气动注浆泵用截止式顶杆阀的设计

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气动注浆泵广泛应用于煤矿井下防水注浆，出于安全考虑，其动力源多采用压缩空气。某公司使用的双液气动注浆泵，采用 2个顶杆阀和 1个单气控二位五通截止式换向阀控制注浆泵的自动换向，实现注浆泵连续排浆。由于井下用于输送压缩空气的管道较长，常年使用后管道存在不同程度的锈蚀，加之矿井环境下的空气质量较差，即使经过气源三联体的处理，空气介质中仍然会有较多杂质。实际生产中，本注浆泵工作不久即出现顶杆阀因杂质堵塞而运行不良现象，2、3个月左右顶杆阀会出现较严重的磨损，直接影响设备的正常运行，企业迫切需要解决此问题。

1 解决问题的思路顶杆阀之所以出现以上问题，主要原因有三个：-是压缩空气中有较多的铁锈等杂质未过滤干净；二是顶杆阀采用的是单气控二位三通滑阀(见图 1)，其本身对空气介质质量要求较高；三是气控顶杆阀的核心图1 单气控二位三通滑阀--左顶杆阀部件顶杆、套筒及阀体相互配合的三轴段均有较高的尺寸、形状和位置精度要求，加工工艺性较差。对应的解决问题的思路有两条：-是在压缩空气的处理上另辟蹊径，过滤出符合要求的压缩空气，同时改进阀的结构工艺性；二是将目前使用的顶杆阀由滑阀变为截止阀，既提高通气能力，降低对空气介质的质量要求，又提高其加工工艺性。

2 单气控二位二通截止式顶杆阀的设计2.1 气动注浆泵气动原理 图的改进在进行截止式顶杆阀设计之前，首先对原注浆泵的气动原理图进行改进 (见图 2)，用单气控二位二通顶杆阀取代原来的单气控二位三通顶杆阀，原来的单气控二位五通截止式换向阀仍然保留。

图2 改进后的注浆泵气动原理图收稿 日期：2013-02-18作者简介：赵振江(1965-)，男，河南济源人，教授，主要从事机械设计与制造方面的教学与科研工作，主要研究方向 CAD/CAPP/CAM。

2013年第8期 液压与气动 115其工作原理如下：如图2所示，系统刚启动时，左顶杆阀在气控口的高压空气作用下左位工作，左阀处于截止状态，二位五通换向阀在复位弹簧作用下，右位工作，高压空气进入注浆泵气缸右腔，推动活塞向左运动，气缸左腔的空气通过换向阀排气口排出。

活塞运动到气缸左侧，压下左顶杆阀的顶杆，左顶杆阀变为右位工作，高压空气通过左阀到达右顶杆阀的气控口，使右顶杆阀右位工作，即使右阀保持截止。

同时，高压空气作用于换向阀的气控口，克服换向阀的弹簧力使换向阀换向，其转为左位工作，压缩空气通过换向阀进入气缸左腔，推动活塞向右运动，顺利实现气缸换向。

活塞运动到气缸右侧，压下右顶杆阀的顶杆，右顶杆阀变为左位工作，高压空气直接通人大气，使换向阀的气控口被泄压，在复位弹簧的作用下，换向阀重新换向，又变为右位工作，实现-个工作循环。

2.2 截止式顶杆阀的设计1)结构简图图3、图4所示为所设计的左、右截止式顶杆阀的结构简图，两阀结构完全相同，均由阀体、顶杆、活塞、锁紧螺母、橡胶密封垫、O形圈密封、斯特封、左端盖、右端盖等组成。不同的是，左顶杆阀的 P口接高压空气，A口联通二位五通换向阀的气控口和右顶杆阀的气控口B；右顶杆阀的B口接左顶杆阀的A口，O口直接通人大气。

套 活塞 橡胶密封垫P A图3 左顶杆阀橡胶密封垫 活塞 套图4 右顶杆阀盖封螺母2)工作原理在左顶杆阀的顶杆未受到活塞压缩时，由于气控口P始终联通高压空气，在左顶杆阀活塞左右两侧面压力差的作用下，气体推动活塞向右运动使阀芯锥面紧压密封橡胶垫，P、A口截止。

当左阀的顶杆受到活塞压缩后，P、A口导通，高压空气由P口、左阀活塞上的几个通气孔、A口，-路到达右顶杆阀的 B口，使右阀截止，另-路到达换向阀的气控口，使换向阀换向。

