一种应用于海上打桩锤快速响应补油阀及设计方法与流程

1.本发明涉及一种打桩锤补油阀，具体涉及一种用于海上打桩锤的补油阀及设计方法。


背景技术：

2.近些年来，我国的沉桩施工技术虽然通过引入国外先进液压打桩锤设备取得了长足的进步，但目前应用于海上作业打桩锤的补油阀，是以普通补油阀为主，对于普通补油阀而言，其主要缺点有：1、最大流量受到限制，由于补油阀的结构设计，补油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。补油阀对于海上打桩锤液压系统的快速切换及响应特性起到至关重要的作用。为海上打桩锤高压大流量快速工作中选择一种液压系统的快速响应补油阀，会使其打桩锤工作性能和作业效率都得到极大的提升，便能够更好的完成海上复杂环境下的打桩，管道铺设等任务，打桩锤液压系统快速响应的补油阀已成为各国学者广泛关注的热点。其中，补油阀性能的好坏直接关系到闭式系统的性能，在一般的常用的阀控系统中，对闭式回路的补油方案通常采用动力补油，即用液压泵单独为补油泵使用，但这却增加了打桩机整体的体积与重量，并产生诸如发热等问题。另外，从补油阀本身结构出发，对补油阀阀芯、阀口、流道、阀体等进行结构及原理优化，使补油阀应用于打桩锤上能够实现低压力开启且对打桩锤负载工作能保证稳定的压力及流量，对系统做出快速响应。针对这两种不同的补油方案，在不同用途上各有一定应用，诸如动力补油方案在重型机械铲土机、挖掘机等上应用广泛，本发明提出对于海上打桩锤快速响应补油阀新构型则是对传统补油的新的补充。
3.综上所述：当液压油路系统补油方案如果采用类似的补油方式，难以将补油子系统与主系统特点相匹配，因此，有必要针对不同系统要求设计相适应匹配的补油系统结构和方式，提出一种应用于海上打桩锤快速响应补油阀。


