CN116357776A

CN116357776A - 用于液压支架的三通调速阀

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Publication number: CN116357776A
Application number: CN202310645199.2A
Authority: CN
Inventors: 李永安; 朱明亮; 王宏伟; 刘峰; 闫志蕊; 梁威; 陶磊; 王浩然; 张纯旺; 王洪利; 耿毅德
Original assignee: Taiyuan University of Technology
Current assignee: Taiyuan University of Technology
Priority date: 2023-06-02
Filing date: 2023-06-02
Publication date: 2023-06-30
Anticipated expiration: 2043-06-02
Also published as: CN116357776B

Abstract

本发明涉及一种用于液压支架的三通调速阀，属于液压支架控制技术领域。包括阀体、节流阀组件和溢流阀组件；节流阀组件包括第一盖板、阀块、第一阀套、第一阀芯和控制器，第一阀芯中部两侧连接的台肩、阀块底部和第一阀套顶端之间形成压力控制腔，第一油路的出油端、第二油路的进油端分别与第一阀芯两侧的压力控制腔连通，第一油路上连接有第一高速开关阀，第二油路上连接有第二高速开关阀，位移传感器与控制器电性连接，溢流阀组件用于当液压支架的负载突变时使第一进油口与第一出油口之间的压差恒定在溢流阀组件的调定压力。本发明可以精确控制流量来对液压缸速度进行精确控制，进而实现对液压支架位置的精确控制。

Description

用于液压支架的三通调速阀

技术领域

本发明涉及液压支架控制技术领域，尤其涉及一种用于液压支架的三通调速阀。

背景技术

液压支架由于具有支护性能好、强度高、移架速度快、安全可靠等优点，所以，它的使用能增加采煤工作量的产量、提高劳动生产率、降低成本、减轻工人的体力劳动和保证生产安全。因此，液压支架是实现采煤综合机械化和自动化不可缺少的设备。但是由于矿下环境恶劣，液压支架移架和推溜时候的速度容易受到突变负载的影响。

目前液压支架在移架和推溜过程中控制液压缸伸缩的器件为方向控制阀，而方向控制阀为通断式电液元件，其无法对突变负载实现压力补偿，导致液压支架移架或推溜时如果遭遇突变负载时，无法通过控制流量对液压缸速度进行精确控制，导致系统压力波动和冲击大，进而无法实现对液压支架位置的精确控制，成为煤炭智能化开采的瓶颈问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的无法对液压支架位置进行精确控制的问题，本发明提供一种用于液压支架的三通调速阀。本发明的技术方案如下：

一种用于液压支架的三通调速阀，所述三通调速阀安装于液压支架的方向控制阀之前，包括阀体、节流阀组件和溢流阀组件；

所述节流阀组件安装于阀体顶部，包括第一盖板、阀块、第一阀套、第一阀芯和控制器，所述阀块与阀体上部连接，第一盖板与阀块顶端连接，第一阀套与阀块底端连接，第一阀芯滑动设置在阀块和第一阀套内，第一阀套底端开设有第一进油口，第一阀套底部一侧开设有第一出油口，第一阀芯中部两侧连接有台肩，台肩底端、阀块底部、第一阀套顶端和第一阀芯的侧面之间形成压力控制腔，所述第一盖板和阀块内部一侧开设有第一油路，所述阀块内部另一侧开设有第二油路，第一油路的出油端、第二油路的进油端分别与第一阀芯两侧的压力控制腔连通，所述第一油路上连接有第一高速开关阀，第二油路上连接有第二高速开关阀，第一阀芯上半段开设有阀芯腔，第一盖板中部开设有安装腔，阀芯腔与安装腔连通，阀芯腔底部固定连接有固定杆，固定杆延伸至安装腔内，固定杆上绕设有第一弹簧，所述第一弹簧一端抵接第一盖板，第一弹簧另一端与阀芯腔底部抵接，所述第一盖板顶部连接有位移传感器，位移传感器的检测端与固定杆顶端连接，位移传感器与控制器电性连接；

