CN117868919A - 一种煤矿液压支架用数字比例流量控制阀 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种煤矿液压支架用数字比例流量控制阀，包括主阀和控制主阀动作的先导阀以及驱动与控制部分；本发明将主阀由原来的普通开关阀改为比例流量阀，为液压支架实现比例流量控制奠定了基础。主阀由一个两位三通开关阀控制换向，由两个高速开关式数字电磁阀依据位移传感器反馈的主阀进液阀芯位移信号对其进行位移比例控制，这样不仅可实现流量的精确控制，而且可以根据系统的需要对流量特性曲线进行数字编程控制，从而避免系统液压冲击，提高液压支架使用寿命。主阀整体结构与位移传感器一体化设计，在保证检测质量的前提下，减少传感器外露体积，有利于井下现场安装使用。

Description

一种煤矿液压支架用数字比例流量控制阀

技术领域

本发明涉及一种煤矿液压支架用数字比例流量控制阀。

背景技术

液压支架电液控制系统是现代液压支架的神经系统，它控制着液压支架的各个动作，是矿井综采工作面实现自动化的关键控制系统。

与传统手动操作系统相比，电液控制系统不仅大大降低了工人的劳动强度，改善工人操作环境，提高了工人劳动安全性，而且提高了生产效率。

但是目前矿井液压支架所使用的控制系统都是采用常规的电液换向阀，只具有简单的开关功能，即用一个普通的二位三通开关电磁阀控制一个大流量两位三通主阀，这种系统虽然实现了电气控制，但是由于这种系统只能进行简单的换向操作，对于位置精度要求较高的动作控制往往只能依靠多次重复启动换向阀进行找正，这种方式控制精度较低，操作工人的劳动强度较大；同时，对于大流量液压系统而言，这种开关型电液换向阀的快速启闭会对液压系统造成巨大的压力冲击，对液压系统的管路、系统元器件、支架油缸损伤较大，严重影响了液压支架的使用寿命。

中国发明专利CN109555740A提出一种用于液压支架电液控制系统的比例阀，其在典型液压支架用换向阀结构的基础上，在主阀端部集成先导阀结构，采用伺服电机控制先导阀芯位移，通过液压反馈原理，主阀进液阀芯跟随先导阀芯位移，实现比例控制。但该结构零部件太多，结构过于复杂，成本较高；同时需考虑伺服电机在井下的防爆要求及功耗要求，不利于井下实际使用。

中国发明专利CN111894924A提出一种手自一体控制的高水基高压大流量数字比例阀，其在典型液压支架用换向阀结构的基础上，构建双控制腔，并在进液阀套上开有位移反馈槽，随着进液阀芯位移增大，矩形槽过流面积减小，构建流量反馈结构，通过二位二通高速开关阀占空比变化实现比例控制。但该结构中核心结构位移反馈槽尺寸较小，当随着工作时间的增加，乳化液介质中杂质易堵塞位移反馈槽，造成原理失效。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种煤矿液压支架用数字比例流量控制阀。

本发明通过以下技术方案得以实现。

本发明提供的一种煤矿液压支架用数字比例流量控制阀，包括主阀和控制主阀动作的先导阀以及驱动与控制部分；所述主阀包括阀体，所述阀体内设有阀腔和检测腔，阀腔中部有工作口，阀腔的两端分别有进液口和回液口，所述工作口位置处设有阀座，阀座两侧分别对应设有进液阀芯和回液阀芯，进液阀芯左侧与进液阀套形成控制腔b，进液阀芯右侧、回液阀芯与回液阀套形成控制腔a，所述进液阀芯的一端与控制腔b之间设有复位组件，进液阀芯的另一端穿过阀座中心置于控制腔a内，所述阀体上还加工有控制口a与控制腔b连通、加工有控制口b和控制口c与控制腔a连通，所述检测腔内设有位移传感器,位移传感器上的传感器铁芯伸入控制腔a内与进液阀芯连接。

