一种水介质矿用本质安全型电液控换向阀[实用新型专利]

(12)实用新型专利

(10)授权公告号 CN 211648223 U(45)授权公告日 2020.10.09

(21)申请号 201921850484.3(22)申请日 2019.10.29

(73)专利权人 北京天地玛珂电液控制系统有限

公司

地址 100013 北京市顺义区林河南大街27

号（科技创新功能区）

专利权人 北京煤科天玛自动化科技有限公

司(72)发明人 韦文术　王伟　刘晓萌　周如林　

徐垚　肖飞　卢海承　王统诚　(74)专利代理机构 北京聿华联合知识产权代理

有限公司 11611

代理人 刘华联(51)Int.Cl.

E21D 23/16(2006.01)

权利要求书1页 说明书6页 附图1页

E21D 23/26(2006.01)

(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利

(54)实用新型名称

一种水介质矿用本质安全型电液控换向阀(57)摘要

本实用新型提供了一种水介质矿用本质安全型电液控换向阀，水介质矿用本质安全型电液

所述主阀体构造有容纳控换向阀包括：主阀体，

腔，所述容纳腔的内壁上设有第一连接部；以及阀芯组件，所述阀芯组件包括回液螺套，在所述回液螺套的外表面上构造有第二连接部，在所述阀芯组件插入到所述主阀体的容纳腔内时，所述第二连接部与所述第一连接部相配合；其中，对所述第一连接部和/或所述第二连接部进行表面硬化处理，以避免在所述第一连接部和所述第二连接部装配和/或拆卸的过程中发生粘扣。

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权　利　要　求　书

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1.一种水介质矿用本质安全型电液控换向阀，其特征在于，包括：主阀体，所述主阀体构造有容纳腔，所述容纳腔的内壁上设有第一连接部；以及阀芯组件(100)，所述阀芯组件包括回液螺套(112)，在所述回液螺套的外表面上构造有第二连接部(120)，在所述阀芯组件插入到所述主阀体的容纳腔内时，所述第二连接部与所述第一连接部相配合；

其中，对所述第一连接部和/或所述第二连接部进行表面硬化处理，以避免在所述第一连接部和所述第二连接部装配和/或拆卸的过程中发生粘扣。

2.根据权利要求1所述的水介质矿用本质安全型电液控换向阀，其特征在于，所述第一连接部和/或所述第二连接部的硬度处于200HRC到320HRC的范围内。

3.根据权利要求1或2所述的水介质矿用本质安全型电液控换向阀，其特征在于，对所述第一连接部和/或所述第二连接部进行表面硬化处理的温度处于200-600℃的范围内，且调制温度高于表面处理温度。

4.根据权利要求1或2所述的水介质矿用本质安全型电液控换向阀，其特征在于，所述第一连接部和所述第二连接部为螺纹，对所述第一连接部和/或所述第二连接部在表面硬化处理过程中形成的螺纹尖角作圆滑过渡处理。

5.根据权利要求1所述的水介质矿用本质安全型电液控换向阀，其特征在于，所述水介质矿用本质安全型电液控换向阀还包括套装在所述回液螺套的内部的回液阀芯(116)，对所述回液阀芯外壁面和所述回液螺套的内壁面作表面硬化处理。

6.根据权利要求5所述的水介质矿用本质安全型电液控换向阀，其特征在于，所述水介质矿用本质安全型电液控换向阀还包括部分套装在所述回液阀芯的内部的进液阀芯(114)、套装在所述进液阀芯的外表面上且与所述回液螺套固定连接的进液套(111)，

其中，对所述回液阀芯的内表面、所述进液阀芯的外表面和所述进液套的内表面作表面硬化处理。

7.根据权利要求6所述的水介质矿用本质安全型电液控换向阀，其特征在于，在所述回液阀芯与回液螺套之间、所述进液阀芯与所述回液阀芯之间以及所述进液阀芯与所述进液套之间均设有密封件，从而形成动密封副，所述密封件采用二硫化钼或聚四氟乙烯材料制成。