所述阀体的一侧上部开设有工作口，工作口与第一出油口连通，且工作口与方向控制阀的进油口连接；

所述溢流阀组件安装于阀体底部，所述溢流阀组件用于当液压支架的负载突变时使第一进油口与第一出油口之间的压差恒定在溢流阀组件的调定压力。

可选地，所述溢流阀组件包括第二阀套、第二阀芯和第二盖板，所述第二阀套安装在阀体下部，第二阀芯滑动设置在第二阀套内，所述第二阀套底面一侧开设有第二出油口，所述阀体底部开设有溢流口，第二出油口与溢流口连通；所述阀体的底部还开设有主进油口，所述第二阀套靠近主进油口的一侧开设有第二进油口，主进油口与第二进油口和第一进油口均连通；所述第二盖板与阀体另一侧连接并与第二阀套另一侧连接，第二盖板内开设有第四油路，所述第四油路的一端与第二阀套内部连通；所述第二阀芯内开设有弹簧腔，弹簧腔内安装有第二弹簧，第二弹簧一端抵接在弹簧腔靠近第二进油口的一侧，第二弹簧另一端与所述第二盖板抵接；所述第一阀套底部另一侧开设有第三出油口，所述阀体内靠近第三出油口的位置开设有第三油路，所述第二盖板上与第三油路的交接处开设有阻尼孔，所述第四油路的另一端与阻尼孔连通。

可选地，所述节流阀组件还包括A/D转换器和信号驱动器，所述位移传感器通过A/D转换器与控制器电连接，信号驱动器与所述控制器电连接，信号驱动器还与所述第一高速开关阀和第二高速开关阀的电磁铁电连接；所述A/D转换器用于将位移传感器采集的位移信号转换为数字信号，控制器用于根据数字信号产生对第一高速开关阀和第二高速开关阀的控制信号，所述信号驱动器用于对控制信号进行放大后控制第一高速开关阀和第二高速开关阀中电磁铁的开闭。

可选地，所述第一阀芯与阀块之间安装有第一密封圈，台肩与阀块之间安装有第二密封圈。

可选地，所述第二阀芯和第二盖板之间安装有第三密封圈。

可选地，所述阀块与阀体之间安装有第四密封圈。

可选地，所述台肩和第一阀芯一体成型。

上述所有可选技术方案均可任意组合，本发明不对一一组合后的结构进行详细说明。

借由上述方案，本发明的有益效果如下：

通过设置节流阀组件和溢流阀组件，并设置当液压支架的负载突变时溢流阀组件使第一进油口与第一出油口之间的压差恒定在溢流阀组件的调定压力，以及设置节流阀组件包括第一阀芯、第一弹簧、压力控制腔、第一高速开关阀、第二高速开关阀和控制器等部件，通过控制压力控制腔和第一弹簧弹力的平衡来实现三通调速阀阀口过流面积的调节，从而实现对三通调速阀流量的精确控制。在此基础上，当将该三通调速阀安装在液压支架的节流阀前面时，即使液压支架在移架或推溜过程中负载突变，通过该三通调速阀可以精确控制三通调速阀和方向控制阀流量来对液压缸速度进行精确控制，进而实现对液压支架位置的精确控制。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1中A处的局部放大图。

图3是图1中B处的局部放大图。

图中附图标记为：1、阀体；2、工作口；3、主进油口；4、第二进油口；5、溢流口；6、第一进油口；7、第一盖板；8、阀块；9、第一阀套；10、第一阀芯；11、第一出油口；12、压力控制腔；13、位移传感器；14、第一油路；15、第二油路；16、第一高速开关阀；17、第二高速开关阀；18、固定杆；19、安装腔；20、第一弹簧；21、台肩；22、第二阀套；23、第二弹簧；24、第三出油口；25、第三油路；26、阻尼孔；27、第二盖板；28、第四油路；29、第一密封圈；30、第二阀芯；31、第二出油口；32、第三密封圈；33、第四密封圈；34、第二密封圈；35、阀芯腔；36、弹簧腔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1和图2所示，本发明提供的用于液压支架的三通调速阀安装于液压支架的方向控制阀之前，包括阀体1、节流阀组件和溢流阀组件；

