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1、(10)申请公布号 CN 102943909 A (43)申请公布日 2013.02.27 C N 1 0 2 9 4 3 9 0 9 A *CN102943909A* (21)申请号 201210398945.4 (22)申请日 2012.10.19 F16K 17/06(2006.01) F16K 47/02(2006.01) (71)申请人华中科技大学 地址 430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路 1037号 (72)发明人贺小峰 朱玉泉 罗小辉 邓贲 (74)专利代理机构华中科技大学专利中心 42201 代理人方放 (54) 发明名称 差动式水压溢流阀 (57) 摘要 差动式水压溢流阀。
2、，属于水液压系统中的压 力控制阀，解决现有直动式溢流阀存在的振动、噪 声及工作稳定性差的问题。第一种差动式水压溢 流阀，阀体内自左向右依次装有阀座、阀芯、弹簧 和弹簧座，阀体右端封闭，阀体内腔左端内置有圆 柱形垫块，左端盖通过螺钉和阀体左端面连接，调 节螺杆和左端盖螺纹配合并顶住圆柱形垫块。第 二种差动式水压溢流阀和第一种差动式水压溢流 阀的区别在于：阀体左端封闭，右端盖通过螺纹 和阀体内腔右端连接，弹簧座嵌于右端盖内，调节 螺杆和右端盖底面螺纹配合并顶住所述弹簧座。 本发明泄漏小、抗气蚀性能好、振动小、噪声低、调 压精度高、工作稳定性好，在高压时所需的弹簧力 小，适用于中高压水液压系统。 (。
3、51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书4页 附图2页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 2 页 1/2页 2 1.第一种差动式水压溢流阀，包括阀体(1)、阀座(2)、阀芯(3)、弹簧(5)、弹簧座(6) 和调节螺杆(10)，所述阀体(1)内自左向右依次装有垫块(7)、阀座(2)、阀芯(3)、弹簧(5) 和弹簧座(6)；其特征在于： 所述阀体(1)内腔为圆形孔，圆形孔中部具有环形沉割槽(1-1)，阀体侧面不同位置 分别具有与所述环形沉割槽(1-1)连通的进液口(P)和连通阀体内腔的出液口(T)；所述 阀座(2)形状为圆筒，。
4、圆筒外径与阀体内腔圆形孔内径匹配，阀座内腔为同轴的三阶台阶 孔，右阶孔(2-3)的直径大于左阶孔(2-2)的直径，右阶孔的右孔口为圆锥面，阀座侧面具 有径向均匀分布的连通中间阶孔(2-1)的进水孔(2-4)；所述阀芯(3)由一体的尾端圆柱 (3-1)、圆锥段(3-2)和首端圆柱(3-3)构成，尾端圆柱(3-1)直径与所述阀座左阶孔(2-2) 直径相匹配，圆锥段(3-2)最大径向截面直径大于所述右阶孔(2-3)的直径，圆锥段的锥 角小于阀座右阶孔(2-3)右孔口的圆锥面的锥角，阀芯具有轴向通孔(3-4)，轴向通孔对应 尾端圆柱部分的内径增大，其中安装有阻尼器(4)；阀芯(3)尾端圆柱(3-1)与。
5、阀座左阶孔 (2-2)滑动配合，圆锥段(3-2)和阀座右阶孔(2-3)右孔口的圆锥面形成锥阀结构的阀口； 阀座(2)与阀体内腔滑动配合，阀座的进水孔(2-4)位于阀体环形沉割槽(1-1)相应位置； 所述阀体(1)右端封闭，弹簧座(6)嵌于阀体内腔右底面，弹簧(5)套于阀芯首端圆柱 (3-3)和弹簧座(6)之间并由后两者限位； 所述阀体内腔左端内置有与阀体内腔滑动配合的圆柱形垫块(7)，圆柱形垫块(7)封 闭所述阀座(2)的左端面，圆柱形垫块(7)和阀芯尾端圆柱(3-1)之间的阀座内腔构成阻 尼腔(8)； 左端盖(9)通过螺钉和所述阀体左端面连接，调节螺杆(10)和左端盖(9)螺纹配合并 顶住所。
