專利名稱：內保險、大流量、高壽命三用閥的制作方法
技術領域：
本實用新型(
圖1)屬于煤礦井下外注式單體液壓支柱(以下簡稱支柱)控制用閥的技術領域(見附件1)，它由進液閥
圖1中的A、卸載閥
圖1中的B和安全閥
圖1中的C，三者組合為一體。故稱之為三用閥。
前一階段在支柱中大量推廣應用的三用閥是DZF型(圖6)。多年實踐證明，由于該閥的某些元件在設計結構上不合理，使它的安全性能差，壽命低，曾發生多起斷裂飛出打死人的事故，在工廠調試時也有斷裂傷人事故發生。為了杜絕DZF型三用閥斷裂傷人事故再次發生，91年元月中國統配煤炭總公司在邢臺召開了改進DZF型三用閥的會議(附件2)。改進的主要內容是增加外保險。目前試用的改進型三用閥有DZF·OOB型，簡稱B型(圖2)，GDZF型(圖3)，DZAF型(圖4)與BF2型(圖5)共四種。前三種改進型三用閥在結構上的共同點，是各自增設一種不同的外保險裝置，而其內部結構都是DZF型。即它們內部結構，把DZF型的斷裂隱患都保留了下來。斷裂隱患最薄弱的環節在它的連接螺桿(圖號是609)上。即一是在連接螺桿的螺紋退刀槽(圖號是6091)處，此處壁厚只有2.25mm，當三用閥的載荷達到一定值時，此處首先斷裂，必然要飛出傷人。二是連接螺桿兩端M16×1的螺紋(圖號是6092、6093)經常脫扣，飛出傷人。
下面，分別分析一下各種外保險三用閥的外保險裝置。
B型外保險(圖2)，專利號是91205582.0它的結構是把左閥筒201的左端增設一段矩形內螺紋，在注液閥體202上增設一段矩形外螺紋，安裝時將外螺紋松松地旋入內螺紋。同樣，在另一端，將右閥筒218增設一段矩形內螺紋，又在安全閥套219的左端增設一段矩形外螺紋，安裝時是將內螺紋松松地旋入外螺紋。其作用是防止三用閥的內部另件斷后飛出傷人。
GDZF型外保險(圖3)。
其結構是在左閥筒301內安裝一個彈性擋圈319，又在安全閥套310的右端增加一個擋掛318，為增設擋掛，只有將中間的連接螺紋M36×1.5改到右端311處，其作用也是防止三用閥的內部另件斷后，不能飛出傷人。
DZAF型外保險(圖4)，專利號是90102547X。
其結構是在左閥筒401上增設了一個U型肖子423，又在安全閥410的右端增設一個擋掛螺帽424，為了把424裝進去，又把右閥筒418上增設一個大螺帽425，其作用也是當三用閥內部另件斷后防止飛出傷人。
以上各種增加外保險的改進型三用閥，當內部另件斷裂后，由外部專設的另件擋住，不飛出傷人，它們只能防止人身事故，不能防止機械事故。
此外，現有技術三用閥中的安全閥，它的流量小，壽命低。如B型、GDZF型及DZAF型，它們的安全閥的結構是平面密封與針閥，圖2中的212，最大溢流斷面為2121，(φ2減φ1.5)是個固定值1.37mm2，安全閥在開大或開小時均不能改變，最大溢流量為3L／min，屬于小流量，此結構屬于單級密封。閥的起落高度不能開大，開大后密封被沖刷變形或被沖走。
再看現有技術BF2，屬中流量安全閥。它的結構是柱塞式與“O”形圈密封，如圖5中的513，最大溢流面積(4孔φ1)圖5中的509，是個固定值3.1416mm2，安全閥開大或開小時也不能改變。最大溢流量為≤16L／min。此結構最大弱點是“O”形圈做密封，屬于單級密封，抗煤粒污染性能很差，壽命低，機械加工很困難，靈敏度差。
再看現有技術西德新三用閥中的大流量安全閥(圖9)。
