CN103541942A - 适用于短壁采煤机调高系统的双向控制阀 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种适用于短壁采煤机调高系统的双向控制阀，包括液力锁、单向节流阀、安全溢流阀和换向阀，所述液力锁包括活塞及两个液控单向阀；可以实现油缸的双向闭锁和安全溢流。本发明根据摇臂不同的摆动方向（逆时针向上或向下、顺时针向上或向下），换向阀会在油缸两腔油压压差的作用下移至不同的工作位置（左位或右位），控制两侧油路（进油和回油）与其同侧单向节流阀的连通或断开。特别是在摇臂下摆时，形成了用单向节流阀限速，液控单向阀锁紧的平衡回路，有效解决了双向摆动的摇臂在不同方向下降时的抖动问题，提高了短壁采煤机液压系统的工作可靠性。

Description

适用于短壁采煤机调高系统的双向控制阀

技术领域

本发明属于采煤设备技术领域，涉及一种采煤机调高系统，尤其涉及一种适用于短壁采煤机调高系统的双向控制阀。

背景技术

为满足煤层工作面高产高效需求，适应更广采高范围和配套要求，通过加大装机功率，改造机身、摇臂等方式，对短壁采煤机进行了加强、更新和系列化。由于增大了摇臂及滚筒重量，油缸工作负载变大，在该机组的调高检验中，开始出现下降时摇臂、调高油管抖动的现象。由于短壁与双滚筒长壁采煤机的调高方式与原理不同，因此，在该机组向高强度、大功率迈进的今天，其相应的液压调高技术也亟须攻关、升级。

在双滚筒采煤机上，常见的是大腔回油接单向节流阀的办法，设置足够大的背压，用以平衡负载，如果在短壁采煤机任一侧简单地加上单向节流阀，摇臂下降时可以形成系统背压，但是，摇臂上升时，系统背压又变成了进油阻力，加上摇臂和滚筒的自重，油缸进油压力就会过大，甚至超过溢流阀最大调定压力20MPa，使得整个调高系统无法可靠安全地运行。

另外，当油缸负载增大到一定数值，超过该系统最大感应压（负载作用在油缸活塞上的压力）的允许范围后，通过单向节流阀设置回油背压已不能解决摇臂抖动的问题。因此，目前，我公司双滚筒采煤机上普遍采用了阻尼型液力锁，它与单向节流阀配合使用，已有效解决摇臂下降时的抖动问题。但是对短壁采煤机双向摆动的摇臂来说，其调高油缸两端的活塞直径大小是相同的，若采用阻尼型液力锁，在摇臂下降时能消除抖动现象，但摇臂上升时，由于油缸两端活塞直径相同，在油缸回油一侧会产生在与摇臂下降时一样大小的阻力，造成系统进油压力过大。因此，借鉴双滚筒采煤机的这些方法是行不通的。

另外，短壁采煤机调高系统采用单泵系统，其控制油压由回油背压提供，若使用平衡阀，按照平衡阀的工作原理，背压势必会造成平衡阀开启压力过高，引起泵的工作压力过高，影响工作可靠性。

因此，为解决短壁采煤机的调高问题，必须提出了一种全新的控制阀组，既能双向平稳调高，又能较好地降低油泵的工作压力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种适用于短壁采煤机调高系统的双向控制阀，可有效解决双向摆动摇臂下降时抖动和上升时附加阻力的问题，结构紧凑、高度集成、稳定性好。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种适用于短壁采煤机调高系统的双向控制阀，所述控制阀包括：液力锁、单向节流阀、安全溢流阀和换向阀，所述液力锁包括活塞及两个液控单向阀；

双向控制阀含两组液控单向阀、两组单向节流阀、两组安全溢流阀，分别为第一液控单向阀、第二液控单向阀、第一单向节流阀、第二单向节流阀、第一安全溢流阀、第二安全溢流阀；