6、述圆柱形垫块(7)。 2.如权利要求1所述的第一种差动式水压溢流阀，其特征在于： 所述阻尼器(4)为具有轴向通孔的圆柱体，轴向通孔的孔径为0.61.6mm； 所述阀座采用钛合金、镍铜合金或奥氏体不锈钢加工制成，所述阀芯采用经强化处理 的马氏体不锈钢或沉淀硬化不锈钢加工制成。 3.第二种差动式水压溢流阀，包括阀体(1)、阀座(2)、阀芯(3)、弹簧(5)、弹簧座(6) 和调节螺杆(10)，所述阀体(1)内自左向右依次装有阀座(2)、阀芯(3)、弹簧(5)和弹簧座 (6)；其特征在于： 所述阀体(1)内腔为圆形孔，圆形孔中部具有环形沉割槽(1-1)，阀体侧面不同位置分 别具有与所述环形沉割槽(1-。
7、1)连通的进液口(P)和连通阀体内腔的出液口(T)；所述阀 座(2)形状为圆筒，圆筒外径与阀体内腔圆形孔内径匹配，阀座内腔为同轴的三阶台阶孔， 右阶孔(2-3)的直径大于左阶孔(2-2)的直径，右阶孔(2-3)的右孔口为圆锥面，阀座侧 面具有径向均匀分布的连通中间阶孔(2-1)的进水孔(2-4)；所述阀芯(3)由一体的尾端 圆柱(3-1)、圆锥段(3-2)和首端圆柱(3-3)构成，尾端圆柱(3-1)直径与所述阀座左阶孔 (2-2)直径相匹配，圆锥段(3-2)最大径向截面直径大于所述右阶孔(2-3)的直径，圆锥段 的锥角小于阀座右阶孔(2-3)右孔口的圆锥面的锥角，阀芯具有轴向通孔(3-4)，轴。
8、向通孔 对应尾端圆柱部分的内径增大，其中安装有阻尼器(4)；阀芯(3)尾端圆柱(3-1)与阀座左 阶孔(2-2)滑动配合，圆锥段(3-2)和阀座右阶孔(2-3)右孔口的圆锥面形成锥阀结构的 阀口；阀座(2)与阀体内腔滑动配合，阀座的进水孔(2-4)位于阀体环形沉割槽(1-1)相应 权 利 要 求 书CN 102943909 A 2/2页 3 位置； 右端盖(11)通过螺纹和所述阀体内腔右端连接，右端盖(11)左端形状为圆桶，右端盖 (11)右端的形状为外六方柱体，弹簧座(6)嵌于右端盖内腔并与右端盖内腔滑动配合，弹 簧(5)套于阀芯首端圆柱(3-3)和弹簧座(6)之间并由后两者限位；调节螺杆(。
9、10)和右端 盖底面螺纹配合并顶住所述弹簧座(6)； 所述阀体(1)左端封闭，所述阀体内腔左端底面和所述阀座(2)的左端面之间的阀体 内腔构成阻尼腔(8)。 4.如权利要求3所述的第二种差动式水压溢流阀，其特征在于： 所述阻尼器(4)为具有轴向通孔的圆柱体，轴向通孔的孔径为0.61.6mm； 所述阀座采用钛合金、镍铜合金或奥氏体不锈钢加工制成，所述阀芯采用经强化处理 的马氏体不锈钢或沉淀硬化不锈钢加工制成。 权 利 要 求 书CN 102943909 A 1/4页 4 差动式水压溢流阀 技术领域 0001 本发明属于水液压系统中的压力控制阀，适用于以海水、淡水、高水基等工作介质 的水液压系统。。
10、 背景技术 0002 溢流阀是液压系统中常用的压力控制元件，可作为定压溢流阀或安全阀，传统的 溢流阀多采用液压油作工作介质。当溢流阀采用水(水基)介质(包括海水、淡水或高水基 等)时，所产生的振动、噪声和工作稳定性问题十分严重。除了气穴和气蚀的原因之外，产 生的原因还有多种：1)由于水的粘度低，粘性阻尼小；2)水的密度、弹性模量较矿物油大， “水击”现象严重；3)介质在阀口不均匀出流以及弹簧力偏离阀芯轴心等原因产生的径向力 使阀芯偏振；4)由于水的粘度低，阀口处的泄漏较大。 0003 图3是丹麦Danfoss公司生产的直动式水压溢流阀(Trostmann EWater Hydraulics C。
