申请/专利权人：太原理工大学

申请日：2018-03-04

公开（公告）日：2024-03-29

公开（公告）号：CN108266417B

主分类号：F15B13/02

分类号：F15B13/02;E21D15/51

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.29#授权;2018.08.03#实质审查的生效;2018.07.10#公开

摘要：本发明属于液压控制装置技术领域，具体是一种高水基高压大流量比例方向阀。解决了上述液压支架与液压马达所需以及现有高水基换向阀的问题，包括先导级和主阀部分，先导级分为回液阀芯先导级和进液阀芯先导级，都是由一个常闭型进液高速开关阀和一个常开型回液高速开关阀并联组成；主阀设有两个独立控制的阀芯；安装有位移传感器和压力传感器可对进液阀芯位移和阀口流量进行精确控制；本发明具有抗污染能力强、控制精确、抗负载变化能力强，密封换向可靠，控制简单，断电保护等优点。

主权项：1.一种高水基高压大流量比例方向阀，其特征在于：包括先导级、主阀、阀体（22）、位移传感器、压力传感器和控制器ECU，主阀插装在阀体（22）中，所述的主阀包括进液阀套（13）、弹簧（12）、进液阀芯（16）、阀座（14）、回液阀芯（17）和回液阀套（15），进液阀芯（16）安装在阀座（14）上，回液阀芯（17）与进液阀芯（16）同轴布置，并套在进液阀芯（16）上，进液阀芯（16）末端装有LVDT型位移传感器；进液阀芯（16）与进液阀套（13）形成弹簧腔f，弹簧（12）安装在进液阀芯（16）和进液阀套（13）之间的弹簧腔f中，弹簧腔f通过油路a与回液通路相连；进液阀芯（16）、回液阀芯（17）与回液阀套（15）形成环形的回液阀芯控制腔d；进液阀芯（16）与回液阀套15形成进液阀芯控制腔e；主阀的进液口和工作口分别布置有压力传感器；先导级与处理器ECU集成在控制块（23）中，先导级信号通过控制器ECU进行信号输入，位移传感器和压力传感器检测到的信号传输给控制器ECU，先导级包括回液阀芯先导级和进液阀芯先导级，回液阀芯先导级包括并联连接的回液阀芯先导级进液高速开关阀（18）和回液阀芯先导级回液高速开关阀（19），进液阀芯先导级包括并联连接的进液阀芯先导级进液高速开关阀（20）和进液阀芯先导级回液高速开关阀（21）；回液阀芯先导级通过油路c与回液阀芯控制腔d相连通，进液阀芯先导级通过油路b与进液阀芯控制腔e相连通。