所述阀体包括进液阀套和回液阀套,进液阀芯安装在进液阀套内且进液阀套的内壁上安装有格莱圈与进液阀芯的外壁形成密封，回液阀芯安装在回液阀套内，进液阀套开口的一端外壁上加工有外卡槽,回液阀套在其开口的一端内壁上加工有内卡槽及阀座腔，阀座腔与阀腔形成台阶，阀座安装在阀座腔内，外卡槽伸入内卡槽内与阀座接触并通过卡紧钢丝锁紧。

所述阀座包括外径相同的进液阀座、回液阀座、支撑环,进液阀座和回液阀座分别置于支撑环的两端，支撑环的圆周面上加工有若干通孔且分别加工有外环槽和内环槽，所述进液阀座和回液阀座的一端面边缘处均加工有倒角。

所述进液阀芯上加工有阀芯凸肩a和阀芯凸肩b，所述阀芯凸肩a和阀芯凸肩b分别处于阀座的两端，所述阀芯凸肩a相对于进液阀座的一面为锥型面。

所述进液阀芯置于控制腔b内的端面上加工有弹簧腔，控制腔b内有弹簧座与弹簧腔对应，所述弹簧座安装于进液阀套内，与弹簧腔均为台阶结构，弹簧腔安装有小复位弹簧和大复位弹簧,小复位弹簧和大复位弹簧同轴心但旋向相反。

所述回液阀芯中心加工有通孔，阀芯凸肩b装配在通孔内且在阀芯凸肩b圆周面上安装有格莱圈与通孔形成密封，所述回液阀芯与回液阀座的闭合面为锥型面。

所述先导阀包括先导阀a、先导阀b、先导阀c，所述先导阀c的进液口与减压阀连接形成先导进液流道，先导阀c的工作口与控制口c连接，所述先导阀a、先导阀c的回液口分别与单向阀连接形成先导回液流道，所述先导阀b一端与控制口b连接，另一端与先导阀a共同接入控制口a，先导阀a、先导阀b、先导阀c通过控制器进行控制。

所述控制器在收到控制信号时，首先驱动先导阀a和先导阀c分别关闭和开启，之后将接收到的控制信号所需阀芯位移与位移传感器反馈的实际位移进行求差，若差值大于0且大于控制器的差值设定值，使先导阀a断电常开，直至差值减小至0与差值设定值之间，关闭先导阀a并使先导阀b断电常闭；若计算差值小于0且小于负差值设定值，关闭先导阀a并驱动先导阀b开启，阀芯位移减小，直至差值增大至负差值设定值与0之间，关闭先导阀a并使先导阀b断电常闭。

本发明的有益效果在于：

将主阀由原来的普通开关阀改为比例流量阀，为液压支架实现比例流量控制奠定了基础。主阀由一个两位三通开关阀控制换向，由两个高速开关式数字电磁阀依据位移传感器反馈的主阀进液阀芯位移信号对其进行位移比例控制，这样不仅可实现流量的精确控制，而且可以根据系统的需要对流量特性曲线进行数字编程控制，从而避免系统液压冲击，提高液压支架使用寿命。主阀整体结构与位移传感器一体化设计，在保证检测质量的前提下，减少传感器外露体积，有利于井下现场安装使用。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的控制系统原理示意图；

图3是本发明的阀座结构示意图；

图4是本发明的支撑环结构示意图；

图5是本发明的进液阀套和回液阀套的装配结构示意图；

图6是本发明的密封结构示意图；

图7是本发明的螺纹套装配结构示意图；

图8是本发明的控制流程图；

图中：1-进液阀套，101-凸肩a，102-外卡槽，103-控制口a，2-进液阀芯，201-弹簧腔，202-阀芯凸肩a，203-阀芯凸肩b，3-卡紧钢丝，4-进液阀座，401-倒角，5-回液阀座，501-阀座锥面，6-铆紧螺母，7-控制腔a，8-螺纹套，9-回液阀套，901-阀座腔，902-卡紧钢丝安装孔，903-控制口b，904-控制口c，10-控制腔b，11-弹簧座，12-小复位弹簧，13-大复位弹簧，14-支撑环，141-外环槽，142-通孔，143-内环槽，15-传感器铁芯，16-回液阀芯，161-阀芯锥面，17-位移传感器，18-进液口，19-工作口，20-回液口，21-锁紧螺钉，22-格莱圈，23-密封圈，24-先导阀a，25-减压阀，26-单向阀，27-控制器，28-先导阀b，29-先导阀c，30-滚珠。

