一种液压打桩系统插装阀及其动态输出控制方法
技术领域
本发明涉及液压打桩设备技术领域，尤其涉及一种液压打桩系统插装阀及其动态输出控制方法。
背景技术
目前，在建筑桩基施工过程中，经常需要使用打桩锤进行桩基沉桩施工，常用的打桩锤有液压锤、液压振动锤、柴油锤等，由于打桩机属高载荷动态震动设备，因此其插装阀大流量动态输出控制方法设计具有特别高的要求。特别是重型工程设备、大型海洋工程设备，由于施工环境恶劣、连续作业时间长等原因，对插装阀工作的稳定性和安全性提出了更高的要求，而现有技术难以满足。
随着经济社会的发展，跨海大桥、海上风电、陆地特大桥、超高层建筑等大型建筑工程项目越来越多，这些大型工程建筑所需的重型施工设备的需求也越来越突出。但是，由于我国重型工程施工设备起步较晚，在诸多方面都存在着问题，大量核心技术被国外企业垄断，其中就包括重型桩基施工设备的插装阀大流量动态输出控制方法，该技术可使处于野外、恶劣作业条件下的重型施工设备保持安全、稳定的长期、连续施工，大幅降低在长期、连续施工时产生的设备故障率，可保障工程质量及进度。
在液压打桩锤的液压打桩系统中，采用的是差动控制油路，使得油缸上行时，油缸上腔排油稳定，当油缸下行时，需要连通油缸的上下腔，而且线性速度达到5m/s以上，使得上下腔连通时通过控制阀的流量成几倍增大。为了达到大流量的控制切换，一般采用电磁阀和普通插装阀组合形成控制阀组，从而进行换向切换，但是这样势必增加了油路的复杂性，同时减低了系统的可靠性。在经过多级控制后，使得控制响应速度慢，从而使得整个液压打桩系统需要较高的打击频率。
现有技术中，本发明人早前公开的一种液压打桩系统及其插装阀[申请号：CN201610480824.2]，其包括包括控制盖板、阀芯、阀套、复位弹簧、阀芯导向套；其阀芯通过阀套套入控制盖板内，由于阀套为细长薄壁型结构，而且装配精度要求较高，较长的阀套加工和装配不方便，在使用过程中，由于液压打桩系统中的插装阀属于动态振动结构，套入控制盖板内部一段的阀套容易造成形变，从而容易造成卡阀芯，影响设备在长期、连续施工时的正常工作，不能较好的保障工程质量及进度。
发明内容
本发明的目的在于针对上述的不足，提供一种液压打桩系统插装阀及其动态输出控制方法，该液压打桩系统插装阀将现有技术中套入控制盖板内部一段的阀套与控制盖板一体成型形成阀盖，避免阀套在使用过程中变形，从而避免卡阀芯，另外阀套改成只有现有技术中控制盖板外部的一段，使阀套改短，方便阀套的加工与装配，节约成本，提高生产效率；该方法采用双向压力控制，响应速度快，只需较少压力油即可控制插装阀，且换向动作与流通油液的动力特性无关，且满足差动系统中的流量控制差异，提高设备运行稳定性、降低故障率。
其技术方案如下：
一种液压打桩系统插装阀，包括阀芯、复位弹簧、阀套、阀盖，所述阀盖具有第一滑腔，所述阀套具有轴向通孔，所述阀套的上端与所述阀盖的下端密封连接，并且所述阀套的轴向通孔与所述阀盖的第一滑腔连通形成轴向滑腔，所述阀芯通过所述复位弹簧安装在所述轴向滑腔内，所述复位弹簧的两端分别与所述阀芯、阀盖连接；所述阀芯由上往下依次包括第一段阀芯、阀芯突起、第二段阀芯，所述阀芯突起位于所述第一段阀芯、第二段阀芯之间，所述阀芯突起周向与所述轴向滑腔密封滑动连接，所述阀芯突起的上端面、第一段阀芯与所述轴向滑腔形成第一密封容腔，所述阀芯突起的下端面、第二段阀芯与所述轴向滑腔形成第二密封容腔，所述阀盖上设有第一油道、第二油道，所述第一油道、第二油道分别与所述第一密封容腔、第二密封容腔连通；所述第二段阀芯的下端面、中部周向分别设有第一油口、多个径向的第二油口，所述第一油口与所述第二油口连通，并形成阀芯油道，所述阀套的下端面设有第三油口，所述阀套的外侧周向由下往上依次设有多个径向的第四油口以及多个径向的第五油口，所述第三油口通过所述阀芯向上运动沿所述轴向通孔与所述第四油口连通，所述第三油口通过所述阀芯向下运动沿所述阀芯油道与所述第五油口连通。