换向阀是2个两位三通阀串联而成，共有6个工作割槽，分别为第一割槽、第二割槽、第三割槽、第四割槽、第五割槽、第六割槽；换向阀的6个工作割槽呈对称布置，整个阀组分为结构对称的两部分，分别负责油缸两腔进/出油路的控制；

第一割槽与第一单向节流阀出油口处相通；第二割槽与第一液控单向阀的阀前口相通；第三割槽与阀组的进出油口P口以及第一单向节流阀的阀前口相通；第四割槽与第二单向节流阀出油口处相通；第五割槽与第二液控单向阀的阀前口相通；第六割槽与阀组的进出油口O口以及第二单向节流阀的阀前口相通；

换向阀通过油缸两腔油压压差的变化来控制，通过换向阀的不同工作位置，割槽间的连通不同；换向阀处于左位时，第一割槽与第二割槽相通，第五割槽与第六割槽相通；换向阀处于右位时，第四割槽与第五割槽相通，第二割槽与第三割槽相通；

摇臂逆时针上升时换向阀处于左位时，油液从P口进油，进入第三割槽，流至第一单向节流阀的阀前口，克服弹簧作用力，开启锥阀芯，从第一单向节流阀出口流出，流入第一割槽，再经第二割槽，流入液力锁，流至外接口A进入油缸；油缸回油从B口进入，通过液力锁，进入第五割槽，经第六割槽直接回油；

摇臂顺时针上升时换向阀处于右位时，油液从O口进油，进入第六割槽，流至第二单向节流阀阀前口，克服弹簧作用力，开启锥阀芯，从第二单向节流阀出口流出，流入第四割槽，再经第五割槽，流入液力锁，流至外接口B口进入油缸；油缸回油从A口进入，通过液力锁，进入第二割槽，经第三割槽直接回油；

摇臂逆时针下降时换向阀处于右位时，油液从P口进入第三割槽，流向第二割槽，经液力锁，流至外接口A口进入油缸；油缸回油从B口进入，通过液力锁，进入第五割槽，流向第四割槽后，通过节流阀回油；

摇臂顺时针下降时换向阀处于左位时，油液从O口进入第六割槽，流向第五割槽，经液力锁，流至外接口B口进入油缸；油缸回油从A口进入，通过液力锁，进入第二割槽，流向第一割槽后，通过节流阀回油；

第一安全溢流阀与第一液控单向阀的出口处相通，该出口又与油缸两腔相通，当油缸腔内压力过高时，油液发生溢流，并通过第五割槽卸荷并补油至另一侧回路；

第二安全溢流阀与第二液控单向阀的出口处相通，该出口又与油缸两腔相通，当油缸腔内压力过高时，油液发生溢流，并通过第二割槽卸荷并补油至另一侧回路。

作为本发明的一种优选方案，所述液控单向阀又包括阀座、复位弹簧、阀芯、螺塞；第一液控单向阀一端通连接油缸的A口，一端通第二割槽，第二液控单向阀一端通连接油缸的B口，一端通第五割槽；调高过程中，液力锁始终打开，进油压力P3作用在活塞上，进油受力面积为A4，回油压力P4作用在活塞上，回油受力面积为A3，进油受力面积A4大于回油受力面积A3，双向控制阀通过增大面积比A4/A3，使回油一侧作用在活塞上的力总小于进油一侧；

所述换向阀主要包括圆柱体、换向阀芯、格来圈、螺塞；换向阀左右两端的割槽T（T′）分别与油缸左右腔相通，通过两腔油压推动圆柱体和换向阀芯动作；换向阀的6个工作割槽分别与液力锁、单向节流阀、阀组的进出油口相通；

2个单向节流阀在双向控制阀阀组中对称布置，单向节流阀包括节流阀杆、锥阀芯、单向阀弹簧、螺塞、螺母，节流阀杆和单向阀弹簧装入锥阀芯；

2个插装式安全溢流阀在双向控制阀阀组中对称布置；当油缸任一侧负载过大，安全溢流阀开启溢流，其油液进入另一侧液控单向阀回路，给另一腔的油缸补油。

作为本发明的一种优选方案，所述液力锁的活塞为双直径结构，通过改变活塞的面积比使液力锁工作时，其进油一侧作用在活塞上的力始终大于回油一侧作用在活塞上的力，以消除液力锁活塞在摇臂下降时工作不稳定。

