CN202834247U - 一种纯水液压电磁卸荷溢流阀 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种纯水液压电磁卸荷溢流阀，属于阀类。该阀由主阀、先导阀和电磁开关阀组成，主阀部分包括主阀芯、主阀座、主阀套、主阀弹簧、主阀体，主阀芯采用轴向开有阻尼孔、径向开有通孔及二级节流的锥阀平端圆弧结构，径向通孔起到影响主流束的高压引流的作用，并对阀芯起到一个平衡对中的作用，能够有效的抑制气蚀现象的发生；先导阀部分包括先导阀芯、先导阀座、调压弹簧、先导阀体，电磁开关阀主要包括换向阀体、平板阀芯、换向阀座、复位弹簧、电磁组件、电磁铁。本实用新型适用于以海水、淡水、高水基等工作介质的中高压水液压系统中的压力控制元件。具有工作压力高、调压范围宽、抗气蚀能力好、噪声低、工作稳定性好等优点。

Description

一种纯水液压电磁卸荷溢流阀

技术领域

本实用新型涉属于阀类，是一种纯水液压电磁先导卸荷溢流阀。主要适用于以海水、淡水、高水基等为工作介质的中高压水液压系统的卸荷及调压。在中、高压条件下，能有效减小阀口的泄漏、气蚀、振动、噪声，及提高调压精度、增大调压范围。该实用新型同样适用于海水等腐蚀性强的低粘度介质。

背景技术

纯水液压技术具有环境友好、购买和使用成本低、可避免和减少产品污染、阻燃性、安全性好、易于保养、利于提高绿色意识等优点，受到了世界各国液压行业者的亲睐。节省能源、节省资源、环境保护和劳动保护的绿色制造的可持续发展成为现代机械工程发展的首要目标。

水介质作为液压介质，存在着粘度低、润滑性差、蒸汽压力高、腐蚀性和导电性强等缺点，使得现有的油压元件不能直接或改进后运用于水压，在充分认识其负面影响的前提下，研究其影响机理，寻求合理的解决方案。克服水介质的缺点，充分发挥其优点。研制出高可靠的水压元件是纯水液压技术面临的严峻的挑战和突破。

纯水液压卸荷溢流阀是液压系统的关键阀类元件之一，液压系统的卸荷是指执行元件（液压缸、马达等）在不工作或者不需要全部流量的情况下，使全部或部分泵输出的油液在很低的压力下流回油箱，使泵处于一种空转状态。系统卸荷即能减少功率损耗，又能防止系统发热，从而提高泵的使用寿命。由于水介质的理化性质不同于油液，使得纯水液压卸荷溢流阀工作稳定性面临着严峻的挑战。

纯水液压电磁先导溢流阀在较高的压力情况下工作时，阀口处具有较高的流速，使得阀口流场的局部压力低于水的汽化压力，汽化后的水产生大量的气泡，即为气蚀现象。由于水的汽化压力高，使得水极易汽化和沸腾，因而在相同的条件下，纯水液压溢流阀受到的气蚀破坏程度比油压溢流阀要高上百倍；另外，水介质具有很强的腐蚀性，因此使得现有的油压溢流阀材料都不适用于水介质。纯水溢流阀存在的关键技术问题还有振动、噪声以及密封与润滑等问题。产生上述问题的原因除了气蚀和气穴的原因外，还由于：1由于水的粘度低，粘性阻尼小，阀口处的泄漏问题较为严重。2水的密度、弹性模量比矿物油大，因此产生的“水锤”现象严重；3由于水的理化性质，使得液压阀在水介质中主要发生着磨损腐蚀、电偶腐蚀、氧化腐蚀；

怎样能在传统油压溢流阀的设计经验的基础上，克服水介质带来的不利影响，提高溢流阀的静动态特性，是纯水液压电磁卸荷溢流阀研究的关键所在。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种纯水液压电磁卸荷溢流阀，用于改善卸荷溢流阀的静动态特性，实现响应速度快、灵敏度高、调压精度高、调压范围大、过流能力大、压力损失小、噪声小等要求。本实用新型中二级节流结构和高压引流装置的使用减小了气蚀对阀芯带来的冲击危害。为提高阀芯与阀套的密封，采用了车氏组合密封装置。

