一種可檢測並修復卡緊故障的液壓閥的製作方法
2023-05-15 20:30:56
專利名稱：一種可檢測並修復卡緊故障的液壓閥的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種液壓閥，特別是一種可檢測並修復卡緊故障的液壓閥。
背景技術：
滑閥類閥芯機構是各類液壓閥中採用最多的一種結構形式。滑閥一般包括閥芯和閥體，閥體包括閥壁和閥腔。通過改變閥芯在閥體的閥腔裡的位置，滑閥可以實現流體流向的改變及通斷。滑閥卡緊故障是液壓系統中最為常見的故障和失效形式之一，一般可分為液壓卡緊和機械卡緊兩大類。液壓卡緊是因機加工造成閥芯幾何性狀誤差和同軸度誤差產生徑向不平衡壓力引起的；而機械卡緊則由運行現場的顆粒汙染物在滑閥間隙逐漸淤積而引起的。卡緊故障有輕度和重度的區分。滑閥卡緊故障是液壓系統中最為常見的故障和失效形式之一。液壓系統作為大功率執行機構，一旦出現卡緊故障，輕者系統失效，重者還會危及設備甚至人身安全。因此，首先，及時發現卡緊故障對液壓系統的安全運行至關重要；其次，對卡緊故障的預報更能將故障扼殺在萌芽狀態，對提高整個系統的可靠性意義重大；第三，如果卡緊故障已發生，判斷閥芯卡緊在閥腔內的那個側面位置對於卡緊故障的排除也很關鍵。現有滑閥卡緊信息的獲取，主要是通過對液壓系統壓力、流量、位移等量的檢測來實現，屬於間接檢測診斷的方法，無法直接獲取閥芯工作狀態。特別的，影響壓力、流量、位移等參量的因素很多，而卡緊只是其中之一，因此卡緊檢測的準確性有待推敲。也有的學者提出利用疊加在閥芯上的顫振信號的變化來檢測卡緊卡澀故障，這種方法可以在一定程度上實現卡緊故障的檢測和預報，但由於其也是通過電磁場變化間接檢測閥芯機械運動狀態，存在判斷影響因素多，判斷閾值難以統一標定等問題。另外，對於卡緊後閥芯卡緊位置的檢測，則較少見諸報導。現有技術中，排除故障的方法主要有兩種:一是在加工和現場運行過程中採取措施，減少發生故障的機率。比如在系統中安裝精過濾器、閥芯上合理開設均壓槽、嚴格加工裝配質量等；另一種方法就是在線實時故障診斷和故障排除。HERION公司設計製造的一種電磁換向閥，除了它的工作閥芯外，還有一個「擊錘」閥芯。正常工作時，「擊錘」閥芯不動作，當閥芯因卡緊無法歸位時，「擊錘」閥芯在彈簧力作用下敲擊工作閥芯，使其回位。這一方案的局限性在於，由於是靠上電時壓縮機械彈簧來獲得敲擊能量，「擊錘」閥芯只有一次敲擊動作，而且是單向的，無法確保故障排除，也無法應用於伺服、比例閥控制系統。有鑑於此，本發明人結合從事液壓閥領域研究工作多年的經驗，對上述技術領域的缺陷進行長期研究，本案由此產生。
實用新型內容本實用新型的目的在於提供一種結構簡單、成本低廉的可檢測並修復卡緊故障的液壓閥，可方便、準確、實時的預報、檢測滑閥閥芯卡緊故障、判斷卡緊位置，並可便捷的利用電磁力修復由汙染和徑向力不平衡造成的卡緊故障，操作簡便，使用效果好。為了實現上述目的，本實用新型的技術方案如下:一種可檢測並修復卡緊故障的液壓閥，包括比例電磁鐵、閥芯和帶閥腔的閥體。還包括智能控制器和多個超聲換能器，閥體包括特製閥壁，智能控制器分別和超聲換能器、比例電磁鐵和特製閥壁電連接。所述智能控制器包括中央處理器模塊、電磁力卡緊排除模塊、通用比例放大器模塊、超音效卡緊故障預報檢測定位模塊、無線通訊模塊和穩壓電源模塊；超音效卡緊故障預報檢測定位模塊包括高速A/D轉換模塊、回波信號濾波放大模塊、超聲發射模塊和多路切換模塊。其中，穩壓電源模塊和中央處理器模塊、電磁力卡緊排除模塊、通用比例放大器模塊、超音效卡緊故障預報檢測定位模塊、無線通訊模塊相連並提供所需電壓；中央處理器模塊和電磁力卡緊排除模塊、超音效卡緊故障預報檢測定位模塊、無線通訊模塊、穩壓電源模塊相連並控制整個電路的工作；無線通訊模塊和中央處理器模塊相連；通用比例放大器模塊和中央處理器模塊以及比例電磁鐵相連；電磁力卡緊排除模塊和中央處理器模塊以及四塊閥壁主壁上的四個螺線管線圈相連；超音效卡緊故障預報檢測定位模塊和中央處理器模塊以及多個超聲波換能器相連，具體為中央處理器模塊和高速A/D轉換模塊相連可處理採集的回波信號，中央處理器模塊和超聲發射模塊相連可控制超聲脈衝產生，中央處理器模塊和多路切換模塊相連可用於在多個超聲換能器之間切換超聲發射、接收對象，超聲發射模塊和多路切換模塊相連，高速A/D轉換模塊和回波信號濾波放大模塊相連，回波信號濾波放大模塊和多路切換模塊相連，多路切換模塊和多個超聲換能器相連；所述超聲換能器固定安裝於液壓閥閥體的外側面，超聲換能器的軸心線和閥體內閥腔的中軸線垂直相交；超聲換能器和閥體外側面直接塗有聲耦合介質。