CN115853848A - 一种顶管机用集成插装式多路阀 - Google Patents

Abstract

本发明属于流体传动控制领域，涉及一种顶管机专用集成插装式多路阀，包括安全控制阀联，机头旋转控制阀联，主顶进退控制阀联，加压合流方向控制阀联，机头主顶加压合流阀联以及纠偏/中继控制阀联，各联尺寸大致相同，采用插装阀控制方向及流量，插装阀采用阀芯反馈式闭环控制，提高控制精度，插装阀先导油路由小通径三位四通换向阀提供，各联之间通过密封圈以及长螺栓连接在一起。本发明通过将顶管机各个执行部分功能高度集成化，并采用插装阀作主阀芯控制，解决了顶管机泵站管路堆积，控制精度不高的问题，从而大大提高了顶管机的施工效率，降低功率损失，使之操作更加便捷，更加适用于各种地层的施工中。

Description

一种顶管机用集成插装式多路阀

技术领域

本发明属于流体传动控制领域，涉及一种顶管机用集成插装式多路阀。

背景技术

顶管机目前大多采用板式集成阀与液压管路连接，其接头，软管使用较多，对液压管路的沿程损失和局部损失都比较大，且液压出现故障时不易维修，管路堆积较为严重，占用空间较大，冲击、振动、噪声较大；

顶管机工作时很大一部分时间属于中长距离液压传输，目前采用的国产电比例控制方向,换向阀存在电流控制过于敏感，在使用过程中由于稳态(瞬态)液动力以及电磁铁的磁滞效应，电流大小与阀芯开度难以成线性比例，以使得电比例控制阀控制传输存在滞环较大的缺点，这在顶管机顶进较长距离时存在明显的问题，信号传输延时，阀芯开度难以精确控制，从而导致输出流量难以保持线性稳定，用户操作感差；

顶管机目前几乎所有操作都通过操作台控制，面板控制按钮多，监控画面较多，机手操作时需要经常盯着操作屏幕和操作面板，稍有不注意可以就会导致顶偏或者闷顶，因此客户紧需一种可以操作简便，控制精度高的液压系统来解放人力。

在此基础上，新研发一种集成式多路阀，集机头旋转，主顶推进，纠偏伸缩以及泥浆启闭于一体，其通流能力大，阀芯动作灵敏，位置控制精确，抗堵塞能力强，密封性较好，泄露损失小，功能齐全，减少液压管路的使用量以及接头的使用，极大地简化了液压系统，更有利于标准化和问题的检修。

发明内容

为了克服上述问题，本发明提供一种顶管机用集成插装式多路阀，其分六联，第一联做整个阀块的安全以及先导信号输入控制阀，后五联每一联控制相应的执行机构；多路阀每一联集成方向控制阀，流量控制阀，安全阀，压力补偿阀，单向阀等于一体,各联之间采用并联连接，同时各联采用长螺栓连接，保证密封性，该多路阀可以实现机头旋转调速，主顶合流调速，中位卸荷远程操控，先导溢流控制，保证该阀适用于中小型液压驱动类型顶管机。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种顶管机用集成插装式多路阀，由六联阀Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ并联构成，其中第Ⅰ联为安全控制阀、第Ⅱ联为机头旋转控制阀、第Ⅲ联为主顶进退控制阀、第Ⅳ联为加压合流方向控制阀、第Ⅴ联为机头主顶加压合流阀、第Ⅵ联为纠偏/中继控制阀。

进一步的，所述第Ⅰ联中，阀内置过滤器一连接LS油路，并与LS调速阀串联，所述LS调速阀连接阀块总回油路T通道；中位P1推拉泵卸荷阀连接旋转泵高压进油口P2，并与回油油路T通道；中位P2旋转泵卸荷阀连接推拉泵高压进油口P1，并与回油油路T通道；X油路减压阀连接P2油路，并与阀内置过滤器二连接至X油路,LS溢流阀连接LS油路和T通道。

进一步的，所述第Ⅱ联、第Ⅲ联、第Ⅵ联中，单向阀一连接LS油路，并与阀前压力补偿阀串联；所述阀前压力补偿阀与旋转泵P2油路连通；B口先导式插装溢流阀与各联相应B油路连接，A口先导式插装溢流阀与与各联相应A油路连接；所述阀前压力补偿阀与三位四通插装式方向控制阀的进油口P口联通，所述三位四通插装式方向控制阀的第二插装阀、第三插装阀出油口分别与各联相应A油路、B油路连接；

进一步的，所述第Ⅱ联中，还包括两位三通方向控制阀一主油路分别与所述三位四通插装式方向控制阀的第二插装阀与第三插装阀的出油口连接，所述两位三通方向控制阀一的控制油路与所述三位四通插装式方向控制阀的第三插装阀的先导油路连接，单向阀二与两位三通方向控制阀一连接。

进一步的，所述第Ⅲ联中，还包括两位三通方向控制阀二右位主油路连接所述三位四通插装式方向控制阀的第二插装阀出油口A，左位主油路与集成插装式多路阀T口连接，所述两位三通方向控制阀二先导油路与所述三位四通插装式方向控制阀的第二插装阀、第三插装阀连接；两位三通方向控制阀三主油路与所述三位四通插装式方向控制阀的第二插装阀、第三插装阀连接，其控制油路与所述三位四通插装式方向控制阀的第三插装阀的先导油路连接，单向阀四与两位三通方向控制阀三连接。

