CN102720712B - 一种利用电磁力修复卡紧故障的电液比例阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用电磁力修复卡紧故障的电液比例阀，包括比例电磁铁、阀芯和带阀腔的阀体。其中阀体包括特制阀壁，特制阀壁包括上下左右四块阀壁主壁、将阀壁主壁分隔并分设于阀壁四个顶角的四条隔磁带和四组带导磁框架并分别套在四块阀壁主壁上的螺线管线圈。还包括阀芯磁化装置和电源控制装置。阀芯、阀壁主壁和轴芯由导磁体合金制成，隔磁带由不导磁体合金制成。采用本技术方案，可便捷的利用电磁力修复由污染和径向不平衡压力造成的卡紧故障，操作简便，使用效果好。

Description

一种利用电磁力修复卡紧故障的电液比例阀

技术领域

本发明涉及一种液压阀，特别是一种利用电磁力修复卡紧故障的电液比例阀。

背景技术

滑阀机构是各类液压阀中采用最多的一种结构形式，滑阀由阀芯和带阀腔的阀体这两个主要部件构成，通过改变阀芯在阀体的阀腔里的位置，滑阀可以实现流体流向的改变及通断。滑阀卡紧故障是液压系统中最为常见的故障和失效形式之一，一般可分为液压卡紧和机械卡紧两大类。液压卡紧是因机加工造成阀芯几何性状误差和同轴度误差产生径向不平衡压力引起的；而机械卡紧则由运行现场的颗粒污染物在滑阀间隙逐渐淤积而引起的。卡紧故障有轻度和重度的区分。

现有技术中，排除上述卡紧故障的方法主要有两种：一是在加工和现场运行过程中采取措施，减少发生故障的几率，比如在系统中安装精过滤器、阀芯上合理开设均压槽、严格加工装配质量等；另一种方法就是在线实时故障诊断和故障排除，目前，尚无较灵敏、准确的在线实时故障诊断、排除装置，或者虽有类似装置但结构复杂、成本高昂，故障排除效果不佳。

HERION公司提供了一种解决方法，设计制造一种电磁换向阀，除了它的工作阀芯外，还有一个“击锤”阀芯。正常工作时，“击锤”阀芯不动作，当阀芯因卡紧无法归位时， “击锤”阀芯在弹簧力作用下敲击工作阀芯，使其回位。这一方案的局限性在于，由于是靠上电时压缩机械弹簧来获得敲击能量，“击锤”阀芯只有一次敲击动作，而且是单向的，无法确保故障排除，也无法应用于伺服、比例阀控制系统。

有鉴于此，本发明人结合从事液压阀领域研究工作多年的经验，对上述技术领域的缺陷进行长期研究，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、成本低廉的利用电磁力修复卡紧故障的电液比例阀，可便捷的利用电磁力修复由污染和径向不平衡压力造成的卡紧故障，操作简便，使用效果好。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种利用电磁力修复卡紧故障的电液比例阀，包括比例电磁铁、阀芯和带阀腔的阀体。其中阀体包括特制阀壁，特制阀壁包括上下左右四块阀壁主壁、将阀壁主壁分隔并分设于阀壁四个顶角的四条隔磁带和四组带导磁框架并分别套在四块阀壁主壁上的螺线管线圈。还包括阀芯磁化装置，置于阀芯与比例电磁铁之间，阀芯磁化装置包括带导磁框架的螺线管线圈和圆柱状轴芯，轴芯和阀芯制成一体。阀芯、阀壁主壁和轴芯由导磁体合金制成，隔磁带由不导磁体合金制成。还包括与特制阀壁的四组螺线管线圈及阀芯磁化装置中的螺线管线圈电连接、可分别控制其正反通断电的电源控制装置。

进一步，所述电源控制装置可分别控制四组螺线管线圈通电个数、顺序，以及分别控制四组螺线管线圈及阀芯磁化装置中的螺线管线圈的电流大小、通电时间和频率。从而进一步提高本技术方案中电磁力的修复效果，且操作更加简便，使用效果更佳。

进一步，所述阀芯由高磁导合金1J87制成，所述阀壁主壁和圆柱状轴芯由高磁导合金1J89制成，所述隔磁带由YG8不导磁进口钨钢制成。从而进一步提高本技术方案中电磁力的修复效果，且使用效果更佳。

