一种应用于海上作业打桩锤供油路的插装式组合阀的制作方法

1.本发明涉及一种应用海上作业打桩锤的进油组合阀，尤其是一种插装式组合阀。


背景技术：

2.随着自然资源的日益减少，海洋资源有效开采利用越来越被重视，海上打桩锤的出现解决了海上安装作业的主要问题。
3.目前应用于海上作业打桩锤的控制阀，以普通插装阀居多，对于普通插装阀而言，其主要缺点有：1、最大流量受到限制，由于插装阀的结构设计，插装阀的外形尺寸一直比较小，这直接影响了阀口大小和流道大小，从而直接限制了流量。2、普通插装阀控制精度相对较低，其线性度只在某一开度范围内较好。3、功能比较单一，主要用于实现油路的通断。鉴于上述缺点，一种力矩马达直接控制型插装式二维电液比例换向阀(cn110131229b)专利中介绍了高集成度插装阀，阀芯可以在两个自由度上移动，从而实现多维通断；一种二维先导式电磁插装阀(cn111457127a)专利中介绍了两级插装阀，先导级为微型电磁开关阀，功率级为插装阀，该阀具有功耗小、响应快等优点，但是存在压力低、流量小的缺点；液压系统回路环形阀组配套使用的专用高品质插装式组合阀(主阀加先导阀)是海上液压打桩锤设备的核心液压元件，其性能要求具有耐高压、大流量、快速响应、耐冲击等特性。专用插装组合阀(主阀加先导阀)需深入研究其快速响应、抗冲击结构特点以及液阻控制机理。
4.综上所述，插装阀具有结构简单、质量小、直推驱动力大等优点，其应用前景广阔，但就目前发展情况来说，海上作业打桩锤缺乏一种具有耐高压、大流量、快速响应、耐冲击专用组合插装阀，目前的插装阀大多流量小、不适用于高压，而且响应较慢，不能够满足海上作业打桩锤，因此迫切需要一种具有耐高压、大流量、快速响应、耐冲击专用组合插装阀应用到海上打桩锤上。