8.根据权利要求6所述的水介质矿用本质安全型电液控换向阀，其特征在于，所述回液阀芯的底面的过液孔(117)的直径小于与所述进液阀芯配合面的直径。

9.根据权利要求6所述的水介质矿用本质安全型电液控换向阀，其特征在于，在所述进液套与所述回液螺套的连接处固定安装有阀座(123)，所述进液阀芯或所述回液阀芯与所述阀座接触时能够形成金属硬密封。

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一种水介质矿用本质安全型电液控换向阀

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技术领域

[0001]本实用新型属于液压元件技术领域，具体地涉及一种水介质矿用本质安全型电液控换向阀。

背景技术

[0002]电液控换向阀是煤矿开采作业中常用的机械器件。[0003]近年来，随着综采工作面的采煤作业要求的提高，对电液控换向阀的稳定性能、动态性能及寿命要求越来越严格。电液控换向阀作为支架电液控的关键元件，其阀芯与阀体之间的安装要求稳定可靠，且要求具有较高的密封性。然而，目前常用的电液控换向阀仍然存在一些问题。例如，现有的电液控换向阀的零部件的通常采用普通的不锈钢材料制成，其防腐耐磨性差。在动密封副配合处的零部件的材质相同，导致动密封副之间的硬度相同，在运动过程中容易产生卡滞或粘粘的问题。在零部件的螺纹连接处材质的韧性和粘性较大，导致在螺纹连接处容易产生卡滞及粘扣问题，进而影响阀芯的拆卸，这些都严重影响了电液控换向阀的使用性能和使用寿命。当工作介质为水时，现有的电液控换向阀无法满足稳定性能、动态性能及寿命等要求，严重影响开采作业的顺利进行。[0004]因此，亟需一种能够有效避免在装配或拆装过程中出现卡滞或粘扣问题的矿用电液控换向阀。

实用新型内容

[0005]针对现有技术中所存在的上述技术问题的部分或者全部，本实用新型提供了一种水介质矿用本质安全型电液控换向阀。该水介质矿用本质安全型电液控换向阀能够显著增强阀芯安装的稳定性与可靠性，并且能够有效避免在装配和工作过程中出现卡滞和粘扣问题，有利于使用寿命的延长。[0006]为此，本实用新型提供了一种水介质矿用本质安全型电液控换向阀。一种水介质矿用本质安全型电液控换向阀，包括：主阀体，所述主阀体构造有容纳腔，所述容纳腔的内壁上设有第一连接部；以及阀芯组件，所述阀芯组件包括回液螺套，在所述回液螺套的外表面上构造有第二连接部，在所述阀芯组件插入到所述主阀体的容纳腔内时，所述第二连接部与所述第一连接部相配合；其中，对所述第一连接部和/或所述第二连接部进行表面硬化处理，以避免在所述第一连接部和所述第二连接部装配和/或拆卸的过程中发生粘扣。[0007]在一个优选的实施例中，所述第一连接部和/或所述第二连接部的硬度处于 200HRC到320HRC的范围内。

[0008]在一个优选的实施例中，对所述第一连接部和/或所述第二连接部进行表面硬化处理的温度处于300-600℃的范围内，且调制温度高于表面处理温度。[0009]在一个优选的实施例中，所述第一连接部和所述第二连接部为螺纹，对所述第一连接部和/或所述第二连接部在表面硬化处理过程中形成的螺纹尖角作圆滑过渡处理。[0010]在一个优选的实施例中，所述水介质矿用本质安全型电液控换向阀还包括套装在

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所述回液螺套的内部的回液阀芯，对所述回液阀芯外壁面和所述回液螺套的内壁面作表面硬化处理。

[0011]在一个优选的实施例中，所述水介质矿用本质安全型电液控换向阀还包括部分套装在所述回液阀芯的内部的进液阀芯、套装在所述进液阀芯的外表面上且与所述回液螺套固定连接的进液套，其中，对所述回液阀芯的内表面、所述进液阀芯的外表面和所述进液套的内表面作表面硬化处理。