进一步的，所述第Ⅳ联中，先导式比例减压阀一与外控油口X连接，比例方向控制阀下位与所述先导式比例减压阀一连接，所述比例方向控制阀上位与先导式比例减压阀二连接，所述先导式比例减压阀二与外泄油口Y连接。

进一步的，所述第Ⅴ联中，变量信号控制器与三位四通插装式方向控制阀连接，并与第Ⅳ联的先导式比例减压阀一、先导式比例减压阀二连接，阀前压力补偿阀三与三位四通插装式方向控制阀三连接，单向阀五连通阀前压力补偿阀三和LS油路。

进一步的，所述A口先导式插装溢流阀、B口先导式插装溢流阀结构相同，具体结构为包括先导阀、第一阻尼孔、插装阀、第二阻尼孔；第二阻尼孔与B油路连接，第一阻尼孔与插装阀和第二阻尼孔连接，先导阀与第一阻尼孔连接。

进一步的，所述三位四通插装式方向控制阀包括第一插装阀、第二插装阀、第三插装阀、第四插装阀和电控三位四通电磁换向阀；所述第一插装阀、第二插装阀、第三插装阀、第四插装阀依次串联，电控三位四通电磁换向阀A口分别连接第一插装阀、第三插装阀，电控三位四通电磁换向阀B口分别连接第二插装阀、第四插装阀，其中三位四通插装式方向控制阀的P口分别与第二插装阀、第三插装阀和电控三位四通电磁换向阀连通；

其中，所述第Ⅱ联、第Ⅲ联、第Ⅵ联中的三位四通插装式方向控制阀在第二插装阀、第三插装阀出油口分别引出两路油路至A口和B口连接油缸。

进一步的，所述插装阀包括先导比例电磁铁、推杆、阀体、插装阀阀芯、先导阀芯、弹簧、插装阀固定板、插装阀主阀体、复位弹簧；

所述先导比例电磁铁设置在所述阀体的最左端，所述推杆左端与先导比例电磁铁连接，右端与先导阀芯连接；

所述先导阀芯安装在整体式插装阀芯内，其左右两端设置有弹簧；

所述整体式插装阀芯安装在阀体内，其内侧与先导阀芯接触，其外侧与阀体接触；

所述插装阀固定板左侧与阀体固定连接，其中心设有圆孔，其右侧固定复位弹簧；

所述插装阀主阀体内侧与整体式插装阀芯接触，其外侧与阀体螺纹连接，其上开有过油孔A与油液密封区；

所述复位弹簧套设在整体式插装阀芯右端，其左端固定在插装阀固定板右侧，其右端连接在插装阀主阀体上。

本发明的多路阀具有降低顶管机的生产成本，优化液压系统，减少系统发热，提高传动效率的特点，能够更加有效地满足客户操作和使用要求；其大大简化了液压管路，液压油从油泵出来直接进入多路阀P口，之后由液压插装多路阀直接进入执行机构，这样大大提高了系统的稳定性，同时操作更加便捷，控制更加灵敏；同时插装阀闭环自调节控制，有效解决现有电比例开环控制的控制精度不高的问题。

附图说明

图1是顶管机用集成插装式多路阀的原理示意图；

图2是顶管机用集成插装式多路阀的前三联局部放大原理图；

图3是顶管机用集成插装式多路阀的后三联局部放大原理图；

图4是插装阀简要零部件剖面示意图；

图中：

1.1-阀内置过滤器一、1.2-LS调速阀、1.3-P1推拉泵卸荷阀、1.4-P2旋转泵卸荷阀、1.5-X油路减压阀、1.6-电比例溢流阀、1.7-阀内置过滤器二、1.8-LS溢流阀；

2.1-单向阀一、2.2-阀前压力补偿阀一、2.3-B1口先导式插装溢流阀、2.4-A1口先导式插装溢流阀、2.5-三位四通插装式方向控制阀一、2.6-两位三通方向控制阀一、2.7-单向阀二；

2.3.1-第一先导阀、2.3.2-第一阻尼孔、2.3.3-第一插装阀、2.3.4-第二阻尼孔；

2.4.1-第二先导阀、2.4.2-第三阻尼孔、2.4.3-第二插装阀、2.4.4-第四阻尼孔；

2.5.1-第一插装阀、2.5.2-第二插装阀、2.5.3-第三插装阀、2.5.4-第四插装阀、2.5.5-第一电控三位四通电磁换向阀；

3.1-单向阀三、3.2-阀前压力补偿阀二、3.3-B2口先导式插装溢流阀、3.4-A2口先导式插装溢流阀、3.5-三位四通插装式方向控制阀二、3.6-两位三通方向控制阀二、3.7-两位三通方向控制阀三、3.8-单向阀四；