具体实施方式

下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。

如图1所示，一种煤矿液压支架用数字比例流量控制阀，包括主阀和控制主阀动作的先导阀以及驱动与控制部分；所述主阀包括阀体，所述阀体内设有阀腔和检测腔，阀腔中部有工作口19，阀腔的两端分别有进液口18和回液口20，所述工作口19位置处设有阀座，阀座两侧分别对应设有进液阀芯2和回液阀芯16，进液阀芯2左侧与进液阀套1形成控制腔b10，进液阀芯2右侧、回液阀芯16与回液阀套9之间形成控制腔a7，所述进液阀芯2的一端与控制腔b10之间设有复位组件，进液阀芯2的另一端穿过阀座中心置于控制腔a7内，所述阀体上还加工有控制口a103与控制腔b10连通、加工有控制口b903和控制口c904与控制腔a7连通，所述检测腔内设有位移传感器17,位移传感器17上的传感器铁芯15伸入控制腔a7内与进液阀芯2连接。

如图1所示，阀体包括进液阀套1和回液阀套9,进液阀芯2安装在进液阀套1内且进液阀套1的内壁上安装有格莱圈与进液阀芯2的外壁形成密封，回液阀芯16安装在回液阀套9内，进液阀套1开口的一端外壁上加工有外卡槽,回液阀套9在其开口的一端内壁上加工有内卡槽及阀座腔901，阀座腔901与阀腔形成台阶，阀座安装在阀座腔901内，外卡槽伸入内卡槽内与阀座接触并通过卡紧钢丝3锁紧。

如图3所示，阀座包括外径相同的进液阀座4、回液阀座5、支撑环14,进液阀座4和回液阀座5分别置于支撑环14的两端，支撑环14的圆周面上加工有若干通孔142且分别加工有外环槽141和内环槽143，用以增大油液流通面积，所述进液阀座4和回液阀座5的一端面边缘处均加工有倒角。进液阀座4、回液阀座5采用PEEK工程塑料，以实现阀芯软密封获得更好的密封性能。进液阀座4与回液阀座5之间的支撑环14既用于构成工作口，又起到隔离两阀座的作用。

如图1所示，进液阀芯2上加工有阀芯凸肩a202和阀芯凸肩b203，所述阀芯凸肩a202和阀芯凸肩b203分别处于阀座的两端，所述阀芯凸肩a202相对于进液阀座4的一面为锥型面。

进液阀芯2置于控制腔b10内的端面上加工有弹簧腔201，控制腔b10内有弹簧座11与弹簧腔201对应，所述弹簧座11安装于进液阀套1内，与弹簧腔201均为台阶结构，弹簧腔201安装有小复位弹簧12和大复位弹簧13,小复位弹簧12和大复位弹簧13同轴心但旋向相反。

所述回液阀芯16中心加工有通孔，阀芯凸肩b203装配在通孔内且在阀芯凸肩b203圆周面上安装有格莱圈与通孔形成密封，所述回液阀芯16与回液阀座5的闭合面为锥型面。进液阀芯2与进液阀套1、回液阀芯16之间均采用格莱圈密封，以在防止泄露的前提下减少摩擦阻力。

所述先导阀包括先导阀a24、先导阀b28、先导阀c29，所述先导阀c29的进液口与减压阀25连接形成先导进液流道，先导阀c的工作口与控制口c904连接，所述先导阀a24、先导阀c29的回液口分别与单向阀26连接形成先导回液流道，所述先导阀b28一端与控制口b903连接，另一端与先导阀a24共同接入控制口a103，先导阀a24、先导阀b28、先导阀c29通过控制器27进行控制。

所述先导阀a24为二位二通常开型高速开关式数字阀，常位时连通控制腔b10和先导回液流道；所述先导阀b28为二位二通常闭型高速开关式数字阀，常位时隔绝控制腔a7和控制腔b10；所述先导阀c29为二位三通常闭型开关式电磁阀，集成有手动操作按钮，常位时连通控制腔a7和先导回液流道。

