一种带流量检测的单向阀及流量检测方法

技术领域

本发明涉及单向阀技术领域，尤其涉及一种带流量检测的单向阀及流量检测方法。

背景技术

目前的单向阀不带自动检测流量装置，如果需要检测通过单向阀的流量，则通常使用量杯和秒表或者是涡轮流量计，通过检测系统内的整体流量来大致判断出通过单向阀的流量，无法精确并快捷的检测出通过单向阀的油液流量，而是通过经验值来判断，则会因为液压元器件的泄露或者液体在管路中的压力损失等原因，使判断出的流量值与实际值误差较大。

但是在某些特定的液压系统中，我们需要精确的知道通过单向阀进入到液压系统的液体流量，以便提升液压系统的稳定性，防止因单向阀使用寿命过长或损坏而发生泄露时，造成液压系统压力不足或不稳定，进而引发安全事故发生，因此现有的单向阀应用到液压系统存在很大的隐患。

发明内容

本发明的目的在于，解决上普通单向阀存在的不足，提供一种带流量检测的单向阀，及单向阀流量检测方法，可以实时精确并快捷的检测到通过单向阀的油液流量，增强对液压系统工作时的整体把控能力。

本发明的技术方案是：一种带流量检测的单向阀，包括左阀体、右阀体、阀芯和测距杆；左阀体、右阀体相互连接组成阀体，阀体的中轴线上开有相互贯通的进油道、阀芯安装孔、挡环安装孔、及出油道，进油道延伸至右阀体，阀芯安装孔为阶梯状，阀芯安装孔包括依次相互连接的锥面孔、圆柱孔一、圆柱孔二，锥面孔左端与进油道连通，且内径由左端至右端逐步增大，圆柱孔二的内径与阀芯的外径匹配，圆柱孔一的内径大于圆柱孔二的内径，锥面孔的左端的内径等于阀芯的外径，阀芯装入阀芯安装孔后，经挡环限位在阀芯安装孔内；测距杆由两个水平杆、连接于两个水平杆之间的竖直杆组成，一水平杆水平伸出阀体外、另一水平杆与阀芯连接，阀体内设有用于安装测距杆的安装孔，安装孔包括安装孔一、安装孔二，安装孔一设于左阀体上，且与左阀体中轴线平行、与安装孔二贯通，安装孔二由两个半圆柱孔组成，两个半圆柱孔对应设于左阀体与右阀体的相对面上，安装孔二与阀体中轴线垂直、与进油道相交并连通。

所述安装孔一由左至右均布有五个安装槽，五个凹槽内分别装有防尘圈、斯特封、支承环一、Y型密封圈、支承环二；相邻两所述安装槽之间的间距最小为5mm。

所述测距杆外有一层镀铬；伸出阀体外的水平杆上设有刻度线，当阀芯完全关闭时，水平杆上的零刻度线与左阀体外侧面平齐。

所述进油道为阶梯状，进油道包括依次连接的孔径逐步减小的锥孔一、柱面孔一、柱面孔二，柱面孔一孔径大于锥孔一小口端的孔径，小于锥孔一大口端的孔径，柱面孔二孔径小于柱面孔一，小于或等于锥面孔的小口端的孔径；出油道为阶梯状，出油道包括柱面孔三、孔径逐步增大的锥孔二，柱面孔三孔径大于锥孔二小口端的孔径，小于锥孔二大口端的孔径，柱面孔三的孔径大于挡环安装孔的孔径。

