CN114412862A - 一种超高压三位三通阀 - Google Patents

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张跃亭
司少朋
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Abstract

一种超高压三位三通阀，包括阀体和对应设置在阀体两端的控制活塞及控制活塞端盖，控制活塞由三位四通电磁换向阀驱动；采用超高压三位三通阀控制卸压，使得整体卸压工作单元结构简单可靠，不需要额外的电气控制，可以避免电气控制***与阀件工作原理的匹配不当造成的调试困难及安全隐患，超高压密封采用锥阀结构，用锥阀结构代替传统两位两通的滑阀结构，***工作更加可靠，且***压力越高其密封性能越好，密封性能明显优于传统超高压两位两通的滑阀+密封圈形式，且不会出现随着工作时间增加密封圈损坏、滑阀卡死等风险。

Description

一种超高压三位三通阀
技术领域
本发明属于液压换向阀技术领域，特别涉及一种超高压三位三通阀，尤其涉及一种人造金刚石行业合成工艺卸压过程使用的超高压换向阀。
背景技术
我国人造金刚石的合成设备为六面顶液压机，该压机采用油压达100MPa的超高压液压***。液压***工作流程主要有：油缸空进，快速升压至6MPa，然后缓慢超压至100MPa左右并保持，最后是卸压过程。
目前主流的卸压装置有三级卸压阀和步进电机驱动的高精度卸压阀，下文简称伺服卸。三级卸压阀应用最广泛，其卸压速度可以控制在0.15-2.5MPa/s范围内，适用于卸压速度较快，对压力控制精度要求不高（控制偏差±0.30MPa）的工艺中。伺服卸是近几年发展出来的高精度卸压阀，依靠阀芯40°左右锥面与阀座D2.5小孔之间的环状间隙控制卸压速度，其间隙在卸压过程中实时可调，因此其控制精度较高，卸压速度可以控制在0.05-1MPa/s范围内，适用于卸压速度较慢，对卸压精度要求较高（控制偏差±0.10MPa）的工艺中。随着六面顶主机缸径增加，对卸压过程控制精度要求越来越高，伺服卸在行业中的应用逐渐增加。其为了提高卸压控制精度，阀座小孔尺寸不易过大，小直径的过油孔可以保证卸压精度，但牺牲了一定的卸压速度，特别是低压段卸压速度过慢，影响生产效率。概括来说，三级卸可以实现精度不高的快速卸压，伺服卸可以实现高精度缓慢卸压，这样就限制了他们的应用领域。
三级卸和伺服卸高压进油侧均安装有一个超高压两位两通阀，其密封性能好，可以保证***卸压开始之前的“零泄漏”，使***稳定可靠运行。理想的卸压阀要求中高压段保持高精度、缓慢的卸压速度，低压段则要求快速卸压，缩短辅助时间，提升效率。
为了解决上述问题，需要卸压阀满足中高压阶段精准、缓慢卸压，低压阶段快速卸压的要求。中高压阶段精准、缓慢卸压要求卸压阀的调节灵敏性高、响应快速这本身与低压阶段快速卸压是相互矛盾且不易实现。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种超高压三位三通阀，用以切换液压油的卸荷通道，实现中高压段精准、缓慢卸压，低压段快速卸压，既保证***安全，又提升工作效率。
为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种超高压三位三通阀，包括阀体和对应设置在阀体两端的控制活塞及控制活塞端盖，控制活塞由三位四通电磁换向阀驱动；
所述阀体内部设有轴向布设的油道且阀体的前壁上开设有进油口P，以进油口P为分界点将油道分为左侧油道和右侧油道，且进油口P对应的油道中安装有三通过油管，左侧油道中在阀体的后壁开设有出油口A，右侧油道中在阀体的后壁开设有出油口B；
所述三通过油管与出油口A之间安装有由右至左的超高压单向阀，而三通过油管与出油口B之间安装有由左至右的超高压单向阀，控制活塞及控制活塞端盖相应布设于超高压单向阀后侧油道中，且超高压单向阀与控制活塞之间还配设有超高压密封堵头。
所述进油口P与六面顶主机高压腔连接，所述出油口A后接伺服卸压阀，出油口B后接低压节流阀。
当***处于非工作位时，三位四通电磁换向阀的控制油路A、B、T处于连通状态，确保左右两侧的控制活塞无杆腔卸荷，而左右两侧的超高压单向阀在高压油和顶端弹簧力的作用下处于关闭状态，进油口P与出油口A和出油口B相互断开。