作为本发明的一种优选方案，所述单向节流阀采用直动式结构，其节流阀杆和单向阀弹簧装入锥阀芯中；当进油时，单向阀打开，进油畅通；当回油时，单向阀关闭，油液从调节杆与锥阀芯内孔间的间隙产生节流后通过，节流大小能够通过调节杆，改变节流孔的长短来实现。

作为本发明的一种优选方案，所述换向阀由两个两位三通阀串联组成并受调高油缸两腔的油压控制，摇臂上升时，其回油不受单向节流阀的节流影响；摇臂下降时，其回油通过节流阀形成平衡回路。

本发明的有益效果在于：本发明提出的适用于短壁采煤机调高系统的双向控制阀，集成了液力锁、单向节流阀、安全溢流阀和换向阀，可以实现油缸的双向闭锁和安全溢流。本发明根据摇臂不同的摆动方向（逆时针向上或向下、顺时针向上或向下），换向阀会在油缸两腔油压压差的作用下移至不同的工作位置（左位或右位），控制两侧油路（进油和回油）与其同侧单向节流阀的连通或断开。特别是在摇臂下摆时，形成了用单向节流阀限速，液控单向阀锁紧的平衡回路，有效解决了双向摆动的摇臂在不同方向下降时的抖动问题，提高了短壁采煤机液压系统的工作可靠性。

本发明通过单向节流阀提供一定背压平衡负载，防止摇臂下降时油缸回油侧超速失压。通过液力锁活塞双直径结构可有效解决摇臂下降时液力锁阀芯频繁启闭问题；通过两个两位三通阀串联的液控换向阀结构可以根据摇臂不同的摆动方向，控制两侧油路（进油和回油）与其同侧单向节流阀的连通或断开，实现双向摆动摇臂的平稳调高，且有效降低系统的工作压力。

附图说明

图1为本发明采煤机用双向控制阀的“换向阀－液力锁”剖视示意图。

图2为本发明采煤机用双向控制阀的“单向节流阀－换向阀”剖视示意图。

图3为本发明采煤机用双向控制阀的“液力锁－安全阀”剖视示意图。

图4为本发明采煤机用双向控制阀的工作原理图。

图5为本发明采煤机用双向控制阀的液力锁活塞液控部分工作示意图。

附图标注如下：

1.螺塞；2.阀座；3.复位弹簧；4.阀芯；

5.圆柱体；6.换向阀芯；7.格来圈；8.螺塞；

9.活塞；10.节流阀杆；11.锥阀芯；12.单向阀弹簧；13.螺塞；14.螺母；

C（或C′）：液控单向阀；D（或D′）：安全溢流阀；

K（或K′）：单向节流阀

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

实施例一

本发明揭示了一种适用于短壁采煤机调高系统的双向控制阀，在一个阀块上高度集成了液力锁、单向节流阀、安全阀和换向阀四种功能结构。

请参阅图1，液力锁由活塞9和两个液控单向阀C、C′构成，如图3所示，液控单向阀又包括阀座2、复位弹簧3、阀芯4、螺塞1等；每个液控单向阀C（或C′）一端通油缸进（或出）口，一端通系统进（或出）油路。调高过程中，液力锁始终打开，活塞的液控结构参见图5，进油压力P3作用在活塞上，受力面积为A4，回油压力P4作用在活塞上（P2很小可忽略），受力面积为A3，双向控制阀通过增大面积比（A4/A3），使回油一侧作用在活塞上的力总小于进油一侧。

请继续参阅图1，换向阀主要包括圆柱体5、换向阀芯6、格来圈7、螺塞8等。换向阀左右两端的割槽T（或T′）分别与油缸左右腔相通，通过两腔油压推动圆柱体和换向阀芯动作。换向阀的6个工作割槽分别与液力锁、单向节流阀、阀组的进出油口相通。