所述特製閥壁包括上下左右四塊閥壁主壁、將閥壁主壁分隔並分設於閥壁四個頂角的四條隔磁帶和四組帶導磁框架並分別套在四塊閥壁主壁上的螺線管線圈；閥芯和閥壁主壁由導磁體合金製成，隔磁帶由不導磁體合金製成。進一步，所述多個超聲換能器為六個以上的偶數，分成兩排、平行於閥體內閥腔中軸線的安裝在閥體的相鄰兩外側面上，每一側面上的各超聲換能器等間隔排列。從而更加方便、準確、實時的預報、檢測滑閥閥芯卡緊故障、判斷卡緊位置，且成本更加低廉，結構更加簡單。進一步，所述超聲換能器的頻率在IOMHz以上。該設計是考慮到閥芯和閥壁間隙較小，從而更經濟的實現上述技術效果。進一步，所述智能控制器中高速A/D轉換模塊中的A/D轉換器選用ADS5485或同等性能的A/D晶片，所述超聲換能器選用直探頭，所述聲耦合介質為機油。從而更經濟的實現上述技術效果。進一步,所述閥芯和閥壁主壁由高磁導合金1J89製成,所述隔磁帶由YG8不導磁進口鎢鋼製成。從而進一步提高本技術方案中電磁吸力的修復效果，且使用效果更佳。採用本技術方案檢測卡緊故障的工作原理如下(圖5參見附圖說明部分):超聲波是頻率高於20千赫的機械波，這種機械波在材料中能以一定的速度和方向傳播，遇到聲阻抗不同的異質界面(如缺陷或被測物件的底面等)就會產生反射。這種反射現象可被用來進行超聲波探傷，最常用的是脈衝回波探傷法。探傷時，脈衝振蕩器發出的電壓加在超聲換能器(或者說超聲探頭，是用壓電陶瓷或石英晶片製成的探測元件)上，超聲換能器發出的超聲波脈衝通過聲耦合介質(如機油或水等)進入材料並在其中傳播，遇到缺陷後，部分反射能量沿原途徑返回超聲換能器，超聲換能器又將其轉變為電脈衝。根據缺陷反射波電脈衝的位置和幅度(與參考試塊中人工缺陷的反射波幅度作比較)，即可測定缺陷的位置和大致尺寸。本實用新型借鑑上述超聲探傷的機理，利用超聲波在異質界面反射現象來實現閥芯卡緊的預報、檢測和定位。如圖5所示的液壓閥在正常工作時，閥芯41和閥體40中閥腔的中軸線重合，超聲發射模塊發出的電信號加在超聲換能器50上，然後產生的超聲波脈衝通過聲耦合介質(機油)進入閥壁並在其中傳播，在閥壁和閥芯之間的間隙處，由於間隙內的液壓油和閥壁的聲阻抗不同，超聲波在間隙處產生發射。部分反射能量沿原入射途徑返回超聲換能器，超聲換能器又將其轉變為電脈衝，中央處理器模塊根據採集的反射波電脈衝的位置tl和幅值vl，和基準位置t和基準幅度V進行模糊判決，進而得到此時為正常工況，不存在卡緊故障的判斷信息；而當液壓閥由於液壓卡緊或機械卡緊的原因，使得閥芯偏離閥腔中軸線位置。此時閥芯和閥壁之間的間隙變小(圖5中的卡澀工況)，中央處理器模塊根據採集的反射波電脈衝的位置還是tl (閥壁的邊界位置不變)，而幅值卻變為v2，和正常工況時的vl相比顯著減小，由此可預報卡緊故障有發生的趨勢；當卡緊故障發生時，此時閥芯遠遠偏離中軸線，和閥壁之間幾乎沒有間隙(圖5中的卡澀工況)，中央處理器模塊根據採集的反射波電脈衝的位置還是tl，而幅值已變為v3，若將v3值設為卡緊故障的檢測閾值，則可通過判斷反射波幅值是否低於v3來判定卡緊故障的發生。反之，若圖5中的超聲換能器安裝在對面一側，則液壓閥在正常工況向卡緊工況轉變的過程中，vlv2v3的值則是遞增關係，則可通過判斷反射波幅值是否高於v3來判定對側面是否有卡緊故障的發生。作為優選，為了更為準確的預報、檢測和定位卡緊故障，在閥芯的軸向截面上，至少需要兩個超聲換能器即可判定在該截面上卡緊發生的位置(至少有8種可能方位)；由於閥芯在軸向有一定的長度，卡緊有可能發生在軸向的任何一個位置，軸線上的至少3個換能器可以用來檢測卡緊在軸向上的位置。