所述阀套内的轴向通孔上设有用于阻止阀芯向下运动的内凸起，所述第二段阀芯的外侧面设有与所述内凸起相适应的外凸起，所述内凸起位于所述第四油口的下边，外凸起位于第二油口的下边。
还包括第一密封圈，沿所述第一滑腔内侧壁的周向上设有第一凹槽，所述第一密封圈安装在所述第一凹槽上，所述第一段阀芯通过所述第一密封圈与所述阀盖的第一滑腔密封滑动连接。
还包括第二密封圈，沿所述阀芯突起外侧面的周向上设有第二凹槽，所述第二密封圈安装在所述第二凹槽上，所述阀芯突起通过所述第二密封圈与所述阀盖的第一滑腔密封滑动连接。
还包括第三密封圈，沿所述第一滑腔的腔口周向设有半边通槽口，所述阀套的上端面上设有环形凸起，所述环形凸起的外侧面上设有第三凹槽，所述第三密封圈安装在所述第三凹槽上，所述阀套上端面的环形凸起通过所述第三密封圈与所述第一滑腔腔口的半边通槽口相匹配密封连接。
所述第一油道、第二油道的中部分别设有第一流量调节螺栓、第二流量调节螺栓，所述一油道、第二油道分别通过所述第一流量调节螺栓、第二流量调节螺栓调节其通道流量。
所述第一油道包括第一段油道、第二段油道，所述第一段油道与所述第二段油道弯折连通，所述第一流量调节螺栓安装所述第一段油道与第二段油道的弯折处，所述第二油道包括第三段油道、第四段油道，所述第三段油道与所述第四段油道弯折连通，所述第二流量调节螺栓安装所述第三段油道与第四段油道的弯折处，所述第一段油道、第三段油道分别通过所述第二段油道、第四段油道与所述第一密封容腔、第二密封容腔连通。
所述阀芯的上端面上设有弹簧凹腔，所述弹簧凹腔与所述阀芯油道连通，所述阀盖第一滑腔的腔底上设有弹簧凹槽，所述复位弹簧的两端分别安装在所述弹簧凹腔、弹簧凹槽上，并与其连接。
采用上述液压打桩系统插装阀的插装阀动态输出控制方法，包括以下步骤：
(1)、压力油通过所述阀盖的第一油道进入所述第一密封容腔，所述第一密封容腔内的压力油向所述阀芯突起的上端面施加压力，使所述阀芯向下运动，同时处于压缩状态的所述复位弹簧回弹，也促使阀芯向上运动，与此同时，第二密封容腔的油流出第二油道，随阀芯向下运动，所述复位弹簧伸长储能，所述第三油口通过所述阀芯油道与多个所述第五油口相通；允许小流量的压力油流通；液压打桩锤处于提锤状态，其中，所述插装阀安装在所述液压打桩锤上；
(2)、压力油通过所述阀盖的第二油道进入所述第二密封容腔，所述第二密封容腔内的压力油向所述阀芯突起的下端面施加压力，使所述阀芯向上运动，同时处于伸长状态的所述复位弹簧回缩，也促使阀芯向上运动，与此同时，第一密封容腔的油流出第一油道，随阀芯向上运动，所述复位弹簧压缩储能，所述第三油口通过所述轴向通孔与所述第四油口相通；压力油由于所述第二段阀芯阻挡，不能从所述第五油口进入所述阀芯油道，允许大流量的压力油流通；所述液压打桩锤处于落锤状态；
(3)、重复步骤(1)、(2)。
所述第一滑腔由上往下依次包括第一段滑腔、第二段滑腔，所述第二段滑腔大于所述第一段滑腔、轴向通孔的直径，所述第一段滑腔的内侧壁与所述第二段滑腔的内侧壁连接处形成第一台阶，所述轴向通孔上端的内侧壁与第二段滑腔的内侧壁连接处形成第二台阶，所述第一段阀芯、阀芯突起、第二段阀芯分别与所述第一段滑腔、第二段滑腔、轴向通孔密封滑动连接；所述阀套内的轴向通孔上设有用于阻止阀芯向下运动的内凸起，所述第二段阀芯的外侧面设有与所述内凸起相适应的外凸起，所述内凸起位于所述第四油口的下边，外凸起位于第二油口的下边，该方法还包括以下步骤：
