基于微造型阀芯和异形阀腔的煤矿水压三用阀制造技术

基于微造型阀芯和异形阀腔的煤矿水压三用阀，涉及煤矿水液压技术领域。包括左阀筒、右阀筒、单向阀、卸载阀、安全阀和连接螺杆，其中安全阀包括阀芯、阀套、端盖、弹簧座、安全阀弹簧、调压螺母、阀垫Ⅱ和阻尼。阀套安装在右阀筒内部，阀套与连接螺杆间通过螺纹连接，阀芯安装在阀套内部，且阀芯表面设有微造型结构。阀芯和阀套配合构成异形阀腔结构，异形阀腔包括节流口Ⅰ、节流口Ⅱ、节流口Ⅲ、滑阀腔、前腔、中腔、引流腔和后腔。节流口Ⅰ为滑阀节流口，节流口Ⅱ处阀芯壁面由一段圆弧和一段长直线组成，节流口Ⅱ处阀套壁面由一段短直线和一段斜线组成，节流口Ⅲ处设有引流结构。本实用新型专利技术能改善水压三用阀安全阀的气蚀、润滑和磨损等问题。

Water pressure three purpose valve for coal mine based on micro molding valve core and special-shaped valve cavity

The utility model relates to a coal mine water pressure three valve based on a micro molding valve core and an abnormal valve cavity, relating to the technical field of coal mine water hydraulic. The utility model comprises a left valve barrel, a right valve barrel, a one-way valve, an unloading valve, a safety valve and a connecting screw rod, wherein the safety valve comprises a valve core, a valve sleeve, an end cover, a spring seat, a safety valve spring, a regulating nut, a valve pad and a damping device. The valve sleeve is arranged in the right valve barrel, the valve sleeve is connected with the connecting screw rod through a screw thread, the valve core is arranged inside the valve sleeve, and the valve core surface is provided with a micro molding structure. The valve core and the valve sleeve are matched to form an abnormal valve cavity structure, and the special-shaped valve cavity comprises a throttling orifice, a throttling orifice II, a throttling port III, a slide valve cavity, a front cavity, a middle cavity, a drainage cavity and a back cavity. I is a slide valve throttle throttle, throttle II at the spool wall by a circular arc and a long line, the throttle valve sleeve wall II at a short line and a slash, III the throttle orifice is provided with a drainage structure. The utility model can improve the water pressure, the cavitation erosion, the lubrication and the abrasion of the valve safety valve three.

