CN101245708B - 液压支架用磁流变电液控换向阀 - Google Patents

液压支架用磁流变电液控换向阀 Download PDF

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Abstract

液压支架用磁流变电液控换向阀，利用磁流变电液的特性，实现液压换向阀的控制，克服由于传统液压阀不断开关、换向冲击导致的输出波动较大的缺点，提高液压系统的稳定性，采用方案是，换向阀由换向阀体、换向阀左端盖、换向阀右端盖、换向内阀芯、换向外阀芯和换向阀工作液口，在换向阀左端盖和换向阀右端盖上控制换向内阀芯移动的进出液口上，分别设置有磁流变阀。本发明的有益效果是：利用磁流变液推动主换向阀进行传统的液压系统工作液体的换向。整个换向阀不需要对液体需要精细过滤，制造工艺简单。适于批量化生产，成本低。

Description

液压支架用磁流变电液控换向阀
所属技术领域
本发明涉及一种磁流变电液控换向阀，尤其是指一种用于煤矿综采工作面液压支架计算机自动控制系统的液压支架用磁流变电液控换向阀。
背景技术
随着科技的不断发展，尤其是以电子技术与信息技术为代表的高新技术的发展，液压控制系统也向着小型化、智能化、经济化的方向发展。而传统液压阀作为液压控制系统的核心元件，由于存在活动的机械部件，结构复杂，加工要求高，容易磨损，成本高等问题，而且这些伺服阀中油液要流经许多小缝隙，这些缝隙对油液中的脏物很敏感，很容易由油脏而引起伺服阀不能正常工作。
随着我国煤炭工业的发展，采煤设备机械化程度也在迅速地发展，液压支架计算机自动控制系统正在各大矿务局越来越多使用，而国内液压支架的关键部件电液控换向阀由于诸多原因不能应用，其他行业用电磁阀因不符合防爆性能要求且无法保证煤矿矿井下恶劣的工作环境下使用。
发明内容
本发明的目的在于根据磁流变液在无外磁场作用下表现为流动良好的液体状态，然而在强磁场作用下可在短时间(毫秒级)内表现黏度增加两个数量级以上，并呈现类似固体的力学性质，其强度由剪切屈服应力来表征，而且黏度的变化是连续、可逆的，即一旦去掉磁场后，又变成可以流动的液体。磁流变效应连续、可逆、迅速和易于控制的特点使得磁流变液装置能够成为电气控制与机械系统间简单、安静而且响应迅速的装置。不同于传统液压阀，磁流变阀无相对运动件，结构简单，可靠性高；磁流变液体的压缩性远小于常规液压油的压缩性，有利于提高系统的效率；磁流变液体在外加磁场作用下可在毫秒级时间内变成固态(这种变化可逆、可控、可连续)，利用该流变特性可以实现液压系统的智能控制，克服由于传统液压阀不断开关、换向冲击导致的输出波动较大的缺点，从而提高系统的稳定性的特点，提供一种液压支架用磁流变电液控换向阀，尤其是在地下采矿工程中的液压支架用电液控换向阀，它能满足自进给液压支架的使用要求，制造成本又较低；安装和使用更加方便快捷、简单易行，减少了液压支架管路系统的故障点，使液压支架工作更加安全可靠。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：液压支架用磁流变电液控换向阀，包括：由换向阀体、换向阀左端盖、换向阀右端盖、换向内阀芯、换向外阀芯和换向阀工作液口、进液口和换向阀回液口，换向外阀芯固定安装在换向阀体内，换向内阀芯密封接触式套装在换向外阀芯内，换向阀工作液口、进液口和换向阀回液口由换向内阀芯的移动经换向内阀芯的内空腔实现换向，换向阀端盖与换向阀体两端固定，所述的换向阀左端盖和换向阀右端盖上控制换向内阀芯移动的进出液口上，分别设置有磁流变阀。