全文数据：一种高水基高压大流量比例方向阀技术领域[0001]本发明属于液压控制装置技术领域，具体是一种高水基高压大流量比例方向阀。背景技术[0002]目前，随着煤矿综采智能化水平的提高以及井下无人工作面的试验研宄，对液压支架姿态要求显得尤为重要，因此对液压支架系统控制用换向阀提出了更高的要求。目前煤矿液压支架采用的均为开关式换向阀，但是存在以下问题：1、开关式换向阀在启闭瞬间，会对系统带来巨大的液压冲击，这种液压冲击会造成设备和管路震动，产生噪声，破坏密封，甚至产生误动作，是大多数液压系统和液压元件产生故障的根源。2、目前煤矿井下液压支架姿态监测均采用传感器，但是控制端却仍是开关阀形成的开环控制系统，这是造成支架姿态调整不准确与不稳定的根源。应用于乳化液的高压大流量比例方向阀是解决上述问题最为行之有效的方法，但是面对紧迫的需求，国内外却还没有一款比例方向阀能够应用于煤矿液压支架。[0003]此外，目前煤矿井下却急需一种以乳化液为介质的低速大扭矩的乳化液马达，但是市场上却还没有以乳化液为介质的马达产品，传统的以油为介质的马达，采用的配流方式多为径向轴配流机构、端面配流机构以及近些年出现的阀式配流机构，对于径向配流机构和轴向配流机构都有结构相对复杂、有较高的尺寸精度要求、较大的加工难度和泄漏造成的损失等缺点，而阀式配流方式具有结构简单，还可以通过计算机灵活的控制配流实现马达的调速。乳化液粘度低，采用轴配流和端面配流泄漏量大，效率低，此外由于井下所需要的马达功率相对较大，达到375kw，采用阀配流的话，需要492Lmin的流量，传统的采用高速开关阀的阀配流方式均不能满足要求。因此拥有一款能够以乳化液为介质的能够应用于乳化液马达配流的比例方向阀就成为乳化液马达研制的关键。[0004]现有的乳化液大流量换向阀，以现有的典型换向阀结构为例，利用两位三通开关阀进行开关换向调节，无法对阀开口度进行比例调节和监测。[0005]授权公告号CN1〇2121487B，先导型水液压数字比例方向阀，其也可用于高水基溶液，但是主阀部分采用三位四通滑阀结构，这种结构存在的缺点是：由于介质粘度低，因此想要保证阀的泄漏量在允许范围内，势必要减小阀芯和阀套的配合间隙，在换向时会带来摩擦力增大，阀芯与阀套磨损严重以及增大了阀芯蹩卡的风险;其先导级共有两组锥阀，共8个锥阀与8个固定阻尼孔，结构相对复杂，固定阻尼孔增大了阻塞风险;主阀阀芯的移动方向和位移量是由左右两侧先导阀控制口的压力差控制，没有反馈环节，阀芯抗负载能力差，无法实现阀芯精确控制，智能应用与开环控制系统。发明内容[0006]本发明为了解决上述液压支架与液压马达所需以及现有高水基换向阀的问题，提供一种高水基高压大流量比例方向阀。[0007]本发明采取以下技术方案：一种高水基高压大流量比例方向阀，包括先导级、主阀、阀体、位移传感器、压力传感器和控制器ECU，主阀插装在阀体中，所述的主阀包括进液阀套、弹簧、进液阀芯、阀座、回液阀芯和回液阀套，进液阀芯安装在阀座上，回液阀芯与进液阀芯同轴布置，并套在进液阀芯上，进液阀芯末端装有位移传感器;进液阀芯与进液阀套形成弹簧腔f，弹簧安装在进液阀芯和进液阀套之间的弹簧腔f中，弹簧腔f通过油路a与回液通路相连;进液阀芯、回液阀芯与回液阀套形成环形的回液阀芯控制腔心进液阀芯与回液阀套形成进液阀芯控制腔e;主阀的进液口和工作口分别布置有压力传感器;先导级与处理器ECU集成在控制块中，先导级信号通过控制器ECU进行信号输入，位移传感器和压力传感器检测到的信号传输给控制器ECU，先导级包括回液阀芯先导级和进液阀芯先导级，回液阀芯先导级包括并联连接的回液阀芯先导级进液高速开关阀和回液阀芯先导级回液高速开关阀，进液阀芯先导级包括并联连接的进液阀芯先导级进液高速开关阀和进液阀芯先导级回液高速开关阀；回液阀芯先导级通过油路c与回液阀芯控制腔c?相连通，进液阀芯先导级通过油路b与进液阀芯控制腔e相连通。[0008]进一步的，进液阀在弹簧腔f位置加工有内凹圆台；所述进液阀芯在进液阀芯控制腔e的位置同样加工有内凹圆台；所述进液阀芯与阀座密封的位置采用锥面与锥面的配合形式，其中阀座的锥角比进液阀芯的锥角大1°;所述进液阀芯与阀座线密封处直径与j•处直径相等。[0009]进一步的，进液阀芯颈部过渡位置i为圆滑的曲线。[0010]下面介绍一下高水基高压大流量比例方向阀的工作原理：系统供液压力P=31•5Mpa，当ECU端没有输入信号的时候，E⑶对先导级也没有作用信号，进液先导级和回液先导级处于常位状态，即先导级中回液高速开关阀处于常开状态，进液高速开关阀处于常闭状态，主阀进液阀芯处于进液阀口关闭位置，回液阀芯处于回液阀口打开的状态；当ECU端输入供液信号时，回液阀芯先导级首先进行动作，回液阀芯先导级中回液高速开关阀关闭，进液高速开关阀打开，主阀回液阀芯动作，回液阀口关闭，接着回液阀芯先导级中进液高速开关阀关闭，回液阀芯先导级中回液高速开关阀此时也是关闭状态，则回液阀芯控制腔形成闭死容积，确保主阀回液阀芯处于关闭状态，接下来进液阀芯先导级回液高速开关阀关闭，进液高速开关阀打开，主阀进液阀芯动作，主阀开启；压力传感器和位移传感器实时将监测信号反馈给ECU，ECU根据反馈信号智能调整进液阀芯状态；当主阀需要关闭恢复到常态时，将上述过程逆操作即可，即主阀进液阀芯先关闭，回液阀芯再开启。[0011]所述主阀为两位三通式结构，进液阀芯为常闭结构，先导级为常开结构，进液阀芯密封靠弹簧提供压力，当突然断电时，主阀和先导级依然可以对进液口进行可靠密封。