双向控制阀含两组液控单向阀、两组单向节流阀、两组安全溢流阀，且换向阀的6个工作割槽呈对称布置，整个阀组可分为结构对称的两部分，分别负责油缸两腔进（或出）油路的控制。

换向阀通过油缸两腔油压压差的变化来控制，通过换向阀的不同工作位置，割槽间的连通不同。换向阀处于左位时，割槽I与割槽II相通，割槽II′与割槽III′相通；换向阀处于右位时，割槽I′与割槽II′相通，割槽II与割槽III相通。

换向阀是2个两位三通阀串联而成，共有6个工作割槽，割槽I与单向节流阀K出油口处相通；割槽II与液控单向阀C的阀前口相通；割槽III与阀组的进油口P以及单向节流阀K的阀前口相通。割槽I′与单向节流阀K′出油口处相通；割槽II′与液控单向阀C′的阀前口相通；割槽III′与阀组的出油口O以及单向节流阀K′的阀前口相通。

通过换向阀动作，引起各工作割槽之间的连接变化，实现了系统进、出油路的走向变化。系统进油流入割槽III（或III′）后，根据换向阀工作位置的不同，或者经单向节流阀流向割槽II（II′），也或者直接流向割槽II（II′）后，再通过液力锁流至阀组连接油缸的外接口处。油缸回油通过液力锁，流入割槽II（II′）后，根据换向阀工作位置的不同，油液或者直接回油箱，也或者流向割槽I（I′）经节流阀后回油箱。通过换向阀工作割槽间的连通变化，在摇臂上升时，系统进、出油路无附加阻力；而在摇臂下降的回油路上增加了节流阻力。

当油缸一侧腔体压力过高时，安全溢流阀发生溢流，并通过换向阀割槽II（II′）连接，卸荷至另一侧回路。

进出油口P(O)位于割槽III（或III′）处，系统的进（出）油液通过割槽III（或III′），流至液力锁活塞与锥阀芯形成的小腔内，参与控制了活塞动作，减小了在摇臂下降时回油一侧对活塞的作用力。

具体地，摇臂逆时针上升时换向阀处于左位（或摇臂顺时针上升时换向阀处于右位），油液从P(或O，对应上述顺时针上升时，下同)口进油，进入割槽III（或III′），流至单向节流阀阀前口，克服弹簧作用力，开启锥阀芯，从单向节流阀出口流出，流入割槽I（I′），再经割槽II（II′），流入液力锁，流至外接口A（或B）进入油缸。油缸回油从B（或A）口进入，通过液力锁，进入割槽II′（II），经割槽III′（III）直接回油。

摇臂逆时针下降时换向阀处于右位（或摇臂顺时针下降时换向阀处于左位），油液从P(或O，对应上述顺时针下降时，下同)进入割槽III（或III′），流向割槽II（II′），经液力锁，流至外接口A（或B）进入油缸。油缸回油从B（或A）口进入，通过液力锁，进入割槽II′（II），流向割槽I′（I）后，通过节流阀回油。

安全溢流阀D（或D′）与液控单向阀C（或C′）的出口处相通，该出口又与油缸两腔相通，当油缸腔内压力过高时，油液发生溢流，并通过割槽II′（II）卸荷并补油至另一侧回路。

请参阅图2，2个单向节流阀在阀组中对称布置，包括节流阀杆10、锥阀芯11、单向阀弹簧12、螺塞13、螺母14等，结构紧凑，节流阀杆10和单向阀弹簧12装入锥阀芯11。

请参阅图3，2个插装式安全溢流阀D、D′在阀组中对称布置。参见图4，当油缸任一侧负载过大，安全溢流阀开启溢流，其油液进入另一侧液控单向阀回路，可以给另一腔的油缸补油。