所述的换向阀右端盖为盲盖，在换向阀右端盖与换向内阀芯之间设置有换向内阀芯的复位弹簧。
所述的磁流变阀包括：磁流变阀体、磁流变主阀芯、磁流变左阀芯、磁流变右阀芯、磁流变阀左端盖、磁流变阀右端盖、励磁线圈、和密封圈，磁流变主阀芯、磁流变左阀芯和磁流变右阀芯安装在磁流变阀体内，磁流变左阀芯和磁流变右阀芯经定位销与磁流变主阀芯连接，磁流变左阀芯和磁流变右阀芯与磁流变主阀芯的接触端面留有磁流变液间隙，磁流变左阀芯和磁流变右阀芯上设置有磁流变液孔，在磁流变主阀芯上设置有中心孔，磁流变液孔、磁流变液间隙和中心孔构成磁流变液在磁流变阀中的通道，励磁线圈绕制在磁流变主阀芯上的支架上，励磁线圈由密封圈密封在磁流变阀体内，磁流变阀左端盖、磁流变阀右端盖固定安装在磁流变阀体两端，在磁流变阀左端盖和磁流变阀右端盖上，分别设置磁流变液进口。
所述的磁流变左阀芯和磁流变右阀芯与磁流变主阀芯的接触端面，为对应的凸凹梯形，磁流变左阀芯和磁流变右阀芯与磁流变主阀芯的接触端面形成梯形磁流变液间隙。
所述的磁流变左阀芯和磁流变右阀芯与磁流变主阀芯的接触端面，为对应的凸凹斜度不同的梯形，磁流变左阀芯和磁流变右阀芯与磁流变主阀芯的接触端面形成间隙渐变的阻力梯形磁流变液间隙。
本发明的有益效果是：本换向阀利用磁流变液作为控制液体，通过改变磁流变阀的励磁线圈的电流进而调节磁流变液作用在主换向阀左右两个端面的压差。当压差超过临界值后，磁流变液推动主换向阀进行传统的液压系统工作液体的换向。整个换向阀不需要对液体精细过滤，制造工艺简单。适于批量化生产，成本低。
磁流变阀通过控制励磁线圈电流的大小来控制通过阀的磁流变液的流量，无移动的机械部件，相对于传统的机械阀，磁流变液控制阀结构简单，体积小，易于控制，响应速度快，工作噪声低，耐磨损，可靠性高，成本低。
由于磁流变液控制阀的响应速度为毫秒数量级，可以提高整个换向阀的响应速度。从而提高换向阀换向时间，进而提高移架速度提高综采工作面工作效率。
下面结合附图对本发明进行详细描述。
附图说明。
图1本发明换向阀实施例1剖视图。
图2本发明换向阀实施例2剖视图。
图3本发明磁流变阀剖视图。
图4本发明原理图框图。
附图中，1换向阀左端盖，2换向阀右端盖，3换向内阀芯，4磁流变阀，4-1磁流变阀体，4-2磁流变主阀芯，4-3磁流变左阀芯，4-4磁流变右阀芯，4-5磁流变阀左端盖，4-6磁流变阀右端盖，4-7励磁线圈，4-8密封圈，4-9定位销，4-10磁流变液间隙，4-11磁流变液孔，4-12中心孔，4-13磁流变液进口，5换向阀体，6换向外阀芯，7换向阀工作液口，8进液口，9换向阀回液口，10复位弹簧。
附图3中的箭头为磁流变液的流动方向，磁流变液也可安箭头反方向流动。
具体实施方式
参看附图，液压支架用磁流变电液控换向阀，包括：由换向阀体5、换向阀左端盖1、换向阀右端盖2、换向内阀芯3、换向外阀芯6和换向阀工作液口7、进液口8和换向阀回液口9，换向外阀芯6固定安装在换向阀体5内，换向内阀芯3密封接触式套装在换向外阀芯6内，换向阀工作液口7、进液口8和换向阀回液口9由换向内阀芯3的移动经换向内阀芯3的内空腔实现换向，换向阀左端盖1和换向阀右端盖2与换向阀体5两端固定，换向阀左端盖1和换向阀右端盖2上控制换向内阀芯3移动的进出液口上，分别设置有磁流变阀4。