本实用新型采用如下的技术方案以解决其技术问题：

一种纯水液压电磁先导溢流阀，是由一个两位两通电磁开关阀和先导式溢流阀组成，包括主阀、先导阀、纯水液压电磁开关阀三部分，其中：

主阀：包括主阀体、主阀芯、主阀座、主阀套、主阀弹簧、格莱圈、进水口P、出水口T。主阀芯装在主阀座内，主阀套装在主阀芯的外表面，主阀芯的通孔中有轴向的阻尼液阻及径向的高压引流孔，为保证密封实现零泄漏，主阀芯的密封采用车氏密封，为避免采用硬安装使得格莱圈的树脂环变形，主阀芯和主阀套之间采取开式密封，即主阀芯上一次配合有两个主阀套。靠近进水口P的主阀套一端与主阀座连接，另一端与主阀芯进行间隙配合。远离进水口T的主阀套一端与先导阀座连接另一端通过格莱圈与主阀芯进行密封，主阀弹簧装在主阀的弹簧腔内，连接在先导阀座与主阀芯之间。主阀芯的二级节流结构，即有两个锥角半角为15°的锥面，锥面与阀座在阀芯不开启时形成线密封，主阀芯开启时锥面与主阀座之间形成两个串联的可变节流阀口，即实现二级节流。主阀体上开有进水口P和回水口T，进水口P的液流分为两支，一支通过主阀芯的中心孔、主阀阻尼孔与主阀弹簧腔相连通，另一支是主阀芯与主阀座之间形成的流道与回水口T连通。主阀体靠近换向阀的部分开有细小的流道，与纯水液压电磁开关阀的进水口P1连接的流道通过主阀套上的环形槽与主阀弹簧腔沟通。与纯水液压电磁开关阀的回水口T1连通的流道则通过环形槽与出水口T相连通。为保证主阀体与先导阀体的连接与固定，主阀体与先导阀体采用了直口连接的方式并用圆柱销进行固定。

先导阀：包括先导阀体，先导阀芯、先导阀座、调压弹簧、弹簧座、调节螺杆。先导阀体的孔中依次布置为弹簧座、调压弹簧、先导阀芯、先导阀座。调节螺杆与先导阀体通过螺纹连接顶在弹簧座上，调压弹簧安装在弹簧座和先导阀芯之间，先导阀座位于靠近主阀的一侧。主阀弹簧腔的流体经过先导阀座上的中心孔到达先导阀腔，当先导阀腔压力达到调节螺杆调定压力时先导阀芯开启。高压水通过导阀体和主阀体上的流道流向主阀的出水口T。先导阀芯上开有的导向圆柱面，与先导阀体形成导向配合间隙，使得放置调压弹簧成为阻尼腔，不易于形成闭死容腔，提高了先导阀运动的平稳性及可靠性。

纯水液压电磁开关阀：包括换向阀体、换向阀座、平板阀芯、电磁组件I、进水口P1、回水口T1等组成。换向阀体位于主阀体的上部，换向阀体内依此布置为换向阀座12、平板阀芯11、复位弹簧、电磁组件I、线圈H。进水口P1口与主阀体上靠近先导阀体的流道相连，流向进水口P1的高压水克服弹簧的复位力推动平板阀芯向上运动，继而高压水流向回水口T1。回水口T1与主阀体上靠近进水口P的流道相连，通过主阀套上的环形沟槽流向回水口T。开关阀的换向阀座是通过螺纹连接固定在换向阀体上，所述的电磁开关阀为常开型，电磁组件I的外部套有电磁铁H，当电磁铁得电的情况下，产生的强大的电磁力将平板阀芯与换向阀座紧密贴合，从而切断了进水口P1的高压水。

主阀的弹簧腔与先导阀的前腔相连通，同时通过流道与纯水液压电磁开关阀的进水口P1相连。主阀与先导阀的连接是靠内六角螺钉，圆柱销及导阀体上加工的直口进行固定连接的。电磁开关阀位于主阀体的上方，电磁开关阀与主阀的连接是靠四个内六角螺钉进行连接固定的。