3.3.1-第三先导阀、3.3.2-第五阻尼孔、3.3.3-第三插装阀、3.3.4-第六阻尼孔；

3.4.1-第四先导阀、3.4.2-第七阻尼孔、3.4.3-第四插装阀、3.4.4-第八阻尼孔；

3.5.1-第五插装阀、3.5.2-第六插装阀、3.5.3-第七插装阀、3.5.4-第八插装阀、3.5.5-第二电控三位四通电磁换向阀；

4.1-先导式比例减压阀一、4.2-比例方向控制阀、4.3-先导式比例减压阀二；

5.1-变量信号控制器、5.2-三位四通插装式方向控制阀三、5.3-阀前压力补偿阀三、5.4-单向阀五；

5.2.1-第九插装阀、5.2.2-第十插装阀、5.2.3-第十一插装阀、5.2.4-第十二插装阀、5.2.5-第三电控三位四通电磁换向阀；

6.1-单向阀六、6.2-阀前压力补偿阀四、6.3-B3口先导式插装溢流阀、6.4-A3口先导式插装溢流阀、6.5-三位四通插装式溢流阀；

6.3.1-第五先导阀、6.3.2-第九阻尼孔、6.3.3-第五插装阀、6.3.4-第十阻尼孔；

6.4.1-第六先导阀、6.4.2-第十一阻尼孔、6.4.3-第六插装阀、6.4.4-第十二阻尼孔；

6.5.1-第十三插装阀、6.5.2-第十四插装阀、6.5.3-第十五插装阀、6.5.4-第十六插装阀、6.5.5-第四电控三位四通电磁换向阀；

P1-推拉泵高压进油口、P2-旋转泵高压进油口、X1-外控油口、Y1-外泄油口、LS-负载反馈油路、A1-机头旋转马达进油口、B1-机头旋转马达回油口、A2-主顶进退进油口、B2-主顶进退回油口、A3-纠偏/中继油缸进油口、B3-纠偏/中继油缸回油口、T-整个阀块的总回油油路；

7.1先导比例电磁铁、7.2推杆、7.3阀体、7.4插装阀阀芯、7.5先导阀芯、7.6弹簧、7.7插装阀固定板、7.8插装阀主阀体、7.9插装阀复位弹簧。

具体实施方式

为使得该发明专利描述更加直观准确，实施方案及原理更加清晰，下面结合附图进行详细说明。

一种顶管机用集成插装式多路阀，特征在于高度集成化，每一联均由相应的插装控制阀组成，在比例方向控制阀的控制作用下，调整插装阀的阀口开度，从而改变从插装阀流向执行机构的流量大小。每一联的插装阀工作时单向开启，构成类似B型半桥回路，具有稳定流量的作用，每一联均设有压力补偿阀、先导式溢流阀等。优点是结构紧凑，通过相应的插装阀开口大小改变流向执行机构的流量，控制精度高，工作性能稳定，泄漏量极低，同时具有高效节能和减躁的作用，适用于中小型顶管机的液压控制系统中。优点是结构紧凑，通过相应的插装阀开口大小改变流向执行机构的流量，控制精度高，工作性能稳定，泄漏量极低，同时具有高效节能和减躁的作用，适用于中小型顶管机的液压控制系统中。

如图1至图3所示，该集成插装式多路阀由六联阀Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ并联起来用长螺栓连接组装，相邻两联阀之间用O型密封圈密封；

第Ⅰ联-安全控制阀、第Ⅱ联-机头旋转控制阀、第Ⅲ联-主顶进退控制阀、第Ⅳ联-加压合流方向控制阀、第Ⅴ联-机头主顶加压合流阀、第Ⅵ联-纠偏/中继控制阀。

该集成插装式多路阀采用插装式与电比例结合控制方式，能够补偿相应插装维修的缺点，更有利于顶管机的施工，其中第Ⅱ联，第Ⅲ联，第Ⅵ联采用的插装阀和控制方式几乎相同，第Ⅳ联与第Ⅴ联采用电比例和插装结合控制；

在第Ⅰ联中，阀内置过滤器一1.1连接LS油路与LS调速阀1.2串联，LS调速阀1.2连接阀块总回油路T通道，中位P1推拉泵卸荷阀1.3连接旋转泵高压进油口P2与回油油路T通道，中位P2旋转泵卸荷阀1.4连接推拉泵高压进油口P1与回油油路T通道，X油路减压阀1.5连接P2油路，并与阀内置过滤器二1.7接至X油路,LS溢流阀1.8连接LS油路和T通道。