採用本技術方案修復機械卡緊故障的工作原理如下:電液比例閥產生機械卡緊故障時，和閥體閥芯的間隙尺寸接近的汙染顆粒因閥體和閥芯表面不平而滯留形成大顆汙染顆粒，同時較小顆粒被截留在大顆粒間，構成動態生長汙粒餅，兩者共同作用形成常見的汙染卡緊。閥芯卡緊故障主要為兩種表現形式，要麼閥芯主要卡在閥腔的某一個側面，要麼閥芯主要卡在閥腔的某兩個側面(如上原理分析該較嚴重的兩側面一般是相鄰的)。對此我們可以通過上述裝置進行檢測、判斷。當判斷閥芯主要卡在閥腔的某一個側面，則該側面對面那側的閥壁主壁上的螺線管線圈通電，使得該閥壁主壁和閥芯被磁化，成為極性相反的兩塊磁鐵(當閥壁主壁上的螺線管線圈通電後，閥壁主壁就相當於電磁鐵中的鐵心，而閥芯就相當於電磁鐵中的銜鐵；以下為電磁鐵工作原理:電磁鐵中鐵心和銜鐵被磁化，成為極性相反的兩塊磁鐵，它們之間將產生電磁吸力。當吸力大於彈簧的反作用力時，銜鐵開始向著鐵心方向運動。當線圈中的電流小於某一定值或中斷供電時，電磁吸力小於彈簧的反作用力，銜鐵將在反作用力的作用下返回原來的釋放位置)，它們之間產生電磁吸力。當吸力大於機械卡緊的作用力時，閥芯開始向著對面側方向運動，卡緊狀態得到緩解。考慮到閥芯相對兩側均產生不同程度汙染卡緊的情況，在一側閥壁主壁上的螺線管線圈通電一定時間後，該螺線管線圈斷電，並隨後使與該側閥壁主壁對面閥壁主壁上的螺線管線圈通電同樣的時間，如此循環反覆，閥芯在電磁力的作用下，沿閥腔的徑向大幅振動，使得大顆汙染顆粒和汙粒餅受機械振動作用而破碎分解為小顆粒融於液壓油中，並隨油液循環被帶離滑閥機構，從而達到清潔油液和解除卡緊故障的目的，且最終使閥芯能停留在閥腔中軸線處。當判斷閥芯主要卡在閥腔的某兩個側面(如上述該較嚴重的兩側面一般是相鄰的)，則該兩側面對面那兩側的閥壁主壁上的螺線管線圈通電，使得對應的閥壁主壁和閥芯被磁化,成為極性相反的兩塊磁鐵,它們之間產生電磁吸力(閥壁主壁和閥芯被磁化的原理同上述，另外，在兩側閥壁通電磁化後產生的合成電磁場方向是夾角的中心線方向，也就是45度的方向，對閥芯磁化後的極性方向也是45度的方向)。當吸力大於機械卡緊的作用力時，閥芯開始向著對角線方向運動，卡緊狀態得到緩解。考慮到閥芯四周均產生不同程度汙染卡緊的情況，在兩側閥壁主壁上的螺線管線圈通電一定時間後，讓該兩側螺線管線圈斷電，並隨後使與該兩側閥壁主壁對面兩側閥壁主壁上的螺線管線圈通電同樣的時間，如此循環反覆，閥芯在電磁力的作用下，沿閥腔的徑向大幅振動，使得大顆汙染顆粒和汙粒餅受機械振動作用而破碎分解為小顆粒融於液壓油中，並隨油液循環被帶離滑閥機構，從而達到清潔油液和解除卡緊故障的目的，且最終使閥芯能停留在閥腔中軸線處。採用本技術方案修復液壓卡緊故障的工作原理如下:電液比例閥產生液壓卡緊故障的原因是因機加工造成閥芯幾何性狀誤差和同軸度誤差產生徑向不平衡壓力，使閥芯壓向閥體壁面，最終產生液壓卡緊。閥芯卡緊故障主要為兩種表現形式，要麼閥芯主要卡在閥腔的某一個側面，要麼閥芯主要卡在閥腔的某兩個側面(如上原理分析該較嚴重的兩側面一般是相鄰的)。對此我們可以通過上述裝置進行檢測、判斷。當判斷閥芯主要卡在閥腔的某一個側面，則該側面對面那側的閥壁主壁上的螺線管線圈通電，使得該閥壁主壁和閥芯被磁化，成為極性相反的兩塊磁鐵，它們之間產生電磁吸力(閥壁主壁和閥芯被磁化的原理同前述)。當吸力大於液壓卡緊的作用力時，閥芯開始向著對面側方向運動，卡緊狀態得到緩解。在一側閥壁主壁上的螺線管線圈通電一定時間後，讓該螺線管線圈斷電，並隨後使與該側閥壁主壁對面閥壁主壁上的螺線管線圈通電同樣的時間，如此循環反覆，閥芯在電磁力的作用下，沿閥腔的徑向大幅振動，使徑向不平衡壓力得以減輕或消除，從而使閥芯回到閥腔的中軸線附近，閥體內表面和閥芯之間的摩擦係數顯著降低，避免閥芯被壓在閥體內壁上無法動作，達到解除液壓卡緊的目的，且最終使閥芯能停留在閥腔中軸線處。