CN113417900B - 一种集成的高压大流量比例溢流式卸载阀 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种集成的高压大流量比例溢流式卸载阀，包括阀体以及设置在阀体内的插装式单向阀、卸载主阀、溢流先导阀、进液机构、控制活塞机构和电‑机械转换机构。可以减少高压大流量供液系统采用开关式卸载阀卸荷时的系统压力冲击，延长卸载阀组的使用寿命；可以实现泵站的比例卸荷，而控制活塞可以在比例卸荷后，实现快速卸荷功能；通过插装式结构设计，将单向功能、卸荷功能、溢流功能集成到一起，体积紧凑、结构简单合理，制造成本低。

Description

一种集成的高压大流量比例溢流式卸载阀

技术领域

本发明涉及高压大流量高水基液压元件领域，具体是一种集成的高压大流量比例溢流式卸载阀。

背景技术

目前，煤矿综采供液技术面临的技术难题主要体现在两个方面：一方面是供液能力不足：大采高工作面对支架供液系统的供液流量和压力提出了更高的要求。另一方面是供液系统精确控制分辨率不足：自动化、智能化工作面对供液系统的流量和压力有越来越高的精准控制要求，以适应快速跟机、直线度控制和及时支护等工作面装备智能驱动的需要。当前，国内外企业和高校开始研究大流量乳化液泵以取代多泵联合供液形式，提升供液系统的总体供液能力，减少乳化液泵组配置，从而提高效率。然而，现有供液系统均采用通断式卸载阀开关控制高压大流量乳化液泵站，随着供液系统的流量不断增长，通断式电磁阀卸载过程中形成的系统压力冲击巨大，不仅影响阀的工作能力，而且会影响泵站的可靠性，所以有必要通过高压大流量比例溢流式卸载阀改善供液系统控制效果。

发明内容

本发明提供了一种集成的高压大流量比例溢流式卸载阀用以解决上述技术问题。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：

一种集成的高压大流量比例溢流式卸载阀，包括阀体以及设置在阀体内的插装式单向阀、卸载主阀、溢流先导阀、进液机构、控制活塞机构和电机械转换机构；

所述进液机构包括进液口以及与进液口连通的工作面连接口；

所述插装式单向的一端贴合在阀体的左侧内壁上，另一端与进液口连接，所述溢流先导阀固定在阀体的右侧外部上，所述卸载主阀的一端与进液口连通，另一端与溢流先导阀连接，所述电-机械转换机构设置在溢流先导阀上端，所述控制活塞机构设置在溢流先导阀的下端；

