安全阀的阀芯组件技术领域
本发明属于涉及煤矿综采液压支架，具体地说，本发明涉及一种安全阀的
阀芯组件。
背景技术
随着煤矿综采液压支架的大规模的实施和发展，综采工作对液压支架的要求
也越来越严格，这样就对保护支架液压油缸的安全阀有了进一步的要求，尤其
是对安全阀的使用寿命和可靠性有了更一步的要求，当来自液压支架顶部的压
力造成被动力时，安全阀能否在承受高压的情况下，短时间及时充分稳定的卸
荷直接影响支架的使用寿命和支护安全。它不仅会损害密封件、管道和液压元
件，而且还会引起震动和噪声；有时使某些压力控制的液压元件产生误差。
目前使用的安全阀，主要包括阀壳、进液接头、阀芯、阀套、复位弹簧、
弹簧座和调压螺丝。在阀壳内部弹簧腔中，复位弹簧一端抵在与阀壳为螺纹连
接的调压螺丝上，另一端抵在可移动的弹簧座上。阀体插入阀壳另一端且与阀
壳为螺纹连接，阀体内部设有用于容纳阀套的空腔，阀芯位于阀套内，阀芯的
端部与弹簧座接触，用于推动弹簧座移动实现安全阀的开启。
现有安全阀的溢流通道是采用环绕设置于阀芯侧壁上的过液孔，过液孔孔
径小，导致排液流量小、流量损失大，而且由于阀芯与弹簧座相配合，弹簧座
承受复位弹簧施加的轴向作用力，导致阀芯受力状况不好，工作过程中压力波
动较大，进而导致安全阀的关闭压力一般都不理想，最终会导致与安全阀连接
的液压元件如高压油缸的油液过多流失造成浪费。阀芯与阀套之间的密封效果
不理想，阀芯表面设置的用于安装密封件的沟槽加工精度不易控制。另外，阀
壳内部的弹簧腔处于开放状态，防尘、防水和防锈效果差，减少安全阀的使用
寿命。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供
一种安全阀的阀芯组件，目的是降低压力波动。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：安全阀的阀芯组件，包括
螺帽和设置于螺帽内的阀垫，阀垫具有用于与溢流安全阀的进液接头相配合的
密封面，阀垫具有凹陷结构。
所述进液接头包括与溢流安全阀的阀壳连接的接头本体以及与接头本体固
定连接且与所述螺帽和阀垫相配合的密封部，进液接头具有进液孔，阀壳具有
排液孔。
所述阀芯组件还包括与所述螺帽相配合对所述阀垫进行轴向限位的螺堵。
所述螺帽具有第一容置腔、容纳所述阀垫的第二容置腔和用于容纳螺堵的
第三容置腔，第一容置腔、第二容置腔和第三容置腔为依次设置，螺堵用于封
闭第二容置腔。
所述螺帽的端面上设有用于将油液引导至排液孔的油道，当所述阀垫与所
述密封部分离后，所述进液孔中的油液经油道流至所述排液孔处。
所述油道与所述排液孔位于所述阀壳的同一径向线上。
所述进液接头具有密封部，该密封部为可嵌入所述螺帽的第一容置腔中且
与所述阀垫接触的台阶结构，所述第二容置腔的直径大于第一容置腔的直径。
所述进液接头具有密封部，该密封部具有依次设置且外直径逐渐增大的第
一轴段、第二轴段和第三轴段，第三轴段与所述接头本体固定连接，第一轴段
与所述阀垫相配合，第二轴段的外直径不大于所述一容置腔的直径。
所述阀垫具有用于与进液接头相配合且为圆环形的密封面和位于密封面中
心的内底面，内底面为球面，形成的所述凹陷结构为球形凹槽。
所述阀垫具有用于与进液接头相配合且为圆环形的密封面和位于密封面中
心的内底面，内底面为圆锥面，形成的所述凹陷结构为圆锥形凹槽。
本发明的阀芯组件，应用于安全阀，可用于控制进液孔至排液孔的油路的
通断，当阀芯组件远离进液接头后可实现大流量溢流，安全阀流量大大提高，
短时间的快速溢流可以缩小阀芯组件的轴向位移，阀芯组件轴向位移缩小可以
使复位弹簧的轴向形变减小，最终可以降低压力波动。
附图说明
本说明书包括以下附图，所示内容分别是：