11、ontrol Technology.Marcel Dekker，Inc.，New York，1996)，包括阀体1、弹 簧5、弹簧座6、阻尼腔8、调节螺杆10、右端盖11、阀座12、平板阀芯13、阻尼套14、阻尼杆 15和弹簧套管16。 0004 该阀通过在阀芯后端设置阻尼腔，在一定程度上改善了阀的工作稳定性。但阀芯 易于偏振，由此产生的振动、噪声及工作稳定性问题仍然存在。此外该阀所采用的材料不能 用海水，只适用于淡水或高水基等腐蚀性不强的介质。 0005 对于普通的直动式溢流阀而言，由于弹簧力直接与液压力比较，当溢流阀的工作 压力较高时，所需的弹簧力很大。因此，给弹簧的设计和制造带来很大困难。
12、。 发明内容 0006 本发明提供两种差动式水压溢流阀，解决现有直动式溢流阀存在的振动、噪声及 工作稳定性差的问题，减小阀口泄漏、气蚀、振动、噪声和调压弹簧刚度，改善阀的工作稳定 性，同时适用于海水等腐蚀性强的低粘度介质。 0007 本发明所提供的第一种差动式水压溢流阀，包括阀体、阀座、阀芯、弹簧、弹簧座和 调节螺杆，所述阀体内自左向右依次装有阀座、阀芯、弹簧和弹簧座；其特征在于： 0008 所述阀体内腔为圆形孔，圆形孔中部具有环形沉割槽，阀体侧面不同位置分别具 有与所述环形沉割槽连通的进液口和连通阀体内腔的出液口；所述阀座形状为圆筒，圆筒 外径与阀体内腔圆形孔内径匹配，阀座内腔为同轴的三阶台。
13、阶孔，其中，右阶孔的直径大于 左阶孔的直径，右阶孔的右孔口为圆锥面，阀座侧面具有径向均匀分布的连通中间阶孔的 进水孔；所述阀芯由一体的尾端圆柱、圆锥段和首端圆柱构成，尾端圆柱直径与所述阀座左 阶孔直径相匹配，圆锥段最大径向截面直径大于所述右阶孔的直径，圆锥段的锥角小于阀 座右阶孔右孔口的圆锥面的锥角，阀芯具有轴向通孔，轴向通孔对应尾端圆柱部分的内径 增大，其中安装有阻尼器；阀芯尾端圆柱与阀座左阶孔滑动配合，圆锥段和阀座右阶孔右孔 口的圆锥面形成锥阀结构的阀口；阀座与阀体内腔滑动配合，阀座的进水孔位于阀体环形 说 明 书CN 102943909 A 2/4页 5 沉割槽相应位置； 0009 所述。
14、阀体右端封闭，弹簧座嵌于阀体内腔右底面，弹簧套于阀芯首端圆柱和弹簧 座之间并由后两者限位； 0010 所述阀体内腔左端内置有与阀体内腔滑动配合的圆柱形垫块，圆柱形垫块封闭所 述阀座的左端面，圆柱形垫块和阀芯尾端圆柱之间的阀座内腔构成阻尼腔； 0011 左端盖通过螺钉和所述阀体左端面连接，调节螺杆和左端盖螺纹配合并顶住所述 圆柱形垫块。 0012 本发明所提供的第二种差动式水压溢流阀，包括阀体、阀座、阀芯、弹簧、弹簧座和 调节螺杆，所述阀体内自左向右依次装有阀座、阀芯、弹簧和弹簧座；其特征在于： 0013 所述阀体内腔为圆形孔，圆形孔中部具有环形沉割槽，阀体侧面不同位置分别具 有与所述环形沉割槽。
15、连通的进液口和连通阀体内腔的出液口；所述阀座形状为圆筒，圆筒 外径与阀体内腔圆形孔内径匹配，阀座内腔为同轴的三阶台阶孔，右阶孔的直径大于左阶 孔的直径，右阶孔的右孔口为圆锥面，阀座侧面具有径向均匀分布的连通中间阶孔的进水 孔；所述阀芯由一体的尾端圆柱、圆锥段和首端圆柱构成，尾端圆柱直径与所述阀座左阶孔 直径相匹配，圆锥段最大径向截面直径大于所述右阶孔的直径，圆锥段的锥角小于阀座右 阶孔右孔口的圆锥面的锥角，阀芯具有轴向通孔，轴向通孔对应尾端圆柱部分的内径增大， 其中安装有阻尼器；阀芯尾端圆柱与阀座左阶孔滑动配合，圆锥段和阀座右阶孔右孔口的 圆锥面形成锥阀结构的阀口；阀座与阀体内腔滑动配合，阀座。