所述插装式单向阀的上下壁上均设置有单向阀入口腔，设置在上壁上的单向阀入口腔连接工作面连接口，设置在下壁上的单向阀入口腔连接压力传递腔；

所述卸载主阀内径向设置有通孔一，且通孔一的上端连接有工作面卸油口；

所述溢流先导阀内设置有流道一和流道二，所述控制活塞机构内设置有流道三，所述流道一、流道三分别通过流道与工作面卸油口和压力传递腔连接，所述流道二与卸载主阀连接。

进一步地，所述插装式单向阀包括单向阀阀套、插装单向阀阀芯、插装单向阀复位弹簧和螺堵一；

所述插装单向阀阀芯的外部套设有单向阀阀套，一端连接有螺堵一，另一端连接有径向设置的通孔二；

所述插装单向阀阀芯的内腔为可连通平衡腔，所述可连通平衡腔内设置有插装单向阀复位弹簧；

所述可连通平衡腔的端部与通孔二连通。

进一步地，所述通孔二的两个端部分别与设置在插装式单向阀上下壁上的单向阀入口腔连通。

进一步地，所述单向阀阀套的外部设置有外螺纹，并通过外螺纹与阀体螺纹连接。

进一步地，所述卸载主阀包括卸载主阀复位弹簧、主阀芯、主阀套和阀套盖板；

所述阀套盖板设置在主阀套的外部；

所述主阀套套设在主阀芯的外部；所述主阀套内径向设置有通孔一，通孔一的上端连接所述工作面卸油口；所述主阀套在靠近进液口位置还设置有入口腔；

所述主阀芯的内腔为弹簧腔，所述弹簧腔内设置有卸载主阀复位弹簧；所述主阀芯上设置有阻尼孔，所述阻尼孔连通弹簧腔和入口腔。

进一步地，所述阀套盖板上设置有底部孔，所述底部孔连通弹簧腔和流道二。

进一步地，所述阀套盖板上设置有多个阶梯孔，并通过阶梯孔对主阀套进行限位和固定。

进一步地，所述溢流先导阀包括先导阀阀体，所述先导阀阀体的中部竖向设置有腔体，所述腔体包括锥阀芯活动腔，所述腔体内由上至下依次设置有传力块、传力弹簧、锥阀芯、复位弹簧、阀座和锥阀套；所述传力块的上端连接电-机械转换机构，所述锥阀套的下端连接控制活塞机构；所述锥阀芯可在锥阀芯活动腔内上下移动；所述阀座和锥阀套之间设置有回油腔；

所述腔体的内壁于阀座和锥阀套之间设置先导阀；

所述先导阀阀体上设置有流道一和流道二，所述流道一的一端与流道连通，另一端与锥阀芯活动腔连通，所述流道二的一端与底部孔连通，另一端与阀座和回油腔连通。

进一步地，所述传力弹簧和复位弹簧紧贴腔体内壁竖向设置，所述传力块的下端、锥阀芯的上端均设置有尺寸与传力弹簧相适配的槽孔；所述锥阀芯的下端设置有尺寸与复位弹簧相适配的槽口。

进一步地，所述控制活塞机构包括控制阀阀体以及设置在控制阀阀体内的控制活塞，所述控制活塞的外部设置有活塞导向套筒，上端与锥阀套连接，下端连接有螺堵二；所述控制阀阀体的中部为可供控制活塞上下移动的控制活塞活动腔；

所述控制阀阀体上设置有流道三，所述流道三的一端与流道连通，另一端与控制活塞活动腔连通。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

阀体工作时，插装式单向阀打开，单向阀入口腔和工作面连接，进行供液；所述阀体需要卸荷时，电机械转换器控制锥阀芯打开，阻尼孔与工作面卸油口联通进行溢流，之后主阀芯打开，实现卸荷；控制活塞受到液压力作用顶开锥阀套，进一步溢流，卸载主阀稳定快速打开，减少卸荷时间。该方案可以减少高压大流量供液系统采用开关式卸载阀卸荷时的系统压力冲击，延长卸载阀组的使用寿命；可以实现泵站的比例卸荷，而控制活塞可以在比例卸荷后，实现快速卸荷功能；通过插装式结构设计，将单向功能、卸荷功能、溢流功能集成到一起，体积紧凑、结构简单合理，制造成本低。

附图说明

图1为本发明一种集成的高压大流量比例溢流式卸载阀的整体结构示意图；

图2为插装式单向阀的结构示意图；

图3为卸载主阀的结构示意图；

图4为溢流先导阀、控制活塞机构的结构示意图；

图5为阀座与回油腔部分的放大示意图；

图6为电-机械转换机构的结构示意图；

图7为液压原理图；

图中，1、插装式单向阀，2、卸载主阀，3、溢流先导阀，4、进液机构，5、控制活塞机构，6、电-机械转换机构，7、流道；

101、单向阀阀套，102、通孔二，103、插装单向阀阀芯，104、可连通平衡腔，105、螺堵一，106、内螺纹，107、外螺纹，108、单向阀入口腔，109、插装单向阀复位弹簧，110、压力传递腔；

201、卸载主阀复位弹簧，202、主阀芯，203、阻尼孔，204、主阀套，205、入口腔，206、通孔一，207、弹簧腔，208、阀套盖板，209、底部孔，210、工作面卸油口，211、阶梯孔；

301、传力块，302、传力弹簧，303、锥阀芯，304、复位弹簧，305、锥阀芯活动腔，306、先导阀阀体，307、阀座，308、回油腔，309、锥阀套，310、流道一，311、流道二，312、半通孔，316、先导阀；