技术实现要素：

5.为克服了现有技术中的不足，本发明提供一种应用于海上作业打桩锤供油路的插装式组合阀。
6.为了解决上述存在的技术问题，本发明采用的技术方案是：一种应用于海上作业打桩锤供油路的插装式组合阀，由先导级插装阀和主级插装阀组成，所述先导级插装阀连接主级插装阀，用于控制主级插装阀的控制口压力，所述先导级插装阀由电磁换向阀和插装阀组成，所述电磁换向阀控制连接插装阀，用于实现插装阀的灵活控制与快速响应。
7.进一步，所述主级插装阀由阀套、阀芯、弹簧座、盖板一、弹簧和流道组成，所述阀套与盖板一固定连接，阀套内安装阀芯，阀芯内通过弹簧座安装弹簧，且弹簧两端分别与阀芯和盖板一连接，所述盖板一内设有流道，阀套一端设有主阀控制口x，另一端设有控制口a，侧面设有控制口b，控制口a与阀芯上腔b之间通过流道连通。
8.进一步，所述阀套设置8个圆形进油口，沿阀套圆周排列，底部设置采用锥面形式的出油口，顶部采用螺纹连接的形式与盖板一相连接，并设置三个密封槽用于安装密封圈。
9.进一步，所述阀芯为半空圆柱形结构，上腔用于安装弹簧和控制油液的进入，下端采用两个锥面，其中一个用于形成端面来实现阀芯的上移，另外一个用于与阀套形成锥面密封，隔离进油腔和出油腔，外表面开有多组环形槽，用于密封和减小移动的阻力。
10.进一步，所述盖板一用于将控制油接入阀上腔，控制阀芯的启闭，内部设置两条垂直的油道，形成四个进油口，同时将油引入阀芯内腔和上平面，进油连接口放在盖板一底部，用于连接阀块，在侧边还设置排油接头，起到安全作用。
11.进一步，所述弹簧座是一个下部中空的圆筒，主要用来安放弹簧，防止弹簧偏转错位，上部打孔设置流道；所述弹簧的旋向为右旋，总圈数16圈，刚度为116.3n/mm。
12.进一步，所述先导级插装阀包括阀体、阀座、盖板二、外盖板、阀芯二、阀芯一、塞轴、阀套以及流道，所述阀体内装有阀座和阀套，阀座内装有阀芯一，阀套内装有阀芯二，阀芯二一端通过塞轴连接盖板二和外盖板，所述阀体设有插装阀的p1口、p2口、a1口、a2口、a3口，t2口、电磁换向阀的d1、d2口和d3口，并设有流道l1、l4、l5。
13.进一步，所述阀体为内部中空的阶梯圆柱结构，下半部分用于安装电磁换向阀，并且设置连通油道，用于将p口的液压油引入d3口，d2口液压油引入主阀芯底部，用来控制主阀芯的开关，将d1口的液压油引回t2口，上半部分设置p口、t口、a1口、a2口及其流道，通过阀芯一在阀套中的上下移动来实现插装阀的启闭。
14.进一步，所述阀芯一为圆柱形结构，电磁换向阀的控制油通过内部油道流到阀芯一的下端面，从而实现阀芯一的上下移动；所述阀芯二为不规则带槽圆柱体，下端与阀芯一相连，中部设置两个圆槽用来连接p口和a口，同时顶部也设置凹槽用于连接t口和a口。
15.进一步，所述外盖板用于固定阀芯二，顶部设置螺纹孔，通过螺栓与盖板二进行连接。
16.进一步，所述阀座为圆柱形结构，内部设置四条通道，其中两条用于向阀芯一通油，另外两条用于连接t口向外部进行排油，此外阀座与阀芯一形成间隙配合；所述塞轴上端与外盖板连接，下端与阀芯二连接，用于阀芯二移动的导向槽。
17.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
18.1、热处理技术的应用与主阀阀套和阀体材料的合理选择，优化阀芯阀套结构，提升了阀组的寿命与耐冲击性。
19.2、对先导阀液阻桥路进行优化设计，通过运动仿真计算优化先导液阻桥路配置，形成快速响应液桥选配组，提升先导级的响应能力，优化主阀动态特性，为快速切换回路的过渡区窗口控制奠定基础。
20.3、利用ansys对组合阀进行应力仿真分析，通过交互进行多条件应力分析，优化阀芯阀套结构，利用fluent交互进行流场仿真分析，改善结构降低气蚀现象，对应力过大和损失过大的部位进行优化，得到适应性强的阀组。
附图说明
21.图1是本发明二级进油组合插装阀主阀剖视示意图；
22.图2是本发明二级进油组合插装阀先导阀剖视示意图图；
23.图3是本发明二级进油组合插装阀液压原理图；
24.图4是本发明二级进油组合插装阀amesim仿真模型图。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
27.如图1至图3所示，一种应用海上作业打桩锤的先导阀与进油阀的组合插装阀，包括先导级插装阀d和主级插装阀p。先导级插装阀d连接主级插装阀p，用于控制插装阀pr的控制口压力，先导级插装阀d由电磁换向阀和插装阀组成，通过电磁换向阀控制插装阀，实现插装阀的灵活控制与快速响应。
28.如图1所示，主级插装阀，由阀套1、阀芯2、弹簧座3、盖板一4、弹簧5和流道组成，阀套1与盖板一4固定连接，阀套1内安装阀芯2，阀芯2内通过弹簧座3安装弹簧5，且弹簧5两端分别与阀芯2和盖板一4连接。盖板一4内设有流道，阀套1一端设有主阀控制口x，另一端设有控制口a，侧面设有控制口b，控制口a与阀芯上腔b之间通过流道连通。
29.优选地，阀套1设置8个圆形进油口，沿阀套圆周排列，底部设置采用锥面形式的出油口，顶部采用螺纹连接的形式与端盖相连接。设置三个密封槽用于安装密封圈。