[0012]所述回液阀芯先导级和进液阀芯先导级在控制过程中，两个高速开关阀是相互配合进行高速启闭动作实时控制进入进、回液阀芯控制腔液体的流量，从而控制进、回液阀芯的位置和动作速度；只有在需要阀芯位置固定时才将高速开关阀彻底关闭，控制腔形成闭死容积，利用介质的高弹性模量特点固定阀芯位置。[0013]对ECU的输入信号可以是进液阀口开度信号也可以是阀口流量信号，当输入信号为阀口开度信号时，当进液阀芯调整到预定位置时，进液阀芯先导级两个高速开关阀都关闭，固定进液阀芯位置；当输入信号为阀口流量信号时，ECU根据压力传感器和位移传感器的反馈信号，实时计算阀口流量并不断进行修正;如果输入量是个动态的值，ECU也会根据输入信号和反馈信号快速控制主阀动作，满足输入的需求。[0014]本发明较现有技术具有如下有益效果:进回液阀芯都具有独立的比例调节能力，使阀控制更灵活;无输入信号时，主阀控制腔与回液口连通，保证了主阀处于常开状态；主阀控制腔可以形成闭死容腔，抗负载干扰能力强；主阀通流能力强，响应速度快，适用于液压支架系统以及乳化液马达配流系统;主阀启闭性能稳定，无泄漏、无振荡；主阀密封方式采用的是密封圈的方式，适用于高水基介质，对加工、装配精度以及工作介质过滤质量等不敏感，与现有开关阀使用条件基本一致;动密封采用格莱圈密封的形式，阀芯运动更平稳，提高了定位精度;先导级采用高速开关阀，对介质污染不敏感，结构简单，工作可靠，通过PWM脉宽调制的方法来来控制易于计算机控制；先导阀与主阀结构紧凑，安装方便，体积上较现有开关阀没有大幅增加;具有断电保护功能，即断电后可以及时将进液阀口关闭。附图说明[0015]图1为高水基高压大流量比例方向阀工作原理示意图；图2为高水基高压大流量比例方向阀结构及液压工作回路示意图；图3为高水基高压大流量比例方向阀安装示意图；图中：1〜7-静密封，8〜11-动密封，12-弹簧，13-进液阀套，14-阀座，15-回液阀套，16-进液阀芯，17-回液阀芯，18-回液阀芯先导级进液尚速开关阀，19-回液阀芯先导级回液尚速开关阀，20-进液阀芯先导级进液高速开关阀，21-进液阀芯先导级回液高速开关阀，22-阀体，23-控制块。具体实施方式[0016]如图2〜3所示，一种高水基高压大流量比例方向阀，包括先导级、主阀、阀体22、位移传感器、压力传感器、控制器ECU组成，主阀为插装结构，插装在阀体22当中，位移传感器与进液阀芯16连接在一起，压力传感器分别布置在主阀进液口和工作口；先导级与处理器E⑶集成在控制块23当中，先导级信号是通过ECU进行信号输入的，位移传感器和压力传感器检测到的信号会通往ECU进行分析，控制块23安装在阀体22上方，先导级通过阀体22内各油道与主阀进行连接。[0017]所述主阀包括进液阀套13、弹簧12、进液阀芯I6、阀座14、回液阀芯I7、回液阀套15、静密封1〜7、动密封8〜11组成;弹簧12安装在进液阀芯16和进液阀套13之间，回液阀芯17与进液阀芯16同轴布置并套在进液阀芯I6上面，进液阀芯16末端装有LVDT型位移传感器；进液阀芯16与进液阀套13形成弹簧腔f，通过油路a与回液通路相连;进液阀芯16、回液阀芯17与回液阀套15形成环形的回液阀芯控制腔t进液阀芯丨6与回液阀套丨5形成进液阀芯控制腔e;主阀动密封8〜11均采用格莱圈的形式，基本消除了阀芯启动爬行现象。[0018]所述进液阀16在弹簧腔f位置，加工有内凹圆台，形成的内凹圆台一方面减小了主阀的轴向尺寸，减轻了进液阀芯16阀芯质量，提高了响应速度，另一方面便于弹簧12固定，起到了弹簧座的作用;所述进液阀芯I6在进液阀芯控制腔e的位置同样加工有内凹圆台，主要起到减轻进液阀芯质量的目的，起到了提高阀芯响应速度的目的；所述进液阀芯16在与阀座14密封的位置采用锥面与锥面的配合形式，其中阀座M的锥角比进液阀芯大丨°，两者之间为线密封方式，密封可靠;所述进液阀芯16与阀座14线密封处直径与」‘处直径相等，基本平衡掉阀芯轴向液压力，进液阀口靠弹簧12提供的弹簧力进行密封;所述进液阀芯16颈部过渡位置i设计成圆滑的曲线，有效减小流体的沿程损失，使阀更加节能。[0019]所述回液阀芯17与阀座14之间的密封为线密封形式，密封可靠无泄漏。[0020]所述先导级包括回液阀芯先导级和进液阀芯先导级,两个先导级结构相同，都是由一个常闭型进液高速开关阀和一个常开型回液高速开关阀组成，两个高速开关阀为并联结构；回液阀芯先导级通过油路c与回液阀芯控制腔^相连通，进液阀芯先导级通过油路石与进液阀芯控制腔e相连通;采用PWM脉宽调制的方法对先导级高速开关阀进行控制，易于被计算机控制。[0021]所述进液阀芯控制腔e和回液阀芯控制腔d均可通过关闭先导级的高速开关阀形成闭死容积稳定阀芯位置，主阀抗负载变化能力强;先导级采用高速开关阀控制，主阀采用密封圈密封，阀整体抗污染能力强，可直接应用于现有开关阀液压支架控制系统。[0022]所述主阀弹簧腔始终与回液端相连接，保证始终处于低压状态，进液阀芯16启动阻力小，反应灵敏。[0023]主阀安装有压力传感器和位移传感器，可以实现闭环控制，大大提高了阀的控制精度;对ECU的输入信号可以是进液阀口开度信号也可以是阀口流量信号，当输入信号为阀口开度信号时，当进液阀芯16调整到预定位置时，进液阀芯先导级两个高速开关阀都关闭，固定进液阀芯16位置；当输入信号为阀口流量信号时，ECU根据压力传感器和位移传感器的反馈信号，实时计算阀口流量并不断进行修正；如果输入量是个动态的值，ECU也会根据输入信号和反馈信号快速控制主阀动作，满足输入的需求。[0024]主阀为两位三通式结构，进液阀芯为常闭结构，先导级为常开结构,进液阀芯密封靠弹簧提供压力，当突然断电时，主阀和先导级依然可以对进液口进行可靠密封，具有断电保护功能。