当所述阀芯向下运动时，所述阀芯突起的下端面逐渐靠近所述第二台阶，直至所述阀芯的外凸起与所述阀套的内凸起抵近接触；
当所述阀芯向上运动时，所述阀芯突起的上端面逐渐靠近所述第一台阶，直至所述阀芯的上端面与所述第一滑腔的腔底抵近接触。
需要说明的是：
前述“第一、第二…”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于对名称的区分。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
下面对本发明的优点或原理进行说明：
1、本发明提供的液压打桩系统插装阀及其动态输出控制方法，通过对结构及工艺的同步改进、优化，大幅提高设备运行的稳定性和效率，可保障设备在长期、连续施工时的正常工作，可较好的保障工程质量及进度。
2、本发明提供的液压打桩系统插装阀，包括阀芯、复位弹簧、阀套、阀盖，该插装阀将现有技术中阀套分成两段设计，其中原现有技术中套入控制盖板内部一段的阀套与控制盖板一体成型，并形成阀盖，避免阀套在使用过程中变形，从而避免卡阀芯，另处，原现有技术中露出控制盖板的一段形成本发明产吕的阀套，并与阀盖密封连接，改短后的阀套，方便阀套的加工与装配，节约成本，提高生产效率。
3、本发明内凸起、外凸起的设置，使阀芯向下运动有个极限位置。
4、本发明的第一段阀芯通过第一密封圈与阀盖的第一滑腔密封滑动连接，提高第一密封容腔上端的密封性。
5、本发明的阀芯突起通过第二密封圈与阀盖的第一滑腔密封滑动连接，分别提高第一密封容腔下端、第二密封容腔上端的密封性。
6、本发明的阀套上端面的环形凸起通过第三密封圈与第一滑腔腔口的半边通槽口相匹配密封连接，提高阀套与阀盖之间的连接密封性。
7、本发明第一流量调节螺栓、第二流量调节螺栓的设置，分别用于调节第一油道、第二油道的流量，方便使用。
8、本发明分别将第一流量调节螺栓、第二流量调节螺栓设置在第一油道、第二油道的弯折处，方便控制。
9、本发明由于弹簧凹腔与阀芯油道连通，压力油可以由阀芯油道流向安装复位弹簧的弹簧凹腔，可以保证阀芯的最上端和最下端的压力相等，避免压力对阀芯的干忧，保证阀芯动作稳定。
10、本发明提供的插装阀动态输出控制方法，该方法采用双向压力控制，响应速度快，只需较少压力油即可控制插装阀，且换向动作与流通油液的动力特性无关，且满足差动系统中的流量控制差异。
11、本发明在第一滑腔上设第一台阶、第二台阶，使阀芯突起在两个台阶之间密封滑动，方便对阀芯突起的双向控制，使本插装阀的换向动作更为方便。
附图说明
图1是本发明实施例液压打桩系统插装阀提锤状态整体结构的剖视图。
图2是图1中A处的局部放大结构示意图。
图3是本发明实施例液压打桩系统插装阀落锤状态整体结构的剖视图。
图4是本发明实施例液压打桩系统插装阀未装阀芯状态的剖视图。
附图标记说明：
10、阀芯，11、第一段阀芯，12、阀芯突起，121、第二凹槽，13、第二段阀芯，131、第一油口，132、第二油口，133、阀芯油道，134、外凸起，14、弹簧凹腔，20、复位弹簧，30、阀套，31、轴向通孔，311、内凸起，32、第三油口，33、第四油口，34、第五油口，35、环形凸起，351、第三凹槽，40、阀盖，41、第一滑腔，411、第一凹槽，412、半边通槽口，413、弹簧凹槽，42、第一油道，421、第一流量调节螺栓，422、第一段油道，423、第二段油道，43、第二油道，431、第二流量调节螺栓，432、第三段油道，433、第四段油道，50、轴向滑腔，61、第一密封容腔，62、第二密封容腔，71、第一密封圈，72、第二密封圈，73、第三密封圈。