【技术实现步骤摘要】
基于微造型阀芯和异形阀腔的煤矿水压三用阀
本技术属于煤矿水液压
，具体地说是一种基于微造型阀芯和异形阀腔的煤矿水压三用阀。
技术介绍
传统的单体液压支柱及其三用阀均使用乳化液为工作介质，每年配置乳化液需消耗乳化油近万吨，且全部的乳化液都被排入采空区，最终流入江河湖和地下水体中，对水体造成严重污染。此外，乳化液易变质，从而滋生细菌和霉菌，影响煤矿工人的工作环境和身体健康，配置乳化液的设备还需定期清洗检查，且耗费大量化学合成剂，使用成本高，工人劳动强度大。与乳化液介质相比，水介质具有安全环保、价格低廉、存储方便、使用成本低和适应性强等诸多优点。而煤矿井下水资源丰富，部分低洼处积水还需专门抽排处理，使用经处理的井下废水替代乳化液作为工作介质，对矿区废水再利用，降低煤矿支护成本，保护矿区环境，推进煤矿节能减排，改善工人工作环境等具有重要意义，符合国家节能减排可持续发展的战略需求。然而水介质的粘度低、润滑性差、导电性强，容易造成阀类零件的腐蚀、磨损等问题。此外，水的气化压力比油类气化压力高，水液压元件的节流口处易形成局部真空而产生大量气穴，气穴进入高压区受压而溃灭，会产生局部冲击和瞬时高温，从而导致元件性能降低，产生振动、噪声以及拉丝侵蚀、冲蚀、冲击等，缩短元件使用寿命。要减小或消除上述现象，除了从材料的选择及材料的处理工艺上进行考虑之外，还应重点从水压元件及系统的结构设计着手，提出适用于水压元件的创新结构。三用阀是单体液压支柱的核心部件，单体液压支柱通过三用阀控制液压支柱的升柱初撑、承载溢流和卸载回柱过程。三用阀由单向阀、安全阀和卸载阀三种阀组合而成，其中单向阀和卸载阀分别仅在注液升柱和卸载回柱时开启，而安全阀控制支柱承载溢流过程，其开启频繁，使用和动作频率远远高于单向阀和卸载阀。因此，三用阀中安全阀是决定其性能的核心部件，针对三用阀的结构设计应重点考虑安全阀的结构创新。水压三用阀是使用纯水为工作介质的三用阀。由于水介质的理化性质决定了，水压三用阀中安全阀的阀芯摩擦副存在较严重的摩擦磨损问题，而阀口存在较严重的气蚀破坏问题。因此，安全阀的摩擦磨损问题和气蚀破坏问题必须得到有效抑制和改善。微造型技术是在摩擦副表面加工出规律分布的微观形貌，以产生动压润滑效果。目前微造型技术在机械密封、发动机活塞环、推力轴承、刀具抗磨等领域已有成功应用。在阀芯开设规律分布的微造型可改善阀芯摩擦副的摩擦磨损及润滑性能。微造型微坑还可存储微量润滑液，在干摩擦及贫油润滑时，产生二次润滑的效果。此外，微造型还具有储存微小固体磨粒的能力，从而减少阀芯、阀套及微磨粒间产生的三体磨损问题。异形阀腔是将阀芯和阀套的轮廓设计成异形曲线结构，通过结构改变阀腔流场的流速、流线、压力分布等参数，进而改变阀腔气穴产生的位置、强弱和范围，从而减缓或转移阀腔重要阀口及密封带的气蚀破坏。为了解决单体液压支柱水压三用阀的润滑、磨损和冲击等问题，本技术的第一专利技术人及第二专利技术人等提出的中国专利号201410131184.5的专利公开了一种单体液压支柱大流量水压三用阀。该水压三用阀安全阀的阀芯采用普通滑阀结构，且在阀芯表面设置了微造型结构，改善了安全阀阀芯的润滑和磨损问题。但通过进一步研究发现，普通阀芯和阀套仅有一级节流口，而目前煤矿井下支护装备的压力一般均大于30MPa，受到冲击载荷时，瞬间压力更高，由节流指数计算公式可知，瞬间高压将会在阀口造成严重的气蚀破坏。因此，必须改变阀芯和阀套结构，以减缓阀口气蚀。