[0012]在一个优选的实施例中，在所述回液阀芯与回液螺套之间、所述进液阀芯与所述回液阀芯之间以及所述进液阀芯与所述进液套之间均设有密封件，从而形成动密封副，所述密封件采用二硫化钼或聚四氟乙烯材料制成。[0013]在一个优选的实施例中，所述回液阀芯的底面的过液孔的直径小于与所述进液阀芯配合面的直径。

[0014]在一个优选的实施例中，在所述进液套与所述回液螺套的连接处固定安装有阀座，所述进液阀芯或所述回液阀芯与所述阀座接触时能够形成金属硬密封。[0015]本实用新型的水介质矿用本质安全型电液控换向阀，通过对回液螺套表面的第二连接部进行表面硬化处理，显著提高了回液螺套的第二连接部的防腐耐磨性能，同时能够有效避免回液螺套与主阀体之间在安装或拆卸过程中产生卡滞或粘扣，有利于回液螺套的拆装。同时，通过对与工作介质接触的零件即进液套、进液阀芯、进液套和回液螺套进行表面硬化处理，显著提高了各零件的防腐耐磨性，有利于避免工作过程中在进液套与进液阀芯之间，进液阀芯与回液阀芯之间以及回液阀芯与回液螺套之间发生卡滞或粘连，从而提高了它们之间的润滑效果，确保了它们之间的动作顺畅性。这都使得开采作业能进行得更加顺利，并且显著提高水介质矿用本质安全型电液控换向阀的使用寿命。此外，采用水(尤其是处理程度不高的水)来作为工作介质能够有效避免对环境造成的污染。

附图说明

[0016]下面将参照附图对本实用新型进行说明。

[0017]图1是本实用新型的水介质矿用本质安全型电液控换向阀中的阀芯组件的剖视图。

[0018]在本申请中，所有附图均为示意性的附图，仅用于说明本实用新型的原理，并且未按实际比例绘制。

具体实施方式

[0019]下面通过附图来对本实用新型进行介绍。[0020]需要说明的是，本申请中使用的方向性用语或限定词“上”、“下”、“前”、“后”“左”、“右”、等均是针对所参照的附图1而言。它们并不用于限定所涉及零部件的绝对位置，而是可以根据具体情况而变化。

[0021]根据本实用新型的水介质矿用本质安全型电液控换向阀包括主阀体(未示出)。在主阀体内设有若干容纳腔(未示出)，这些容纳腔均匀间隔开分布。在各容纳腔内分别安装有阀芯组件100。阀芯组件100可以是大阀芯、小阀芯或差动阀芯。[0022]图1显示了阀芯组件100的结构。如图1所示，阀芯组件100包括进液套111 和与进