最近查到西德礦山雜志92年第8期刊登出SZK型單體液壓支柱，它配用一種新研制的三用閥，見附件3(簡稱SZKF型)，該閥中的安全閥是氣體彈簧918，安全閥的溢流量大于70L／min(舊安全閥的溢流量為10～15L／min)，此安全閥的結構也是柱塞912與“O”型圈913。此結構的弱點，與BF2相同。根據西德的歷史資料核定，912柱塞的外徑為φ8mm內徑φ5mm；安全閥的最大溢流面積(鉆孔9121，孔數12個孔徑φ1mm或8孔φ1.2mm)固定為9.4mm2或9mm2。
本實用新型的目的，是提供一種內保險，大流量、高壽命三用閥，代替現有各種三用閥，使三用閥的安全性能和技術性能得到根本的改變和突破。確保煤礦安全生產。而且壽命提高一倍為煤炭工業增加很大的經濟效益。
本實用新型的技術特征是內保險防飛的結構，大流量安全閥的結構，高壽命多級密封的結構，具體寫述如下一、本實用新型內保險技術(
圖1)內保險防飛結構的特點根據單體液壓支柱保險壓力(現定為100～140MPa)的要求，在三用閥內部一個另件上選定一個斷面，設有專斷的斷面作為內保險結構。當三用閥內部的液壓上升到保險壓力(100～140MPa)時，此斷面產生變形或斷裂，斷后，有內部另件擋住，不能飛出。
注三用閥的常用額定壓力，根據單體液壓支柱的要求，一般為40MPa。
要想研制內保險，必須設計高強度的三用閥，要想達到高強度，必須消除現有技術，DZF型、B型、GDZF、DZAF等三用閥中的薄弱斷面，因此本新型重新設計了一種“三連螺桿”如
圖1中的109所示。即將圖6中的602、609、611三件設計為一個零件。這使新設計的三用閥各部另件達到了高強度。(見附件4三連螺桿的強度計算)，其耐壓強度達到160MPa時才開始變形，達到200MPa斷裂。有了這個先決的條件才能研制內保險。
內保險的具體結構如下選定安全閥套
圖1中的110，在它左端M16×1.5(1101)的內螺紋退刀槽處，1103設為專斷的斷面，將此處的外徑車為φ21－0.021，寬為4.5mm。將其內徑車為φ17＋0.07，寬為4.5mm。為了調整該斷面的承壓強度，根據不同的材質，在該斷面上鉆有不同直徑的鉆孔；(見附件5內保險斷面的強度計算)。
(1)2cr13調質HB200－240；鉆孔6個φ3(2)3cr13調質HB240－270；鉆孔6個φ4當三用閥內部液壓上升到100～140MPa的范圍內，即在專斷的斷面上(1103)產生變形或斷裂。斷后安全閥套左端1102外徑為φ22，飛不出101左閥筒1011處φ21.5的內孔。閥套的中部有突出的外緣1104被右閥筒1171擋住，不能飛出傷人。將兩套本新型三用閥的樣機經過測試，當液壓升到110～120MPa時，專斷處的φ4；φ3的鉆孔產生變形，三用閥漏液，符合內保險的設計要求。(見附件6新型三用閥測試報告)。
注也可在
圖1的1012斷面設為專斷的斷面。
二、本實用新型大流量安全閥的結構與性能大流量結構的特點，一種特制的園形橡膠骨架平面密封，圖7中(或
圖1中)的113，密封的中心孔穿過一個特制的螺釘112，將骨架密封固定在安全閥的導向體114槽中，密封骨架1131的外園卡在導向體的內園之中，密封的表平面1132又被卡在導向體之中，因此密封在開閉時，開大或開小毫無軸向竄動，又無徑向移動。
大流量安全閥的密封結構硫化在特質橡膠中的骨架，此骨架的形狀與材質是圓形的金屬絲網或尼龍絲網，絲網的材質與層數，由高壓或低壓來選定或增減。此結構可移植到煤礦液壓支架的安全閥上使用。
本安全閥的溢流時(見圖8)溢流的環形面積(πd1h)跟隨閥的開啟高度h，可以增大或減少，因此可為小流量、中流量、大流量，最大溢流面積A≈π×4.7×1＝14.7mm2(相當BF2的4.7倍；相當SZKF的1.5倍)。
