球体密封结构及液压阀的制作方法

本发明涉及超高压元器件技术领域，尤其涉及一种球体密封结构及液压阀。

背景技术：

液压阀是一种用压力油操作的自动化元件，它受配压阀压力油的控制，可用于控制油、气、水管路系统的通断。液压阀的常用结构是：在阀芯的过流通道的前端，设置一个球体，当液压油正向流动时，流体的流动压力可以冲开球体，液压油可以正常流动；当液压油反向流动时，球体会将过流通道堵住，形成截止效果，阻止液压油反向流动。对于超高压工况，由于高压液压油会o形圈形成剧烈冲击，o形圈容易被冲掉，当球体回到密封位置时会因为缺少o形圈的密封，导致高压油泄漏，从而导致o形圈在静止状态时密封失效，因此阀芯和球体之间只能采用硬密封结构。

目前，阀芯和球体的硬密封结构主要分为三种：第一种是在阀芯的过流通道口的阀口边缘与球体相抵触以形成线密封，但是由于加工过程中阀口边缘很容易产生缺口，进而导致密封失效；第二种是在阀芯的过流通道口设置锥形密封面与球体形成线密封，但是由于阀芯的锥形密封面在加工时，密封线无法加工到完全与球体吻合，因此球体在与锥形密封面形成的环形线密封处会存在微小地间隙，无法保证完全密封；第三种是在阀芯的过流通道口设置与球体的圆弧面一致的大面积圆弧密封面，以与球体形成面密封，但是在煤矿等的领域中，液压油中通常含有粉尘，由于球体与圆弧密封面的接触面积较大，粉尘容易堆积在球体和圆弧密封面的接触面上，进而造成密封失效。

技术实现要素：

本发明针对上述问题，提出了一种球体密封结构及液压阀，设计合理，结构简单，能够实现超高压以及多粉尘工况的密封。

本发明采取的技术方案如下：本发明提供一种球体密封结构，包括球体以及第一阀芯，所述第一阀芯表面设有阀口，所述阀口的内孔直径小于所述球体的直径，所述阀口处设有锥形密封面，所述锥形密封面上设有与所述球体的圆弧面一致的小面积圆弧密封面，所述球体抵在所述小面积圆弧密封面上，以形成密封结构。

于本发明一实施例中，所述小面积圆弧密封面设于所述锥形密封面的中部。

于本发明一实施例中，所述第一阀芯上的阀口数量为两个，两个阀口相对应地设置于所述第一阀芯的两个端面上，两个阀口之间相互贯通形成第一通道；所述第一阀芯上还设有数条与所述第一通道连通的第一出液通道。

于本发明一实施例中，所述锥形密封面与所述圆弧密封面顺滑过渡。

本发明还提供一种液压阀，包括第一顶针、第二顶针、第三顶针以及上述的球体密封结构，所述第一顶针、第二顶针和第三顶针同心装配，所述第一顶针可活动地插设于所述第一通道内，所述第一顶针和第二顶针之间、所述第一顶针和第三顶针之间分别设置有第一球体和第二球体，以分别封堵所述第一阀芯的两个阀口；

对所述第二顶针施加外力，所述第二顶针顶住所述第一球体，使得所述第一球体封堵所述第一阀芯一侧的阀口，所述第一球体顶住第一顶针，使得第一顶针顶开第二球体，所述第一阀芯另一侧的阀口打开；

对所述第三顶针施加外力，所述第三顶针顶住所述第二球体，使得所述第二球体封堵所述第一阀芯另一侧的阀口，所述第二球体顶住第一顶针，使得第一顶针顶开第一球体，所述第一阀芯一侧的阀口打开。

于本发明一实施例中，所述第一球体和第二球体均封堵在所述第一阀芯的阀口上时所述第一球体和第二球体的距离为l1，所述第一顶针的长度为l2，所述第一通道的长度为l3，l1＜l2＜l3。

于本发明一实施例中，所述第二顶针和/或所述第三顶针上设有容纳所述球体的限位槽，所述限位槽的深度小于所述球体的直径。

于本发明一实施例中，所述液压阀还包括阀座、第二阀芯、第三阀芯、第四阀芯以及弹簧，所述阀座内设有安装腔，所述第二阀芯、第一阀芯、第三阀芯和第四阀芯依次固定设置于安装腔内，所述第二阀芯的靠近所述第一阀芯的一侧设有安装槽，所述第二顶针和弹簧均设于安装槽内，所述弹簧驱使所述第二顶针往第一球体方向运动，所述第三阀芯和第四阀芯均设有贯通的第二通道，所述第三顶针可活动地插设于所述第二通道内，通过外力驱使所述第三顶针往第二球体方向运动；所述阀座上设有分别与所述第一阀芯两侧阀口相连通的进液通道、回液通道和第二出液通道，所述第二出液通道相对于所述第一出液通道设置。