所述阀芯包括一端为中空结构的阀芯本体、弹簧，弹簧装于中空结构与挡环之间，阀芯本体外壁开设多个与中空结构贯通的通孔。

所述挡环为阶梯圆柱面，一端与外径与弹簧内径匹配，另一端外径与挡环安装孔匹配。

左阀体、右阀体相对端设有凸环，凸环上设有对应的螺孔，并经螺栓、螺母将左阀体、右阀体装配在一起；右阀体凸环端面上设有环形槽，环形槽内装有O型密封圈。

所述锥面孔的倾斜面与水平面之间的夹角为45°。

油液流量具体计算公式如下：

1)单向阀处于关闭状态，测距杆上的读数m＝0时：

阀芯紧贴在阀芯安装孔锥面孔左端口处，油液无法从进油道通过阀芯安装孔流到出油道，被测量油液流量q＝0；

2)单向阀处于部分打开状态，测距杆上的读数m处于0～AD(AD是为锥面孔的深度，且AD＝AC×sin45°)之间时；

其中：q：通过单向阀的瞬时油液流量；

EF：阀芯2的外径；

AC：锥面孔的孔壁的长度

P

P

μ：油液的动力粘度(一般取0.1Pa·s)；

3)单向阀处于最大打开状态，测距杆5上的读数m≥AD时：

式中：q：通过单向阀的瞬时油液流量；

GH：阀芯安装孔圆柱孔一的内径；

CD：阀芯与阀芯安装孔的锥面孔的孔壁之间的最大间隙，CD＝AD，AD＝AC×sin45°；

CG：阀芯安装孔圆柱孔一的深度；

μ：油液的动力粘度，取0.1Pa·s；

P

P

一种单向阀流量检测方法，包括上述技术方案中任意一技术方案所述的单向阀，该流量检测方法包括以下步骤：

1)测量阀芯的外径值EF；以及芯安装孔的锥面孔孔壁的长度值AC、圆柱孔一的内径GH，圆柱孔一的孔深度值CG；

2)根据公式AD＝AC×sin45°，得到锥面孔的深度值AD；

3)将测距杆固定在阀芯顶端后，整体先装入右阀体，阀芯右端通过挡环限位，然后将测距杆穿过左阀体上的安装孔，最好将左阀体与右阀体连接固定，得到完整的单向阀；

4)将步骤3)装配好的单向阀安装在液压系统的内；

5)在液压系统正常使用中，对单向阀的流量进行实时检测：

当测距杆上的读数0

其中：q：通过单向阀的瞬时油液流量；

EF：阀芯的外径；

AC：锥面孔的孔壁的长度；

P

P

μ：油液的动力粘度(一般取0.1Pa·s)；

当测距杆上的读数m≥AD时，此时单向阀已经完全打开，此后通过该阀的油液流量已经不变，按照公式以下公式计算单相阀的油液流量，

其中：q：通过单向阀的瞬时油液流量；

GH：阀芯安装孔圆柱孔一的内径；

CD：阀芯与阀芯安装孔的锥面孔的孔壁之间的最大间隙，CD＝AD，AD＝AC×sin45°；

CG：阀芯安装孔圆柱孔一的深度；

μ：油液的动力粘度，取0.1Pa·s；

P

P

与现有技术相比，本发明带自动检测流量的功能，可以实时精确并快捷的检测到通过单向阀的油液流量，增强了对液压系统工作时的整体把控能力。

附图说明

图1是本发明在不工作时(关闭状态时)的结构示意图；

图2是本发明在工作时阀口开到最大时的结构示意图；

图3是本发明油液的流动方向示意图；

图4是本发明阀体的结构示意图；

图5是本发明局部结构示意图；

图6是本发明的局部放大图一；

图7是本发明的局部放大图二；

图8是本发明应用于液压系统的结构图；

图中：1、右阀体；2、阀芯；3、弹簧；4、挡环；5、测距杆；6、安装槽一；7、安装槽二；8、安装槽三；9、安装槽四；10、安装槽五；13、阀芯安装孔；14、进油道；15、出油道；16、左阀体；17、O型密封圈；18、油泵；19电磁阀；20、溢流阀；21、油缸。