401、进液口，402、工作面连接口；

501、控制活塞，502、控制阀阀体，503、螺堵二，504、流道三，505、活塞导向套筒，506、控制活塞活动腔。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更加全面的描述，附图中给出了本发明的若干实施例，但是本发明可以通过不同的形式来实现，并不限于文本所描述的实施例，相反的，提供这些实施例是为了使对本发明公开的内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上也可以存在居中的元件，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件，本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常连接的含义相同，本文中在本发明的说明书中所使用的术语知识为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明，本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例，请参照附图1，一种集成的高压大流量比例溢流式卸载阀，包括阀体以及设置在阀体内的插装式单向阀1、卸载主阀2、溢流先导阀3、进液机构4、控制活塞机构5和电-机械转换机构6；所述进液机构4包括进液口401以及与进液口连通的工作面连接口402；所述插装式单向阀1的一端贴合在阀体的左侧内壁上，另一端与进液口401连接，所述溢流先导阀3固定在阀体的右侧外部上，所述卸载主阀2的一端与进液口401连通，另一端与溢流先导阀3连接，所述机械转换机构6设置在溢流先导阀上端，所述控制活塞机构5设置在溢流先导阀的下端；所述插装式单向阀1的上下壁上均设置有单向阀入口腔108，设置在上壁上的单向阀入口腔108连接工作面连接口402，设置在下壁上的单向阀入口腔108连接压力传递腔110；所述卸载主阀2内径向设置有通孔一206，且通孔一206的上端连接有工作面卸油口210；所述溢流先导阀3内设置有流道一310和流道二311，所述控制活塞机构5内设置有流道三504，所述流道一310、流道三504分别通过流道7与工作面卸油口210和压力传递腔110连接，所述流道二311与卸载主阀2连接。

需要说明的是，所述进液口401与工作面连接口402通过单向阀连接。当单向阀打开时，进液口401与工作面连接口402连通。

如图2所示，所述插装式单向阀1包括单向阀阀套101、插装单向阀阀芯103、插装单向阀复位弹簧109和螺堵一105；所述插装单向阀阀芯103的外部套设有单向阀阀套101，一端连接有螺堵一105，另一端连接有径向设置的通孔二102；

所述插装单向阀阀芯103的内腔为可连通平衡腔104，所述可连通平衡腔104内设置有插装单向阀复位弹簧109；所述可连通平衡腔104的端部与通孔二102连通。

上述结构中，所述通孔二102的两个端部分别与设置在插装式单向阀1上下壁上的单向阀入口腔108连通；所述单向阀阀套101的外部设置有外螺纹107，并通过外螺纹107与阀体螺纹连接，使用密封圈和填料进行密封。

需要说明的是，所述单向阀阀套106的外侧加工有密封槽口，使之与阀体之间具有良好的密封性。所述单向阀阀套101的外部加工有内螺纹106，所述内螺纹106与螺堵一105螺纹连接，可以拆卸螺堵一105连接蓄能器。

如图3所示，所述卸载主阀2包括卸载主阀复位弹簧201、主阀芯202、主阀套204和阀套盖板208；所述阀套盖板208设置在主阀套204的外部； 所述主阀套204套设在主阀芯202的外部；所述主阀套204内径向设置有通孔一206，通孔一206的上端连接所述工作面卸油口210；所述主阀套204在靠近进液口401位置还设置有入口腔205；所述主阀芯202的内腔为弹簧腔207，所述弹簧腔207内设置有卸载主阀复位弹簧201；所述主阀芯202上设置有阻尼孔203，所述阻尼孔203连通弹簧腔207和入口腔205。

上述结构中，所述阀套盖板208上设置有底部孔209，所述底部孔209连通弹簧腔207和流道二311，所述底部孔209可以减少与溢流先导阀连接部位的受力面积；作为优选的，所述底部孔209处安装有密封圈进行密封。