于本发明一实施例中，所述第二顶针的靠近所述第二阀芯处设有固定柱，所述弹簧套设于所述固定柱上，且所述弹簧的两端分别抵在所述安装槽的槽底和所述第二顶针上，所述第二顶针上设有容纳所述球体的限位槽，所述第二顶针的限位槽的槽底为锥形结构、圆底结构或平底结构。

于本发明一实施例中，所述第三顶针与所述第三阀芯之间、所述第三顶针与所述第四阀芯之间、所述第一阀芯和所述阀座之间、所述第二阀芯与所述阀座之间、所述第三阀芯与所述阀座之间以及所述第四阀芯与所述阀座之间均设有密封件。

本发明的有益效果是：本发明提供的球体密封结构及液压阀，第一阀芯的阀口设置有锥形密封面，锥形密封面上设置有圆弧密封面，使得球体密封阀口时可以抵接在圆弧密封面上，以形成面密封，密封结构可靠，阀口密封处也不容易产生破口，且相对于直接在阀口处设置大面积圆弧密封面的方式，在锥形密封面上设置圆弧密封面的方式，使得球体与圆弧密封面的的密封面积更小，当液压油中通常含有粉尘时，由于球体与圆弧密封面的接触面积较小，粉尘不容易堆积在球体和圆弧密封面的接触面上，进而保证密封效果。

附图说明

图1是本发明的第一阀芯的剖面结构示意图；

图2是图1的a处的一个实施例的局部放大图；

图3是本发明的第一球体和第二球体分别封堵住第一阀芯的两个阀口的结构示意图；

图4是本发明的液压阀的剖面示意图；

图5是图4中b处的局部放大图。

图中各附图标记为：1、第一阀芯；3、第一顶针；4、第二顶针；5、第三顶针；6、阀座；7、第二阀芯；8、第三阀芯；9、第四阀芯；10、弹簧；11、阀口；12、锥形密封面；13、圆弧密封面；14、第一通道；15、第一出液通道；21、第一球体；22、第二球体；23、密封件；41、限位槽；42、固定柱；61、进液通道；62、回液通道；63、第二出液通道；第一球体和第二球体均封堵在第一阀芯的阀口上时第一球体和第二球体的距离为l1；第一顶针的长度为l2；第一通道的长度为l3。

具体实施方式

下面结合各附图，通过具体实施例，对本发明进行详细、完整的描述。

请参考图1-5所示，本发明提供一种球体密封结构，包括球体以及第一阀芯1，第一阀芯1表面设有阀口11，阀口11的内孔直径小于球体的直径，阀口11处设有锥形密封面12，锥形密封面12上设有与球体的圆弧面一致的圆弧密封面13，圆弧密封面13处也不容易产生破口，球体抵在圆弧密封面13上，以形成密封结构。球体封堵阀口11时，球体可以抵接在圆弧密封面13上，以形成面密封，密封结构可靠，且相对于直接在阀口11处设置圆弧密封面13的方式，在锥形密封面12上设置圆弧密封面13的方式，使得球体与圆弧密封面13的密封面积更小，当液压油中通常含有粉尘时，由于球体与圆弧密封面13的接触面积较小，粉尘不容易堆积在球体和圆弧密封面13的接触面上，进而保证密封效果，实现超高压以及多粉尘工况的密封。

圆弧密封面13设于锥形密封面12的中部，当球体堵在阀口11处时，球体伸入第一阀芯1内，使得球体与圆弧密封面13的密封结构更加稳固，球体不容易被高压液压油冲开，且球体在重复启闭过程中不容易偏位，进而保证球体的复位可靠性。所述的锥形密封面12的中部并非锥形密封面12的正中间位置，而是锥形密封面12两个端部之间的位置。一个实施例中，圆弧密封面13设于锥形密封面12的中部，通过在阀口11处设置锥形密封面12后，将球体在锥形密封面12上压出圆弧密封面13，压出的圆弧密封面13不仅能够贴合球体的表面，而且由于球体和第一阀芯的均为材质较硬的材料制成，使得球体压出的圆弧面不会很深，保证在球体与圆弧密封面13为面密封的前提下，球体与圆弧密封面13的接触面积较小。

一实施例中，第一阀芯1上的阀口11数量为两个，两个阀口11相对应地设置于第一阀芯1的两个端面上，两个阀口11之间相互贯通形成第一通道14；第一阀芯1上还设有数条与第一通道14连通的第一出液通道15。第一阀芯1的两个阀口11处均设置有与球体密封的结构，通过第一阀芯1的两个阀口11的封堵与闭合控制高压液压油的通断。高压液压油从阀口11进入后，通过第一通道14流到第一出液通道15内出液。