具体实施方式

图1、图2、图3中，本发明包括右阀体1、左阀体16、阀芯2、与阀芯2相连接的测距杆5、弹簧3、挡环4；左阀体16、右阀体1相互连接组成阀体，阀体的中轴线上开有相互贯通的进油道14、阀芯安装孔13、挡环安装孔、及出油道15，进油道14延伸至右阀体1，阀芯安装孔13为阶梯状，包括依次相互连接的锥面孔、圆柱孔一、圆柱孔二，锥面孔左端与进油道14连通，且内径由左端至右端逐步增大，圆柱孔二的内径与阀芯2的外径匹配，圆柱孔一的内径大于圆柱孔二的内径，锥面孔的左端的内径等于阀芯2的外径，阀芯2装入阀芯安装孔13后，经挡环4限位在阀芯安装孔13内；测距杆5由两个水平杆、连接于两个水平杆之间的竖直杆组成，一水平杆水平伸出阀体外、另一水平杆与阀芯2连接，阀体内设有用于安装测距杆5的安装孔，安装孔包括安装孔一、安装孔二，安装孔一设于左阀体16上，且与左阀体16中轴线平行、与安装孔二贯通，安装孔二由两个半圆柱孔组成，两个半圆柱孔对应设于左阀体16与右阀体1的相对面上，安装孔二与阀体中轴线垂直、与进油道14相交并连通；安装孔一由右至左均布有五个安装槽(6～10)，为防止油液外卸，其中安装槽一6用于放置支承环二，起到支承的作用，防止测距杆5由于细长而导致弯曲，造成阀芯的卡滞；安装槽二7用于放置Y型密封圈，起到密封的作用，防止漏油，而且Y型密封圈的凹槽可以抵抗一定的油压使密封效果更好；安装槽三8用于放置支承环一，与安装槽一6内的支承环二作用相同，这样可以在两个支承环的作用下，使支承效果更好；安装槽四9用于放置斯特封，起到密封的作用，防止漏油；安装槽五10用于放置防尘圈，用于防止外部灰尘进入阀芯；相邻两所述安装槽之间的间距最小为5mm，当间距小于5mm时，如果油压过大，容易使安装槽变形，从而损坏密封元件；但当间距太大时，浪费材料和空间，因此选用5mm的间距，密封效果俱佳。

阀芯2包括一端为中空结构的阀芯本体、弹簧3，阀芯本体外壁开设多个与中空结构贯通的通孔；挡环4为阶梯圆柱面，一端与外径与弹簧3内径匹配，另一端外径与挡环安装孔匹配，挡环4通过螺纹固定在阀体内的挡环安装孔上，弹簧3一端套在挡环4上，另一端抵在阀芯2的内孔底面，这样在不工作时，弹簧属于压缩状态。

测距杆5与阀芯2通过焊接在一起，其中为防止生锈，也为提高测距杆5的使用寿命，使其可以在安装孔内自由移动，故在测距杆5的表面做镀铬处理；伸出阀体外的水平杆上设有刻度线，当阀芯2完全关闭时，水平杆上的零刻度线与左阀体16外侧面平齐。

在正常不工作时，由于弹簧3的作用，阀芯2被压紧贴在阀芯安装孔13锥面孔左端口处，使油液无法从进油道14通过阀芯安装孔13与阀芯2之间的间隙流到出油道15，使单向阀处于关闭状态；当油液进入到进油道14，并逐渐加压，使进油道14处的油液压力达到单向阀的启动压力后(即油液压力大于弹簧的弹力后)，在油压的作用下，推开阀芯2，使阀芯2与阀芯安装孔13锥面孔左端口脱离，于是油液便从进油道14通过阀芯2与阀体口13之间的间隙流到出油道15；然后通过测距杆5上的读数读出通过该阀的油液流量与压力。

图4中，进油道14为阶梯状，进油道14包括依次连接的孔径逐步减小的锥孔一、柱面孔一、柱面孔二，柱面孔一孔径大于锥孔一小口端的孔径，小于锥孔一大口端的孔径，柱面孔二孔径小于柱面孔一，小于或等于锥面孔的小口端的孔径；出油道15为阶梯状，出油道15包括柱面孔三、孔径逐步增大的锥孔二，柱面孔三孔径大于锥孔二小口端的孔径，小于锥孔二大口端的孔径，柱面孔三的孔径大于挡环安装孔的孔径；左阀体16、右阀体1相对端设有凸环，凸环上设有对应的螺孔，并经螺栓、螺母将左阀体16、右阀体1装配在一起；右阀体1凸环端面上设有环形槽，环形槽内装有O型密封圈17。