短壁采煤机是一种特殊类型的单滚筒采煤机，其摇臂布置在机身中部，采用简单可靠的齿条-油缸带动摇臂在310°范围内摆动。该煤机采用双向控制阀的调高工作原理可参见图4。

当油缸活塞处于中位时，摇臂垂直向下（C位）。设定先从左侧进油，打开液控单向阀，进入油缸左腔，推动活塞至最右端，通过调高齿轮与齿条啮合，将活塞的直线运动，转化为回转运动，带动摇臂逆时针向上回转，至右上限位置（B位），这一过程中，油缸左腔压力大于右腔压力，控制油路推动换向阀至左位，油缸右腔直接回油，不经过单向节流阀。

操作手液动换向阀，从右侧进油，摇臂从B位顺时针下摆至C位，这一过程中，由于油缸左腔压力大于右腔压力，换向阀仍处于左位，左腔油液经过节流后回油。

继续右腔进油，推动活塞至最左端，摇臂从C位顺时针上摆至A位，这一过程中，由于油缸右腔压力大于左腔压力，控制油路推动换向阀至右位，油缸左腔直接回油，不经过单向节流阀。

操作手液动换向阀，从左侧进油，摇臂从A位逆时针下摆至C位，这一过程中，由于油缸右腔压力大于左腔压力，换向阀仍处于右位，左腔油液经过节流后回油。至此，完成了整个调高过程，实现了摇臂310°范围内的摆动。

综上所述，本发明提出的适用于短壁采煤机调高系统的双向控制阀，集成了液力锁、单向节流阀、安全溢流阀和换向阀，可以实现油缸的双向闭锁和安全溢流。本发明根据摇臂不同的摆动方向（逆时针向上或向下、顺时针向上或向下），换向阀会在油缸两腔油压压差的作用下移至不同的工作位置（左位或右位），控制两侧油路（进油和回油）与其同侧单向节流阀的连通或断开。特别是在摇臂下摆时，形成了用单向节流阀限速，液控单向阀锁紧的平衡回路，有效解决了双向摆动的摇臂在不同方向下降时的抖动问题，提高了短壁采煤机液压系统的工作可靠性。并且提出了双向液力锁活塞的双直径结构，和直动式结构的单向节流阀，以及两个二位三通换向阀串联液控结构。

这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (5)

1.一种适用于短壁采煤机调高系统的双向控制阀，其特征在于，所述控制阀包括：液力锁、单向节流阀、安全溢流阀和换向阀，所述液力锁包括活塞及两个液控单向阀；

双向控制阀含两组液控单向阀、两组单向节流阀、两组安全溢流阀，分别为第一液控单向阀、第二液控单向阀、第一单向节流阀、第二单向节流阀、第一安全溢流阀、第二安全溢流阀；

换向阀是2个两位三通阀串联而成，共有6个工作割槽，分别为第一割槽、第二割槽、第三割槽、第四割槽、第五割槽、第六割槽；换向阀的6个工作割槽呈对称布置，整个阀组分为结构对称的两部分，分别负责油缸两腔进/出油路的控制；

第一割槽与第一单向节流阀出油口处相通；第二割槽与第一液控单向阀的阀前口相通；第三割槽与阀组的进出油口P口以及第一单向节流阀的阀前口相通；第四割槽与第二单向节流阀出油口处相通；第五割槽与第二液控单向阀的阀前口相通；第六割槽与阀组的进出油口O口以及第二单向节流阀的阀前口相通；

换向阀通过油缸两腔油压压差的变化来控制，通过换向阀的不同工作位置，割槽间的连通不同；换向阀处于左位时，第一割槽与第二割槽相通，第五割槽与第六割槽相通；换向阀处于右位时，第四割槽与第五割槽相通，第二割槽与第三割槽相通；

摇臂逆时针上升时换向阀处于左位时，油液从P口进油，进入第三割槽，流至第一单向节流阀的阀前口，克服弹簧作用力，开启锥阀芯，从第一单向节流阀出口流出，流入第一割槽，再经第二割槽，流入液力锁，流至外接口A进入油缸；油缸回油从B口进入，通过液力锁，进入第五割槽，经第六割槽直接回油；