权利要求：1.一种高水基高压大流量比例方向阀，其特征在于:包括先导级、主阀、阀体22、位移传感器、压力传感器和控制器E⑶，主阀插装在阀体22中，所述的主阀包括进液阀套（13、弹簧（12、进液阀芯（16、阀座（14、回液阀芯（17和回液阀套（I5，进液阀芯（丨6安装在阀座（14上，回液阀芯（17与进液阀芯（16同轴布置，并套在进液阀芯（16上，进液阀芯16末端装有位移传感器;进液阀芯16与进液阀套（13形成弹簧腔f，弹簧I2安装在进液阀芯（16和进液阀套（13之间的弹簧腔f中，弹簧腔f通过油路a与回液通路相连;进液阀芯（16、回液阀芯（17与回液阀套（15形成环形的回液阀芯控制腔cf;进液阀芯（16与回液阀套15形成进液阀芯控制腔e;主阀的进液口和工作口分别布置有压力传感器;先导级与处理器ECU集成在控制块23中，先导级信号通过控制器E⑶进行信号输入，位移传感器和压力传感器检测到的信号传输给控制器E⑶，先导级包括回液阀芯先导级和进液阀芯先导级，回液阀芯先导级包括并联连接的回液阀芯先导级进液高速开关阀（18和回液阀芯先导级回液高速开关阀（19，进液阀芯先导级包括并联连接的进液阀芯先导级进液高速开关阀20和进液阀芯先导级回液高速开关阀（21;回液阀芯先导级通过油路c与回液阀芯控制腔ci相连通，进液阀芯先导级通过油路6与进液阀芯控制腔6相连通。2.根据权利要求1所述的高水基高压大流量比例方向阀，其特征在于:所述进液阀（16在弹簧腔f位置加工有内凹圆台；所述进液阀芯（16在进液阀芯控制腔e的位置同样加工有内凹圆台；所述进液阀芯（16与阀座（14密封的位置采用锥面与锥面的配合形式，其中阀座14的锥角比进液阀芯（16的锥角大1°。3.根据权利要求2所述的高水基高压大流量比例方向阀，其特征在于:所述进液阀芯16颈部过渡位置i为圆滑的曲线。

百度查询： 太原理工大学 一种高水基高压大流量比例方向阀

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