具体实施方式
下面对本发明的实施例进行详细说明。
参见图1至图4，本发明提供的液压打桩系统插装阀，包括阀芯10、复位弹簧20、阀套30、阀盖40，阀盖40具有第一滑腔41，阀套30具有轴向通孔31，阀套30的上端与阀盖40的下端密封连接，并且阀套30的轴向通孔31与阀盖40的第一滑腔41连通形成轴向滑腔50，阀芯10通过复位弹簧20安装在轴向滑腔50内，复位弹簧20的两端分别与阀芯10、阀盖40连接；阀芯10由上往下依次包括第一段阀芯11、阀芯突起12、第二段阀芯13，阀芯突起12位于第一段阀芯11、第二段阀芯13之间，阀芯突起12周向与轴向滑腔50密封滑动连接，阀芯突起12的上端面、第一段阀芯11与轴向滑腔50形成第一密封容腔61，阀芯突起12的下端面、第二段阀芯13与轴向滑腔50形成第二密封容腔62，阀盖40上设有第一油道42、第二油道43，第一油道42、第二油道43分别与第一密封容腔61、第二密封容腔62连通；第二段阀芯13的下端面、中部周向分别设有第一油口131、多个径向的第二油口132，第一油口131与第二油口132连通，并形成阀芯油道133，阀套30的下端面设有第三油口32，阀套30的外侧周向由下往上依次设有多个径向的第四油口33以及多个径向的第五油口34，第三油口32通过阀芯10向上运动沿轴向通孔31与第四油口33连通，第三油口32通过阀芯10向下运动沿阀芯油道133与第五油口34连通。
该插装阀将现有技术中阀套30分成两段设计，其中原现有技术中套入控制盖板内部一段的阀套30与控制盖板一体成型，并形成阀盖40，避免阀套30在使用过程中变形，从而避免卡阀芯10，另处，原现有技术中露出控制盖板的一段形成本发明产品的阀套30，并与阀盖40密封连接，改短后的阀套30，方便阀套30的加工与装配，节约成本，提高生产效率。
其中，阀套30内的轴向通孔31上设有用于阻止阀芯10向下运动的内凸起311，第二段阀芯13的外侧面设有与内凸起311相适应的外凸起134，内凸起311位于第四油口33的下边，外凸起134位于第二油口132的下边。本发明内凸起311、外凸起134的设置，使阀芯10向下运动有个极限位置。
本液压打桩系统插装阀还包括第一密封圈71、第二密封圈72、第三密封圈73，沿第一滑腔41内侧壁的周向上设有第一凹槽411，第一密封圈71安装在第一凹槽411上，第一段阀芯11通过第一密封圈71与阀盖40的第一滑腔41密封滑动连接。提高第一密封容腔61上端的密封性。
沿阀芯突起12外侧面的周向上设有第二凹槽121，第二密封圈72安装在第二凹槽121上，阀芯突起12通过第二密封圈72与阀盖40的第一滑腔41密封滑动连接。分别提高第一密封容腔61下端、第二密封容腔62上端的密封性。
沿第一滑腔41的腔口周向设有半边通槽口412，阀套30的上端面上设有环形凸起35，环形凸起35的外侧面上设有第三凹槽351，第三密封圈73安装在第三凹槽351上，阀套30上端面的环形凸起35通过第三密封圈73与第一滑腔41腔口的半边通槽口412相匹配密封连接。提高阀套30与阀盖40之间的连接密封性。
第一油道42、第二油道43的中部分别设有第一流量调节螺栓421、第二流量调节螺栓431，一油道、第二油道43分别通过第一流量调节螺栓421、第二流量调节螺栓431调节其通道流量。第一流量调节螺栓421、第二流量调节螺栓431的设置，分别用于调节第一油道42、第二油道43的流量，方便使用。