图1是具有本发明阀芯组件的溢流安全阀的剖视图；
图2是安全阀处于开启状态时的剖视图；
图3是本发明阀芯组件的剖视图；
图4是进液接头的剖视图；
图5是图4中I处放大图；
图6是螺帽的剖视图；
图7是弹簧座的剖视图；
图8是第一种结构的阀垫与密封部配合示意图；
图9是处于开启状态时第一种结构阀垫与密封部配合示意图；
图10是第二种结构的阀垫的剖视图；
图11是处于关闭状态时第二种结构阀垫的受力示意图；
图12是处于开启状态时第二种结构阀垫与密封部配合示意图；
图13是第三种结构的阀垫的剖视图；
图中标记为：
1、调压螺丝；2、复位弹簧；
3、阀壳；31、排液孔；32、弹簧腔；
4、弹簧座；41、第一凸台；42、导向段；43、第二凸台；
5、螺帽；51、大径腔；52、第二容置腔；53、第三容置腔；54、小径腔；
55、油道；6、螺堵；61、定位孔；62、六角孔；
7、阀垫；71、内底面；72、圆环面；73、凹陷结构；74、外锥面；76、内
锥面；8、进液接头；81、接头本体；82、第一轴段；83、第二轴段；84、第三
轴段；9、第一密封圈；10、第二密封圈。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步
详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完
整、准确和深入的理解，并有助于其实施。
如图1至图7所示，为采用本发明阀芯组件的一种大流量溢流安全阀，该
溢流安全阀包括具有排液孔31的阀壳3、具有进液孔的进液接头8和复位机构，
进液孔通过阀壳3内部的卸荷腔与排液孔31连通且三者形成安全阀的溢流通
道。该溢流安全阀还包括本发明的阀芯组件，本发明的阀芯组件为可移动的设
置于阀壳3内且用于控制溢流通道通断，阀芯组件位于进液接头8与复位机构
之间，阀芯组件且用于控制进液孔的开闭，即阀芯组件通过移动控制进液孔的
开闭实现溢流通道通断的控制。
现有技术的安全阀一般接在煤矿综采液压支架上且装有压力介质的液压元
件如液压缸上，当液压缸内部液体处于安全阀的工作调定压力内时，溢流安全
阀在弹簧预紧力作用下，处于关闭状态；当液压缸受外力作用内部压力高于安
全阀调定压力时，液压介质压力超过弹簧预紧力打开阀芯溢流，开启的瞬间被
称为安全阀的工作开启压力；通过安全阀的一段时间的溢流使介质流出释放压
力至液压缸内部压力和弹簧预紧力平衡，此时安全阀关闭，安全阀停止溢流后
所保持的稳定压力被称为关闭压力，
具体地说，如图1和图2所示，阀壳3为两端开口、内部中空的圆柱形构
件，阀壳3内部具有容纳复位机构的弹簧腔32。复位机构是用于对阀芯组件施
加使其朝向进液接头8处移动以实现进液孔关闭的轴向作用力，复位机构包括
弹簧座4、复位弹簧2和调压螺丝1，调压螺丝1是在阀壳3的一端旋入弹簧腔
32内与阀壳3螺纹连接，复位弹簧2是夹在调压螺丝1与弹簧座4之间，弹簧
座4在阀壳3内由复位弹簧2和阀芯组件的推动可沿阀壳3的轴向移动，阀芯
组件推动弹簧座4朝向调压螺丝1处移动可使安全阀开启，复位弹簧2推动弹
簧座4和阀芯组件移动可使安全阀关闭。
如图1和图2所示，进液接头8是用于与煤矿综采液压支架的液压元件如
液压缸插接连接，复位机构的调压螺丝1是在阀壳3的一端与阀壳3螺纹连接，
进液接头8是在阀壳3的另一端旋入阀壳3内且与阀壳3为螺纹连接。如图4
所示，进液接头8包括与阀壳3为螺纹连接的接头本体81和与接头本体81为
同轴固定连接且与阀芯组件相配合的密封部，接头本体81的外表面设有外螺纹，
相应在阀壳3的内表面设有内螺纹。进液孔为从接头本体81的端面中心开始且
沿轴向贯穿至密封部的端面上的贯穿孔，密封部是位于阀壳3内部且用于与阀