当***处于超高压卸压状态时，三位四通电磁换向阀的a侧电磁铁得电，控制油流往左侧的控制活塞无杆腔推动控制活塞运动，顶开超高压单向阀；
超高压液压油经过三通过油管及左侧的超高压单向阀，进入出油口A，并经出油口A进入连接在其后的伺服卸压阀，实现缓慢卸压；
相应的，三位四通电磁换向阀的b侧电磁铁无电，控制油流往右侧的控制活塞杆腔使其位于右侧非工作位，保证右侧的超高压单向阀处于关闭状态，进油口P和出油口B之间断开。
当卸压至低压段时，三位四通电磁换向阀的a侧电磁铁失电，b侧电磁铁得电，控制油流往右侧的控制活塞无杆腔推动控制活塞运动，顶开右侧的超高压单向阀；
超高压液压油经过三通过油管及右侧的超高压单向阀，进入出油口B，并经出油口B进入连接在其后的低压节流阀，实现低压段快速卸压；
相应的，三位四通电磁换向阀的a侧电磁铁无电，控制油流往右侧的控制活塞杆腔使其位于左侧非工作位，保证左侧的超高压单向阀处于关闭状态，进油口P和出油口A之间断开。
所述超高压密封堵头采用锥阀结构。
所述控制活塞与控制活塞端盖以及阀体之间均配设有高压密封；所述超高压密封堵头与阀体之间配设有超高压组合密封。
本发明的有益效果是：
(1)该一种超高压三位三通阀，采用超高压三位三通阀控制卸压，使得整体卸压工作单元结构简单可靠，不需要额外的电气控制，可以避免电气控制***与阀件工作原理的匹配不当造成的调试困难及安全隐患。超高压三位三通阀类似于液控单向阀结构，出现故障之后行业内有一定维修经验的工程师便可以快速上手维修，缩短故障停机时间；实现理想卸压要求功能，仅仅用一台本发明的超高压三位三通阀便可实现，常规的两套超高压两位两通阀想要实现该功能，需两套完整的阀件，并且有大量的外部油管，安装完成后需占大量的空间，且管路复杂，不便维修。
(2)本发明超高压密封采用锥阀结构，用锥阀结构代替传统两位两通的滑阀结构，***工作更加可靠，且***压力越高其密封性能越好，密封性能明显优于传统超高压两位两通的滑阀+密封圈形式，且不会出现随着工作时间增加密封圈损坏、滑阀卡死等风险。传统超高压两位两通复位完全依靠控制油路，当***出现故障时无法马上复位切断油路，存在极大的安全隐患；本发明的锥阀结构，复位依靠的是超高压单向阀两端压差和弹簧力，***出现故障时（控制活塞无杆腔无法供油），超高压单向阀依靠两端压差产生的液动力和弹簧力的合力可以迅速复位切断油路，保证***安全。
（3）运用一个超高压三位三通阀即可代替两套传统卸压组件实现快慢卸压分开功能，简化油路，且高低压油路均集成在阀块内部，避免了外部管路干涉、漏油等隐患。
（4）运用机械液压结构实现超高压三位三通功能，和伺服卸结合使用实现中、高压安全、缓慢低压段快速卸压，保证安全地前提下，提高工作效率；两个超高压单向阀同轴布置，减小超高压管道数量，避免出现超高压工艺孔，从而避免封堵超高压工艺孔，结构简单、合理。
（5）先导阀运用标准三位四通电磁换向阀，工作稳定可靠，而快、慢速卸压两个过程实现了互锁，确保***不会存在误动作。
（6）超高压密封堵头采用内六角螺栓原理，用常规工具即可安装，无需特殊工具，且超高压密封堵头兼顾密封和导向作用。
（7）该超高压三位三通阀具有油路选择功能，任意压力状态下均可以实现油路选择、切换，不仅仅局限于本行业使用。
附图说明
图1是本发明的装配图；
图2是本发明超高压三位三通阀P-A连通的结构示意图；
图3是本发明超高压三位三通阀P-B连通的结构示意图；
图4是超高压三位三通阀内部控制油路示意图；
图5是超高压三位三通阀液压简化符号；
图6是超高压三位三通阀液压原理图；
图7是超高压单向阀开启时的局部示意图；
图8是控制活塞的结构示意图；
图9是控制活塞端盖的结构示意图；
图10是超高压密封堵头的结构示意图；
图11是三通过油管的结构示意图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
本发明提供了一种超高压三位三通阀，如图1至图11所示。
该超高压三位三通阀，包括阀体4和对应设置在阀体4两端的控制活塞1及控制活塞端盖2，控制活塞1由三位四通电磁换向阀驱动；所述阀体4内部设有轴向布设的油道且阀体4的前壁上开设有进油口P，以进油口P为分界点将油道分为左侧油道和右侧油道，且进油口P对应的油道中安装有三通过油管6，左侧油道中在阀体4的后壁开设有出油口A，右侧油道中在阀体4的后壁开设有出油口B。