上述结构中，所述阀套盖板208上设置有多个阶梯孔211，阀套盖板208压紧主阀套204，并结合阶梯孔211对主阀套204进行限位和固定。

作为优选的，所述主阀套204外侧设置有两道密封环槽，使之与阀体和阀套盖板208之间实现良好的高密封性；所述阀套盖板208上设置有一道密封环槽，使之与阀体之间实现良好的高密封性。

如图4-5所示，所述溢流先导阀3包括先导阀阀体306，所述先导阀阀体306的中部竖向设置有腔体，所述腔体包括锥阀芯活动腔305，所述腔体内由上至下依次设置有传力块301、传力弹簧302、锥阀芯303、复位弹簧304、阀座307和锥阀套309；所述传力块301的上端连接电-机械转换机构6，所述锥阀套309的下端连接控制活塞机构5；所述锥阀芯303可在锥阀芯活动腔305内上下移动；所述阀座307和锥阀套309之间设置有回油腔308；所述腔体的内壁于阀座307和锥阀套309之间设置先导阀316；所述先导阀阀体306上设置有流道一310和流道二311，所述流道一310的一端与流道7连通，另一端与锥阀芯活动腔305连通，所述流道二311的一端与底部孔209连通，另一端与阀座307和回油腔308连通。

上述结构中，所述传力弹簧302和复位弹簧304紧贴腔体内壁竖向设置，所述传力块301的下端、锥阀芯303的上端均设置有尺寸与传力弹簧302相适配的槽孔；所述锥阀芯303的下端设置有尺寸与复位弹簧304相适配的槽口。

需要说明的是，所述先导阀阀体306的上下端分别通过螺栓与电-机械转换机构6和控制活塞机构5连接；所述溢流先导阀3通过螺栓固定在阀体上；所述传力块301通过传力弹簧302将锥阀芯303紧压锥阀套309上；所述流道一310连通锥阀芯活动腔305，实现压力和流量传递；锥阀套309上于阀座307上端开设有半通孔312。

如图4所示，所述控制活塞机构5包括控制阀阀体502以及设置在控制阀阀体502内的控制活塞501，所述控制活塞501的外部设置有活塞导向套筒505，上端与锥阀套309连接，下端连接有螺堵二503；所述控制阀阀体502的中部为可供控制活塞501上下移动的控制活塞活动腔506；所述控制阀阀体502上设置有流道三504，所述流道三504的一端与流道7连通，另一端与控制活塞活动腔506连通。

需要说明的是，控制活塞501与锥阀套309接触，控制活塞501与活塞导向套筒505间隙配合安装，活塞导向套筒505与控制阀阀体502过盈配合安装；螺堵二503通过螺纹连接的方式与控制阀阀体502连接。

作为优选的，流道三504与阀体接触位置设置有阶梯孔定位，并增加密封圈进行密封处理，流道三504连通控制活塞活动腔506和压力传递腔110，此处压强为工作面实时压力。

本发明的具体实施步骤为：

系统使用液体为乳化液，电机启动，泵站开始运转，向工作面管路进行泵送液体，乳化液从进液口进入，插装单向阀复位弹簧与进液口压力比较，插装单向阀阀芯打开，进液口和单向阀入口腔连通，实现供液，同时乳化液通过插装单向阀阀芯上的通孔二进入可连通平衡腔，在可连通平衡腔内部产生的液压力与插装单向阀阀芯入口处液压力相互抵消部分，两者之间的差值由插装单向阀复位弹簧的弹簧力平衡，实现插装单向阀阀芯的平稳开启。在插装式单向阀打开之后，工作面和单向阀入口腔连通，乳化液通过流道进入流道三，并进入控制活塞活动腔，此时乳化液压力较低，不足以推动锥阀套。乳化液同时进入卸载阀主阀，液体通过主阀芯的阻尼孔进入弹簧腔，主阀芯前后压差不足以克服卸载主阀复位弹簧打开主阀芯，乳化液通过阀套盖板的底部孔进入，通过流道二进入溢流先导阀的阀座，并进入阀座内的回油腔，乳化液填充锥阀套内部的阻尼孔，阻尼孔内部压力不足以推动锥阀芯，此时先导阀芯关闭，主阀芯关闭，此时产生的溢流量为配合处的泄露量。