锥形密封面12与圆弧密封面13顺滑过渡，球体在重复启闭过程中会不断撞击到锥形密封面12与圆弧密封面13，锥形密封面12和圆弧密封面13的邻接处不容易产生破口。

本发明还提供一种液压阀，包括第一顶针3、第二顶针4、第三顶针5以及上述的球体密封结构，第一顶针3、第二顶针4和第三顶针5同心装配，第一顶针3可活动地插设于第一通道14内，第一顶针3和第二顶针4之间、第一顶针3和第三顶针5之间分别设置有第一球体21和第二球体22，以分别封堵第一阀芯1的两个阀口11；

对第二顶针4施加外力，第二顶针4顶住第一球体21，使得第一球体21封堵第一阀芯1一侧的阀口11，第一球体21顶住第一顶针3，使得第一顶针3顶开第二球体22，第一阀芯1另一侧的阀口11打开；

对第三顶针5施加外力，第三顶针5顶住第二球体22，使得第二球体22封堵第一阀芯1另一侧的阀口11，第二球体22顶住第一顶针3，使得第一顶针3顶开第一球体21，第一阀芯1一侧的阀口11打开。

第一球体21和第二球体22均封堵在第一阀芯1的阀口11上时第一球体21和第二球体22的距离为l1，第一顶针3的长度为l2，第一通道14的长度为l3，l1＜l2＜l3，当第一球体21封堵住一侧的阀口11时，能够驱使第一顶针3推动第二球体22离开另一侧的阀口11，使得另一侧的阀口11打开；当第二球体22封堵住另一侧的阀口11时，能够驱使第一顶针3推动第一球体21离开一侧的阀口11，使得一侧的阀口11打开。

第二顶针4和/或第三顶针5上设有容纳球体的限位槽41，限位槽41的深度小于球体的直径。设置限位槽41可以在球体在重复启闭过程中进行限位，以防止球体发生偏位，影响球体的密封效果。

液压阀还包括阀座6、第二阀芯7、第三阀芯8、第四阀芯9以及弹簧10，阀座6内设有安装腔，第二阀芯7、第一阀芯1、第三阀芯8和第四阀芯9依次固定设置于安装腔内，第二阀芯7的靠近第一阀芯1的一侧设有安装槽，第二顶针4和弹簧10均设于安装槽内，弹簧10驱使第二顶针4往第一球体21方向运动，第三阀芯8和第四阀芯9均设有贯通的第二通道，第三顶针5可活动地插设于第二通道内，通过外力驱使第三顶针5往第二球体22方向运动；阀座6上设有分别与第一阀芯1两侧阀口11相连通的进液通道61、回液通道62和第二出液通道63，第二出液通道63相对于第一出液通道15设置，第二出液通道63如图4中虚线部分所示。高压液压油需要从进液通道61进入时，对第三顶针5施加外力，第三顶针5顶住第二球体22堵住第一阀芯另一侧的阀口11，同时第二球体22推动第一顶针3顶开第一球体21，高压油可以从打开的第一阀芯一侧的阀口11进入，此时弹簧10处于被压缩状态；高压液压油需要从回液通道62流出时，撤去对第三顶针5施加外力，弹簧10复位带动第一球体21堵住第一阀芯一侧的阀口11，同时第一球体21推动第一顶针3顶开第二球体22，高压油可以从打开的第一阀芯另一侧的阀口11进入，然后从回液通道62流出。

第二顶针4的靠近第二阀芯7处设有固定柱42，弹簧10套设于固定柱42上，且弹簧10的两端分别抵在安装槽的槽底和第二顶针4上，第二顶针4上设有容纳球体的限位槽41，第二顶针4的限位槽41的槽底为锥形结构、圆底结构或平底结构。限位槽41的槽底为锥形结构如图5中所示，圆底结构和平底结构图中未画出。

第三顶针5与第三阀芯8之间、第三顶针5与第四阀芯9之间、第一阀芯1和阀座6之间、第二阀芯7与阀座6之间、第三阀芯8与阀座6之间以及第四阀芯9与阀座6之间均设有密封件23，保证液压阀整体的密封效果。此外，第三顶针5与第三阀芯8之间和第三顶针5与第四阀芯9之间的密封件23还对第三顶针5的运动具有缓冲效果，以减少第三顶针5和第三阀芯8、第四阀芯9之间的摩擦作用。

本申请的球体密封结构不仅限于在液压阀中的应用，还可以应用于其他需要配合球体密封的结构中。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此即限制本发明的专利保护范围，凡是运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的保护范围内。