采用本技术方案修复机械卡紧故障的工作原理如下：

电液比例阀产生机械卡紧故障时，和阀体阀芯的间隙尺寸接近的污染颗粒因阀体和阀芯表面不平而滞留形成大颗污染颗粒，同时较小颗粒被截留在大颗粒间，构成动态生长污粒饼，两者共同作用形成常见的污染卡紧。阀芯卡紧故障主要为两种表现形式，要么阀芯主要卡在阀腔的某一个侧面，要么阀芯主要卡在阀腔的某两个侧面（如上原理分析该较严重的两侧面一般是相邻的）。对此我们可以通过相应的装置或人工来进行检测、判断。

若阀芯主要卡在阀腔的某一个或两个侧面，则阀芯磁化装置的螺线管线圈通电，将插入在螺线管线圈中的轴芯磁化，使和轴芯相连的阀芯磁化为S或N磁极。同时，阀壁主壁上的四个螺线管线圈同时通电，各线圈电流相等。控制四个螺线管线圈中的电流方向使阀壁主壁被磁化为和阀芯相同的磁极。这时阀芯和阀壁主壁成为极性相同的两块磁铁，它们之间产生电磁斥力。和阀芯贴近的那一个或两个侧面受到的电磁斥力较大，而其余几个侧面的电磁斥力较小，当斥力大于机械卡紧的作用力时，阀芯开始向阀腔的中轴线方向运动，卡紧状态得到缓解。考虑到阀芯相对两侧均产生不同程度污染卡紧的情况，在阀芯磁化装置和四侧阀壁主壁上的螺线管线圈通电一定时间后，同时使各个螺线管线圈断电一定时间，如此循环反复，阀芯在电磁力的作用下，沿阀腔的径向大幅振动，使得大颗污染颗粒和污粒饼受机械振动作用而破碎分解为小颗粒融于液压油中，并随油液循环被带离滑阀机构，从而达到清洁油液和解除卡紧故障的目的，且最终使阀芯能停留在阀腔中轴线处。

当然上述电磁力也可以是电磁吸力，即启动阀芯磁化不变，而仅使阀腔卡紧所在的某一个或两个侧面对面的一侧或两侧的阀壁主壁上的螺线管线圈通电，使得该对应的阀壁主壁被磁化，且控制螺线管线圈中的电流方向，使得阀芯和阀壁主壁成为极性相反的两块磁铁，它们之间产生电磁吸力。当吸力大于机械卡紧的作用力时，阀芯开始向着对面侧或对角线方向运动，卡紧状态得到缓解。考虑到阀芯相对两侧或四周均产生不同程度污染卡紧的情况，在一侧或两侧阀壁主壁上的螺线管线圈通电一定时间后，该螺线管线圈断电，并随后使对面一侧或两侧阀壁主壁上的螺线管线圈通电同样的时间，如此循环反复，阀芯在电磁力的作用下，沿阀腔的径向大幅振动，其效果同上。

采用本技术方案修复液压卡紧故障的工作原理如下：

电液比例阀产生液压卡紧故障的原因是因机加工造成阀芯几何性状误差和同轴度误差产生径向不平衡压力，使阀芯压向阀体壁面，最终产生液压卡紧。阀芯卡紧故障主要为两种表现形式，要么阀芯主要卡在阀腔的某一个侧面，要么阀芯主要卡在阀腔的某两个侧面（如上原理分析该较严重的两侧面一般是相邻的）。对此我们可以通过相应的装置或人工来进行检测、判断。

若阀芯主要卡在阀腔的某一个或两个侧面，则阀芯磁化装置的螺线管线圈通电，将插入在螺线管线圈中的轴芯磁化，使和轴芯相连的阀芯磁化为S或N磁极。同时，阀壁主壁上的四个螺线管线圈同时通电，各线圈电流相等。控制四个螺线管线圈中的电流方向使阀壁主壁被磁化为和阀芯相同的磁极。这时阀芯和阀壁主壁成为极性相同的两块磁铁，它们之间产生电磁斥力。和阀芯贴近的那一个或两个侧面受到的电磁斥力较大，而其余几个侧面的电磁斥力较小，当斥力大于机械卡紧的作用力时，阀芯开始向阀腔的中轴线方向运动，卡紧状态得到缓解。在阀芯磁化装置和四侧阀壁主壁上的螺线管线圈通电一定时间后，同时使各个螺线管线圈断电一定时间，如此循环反复，阀芯在电磁力的作用下，沿阀腔的径向大幅振动，使径向不平衡压力得以减轻或消除，从而使阀芯悬浮在阀腔的中轴线附近，阀体内表面和阀芯之间的摩擦系数显著降低，避免阀芯被压在阀体内壁上无法动作，达到解除液压卡紧的目的，且最终使阀芯能停留在阀腔中轴线处。