當判斷閥芯主要卡在閥腔的某兩個側面(如上分析該較嚴重的兩側面一般是相鄰的)，則該兩側面對面那兩側的閥壁主壁上的螺線管線圈通電，使得該閥壁主壁和閥芯被磁化，成為極性相反的兩塊磁鐵，它們之間產生電磁吸力(閥壁主壁和閥芯被磁化及極性方向的原理同前述)。當吸力大於液壓卡緊的作用力時，閥芯開始向著對角線方向運動，卡緊狀態得到緩解。在兩側閥壁主壁上的螺線管線圈通電一定時間後，讓該兩側螺線管線圈斷電，並隨後使與該兩側閥壁主壁對面兩側閥壁主壁上的螺線管線圈通電同樣的時間，如此循環反覆，閥芯在電磁力的作用下，沿閥腔的徑向大幅振動，使徑向不平衡壓力得以減輕或消除，從而使閥芯回到閥腔的中軸線附近，閥體內表面和閥芯之間的摩擦係數顯著降低，避免閥芯被壓在閥體內壁上無法動作，達到解除液壓卡緊的目的，且最終使閥芯能停留在閥腔中軸線處。在汙染卡緊故障發生時，閥芯一般會偏離閥腔中軸線位置，為了提高電磁力解除卡緊的效果，靠近閥芯的那側或那兩側的閥壁上的螺線管上的通電電流要小一些。四個隔磁帶主要用於改善螺線管通電時的磁場分布，削弱相同磁極間的斥力。本實用新型同現有技術相比有以下優點及效果:1、將超聲探傷的原理運用到液壓閥卡緊故障檢測，設計簡單巧妙，可方便、準確、實時的預報、檢測滑閥閥芯卡緊故障、判斷卡緊位置並予以排除；2、上述檢測為無損檢測，無需改動液壓閥結構；3、可實現卡緊故障的預報、檢測和故障位置定位；4、直接反饋閥芯位置信息，比間接檢測可靠性更好；5、作為卡緊故障檢測的信號單一，準確性高，受幹擾性小；6、利用電磁鐵的雙向電磁吸力使閥芯沿徑向振動，從而粉碎大顆汙染顆粒和汙粒餅，排除汙染卡緊故障；7、利用電磁鐵的雙向電磁吸力減輕或消除徑向不平衡壓力，從而降低閥體內表面和閥芯之間的摩擦係數並使閥芯回歸中軸線附近，排除液壓卡緊故障；8、卡緊的方向是徑向，本實用新型通過徑向電磁力作用解除卡緊故障，其效果要強於通過軸向振動方式的卡緊解決方法；9、本技術方案中，電磁力所能達到的最終平衡點，剛好是比例閥的正常工況，即閥芯和閥腔的中軸線重合狀態，因此採用本技術方案最終能使閥芯能停留在閥腔中軸線處；10、本技術方案具有故障預報、檢測和在線自排除功能，並能通過無線傳輸模塊向中央控制室提供閥的實時狀態信息，提高了液壓閥的可靠度和使用壽命；11、採用本技術方案，結構簡單、成本低廉，操作簡便，使用效果好。為了進一步解釋本實用新型的技術方案，
以下結合附圖和實施例對本實用新型做進一步的詳細描述。
圖1為普通電液比例閥結構示意圖；圖2為本實用新型的結構示意圖；圖3為本實用新型沿垂直閥芯軸心線方向的剖面圖。圖4為超聲換能器安裝位置示意圖；圖5-1為正常工況示意圖，圖5-2為圖5-lv和t的線形圖，圖5-3為卡澀工況示意圖、圖5-4為圖5-3V和t的線形圖，圖5-5為卡緊工況示意圖、圖5-6為圖5-5V和t的線形圖。圖6為本實用新型智能控制器的模塊框圖；圖7為智能控制器的中央處理器模塊和超音效卡緊故障預報檢測定位模塊中各模塊及超聲換能器之間的結構框圖。
具體實施方式
[0048]
以下結合附圖對本實用新型的實施進一步詳細的描述。普通電液比例閥的結構如圖1所示，包括閥芯I』和閥體，閥體包括閥腔2』和閥壁3』。至於其他部件，一般還包括比例放大器5』、比例電磁鐵4』。比例電磁鐵4』也可以是單個，在另一端用復位彈簧代替。比例電磁鐵與閥芯相配合，通過比例電磁鐵驅動閥芯。一般比例電磁鐵4』的動鐵芯頂著閥芯I』。通過改變閥芯I』在閥體的閥腔裡的位置，比例閥可以實現流體流向的改變及通斷。上述為現有技術，此處不再贅述。如圖2至圖7所示，是本實用新型的較佳實施例。一種可檢測並修復卡緊故障的液壓閥，包括比例電磁鐵30、閥芯41和帶閥腔42的閥體40。上述為本領域的現有技術，此處不再贅述。如圖2所示，還包括智能控制器10和多個超聲換能器50，閥體包括特製閥壁43，智能控制器10分別和超聲換能器50、比例電磁鐵30和特製閥壁43電連接。如圖6、圖7所示，智能控制器10包括中央處理器模塊20、電磁力卡緊排除模塊21、通用比例放大器模塊(本實施例中採用RT-5001) 22、超音效卡緊故障預報檢測定位模塊23、無線通訊模塊24和穩壓電源模塊25 ;超音效卡緊故障預報檢測定位模塊23包括高速A/D轉換模塊232、回波信號濾波放大模塊233、超聲發射模塊234和多路切換模塊235。