所述电磁溢流阀的工作原理：高压水泵流出的高压水经进水口P流向溢流阀主阀芯的前腔，经过主阀芯上的阻尼孔到达主阀芯的弹簧腔，继而到达先导阀芯的前腔，由于此时先导阀芯在调压弹簧调定压力的作用下处于关闭状态，高压水未达到先导阀调定的压力前不能将先导阀芯打开，此时的高压水顺着先导阀体的流道进入了两位两通换向阀的下腔，克服换向阀衔铁中弹簧的复位力即能推动平板阀芯向上运动，使高压水流向换向阀的上腔，继而通过换向阀阀体上的流道、主阀体上的流道流向回水口T，在阻尼孔的作用下，高压水的流动使得主阀弹簧腔的压力小于主阀前腔的压力。所产生的压差推动主阀芯向左移动继而将主阀芯打开，此过程为溢流阀的卸荷过程。当换向阀的电磁铁得电的情况下，电磁衔铁在电磁线圈产生的电磁推力作用下将换向阀的阀口密封住，断开了换向阀的通道。此时，高压水经过主阀阻尼孔到达主阀的弹簧腔后，再由先导阀阻尼孔到达先导阀芯的前腔，当先导阀前腔的压力达到调节螺杆调定的压力时，将先导阀芯打开进行溢流，高压水通过导阀体的流道流向回油口T。主阀芯在阻尼孔所产生的压差作用下打开主阀芯进而开始溢流。此过程为溢流阀的调压。溢流阀压力的调定是通过先导阀的调压螺杆进行调整的。

所述主阀芯的中心开具能影响主流束的高压引流径向通孔，且主阀芯为有效抑制气蚀、降低噪声、减小振动的二级节流结构，先导阀芯上的阻尼孔与主阀芯的液阻串联，可以有效提高溢流阀的定压精度，从而提高溢流阀工作稳定性。为提高主阀芯的密封性实现零泄漏，主阀芯与主阀套的密封采用车氏密封（即格莱圈密封），为便于格莱圈的安装，故将主阀套设计成两部分。

所述主阀芯与主阀套采用组合密封装置格莱圈密封，主阀体与主阀座采用O型密封圈进行密封，左主阀套与主阀体采用O型密封圈进行密封，先导阀体与主阀体采用O型密封圈进行密封。先导阀座与先导阀体采用O型密封圈进行密封，弹簧座和先导阀体采用O型密封圈进行密封，换向阀体与主阀体采用O型密封圈进行密封，溢流阀与实验盖板的密封采用O型密封圈进行密封。

所述主阀体、先导阀体、换向阀体的材料均采用1Cr18Ni9Ti，主阀芯、导阀芯、换向阀芯的材料均采用沉淀硬化不锈钢17-4PH，主阀座、主阀套、导阀座、换向阀座的材料均采用铝青铜QAL9-4，主阀弹簧、导阀调压弹簧、换向阀复位弹簧均采用牌号为3J1的簧丝材料。

本实用新型与背景技术相比，具有的有益效果是：

1、主阀芯采用了二级节流结构和高压引流结构，能有效的抑制气蚀、降低噪声，减小振动。主阀打开时，主阀芯与主阀套之间形成两个串联的可变节流阀口，使得溢流阀在主阀中的压降由两个可变节流口承担，从而提高了卸荷溢流阀的工作压力及卸荷溢流阀的稳定性。主阀芯与主阀套的密封采用车氏格莱圈密封，为提高密封的可靠性且便于格莱圈的安装，将主阀套设计成两部分。

2、先导阀芯上开有导向圆柱面，其与先导阀的阀体形成导向配合间隙，使得调节弹簧的容腔成为阻尼腔，不易于形成闭死容腔，提高了先导阀运动的平稳及可靠性。

3、纯水液压电磁开关阀采用小流量两位两通换向阀，阀座与阀体采用螺纹连接固定，平板阀芯与阀座的接触与离开实现液流的通断，实现了零泄漏。换向阀的开口量是由平板阀芯的行程决定的。小流量常开型换向阀，阀芯行程短，大大降低了电磁开关阀的打开和复位时间，提高了反应的速度。

4、主阀芯与主阀套采用组合密封装置格莱圈密封，主阀体与主阀座之间、左主阀套与阀体之间，先导阀体与主阀体之间、先导阀座与先导阀体之间，弹簧座和换向阀体之间、换向阀体与主阀体之间、溢流阀与实验盖板之间均采用O型密封圈进行直接密封，有效解决了纯水液压卸荷溢流阀泄漏严重的问题，纯水电磁开关阀流道的合理布置使得平板阀芯所受的液压力平衡，可以保证动作灵活可靠，适用于中高压的工作环境。