乳化液泵不断泵送液体，插装式单向阀与单向阀入口腔的压力差持续升高，阀体上腔的压力继续升高，溢流先导阀的回油腔内液压力与电-机械转换机构中的比例电磁铁推力平衡，溢流先导阀欲开未开；当入口压力继续升高，工作面处传感器传递来压力信号，经过电-机械转换机构中AD板卡转换成数字信号，传递给比例电磁铁，电磁铁推杆动作，推动传力块，比例电磁铁吸力小于液压力时，锥阀芯成比例开启，阀座内的回油腔与阻尼孔连通，乳化液通过回油腔进入锥阀芯活动腔内，实现先导阀入口流道二和流道一连通，乳化液通过流道一，进入卸载阀主阀并通过工作面连接口溢流，从而实现比例溢流，此时溢流产生的压差小于卸载主阀复位弹簧的弹簧力，但是仍无法打开主阀芯进行卸荷。

随着锥阀芯开度逐渐增大，弹簧腔压力不断减小，与入口腔压力形成的压差足以克服弹簧力时，主阀芯比例打开，工作面乳化液与通孔一连通，进行卸荷。卸荷后进液口的压力降低，单向阀入口腔处压力大于进液口压力，两腔之间形成的压差小于弹簧力，插装单向阀阀芯关闭，但是控制活塞活动腔仍与单向阀入口腔连通，所以控制活塞活动腔压力为工作面压力，当控制活塞活动腔受到液压力大于锥阀套的回油腔压力，控制活塞移动，推动锥阀套和锥阀芯向溢流方向运动，乳化液通过流道二，通过锥阀套上表面开设的半通孔，从而连通锥阀芯活动腔和流道一，增大溢流，卸载阀主阀的主阀芯前后压差进一步增大，主阀芯稳定快速打开，减少卸荷时间，实现快速平稳卸载。

上述对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (9)

1.一种集成的高压大流量比例溢流式卸载阀，其特征在于，包括阀体以及设置在阀体内的插装式单向阀（1）、卸载主阀（2）、溢流先导阀（3）、进液机构（4）、控制活塞机构（5）和电-机械转换机构（6）；

所述进液机构（4）包括进液口（401）以及与进液口连通的工作面连接口（402）；

所述插装式单向阀（1）的一端贴合在阀体的左侧内壁上，另一端与进液口（401）连接，所述溢流先导阀（3）固定在阀体的右侧外部上，所述卸载主阀（2）的一端与进液口（401）连通，另一端与溢流先导阀（3）连接，所述电-机械转换机构（6）设置在溢流先导阀上端，所述控制活塞机构（5）设置在溢流先导阀的下端；

所述插装式单向阀（1）的上下壁上均设置有单向阀入口腔（108），设置在上壁上的单向阀入口腔（108）连接工作面连接口（402），设置在下壁上的单向阀入口腔（108）连接压力传递腔（110）；

所述卸载主阀（2）内径向设置有通孔一（206），且通孔一（206）的上端连接有工作面卸油口（210）；

所述溢流先导阀（3）内设置有流道一（310）和流道二（311），所述控制活塞机构（5）内设置有流道三（504），所述流道一（310）、流道三（504）分别通过流道（7）与工作面卸油口（210）和压力传递腔（110）连接，所述流道二（311）与卸载主阀（2）连接；

所述溢流先导阀（3）包括先导阀阀体（306），所述先导阀阀体（306）的中部竖向设置有腔体，所述腔体包括锥阀芯活动腔（305），所述腔体内由上至下依次设置有传力块（301）、传力弹簧（302）、锥阀芯（303）、复位弹簧（304）、阀座（307）和锥阀套（309）；所述传力块（301）的上端连接电-机械转换机构（6），所述锥阀套（309）的下端连接控制活塞机构（5）；所述锥阀芯（303）可在锥阀芯活动腔（305）内上下移动；所述阀座（307）和锥阀套（309）之间设置有回油腔（308）；