其中，穩壓電源模塊25和中央處理器模塊20、電磁力卡緊排除模塊21、通用比例放大器模塊22、超音效卡緊故障預報檢測定位模塊23、無線通訊模塊24相連並提供所需電壓；中央處理器模塊20和電磁力卡緊排除模塊21、超音效卡緊故障預報檢測定位模塊23、無線通訊模塊24、穩壓電源模塊25相連並控制整個電路的工作；無線通訊模塊24和中央處理器模塊20相連；通用比例放大器模塊22和中央處理器模塊20以及比例電磁鐵30相連；電磁力卡緊排除模塊21和中央處理器模塊20以及四塊閥壁主壁43上的四個螺線管線圈相連；超音效卡緊故障預報檢測定位模塊23和中央處理器模塊20以及多個超聲波換能器50相連，具體為中央處理器模塊20和高速A/D轉換模塊232相連可處理採集的回波信號，中央處理器模塊20和超聲發射模塊234相連可控制超聲脈衝產生，中央處理器模塊和多路切換模塊235相連可用於在多個超聲換能器50之間切換超聲發射、接收對象，超聲發射模塊234和多路切換模塊235相連，高速A/D轉換模塊232和回波信號濾波放大模塊233相連，回波信號濾波放大模塊233和多路切換模塊235相連，多路切換模塊235和多個超聲換能器50相連；實現上述功能的各個模塊，其具體的電路、元器件等結構，由於屬於現有技術，此處就不再贅述。智能控制器10分別和超聲換能器50採用2芯或4芯的航空插頭連接；智能控制器10和比例電磁鐵30通過7芯或12芯插頭相連。智能控制器10和特製閥壁43上的四個螺線管線圈通過2芯航空插頭連接。比例電磁鐵30的動鐵芯頂著閥芯41。超聲換能器50固定安裝於液壓閥閥體40的外側面，超聲換能器的軸心線和閥體內閥腔42的中軸線垂直相交。超聲環能器的數量、具體分布可以有多種。如圖4所示，多個超聲換能器50為六個以上的偶數，分成兩排、平行於閥體內閥腔中軸線的安裝在閥體40的相鄰兩外側面上，每一側面上的各超聲換能器等間隔排列。在本實施例中，如圖4所示，共六個超聲波換能器，由中央壓電陶瓷元件，前後金屬蓋板，預應力螺杆，電極片以及絕緣管組成，分成兩排安裝於液壓閥閥體的外上側面和外右側面，每一側面上的超聲換能器為三個且落在一條直線上，該直線與閥體內閥腔中軸線平行，超聲換能器具體安裝位置在該表面的兩側和中間位置，三個超聲換能器等間隔排列。從而更加方便、準確、實時的預報、檢測滑閥閥芯卡緊故障、判斷卡緊位置，且成本更加低廉，結構更加簡單。考慮到閥芯和閥壁間隙較小，超聲換能器的頻率至少在IOMHz以上。超聲換能器和閥體外側面直接塗有聲耦合介質，在本實施例中為機油。該設計一方面是考慮到閥芯和閥壁間隙較小，從而更經濟的實現上述技術效果，另一方面是考慮以較小成本實現更佳的超聲探測效果，且檢測、判斷結果更準確。超聲換能器選用直探頭，耦合劑為機油；高速A/D轉換模塊中的A/D轉換器選用ADS5485或同等性能的A/D晶片。特製閥壁包括上下左右四塊閥壁主壁431、將閥壁主壁分隔並分設於閥壁四個頂角的四條隔磁帶432和四組帶導磁框架並分別套在四塊閥壁主壁上的螺線管線圈433，即帶線圈的螺線管。閥芯和閥壁主壁由導磁體合金製成，隔磁帶由不導磁體合金製成。在本實施例中，電液比例閥沿垂直閥芯軸心線方向的剖面圖如圖3所示。41是閥芯，由高硬度、高磁導合金1J89製成；42是閥腔；432是由YG8不導磁進口鎢鋼製成隔磁帶，共四條，分別在矩形截面的四個頂角上，其尺寸如圖所示；431是由高硬度、高磁導合金1J89製成的閥壁主壁，共四塊，被隔磁帶分隔，和四條隔磁帶共同組成閥體閥壁；433是四組帶導磁框架的螺線管線圈，即帶線圈的螺線管，分別套在四塊閥壁主壁431上。從而進一步提高本技術方案中電磁吸力的修復效果，以較低的成本實現較佳的技術效果。實施例1:機械卡緊故障預報、檢測、定位和自排除(一側卡緊):本實施方式中，智能控制器的無線通訊模塊24接收來自中央控制室的給定信號並將信號發送到中央處理器模塊20 ;中央處理器模塊20將該信號傳遞到通用比例放大器模塊22 ;通用比例放大器模塊22根據該信號經電路處理輸出功率控制信號到比例電磁鐵30使液壓閥工作。