5、经过在摩擦磨损试验机上实验，对纯水液压电磁先导卸荷溢流阀进行选材，选择硬度高的材料能有效克服气蚀等的发生，提高溢流阀的使用寿命。

6、本实用新型结构简单，即可实现卸荷又能进行调压，可靠性高，易于标准化的设计特点，适用于中高压的工作环境下进行工作。

附图说明：

图1为本实用新型的结构原理示意图。

图2为本实用新型中纯水液压电磁开关阀的结构原理图。

图3为本实用新型中主阀套结构图。

图4为具有二级结构的主阀芯结构图。

图中：1、调节螺杆、2、六角螺母、3、O型密封圈、4、弹簧座、5、导阀调压弹簧、6、导阀芯、7、导阀座、8、导阀体、9、主阀体、10、进水口P、11、电磁线圈H、12、电磁组件I、13、换向阀芯、14、换向阀座、15、出水口T1、16、换向阀体、17、格莱圈、18、主阀套、19、主阀座、20、进水口P、21、主阀芯、22、出水口T、23、主阀弹簧、24、内六角螺钉、25、圆柱销。

具体实施方式

如图1所示，一种纯水液压电磁先导溢流阀，是由一个两位两通电磁开关阀和先导式溢流阀组成，包括主阀、先导阀、纯水液压电磁开关阀三部分，其特征在于：

主阀：包括主阀体9、主阀芯21、主阀座19、主阀套18、主阀弹簧23、格莱圈17、进水口P、出水口T。主阀芯21装在主阀座19内，主阀套18装在主阀芯21的外表面，主阀芯21的通孔中有轴向的阻尼液阻及径向的高压引流孔，为保证密封实现零泄漏，主阀芯21的密封采用车氏密封，为避免采用硬安装使得格莱圈的树脂环变形，主阀芯与主阀套之间采取开式密封，即主阀芯上依此配合有两个主阀套。靠近进水口P的主阀套18一端与主阀座19连接，另一端与主阀芯21进行间隙配合。远离进水口T的主阀套18一端与先导阀座连接另一端通过格莱圈与主阀芯进行密封，主阀弹簧23装在主阀9的弹簧腔内，连接在先导阀座与主阀芯之间。主阀芯21的二级节流结构，即有两个锥角半角为15°的锥面，锥面与阀座19在阀芯不开启时形成线密封，主阀芯开启时锥面与主阀座之间形成两个串联的可变节流阀口，即实现二级节流。主阀体9上开有进水口P和回水口T，进水口P的液流分为两支，一支通过主阀芯21的中心孔、主阀阻尼孔与主阀弹簧腔相连通，另一支是主阀芯21与主阀座19之间形成的流道与回水口T连通。主阀体9靠近换向阀的部分开有细小的流道，纯水液压电磁开关阀的进水口P1连接的流道通过主阀套上的环形槽与主阀弹簧腔沟通。与纯水液压电磁开关阀的回水口T1口连通的流道则通过环形槽与出水口T相连通。为保证主阀体9与先导阀体8的连接与固定，主阀体9与先导阀体8采用了直口连接的方式并用圆柱销进行固定。

先导阀：包括先导阀体8，先导阀芯6、先导阀座7、调压弹簧5、弹簧座4、调节螺杆1。先导阀体的孔中依次布置有弹簧座4、调压弹簧5、先导阀芯6、先导阀座7。调节螺杆1与先导阀体8通过螺纹连接顶在弹簧座4上，调压弹簧5安装在弹簧座4和先导阀芯6之间，先导阀座位于靠近主阀的一侧。主阀弹簧腔的流体经过先导阀座7上的中心孔到达先导阀腔，当先导阀腔压力达到调节螺杆调定压力时先导阀芯开启。高压水通过导阀体8和主阀体9上的流道流向主阀的出水口T。先导阀芯6上开有的导向圆柱面，与先导阀体形成导向配合间隙，使得放置调节弹簧的容腔成为阻尼腔，不易于形成闭死容腔，提高了先导阀运动的平稳性及可靠性。