图5中，锥面孔的倾斜面与水平面之间的夹角为45°。

通过测距杆5的读数m计算出通过该阀的油液流量，具体计算方法如下：

1)在单向阀处于关闭状态时(m＝0)，因为单向阀处于关闭状态，阀芯2的开度为0，油液无法从进油道14通过阀芯安装孔13流到出油道15，被测量油液流量q＝0；

2)油压增大，单向阀处于打开状态，即m处于0～AD时(AD是为锥面孔的深度，且AD＝AC×sin45°)：

随着阀芯的右移，m逐渐增大，通过该单向阀的油液流量q逐渐增大，流量q

根据公式：

其中：q：通过单向阀的瞬时油液流量；

B：垂直于图面的缝隙宽度；

h

h

P

P

L：锥面缝隙长度；

μ：油液的动力粘度(一般取0.1Pa·s)；

当阀芯2打开至于E点共面时，换算过程如下：

A、E、D三点共线，h

AE为阀芯2的当前的移动距离，即为测距杆上的读数m，因此L＝AD-AE＝AD-m；∠CAD＝45°，AD＝CD＝AC×sin45°，L＝AC×sin45°-m，h

经过换算得到通过该阀的油液流量：

3)油压继续增大，阀芯继续向右移动，此时单向阀处于最大打开状态，测距杆5上的读数m≥AD时：

此时不论进油道的油压是否增大，不论此时阀芯是否持续向右移动，通过该单向阀的油液流量q已经保持不变，其值如下公式：

式中：q为通过单向阀的瞬时油液流量；GH为阀芯安装孔13圆柱孔二的内径；CD为阀芯2与阀芯安装孔13的锥面孔的孔壁最大间隙，CD＝AD，AD＝AC×sin45°；CG为阀芯安装孔13圆柱孔二的深度；μ为油液的动力粘度，取0.1Pa·s；P

图6、图7中，Y型密封圈的Y型槽正对阀芯2一侧，当有油液流过时，在油压的作用下使Y型槽劈开，从而阻挡油液流过，起到密封的作用。

图8为本发明单向阀应用于液压系统的实施例，油箱出油口的油管依次经油泵18、本发明设计的单向阀、电磁阀19后输送至油缸21的两个进油口上，单向阀与电磁阀19之间的油管上引出的支路管经溢流阀20后与油箱回油口连通；单向阀两个端口上分别设压力表。

本发明单向阀的流量检测方法包括以下步骤：

1)测量阀芯2的外径值EF；以及芯安装孔13的锥面孔孔壁的长度值AC、圆柱孔一的内径GH，圆柱孔一的孔深度值CG；

2)根据公式AD＝AC×sin45°，得到锥面孔的深度值AD；

3)将测距杆5固定在阀芯2顶端后，整体先装入右阀体1，阀芯2右端通过挡环4限位，然后将测距杆5穿过左阀体16上的安装孔，最好将左阀体16与右阀体1连接固定，得到完整的单向阀；

4)将步骤3)装配好的单向阀安装在液压系统的内；

5)在液压系统正常使用中，对单向阀的流量进行实时检测：

当测距杆5上的读数m

其中：q：通过单向阀的瞬时油液流量；

EF：阀芯2的外径；

AC：锥面孔的孔壁的长度；

P

P

μ：油液的动力粘度(一般取0.1Pa·s)；

当测距杆5上的读数m≥AD时，此时单向阀已经完全打开，此后通过该阀的油液流量已经不变，按照公式以下公式计算单相阀的油液流量，

其中：q：通过单向阀的瞬时油液流量；

GH：阀芯安装孔13圆柱孔一的内径；

CD：阀芯2与阀芯安装孔13的锥面孔的孔壁之间的最大间隙，CD＝AD，AD＝AC×sin45°；

CG：阀芯安装孔13圆柱孔一的深度；

μ：油液的动力粘度，取0.1Pa·s；

P

P

通过本发明的单向阀随时监测出油缸在任意时刻的油液流量，根据公式：v

当将图8中的单向阀换成不带流量检测的普通单向阀时，在对液压系统的油缸进行试验，尤其是对有缓冲的油缸进行实验时，计算油缸的缓冲速度(即为油缸活塞的缓冲时间)是必须的，根据公式t

其中：t

v

s

a

而通过这种计算方法得到的速度是平均速度，不是瞬时速度，因为在实际工况中，活塞在缓冲行程的两端各有一个加速阶段和减速阶段；所以通过这种计算方法得到的缓冲速度是有误差的。