芯组件相配合，以控制溢流通道的通断。
如图1和图2所示，阀壳3内部的位于接头本体81与阀芯组件之间的部分
腔体作为卸荷腔，由于阀芯组件相对进液接头8为可移动的，则卸荷腔的容积
可调。密封部通过与阀芯组件的相接触实现进液孔的关闭，此时卸荷腔容积最
小，进液孔与排液孔31不连通，进而使溢流通道断开，安全阀实现关闭。当阀
芯组件沿轴向朝向远离进液接头8方向移动时，卸荷腔的容积逐渐增大，且进
液孔可通过卸荷腔与排液孔31连通，溢流通道导通，安全阀实现开启。因此，
本发明的溢流安全阀通过阀芯组件的轴向移动，实现溢流通道通断的控制，而
且通过卸荷腔连通进液孔和排液孔31，卸荷腔体积大，当溢流通道导通时可实
现大流量溢流，进液孔中的油液流至排液孔31过程中阻力损失小，从而可以实
现短时间内快速卸荷，与之相应的，短时间的快速溢流可以缩小阀芯组件的轴
向位移，阀芯组件在阀壳3内沿轴向移动很小的距离s即可完成开启动作。而阀
芯组件的轴向位移缩小，当本发明的溢流安全阀与现有技术的安全阀采用具有
相同弹性系数的复位弹簧时，本发明溢流安全阀内的复位弹簧2的行程短，复
位弹簧2的轴向形变小，最终使溢流安全阀的压力波动小。
如图1和图2所示，排液孔31设置于阀壳3的侧壁上，排液孔31且为沿
径向贯穿设置的通孔。排液孔31并在阀壳3的侧壁上沿周向均布多个，且所有
排液孔31分布于卸荷腔和进液接头8的密封部的周围，这样在安全阀开启时，
进液孔中的油液可从密封部与阀芯组件之间通过且流至排液孔31处。这种卸荷
方式液流面积大，流量更大更直接，阻力损失小。
如图1至图3所示，本发明的阀芯组件包括螺帽5、设置于螺帽5内且与密
封部相配合实现密封的阀垫7和设置于螺帽5内且与螺帽5相配合用于对阀垫7
进行轴向限位的螺堵6。螺帽5为两端开口且内部中空的圆柱形结构，螺帽5内
部中心处的空腔为用于容纳密封部的第一容置腔、容纳阀垫7的第二容置腔52
和用于容纳螺堵6的第三容置腔53，第一容置腔、第二容置腔52和第三容置腔
53为沿螺帽5轴向依次设置，且直径为逐渐增大。阀垫7的一端朝向密封部，
且阀垫7的该端端面为与进液接头8的轴线相垂直的平面，阀垫7是通过与密
封部进行平面接触实现对进液孔关闭的控制，采用平面密封形式，密封效果好。
如图1和图2所示，螺帽5的外圆面与阀壳3的内圆面接触，螺帽5位于
弹簧座4与进液接头8之间。如图3和图6所示，第一容置腔、第二容置腔52
和第三容置腔53三者同轴且连通，第一容置腔在螺帽5的端面上形成让进液接
头8的密封部插入第一容置腔中的开口。阀垫7为采用聚氨酯制成的圆形块状
结构，阀垫7的直径不小于第二容置腔52的直径，由于第一容置腔的直径小于
第二容置腔52的直径，第一容置腔与第二容置腔52中形成一个限位台阶，阀
垫7安装时是经过第三容置腔53后塞入第二容置腔52中，阀垫7并与螺帽5
过盈配合，而在第二容置腔52中装入螺堵6，螺堵6用于封闭第二容置腔52的
端部开口，螺堵6并与限位台阶相配合夹紧阀垫7，实现阀垫7的轴向固定。
如图3所示，作为优选的，螺堵6与螺帽5为螺纹连接，相应在螺堵6外
表面设有外螺纹，螺帽5的第三容置腔53中的内表面设有内螺纹。螺堵6与螺
帽5设置成螺纹连接，方便拆装螺堵6，以便于对阀垫7进行更换。
如图3和图6所示，作为优选的，螺帽5的面朝进液接头8的端面上设有
让油液通过且将油液引导至排液孔31的油道55，该油道55为从第一容置腔处
开始沿螺帽5的径向延伸至螺帽5的外圆面上的凹槽。通过在螺帽5的端面上
设置油道55，当阀垫7与密封部分离后，油道55将从进液孔流至卸荷腔中的油
液引导至排液孔31处，有利于安全阀实现短时间的快速溢流。
如图1和图2所示，作为优选的，油道55与排液孔31的数量相等且位置