超音效卡緊故障預報檢測定位模塊23定時產生超聲波脈衝輪流激勵六個超聲波換能器並檢測回波信號(即反射波電脈衝)，並將該回波信號和基準信號幅值進行比較判別，當偏離正常數值範圍時，向中央處理器模塊20發出故障預報。中央處理器模塊20驅動無線通訊模塊24將該故障預報發送到中央控制室進行故障預警。若超音效卡緊故障預報檢測定位模塊23檢測到回波信號落在卡緊數值範圍，除了向中央處理器模塊20發出故障報告外，同時還將檢測卡緊故障的發生位置——通過比較同一平面上三處超聲換能器的回波數值確定該平面法線方向的卡緊位置，並將該信息發送到中央處理器模塊20。中央處理器模塊20根據該信號決定四塊閥壁主壁431上的四個螺線管線圈的通電個數、順序、電流大小、通電時間和頻率，並將該信息送到電磁力卡緊排除模塊21。電磁力卡緊排除模塊21據此使相應的螺線管線圈通電實施卡緊故障排除。智能控制器通過超音效卡緊故障預報檢測定位模塊檢測到閥芯卡緊故障，同時判斷閥芯卡在閥腔的哪一個或兩個內側面。假定閥芯主要卡在閥腔的A側面(圖3所示的左側，即標註431和432側)，則該側面對面那側為B側面(圖3所示的右側)。則B側面閥壁主壁上的螺線管線圈433通電，使得該線圈纏繞的閥壁主壁431和閥芯41被磁化，成為極性相反的兩塊磁鐵，它們之間產生電磁吸力。當吸力大於機械卡緊的作用力時，閥芯開始向著B側方向運動，卡緊狀態得到緩解。考慮到閥芯的AB兩側均產生不同程度汙染卡緊的情況，在B側面閥壁主壁上的螺線管線圈433通電一定時間後，該螺線管線圈斷電，並隨後使A側面閥壁主壁431上的螺線管線圈433通電同樣的時間(作為優選，A側螺線管線圈上的通電電流要比B側螺線管線圈上的小，從而提高電磁吸力解除卡緊的效果)，如此循環反覆，閥芯41在電磁力的作用下，沿閥腔42的徑向(A到B)大幅振動，使得大顆汙染顆粒和汙粒餅受機械振動作用而破碎分解為小顆粒融於液壓油中，並隨油液循環被帶離滑閥機構，從而達到清潔油液和解除卡緊故障的目的，且最終使閥芯能停留在閥腔中軸線處。實施例2:液壓卡緊故障預報、檢測、定位和自排除(一側卡緊)本實施方式中，智能控制器的無線通訊模塊24接收來自中央控制室的給定信號並將信號發送到中央處理器模塊20 ;中央處理器模塊20將該信號傳遞到通用比例放大器模塊22 ;通用比例放大器模塊22根據該信號經電路處理輸出功率控制信號到比例電磁鐵30使液壓閥工作。超音效卡緊故障預報檢測定位模塊23定時產生超聲波脈衝輪流激勵六個超聲波換能器並檢測回波信號，並將該回波信號和基準標定信號進行比較判別，當偏離正常數值範圍時，向中央處理器模塊20發出故障預報。中央處理器模塊20驅動無線通訊模塊24將該故障預報發送到中央控制室進行故障預警。若超音效卡緊故障預報檢測定位模塊23檢測到回波信號落在卡緊數值範圍，除了向中央處理器模塊20發出故障報告外，同時還將檢測卡緊故障的發生位置——通過比較同一平面上三處超聲換能器的回波數值確定該平面法線方向的卡緊位置，並將該信息發送到中央處理器模塊20。中央處理器模塊20根據該信號決定四塊閥壁主壁431上的四個螺線管線圈的通電個數、順序、電流大小、通電時間和頻率，並將該信息送到電磁力卡緊排除模塊21。電磁力卡緊排除模塊21據此使相應的螺線管線圈通電實施卡緊故障排除。智能控制器通過超音效卡緊故障預報檢測定位模塊檢測到閥芯卡緊故障，同時判斷閥芯卡在閥腔的哪一個或兩個內側面。假定閥芯主要卡在閥腔的A側面(圖3所示的左側，即標註431和432側)，則該側面對面那側為B側面(圖3所示的右側)。則B側面閥壁主壁上的螺線管線圈433通電，使得該線圈纏繞的閥壁主壁431和閥芯41被磁化，成為極性相反的兩塊磁鐵，它們之間產生電磁吸力。當吸力大於液壓卡緊的作用力時，閥芯開始向著B側方向運動，卡緊狀態得到緩解。