在第Ⅱ联中，单向阀一2.1连接LS油路与阀前压力补偿阀一2.2串联，阀前压力补偿阀一2.2与旋转泵P2油路连通，B1口先导式插装溢流阀2.3与B1油路连接，A1口先导式插装溢流阀2.4与A1油路连接。第二阻尼孔2.3.4与B1油路连接，第一阻尼孔2.3.2与第一插装阀2.3.3和第二阻尼孔2.3.4连接，第一先导阀2.3.1与第一阻尼孔2.3.2连接。第四阻尼孔2.4.4与A1油路连接，第三阻尼孔2.4.2与第二插装阀2.4.3和第四阻尼孔2.4.4连接，第二先导阀2.4.1与第三阻尼孔2.4.2连接。阀前压力补偿阀一2.2与三位四通插装式方向控制阀一2.5的进油口P口联通，三位四通插装式方向控制阀一2.5的P口分别连接第二插装阀2.5.2、第三插装阀2.5.3、第一电控三位四通电磁换向阀2.5.5，第一插装阀2.5.1、第二插装阀2.5.2、第三插装阀2.5.3、第四插装阀2.5.4依次串联，并在第二插装阀2.5.2与第三插装阀2.5.3出油口分别引出两路油路至A1口和B1口连接油缸，第一电控三位四通电磁换向阀2.5.5A口分别连接第一插装阀2.5.1与第三插装阀2.5.3，第一电控三位四通电磁换向阀2.5.5B口分别连接第二插装阀2.5.2与第四插装阀2.5.4。两位三通方向控制阀一2.6主油路分别连接第二插装阀2.5.2与第三插装阀2.5.3的出油口，两位三通方向控制阀一2.6控制油路与第三插装阀2.5.3的先导油路连接，单向阀二2.7与两位三通方向控制阀一2.6连接。

在第Ⅲ联中，单向阀三3.1连接LS油路与阀前压力补偿阀二3.2串联，阀前压力补偿阀二3.2与旋转泵P2油路连通，B2口先导式插装溢流阀3.3与B2油路连接，A2口先导式插装溢流阀3.4与A2油路连接。第六阻尼孔3.3.4与B2油路连接，第五阻尼孔3.3.2与第三插装阀3.3.3和第六阻尼孔3.3.4连接，第三先导阀3.3.1与第五阻尼孔3.3.2连接。第八阻尼孔3.4.4与A2油路连接，第七阻尼孔3.4.2与第四插装阀3.4.3和第八阻尼孔3.4.4连接，第四先导阀3.4.1与第七阻尼孔3.4.2连接。阀前压力补偿阀二3.2与三位四通插装式方向控制阀二3.5进油口P口联通，三位四通插装式方向控制阀二3.5P口分别连接第六插装阀3.5.2与第七插装阀3.5.3与第二电控三位四通电磁换向阀3.5.5，第五插装阀3.5.1、第六插装阀3.5.2、第七插装阀3.5.3、第八插装阀3.5.4依次串联，并在第六插装阀3.5.2与第七插装阀3.5.3出油口分别引出两路油路至A2口和B2口连接油缸，第二电控三位四通电磁换向阀3.5.5A口分别连接第五插装阀3.5.1与第七插装阀3.5.3，第二电控三位四通电磁换向阀3.5.5B口分别连接第六插装阀3.5.2与第八插装阀3.5.4，两位三通方向控制阀二3.6右位主油路连接第六插装阀3.5.2出油口A，左位主油路与集成插装式多路阀T口连接，两位三通方向控制阀二3.6先导油路与第六插装阀3.5.2与第七插装阀3.5.3连接，两位三通方向控制阀三3.7主油路与第六插装阀3.5.2与第七插装阀3.5.3连接，两位三通方向控制阀三3.7控制油路与第七插装阀3.5.3的先导油路连接，单向阀四3.8与两位三通方向控制阀三3.7连接；

在第Ⅳ联中，先导式比例减压阀一4.1与外控油口X连接，比例方向控制阀4.2下位(机头旋转)与先导式比例减压阀一4.1连接，比例方向控制阀4.2上位与先导式比例减压阀二4.3连接，先导式比例减压阀二4.3与外泄油口Y连接；

在第Ⅴ联中，变量信号控制器5.1与先导式比例减压阀一4.1、先导式比例减压阀二4.3、第三电控三位四通电磁换向阀5.2.5、第九插装阀5.2.1、第十插装阀5.2.2、第十一插装阀5.2.3、第十二插装阀5.2.4连接，阀前压力补偿阀三5.3与三位四通插装式方向控制阀三5.2连接，单向阀五5.4与阀前压力补偿阀三5.3、LS油路连接；

在第Ⅵ联中，单向阀六6.1连接LS油路与阀前压力补偿阀四6.2，阀前压力补偿阀四6.2与旋转泵P2油路连通，B3口先导式插装溢流阀6.3与B3油路连接，A3口先导式插装溢流阀6.4与A3油路连接。第十阻尼孔6.3.4与B3油路连接，第九阻尼孔6.3.2与第五插装阀6.3.3和第十阻尼孔6.3.4连接，第五先导阀6.3.1与第九阻尼孔6.3.2连接。第十二阻尼孔6.4.4与A3油路连接，第十一阻尼孔6.4.2与第六插装阀6.4.3和第十二阻尼孔6.4.4连接，第六先导阀6.4.1与第十一阻尼孔6.4.2连接。阀前压力补偿阀四6.2与三位四通插装式方向控制阀四6.5进油口P口联通，三位四通插装式方向控制阀四6.5P口分别连接第十四插装阀6.5.2与第十五插装阀6.5.3与第四电控三位四通电磁换向阀6.5.5，第十三插装阀6.5.1、第十四插装阀6.5.2、第十五插装阀6.5.3、第十六插装阀6.5.4依次串联，并在第十四插装阀6.5.2与第十五插装阀6.5.3出油口分别引出两路油路至A3口和B3口连接油缸，第四电控三位四通电磁换向阀6.5.5A口分别连接第十三插装阀6.5.1与第十五插装阀6.5.3，第四电控三位四通电磁换向阀6.5.5B口分别连接第十四插装阀6.5.2与第十六插装阀6.5.4。