对齐，油道55在螺帽5的端面上为沿周向均匀分布。在阀壳3的轴向上，排液
孔31位于弹簧座4与接头本体81之间，各油道55分别与外侧的一个排液孔31
位置对齐且位于阀壳3的同一径向线上。
作为优选的，密封部为可嵌入螺帽5的第一容置腔中且与阀垫7接触的多
级台阶状结构，这样密封部可以与阀芯组件有多个平面接触，提高密封的可靠
性。
如图4和图5所示，在本实施例中，密封部为三级台阶状结构，密封部具
有依次设置且外直径逐渐增大的第一轴段82、第二轴段83和第三轴段84，第
一轴段82、第二轴段83和第三轴段84三者同轴。第三轴段84与接头本体81
的端部为同轴固定连接，第三轴段84的外直径小于接头本体81的外直径。第
一轴段82和第二轴段83是用于嵌入螺帽5的第一容置腔中，第一轴段82是与
阀垫7相配合且可进行平面接触，第二轴段83的外直径不大于一容置腔的直径。
如图4和图5所示，第二轴段83的长度不小于第一容置腔的深度，以确保
第一轴段82的端面能够与阀垫7的端面接触，实现密封。进液孔在第一轴段82
的端面上形成让油液流至的开口，第一轴段82的该端面也即进液接头8的插入
端的端面。第一轴段82的外直径小于阀垫7的端面直径，从而确保阀垫7的端
面能够将第一轴段82的端面上的开口完全密封。而且，密封部与阀芯组件接触
时，安全阀关闭，此时第一轴段82的端面和第二轴段83的端面均与阀垫7接
触，第三轴段84的端面与螺帽5的端面接触，第二轴段83和第三轴段84的端
面均为与第一轴段82的端面相平行的平面，即密封部有多个平面与阀芯组件相
接触实现密封，密封效果好，可靠性高。另外，由于采用面结构过液方式，阀
垫7只受进液接头8的端面接触作用，阀垫7承受的冲击小，使用寿命长。
作为优选的，如图6所示，螺帽5内的第一容置腔分为圆柱形的小径腔54
和圆锥形的大径腔51，大径腔51具有大径端和小径端，大径腔51的小径端的
直径与小径腔54的直径大小相等，且大径腔51的小径端与小径腔54连接。大
径腔51与小径腔54同轴，小径腔54并位于大径腔51与第二容置腔52之间，
大径腔51的大径端的直径大于第二轴段83的外直径，油道55是从大径腔51
处开始设置且在大径腔51的内表面形成开口。这种结构的螺帽具有朝向密封部
的敞口，便于密封部嵌入，而且圆锥形的内表面对油液具有较好的导流效果。
作为优选的，如图1和图2所示，本发明的阀芯组件还包括套设于螺帽5
上的第二密封圈10，第二密封圈10夹在阀壳3与螺帽5之间，第二密封圈10
且位于弹簧座4与排液孔31之间，用于实现卸荷腔与弹簧腔32之间的密封，
避免油液从螺帽5与阀壳3之间的缝隙中流至弹簧腔32中，从而可以避免腐蚀
复位弹簧2。
如图7所示，复位机构的弹簧座4是由导向段42、第一凸台41和第二凸台
43构成，导向段42为圆形块状结构，第一凸台41和第二凸台43分别在导向段
42的一侧与导向段42连接形成一体结构的弹簧座4。第一凸台41和第二凸台
43与导向段42同轴，第一凸台41为圆柱形，导向段42的直径大于第一凸台
41和第二凸台43的直径。复位弹簧2为螺旋弹簧，第一凸台41是用于插入复
位弹簧2中对复位弹簧2的一端进行定位。第二凸台43为球形，如图3所示，
螺堵6的面朝弹簧座4的端面中心处具有让第二凸台43嵌入且为圆锥形的定位
孔61，定位孔61中的圆锥形内表面作为与第二凸台43的球面贴合的定位面。
弹簧座4由于夹在复位弹簧2与阀芯组件之间，而且弹簧座4在径向上与阀壳3
内壁之间留有间隙(即弹簧座4径向上缺少支撑)，阀芯组件和复位弹簧2均对
弹簧座4施加沿轴向的作用力，通过在螺堵6内设置圆锥形的定位孔61与弹簧