所述三通过油管6与出油口A之间安装有由右至左的超高压单向阀5，而三通过油管6与出油口B之间安装有由左至右的超高压单向阀5，控制活塞1及控制活塞端盖2相应布设于超高压单向阀5后侧油道中，且超高压单向阀5与控制活塞1之间还配设有超高压密封堵头3，超高压密封堵头3与超高压单向阀5之间还配设有节流过油管7，控制活塞1与控制活塞端盖2以及阀体4之间均配设有高压密封a；所述超高压密封堵头3与阀体4之间配设有超高压组合密封b；阀体4上设置的进油口P、出油口A、出油口B，其中进油口P接六面顶主机高压腔，出油口A口后接伺服卸压阀，出油口B口后接低压节流阀。
超高压三位三通阀中位时，P、A、B相互断开，类似常规换向阀O型中位机能。本发明中，先导控制的三位四通电磁换向阀采用的是DSG-01-3C4中位机能的三位四通阀，中位时控制油路A、B、T处于连通状态，可以保证控制活塞1无杆腔卸荷。此时，超高压单向阀5在高压油和顶端弹簧力的作用下处于关闭状态，***无泄漏。此外，在超高压单向阀5关闭瞬间，有微量液压油进入控制活塞1的杆腔，可以推动控制活塞1运动，确保其在中位时处于非工作位。
超高压三位三通阀工作时，当***处于超高压卸压状态下，三位四通电磁换向阀的a侧电磁铁得电，控制油流往左侧控制活塞1.1无杆腔推动控制活塞1.1运动，顶开左侧超高压单向阀5.1，超高压液压油经过三通过油管6，超高压单向阀5.1，进入出油口A，并经出油口A进入连接在其后的伺服卸压阀，由步进电机调节阀针开度，控制卸压速度，实现缓慢卸压。
于此同时，经三位四通电磁换向阀的控制油从右侧去往右侧控制活塞1.2杆腔确保其位于右侧非工作位，保证左侧超高压单向阀5.1处于关闭状态，进油口P和出油口B之间断开。
当卸压至低压段时，三位四通电磁换向阀的a侧电磁铁失电，同时b侧电磁铁得电，控制油流往右侧控制活塞1.2无杆腔推动右侧控制活塞1.2运动，顶开右侧超高压单向阀5.2，超高压液压油经过三通过油管6，右侧超高压单向阀5.2，进入出油口B，并经出油口B进入连接在其后的低压节流阀，低压节流阀开度较大，实现低压段快速卸压。
于此同时，经三位四通电磁换向阀的控制油从左侧去往左侧控制活塞1.1杆腔确保其位于左侧非工作位，保证左侧超高压单向阀5.1处于关闭状态，进油口P和出油口A之间断开。本发明中，出油口A、出油口B油路之间存在互锁关系，确保超高压压力段缓慢卸压时，快速卸压回路（P-B）安全可靠的处于关闭状态，保证卸压***实现中高压状态下安全、缓慢卸压，同时实现低压状态下快速卸压，提高工作效率。
更具体的，本发明提供的具体实施例，如图1至图11所示，超高压密封堵头负责密封超高压液压油和为控制活塞1导向，防止运动过程中发生倾斜造成阀体卡死现象，控制活塞1负责推动超高压单向阀5动作，超高压单向阀5负责打开、切断油路，三通过油管6负责将进油口P口进油分配至出油口A、出油口B两路，先导三位四通电磁阀为标准件。
超高压三位三通阀中位时，三个油口P、A、B互不连通，具体原理如图1所示，控制活塞均处于非工作位置，超高压单向阀在顶端弹簧力及两侧压差（液压油经过阀件必然有压力损失，两侧便产生压差）作用下，处于关闭状态，并且***压力越高关闭越可靠。
中、高压状态下***需要缓慢卸压，此时三位四通电磁阀a侧电磁铁（图2）得电，b侧电磁铁失电，图4中的控制油路c中充满低压控制液压油，推动左侧控制活塞1.1和右侧控制活塞1.2往右运动，左侧控制活塞1.1顶开左侧超高压单向阀5.1；右侧控制活塞1.2保持在右端非工作位，确保右侧超高压单向阀5.2不受外力作用处于关闭状态，油路P--A连通，P--B断开（图4状态），***经后续伺服卸压阀缓慢卸压。
低压状态下***需要快速卸压，此时三位四通电磁阀b侧电磁铁（图3）得电，a侧电磁铁失电，图4中的控制油路d中充满低压控制液压油，推动左侧控制活塞1.1和右侧控制活塞1.2往左运动，右侧控制活塞1.2顶开右侧超高压单向阀5.2（开启状态见图7）；左侧控制活塞1.1保持在左端非工作位，确保左侧超高压单向阀5.1不受外力作用处于关闭状态，油路P--B连通，P--A断开（图3状态），***快速卸压。