其中第Ⅱ联、第Ⅲ联、第Ⅵ联的三位四通插装式方向控制阀(2.5、3.5、6.5)采用阀芯反馈式插装阀；而第Ⅴ联的三位四通插装式方向控制阀5.2采用比例三位四通先导控制，插装阀采用普通式插装阀，同时采集阀芯位移至变量信号控制器5.1，经过放大器处理后输出至先导式比例减压阀一4.1、先导式比例减压阀二4.3和第三电控三位四通电磁换向阀5.2.5相应的电信号。

以下将具体阐述该集成插装式多路阀具体工作原理：该集成插装式多路阀的推拉泵、旋转泵分别进入该集成插装式多路阀的P1和P2油路，保证机头与主顶的单独工作与复合工作，在需要时候引入相应的工作状态，避免执行机构无动作时，液压泵仍然以较大的排量工作的现象，从而减少液压系统的能量损失。

顶管机机头工作时，旋转泵开启，高压油经图1中的a口进入第II联，旋转阀进入工作状态，此时若第一电控三位四通电磁换向阀2.5.5不得电，则P、T、A、B均不相通，此时三位四通插装式方向控制阀一2.5处于关闭状态，属于中位机能的O型机能；若第一电控三位四通电磁换向阀2.5.5上位得电，此时先导油路接通第一插装阀2.5.1和第三插装阀2.5.3，该两个插装阀处于关闭状态，第二插装阀2.5.2和第四插装阀2.5.4处于开启状态，此时油液经过P口进入A1口，由此进入执行机构马达；若第一电控三位四通电磁换向阀2.5.5下位得电，油液经过第一电控三位四通电磁换向阀2.5.5P口进入B口，原理相同，故不再赘述；同时B1口先导式插装溢流阀2.3和A1口先导式插装溢流阀2.4分别连接工作油路A1和B1,保证该集成插装式多路阀的每一个工作油路都不过载，第二阻尼孔2.3.4和第四阻尼孔2.4.4分别引自负载一侧高压油，第一先导阀2.3.1和第二先导阀2.4.1控制各自溢流阀的开启，同时第一阻尼孔2.3.2和第三阻尼孔2.4.2连接主阀芯的后端，具有消除压力波动，减少冲击，使得阀芯开启平稳的作用，当第一先导阀2.3.1和第二先导阀2.4.1达到开启压力时，液压油在主阀芯左右两侧产生压差，导致主阀芯开启，溢流阀开启，实现过载保护。

顶管机主顶工作时，推拉泵开启，高压油经图1中的b口进入第III联,主顶阀进入工作状态，此时若第二电控三位四通电磁换向阀3.5.5不得电，则P、T、A、B均不相通，此时三位四通插装式方向控制阀二3.5处于关闭状态，属于中位机能的O型机能；若第二电控三位四通电磁换向阀3.5.5上位得电，此时先导油路接通第五插装阀3.5.1和第七插装阀3.5.3，该两个插装阀处于关闭状态，第六插装阀3.5.2和第八插装阀3.5.4处于开启状态，此时油液经过P口进入A2口，由此进入执行机构马达；若第二电控三位四通电磁换向阀3.5.5下位得电，油液经过第二电控三位四通电磁换向阀3.5.5P口进入B口，原理相同，故不再赘述；同时B2口先导式插装溢流阀3.3和A2口先导式插装溢流阀3.4分别连接工作油路A2和B2,保证该集成插装式多路阀的每一个工作油路都不过载，第六阻尼孔3.3.4和第八阻尼孔3.4.4分别引自负载一侧高压油，第三先导阀3.3.1和第四先导阀3.4.1控制各自溢流阀的开启，同时第五阻尼孔3.3.2和第七阻尼孔3.4.2连接主阀芯的后端，具有消除压力波动，减少冲击，使得阀芯开启平稳的作用，当第三先导阀3.3.1和第四先导阀3.4.1达到开启压力时，液压油在主阀芯左右两侧产生压差，导致主阀芯开启，溢流阀开启，实现过载保护；同时在输出第二电控三位四通电磁换向阀3.5.5A油路上连接一个两位三通方向控制阀二3.6，该两位三通方向控制阀二3.6左侧控制油路引自B2油路，右侧引自A2油路，当主顶前进时，A2油路为高压油，B2油路为低压油，此时两位三通方向控制阀二3.6在高压油作用下处于右位，其作用类似于单向阀；当主顶后退时，B2油路为高压油，A2油路为低压油，此时两位三通方向控制阀二3.6在高压油作用下处于左位，此时A2口油路即低压油经过两位三通方向控制阀二3.6直接进入集成插装式多路阀回油路，回油不经过插装阀主阀芯，这样大大减少了主顶后退时的背压。