摇臂顺时针上升时换向阀处于右位时，油液从O口进油，进入第六割槽，流至第二单向节流阀阀前口，克服弹簧作用力，开启锥阀芯，从第二单向节流阀出口流出，流入第四割槽，再经第五割槽，流入液力锁，流至外接口B口进入油缸；油缸回油从A口进入，通过液力锁，进入第二割槽，经第三割槽直接回油；

摇臂逆时针下降时换向阀处于右位时，油液从P口进入第三割槽，流向第二割槽，经液力锁，流至外接口A口进入油缸；油缸回油从B口进入，通过液力锁，进入第五割槽，流向第四割槽后，通过节流阀回油；

摇臂顺时针下降时换向阀处于左位时，油液从O口进入第六割槽，流向第五割槽，经液力锁，流至外接口B口进入油缸；油缸回油从A口进入，通过液力锁，进入第二割槽，流向第一割槽后，通过节流阀回油；

第一安全溢流阀与第一液控单向阀的出口处相通，该出口又与油缸两腔相通，当油缸腔内压力过高时，油液发生溢流，并通过第五割槽卸荷并补油至另一侧回路；

第二安全溢流阀与第二液控单向阀的出口处相通，该出口又与油缸两腔相通，当油缸腔内压力过高时，油液发生溢流，并通过第二割槽卸荷并补油至另一侧回路。

2.根据权利要求1所述的适用于短壁采煤机调高系统的双向控制阀，其特征在于：

所述液控单向阀又包括阀座、复位弹簧、阀芯、螺塞；第一液控单向阀一端通连接油缸的A口，一端通第二割槽，第二液控单向阀一端通连接油缸的B口，一端通第五割槽；调高过程中，液力锁始终打开，进油压力P3作用在活塞上，进油受力面积为A4，回油压力P4作用在活塞上，回油受力面积为A3，进油受力面积A4大于回油受力面积A3，双向控制阀通过增大面积比A4/A3，使回油一侧作用在活塞上的力总小于进油一侧；

所述换向阀主要包括圆柱体、换向阀芯、格来圈、螺塞；换向阀左右两端的割槽T（T′）分别与油缸左右腔相通，通过两腔油压推动圆柱体和换向阀芯动作；换向阀的6个工作割槽分别与液力锁、单向节流阀、阀组的进出油口相通；

2个单向节流阀在双向控制阀阀组中对称布置，单向节流阀包括节流阀杆、锥阀芯、单向阀弹簧、螺塞、螺母，节流阀杆和单向阀弹簧装入锥阀芯；

2个插装式安全溢流阀在双向控制阀阀组中对称布置；当油缸任一侧负载过大，安全溢流阀开启溢流，其油液进入另一侧液控单向阀回路，给另一腔的油缸补油。

3.根据权利要求2所述的适用于短壁采煤机调高系统的双向控制阀，其特征在于：

所述液力锁的活塞为双直径结构，通过改变活塞的面积比使液力锁工作时，其进油一侧作用在活塞上的力始终大于回油一侧作用在活塞上的力，以消除液力锁活塞在摇臂下降时工作不稳定。

4.根据权利要求2所述的适用于短壁采煤机调高系统的双向控制阀，其特征在于：

所述单向节流阀采用直动式结构，其节流阀杆和单向阀弹簧装入锥阀芯中；当进油时，单向阀打开，进油畅通；当回油时，单向阀关闭，油液从调节杆与锥阀芯内孔间的间隙产生节流后通过，节流大小能够通过调节杆，改变节流孔的长短来实现。

5.根据权利要求1所述的适用于短壁采煤机调高系统的双向控制阀，其特征在于：

所述换向阀由两个两位三通阀串联组成并受调高油缸两腔的油压控制，摇臂上升时，其回油不受单向节流阀的节流影响；摇臂下降时，其回油通过节流阀形成平衡回路。

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