本安全閥的溢流量經過測試，Q＝12.8～15L／min，超調值δ≈10％，最大溢流量為40～63L／min。
三、本實用新型達到高壽命的結構主要是將現有的技術的單級密封副，創新為多級密封副。
多級密封副的結構，如圖7所示，就是在109鋼質閥座的密封平面上，車有凹字形(或凸字形)的環形溝槽，溝槽的斷面一般為梯形或半圓形，溝槽的寬度與深度，根據煤粉顆粒的大小而定，寬度一般為0.5－0.7mm，深度為0.3－0.4mm。當113密封受壓時，橡膠被壓入閥座109的環形溝槽之中，自動形成①、③、⑤三個環形平面密封與②、④兩個園錐面密封，共五個密封面，本三用閥中的進液閥、卸載閥、安全閥均設有多級密封副。
為了進一步提高密封的工作壽命，本技術加大了密封的壓縮量，由0.2mm增大到0.35mm，為了防止橡膠受壓過大，產生永久變形，失去彈性，本技術特別設計有適當的退讓空間如圖7中的1141，當橡膠密封在軸向壓縮過大時，在徑向方向有適當的退讓空間(即有退讓量)，這會保持密封有良好的回彈性，故密封可達高壽命。(退讓空間的斷面，進液閥＝3×0.2；卸載閥＝3.5×0.2；安全閥＝1.2×0.2，單位毫米)。
經過3000次壽命測試，密封性良好，折檢后發現橡膠密封上有5顆大小不等的銅屑，但在40MPa的液壓中，密封性能依然良好。
本實用新型與現有技術對比有如下優點一、內保險比外保險的優點1、每套三用閥另件種數的對比外保險B型為12種；GDZF為13種；DZAF為15種。內保險為11種。(不包括通用件與標準件)。若將外保險三用閥改用內保險技術每套可節省0.5～1元，全國每年生產約100萬套，即可節省50萬元以上。
2、外保險的擋圈或螺紋在煤礦井下被污染后，銹蝕，很難拆卸，為檢修增加困難，增加經費，尤其是B型三用閥，它的外保險螺紋被銹蝕后，有一部份拆不出來。因此報廢。內保險無此問題，安裝檢修方便。
3、尤其是外保險目前存在一個不好解決的問題，就是卸載閥在卸載時，卸流的液體被擋圈或螺紋擋住，因此噴出時亂射，射到操作工人的身上，影響健康。內保險無此問題。
4、內保險的保險液壓范圍，在設計時，可以根據支柱的保險液壓要求，可以提高或降低，其作用是保護支柱的安全。外保險無此功能。
二、本實用新型大流量高壽命安全閥的優點1、大流量安全閥的功能，當支柱受到特大的液壓沖擊時，保護支柱與三用閥均不超過1.5倍的額定壓力，因此保護支柱與三用閥既不出機械事故，又不出人身事故。
2、本實用新型的多級密封副有五個密封面，故工作壽命比現有技術單級密封提高一倍以上。本三用閥中的進液閥、卸載閥、安全閥都應用了多級密封的技術，因此工作壽命比現有各種三用閥提高一倍以上。
3、本多級密封副中，特設有嵌芷煤粉的溝槽，因此有抗煤粒污染的特性。現有技術均無此功能。
三、本大流量安全閥與西德SZKF安全閥對比西德SZKF安全閥只有大流量，它的密封結構為“O”形圈，屬于單級密封，壽命低，抗煤粒污染性能差。本安全閥不但有大流量，還有高壽命與抗污染的性能，因此，超過了SZKF的水平。
SZKF安全閥選用氣體彈簧，有靈敏度好的優點，但結構復雜，加工精度高，制造、使用、檢修很困難，造價高，還需要設置充氮氣的設備，不適應在采煤工作面的單體液壓支柱中使用，(西德應用在巷道中)。本安全閥采用元柱螺旋彈簧，選價低，檢修、使用、推廣方便。
四、總的經濟效益對比本三用閥由于加工了多級密封副，增加了加工量，故每套售價比現有三用閥約貴3元，但工作壽命提高一倍，(每套閥的售價為75－80元)。每套閥每年每減少一次檢修就可節省20－30元。全國每年生產約100萬套，因此本實用新型的社會經濟效益很大。
下面，將附圖作一說明