当然上述电磁力也可以是电磁吸力，即启动阀芯磁化不变，而仅使阀腔卡紧所在的某一个或两个侧面对面的一侧或两侧的阀壁主壁上的螺线管线圈通电，使得该对应的阀壁主壁被磁化，且控制螺线管线圈中的电流方向，使得阀芯和阀壁主壁成为极性相反的两块磁铁，它们之间产生电磁吸力。当吸力大于液压卡紧的作用力时，阀芯开始向着对面侧或对角线方向运动，卡紧状态得到缓解。在一侧或两侧阀壁主壁上的螺线管线圈通电一定时间后，让该螺线管线圈断电，并随后使对面一侧或两侧阀壁主壁上的螺线管线圈通电同样的时间，如此循环反复，阀芯在电磁力的作用下，沿阀腔的径向大幅振动，使径向不平衡压力得以减轻或消除，从而达到如上述的技术效果。

本发明同现有技术相比有以下优点及效果：1、利用电磁铁的双向电磁力使阀芯沿径向振动，从而粉碎大颗污染颗粒和污粒饼，排除污染卡紧故障，具体可以是电磁吸力或间断式电磁斥力；2、利用电磁铁的双向电磁力减轻或消除径向不平衡压力，从而降低阀体内表面和阀芯之间的摩擦系数并使阀芯回归中轴线附近，排除液压卡紧故障，具体可以是电磁吸力或间断式电磁斥力；3、卡紧的方向是径向，本发明通过径向电磁力作用解除卡紧故障，其效果要强于通过轴向振动方式的卡紧解决方法；4、本技术方案中，电磁力所能达到的最终平衡点，刚好是比例阀的正常工况，即阀芯和阀腔的中轴线重合状态，因此采用本技术方案最终能使阀芯能停留在阀腔中轴线处；5、采用本技术方案，结构简单、成本低廉，操作简便，使用效果好。

为了进一步解释本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细描述。

附图说明

图1为普通电液比例阀结构示意图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为本发明沿垂直阀芯轴心线方向的剖面图；

图4为阀芯磁化装置结构示意图。

附图标号：。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施进一步详细的描述。

普通电液比例阀的结构如图1所示，包括阀芯1’和阀体，阀体包括阀腔2’和阀壁3’。至于其他部件，一般还包括比例放大器5’、比例电磁铁4’。比例电磁铁4’也可以是单个，在另一端用复位弹簧代替。比例电磁铁与阀芯相配合，通过比例电磁铁驱动阀芯。一般比例电磁铁4’的动铁芯顶着阀芯1’。通过改变阀芯1’在阀体的阀腔里的位置，比例阀可以实现流体流向的改变及通断。上述为现有技术，此处不再赘述。

如图2至图4所示，是本发明的较佳实施例。

一种利用电磁力修复卡紧故障的电液比例阀，包括比例电磁铁30、阀芯41和带阀腔42的阀体40。其中阀体40包括特制阀壁43，特制阀壁包括上下左右四块阀壁主壁431、将阀壁主壁分隔并分设于阀壁四个顶角的四条隔磁带432和四组带导磁框架并分别套在四块阀壁主壁上的螺线管线圈433，即带线圈的螺线管。阀芯和阀壁主壁由导磁体合金制成，隔磁带由不导磁体合金制成。

还包括阀芯磁化装置60，置于阀芯41与比例电磁铁30之间。阀芯磁化装置60包括带导磁框架的螺线管线圈61（即带线圈的螺线管）和圆柱状轴芯62，轴芯62和阀芯41制成一体。轴芯由导磁体合金制成。在本实施例中，阀芯磁化装置60的结构如图4所示，由带导磁框架的螺线管线圈61和高磁导合金1J89制成的圆柱状轴芯62组成；轴芯62和阀芯41制成一体，制成一体的方式有很多，只要不影响磁化的轴芯62带动阀芯41同极磁化即可，在本实施例中，两者连成一体，轴心线重合，即可以将轴芯视为阀芯的延伸段。从而进一步提高本技术方案中电磁力的修复效果，且使用效果更佳。