16、的进水孔位于阀体环形沉割 槽相应位置； 0014 右端盖通过螺纹和所述阀体内腔右端连接，右端盖左端形状为圆桶，右端盖右端 形状为外六方柱体，弹簧座嵌于右端盖内腔并与右端盖内腔滑动配合，弹簧套于阀芯首端 圆柱和弹簧座之间并由后两者限位；调节螺杆和右端盖底面螺纹配合并顶住所述弹簧座； 0015 所述阀体左端封闭，所述阀体内腔左端底面和所述阀座的左端面之间的阀体内腔 构成阻尼腔。 0016 所述的第一种和第二种差动式水压溢流阀，其中： 0017 所述阻尼器为具有轴向通孔的圆柱体，轴向通孔的孔径为0.61.6mm； 0018 所述阀座采用钛合金、镍铜合金或奥氏体不锈钢加工制成，所述阀芯采用经强化 处理。
17、的马氏体不锈钢或沉淀硬化不锈钢加工制成。 0019 本发明工作时，高压水从进液口进入，当作用在阀芯上的差动液压力大于弹簧设 定的工作压力时，阀芯开启，水经过阀口进入弹簧腔，最后经出液口流出。阀芯在液压力、弹 簧力、摩擦力的作用下处于某一平衡位置。进液口的压力可通过调节螺杆和垫块使阀座和 阀芯移动，进而调节弹簧的预压缩量来设定。阀芯在动态调节过程中，阀芯尾端圆柱可抑制 阀芯开启时的偏振，同时阻尼腔容积的变化将引起该腔的压力变化，从而产生一个与阀芯 运动方向相反的附加作用力，增加了阀芯运动的阻尼，提高了阀芯的工作稳定性。阀芯上的 圆锥面和尾端圆柱分别与阀座上的右阶孔和左阶孔构成差动的液压作用面积，。
18、可大大减小 在高压下工作时阀芯所受的液压作用力，从而大大减小弹簧刚度和弹簧力。 0020 为了减小泄漏，本发明的阀芯和阀座构成密封性好的锥阀结构，为减小阀芯偏振， 在阀芯尾端设计有尾端圆柱，并与阀座内孔形成配合间隙，给阀芯运动提供导向。为了提高 阀芯的工作稳定性，阀芯内钻有通孔且安装有阻尼器；垫块、阀座、阀芯之间的空腔形成阻 说 明 书CN 102943909 A 3/4页 6 尼腔，利用阀芯运动时阻尼腔内的压力变化来增加阀芯的运动阻尼。 0021 为减轻气穴及减小气蚀的危害，采取了下列措施：1)阀芯和阀座在阀口处均设 计成锥面结构，且阀芯锥角略小于阀座锥角，有利于抑制气穴；2)阀座与阀芯采用。
19、软一硬 材料配对，阀座采用硬度较低的钛合金、镍铜合金(如Monel等)或奥氏体不锈钢(如 1Cr18Ni9Ti)加工制成，阀芯采用经强化处理的马氏体不锈钢(仅适用于淡水或高水基)或 沉淀硬化不锈钢加工制成，有利于减小气蚀的破坏。 0022 为减少弹簧刚度，阀芯轴向排列的直径不同的一个圆柱体和一个圆锥体与阀座构 成差动的阀口作用面积，相同压力条件下，作用于阀芯上的液压作用力大大减少，从而可减 少弹簧刚度，增加调压精度，方便弹簧的设计制造。 0023 本发明与同类溢流阀相比，泄漏小、抗气蚀性能好、振动小、噪声低、调压精度高、 工作稳定性好，在高压时所需的弹簧力小，适用于以海水、淡水、高水基等作工作。
20、介质的中 高压水液压系统中作为压力控制阀。 附图说明 0024 图1是本发明第一个实施例的结构示意图； 0025 图2是本发明第二个实施例的结构示意图； 0026 图3为现有Danfoss直动式水压溢流阀结构示意图。 具体实施方式 0027 以下结合附图和实施例对本发明进一步说明。 0028 如图1所示，本发明的第一个实施例，包括阀体1、阀座2、阀芯3、弹簧5、弹簧座6 和调节螺杆，所述阀体1内自左向右依次装有阀座2、阀芯3、弹簧5和弹簧座6； 0029 所述阀体1内腔为圆形孔，圆形孔中部具有环形沉割槽1-1，阀体侧面不同位置分 别具有与所述环形沉割槽1-1连通的进液口P和连通阀体内腔的出液口。