在B側面閥壁主壁上的螺線管線圈433通電一定時間後，該螺線管線圈斷電，並隨後使A側面閥壁主壁431上的螺線管線圈433通電同樣的時間(作為優選，A側螺線管線圈上的通電電流要比B側螺線管線圈上的小，從而提高電磁吸力解除卡緊的效果)，如此循環反覆，閥芯41在電磁力的作用下，沿閥腔42的徑向(A到B)大幅振動，使徑向不平衡壓力得以減輕或消除，從而使閥芯回到閥腔的中軸線附近，閥體內表面和閥芯之間的摩擦係數顯著降低，避免閥芯被壓在閥體內壁上無法動作，達到解除液壓卡緊的目的，且最終使閥芯能停留在閥腔中軸線處。上述兩實施例中，超音效卡緊故障預報檢測定位模塊23中各模塊和中央處理器模塊20進行卡緊故障預報、檢測和定位的工作過程如下述。卡緊故障預報與檢測的工作過程如下:將液壓閥安裝超聲換能器的那側表面擦拭乾淨，抹上機油，把六個超聲換能器沿液壓閥的閥腔中軸線等距離均線放置；第一次使用時，先將閥芯調整到正常工況(閥芯和閥腔的中軸線重合)；將超聲換能器50和多路切換模塊235相連，啟動中央處理器模塊20工作；中央處理器模塊20首先按程序控制多路切換模塊235接通I號超聲換能器；然後啟動超聲發射模塊234發出電信號加在I號超聲換能器上，I號超聲換能器受激產生的超聲波脈衝通過聲稱合介質(機油)進入閥壁並在其中傳播，在閥壁和閥芯之間的間隙處，由於間隙內的液壓油和閥壁的聲阻抗不同，超聲波在間隙處產生發射。部分反射能量沿原入射途徑返回I號超聲換能器，I號超聲換能器又將其轉變為電脈衝，該電脈衝信號通過回波信號濾波放大模塊233後輸入到高速A/D轉換模塊232轉換為數字量發送到中央處理器模塊20。中央處理器模塊20將採集的反射波電脈衝記錄並保存作為該監測點的基準信號序列。根據液壓閥和超聲參數，計算閥芯閥壁間間隙的回波位置，根據該位置提取基準信號序列中的對應幅值作為正常工況時的基準信號幅值。然後將液壓閥調整到卡緊工況重複上述步驟，得到卡緊工況時對應的基準信號幅值。對於其它5個超聲換能器按以上程序重複進行，最終得到6個監測點的完整基準信號序列。當卡緊故障發生時，閥芯和某一側閥壁相接觸，則該側閥芯和閥壁間的間隙近乎消失，此時，當中央處理器模塊20按程序對該監測點進行超聲檢測時，所採集到的回波信號經處理後和卡緊工況的基準信號幅值相比較，通過模糊處理即可預報和檢測卡緊故障的發生，其嚴重程度等。卡緊故障定位的工作過程如下:將液壓閥安裝超聲換能器的那側表面擦拭乾淨，抹上機油，把六個超聲換能器沿液壓閥的閥腔中軸線等距離均線放置；第一次使用時，先將閥芯調整到正常工況(閥芯和閥腔的中軸線重合)；將超聲換能器50和多路切換模塊235相連，啟動中央處理器模塊20工作；中央處理器模塊20首先按程序控制多路切換模塊235接通I號超聲換能器；然後啟動超聲發射模塊234發出電信號加在I號超聲換能器上，I號超聲換能器受激產生的超聲波脈衝通過聲稱合介質(機油)進入閥壁並在其中傳播，在閥壁和閥芯之間的間隙處，由於間隙內的液壓油和閥壁的聲阻抗不同，超聲波在間隙處產生發射。部分反射能量沿原入射途徑返回I號超聲換能器，I號超聲換能器又將其轉變為電脈衝，該電脈衝信號通過回波信號濾波放大模塊233後輸入到高速A/D轉換模塊232轉換為數字量發送到中央處理器模塊20。中央處理器模塊20將採集的反射波電脈衝(即回波信號)記錄並保存作為該監測點的基準信號序列。根據液壓閥和超聲參數，計算閥芯閥壁間間隙的回波位置，根據該位置提取基準信號序列中的對應幅值作為正常工況時的基準信號幅值。然後將液壓閥調整到卡緊工況重複上述步驟，得到卡緊工況時對應的基準信號幅值。對於其它5個超聲換能器按以上程序重複進行，最終得到6個監測點的完整基準信號序列。當卡緊故障發生時，閥芯和某一側閥壁相接觸，則該側閥芯和閥壁間的間隙近乎消失，此時，當中央處理器模塊20按程序對該監測點進行超聲檢測時，所採集到的回波信號經處理後和卡緊工況的基準信號幅值相比較，通過模糊處理即可判斷卡緊故障發生。其餘5個點按以上程序均可得出是否卡緊的判斷，綜合這6個點的卡緊情況，即可得出閥芯的卡緊位置。上述定位的工作原理如下:當卡緊發生時，閥芯的一部分和閥壁壓緊，兩者間幾乎沒有空隙；而其餘部分和閥壁之間留有空隙。這樣在超聲回波檢測的時候，空隙的大小可以通過對回波信號特徵分析得出。沿閥芯軸向分布安裝的多頭超聲探頭可以得到這一切面的卡緊信息。若沿閥芯圓周方向分布安裝更多的超聲探頭，就可以得到關於卡緊的立體信息，閥芯卡緊的位置也可以在三維空間內被準確定位。以上所述僅為本實用新型的具體實施例，並非對本案設計的限制，凡依本案的設計關鍵所做的等同變化，均落入本案的保護範圍。