所述节流阀组件安装于阀体1顶部，包括第一盖板7、阀块8、第一阀套9、第一阀芯10和控制器，所述阀块8与阀体1上部连接，第一盖板7与阀块8顶端连接，第一阀套9与阀块8底端连接，第一阀芯10滑动设置在阀块8和第一阀套9内，第一阀套9底端开设有第一进油口6，第一阀套9底部一侧开设有第一出油口11，第一阀芯10中部两侧连接有台肩21，台肩21底端、阀块8底部、第一阀套9顶端和第一阀芯10的侧面之间形成压力控制腔12，所述第一盖板7和阀块8内部一侧开设有第一油路14，所述阀块8内部另一侧开设有第二油路15，第一油路14的出油端、第二油路15的进油端分别与第一阀芯10两侧的压力控制腔12连通，所述第一油路14上连接有第一高速开关阀16，第二油路15上连接有第二高速开关阀17，第一阀芯10上半段开设有阀芯腔35，第一盖板7中部开设有安装腔19，阀芯腔35与安装腔19连通，阀芯腔35底部固定连接有固定杆18，固定杆18延伸至安装腔19内，固定杆18上绕设有第一弹簧20，所述第一弹簧20一端抵接第一盖板7，第一弹簧20另一端与阀芯腔35底部抵接，所述第一盖板7顶部连接有位移传感器13，位移传感器13的检测端与固定杆18顶端连接，位移传感器13与控制器电性连接；

所述阀体1的一侧上部开设有工作口2，工作口2与第一出油口11连通，且工作口2与方向控制阀的进油口连接；

所述溢流阀组件安装于阀体1底部，所述溢流阀组件用于当液压支架的负载突变时使第一进油口6与第一出油口11之间的压差恒定在溢流阀组件的调定压力。

其中，第一高速开关阀16和第二高速开关阀17均通过螺栓与阀块8连接。位移传感器13与第一盖板7螺纹连接。第一盖板7与阀块8通过螺栓连接。阀块8与阀体1通过螺栓连接。

下面分析一下本发明实施例提供的三通调速阀的工作原理：

具体地，当液压支架在移架或推溜过程中时如果遭遇突变负载便会导致流过方向控制阀阀口的压差降低，由液压油过节流孔的流量计算公式可知，影响方向控制阀流量的因素主要由压差和过流面积决定，当阀的过流面积一定时，由于压差降低，会导致液压支架的移架或推溜速度降低。而在过流阀口并联溢流阀便可以对突变负载进行压力补偿，从而维持过流阀口的压差一定，这样即使在突变负载情况下，过流面积一定时，液压支架的移架或推溜速度也能维持恒定。

基于上述内容，由于影响流量主要有压差和过流面积两个参数。因此，本发明实施例通过在方向控制阀之前安装三通调速阀，通过其中的溢流阀组件使得当液压支架的负载突变时，第一进油口6与第一出油口11之间的压差恒定在溢流阀组件的调定压力，可以保证液压支架在突变负载下也能保证过三通调速阀阀口的压差恒定，进而使得液压支架的移架速度保持恒定。在此基础上，通过设置节流阀组件来对三通调速阀阀口过流面积的改变来改变液压支架移架或推溜时的速度。具体地，本发明实施例阀口过流面积的调节是通过控制节流阀组件中第一阀芯10的位移来实现的。第一阀芯10的位移是通过控制压力控制腔12和第一弹簧20弹簧力的平衡来实现的。而压力控制腔12的压力由第一高速开关阀16和第二高速开关阀17来进行调节。高速开关阀是一种新型的数字式电液转换阀，其电磁铁可以通过高频率的通电和断电来实现开关阀阀芯的快速启闭，进而控制节流阀组件压力控制腔12的压力，进而实现对节流阀组件过流面积进行控制。