此外，由于受到普通阀芯结构尺寸的限制，设置在普通阀芯上的微造型数目较少，而微造型的动压承载能力是通过微造型的群体效应产生的，单个微造型的动压润滑效应很小。因此，普通滑阀阀芯受到的微造型的动压润滑和承载作用效果有限。而采用异形阀腔结构后，阀芯的直径得到增大，阀芯摩擦副的面积增大，从而可设置更多的微造型，使得微造型动压润滑承载的群体效应更加突出，进一步改善了阀芯的润滑和磨损问题。本技术涉及的基于微造型阀芯和异形阀腔的煤矿水压三用阀，采用异形阀腔结构，通过异形阀腔结构削弱和转移气蚀，从而改善阀口的气蚀破坏；并省略了安全阀的阀座结构，适当增大了阀芯结构尺寸，增大了阀芯摩擦副表面的微造型可加工区域，从而进一步提高了水压三用阀安全阀的润滑和抗磨损性能。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题在于提供一种基于微造型阀芯和异形阀腔的煤矿水压三用阀，在改善水压三用阀安全阀的气蚀破坏问题的同时，进一步提高阀芯微造型的润滑和承载性能以及阀口的最大流量。本技术所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现。基于微造型阀芯和异形阀腔的煤矿水压三用阀，包括左阀筒、右阀筒、单向阀、卸载阀、安全阀和连接螺杆。左阀筒和右阀筒间通过螺纹连接，单向阀、卸载阀和安全阀依次安装在左阀筒和右阀筒的内部，单向阀和安全阀之间通过连接螺杆连接，卸载阀安装在单向阀和安全阀之间；所述安全阀包括阀芯、阀套、端盖、弹簧座、安全阀弹簧、调压螺母、阀垫Ⅱ和阻尼，所述阀套通过圆柱副安装在右阀筒内部，阀套与连接螺杆间通过螺纹连接，阀芯通过圆柱副安装在阀套内部，调压螺母通过螺纹安装在阀套端部，弹簧座与阀芯间通过球副连接，安全阀弹簧的两端分别紧压在弹簧座和调压螺母上，阀垫Ⅱ安装在阀套上，并与端盖紧密接触，阻尼安装在阀芯内部。所述的阀芯由滑阀段、阀口Ⅰ段、阀口Ⅱ段、导向段、阻尼段及顶杆段组成。其中滑阀段、导向段及顶杆段的外表面均设有微造型；滑阀段、阀口Ⅰ段、阀口Ⅱ段及导向段的最大外径相同。滑阀段的腔壁设有出液孔，阀芯内部中心设有连通阀腔和阻尼腔的阀芯孔。滑阀段、阀口Ⅰ段、阀口Ⅱ段、导向段及顶杆段均与阀套内壁构成圆柱副，保证了阀芯具有良好的导向性，且运动平稳。将滑阀段的流道开设在阀芯内部，保证了滑阀段在阀芯移动过程中始终具有导向作用，进一步增加了阀芯在阀套内部的导向精度。滑阀段、阀口Ⅰ段、阀口Ⅱ段及导向段与阀套内表面配合的圆柱副的直径相同，不仅保证了阀芯的可装配性，还避免了因阀芯移动而产生的前腔、中腔及后腔的腔体容积变化，进而防止阀腔产生“困油”现象。微造型不仅具有动压润滑的功能，还具备存储微磨粒和微量润滑液体的功能。煤矿井下环境恶劣，煤粒及砂石等微小颗粒对液压介质污染严重，微小颗粒随液压介质进入阀芯摩擦副进一步加重了阀口磨损。因此，可以借助微造型储存进入阀口的微小颗粒，从而提高阀芯摩擦副的抗污染、抗磨损性能；同时微造型还能存储液体介质，在干摩擦或贫油润滑时，微造型存储的微量液体介质具有二次供液润滑的功能，从而减轻阀芯摩擦副的摩擦和磨损破坏。与传统三用阀相比，所设计基于微造型阀芯和异形阀腔的煤矿水压三用阀省略了安全阀的阀座结构，在保证与传统三用阀具有良好互换性的前提下，所设计的水压三用阀安全阀的阀芯的直径更大，阀芯表面的微造型可加工区域面积更大，可设置的微造型数目更多，微造型动压润滑和承载能力的群体效应更加明显。阀芯和阀套配合构成异形阀腔结构，异形阀腔包括节流口Ⅰ、节流口Ⅱ、节流口Ⅲ、滑阀腔、前腔、中腔、引流腔及后腔。节流口Ⅰ为滑阀节流口，节流口Ⅱ处阀芯壁面由一段圆弧和一段长直线组成，节流口Ⅱ处阀套壁面由一段短直线和一段斜线组成。