纯水液压电磁开关阀：包括换向阀体13、换向阀座12、平板阀芯11、电磁组件I、进水口P1、回水口T1等组成。换向阀体13位于主阀体9的上部，换向阀体内依此布置为换向阀座12、平板阀芯11、复位弹簧、电磁组件I、线圈H。进水口P1口与主阀体9上靠近先导阀体的流道相连，流向进水口P1的高压水克服弹簧的复位力推动平板阀芯向上运动，继而高压水流向回水口T1。回水口T1与主阀体9上靠近进水口P的流道相连，通过主阀套上的环形沟槽流向回水口T。开关阀的换向阀座是通过螺纹连接固定在换向阀体上，所述的电磁开关阀为常开型，电磁组件I的外部套有电磁铁H，当电磁铁得电的情况下，产生的强大的电磁力将平板阀芯与换向阀座紧密贴合，从而切断了进水口P1的高压水。

所述的主阀芯的中心开具能影响主流束的高压引流径向通孔，且主阀芯21为有效抑制气蚀、降低噪声、减小振动的二级节流结构，先导阀芯6上的阻尼孔与主阀芯21的液阻串联，可以有效提高溢流阀的定压精度，从而提高溢流阀工作的稳定性。为提高主阀芯的密封性实现零泄漏，主阀芯21与主阀套18的密封采用车氏密封（即格莱圈密封），为便于格莱圈17的安装，故将主阀套18设计成两部分。

所述的主阀芯21与主阀套18采用组合密封装置格莱圈17密封，主阀体9与主阀座18采用O型密封圈3进行密封，左主阀套18与主阀体9采用O型密封圈3进行密封，先导阀体8与主阀体9采用O型密封圈3进行密封。先导阀座7与先导阀体8采用O型密封圈3进行密封，弹簧座4和先导阀体8采用O型密封圈3进行密封，换向阀体16与主阀体9采用O型密封圈3进行密封，溢流阀与实验盖板的密封采用O型密封圈进行密封。

该阀的工作压力为14MPa，最大工作压力是16MPa，额定流量时160L/min，压力超调量不大于20%，压力调整时间不大于60ms。

本实用新型的电磁开关阀是一种常开的类型，当电磁铁不通电的情况下，流向进油口P1的高压油，在克服了弹簧的复位力的情况下即能实现平板阀芯与阀座的阀口的分离，高压水到达换向阀的出水口T1，继而与通过主阀体上的环形槽沟通流向回油口T。当电磁铁得电的情况下，电磁铁产生的强大的电磁力将平板阀芯与阀口堵住，切断了液体的流动，此时的换向阀由原来的开启状态转换成关闭状态。

本阀采用内六角螺钉连接主阀体9与先导阀体8，主阀座19装在主阀体9的中心，主阀芯21装在主阀座19上，右主阀套18套在主阀座19上，左主阀套18安装好格莱圈17直接套在主阀芯21上，主阀体9的下端开有进水口P和出水口T，两者是在主阀芯21打开的情况下进行沟通的，进出水口采用的是板式连接的方式，O型密封圈用于板式连接时密封进、出水口。主阀芯21与左主阀套18形成的密封是用组合密封圈即格莱圈17进行密封的，采用这种组合密封装置直接进行密封的形式在高压水介质条件下密封性能良好。主阀芯21和主阀座19之间形成的两个串联的可变节流口，使得阀口的压差由两个节流口共同承担，降低了气蚀及气穴现象的发生条件。主阀芯21开具的高压引流孔，能利用高压引流的作用有效降低噪声，抑制气蚀、减小振动、并对主阀芯起到一个平衡对中的作用，是主阀芯在开启闭合时不易出现卡死现象。

Claims (4)