在换向阀左端盖1和换向阀右端盖2上控制换向内阀芯3移动的进出液口上，分别设置的四个磁流变阀4。为相同结构的磁流变阀，换向阀的工作液体为常用的乳化液等常规液压油液，被控液体从工作液口7流向或流出工作支架，由被控液体油路通过进液口8流入换向阀，回液口9流出换向阀。
换向阀工作时，当换向阀左端盖1上的两个磁流变阀4，一个打开，一个关闭，换向阀右端盖2上的两个磁流变阀4关闭，换向内阀芯3在压力液作用下，向右移动，实施换向，当换向阀右端盖2上的两个磁流变阀4一个打开，一个关闭，换向阀左端盖1上的两个磁流变阀4关闭，换向内阀芯3在压力液作用下，向左移动，实施换向。
对于低压控制系统中，由于系统压力较低，换向阀右端盖2为盲盖，在换向阀右端盖2与换向内阀芯3之间设置有换向内阀芯3的复位弹簧10。在该结构的换向阀中，换向内阀芯3向右移动是由压力液作用下实现，换向内阀芯3向左移动是由复位弹簧10控制实现。
根据此设计原则，同样可将换向阀左端盖1设计为盲盖，在换向阀左端盖1与换向内阀芯3之间设置有换向内阀芯3的复位弹簧10。
本发明的技术关键还在于磁流变阀4的结构设计，磁流变阀4包括：磁流变阀体4-1、磁流变主阀芯4-2、磁流变左阀芯4-3、磁流变右阀芯4-4、磁流变阀左端盖4-5、磁流变阀右端盖4-6、励磁线圈4-7、和密封圈4-8，磁流变主阀芯4-2、磁流变左阀芯4-3和磁流变右阀芯4-4安装在磁流变阀体4-1内，磁流变左阀芯4-3和磁流变右阀芯4-4经定位销4-9与磁流变主阀芯4-2连接，磁流变左阀芯4-3和磁流变右阀芯4-4与磁流变主阀芯4-2的接触端面留有磁流变液间隙4-10，磁流变左阀芯4-3和磁流变右阀芯4-4上设置有磁流变液孔4-11，在磁流变主阀芯4-2上设置有中心孔4-12，磁流变液孔4-11、磁流变液间隙4-10和中心孔4-12构成磁流变液在磁流变阀4中的通道，励磁线圈4-7绕制在磁流变主阀芯4-2上的支架上，励磁线圈4-7由密封圈4-8密封在磁流变阀体4-1内，磁流变阀左端盖4-5、磁流变阀右端盖4-6固定安装在磁流变阀体4-1两端，在磁流变阀左端盖4-5和磁流变阀右端盖4-6上，分别设置磁流变液进口4-13。
磁流变阀4工作时，磁流变液经磁流变液进口4-13、磁流变液孔4-11，磁流变液间隙4-10和中心孔4-12形成磁流变液通道，励磁线圈4-7的断电时，磁流变液在无外磁场作用下表现为流动良好的液体状态，既磁流变阀4打开导通，励磁线圈4-7的通电时，产生强磁场，在强磁场作用下，可在短时间(毫秒级)内表现黏度增加两个数量级以上，并呈现类似固体的力学性质，其强度由剪切屈服应力来表征，而且黏度的变化是连续、可逆的，既磁流变阀4关闭截止，去掉磁场后，磁流变液又变成可以流动的液体。
为增加磁流变液在强磁场作用下的流动阻力，磁流变左阀芯4-3和磁流变右阀芯4-4与磁流变主阀芯4-2的接触端面，为对应的凸凹梯形，磁流变左阀芯4-3和磁流变右阀芯4-4与磁流变主阀芯4-2的接触端面形成梯形磁流变液间隙4-10。
为进一步增加磁流变液在强磁场作用下的流动阻力，磁流变左阀芯4-3和磁流变右阀芯4-4与磁流变主阀芯4-2的接触端面，为对应的凸凹斜度不同的梯形，磁流变左阀芯4-3和磁流变右阀芯4-4与磁流变主阀芯4-2的接触端面形成间隙渐变的阻力梯形磁流变液间隙4-10。