结合图1和图2，本发明实施例在调节第一阀芯10的位移时，液压支架油箱中的液压油经液压泵后分出一个分支从第一油路14的进油端经阀体1后到达第一阀芯10一侧的压力控制腔12，并经第一阀芯10另一侧的压力控制腔12及第二油路15从第二油路15的出油端返回油箱。随着进入第一油路14和第二油路15的液压油的增多，压力控制腔12的压力会给台肩21施以向上的作用力，而当第一油路14和第二油路15未通入液压油时，第一弹簧20会给台肩21施以向下的作用力（第一弹簧20初始处于被压缩状态）。当压力控制腔12的压力随着液压油的进入而不断增大时，台肩21受到的向上的作用力不断增大，当台肩21受到的向上的作用力大于第一弹簧20施加在台肩21上的向下的作用力时，台肩21带动第一阀芯10向上运动，使第一进油口6与第一出油口11连通而使节流阀组件开启。当继续增大压力控制腔12的压力时，第一阀芯10底端遮挡第一出油口11的面积逐渐减小，因此，通过控制压力控制腔12的压力即可对节流阀组件过流面积进行控制。

具体在控制压力控制腔12的压力时，控制器根据所需控制的过流面积计算得到第一阀芯10所需移动的位移，然后控制器生成控制信号，控制信号通过控制第一高速开关阀16和第二高速开关阀17的电磁铁高速启闭来达到对第一阀芯10位置的控制。第一阀芯10在上移过程中，位移传感器13实时采集其位移量并反馈至控制器，控制器根据位移传感器13反馈的数据与所给定的第一阀芯10所需移动位移进行对比，计算得到其偏差，控制器运用PID控制生成控制信号不断去消除偏差，实现了对第一阀芯10位置的闭环控制。所述第一高速开关阀16和第二高速开关阀17可以看作两个可变的节流孔，构成A型半桥对节流阀组件中压力控制腔12的压力进行控制。

在上述实施例的基础上，在一种优选的实施方式中，所述溢流阀组件包括第二阀套22、第二阀芯30和第二盖板27，所述第二阀套22安装在阀体1下部，第二阀芯30滑动设置在第二阀套22内，所述第二阀套22底面一侧开设有第二出油口31，所述阀体1底部开设有溢流口5，第二出油口31与溢流口5连通；所述阀体1的底部还开设有主进油口3，所述第二阀套22靠近主进油口3的一侧开设有第二进油口4，主进油口3与第二进油口4和第一进油口6均连通；所述第二盖板27与阀体1另一侧通过螺栓连接并与第二阀套22另一侧通过螺栓连接，第二盖板27内开设有第四油路28，所述第四油路28的一端与第二阀套22内部连通；所述第二阀芯30远离第一进油口4的一侧抵接有第二弹簧23一端，所述第二弹簧23的另一端与所述第二盖板27抵接；所述第一阀套9底部另一侧开设有第三出油口24，所述阀体1内靠近第三出油口24的位置开设有第三油路25，所述第二盖板27上与第三油路25的交接处开设有阻尼孔26，所述第四油路28的另一端与阻尼孔26连通。

在该结构基础上，当液压支架的负载突变时，溢流阀组件使第一进油口6与第一出油口11之间的压差恒定在溢流阀组件的调定压力的具体原理为：节流阀组件处于关闭状态时，液压油从溢流阀插件的溢流口5溢流，溢流阀组件充当高压卸荷的作用。当节流阀组件开启时，其第三出油口24通过第三油路25、阻尼孔26和第四油路28与溢流阀组件的弹簧腔36连通，阻尼孔26使溢流阀组件的压差波动更小，节流阀组件的第一进油口6与溢流阀组件的第二进油口4连通，通过节流阀组件与溢流阀组件的进出油口之间的连接使得节流阀组件的第一进油口6和第一出油口11的压差恒定在溢流阀的调定压力（由溢流阀组件的第二阀芯30右端的第二弹簧23调节，由于第二弹簧23本身具有一定的刚度，当第二弹簧23被压缩时调定压力会有一点微小波动），当工作口2所连接的负载激增时，与之相通的溢流阀组件的弹簧腔36压力变大，推动第二阀芯30向左运动，从而使得溢流口5开口变小，通过溢流阀组件溢流的流量变小，使得节流阀组件的第一进油口6压力变大，实现节流阀组件对突变大负载的压力补偿，维持负载突变时三通调速阀的输出流量的恒定。

