先导顶杆1，推动先导顶杆1向右移动，先导顶杆1与先导阀芯4对顶，先导阀芯4向右开启，第一弹簧6对主阀芯3的作用力增大，同时，先导阀口13打开，第一容腔10和第二容腔12油液通过先导阀口13向第一油口201泄油，第二油口202高压油经过轴向节流槽11产生一定压损后，依次进入第一容腔10和第二容腔12，第一容腔10和第二容腔12的压力减小，第一弹簧6克服第二弹簧8对主阀芯3的作用力，推动主阀芯3向右开启。主阀芯3开启后，第一容腔10和第二容腔12继续泄压，第二油口202压力作用于主阀芯3环形台肩301上，克服第一容腔10、第二容腔12的压力推动主阀芯3继续向右移动，主阀口14打开，实现第二油口202到第一油口201的油液流动，其油液流动方向如图4箭头所示。
当先导控制口停止供油时，即先导顶杆1缩回，先导阀芯4在第二容腔12的压力作用下向左移动，先导阀口13可靠关闭，第一容腔10和第二容腔12压力升高，推动主阀芯3向左移动，主阀口14可靠关闭，第二油口202到第一油口201的油路被切断，负载处于稳定的保持状态。
从上述实施例可以看出，与现有平衡阀相比，本实施例中增加了第一端盖7和第二弹簧8，因此当平衡阀开启时，主阀芯3不仅受到第二油口202压力和第一容腔10、第二容腔12压力的作用，同时受到第一弹簧6和第二弹簧8的弹簧力，共同推动主阀芯3开启，有利于增加平衡阀开启响应速度。
本实施例中平衡阀开启时加速度与现有平衡阀开启加速度相比产生的变化量Δa为：
K1x1-K2x2＝mΔa
其中，K1为第一弹簧6刚度，取3.18N/mm；
x1为第一弹簧6初始压缩量，取8mm；
K2为第二弹簧8刚度，取2.78N/mm；
x2为第二弹簧8初始压缩量，取9mm；
m为主阀芯3质量，取0.066kg。
求得
Figure BDA0003820652900000081
现有平衡阀主阀芯3达到最大开度5mm时，所需开启时间为1.2s，可知现有平衡阀开启加速度为7×10-3m/s2。由于现有平衡阀开启加速度远远小于本实施例中开启加速度，计算时可忽略，则本实施例中平衡阀主阀芯3达到最大开度5mm时，所需开启时间为：
Figure BDA0003820652900000082
由此可见，本实施例中平衡阀开启响应时间大幅减少，有效增加了平衡阀开启响应速度。
需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
本文中应用了具体个例对本申请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申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种平衡阀三轴同心结构，包括阀体和固定设置在所述阀体内的阀座，其特征在于，还包括：
主阀芯，位于所述阀座内，并与所述阀座形成滑阀配合，所述主阀芯上设置有与其同心的导向孔，所述主阀芯上设置有与所述导向孔连通的第二容腔；
先导阀芯，位于所述导向孔内，所述先导阀芯与所述导向孔内壁抵持，并与所述主阀芯形成滑阀配合，所述先导阀芯上设置有先导阀口，所述先导阀口用于连通所述第二容腔和所述导向孔；
第一端盖，嵌入在所述第二容腔背离所述导向孔一端，所述第一端盖的中心轴线处设置有贯穿其自身的通孔；
第一弹簧，两端分别抵持所述先导阀芯端部、所述第一端盖面向所述先导阀芯的端面，用于推动所述先导阀芯远离所述第一端盖；
第二端盖，位于所述阀座上，并与所述主阀芯、所述第一端盖形成第一容腔，所述第一容腔和所述第二容腔通过所述通孔连通；
第二弹簧，两端分别抵持所述主阀芯和所述第二端盖内壁，用于推动所述主阀芯远离所述第二端盖；
所述第一弹簧的刚度大于所述第二弹簧的刚度。
2.根据权利要求1所述的平衡阀三轴同心结构，其特征在于，还包括：
第一油口，开设于所述阀体上，且与所述阀体内部连通，与所述主阀芯背离所述第一端盖的端部位置对应；
第二油口，开设于所述阀体上，并贯穿所述阀座外壁，与所述阀座内部连通，且与所述第二容腔位置对应。
3.根据权利要求2所述的平衡阀三轴同心结构，其特征在于，所述阀座内壁与所述主阀芯外壁之间设置有主阀口和轴向节流槽；
所述主阀口位于所述第一油口和第二油口之间，通过所述主阀芯外壁与所述阀座内壁抵持形成，用于导通或截止所述第一油口和所述第二油口；
所述轴向节流槽位于所述第二油口和所述第一容腔之间，通过所述主阀芯凸起的外壁与所述阀座内壁抵持形成，用于导通所述第二油口和所述第一容腔。
4.根据权利要求2所述的平衡阀三轴同心结构，其特征在于，所述轴向节流槽为矩形节流槽，且所述轴向节流槽靠近所述主阀芯端面一侧的开合面积，小于所述轴向节流槽背离所述主阀芯端面一侧的开合面积，且所述轴向节流槽未完全截止所述第二油口和所述第一容腔。
5.根据权利要求2所述的平衡阀三轴同心结构，其特征在于，所述先导阀芯面向所述第一端盖的端部，位于所述第二容腔内，且与所述导向孔形成锥阀密封面。
6.根据权利要求2所述的平衡阀三轴同心结构，其特征在于，所述导向孔与所述第二容腔连通后贯穿所述主阀芯。
7.根据权利要求2所述的平衡阀三轴同心结构，其特征在于，所述第一端盖的端面超出所述主阀芯的端面，所述第二弹簧套设在所述第一端盖上，并与所述主阀芯抵持。
8.根据权利要求2所述的平衡阀三轴同心结构，其特征在于，所述主阀芯外壁上设置有环形肩，所述环形肩与所述第二油口位置对应。
9.根据权利要求2所述的平衡阀三轴同心结构，其特征在于，所述阀体上设置有与所述导向孔同心的先导顶杆，所述先导顶杆通过外力推动所述先导阀芯。
10.根据权利要求2所述的平衡阀三轴同心结构，其特征在于，所述第一弹簧和所述第二弹簧对所述主阀芯的作用力方向相反，且所述第二弹簧对所述主阀芯的弹力抵消部分所述第一弹簧对所述主阀芯弹力。
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