所述腔体的内壁于阀座（307）和锥阀套（309）之间设置先导阀（316）；

流道一（310）和流道二（311）位于所述先导阀阀体（306）上，所述流道一（310）的一端与流道（7）连通，另一端与锥阀芯活动腔（305）连通，所述流道二（311）的一端与底部孔（209）连通，另一端与阀座（307）和回油腔（308）连通。

2.根据权利要求1所述的一种集成的高压大流量比例溢流式卸载阀，其特征在于，所述插装式单向阀（1）包括单向阀阀套（101）、插装单向阀阀芯（103）、插装单向阀复位弹簧（109）和螺堵一（105）；

所述插装单向阀阀芯（103）的外部套设有单向阀阀套（101），一端连接有螺堵一（105），另一端连接有径向设置的通孔二（102）；

所述插装单向阀阀芯（103）的内腔为可连通平衡腔（104），所述可连通平衡腔（104）内设置有插装单向阀复位弹簧（109）；

所述可连通平衡腔（104）的端部与通孔二（102）连通。

3.根据权利要求2所述的一种集成的高压大流量比例溢流式卸载阀，其特征在于，所述通孔二（102）的两个端部分别与设置在插装式单向阀（1）上下壁上的单向阀入口腔（108）连通。

4.根据权利要求2所述的一种集成的高压大流量比例溢流式卸载阀，其特征在于，所述单向阀阀套（101）的外部设置有外螺纹（107），并通过外螺纹（107）与阀体螺纹连接。

5.根据权利要求1所述的一种集成的高压大流量比例溢流式卸载阀，其特征在于，所述卸载主阀（2）包括卸载主阀复位弹簧（201）、主阀芯（202）、主阀套（204）和阀套盖板（208）；

所述阀套盖板（208）设置在主阀套（204）的外部；

所述主阀套（204）套设在主阀芯（202）的外部；所述主阀套（204）内径向设置有通孔一（206），通孔一（206）的上端连接所述工作面卸油口（210）；所述主阀套（204）在靠近进液口（401）位置还设置有入口腔（205）；

所述主阀芯（202）的内腔为弹簧腔（207），所述弹簧腔（207）内设置有卸载主阀复位弹簧（201）；所述主阀芯（202）上设置有阻尼孔（203），所述阻尼孔（203）连通弹簧腔（207）和入口腔（205）。

6.根据权利要求5所述的一种集成的高压大流量比例溢流式卸载阀，其特征在于，所述阀套盖板（208）上设置有底部孔（209），所述底部孔（209）连通弹簧腔（207）和流道二（311）。

7.根据权利要求5所述的一种集成的高压大流量比例溢流式卸载阀，其特征在于，所述阀套盖板（208）上设置有多个阶梯孔（211），并通过阶梯孔（211）对主阀套（204）进行限位和固定。

8.根据权利要求1所述的一种集成的高压大流量比例溢流式卸载阀，其特征在于，所述传力弹簧（302）和复位弹簧（304）紧贴腔体内壁竖向设置，所述传力块（301）的下端、锥阀芯（303）的上端均设置有尺寸与传力弹簧（302）相适配的槽孔；所述锥阀芯（303）的下端设置有尺寸与复位弹簧（304）相适配的槽口。

9.根据权利要求8所述的一种集成的高压大流量比例溢流式卸载阀，其特征在于，所述控制活塞机构（5）包括控制阀阀体（502）以及设置在控制阀阀体（502）内的控制活塞（501），所述控制活塞（501）的外部设置有活塞导向套筒（505），上端与锥阀套（309）连接，下端连接有螺堵二（503）；所述控制阀阀体（502）的中部为可供控制活塞（501）上下移动的控制活塞活动腔（506）；

所述控制阀阀体（502）上设置有流道三（504），所述流道三（504）的一端与流道（7）连通，另一端与控制活塞活动腔（506）连通。

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