如图2所示，所述减压阀25连通总进液口P和先导进液流道，其泄露油口连通先导回液流道；所述单向阀26由先导回液流道至总回液口R单向导通。减压阀25的添加不仅减弱了系统压力波动对先导控制油路压力的影响，提高了比例控制系统工作的一致性，同时降低了先导控制油路整体压力，减小了先导阀克服液压力所需产生电磁力的电流，为本控制系统大规模使用奠定了基础。单向阀26的添加防止了主阀动作过程中，回液流道中的油液倒吸回先导控制油路，污染、堵塞先导控制油路的情况。

所述位移传感器17通过螺纹连接安装在回液阀套9上，传感器铁芯15通过螺纹连接、铆紧螺母6紧固与进液阀芯2相连，测量进液阀芯2位移并传回控制器27。

如图8所示，所述控制器27在收到控制信号时，首先驱动先导阀a24和先导阀c29分别关闭和开启，之后将接收到的控制信号所需阀芯位移与位移传感器17反馈的实际位移进行求差，若差值大于0且大于控制器27的差值设定值，使先导阀a24断电常开，直至差值减小至0与差值设定值之间，关闭先导阀a24并使先导阀b断电28常闭；若计算差值小于0且小于负差值设定值，关闭先导阀a24并驱动先导阀b28开启，阀芯位移减小，直至差值增大至负差值设定值与0之间，关闭先导阀a24并使先导阀b28断电常闭。

所述控制器27具有三种工作模式：手动开关控制、电液开关控制、电液比例控制。

手动开关控制模式下，先导阀c29、先导阀b28与先导阀a24均不通电，保持默认状态，按下先导阀c29手动按钮，先导阀c29打开，油液流入控制腔a7，控制腔a7压力升高，回液阀芯16首先关闭，回液口20关闭，随后进液阀芯2右侧液压力继续增大至克服复位弹簧力与轴向液压力，进液阀芯2打开，进液口18与工作口19连通；松开手动按钮，先导阀c29回复常位，控制腔a7泄压，进液阀芯2关闭，回液阀芯16打开，工作口19与回液口20连通。

电液开关控制模式下，主阀动作原理同手动开关控制，不同点在于先导阀c29启闭方式由手动按钮改为电磁力吸合。

电液比例控制模式下，控制器27接收位移指令与位移传感器17反馈信号；控制器27首先驱动先导阀a24使其关闭，驱动先导阀c29保持开启，控制腔a7压力升高，回液阀芯16关闭，进液阀芯2产生微小位移，控制腔b10压力升高，阀芯位移停止；若需增大进液阀芯2位移，先导阀a24断电开启，控制腔b10压力降低，进液阀芯2逐渐开启，在进液阀芯2达到所需位移后，驱动先导阀a24使其关闭；若需减小进液阀芯2位移，控制器27驱动先导阀a24关闭，驱动先导阀b28开启，控制腔b10压力升高，在液压力、液动力、复位弹簧力的作用下，进液阀芯2逐渐关闭，达到所需位移后，先导阀b28断电关闭；若需完全关闭换向阀，三先导阀均断电即可。

Claims (8)

1.一种煤矿液压支架用数字比例流量控制阀，包括主阀和控制主阀动作的先导阀以及驱动与控制部分，其特征在于：所述主阀包括阀体，所述阀体内设有阀腔和检测腔，阀腔中部有工作口(19)，阀腔的两端分别有进液口(18)和回液口(20)；所述工作口(19)位置处设有阀座，阀座两侧分别对应设有进液阀芯(2)和回液阀芯(16)，进液阀芯(2)左侧与进液阀套(1)形成控制腔b(10)，进液阀芯(2)右侧、回液阀芯(16)与回液阀套(9)形成控制腔a(7)；所述进液阀芯(2)的一端与控制腔b(10)之间设有复位组件，进液阀芯(2)的另一端穿过阀座中心置于控制腔a(7)内；所述阀体上还加工有控制口a(103)与控制腔b(10)连通、加工有控制口b(903)和控制口c(904)与控制腔a(7)连通；所述检测腔内设有位移传感器(17),位移传感器(17)上的传感器铁芯(15)伸入控制腔a(7)内与进液阀芯(2)连接。