在上述实施例的基础上，在一种优选的实施方式中，所述节流阀组件还包括A/D转换器和信号驱动器，所述位移传感器13通过A/D转换器与控制器电连接，信号驱动器与所述控制器电连接，信号驱动器还与所述第一高速开关阀16和第二高速开关阀17的电磁铁电连接；所述A/D转换器用于将位移传感器13采集的位移信号转换为数字信号，控制器用于根据数字信号产生对第一高速开关阀16和第二高速开关阀17的控制信号，所述信号驱动器用于对控制信号进行放大后控制第一高速开关阀16和第二高速开关阀17中电磁铁的开闭。

在此基础上，位移传感器13输出位移信号经A/D转换器转换为数字信号后发送至控制器，控制器将其与期望位置的数字信号进行对比，产生偏差信号。通过适当的 PID控制策略，将偏差信号处理后，控制器输出PWM 信号，再经过信号驱动器对其进行功放，最后驱动第一高速开关阀16和第二高速开关阀17的电磁铁动作，达到对第一阀芯10位置的闭环控制。

可选地，所述台肩21和第一阀芯10一体成型，保证在第一高速开关阀16和第二高速开关阀17驱动第一阀芯10滑动时，更加顺畅，且一体成型使得本发明的制作和安装都比较简单，没有接口断裂的风险。

可选地，所述第一阀芯10与阀块8之间安装有第一密封圈29，台肩21与阀块8之间安装有第二密封圈34；所述阀块8与阀体1之间安装有第四密封圈33；设置若干密封圈，保证阀体内部的油不会从各部分连接处泄露。优选地，第一密封圈29和第二密封圈34为组合式O形密封圈。所述组合式O形密封圈是指在普通O形圈外圈增加一层低摩擦材料制成的O形圈。其中，低摩擦材料是指摩擦系数小于0.2的材料。通过设置组合式O形密封圈，既可以减小高水基介质的泄露问题，也可以减小第一阀芯10的运动阻力。

其中，所述第二阀芯30和第二盖板27之间安装有第三密封圈32，保证第四油路28的油液不会渗透到第二阀芯30的外侧，且可以保证弹簧腔36内的压力稳定，保证对负载稳定的补偿压力。

本发明在使用时，液压支架油箱中的液压油经液压泵后分出一个分支从第一油路14的进油端经阀体1后到达第一阀芯10一侧的压力控制腔12，并经第一阀芯10另一侧的压力控制腔12及第二油路15从第二油路15的出油端返回油箱。经液压泵后分出另一个分支从主进油口3进入三通调速阀后，从工作口2流出至方向控制阀的进油口，方向控制阀的出油口与液压支架的液压缸连接。本发明通过设置溢流阀组件，实现对三通调速阀压差的定量控制，同时通过两个高速开关阀来控制第一阀芯10的位移，进而控制该三通调速阀的过流面积，从而实现对其流量的精确控制，实现液压支架移架速度的精确控制，可以保证液压支架移架或推溜时候即使碰到突变负载也可以保持其驱动液压缸的伸出速度恒定，是实现液压支架智能化的关键也是综采工作面实现无人化的基础，进一步实现煤矿井下智能化开采。

另外，通过采用高速开关阀作先导阀驱动节流阀组件中的第一阀芯10，不仅驱动力大，能够防止第一阀芯10卡死，而且抗污染能力强。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种用于液压支架的三通调速阀，其特征在于，所述三通调速阀安装于液压支架的方向控制阀之前，包括阀体（1）、节流阀组件和溢流阀组件；