21、T；所述阀座2形状 为圆筒，圆筒外径与阀体内腔圆形孔内径匹配，阀座内腔为同轴的三阶台阶孔，右阶孔2-3 的直径大于左阶孔2-2的直径，右阶孔2-3的右孔口为圆锥面，阀座侧面具有4个径向均匀 分布的连通中间阶孔2-1的进水孔2-4；所述阀芯3由一体的尾端圆柱3-1、圆锥段3-2和 首端圆柱3-3构成，尾端圆柱3-1直径与所述阀座左阶孔2-2直径相匹配，圆锥段3-2最大 径向截面直径大于所述右阶孔2-3的直径，圆锥段的锥角小于阀座右阶孔2-3右孔口的圆 锥面的锥角，阀芯具有轴向通孔3-4，轴向通孔对应尾端圆柱部分的内径增大，其中安装有 阻尼器4；阀芯3尾端圆柱3-1与阀座左阶孔2-2滑动配合，圆锥。
22、段3-2和阀座右阶孔2-3 右孔口的圆锥面形成锥阀结构的阀口；阀座2与阀体内腔滑动配合，阀座的进水孔2-4位于 阀体环形沉割槽1-1相应位置； 0030 所述阀体1右端封闭，弹簧座6嵌于阀体内腔右底面，弹簧5套于阀芯首端圆柱 3-3和弹簧座6之间并由后两者限位； 0031 所述阀体内腔左端内置有与阀体内腔滑动配合的圆柱形垫块7，圆柱形垫块7封 闭所述阀座2的左端面，圆柱形垫块7和阀芯尾端圆柱3-1之间的阀座内腔构成阻尼腔8； 0032 左端盖9通过螺钉和所述阀体左端面连接，调节螺杆10和左端盖9螺纹配合并顶 住所述圆柱形垫块7。 说 明 书CN 102943909 A 4/4页 7 0033 。
23、所述阻尼器4为具有轴向通孔的圆柱体，轴向通孔的孔径为0.6mm； 0034 所述阀座采用奥氏体不锈钢加工制成，所述阀芯采用沉淀硬化不锈钢加工制成。 0035 如图2所示，本发明的第二个实施例，包括阀体1、阀座2、阀芯3、弹簧5、弹簧座6 和调节螺杆，所述阀体1内自左向右依次装有阀座2、阀芯3、弹簧5和弹簧座6； 0036 所述阀体1内腔为圆形孔，圆形孔中部具有环形沉割槽1-1，阀体侧面不同位置分 别具有与所述环形沉割槽1-1连通的进液口P和连通阀体内腔的出液口T；所述阀座2形状 为圆筒，圆筒外径与阀体内腔圆形孔内径匹配，阀座内腔为同轴的三阶台阶孔，右阶孔2-3 的直径大于左阶孔2-2的直径，右。
24、阶孔2-3的右孔口为圆锥面，阀座侧面具有4个径向均匀 分布的连通中间阶孔2-1的进水孔2-4；所述阀芯3由一体的尾端圆柱3-1、圆锥段3-2和 首端圆柱3-3构成，尾端圆柱3-1直径与所述阀座左阶孔2-2直径相匹配，圆锥段3-2最大 径向截面直径大于所述右阶孔2-3的直径，圆锥段的锥角小于阀座右阶孔2-3右孔口的圆 锥面的锥角，阀芯具有轴向通孔3-4，轴向通孔对应尾端圆柱部分的内径增大，其中安装有 阻尼器4；阀芯3尾端圆柱3-1与阀座左阶孔2-2滑动配合，圆锥段3-2和阀座右阶孔2-3 右孔口的圆锥面形成锥阀结构的阀口；阀座2与阀体内腔滑动配合，阀座的进水孔2-4位于 阀体环形沉割槽1-1相应。
25、位置； 0037 右端盖11通过螺纹和所述阀体内腔右端连接，右端盖11左端形状为圆桶，右端盖 11右端形状为外六方柱体，弹簧座6嵌于右端盖内腔并与右端盖内腔滑动配合，弹簧5套于 阀芯首端圆柱3-3和弹簧座6之间并由后两者限位；调节螺杆10和右端盖底面螺纹配合并 顶住所述弹簧座6； 0038 所述阀体1左端封闭，所述阀体内腔左端底面和所述阀座2的左端面之间的阀体 内腔构成阻尼腔8。 0039 所述阻尼器4为具有轴向通孔的圆柱体，轴向通孔的孔径为1.6mm； 0040 所述阀座采用镍铜合金加工制成，所述阀芯采用经强化处理的马氏体不锈钢加工 制成。 说 明 书CN 102943909 A 1/2页 8 图1 图2 说 明 书 附 图CN 102943909 A 2/2页 9 图3 说 明 书 附 图CN 102943909 A 。