采用超高压三位三通阀控制卸压，使得整体卸压工作单元结构简单可靠，不需要额外的电气控制，可以避免电气控制***与阀件工作原理的匹配不当造成的调试困难及安全隐患。超高压三位三通阀类似于液控单向阀结构，出现故障之后行业内有一定维修经验的工程师便可以快速上手维修，缩短故障停机时间。实现理想卸压要求功能，仅仅用一台本发明的超高压三位三通阀便可实现，常规的两套超高压两位两通阀想要实现该功能，需两套完整的阀件，并且有大量的外部油管，安装完成后需占大量的空间，且管路复杂，不便维修。
本发明超高压密封采用锥阀结构，***压力越高其密封性能越好，密封性能明显优于传统超高压两位两通的滑阀+密封圈形式，且不会出现随着工作时间增加密封圈损坏、滑阀卡死等风险。传统超高压两位两通复位完全依靠控制油路，当***出现故障时无法马上复位切断油路，存在极大的安全隐患。本发明的锥阀结构，复位依靠的是超高压单向阀5两端压差和弹簧力，***出现故障时（控制活塞无杆腔无法供油），超高压单向阀依靠两端压差产生的液动力和弹簧力的合力可以迅速复位切断油路，保证***安全。
本专利中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，上述词语并没有特殊的含义。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及等同物界定。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“中心”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明保护内容的限制。

Claims (7)

1.一种超高压三位三通阀，其特征在于：包括阀体和对应设置在阀体两端的控制活塞及控制活塞端盖，控制活塞由三位四通电磁换向阀驱动；
所述阀体内部设有轴向布设的油道且阀体的前壁上开设有进油口P，以进油口P为分界点将油道分为左侧油道和右侧油道，且进油口P对应的油道中安装有三通过油管，左侧油道中在阀体的后壁开设有出油口A，右侧油道中在阀体的后壁开设有出油口B；
所述三通过油管与出油口A之间安装有由右至左的超高压单向阀，而三通过油管与出油口B之间安装有由左至右的超高压单向阀，控制活塞及控制活塞端盖相应布设于超高压单向阀后侧油道中，且超高压单向阀与控制活塞之间还配设有超高压密封堵头。
2.根据权利要求1所述的一种超高压三位三通阀，其特征在于：所述进油口P与六面顶主机高压腔连接，所述出油口A后接伺服卸压阀，出油口B后接低压节流阀。
3.根据权利要求1所述的一种超高压三位三通阀，其特征在于：当***处于非工作位时，三位四通电磁换向阀的控制油路A、B、T处于连通状态，确保左右两侧的控制活塞无杆腔卸荷，而左右两侧的超高压单向阀在高压油和顶端弹簧力的作用下处于关闭状态，进油口P与出油口A和出油口B相互断开。
4.根据权利要求1所述的一种超高压三位三通阀，其特征在于：当***处于超高压卸压状态时，三位四通电磁换向阀的a侧电磁铁得电，控制油流往左侧的控制活塞无杆腔推动控制活塞运动，顶开超高压单向阀；
超高压液压油经过三通过油管及左侧的超高压单向阀，进入出油口A，并经出油口A进入连接在其后的伺服卸压阀，实现缓慢卸压；
相应的，三位四通电磁换向阀的b侧电磁铁无电，控制油流往右侧的控制活塞杆腔使其位于右侧非工作位，保证右侧的超高压单向阀处于关闭状态，进油口P和出油口B之间断开。
5.根据权利要求1所述的一种超高压三位三通阀，其特征在于：当卸压至低压段时，三位四通电磁换向阀的a侧电磁铁失电，b侧电磁铁得电，控制油流往右侧的控制活塞无杆腔推动控制活塞运动，顶开右侧的超高压单向阀；
超高压液压油经过三通过油管及右侧的超高压单向阀，进入出油口B，并经出油口B进入连接在其后的低压节流阀，实现低压段快速卸压；
相应的，三位四通电磁换向阀的a侧电磁铁无电，控制油流往右侧的控制活塞杆腔使其位于左侧非工作位，保证左侧的超高压单向阀处于关闭状态，进油口P和出油口A之间断开。
6.根据权利要求1至5任一项所述的一种超高压三位三通阀，其特征在于：所述超高压密封堵头采用锥阀结构。
7.根据权利要求6所述的一种超高压三位三通阀，其特征在于：所述控制活塞与控制活塞端盖以及阀体之间均配设有高压密封；所述超高压密封堵头与阀体之间配设有超高压组合密封。
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