还包括与特制阀壁的四组螺线管线圈433及阀芯磁化装置中的螺线管线圈61电连接、可分别控制其正反通断电的电源控制装置。由于该电源控制装置主要是起控制四组螺线管线圈433及螺线管线圈61通断电的功能，虽然将其运用到此处与螺线管线圈结合实现电磁力控制进而修复卡紧故障是本发明人的创新，但是实现此功能的装置在电气领域属于常见技术，此处就不再赘述。为了实现更佳的修复效果，在本实施例中，电源控制装置可分别控制四组螺线管线圈433通电个数、顺序，以及分别控制四组螺线管线圈433及阀芯磁化装置中的螺线管线圈61的电流大小、通电时间和频率，从而进一步提高本技术方案中电磁力的修复效果，且操作更加简便，使用效果更佳。

在本实施例中，电液比例阀沿垂直阀芯轴心线方向的剖面图如图3所示。41是阀芯，由高硬度、高磁导合金1J87制成；42是阀腔；432是由YG8不导磁进口钨钢制成隔磁带，共四条，分别在矩形截面的四个顶角上，其尺寸如图所示；431是由高硬度、高磁导合金1J89制成的阀壁主壁，共四块，被隔磁带分隔，和四条隔磁带共同组成阀体阀壁；433是四组带导磁框架的螺线管线圈，即带线圈的螺线管，分别套在四块阀壁主壁431上。

四个隔磁带主要用于改善螺线管通电时的磁场分布，削弱相同磁极间的斥力。磁化装置中的轴芯和阀芯采用的软磁材料分别是高磁导合金1J89和高磁导合金1J87，其中1J87的导磁性能要比1J89更好，这样设计的目的是改善通电后螺线管线圈周围的磁场分别，提高阀芯的磁化效果。

要说明的是，现有的比例电磁铁的推杆和阀芯是分离的两部分，比例电磁铁通电后推杆按比例推动阀芯运动。在本技术方案中，阀芯磁化装置中，阀芯和阀芯磁化装置的轴芯制成一体，而且阀芯段材料的导磁能力更强，目的是改善阀芯磁化装置通电时的磁场分布，加强使阀芯那段材料的磁化程度。本技术方案中的比例电磁铁的推杆在正常工况下推动阀芯磁化装置的轴芯（和阀芯）运动。

机械卡紧故障自排除（一侧卡紧）的工作过程如下：

当卡紧故障被检测到时（如通过智能控制器10及检测装置50，或者人工，进行检测、判断），假定阀芯主要卡在阀腔的A侧面（图3所示的左侧，即标注431和432侧），该侧面对面那侧为B侧面（图3所示的右侧）。则阀芯磁化装置60上的螺线管线圈61通电，将轴芯62磁化为N磁极，和轴芯62一体的阀芯41同样磁化为N磁极。同时四组螺线管线圈433通电，使得被螺线管线圈433缠绕的四侧阀壁主壁431都被磁化为N磁极，阀芯41和四侧阀壁主壁431成为极性相同的两块磁铁，它们之间产生电磁斥力。当斥力大于机械卡紧的作用力时，阀芯开始向阀腔中轴线方向运动，卡紧状态得到缓解。考虑到阀芯的AB两侧均产生不同程度污染卡紧的情况，在磁化装置60的螺线管线圈61和四侧阀壁主壁431上的螺线管线圈433通电一定时间后，同时使各个螺线管线圈断电一定时间，如此循环反复，阀芯41在电磁力的作用下，沿阀腔42的径向（A到B）大幅振动，使得大颗污染颗粒和污粒饼受机械振动作用而破碎分解为小颗粒融于液压油中，并随油液循环被带离滑阀机构，从而达到清洁油液和解除卡紧故障的目的，且最终使阀芯能停留在阀腔中轴线处。

当然上述电磁力也可以是电磁吸力，即启动阀芯41磁化不变，而仅使B侧面阀壁主壁433上的螺线管线圈433通电，使B侧阀壁主壁431和阀芯41成为极性相反的两块磁铁，它们之间产生电磁吸力。当吸力大于机械卡紧的作用力时，阀芯开始向着B侧方向运动，卡紧状态得到缓解。考虑到阀芯相对两侧均产生不同程度污染卡紧的情况，在B侧阀壁主壁上的螺线管线圈通电一定时间后，该螺线管线圈断电，并随后使A侧阀壁主壁上的螺线管线圈通电同样的时间（作为优选，A侧螺线管线圈上的通电电流要比B侧螺线管线圈上的小，从而提高电磁吸力解除卡紧的效果），如此循环反复，阀芯在电磁力的作用下，沿阀腔的径向大幅振动，其效果同上。