当机头旋转转速由于负载变化而降低时，此时需要加大机头旋转供油量以增加转速，防止出现刀盘排土不畅而引起闷顶，此时集成阀第IV联和第V联进入工作状态，其中第V联高压油引自旋转泵，变量信号控制器5.1同时向先导式比例减压阀一4.1和第三电控三位四通电磁换向阀5.2.5发出信号，推动比例方向控制阀4.2下位进入工作状态，此时高压油经过第V联进入第IV联的方向控制阀，进而进入第II联中单向阀二2.7，经过两位三通方向控制阀一2.6进入高压油一侧，实现机头旋转的加压合流，从而实现提高机头旋转的目的。

当主顶顶进或者回退速度较慢时，此时需要加大流量以增加主顶的运动速度，此时变量信号控制器5.1同时向先导式比例减压阀二4.3、第三电控三位四通电磁换向阀5.2.5发出信号，推动比例方向控制阀4.2上位进入工作状态，此时高压油经过第V联进入第IV联的方向控制阀，进而进入第III联中单向阀四3.8，经过两位三通方向控制阀三3.7进入高压油一侧，实现主顶进退的加压合流，从而实现提高主顶伸出和回缩速度的目的。

当需要使用纠偏或者中继间运动时，高压油经图1中的d口进入第VI联，旋转阀进入工作状态，此时若第四电控三位四通电磁换向阀6.5.5不得电，则P、T、A、B均不相通，此时三位四通插装式方向控制阀四6.5处于关闭状态，属于中位机能的O型机能；若第四电控三位四通电磁换向阀6.5.5上位得电，此时先导油路接通第十三插装阀6.5.1和第十五插装阀6.5.3，该两个插装阀处于关闭状态，第十四插装阀6.5.2和第十六插装阀6.5.4处于开启状态，此时油液经过第四电控三位四通电磁换向阀6.5.5P口进入A口，由此进入执行机构马达；若第四电控三位四通电磁换向阀6.5.5下位得电，油液经过P口进入B口，原理相同，故不再赘述；同时B3口先导式插装溢流阀6.3和A3口先导式插装溢流阀6.4分别连接工作油路A3和B3,保证该集成插装式多路阀的每一个工作油路都不过载，第十阻尼孔6.3.4和第十二阻尼孔6.4.4分别引自负载一侧高压油，第五先导阀6.3.1和第六先导阀6.4.1控制各自溢流阀的开启，同时第九阻尼孔6.3.2和第十一阻尼孔6.4.2连接主阀芯的后端，具有消除压力波动，减少冲击，使得阀芯开启平稳的作用，当第五先导阀6.3.1和第六先导阀6.4.1达到开启压力时，液压油在主阀芯左右两侧产生压差，导致主阀芯开启，溢流阀开启，实现过载保护。

当插装阀开始工作时，集成插装式多路阀整体工作原理：

压力补偿阀：当一个或多个电控插装式多路阀的换向联同时工作时，负载压力传至压力补偿阀的一侧弹簧腔。此时通过阀芯的负反馈作用使得它来自动调节换向联流经的液压油的流量，而且使得阀口两端的压力差基本可以保持不变。因此在压力补偿作用下各个换向联的流经的流量基本都以可保持恒定，使得流进各个换向联的流量大小可以与控制它的先导比例减压阀的输入的电流信号成相应的比例，当输入一个控制电流的信号的时候就可以输出一个相应的流量信号，对应着阀口会开启一个相应的开口面积，可以达到先导远程的独立控制而且不会受到外面的负载变化的影响。

当各联方向控制阀处于中位的时候，各联的阀芯处于P口与A、B油口均不相通的情况，这时来自压力腔的油液作用在压力补偿阀的左腔，所以只需克服压力补偿阀右侧的弹簧力就可以，压力补偿阀的弹簧通过一个平衡移动使得阀芯会向右产生一个位移，并最终停留在一个平衡位置，压力腔的油液通过压力补偿阀阀芯与T油路相连，这时负载反馈的油路压力就是回油的压力，这个压力使得控制变量泵的倾角接近到0度，液压泵处于最小排量供油，泵所输出的流量仅仅为系统泄露所需的流量，即处于低压卸荷状态；使得系统的功率消耗最小，从而实现节能环保的要求。

当先导式电磁换向阀得电开始工作的时候，换向联的插装阀芯开始逐渐移动，使得液压油进入工作油路，液压泵泵出的油液经过压力补偿阀的节流孔和插装阀芯的节流槽进入执行机构，这个时候经过负载反馈敏感的LS梭阀的液压油的反馈的作用，它的反馈液压油的压力通过执行机构的负载压力而得到，经过负载敏感回路LS反馈到液压泵的一侧的控制腔，使得液压泵的倾角逐渐变大或者变小，液压泵输出的流量也相应的增加或者减小，随着各个插装阀的阀芯的进一步的移动至阀芯的行程终点位置的时候，插装阀芯的节流槽同时也已经基本上到达开启的最大地方，而且进而执行机构克服外负载进行移动，从而使得液压系统的工作压力会逐渐变大，同时这个外负载的压力又很快的反馈到压力补偿阀一侧，并且可以通过LS油路传递到泵的控制腔，这个时候压力补偿阀会经过弹簧的一个新的移动达到新的平衡，液压泵也会逐渐的调整斜盘的倾角，从而使得所输出的流量就是系统所需的最大流量。我们可以假定这个压力补偿阀的初始设定压差值为1Mpa，当泵的输出流量变大的时候，就会造成压力补偿阀的左右两端的压差减小，这个时候压力补偿阀的阀芯就会打破平衡状态，重新进行左右移动进行新的平衡位置的选取，直到压差逐渐恢复到大约1Mpa，压力补偿阀就是这样进行左右移动从而对系统的压力进行自动调节和压力补偿，从而使得主阀芯的开口处的压差不变，由于流量仅仅和阀口的开口面积有关系，因此其相应的输出流量也可以保持基本稳定。