座4的第二凸台43相配合，形成球面接触，可以确保弹簧座4受力均匀，使得
弹簧座4只受轴向力，不受径向干扰，防止受径向力导致复位弹簧2卡死或者
弯曲变形，提高可靠性。
如图8和图9所示，对于两端端面均为平面的阀垫7，阀垫7的一端朝向密
封部，且阀垫7的该端端面为与进液接头8的轴线相垂直的平面，当安全阀开
启溢流时，溢流时液体流出时产生剪切流，阀垫7的中心位置处会形成真空负
压拉力，会导致阀垫7拉出失效，影响安全阀的可靠性。
因此，作为变形实施方案，如图10至图12所示，阀垫7为采用聚氨酯制
成的圆形块状结构，阀垫7的一端朝向密封部，且阀垫7的该端端面是由一个
内底面71和一个密封面72构成，阀垫7的该端端面形成朝向阀垫7内部凹入
的凹陷结构73。密封面72为具有中心孔的圆环形平面，密封面72用于与第二
容置腔52的内壁面接触，且用于与进液接头的第一轴段82的端面保持接触，
将进液孔得以关闭。内底面71位于密封面72的中心孔中，两者同轴，且内底
面的外缘与密封面72的内缘连接形成完整的端面。作为优选的，内底面71为
球面，在阀垫7的端部中心处形成一个朝向内部凹入的球形凹槽，即形成凹陷
结构73。密封面72是用于与进液接头相配合实现密封，密封面72的外直径不
小于第二容置腔52的直径，密封面72的外直径大于第二轴段83的外直径，密
封面72的内直径不大于第一轴段82的外直径，这样在安全阀关闭时确保密封
面72能够与第一轴段82的端面保持接触，将进液孔关闭。
对于具有凹陷结构的阀垫7，如图11所示，由于阀垫7具有内凹弧面作用，
来自进液接头的高压液体在曲面上会分成轴向分力Fn和径向分力Fr，分力Fr
与在外圆和背面由支撑件产生的作用力Fa和Fb的共同作用下，对接头密封部
位产生挤压力，并随液体压力增加而增大，而平面阀垫就不能产生这样的效果，
因此相比较没有凹陷结构的阀垫(图8所示)，能够承受更高的压力。如图12
所示，当安全阀开启并大流量溢流时，阀垫因内凹弧面的反射作用，流动的高
压液体在阀垫的中心区域产生无序紊乱流动，这种无序紊乱流动的压力液体对
阀垫接触面形成持续的压力作用，使得阀垫稳定的压在背后的支撑面上；如果
阀垫表面是平面的情况下，溢流时液体会直接沿径向方向流出，并在阀垫中心
位置形成真空负压区域，该负压区域的液体会对阀垫产生拉力作用而导致阀垫
离开背后的支撑面直至被拉出损毁而造成密封失效。
凹陷结构73除了为球形外，还可以为其他形状，如图13所示，作为对图
10所示阀垫的变形实施方案，这种结构的阀垫7的结构相对于图10所示阀垫的
结构不同处在于凹陷结构73的形状不同，其余部分都相同。这种结构的阀垫7
的凹陷结构73为圆锥形凹槽，内底面是由外锥面74和内锥面75构成，外锥面
74和内锥面75均为圆锥面。外锥面74位于密封面72的中心孔中，两者同轴，
且外锥面74的外缘与密封面72的内缘连接。外锥面74具有大径端和小径端，
外锥面74的大径端与密封面72的内边缘连接，小径端与内锥面75的外边缘连
接。内锥面75也为圆锥面，具有一个直径为零的尖端和一个直径大于零的大径
端，尖端位于阀垫的轴线上，内锥面75位于外锥面74的中心孔中，两者同轴，
且外锥面74的小径端外缘与内锥面75的大径端外缘连接，并与密封面72形成
完整的端面。图13所示结构的阀垫与图10所示结构的阀垫具有相同的效果，
在此不再赘述。
以上结合附图对本发明进行了示例性描述。显然，本发明具体实现并不受
上述方式的限制。只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实
质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场
合的，均在本发明的保护范围之内。