所设计的异形阀腔既能保证阀腔压力大于初撑压力而小于额定压力时，阀口处于密封状态；本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于微造型阀芯和异形阀腔的煤矿水压三用阀，包括左阀筒(1)、右阀筒(2)、单向阀(3)、卸载阀(4)、安全阀(5)和连接螺杆(6)，左阀筒(1)和右阀筒(2)间通过螺纹连接，单向阀(3)、卸载阀(4)和安全阀(5)依次安装在左阀筒(1)和右阀筒(2)的内部，单向阀(3)和安全阀(5)之间通过连接螺杆(6)连接，卸载阀(4)安装在单向阀(3)和安全阀(5)之间；所述安全阀(5)包括阀芯(51)、阀套(52)、端盖(53)、弹簧座(54)、安全阀弹簧(55)、调压螺母(56)、阀垫Ⅱ(57)和阻尼(58)，所述阀套(52)通过圆柱副安装在右阀筒(2)内部，阀套(52)与连接螺杆(6)间通过螺纹连接，阀芯(51)通过圆柱副安装在阀套(52)内部，调压螺母(56)通过螺纹安装在阀套(52)端部，弹簧座(54)与阀芯(51)间通过球副连接，安全阀弹簧(55)的两端分别紧压在弹簧座(54)和调压螺母(56)上，阀垫Ⅱ(57)安装在阀套(52)上，并与端盖(53)紧密接触，阻尼(58)安装在阀芯(51)内部，其特征在于：所述的阀芯(51)由滑阀段(511)、阀口Ⅰ段(512)、阀口Ⅱ段(513)、导向段(514)、阻尼段(515)及顶杆段(516)组成，其中滑阀段(511)、导向段(514)及顶杆段(516)的外表面均设有微造型(517)；滑阀段(511)、阀口Ⅰ段(512)、阀口Ⅱ段(513)及导向段(514)与阀套(52)内表面配合的圆柱副的直径相同；阀芯(51)和阀套(52)配合构成异形阀腔结构，异形阀腔包括节流口Ⅰ(A)、节流口Ⅱ(B)、节流口Ⅲ(C)、滑阀腔(Q)、前腔(i)、中腔(j)、引流腔(K)和后腔(L)，节流口Ⅰ(A)为滑阀节流口，节流口Ⅱ(B)处阀芯壁面由一段圆弧(u)和一段长直线(v)组成，节流口Ⅱ(B)处阀套壁面由一段短直线(w)和一段斜线(x)组成；所述的节流口Ⅲ(C)与节流口Ⅱ(B)的结构相同，节流口Ⅲ(C)的闭合量与节流口Ⅱ(B)的闭合量相等，节流口Ⅲ(C)和节流口Ⅱ(B)的闭合量均大于节流口Ⅰ(A)的闭合量，且节流口Ⅲ(C)处还设有引流结构(k)。...

【技术特征摘要】
1.基于微造型阀芯和异形阀腔的煤矿水压三用阀，包括左阀筒(1)、右阀筒(2)、单向阀(3)、卸载阀(4)、安全阀(5)和连接螺杆(6)，左阀筒(1)和右阀筒(2)间通过螺纹连接，单向阀(3)、卸载阀(4)和安全阀(5)依次安装在左阀筒(1)和右阀筒(2)的内部，单向阀(3)和安全阀(5)之间通过连接螺杆(6)连接，卸载阀(4)安装在单向阀(3)和安全阀(5)之间；所述安全阀(5)包括阀芯(51)、阀套(52)、端盖(53)、弹簧座(54)、安全阀弹簧(55)、调压螺母(56)、阀垫Ⅱ(57)和阻尼(58)，所述阀套(52)通过圆柱副安装在右阀筒(2)内部，阀套(52)与连接螺杆(6)间通过螺纹连接，阀芯(51)通过圆柱副安装在阀套(52)内部，调压螺母(56)通过螺纹安装在阀套(52)端部，弹簧座(54)与阀芯(51)间通过球副连接，安全阀弹簧(55)的两端分别紧压在弹簧座(54)和调压螺母(56)上，阀垫Ⅱ(57)安装在阀套(52)上，并与端盖(53)紧密接触，阻尼(58)安装在阀芯(51)内部，其特征在于：所述的阀芯(51)由滑阀段(511)、阀口Ⅰ段(512)、阀口Ⅱ段(513)、导向段(514)、阻尼段(515)及顶杆段(516)组成，其中滑阀段(511)、导向段(514)及顶杆段(516)的外表面均设有微造型(517)；滑阀段(511)、阀口Ⅰ段(512)、阀口Ⅱ段(513)及导向段(514)与阀套(52)内表面配合的圆柱副的直径相同；阀芯(51)和阀套(52)配合构成异形阀腔结构，异形阀腔包括节流口Ⅰ(A)、节...

【专利技术属性】
技术研发人员：何涛，王传礼，邓海顺，冒鹏飞，马丁，郝飞，周大伟，陈明亮，徐彬，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：新型
国别省市：安徽,34