在使用三位四通插装阀式方向控制阀的过程中，A口与B口的插装阀可以形成类似于桥式回路中等的B型半桥，其增益适度，稳定裕度大，工艺要求低，同时流量增益可以直接影响回路的响应速度，因而对整个阀的性能起至关重要的作用。

如图4所示，插装阀：插装阀采用反馈式闭环控制，提高整体阀芯位移精度。阀体7.3最左端设有先导比例电磁铁7.1，推杆7.2与先导比例电磁铁7.1连接；

推杆7.2左端与先导比例电磁铁7.1，右端与先导阀芯7.5连接；

先导阀芯7.5左右两段设置有弹簧7.6，安装在插装阀阀芯7.4内，先导油路A口接三位四通插装式方向控制阀(2.5/3.5/6.5)A口，先导油路B接三位四通插装式方向控制阀(2.5/3.5/6.5)B口；

插装阀阀芯7.4安装在阀体7.3内，其内侧与先导阀芯7.5接触，其外侧与阀体7.3接触且可左右移动，最右端是高压油，连接主油路流向执行机构的油液；

插装阀固定板7.7左侧与阀体7.3连接在一起且固定不动，其中心预留圆孔供插装阀阀芯7.4的左右移动，同时右侧用以固定复位弹簧7.9；

插装阀主阀体7.8内侧与插装阀阀芯7.4相接触，其外侧与阀体7.3通过螺纹连接在一起，其上开有过油孔A与油液密封区；

复位弹簧7.9套设在插装阀阀芯7.4右端，其左端固定在插装阀固定板7.7右侧，其右端连接在插装阀主阀体7.8上，用于推动插装阀主阀体7.8复位。

先导阀芯7.5采用滑阀，滑阀属于转换放大元件，其能够将输入的阀芯位移转换为液压信号并输出控制主油路的流量大小；

该插装阀具体工作原理如下所述：

当先导比例电磁铁7.1不得电时，先导阀芯7.5A口和B口均关闭，先导阀芯7.5没有流量输出，插装阀阀芯7.4只有弹簧力；

当先导比例电磁铁7.1得电时，其驱动先导阀芯7.5移动相应的位移，此时该插装阀先导油路与上述各联中的三位四通插装式方向控制阀(2.5/3.5/6.5)联通，此时油液进入先导阀芯7.5，先导阀芯7.5上开有先导油液引导槽，该先导油液可以经过先导阀芯7.5上的流道进入插装阀阀芯7.4，之后进入插装阀阀芯7.4的弹簧侧，与弹簧力一起控制插装阀阀芯7.4的开度，从而控制从P口到A口流经的油液的多少，与此同时，插装阀阀芯7.4的移动会带动先导阀芯7.5先导油液开口的启闭，当插装阀阀芯7.4移动位移x时，先导阀芯7.5就会相应关闭位移xi的开度，从而构成闭环反馈，以偏差消除偏差，精确控制液压油的流量。

在这个控制过程中，插装阀阀芯7.4输出位移能够自动、快速、准确的复现输入位移的变化，插装阀阀芯7.4的位移与先导阀芯7.5(滑阀)的位移时刻进行比较，以此得到两者之间的位移偏差，该偏差就是先导阀芯7.5(滑阀)的开度，先导阀芯7.5有一定的开度就会有一定的液压油进入插装阀阀芯7.4，插装阀阀芯7.4移动又会反过来驱使先导阀芯7.5(滑阀)关闭，直到插装阀阀芯7.4位移与先导阀芯7.5位移一致停止。

上述过程表明，在先导阀，插装阀等一系列控制作用下，实现了对顶管机所有功能的精确控制，从而大大改善顶管机的操作性能。

当然，上述说明并非是对顶管机的专用集成阀的限制，本发明也不局限于上述举例，对于该领域技术人员来说能够很好的理解作用原理，同时还可以在此基础上进行不同形式的更改或变动，这里也没有办法列举所有相似原理的集成阀，因此本领域技术人员在此基础上进行相应的更改，微调，变化或同等替换等，均应包含在本发明权利要求所述的范围之内。

Claims (10)

1.一种顶管机用集成插装式多路阀，其特征在于：由六联阀Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ并联构成，其中第Ⅰ联为安全控制阀、第Ⅱ联为机头旋转控制阀、第Ⅲ联为主顶进退控制阀、第Ⅳ联为加压合流方向控制阀、第Ⅴ联为机头主顶加压合流阀、第Ⅵ联为纠偏/中继控制阀。