1.一种纯水液压电磁先导溢流阀，是由一个两位两通电磁开关阀和先导式溢流阀组成，包括主阀、先导阀、纯水液压电磁开关阀三部分，其特征在于：

主阀：包括主阀体（9）、主阀芯（21）、主阀座（19）、主阀套（18）、主阀弹簧（23）、格莱圈（17）、进水口P、出水口T；主阀芯（21）装在主阀座（19）内，主阀套（18）装在主阀芯（21）的外表面，主阀芯（21）的通孔中有轴向的阻尼液阻及径向的高压引流孔，主阀芯（21）的密封采用车氏密封；主阀芯（21）和主阀套（18）之间采取开式安装，即主阀芯（21）上一次配合有两个主阀套（18）；靠近进水口P的主阀套（18）一端与主阀座（19）连接，另一端与主阀芯(21)进行间隙配合。远离进水口T的主阀套(18)一端与先导阀座连接另一端通过格莱圈与主阀芯进行密封，主阀弹簧（23）装在主阀（9）的弹簧腔内，连接在先导阀座（7）与主阀芯（21）之间；主阀体(9)上开有进水口P和回水口T，进水口P的液流分为两支，一支通过主阀芯（21）的中心孔、主阀阻尼孔与主阀弹簧腔相连通，另一支是主阀芯(21)与主阀座(19)之间形成的流道与回水口T连通；主阀体(9)靠近换向阀的部分开有细小的流道，与纯水液压电磁开关阀的进水口P1连接的流道通过主阀套上的环形槽与主阀弹簧腔沟通；与纯水液压电磁开关阀的回水口T1连通的流道则通过环形槽与出水口T相连通，

先导阀：包括先导阀体（8），先导阀芯（6）、先导阀座（7）、调压弹簧（5）、弹簧座（4）、调节螺杆（1）；先导阀体（8）的孔中依次布置有弹簧座（4）、调压弹簧（5）、先导阀芯（6）、先导阀座（7）；调节螺杆（1）与先导阀体（8）通过螺纹连接顶在弹簧座（4）上，调压弹簧（5）安装在弹簧座（4）和先导阀芯（6）之间，先导阀座（7）位于靠近主阀的一侧；主阀弹簧腔的流体经过先导阀座（7）上的中心孔到达先导阀腔，当先导阀腔压力达到调节螺杆（1）调定压力时先导阀芯（6）开启；高压水通过先导阀体（8）和主阀体（9）上的流道流向主阀的出水口T；先导阀芯（6）上开有的导向圆柱面，与先导阀体（8）形成导向配合间隙，使得放置调压弹簧（5）的容腔成为阻尼腔；纯水液压电磁开关阀：包括换向阀体(13)、换向阀座(12)、平板阀芯(11)、电磁组件I、进水口P1、回水口T1。换向阀体(13)位于主阀体(9)的上部，换向阀体内依此布置为换向阀座（12）、平板阀芯（11）、复位弹簧、电磁组件I、线圈H；进水口P1口与主阀体（9）上靠近先导阀体（8）的流道相连；回水口T1与主阀体（9）上靠近进水口P的流道相连，通过主阀套（18）上的环形沟槽与主阀的回水口T相通；开关阀的换向阀座(12)通过螺纹连接固定在换向阀体（13）上，所述的电磁开关阀为常开型，电磁组件I的外部套有电磁铁H，当电磁铁H得电的情况下，产生的电磁力将平板阀芯（11） 与换向阀座(12)贴合，切断进水口P1的高压水；

主阀的弹簧腔与先导阀的前腔相连通，同时通过流道与纯水液压电磁开关阀的进水口P1相连。

2.根据权利要求1所述的一种电磁先导水压溢流阀，其特征在于：主阀芯（21）与主阀套（18）采用组合密封装置格莱圈（17）密封，主阀体（9）与主阀座（19）采用O型密封圈（3）进行密封，左主阀套（18）与主阀体（9）采用O型密封圈进行密封，先导阀体（8）与主阀体（9）采用O型密封圈进行密封，先导阀座（7）与先导阀体（8）采用O型密封圈进行密封，弹簧座（4）和先导阀体（8）采用O型密封圈进行密封，换向阀体（16）与主阀体（9）采用O型密封圈进行密封，溢流阀与实验盖板的密封采用O型密封圈进行密封。

3.根据权利要求1所述的一种电磁先导水压溢流阀，其特征在于：主阀芯(21)的二级节流结构，即有两个锥角半角为15°的锥面，锥面与阀座(19)在主阀芯(21)开启时形成线密封，主阀芯(21)开启时锥面与主阀座之间形成两个串联的可变节流阀口，即实现二级节流。

4.根据权利要求1所述的一种电磁先导水压溢流阀，其特征在于：主阀体(9)与先导阀体(8)采用了直口连接的方式并用圆柱销进行固定。 

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