技术实现要素：

4.本发明基于背景技术存在的技术问题，提出了一种应用于海上打桩锤快速响应补油阀及设计方法。
5.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种应用于海上打桩锤快速响应补油阀，由补油阀阀套、补油阀阀芯、补油阀弹簧、密封圈、补油阀盖板以及流道组成。补油阀阀套一端连接补油阀盖板，另一端设有进油口a，侧面设有出油口b，补油阀阀套内配合连接补油阀阀芯，补油阀阀芯内设有补油阀弹簧，补油阀弹簧两端分别与补油阀盖板和补油阀盖板连接；补油阀流道集成在补油阀阀芯和补油阀盖板的内部，用于油液流通进行补油。
7.进一步，所述补油阀阀套和补油阀盖板安装在打桩锤上。
8.进一步，所述补油阀阀套与打桩锤之间设有密封圈。
9.进一步，当补油阀不工作时，补油阀阀芯在弹簧施加的弹簧力作用下及阀芯两端
液压油施加的压力作用下处于力平衡状态时，所述补油阀的阀口开度为零，即进油口a和出油口被阀芯断开，处于非补油状态。
10.进一步，当打桩锤需要补油时，所述补油阀阀芯端口两端压力差低于25bar时，油液通过补油阀到达打桩锤体内部。
11.一种应用于海上打桩锤快速响应补油阀的设计方法，首先，对补油阀的内部结构原理、液压半桥控制原理进行分析，建立补油阀的数学模型，然后，运用amesim软件对补油阀在打桩锤组合上的动态性能进行仿真分析，分析相关参数对阀动态响应快速性的影响，最后，在仿真的基础上对阀的各级参数进行了匹配优化，完成各补油阀结构优化设计，提升补油阀的响应能力，优化补油阀的动态特性。
12.进一步，所述建立补油阀的数学模型，对补油阀关键部位进行solidworks模型搭建，包括补油阀阀套部分建模、补油阀阀芯阀芯模型的建模、补油阀弹簧的建模、补油阀盖板的建模、补油阀接头的建模等组成，为后续补油阀流场特性分析基做铺垫。
13.进一步，通过ansys软件、fluent软件和amesim软件对补油阀阀口开度，材料强度，响应特性等方面进行系统分析，从而得出所述补油阀结构图。
14.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
15.本发明通过对对补油阀进行总体的原理及构型的分析，采用包括阀套、阀芯、盖板、弹簧、弹簧座、密封圈、接头进行选型确定结构等方案，使得补油阀在响应速度、抗冲击结构等方面优势显现出来，因此，本发明通过采用快速响应的补油阀，能发挥这种补油阀在海上打桩锤上的预期优势，提高补油阀在高压大流量、快速响应、抗冲击等方面的工作性能。
附图说明
16.图1为本发明的应用于海上打桩锤快速响应补油阀总装二维平面剖视图；
17.图2为本发明的应用于海上打桩锤快速响应补油阀的补油阀原理图；
18.图3为本发明的应用于海上打桩锤快速响应补油阀的补油阀amesim原理图；
19.图中：1-补油阀阀套，2-补油阀阀芯，3-弹簧，4-密封圈，5-补油阀盖板。
具体实施方式
20.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。
21.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
22.如图1所示，一种应用于海上打桩锤快速响应补油阀，由补油阀阀套1、补油阀阀芯2、补油阀弹簧3、密封圈4、补油阀盖板5以及流道组成。补油阀阀套1一端连接补油阀盖板5，另一端设有进油口a，侧面设有出油口b，补油阀阀套1内配合连接补油阀阀芯2，补油阀阀芯2内设有补油阀弹簧3，补油阀弹簧3两端分别与补油阀盖板5和补油阀盖板5连接。补油阀流道集成在补油阀阀芯2和补油阀盖板5的内部，用于油液流通进行补油。
23.补油阀阀套1和补油阀盖板5安装在打桩锤上。补油阀阀套1与打桩锤之间设有密封圈4。
24.结合补油阀在海上打桩锤上的原理图2，当补油阀不工作时，补油阀阀芯在弹簧3施加的弹簧力作用下及阀芯两端液压油施加的压力作用下处于力平衡状态，阀口开度为零，因此a口与b口没有接通，系统没有进行补油；随着打桩锤内压力降低至25bar时，弹簧3一端阀芯受到的力低于打桩锤缸体端阀芯所受到的力，因此阀芯压缩弹簧3向上移动，进油口a端与出油口b端连通，对打桩锤内部进行补油。随着补油的进行，在弹簧3及阀芯油液压力作用下两端的力再次达到平衡状态，a口与b口被阀芯断开，补油阀的一个工作周期结束。如图2所示，基于补油阀在海上打桩锤上的原理图，当打桩锤需要补油时，油液由油箱经管路到达补油阀，补油阀不工作时，由于弹簧端油液接触面积与b端出口处油液接触面积不等，在弹簧力作用下，阀芯两端受力平衡，当补油阀阀芯端口两端力差低于25bar时，油液通过补油阀到达打桩锤体内部。
25.如图3所示，通过对补油阀的内部结构原理、液压半桥控制等原理的分析，补油阀的工作原理，建立补油阀的数学模型，运用amesim软件对其性能进行仿真分析，分析相关参数对阀动态响应快速性的影响，在仿真的基础上对阀的各级参数进行了匹配优化，完成各补油阀结构优化设计。通过对选配方案阵列，提升补油阀的响应能力，优化补油阀的动态特性。
26.建立补油阀的数学模型，对补油阀关键部位进行solidworks模型搭建，包括补油阀阀套部分建模、补油阀阀芯阀芯模型的建模、补油阀弹簧的建模、补油阀盖板的建模、补油阀接头的建模等组成，为后续补油阀流场特性分析基做铺垫。
27.通过ansys软件、fluent软件和amesim软件对补油阀阀口开度，材料强度，响应特性等方面进行系统分析，从而得出所述补油阀结构图。对传统海上打桩锤补油阀弊端的补充完善，形成一种满足补油阀在环形阀组上高压、大流量、快速响应等特性的新方案。
28.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。