2.根据权利要求1所述的一种顶管机用集成插装式多路阀，其特征在于：所述第Ⅰ联中，阀内置过滤器一连接LS油路，并与LS调速阀串联，所述LS调速阀连接阀块总回油路T通道；中位P1推拉泵卸荷阀连接旋转泵高压进油口P2，并与回油油路T通道；中位P2旋转泵卸荷阀连接推拉泵高压进油口P1，并与回油油路T通道；X油路减压阀连接P2油路，并与阀内置过滤器二连接至X油路,LS溢流阀连接LS油路和T通道。

3.根据权利要求1所述的一种顶管机用集成插装式多路阀，其特征在于：所述第Ⅱ联、第Ⅲ联、第Ⅵ联中，单向阀一连接LS油路，并与阀前压力补偿阀串联；所述阀前压力补偿阀与旋转泵P2油路连通；B口先导式插装溢流阀与各联相应B油路连接，A口先导式插装溢流阀与与各联相应A油路连接；所述阀前压力补偿阀与三位四通插装式方向控制阀的进油口P口联通，所述三位四通插装式方向控制阀的第二插装阀、第三插装阀出油口分别与各联相应A油路、B油路连接。

4.根据权利要求3所述的一种顶管机用集成插装式多路阀，其特征在于：所述第Ⅱ联中，还包括两位三通方向控制阀一主油路分别与所述三位四通插装式方向控制阀的第二插装阀与第三插装阀的出油口连接，所述两位三通方向控制阀一的控制油路与所述三位四通插装式方向控制阀的第三插装阀的先导油路连接，单向阀二与两位三通方向控制阀一连接。

5.根据权利要求3所述的一种顶管机用集成插装式多路阀，其特征在于：所述第Ⅲ联中，还包括两位三通方向控制阀二右位主油路连接所述三位四通插装式方向控制阀的第二插装阀出油口A，左位主油路与集成插装式多路阀T口连接，所述两位三通方向控制阀二先导油路与所述三位四通插装式方向控制阀的第二插装阀、第三插装阀连接；两位三通方向控制阀三主油路与所述三位四通插装式方向控制阀的第二插装阀、第三插装阀连接，其控制油路与所述三位四通插装式方向控制阀的第三插装阀的先导油路连接，单向阀四与两位三通方向控制阀三连接。

6.根据权利要求1所述的一种顶管机用集成插装式多路阀，其特征在于：所述第Ⅳ联中，先导式比例减压阀一与外控油口X连接，比例方向控制阀下位与所述先导式比例减压阀一连接，所述比例方向控制阀上位与先导式比例减压阀二连接，所述先导式比例减压阀二与外泄油口Y连接。

7.根据权利要求1所述的一种顶管机用集成插装式多路阀，其特征在于：所述第Ⅴ联中，变量信号控制器与三位四通插装式方向控制阀连接，并与第Ⅳ联的先导式比例减压阀一、先导式比例减压阀二连接，阀前压力补偿阀三与三位四通插装式方向控制阀三连接，单向阀五连通阀前压力补偿阀三和LS油路。

8.根据权利要求3所述的一种顶管机用集成插装式多路阀，其特征在于：所述A口先导式插装溢流阀、B口先导式插装溢流阀结构相同，具体结构为包括先导阀、第一阻尼孔、插装阀、第二阻尼孔；第二阻尼孔与B油路连接，第一阻尼孔与插装阀和第二阻尼孔连接，先导阀与第一阻尼孔连接。

9.根据权利要求3或7所述的一种顶管机用集成插装式多路阀，其特征在于：所述三位四通插装式方向控制阀包括第一插装阀、第二插装阀、第三插装阀、第四插装阀和电控三位四通电磁换向阀；所述第一插装阀、第二插装阀、第三插装阀、第四插装阀依次串联，电控三位四通电磁换向阀A口分别连接第一插装阀、第三插装阀，电控三位四通电磁换向阀B口分别连接第二插装阀、第四插装阀，其中三位四通插装式方向控制阀的P口分别与第二插装阀、第三插装阀和电控三位四通电磁换向阀连通；

其中，所述第Ⅱ联、第Ⅲ联、第Ⅵ联中的三位四通插装式方向控制阀在第二插装阀、第三插装阀出油口分别引出两路油路至A口和B口连接油缸。

10.根据权利要求9所述的一种顶管机用集成插装式多路阀，其特征在于：所述插装阀包括先导比例电磁铁、推杆、阀体、插装阀阀芯、先导阀芯、弹簧、插装阀固定板、插装阀主阀体、复位弹簧；

所述先导比例电磁铁设置在所述阀体的最左端，所述推杆左端与先导比例电磁铁连接，右端与先导阀芯连接；

所述先导阀芯安装在整体式插装阀芯内，其左右两端设置有弹簧；

所述整体式插装阀芯安装在阀体内，其内侧与先导阀芯接触，其外侧与阀体接触；

所述插装阀固定板左侧与阀体固定连接，其中心设有圆孔，其右侧固定复位弹簧；

所述插装阀主阀体内侧与整体式插装阀芯接触，其外侧与阀体螺纹连接，其上开有过油孔A与油液密封区；

所述复位弹簧套设在整体式插装阀芯右端，其左端固定在插装阀固定板右侧，其右端连接在插装阀主阀体上。

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