手自一体控制的高水基高压大流量数字比例方向阀制造技术

本发明专利技术公开了一种手自一体控制的高水基高压大流量数字比例方向阀，包含ECU控制单元、压力感知元件、先导阀与主阀，可实现进液比例控制，回液开关控制并兼有手动进/回液开关控制功能，所述先导级由两位三通开关阀和两位两通高速开关阀构成。所发明专利技术的比例方向阀具有内置位移感知功能、阀口流量计算功能，通过压力感知元件监测进液、回液、工作口压力，再经过电子控制单元ECU计算即可推断阀芯位移、阀口流量，整体采用插装式结构可方便集成为阀组形式，具有结构简单、紧凑、耐污染且可完成智能感知与控制的特点。

【技术实现步骤摘要】
手自一体控制的高水基高压大流量数字比例方向阀
本专利技术涉及液压控制
，更具体地说，涉及一种手自一体控制的高水基高压大流量数字比例方向阀。
技术介绍
煤炭是我国的最主要能源，当前智能化开采是国际煤炭开采领域的发展方向，也是我国煤矿实现安全、高效、绿色目标和煤炭生产转型升级的必由之路。液压支架的智能化是煤炭开采智能化的重要组成部分，换向阀是液压支架液压控制部分的核心元件。当前煤矿使用的换向阀是两位三通结构的开关阀，突出体现为以下问题：一，液压支架系统供液压力高(31.5MPa)、流量大(目前多为400L/min)，换向阀在高速开关换向的同时，带来了巨大的液压冲击，这种液压冲击会造成设备和管路振动，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；二，液压支架的智能化要求液压支架姿态能够进行精准定位调节，但是开关式换向阀无法调节阀口流量，是限制液压支架姿态精准控制的主要因数之一；三，现有的开关式电液换向阀适应性差，其一般只有两种通径，无法匹配液压支架十几种控制功能的流量需求。由于安全及工况条件限制，煤矿支架液压系统采用高水基工作介质(95％～97％的水，3％～5％的乳化油)，其粘度低、易泄漏；系统压力高、流量大、执行元件多、负载工况复杂；系统复杂、分散度大，易污染；在前期安装铺设或者采煤过程中的特殊情况下，要求能够手动对换向阀进行操作。因此，其比例控制阀研制难度大，迄今为止，尚无在煤矿使用先例。授权公告号CN102121487B，先导型水液压数字比例方向阀，可用于高水基溶液，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，没有反馈纠正环节，阀芯抗负载能力差；最大流量仅为87L/min。Hauhinco公司推出有C3系列水压比例阀产品，产品规格从DN25～DN100，最高控制压力为32MPa，额定流量为250L/min～4000L/min(Δp＝0.5MPa)，虽然其压力和流量满足要求，但是采用的结构为两位两通式，无法应用于液压支架系统。目前还没有能够应用于煤矿井下液压支架系统的比例换向阀产品，本专利技术针对液压支架特殊工况及需求提出了一种手自一体控制的高水基高压大流量数字比例方向阀，其功能要求是在断电情况下可以进行手动开关控制；在通电情况下，能够对进液阀口进行比例调节、可以进行手动干预开关控制；通过阀口压力感知和智能控制可以得到较为精确的阀芯位移和阀口流量。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有开关换向阀对阀口开度及阀口流量不能连续比例控制以及现有高水基比例阀结构与功能上的不足，设计提供一种新型的高水基高压大流量数字比例方向阀。