2.如权利要求1所述的煤矿液压支架用数字比例流量控制阀，其特征在于：所述阀体包括进液阀套(1)和回液阀套(9),进液阀芯(2)安装在进液阀套(1)内且进液阀套(1)的内壁上安装有格莱圈与进液阀芯(2)的外壁形成密封，回液阀芯(16)安装在回液阀套(9)内，进液阀套(1)开口的一端外壁上加工有外卡槽,回液阀套(9)在其开口的一端内壁上加工有内卡槽及阀座腔(901)，阀座腔(901)与阀腔形成台阶，阀座安装在阀座腔(901)内，外卡槽伸入内卡槽内与阀座接触并通过卡紧钢丝(3)锁紧。

3.如权利要求2所述的煤矿液压支架用数字比例流量控制阀，其特征在于：所述阀座包括外径相同的进液阀座(4)、回液阀座(5)、支撑环(14),进液阀座(4)和回液阀座(5)分别置于支撑环(14)的两端，支撑环(14)的圆周面上加工有若干通孔(142)且分别加工有外环槽(141)和内环槽(143)，所述进液阀座(4)和回液阀座(5)的一端面边缘处均加工有倒角。

4.如权利要求1所述的煤矿液压支架用数字比例流量控制阀，其特征在于：所述进液阀芯(2)上加工有阀芯凸肩a(202)和阀芯凸肩b(203)，所述阀芯凸肩a(202)和阀芯凸肩b(203)分别处于阀座的两端，所述阀芯凸肩a(202)相对于进液阀座(4)的一面为锥型面。

5.如权利要求4所述的煤矿液压支架用数字比例流量控制阀，其特征在于：所述进液阀芯(2)置于控制腔b(10)内的端面上加工有弹簧腔(201)，控制腔b(10)内有弹簧座(11)与弹簧腔(201)对应，所述弹簧座(11)安装于进液阀套(1)内，与弹簧腔(201)均为台阶结构，弹簧腔(201)安装有小复位弹簧(12)和大复位弹簧(13),小复位弹簧(12)和大复位弹簧(13)同轴心但旋向相反。

6.如权利要求1所述的煤矿液压支架用数字比例流量控制阀，其特征在于：所述回液阀芯(16)中心加工有通孔，阀芯凸肩b(203)装配在通孔内且在阀芯凸肩b(203)圆周面上安装有格莱圈与通孔形成密封，所述回液阀芯(16)与回液阀座(5)的闭合面为锥型面。

7.如权利要求1所述的煤矿液压支架用数字比例流量控制阀，其特征在于：所述先导阀包括先导阀a(24)、先导阀b(28)、先导阀c(29)，所述先导阀c(29)的进液口与减压阀(25)连接形成先导进液流道，先导阀c(29)的工作口与控制口c(904)连接，所述先导阀a(24)、先导阀c(29)的回液口分别与单向阀(26)连接形成先导回液流道，所述先导阀b(28)一端与控制口b(903)连接，另一端与先导阀a(24)共同接入控制口a(103)，先导阀a(24)、先导阀b(28)、先导阀c(29)通过控制器(27)进行控制。

8.如权利要求1所述的煤矿液压支架用数字比例流量控制阀，其特征在于：所述控制器(27)在收到控制信号时，首先驱动先导阀a(24)和先导阀c(29)分别关闭和开启，之后将接收到的控制信号所需阀芯位移与位移传感器(17)反馈的实际位移进行求差，若差值大于0且大于控制器(27)的差值设定值，使先导阀a(24)断电常开，直至差值减小至0与差值设定值之间，关闭先导阀a(24)并保持先导阀b断电(28)常闭；若计算差值小于0且小于负差值设定值，关闭先导阀a(24)并驱动先导阀b(28)开启，阀芯位移减小，直至差值增大至负差值设定值与0之间，关闭先导阀a(24)并使先导阀b(28)断电常闭。