换向阀换向后，左顶杆阀活塞两侧各处均为高压空气，且两侧压力相等，故左阀被顶开后-直处于开启状态，从而维持换向阀工作状态不变，直到下-次换向。

当右顶杆 阀的顶杆受到活塞压缩后，B、O口导通，使换向阀气控口的高压空气泄压，换向阀在复位弹簧的压力作用下换向。

换向阀换向后，右顶杆阀除顶杆端面处于高压空气作用外，活塞两侧其余部分均联通大气，故右阀被顶开后也将处于开启状态，从而维持换向阀工作状态不变，直到下-次换向。

3)性能特点(1)结构简化，换 向平稳、可靠 本截止式换向阀，气控口与进气口合二为-，利用进、排气口的压力差和顶杆力实现换向，既简化了结构，改善了零件的结构工艺性，又保证换向平稳可靠。

(2)使用寿命大为提高 将顶杆阀由滑阀变为截止阀，通过阀芯锥面与橡胶密封垫接触实现密封。由于橡胶密封垫的变形，阀芯在与密封垫接触后仍有微量位移，两者产生极小的相对滑动，几乎不磨损 ；同时，顶杆处采用 O形圈和斯特封的组合密封结构 J，既提高了密封性能，又极大地降低了磨损，因此，顶杆阀的使用寿命大为提高。

(3)制造成本降低 由于橡胶密封垫的变形，补偿了尺寸、形状和位置误差的影响，使得顶杆阀核心零件的精度要求降低2 ；同时，由于零件的结构工艺性也得到了提高，使得制造成本大幅度降低。

(4)对介质的要求降低 由于阀芯锥面与橡胶密封件的初始接触是线接触，介质中的杂质即使在密封处也会因橡胶的变形而被挤出密封面 ；同时，采用截止阀，通气能力大为提高，因而对介质的要求大为降低。

1 16 液压与气动 2013年第8期DOI：10.1 1832/j.issn.1000-4858.2013.08.034机械感应式阻尼阀的流固耦合特性研究王 勋Fluid-structure Coupling Analysis of Sensitive Damper ValveWANG XUH(安徽柳工起重机有限公司，安徽 蚌埠 233000)摘 要：提 出-种可根据路面状况自动进行阻尼调节的机械感应式阻尼阀，并对阻尼阀进行了流固耦合特性分析。根据分析结果计算得出了阻尼阀的外特性，并与台架试验结果做了对比♂果表明，采用流固耦合仿真可以比较准确地进行阻尼阀外特性的工程预测，丰富了阻尼阀的设计方法。

关键词：机械感应式阻尼阀；流固耦合；内特性；外特性中图分类号：TH137：U463.33 文献标志码：B 文章编号：10004858(2013)081164引言本研究所设计的机械感应式阻尼阀，是-种应用在油气悬架上的阻尼元件，它可以根据路面激励的状况，自动调节阻尼的大小，并且无需电子控制系统。因此，这种阻尼阀成本低，可靠性高，具有广阔的应用前景和研究价值。

与多数减振器和油气悬架的阻尼阀相同，这种阻尼阀内部的阀系均为阀片结构。在阻尼阀工作过程中，阀片两端的压差到达-定值时，阻尼阀片变形，形成-道供油液流通的小缝，油液流经这个通道就会产生-定的压差。同时，阀片的变形又对流场产生-定的扰动，从而改变了流场压力的分布和大小，这是-个典型的流固耦合问题。

在传统的阻尼阀理论计算模型中，阀片周围流场的压力分布假设为简单的线性分布，阻尼阀片上的变形情况也做了-定的简化 J，因此其不能十分准确地反映阻尼阀内部流体与阀片的物理状态。通过理论计算很难准确地得知阻尼阀的内特性，也同样无法准确计算油气悬架的外特性。而通过对阻尼阀的流固耦合仿真分析，可以更为准确有效地分析阻尼阀内部流场的压力分布和大小，从而更好地指导阻尼阀的设计。

1 机械感应式阻尼阀结构原理本研究设计的机械感应式阻尼阀的结构和工作时油液流通的状态如图 1所示，该阻尼阀外接于蓄能器和悬架油缸之间。其主要由 1个固定阀和 1个浮动阀串联组成，两种阀的结构基本相同，但参数不同。浮动阀悬置在 2个始终处于压缩状态的弹簧之间，其可在- 定范围内滑动。当路面对车轮的激励较小时，油气收稿 日期：20133-04作者简介：王勋(1981-)，男，辽宁铁岭人，主任设计师 ，博士，主要研究方向为悬架理论、工程振动、车辆总体理论与现代设计。

3 结论此气动注浆泵用顶杆阀经改进后，克服了原来存在的顶杆磨损过快和对介质要求过高的问题，零件的结构工艺性也得到提高，制造成本大为降低。使用截止式换向阀改进后的两台注浆泵，半年多来运行正常，彻底解决了企业的技术难题。