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种手自一体控制的高水基高压大流量数字比例方向阀，包括：主阀、先导阀和电子控制单元；其中，主阀包括进液阀套、进液阀芯、阀座、回液阀芯和回液阀套；回液阀芯呈环状，套置于进液阀芯的外侧，回液阀套套置于回液阀芯的外侧，且进液阀芯、回液阀芯及回液阀套之间形成第一容腔；进液阀套一端设置第二容腔，进液阀芯套置于进液阀套的第二容腔内；阀座套置于进液阀芯外侧，并分别与进液阀套及回液阀套接触，阀座与进液阀芯、进液阀套之间形成第三容腔；主阀外侧套设阀体，回液阀套和阀体之间形成第四容腔；进液阀芯外侧设置两个凸肩，第三容腔设置于第一凸肩背离第二凸肩的一端，第一容腔设置于第二凸肩背离第一凸肩的一端；第一凸肩和第二凸肩之间形成环形沟槽；阀座上对应第一凸肩的位置设置进液压力测量位，进液压力测量位向外连接至供液流道，向内通过第一流道与第三容腔联通，同时设置比例节流口，与环形沟槽联通，且在进液阀芯处于常位时，比例节流口通过第一凸肩封闭；在正对环形沟槽的阀座上设置工作压力测量位，在阀座上相对工作压力测量位的位置设置主阀流量输出接口；回液阀套和阀体之间设置回液压力测量位，回液压力测量位连接回液流道；先导阀包括第一先导阀和第二先导阀，第一先导阀为二位三通阀，设置有手动开关；常位时沟通第一容腔和回液流道，导通时沟通第一容腔和供液流道；第二先导阀为高速开关阀，常位时处于关闭状态，连接供液流道和第二容腔；第三容腔连接至供液流道，第四容腔连接至回液流道；电子控制单元分别连接第一先导阀的二位三通阀和第二先导阀的高速开关阀进行控制。其中，在进液压力测量位、工作压力测量位及回液压力测量位的连接流道上分别对应设置进液压力传感器、工作压力传感器及回液压力传感器，进行压力测量。其中，进液压力传感器、工作压力传感器及回液压力传感器均连接至电子控制单元，以将感应到的压力数据传输至电子控制单元。其中，主阀与各容腔之间通过密封圈进行密封；其中，密封圈分为静密封和动密封；进液阀芯与进液阀套、回液阀芯、回液阀套之间的密封，以及回液阀芯与回液阀套之间的密封采用动密封，进液阀套与阀体、阀座之间的密封，阀座与阀体之间的密封，以及回液阀套与阀体之间的密封采用静密封。其中，第二容腔内设置复位弹簧，用于进液阀芯的复位移动。其中，进液阀套上设置的第二容腔内壁设置矩形位移反馈槽，通过进液阀芯在第二容腔内相对矩形位移反馈槽的移动，实现对进液阀芯的移动位移反馈；其中，矩形位移反馈槽联通回液流道，过流面积随着进液阀芯的移动而变化。本专利技术具有以下有益效果：1)该阀采用新结构设计，既能进行手动开关控制，又可进行电液比例控制，解决了现有开关型换向阀无法调节阀芯位移或流量的不足以及现有水压比例阀结构上的缺憾，是一款适用于煤矿液压支架的比例方向阀。2)主阀进液阀套上设有位移反馈阻尼，可在不安装位移传感器的前提下通过理论分析和试验标定得到阀芯位移，这大大简化了阀的结构复杂度。3)主阀采用插装结构，可进行集成化设计构成阀组，可灵活设计阀组功能数量，由于采用在阀组总供液/总回液处检测压力，这大大减小了压力传感器的数量。4)先导级采用高速开关阀，抗污染能力强，由于高速开关阀的高速开关动作，主阀进液阀芯势必处于振荡状态，这样可以有效减小密封圈带来的控制死区和换向爬行等问题。5)通过ECU电子控制单元，输入和压力传感器的反馈信号可以计算出阀芯位移和阀口流量。6)比例方向流量阀阀组采用插装式结构，内部嵌入压力传感器，阀组各部分实现高度集成，在保证性能的前提下大大减小了阀组体积。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1是本专利技术提供的一种手自一体控制的高水基高压大流量数字比例方向阀的结构示意图。图2是本专利技术提供的一种手自一体控制的高水基高压大流量数字比例方向阀的手动控制模式时序图。