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液套111固定连接的回液螺套112。进液套111构造成中空圆柱体形，且在进液套111的一个轴向端面(图1中的右端)设有轴向向外延伸的第一安装部，且在进液套111的轴向内侧形成有第一台肩。回液螺套112大致呈圆柱体形，且在回液螺套112与进液套111相连的轴向端面设有轴向向内延伸的圆柱形腔体。同时，在圆柱形腔体的轴向端面设有轴向向外延伸的第二安装部，从而在回液螺套112的轴向端面形成有第二台肩。第二安装部的内径与进液套111的第一安装部的外径相等。进液套111与回液螺套112通过第一安装部和第二安装部适配连接，并通过螺栓紧固从而形成固定连接。在进液套111的第一台肩和回液螺套112 的第二台肩之间还安装有阀座113，阀座113的作用将在下文进行介绍。[0023]在本实施例中，在进液套111的处于第一安装部的轴向内侧的侧壁上设有若干周向均布的回液口R。优选地，回液口R的延伸方向与进液套111的轴向方向呈一定角度设置。在回液螺套112的处于第二安装部的轴向内侧的侧壁上设有若干周向均布的进液口P(高压口)。同时，在圆柱形腔体的底部中心设有轴向延伸的沉孔，在回液螺套112的处于圆柱形腔体的轴向内侧设有径向延伸设置的控制口K，控制口K从回液螺套112的侧壁外侧延伸到中心而与沉孔连通，从而与圆柱形腔体连通。[0024]如图1所示，阀芯组件100还包括进液阀芯114，进液阀芯114安装在进液套111和回液螺套112连接后形成的内腔里。进液阀芯114构造成圆筒状且一端封闭，从而在进液阀芯114的内部形成圆柱形的进液腔，进液阀芯114的开口端形成为工作口A。在进液阀芯114的靠近中部的侧壁外侧设有径向向外延伸的环形凸起。同时，在进液套111的靠近轴向外端的内壁上设有径向向内的环形延伸部，从而在进液套111的靠近轴向外端面处形成有台肩部。在进液阀芯114的外部套设有弹簧115，弹簧115的两端分别抵靠在进液套111的台肩部上和进液阀芯114的环形凸起的一侧的轴端面上。初始状态下，进液阀芯114在弹簧115的作用下使得环形凸起抵靠在处于进液套111和回液螺套112的连接处的阀座113 的轴向端面上。在进液阀芯114的靠近封闭端的侧壁上设有若干轴向均布的侧壁通孔118。侧壁通孔118选择性地与进液套111上的回液口R或回液螺套112上的高压口P连通。阀座113的轴向两端能够分别对进液阀芯114和回液阀芯116 形成轴向限位。并且，初始状态，进液阀芯114的轴向端面与阀座113的一侧的轴端面之间形成金属硬密封，工作状态时，回液阀芯116的轴向端面与阀座113 的另一侧的轴端面之间形成金属硬密封。[0025]根据本实用新型，阀芯组件100还包括回液阀芯116。回液阀芯116安装在回液螺套112的圆柱形腔体内。回液阀芯116构造成设有底部的圆筒状，且设有底部的一端安装在轴向内侧，底部中心设有过液孔，过液孔通过沉孔与控制口K 连通。进液阀芯114的封闭端延伸至回液阀芯116的圆筒状结构内，且进液阀芯114与回液阀芯116之间密封配合。回液阀芯116的底部的过液孔的直径小于与进液阀芯114的配合面的直径，从而能够在进液阀芯114复位的过程中带动回液阀芯116恢复到初始状态。阀芯组件100在进液阀芯114开启的瞬间，回液阀芯 116还未关闭，能够有效避免增压效应。[0026]阀芯组件100有两个工作状态，当阀芯组件100处于“零”位时，进液阀芯 111的工作口A与回液口R连通，此时，压力为“零”，进液口P关闭。当阀芯组件100处于工作位置时，在控制口K控制的压力下，推动回液阀芯116轴向向外运动，直至关闭回液口R，然后带动进液阀芯114继续轴向向外运动，并克服弹簧115的作用力，从而打开进液口P，使得进液口P与工作口A连通，由此，阀芯组件100打开进入工作状态。而当控制口K撤掉控制压力时，进液阀芯

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114 在弹簧115的作用下轴向向内运动复位，从而使关闭进液口P，使得工作口A与回液口R连通，回到“零”位。