Claims (5)

1. 液压支架用磁流变电液控换向阀，包括：由换向阀体、换向阀左端盖、换向阀右端盖、换向内阀芯、换向外阀芯和换向阀工作液口、进液口和换向阀回液口，换向外阀芯固定安装在换向阀体内，换向内阀芯密封接触式套装在换向外阀芯内，换向阀工作液口、进液口和换向阀回液口由换向内阀芯的移动经换向内阀芯的内空腔实现换向，换向阀端盖与换向阀体两端固定，其特征在于：所述的换向阀左端盖(1)和换向阀右端盖(2)上控制换向内阀芯(3)移动的进出液口上，分别设置有磁流变阀(4)。
2. 根据权利要求1所述的液压支架用磁流变电液控换向阀，其特征在于：所述的换向阀右端盖(2)为盲盖，在换向阀右端盖(2)与换向内阀芯(3)之间设置有换向内阀芯(3)的复位弹簧(10)。
3. 根据权利要求1或2所述的液压支架用磁流变电液控换向阀，其特征在于：所述的磁流变阀(4)包括：磁流变阀体(4-1)、磁流变主阀芯(4-2)、磁流变左阀芯(4-3)、磁流变右阀芯(4-4)、磁流变阀左端盖(4-5)、磁流变阀右端盖(4-6)、励磁线圈(4-7)、和密封圈(4-8)，磁流变主阀芯(4-2)、磁流变左阀芯(4-3)和磁流变右阀芯(4-4)安装在磁流变阀体(4-1)内，磁流变左阀芯(4-3)和磁流变右阀芯(4-4)经定位销(4-9)与磁流变主阀芯(4-2)连接，磁流变左阀芯(4-3)和磁流变右阀芯(4-4)与磁流变主阀芯(4-2)的接触端面留有磁流变液间隙(4-10)，磁流变左阀芯(4-3)和磁流变右阀芯(4-4)上设置有磁流变液孔(4-11)，在磁流变主阀芯(4-2)上设置有中心孔(4-12)，磁流变液孔(4-11)、磁流变液间隙(4-10)和中心孔(4-12)构成磁流变液在磁流变阀(4)中的通道，励磁线圈(4-7)绕制在磁流变主阀芯(4-2)上的支架上，励磁线圈(4-7)由密封圈(4-8)密封在磁流变阀体(4-1)内，磁流变阀左端盖(4-5)、磁流变阀右端盖(4-6)固定安装在磁流变阀体(4-1)两端，在磁流变阀左端盖(4-5)和磁流变阀右端盖(4-6)上，分别设置磁流变液进口(4-13)。
4. 根据权利要求3所述的液压支架用磁流变电液控换向阀，其特征在于：所述的磁流变左阀芯(4-3)和磁流变右阀芯(4-4)与磁流变主阀芯(4-2)的接触端面，为对应的凸凹梯形，磁流变左阀芯(4-3)和磁流变右阀芯(4-4)与磁流变主阀芯(4-2)的接触端面形成梯形磁流变液间隙(4-10)。
5. 根据权利要求3所述的液压支架用磁流变电液控换向阀，其特征在于：所述的磁流变左阀芯(4-3)和磁流变右阀芯(4-4)与磁流变主阀芯(4-2)的接触端面，为对应的凸凹斜度不同的梯形，磁流变左阀芯(4-3)和磁流变右阀芯(4-4)与磁流变主阀芯(4-2)的接触端面形成间隙渐变的阻力梯形磁流变液间隙(4-10)。
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