图3是本专利技术提供的一种手自一体控制的高水基高压大流本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种手自一体控制的高水基高压大流量数字比例方向阀，其特征在于，包括：主阀、先导阀和电子控制单元；/n其中，主阀包括进液阀套、进液阀芯、阀座、回液阀芯和回液阀套；回液阀芯呈环状，套置于进液阀芯的外侧，回液阀套套置于回液阀芯的外侧，且进液阀芯、回液阀芯及回液阀套之间形成第一容腔；进液阀套一端设置第二容腔，进液阀芯套置于进液阀套的第二容腔内；阀座套置于进液阀芯外侧，并分别与进液阀套及回液阀套接触，阀座与进液阀芯、进液阀套之间形成第三容腔；主阀外侧套设阀体，回液阀套和阀体之间形成第四容腔；进液阀芯外侧设置两个凸肩，第三容腔设置于第一凸肩背离第二凸肩的一端，第一容腔设置于第二凸肩背离第一凸肩的一端；第一凸肩和第二凸肩之间形成环形沟槽；阀座上对应第一凸肩的位置设置进液压力测量位，进液压力测量位向外连接至供液流道，向内通过第一流道与第三容腔联通，同时设置比例节流口，与环形沟槽联通，且在进液阀芯处于常位时，比例节流口通过第一凸肩封闭；在正对环形沟槽的阀座上设置工作压力测量位，在阀座上相对工作压力测量位的位置设置主阀流量输出接口；回液阀套和阀体之间设置回液压力测量位，回液压力测量位连接回液流道；/n先导阀包括第一先导阀和第二先导阀，第一先导阀为二位三通阀，设置有手动开关；常位时沟通第一容腔和回液流道，导通时沟通第一容腔和供液流道；第二先导阀为高速开关阀，常位时处于关闭状态，连接供液流道和第二容腔；第三容腔连接至供液流道，第四容腔连接至回液流道；/n电子控制单元分别连接第一先导阀的二位三通阀和第二先导阀的高速开关阀进行控制。/n...

【技术特征摘要】
1.一种手自一体控制的高水基高压大流量数字比例方向阀，其特征在于，包括：主阀、先导阀和电子控制单元；
其中，主阀包括进液阀套、进液阀芯、阀座、回液阀芯和回液阀套；回液阀芯呈环状，套置于进液阀芯的外侧，回液阀套套置于回液阀芯的外侧，且进液阀芯、回液阀芯及回液阀套之间形成第一容腔；进液阀套一端设置第二容腔，进液阀芯套置于进液阀套的第二容腔内；阀座套置于进液阀芯外侧，并分别与进液阀套及回液阀套接触，阀座与进液阀芯、进液阀套之间形成第三容腔；主阀外侧套设阀体，回液阀套和阀体之间形成第四容腔；进液阀芯外侧设置两个凸肩，第三容腔设置于第一凸肩背离第二凸肩的一端，第一容腔设置于第二凸肩背离第一凸肩的一端；第一凸肩和第二凸肩之间形成环形沟槽；阀座上对应第一凸肩的位置设置进液压力测量位，进液压力测量位向外连接至供液流道，向内通过第一流道与第三容腔联通，同时设置比例节流口，与环形沟槽联通，且在进液阀芯处于常位时，比例节流口通过第一凸肩封闭；在正对环形沟槽的阀座上设置工作压力测量位，在阀座上相对工作压力测量位的位置设置主阀流量输出接口；回液阀套和阀体之间设置回液压力测量位，回液压力测量位连接回液流道；
先导阀包括第一先导阀和第二先导阀，第一先导阀为二位三通阀，设置有手动开关；常位时沟通第一容腔和回液流道，导通时沟通第一容腔和供液流道；第二先导阀为高速开关阀，常位时处于关闭状态，连接供液流道和第二容腔；第三容腔连接至供液流道，第四容腔连接至回液流道；
电子控制单元分别连接第一先导阀的二位三通阀和第二先导阀的高速开关阀进行控制。


2.根据权利要求1所述的手自一体控制的高水基高压大流量数字比例方向阀，其特征在于，在进液压力测量位、工作压力测量位及回液压力测量位的连接流道上分别...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵瑞豪，廖瑶瑶，廉自生，袁红兵，董建麟，李润泽，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西;14