權利要求1.一種可檢測並修復卡緊故障的液壓閥，包括比例電磁鐵、閥芯和帶閥腔的閥體，其特徵在於:還包括智能控制器和多個超聲換能器，閥體包括特製閥壁，智能控制器分別和超聲換能器、比例電磁鐵和特製閥壁電連接； 所述智能控制器包括中央處理器模塊、電磁力卡緊排除模塊、通用比例放大器模塊、超音效卡緊故障預報檢測定位模塊、無線通訊模塊和穩壓電源模塊；超音效卡緊故障預報檢測定位模塊包括高速A/D轉換模塊、回波信號濾波放大模塊、超聲發射模塊和多路切換模塊； 其中，穩壓電源模塊和中央處理器模塊、電磁力卡緊排除模塊、通用比例放大器模塊、超音效卡緊故障預報檢測定位模塊、無線通訊模塊相連並提供所需電壓；中央處理器模塊和電磁力卡緊排除模塊、超音效卡緊故障預報檢測定位模塊、無線通訊模塊、穩壓電源模塊相連並控制整個電路的工作；無線通訊模塊和中央處理器模塊相連；通用比例放大器模塊和中央處理器模塊以及比例電磁鐵相連；電磁力卡緊排除模塊和中央處理器模塊以及四個特製閥壁上的四個螺線管線圈相連；超音效卡緊故障預報檢測定位模塊和中央處理器模塊以及多個超聲波換能器相連，具體為中央處理器模塊和高速A/D轉換模塊相連可處理採集的回波信號，中央處理器模塊和超聲發射模塊相連可控制超聲脈衝產生，中央處理器模塊和多路切換模塊相連可用於在多個超聲換能器之間切換超聲發射、接收對象，超聲發射模塊和多路切換模塊相連，高速A/D轉換模塊和回波信號濾波放大模塊相連，回波信號濾波放大模塊和多路切換模塊相連，多路切換模塊和多個超聲換能器相連； 所述超聲換能器固定安裝於液壓閥閥體的外側面，超聲換能器的軸心線和閥體內閥腔的中軸線垂直相交；超聲換能器和閥體外側面直接塗有聲耦合介質； 所述特製閥壁包括上下左右四塊閥壁主壁、將閥壁主壁分隔並分設於閥壁四個頂角的四條隔磁帶和四組帶導磁框架並分別套在四塊閥壁主壁上的螺線管線圈；閥芯和閥壁主壁由導磁體合金製成，隔磁帶由不導磁體合金製成。
2.如權利要求1所述的一種可檢測並修復卡緊故障的液壓閥，其特徵在於:所述多個超聲換能器為六個以上的偶數，分成兩排、平行於閥體內閥腔中軸線的安裝在閥體的相鄰兩外側面上，每一側面上的各超聲換能器等間隔排列。
3.如權利要求1或2所述的一種可檢測並修復卡緊故障的液壓閥，其特徵在於:所述超聲換能器的頻率在IOMHz以上。
4.如權利要求3所述的一種可檢測並修復卡緊故障的液壓閥，其特徵在於:所述智能控制器中高速A/D轉換模塊中的A/D轉換器選用ADS5485或同等性能的A/D晶片，所述超聲換能器選用直探頭，所述聲耦合介質為機油。
5.如權利要求3所述的一種可檢測並修復卡緊故障的液壓閥，其特徵在於:所述閥芯和閥壁主壁由高磁導合金1J89製成，所述隔磁帶由YG8不導磁進口鎢鋼製成。
專利摘要本實用新型涉及一種可檢測並修復卡緊故障的液壓閥，包括比例電磁鐵、閥芯和帶閥腔的閥體。還包括智能控制器、多個超聲換能器和特製閥壁，智能控制器分別和超聲換能器、電液比例鐵和特製閥壁電連接。超聲換能器固定安裝於液壓閥閥體的外側面，超聲換能器的軸心線和閥體內閥腔的中軸線垂直相交。特製閥壁包括上下左右四塊閥壁主壁、將閥壁主壁分隔並分設於閥壁四個頂角的四條隔磁帶和四組帶導磁框架並分別套在四塊閥壁主壁上的螺線管線圈。採用本技術方案，可方便、準確、實時的預報、檢測滑閥閥芯卡緊故障、判斷卡緊位置，並可便捷的利用電磁力修復由汙染和徑向力不平衡造成的卡緊故障，操作簡便，使用效果好。
文檔編號F16K11/07GK202955322SQ201220268119
公開日2013年5月29日 申請日期2012年6月8日 優先權日2012年6月8日
發明者李偉波, 張華芳 申請人:紹興文理學院