[0027]阀芯组件100在工作过程中，阀芯组件100的工作压力一般能达到40MPa。为了保证进液阀芯114与进液套111、进液阀芯114与回液阀芯116、回液阀芯 116与回液螺套112的配合面之间的密封性。在进液阀芯114与进液套111、进液阀芯114与回液阀芯116之间、回液阀芯116与回液螺套112的配合面之间均设有密封件，从而形成动密封副。优选地，密封件采用二硫化钼或聚四氟乙烯材料制成。这能够保证密封件具有较低的摩擦且耐磨性高，从而能够保证进液阀芯 114与进液套111、进液阀芯114与回液阀芯116之间、回液阀芯116与回液螺套112的配合面之间的动密封副的密封性能。[0028]根据本实用新型，阀芯组件100插装式安装在主阀体内，且阀芯组件100通过螺纹连接方式紧固安装到主阀体内。如图1所示，在回液螺套112的远离安装有回液阀芯116的一端的外壁面上设有第二连接部120。同时，在主阀体内的容纳腔的内壁面设有第一连接部(未示出)。阀芯组件100通过第二连接部120与第一连接部相配合而紧固安装到主阀体内。在一个实施例中，第二连接部120和第一连接部为螺纹。[0029]本实用新型的一种非常重要的改进在于，水介质矿用本质安全型电液控换向阀的工作介质为水。这里的水例如为只经过一级反渗透除盐的初级处理水(或者说处理程度不高的水)，或者如果当地的自来水或井水等符合要求的话，也可直接使用。上述初级处理水未经过后续的其他除盐处理，例如二级反渗透除盐或更多级的反渗透除盐，或者电除盐等。这种水的PH值可在6-9之间，能避阀芯组件100的相应元件(尤其是进液阀芯、回液阀芯和阀座)遭受腐蚀。这种水的电导率可在0-300μS/cm之间，能避免阀芯组件100的相应元件(尤其是进液阀芯、回液阀芯和阀座)生锈。换句话说，对于本实用新型的阀芯组件100来说，采用上述这种水就足以确保水介质矿用本质安全型电液控换向阀的正常工作了。[0030]为了确保本实用新型可采用纯度较低的水作为工作介质，根据本实用新型的水介质矿用本质安全型电液控换向阀还进行了以下改进。[0031]阀芯组件100中的回液螺套112、进液阀芯114和回液阀芯116可采用高强度防腐耐磨不锈钢材料制成。并且，对回液螺套112、进液套111、阀座113、进液阀芯114和回液阀芯116进行表面硬化处理。例如，可经过预热、渗陶、固化、清洗、烘干等工序，实现对这些零件的表面硬化处理。由此，确保这些零件具有足够的硬度以满足实际工作需求，从而提高它们的防腐耐磨性能，并能够避免在安装或拆卸过程中回液螺套112的第二连接部120与主阀体之间产生卡滞和粘粘，有利于回液螺套112的拆装。[0032]在本实施例中，对回液螺套112、进液套111、阀座113、进液阀芯114和回液阀芯116进行表面硬化处理的温度处于300-600℃的范围内。在表面处理过程中，调制温度高于表面处理温度。

[0033]优选地，经过表面硬化处理的回液螺套112、进液套111、阀座113、进液阀芯114和回液阀芯116的硬度(或表面硬度)可在200HRC至320HRC之间，由此，能够允许本实用新型的水介质矿用本质安全型电液控换向阀的额定压力高达 40MPa。并且，能够有效提高水介质矿用本质安全型电液控换向阀的防腐耐磨性能和密封性能，非常有利于延长其使用寿命。[0034]为了满足水介质矿用本质安全型电液控换向阀的使用要求，在对回液螺套 112的第二连接部120进行表面硬化处理过程中，需对回液螺套112的螺纹(第一连接部)的螺纹表

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面形成的螺纹尖角作圆滑过渡处理。这样能够有效避免螺纹尖角因脆化导致脱落，进而避免影响零部件的正常使用和提高防腐耐磨性能。同时，能够避免螺纹连接部分在安装或拆卸过程中的粘扣问题，进一步延长其使用寿命。

[0035]经过表面硬化处理能够非常有效地提高回液螺套112的第二连接部120、进液阀芯114和回液阀芯116的表面硬度。此外，这还有利于防止其表面生锈。这对于使用纯度较低的水作为工作介质来说，是非常重要的。此外，相比于乳化液来说，水本身的润滑效果略差。因此，通过表面硬化处理还有利于避免在进液套 111与进液阀芯114之间，进液阀芯114与回液阀芯116之间以及回液阀芯116 与回液螺套112之间发生卡滞或粘连，提高了它们之间的润滑效果，确保了它们之间的动作顺畅性。这对于使用纯度较低的水作为工作介质来说，也是非常重要的。