第一油道42包括第一段油道422、第二段油道423，第一段油道422与第二段油道423弯折连通，第一流量调节螺栓421安装第一段油道422与第二段油道423的弯折处，第二油道43包括第三段油道432、第四段油道433，第三段油道432与第四段油道433弯折连通，第二流量调节螺栓431安装第三段油道432与第四段油道433的弯折处，第一段油道422、第三段油道432分别通过第二段油道423、第四段油道433与第一密封容腔61、第二密封容腔62连通。本发明分别将第一流量调节螺栓421、第二流量调节螺栓431设置在第一油道42、第二油道43的弯折处，方便控制。
阀芯10的上端面上设有弹簧凹腔14，弹簧凹腔14与阀芯油道133连通，阀盖40第一滑腔41的腔底上设有弹簧凹槽413，复位弹簧20的两端分别安装在弹簧凹腔14、弹簧凹槽413上，并与其连接。本发明由于弹簧凹腔14与阀芯油道133连通，压力油可以由阀芯油道133流向安装复位弹簧20的弹簧凹腔14，可以保证阀芯10的最上端和最下端的压力相等，避免压力对阀芯10的干忧，保证阀芯10动作稳定。
采用上述液压打桩系统插装阀的插装阀动态输出控制方法，包括以下步骤：
(1)、压力油通过阀盖40的第一油道42进入第一密封容腔61，第一密封容腔61内的压力油向阀芯突起12的上端面施加压力，使阀芯10向下运动，同时处于压缩状态的复位弹簧20回弹，也促使阀芯10向上运动，与此同时，第二密封容腔62的油流出第二油道43，随阀芯10向下运动，复位弹簧20伸长储能，第三油口32通过阀芯油道133与多个第五油口34相通；允许小流量的压力油流通；液压打桩锤处于提锤状态，其中，插装阀安装在液压打桩锤上；
(2)、压力油通过阀盖40的第二油道43进入第二密封容腔62，第二密封容腔62内的压力油向阀芯突起12的下端面施加压力，使阀芯10向上运动，同时处于伸长状态的复位弹簧20回缩，也促使阀芯10向上运动，与此同时，第一密封容腔61的油流出第一油道42，随阀芯10向上运动，复位弹簧20压缩储能，第三油口32通过轴向通孔31与第四油口33相通；压力油由于第二段阀芯13阻挡，不能从第五油口34进入阀芯油道133，允许大流量的压力油流通；液压打桩锤处于落锤状态；
(3)、重复步骤(1)、(2)。
该方法采用双向压力控制，响应速度快，只需较少压力油即可控制插装阀，且换向动作与流通油液的动力特性无关，且满足差动系统中的流量控制差异。
第一滑腔41由上往下依次包括第一段滑腔、第二段滑腔，第二段滑腔大于第一段滑腔、轴向通孔31的直径，第一段滑腔的内侧壁与第二段滑腔的内侧壁连接处形成第一台阶，轴向通孔31上端的内侧壁与第二段滑腔的内侧壁连接处形成第二台阶，第一段阀芯11、阀芯突起12、第二段阀芯13分别与第一段滑腔、第二段滑腔、轴向通孔31密封滑动连接；阀套30内的轴向通孔31上设有用于阻止阀芯10向下运动的内凸起311，第二段阀芯13的外侧面设有与内凸起311相适应的外凸起134，内凸起311位于第四油口33的下边，外凸起134位于第二油口132的下边，该方法还包括以下步骤：
当阀芯10向下运动时，阀芯突起12的下端面逐渐靠近第二台阶，直至阀芯10的外凸起134与阀套30的内凸起311抵近接触；
当阀芯10向上运动时，阀芯突起12的上端面逐渐靠近第一台阶，直至阀芯10的上端面与第一滑腔41的腔底抵近接触。
本发明在第一滑腔41上设第一台阶、第二台阶，使阀芯突起12在两个台阶之间密封滑动，方便对阀芯突起12的双向控制，使本插装阀的换向动作更为方便。
本发明提供的液压打桩系统插装阀及其动态输出控制方法，通过对结构及工艺的同步改进、优化，大幅提高设备运行的稳定性和效率，可保障设备在长期、连续施工时的正常工作，可较好的保障工程质量及进度。
以上仅为本发明的具体实施例，并不以此限定本发明的保护范围；在不违反本发明构思的基础上所作的任何替换与改进，均属本发明的保护范围。