所述节流阀组件安装于阀体（1）顶部，包括第一盖板（7）、阀块（8）、第一阀套（9）、第一阀芯（10）和控制器，所述阀块（8）与阀体（1）上部连接，第一盖板（7）与阀块（8）顶端连接，第一阀套（9）与阀块（8）底端连接，第一阀芯（10）滑动设置在阀块（8）和第一阀套（9）内，第一阀套（9）底端开设有第一进油口（6），第一阀套（9）底部一侧开设有第一出油口（11），第一阀芯（10）中部两侧连接有台肩（21），台肩（21）底端、阀块（8）底部、第一阀套（9）顶端和第一阀芯（10）的侧面之间形成压力控制腔（12），所述第一盖板（7）和阀块（8）内部一侧开设有第一油路（14），所述阀块（8）内部另一侧开设有第二油路（15），第一油路（14）的出油端、第二油路（15）的进油端分别与第一阀芯（10）两侧的压力控制腔（12）连通，所述第一油路（14）上连接有第一高速开关阀（16），第二油路（15）上连接有第二高速开关阀（17），第一阀芯（10）上半段开设有阀芯腔（35），第一盖板（7）中部开设有安装腔（19），阀芯腔（35）与安装腔（19）连通，阀芯腔（35）底部固定连接有固定杆（18），固定杆（18）延伸至安装腔（19）内，固定杆（18）上绕设有第一弹簧（20），所述第一弹簧（20）一端抵接第一盖板（7），第一弹簧（20）另一端与阀芯腔（35）底部抵接，所述第一盖板（7）顶部连接有位移传感器（13），位移传感器（13）的检测端与固定杆（18）顶端连接，位移传感器（13）与控制器电性连接；

所述阀体（1）的一侧上部开设有工作口（2），工作口（2）与第一出油口（11）连通，且工作口（2）与方向控制阀的进油口连接；

所述溢流阀组件安装于阀体（1）底部，所述溢流阀组件用于当液压支架的负载突变时使第一进油口（6）与第一出油口（11）之间的压差恒定在溢流阀组件的调定压力。

2.根据权利要求1所述的用于液压支架的三通调速阀，其特征在于，所述溢流阀组件包括第二阀套（22）、第二阀芯（30）和第二盖板（27），所述第二阀套（22）安装在阀体（1）下部，第二阀芯（30）滑动设置在第二阀套（22）内，所述第二阀套（22）底面一侧开设有第二出油口（31），所述阀体（1）底部开设有溢流口（5），第二出油口（31）与溢流口（5）连通；所述阀体（1）的底部还开设有主进油口（3），所述第二阀套（22）靠近主进油口（3）的一侧开设有第二进油口（4），主进油口（3）与第二进油口（4）和第一进油口（6）均连通；所述第二盖板（27）与阀体（1）另一侧连接并与第二阀套（22）另一侧连接，第二盖板（27）内开设有第四油路（28），所述第四油路（28）的一端与第二阀套（22）内部连通；所述第二阀芯（30）内开设有弹簧腔（36），弹簧腔（36）内安装有第二弹簧（23），第二弹簧（23）一端抵接在弹簧腔（36）靠近第二进油口（4）的一侧，第二弹簧（23）另一端与所述第二盖板（27）抵接；所述第一阀套（9）底部另一侧开设有第三出油口（24），所述阀体（1）内靠近第三出油口（24）的位置开设有第三油路（25），所述第二盖板（27）上与第三油路（25）的交接处开设有阻尼孔（26），所述第四油路（28）的另一端与阻尼孔（26）连通。

3.根据权利要求1或2所述的用于液压支架的三通调速阀，其特征在于，所述节流阀组件还包括A/D转换器和信号驱动器，所述位移传感器（13）通过A/D转换器与控制器电连接，信号驱动器与所述控制器电连接，信号驱动器还与所述第一高速开关阀（16）和第二高速开关阀（17）的电磁铁电连接；所述A/D转换器用于将位移传感器（13）采集的位移信号转换为数字信号，控制器用于根据数字信号产生对第一高速开关阀（16）和第二高速开关阀（17）的控制信号，所述信号驱动器用于对控制信号进行放大后控制第一高速开关阀（16）和第二高速开关阀（17）中电磁铁的开闭。

4.根据权利要求1所述的用于液压支架的三通调速阀，其特征在于，所述第一阀芯（10）与阀块（8）之间安装有第一密封圈（29），台肩（21）与阀块（8）之间安装有第二密封圈（34）。

5.根据权利要求2所述的用于液压支架的三通调速阀，其特征在于，所述第二阀芯（30）和第二盖板（27）之间安装有第三密封圈（32）。

6.根据权利要求1所述的用于液压支架的三通调速阀，其特征在于，所述阀块（8）与阀体（1）之间安装有第四密封圈（33）。

7.根据权利要求1所述的用于液压支架的三通调速阀，其特征在于，所述台肩（21）和第一阀芯（10）一体成型。