[0036]在一个实施例中，第一连接部和第二连接部120通过硬化处理成具备足以避免发生粘扣的硬度差。这样两者具有不同的硬度差，同样也能够避免在安装或拆卸过程中，零件之间产生卡滞或粘扣问题。[0037]应当理解的是，动密封配合的进液套111与进液阀芯114、进液阀芯114与回液阀芯116以及回液阀芯116与回液螺套112还可以采用不同的材质，以使动密封配合的零件之间具有不同的表面硬度，从而避免在运动过程中的卡滞和粘粘问题。然而，一方面，这可能会导致动密封配合的零件中的一个硬度过低，从而容易损坏，大幅降低了水介质矿用本质安全型电液控换向阀的使用寿命。另一方面，这还可能会导致动密封配合的零件中的另一个硬度过高，从而使得制造成本大幅提高，制造工艺也变得非常复杂。因此，对于本实用新型的水介质矿用本质安全型电液控换向阀来说，优选的是，通过表面硬化处理来同时实现提高零部件的表面硬度、提高防腐耐磨性能，防止表面生锈，和避免粘连的作用。[0038]根据本实用新型，水介质矿用本质安全型电液控换向阀还包括多组电磁先导阀组，电磁先导阀组用于对阀芯组进行电液控制。每组电磁先导阀包括两个电磁先导阀，每个电磁先导阀对应控制一个阀芯组件100。电磁先导阀包括开关电磁阀和两位三通先导阀，阀芯组件为液控两位三通阀。[0039]根据本实用新型，在主阀体的内部设有进液管路和回液管路。在工作过程中，高压液体从进液管路的进液口进入后，分为两路。其中，一路向阀芯组件100供液，另一路向电磁先导阀供液。低压液体的回液包括两路，一路是来自阀芯组件 100的回液，一路是来自电磁先导阀的回液。水介质矿用本质安全型电液控换向阀的每个功能口由一个电磁先导阀和一个液控两位三通的阀芯组件100形成，其可以同时动作一片阀的两个功能口同时供液。[0040]下面以水介质矿用本质安全型电液控换向阀的一个功能口的工作状态进行说明。[0041]水介质矿用本质安全型电液控换向阀处于“零”位时，电磁先导阀的电磁铁电路断开，无输出力，此时，电磁先导阀的工作口与回液口连通。同时，阀芯组件100在弹簧115的作用下也处于“零”位，阀芯组件100的工作口A与高压口 P隔开，而与回液口R连通。当水介质矿用本质安全型电液控换向阀处于“工作”位置时，电磁先导阀的电磁铁通电，产生磁力并吸引压杆，从而开启先导阀，先导阀进入工作状态。此时，先导阀的工作口与高压口连通，与回液口隔开，从而向阀芯组件100的控制口K输入高压液体。高压液体推动阀芯组件100的回液阀芯116和进液阀芯114，从而将阀芯组件100的工作口A与回液口R断开，而与高压口P接通。由此，水介质矿用本质安全型电液控换向阀的工作口A输出高压液体，进入工作状态。

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根据本实用新型的水介质矿用本质安全型电液控换向阀，其通过对回液螺套 112

表面的第二连接部120进行表面硬化处理，显著提高了回液螺套112的第二连接部120的防腐耐磨性能，同时能够有效避免回液螺套112与主阀体之间在安装或拆卸过程中产生卡滞或粘扣，有利于回液螺套112的拆装。同时，通过对与工作介质接触的零件即进液套111、进液阀芯114、进液套111和回液螺套112 进行表面硬化处理，显著提高了各零件的防腐耐磨性，有利于避免工作过程中在进液套111与进液阀芯114之间，进液阀芯114与回液阀芯116之间以及回液阀芯116与回液螺套112之间发生卡滞或粘连，从而提高了它们之间的润滑效果，确保了它们之间的动作顺畅性。这都使得开采作业能进行得更加顺利，并且显著提高水介质矿用本质安全型电液控换向阀的使用寿命。此外，采用水(尤其是处理程度不高的水)来作为工作介质能够有效避免对环境造成的污染。[0043]最后应说明的是，以上所述仅为本实用新型的优选实施方案而已，并不构成对本实用新型的任何限制。尽管参照前述实施方案对本实用新型进行了详细的说明，但是对于本领域的技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

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图1

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