30.优选地，阀芯2主要为半空圆柱形结构，上腔主要用于安装弹簧5和控制油液的进入，下端采用两个锥面，其中一个用于形成端面来实现阀芯2的上移，另外一个用于与阀套1形成锥面密封，隔离进油腔和出油腔，外表面开多组环形槽，不但能够起到密封的作用还能减小移动的阻力。
31.优选地，盖板一4主要用于将控制油接入阀上腔，控制阀芯2的启闭，内部设置两条垂直的油道，形成四个进油口，同时将油引入阀芯2内腔和上平面，进油连接口放在盖板底部，用于连接阀块，在侧边还设置排油接头，起到安全作用。
32.优选地，弹簧座3是一个下部中空的圆筒，主要用来安放弹簧5，防止弹簧5偏转错位，上部打孔设置流道，满足油液更好的流入阀芯。
33.优选地，弹簧5的旋向为右旋，总圈数16圈，刚度为116.3n/mm。
34.如图2所示，先导级插装阀由电磁换向阀和插装阀组成。主要包括阀体11、阀座12、盖板二13、外盖板14、阀芯二15、阀芯一16、塞轴17、阀套18以及流道。阀体11内装有阀座12和阀套18，阀座12内装有阀芯一16，阀套18内装有阀芯二15，阀芯二15一端通过塞轴17连接盖板二13和外盖板14。阀体11设有插装阀的p1口、p2口、a1口、a2口、a3口，t2口、电磁换向阀的d1、d2口和d3口，并设有流道l1、l4、l5。设置在阀体11的流道将p口的高压油引入电磁换向阀，在阀套18的流道为了将电磁换向阀流出的油液引入先导阀阀芯底部，从而控制先导阀阀芯的开启。
35.优选地，阀体11为内部中空的阶梯圆柱结构，下半部分用于安装电磁换向阀，并且设置连通油道，将p口的液压油引入d3口，d2口液压油引入主阀芯底部，用来控制主阀芯的开关，将d1口的液压油引回t2口。上半部分设置p口、t口、a1口、a2口及其流道。通过主阀芯在阀套中的上下移动来实现插装阀的启闭。
36.优选地，阀芯一16为圆柱形结构，电磁换向阀的控制油通过内部油道流到阀芯一
16的下端面，从而实现阀芯一16的上下移动。
37.优选地，阀芯二15为不规则带槽圆柱体，下端与阀芯一16相连，中部设置两个圆槽用来连接p口和a口，同时顶部也设置凹槽用于连接t口和a口。
38.优选地，外盖板14只要用于固定阀芯二15，顶部设置螺纹孔，通过螺栓与盖板二13进行连接。
39.优选地，阀座12同样是圆柱形结构，内部设置四条通道，其中两条用于向阀芯一16通油，另外两条用于连接t口向外部进行排油，此外阀座12与阀芯一形成间隙配合。
40.优选地，塞轴17上端与外盖板14连接，下端与阀芯二15连接，用于阀芯二15移动的导向槽。
41.如图3所示，一种应用于海上打桩锤的两级进油插装阀的原理图，高压油同时进入主阀的b口和先导阀的p1口，当电磁换向阀断电的时候，处于右位，高压油无法通过换向阀，而高压油通过阻尼孔先导阀左端，右端油液回油箱，先导阀处于左位，主阀控制口的油液通过先导阀回到油箱，从而b口的压力将主阀芯顶起从而上移，使得b口和a口连通，高压油通过主阀进入打桩锤。当电磁换向阀通电的时候，阀移到左位d3口和d2口连通，由于节流口的可调节，先导阀阀芯右端压力比左端高，先导阀移到右位p2口与a3口接通，主阀控制腔进入高压油，由于主阀b腔面积较小，阀芯无法上移，a口与b口处于断开的状态。
42.如图4所示，为进油专用组合阀的仿真图，通过各个阻尼的大小进行设置和对先导液阻选配方案进行选择，得到不同响应特性曲线，从而对专用组合阀流场及结构等仿真模型进行修正。此外还对两级进油组合阀结构特性分析、专用组合阀流场特性分析，应力仿真计算分析和关键零件结构优化，交互进行多条件应力分析，优化阀芯阀套结构，通过设计组合不同的节流口形状和数量，得到应力分布图，选择最优方案进行阀芯和阀套等关键部位的结构优化。流场主要包括阀口流场仿真及优化、典型工况仿真计算、关键零件结构优化。运用fluent软件进行流场的仿真分析，得到阀口的流量特性和稳态液动力，交互进行流场仿真分析，改善结构降低气蚀现象，为其结构设计提供参考。通过液阻选配、结构分析、流场分析，实现进油专用组合阀的响应进一步提高、压力损失进一步降低。
43.本发明的工作流程如下：
44.(1)进油专用组合阀的进油过程
45.高压油同时进入主阀的b口和先导阀的p1口，电磁阀断电时处于右位，进入先导阀的高压油无法通过换向阀，此时先导阀阀芯没有移动，而主阀控制口x的油液通过a3口，再通过先导阀流道l1到t2口，从而回到油箱。由于主阀控制口的压力为背压压力，远远低于进油压力，从而b口的压力将主阀芯顶起从而上移，使得b口和a口连通，高压油通过主阀进入打桩锤。
46.(2)进油专用组合阀的断油过程
47.油液经过先导阀的p1口后分成两路，一路作用到先导阀主阀芯，另外一路通过流道l2到达先导阀得电磁换向阀d3口，此时电磁换向阀得电，油液通过电磁换向阀d2口，通过流道l4作用到先导阀阀芯底部，推动阀芯二向上移动，从而带动阀芯一移动，此实先导阀主流道的油液通过阀套和阀芯来到a1口，通过主阀流道l5到达主阀控制口x，造成主阀上腔压力升高，与b口压力接近，由于主阀b腔面积较小，阀芯无法上移，a口与b口处于断开的状态。
48.本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例
的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。