圖1是內保險、大流量、高壽命三用閥的結構剖面圖圖2是DZF·OOB型單體支柱保險型三用閥結構剖面圖圖3是GDZF型改進型單體支柱三用閥結構剖面圖圖4是DZAF型單體支柱安全三用閥結構剖面圖圖5是BF2型保險二型三用閥結構剖面圖圖6是DZF型單體支柱三用閥結構剖面圖圖7是
圖1的密封副局部放大圖圖8是
圖1的安全閥溢流面積放大圖圖9是西德SZKF型三用閥的結構剖面圖
圖1中的序號101左閥筒，1011左閥筒內孔φ21.5，1012左閥筒密封圈斷面，109三連螺桿，110安全閥套，1101閥套左端內螺紋，1102閥套外徑φ22，1103閥套保險專斷面，1104閥套中部外緣，112中心螺釘，113骨架密封，114安全閥導向體，1171右閥筒第1部位。
圖2中的序號201左閥筒，202注液閥體，212平面密封與閥針，2121安全閥溢流斷面，218右閥筒，219安全閥套。
圖3中的序號301左閥筒，310安全閥套，311連接螺紋，318擋掛，319彈性擋圈。
圖4中的序號401左閥筒，410安全閥套，418右閥筒，423U型肖子，424擋掛螺帽，425大螺帽。
圖5中的序號509安全閥溢流孔，513“O”形圈密封。
圖6中的序號602壓緊螺套，609連接螺桿，6091連接螺桿薄弱斷面，6092連接螺桿左端螺紋，6093連接螺桿右端螺紋，611安全閥座。
圖7中的序號109安全閥座，112中心螺釘，113骨架密封，114安全閥導向體，1131密封的骨架，1132密封的表平面，1141退讓空間，①②③④⑤為多級密封面。
圖9中序號912柱塞，913“O”型圈，918氣體彈簧，9121柱塞上的鉆孔(安全閥溢流孔)
權利要求1.一種內保險、大流量、高壽命三用閥，屬煤礦外注式單體液壓支柱控制用閥，也適用于相似工況下的其它液壓閥，該三用閥由進液閥、卸載閥和安全閥(以下稱三種閥)組成，其特征是在三用閥內部的某個另件上設有專斷的斷面作為內保險結構，在專定的液壓范圍內，此斷面斷后，有內部另件擋住不能飛出；大流量安全閥的結構特點是一種特制的橡膠骨架平面密封，骨架外園和密封平面卡在安全閥的導向體中，密封的中心用特制的螺釘固定在導向體的槽中；高壽命的結構特點是在鋼質閥座的密封面上，有凹或凸的環形溝槽，在壓力作用下，形成多級密封面的密封副。
2.根據權利要求1所述的內保險、大流量、高壽命三用閥，其特征是內保險結構需用三連螺桿代替原DZF型三用閥的壓緊螺套，連接螺桿及安全閥座。
3.根據權利要求1所述的 內保險、大流量、高壽命三用閥，其特征是大流量安全閥的密封件的結構是硫化在特質橡膠中的骨架，此骨架的形狀與材質是園形的金屬絲網或尼龍絲網，絲網的材質與層數，由高壓或低壓來選定或增減。
4.根據權利要求1所述的內保險、大流量、高壽命三用閥，其特征是三種閥的鋼質閥座的密封面上的環形溝槽的斷面形狀，可以是半園形，梯形或矩形，安全閥鋼質閥座的密封面設有等差平面，三種閥的密封均設有適當的退讓空間。
專利摘要本實用新型是一種內保險、大流量、高壽命三用閥，屬煤礦單體液壓支柱控制用閥。該閥有內保險結構，在安全閥套左端螺紋退刀槽處將外徑車小，設為內保險斷面，并把壓緊螺套、連接螺桿、安全閥座設制為一件高強度的三連螺桿；該閥有大流量安全閥結構即特制的橡膠骨架平面密封，它被卡在導向體的內槽中，中心用螺釘固定；該閥有高壽命的密封副在鋼質閥座的密封平面上車有環形溝槽，橡膠密封在受壓時被壓入槽中組成多級密封副。
文檔編號E21D15/51GK2134487SQ9222679
公開日1993年5月26日 申請日期1992年7月1日 優先權日1992年7月1日
發明者胡其廉 申請人:胡其廉