液压卡紧故障自排除（一侧卡紧）的工作过程如下：

当卡紧故障被检测到时（如通过智能控制器10及检测装置50，或者人工，进行检测、判断），假定阀芯主要卡在阀腔的A侧面（图3所示的左侧，即标注431和432侧），该侧面对面那侧为B侧面（图3所示的右侧）。则磁阀芯化装置60上的螺线管线圈61通电，将轴芯62磁化为N磁极，和轴62一体的阀芯41同样磁化为N磁极。同时四组螺线管线圈433通电，使得被螺线管线圈433缠绕的四侧阀壁主壁431都被磁化为N磁极，阀芯41和四侧阀壁主壁431成为极性相同的两块磁铁，它们之间产生电磁斥力。当斥力大于液压卡紧的作用力时，阀芯开始向阀腔中轴线方向运动，卡紧状态得到缓解。在磁化装置60的螺线管线圈61和四侧阀壁主壁上的螺线管线圈433通电一定时间后，同时使各个螺线管线圈断电一定时间，如此循环反复，阀芯41在电磁力的作用下，沿阀腔42的径向（A到B）大幅振动，使径向不平衡压力得以减轻或消除，从而使阀芯回到阀腔的中轴线附近，阀体内表面和阀芯之间的摩擦系数显著降低，避免阀芯被压在阀体内壁上无法动作，达到解除液压卡紧的目的，且最终使阀芯能停留在阀腔中轴线处。

当然上述电磁力也可以是电磁吸力，即启动阀芯41磁化不变，而仅使B侧阀壁主壁431通电并使阀芯41和B侧阀壁主壁431成为极性相反的两块磁铁，它们之间产生电磁吸力。当吸力大于液压卡紧的作用力时，阀芯开始向着B侧方向运动，卡紧状态得到缓解。在B侧阀壁主壁上的螺线管线圈通电一定时间后，该螺线管线圈断电，并随后使A侧阀壁主壁上的螺线管线圈通电同样的时间（作为优选，A侧螺线管线圈上的通电电流要比B侧螺线管线圈上的小，从而提高电磁吸力解除卡紧的效果），如此循环反复，阀芯在电磁力的作用下，沿阀腔的径向大幅振动，使径向不平衡压力得以减轻或消除，从而达到如上述的技术效果。

如前述，卡紧的方向是径向，本发明通过径向电磁力作用解除卡紧故障，其效果要强于通过轴向振动方式的卡紧解决方法；同时，采用本技术方案，结构简单、成本低廉，操作简便，使用效果好。

以上所述仅为本发明的具体实施例，并非对本案设计的限制，凡依本案的设计关键所做的等同变化，均落入本案的保护范围。

Claims (3)

1.一种利用电磁力修复卡紧故障的电液比例阀，包括比例电磁铁、阀芯和带阀腔的阀体，其特征在于：所述阀体包括特制阀壁，特制阀壁包括上下左右四块阀壁主壁、将阀壁主壁分隔并分设于特制阀壁四个顶角的四条隔磁带和四组带导磁框架的螺线管线圈，四组带导磁框架的螺线管线圈分别套在四块阀壁主壁上；还包括阀芯磁化装置，置于阀芯与比例电磁铁之间，阀芯磁化装置包括带导磁框架的螺线管线圈和圆柱状轴芯，该圆柱状轴芯和阀芯制成一体，阀芯磁化装置中带导磁框架的螺线管线圈套在圆柱状轴芯上；阀芯、阀壁主壁和轴芯由导磁体合金制成，隔磁带由不导磁体合金制成；还包括与特制阀壁的四组螺线管线圈及阀芯磁化装置中的螺线管线圈电连接的电源控制装置，该电源控制装置可分别控制特制阀壁的四组螺线管线圈及阀芯磁化装置中的螺线管线圈的正反通断电。

2.如权利要求1所述的一种利用电磁力修复卡紧故障的电液比例阀，其特征在于：所述电源控制装置可分别控制四组螺线管线圈通电个数、顺序，还可分别控制四组螺线管线圈及阀芯磁化装置中的螺线管线圈的电流大小、通电时间和频率。

3.如权利要求1或2所述的一种利用电磁力修复卡紧故障的电液比例阀，其特征在于：所述阀芯由高磁导合金1J87制成，所述阀壁主壁和圆柱状轴芯由高磁导合金1J89制成，所述隔磁带由YG8不导磁进口钨钢制成。