一种多功能智能型液压数字阀

1.本发明涉及液压及数字液压领域，具体涉及了一种具备集能量回收、流量监测、故障检测和远程通讯功能的数字阀


背景技术：

2.液压技术作为支撑重型、特大型负载最核心的技术，在航空航天、船舶以及重型机械等相关设备中应用极广。传统液压行业面对泄漏、高能耗，检修不便等问题始终难以有更深的突破。随着中国互联网的发展以及“中国制造2025”的提出，整合现有的半导体以及互联网技术，将液压技术推向高端技术产业打破行业壁垒，实现液压产业升级具有极为重要的意义。
3.在液压行业的数字化过程中，数字阀在应用过程中依赖于电力电子技术进行调节流量、方向以及压力等指标，但是实际应用过程中，电力供应严重依赖外部供电系统，并且使用环境大多数在室外环境，电力供电与传输环节所处环境恶劣，容易产生短路、电线破损等造成断电，因此造成电力供应不稳定，严重限制了数字阀在液压系统中发挥的作用。同时，受到不可抗力因素断电时，原有数字阀就会立刻停止工作而很难再进行功能调节。另外，据统计，现有的液压系统中，因为阀体故障原因导致液压系统出现故障的事件占到75％以上，并且在进行故障排查时难以确定具体哪个元件出现故障，修理大都靠全部拆卸后逐个排查，极大降低了维修效率。


技术实现要素：

4.本发明提出一种集流量监测、故障自诊断、能量回收及远程通讯功能的数字阀，该数字阀主要包括微型发电机(5)、控制面板(2)、电机(3)、阀体(4)以及蓄电池(1)五部分组成。借助液压系统中靠液体流动存在动能的特性，将正常工作的液压系统中液压油一部分动能进行收集，一方面达到降低流量调解过程中能量损失的作用，也可以实现将原有调节流量产生的能量损失进行收集储存供数字阀调节使用。微型发电机(5)的叶片在受到液体流动时的冲击作用，会产生旋转运动，进而为微型发电机(5)产生动能，微型发电机(5)将叶片产生的动能转化为电能输出给控制面板(2)，控制面板(2)将所得到的电流按照预先设定的程序进行处理。电流的作用主要有两种，一种是作为信号为流量监测、故障诊断提供依据 (首先对电流进行检测对比判断数字阀阀是否出现故障，如果出现故障则发送报警信号；如果正常则根据电流的大小经过处理得到通过数字阀的实时流量)。另外一种是作为电能储存在蓄电池(1)中，在数字阀工作过程中实时向蓄电池(1)提供电能补充，将电能进行储存以供数字阀受到外部干扰断电时，能及时通过储存在蓄电池(1)中的电能给阀的工作进行供电，以维持数字阀正常工作一段时间。
5.具体技术方案如下：
6.数字阀安装在所需的液压回路中，液压回路按需求进行工作，此时液压油流过数字阀的液流，带动微型发电机(5)叶片进行旋转产生动能。进一步，微型发电机(5)将叶片所
产生的动能转化为电能输送至控制面板(2)。进一步，控制面板(2)接收到微型发电机(5) 的电流经过，根据已设计的电路、程序运行方案对电流进行判断。进一步，控制面板(2)根据电流输出数字阀故障、流量大小等信息。进一步，控制面板(2)将电流、电压进行处理输送到蓄电池(1)，将液压油动能转化为电能，进而转化为蓄电池(1)的化学能进行储存。进一步，当数字阀外部供电停止后，控制面板(2)的供电由蓄电池(1)提供，实现紧急情况下供电。
7.本发明的创造性主要体现在：
8.(1)本发明针对数字阀外部电源故障、停止供电情况下，依靠在液压系统正常工作时从液压油动能中转化并储存的电能，实现对数字阀的紧急调整。
9.(2)本发明实现了不需要外部供电情况下，仅依靠数字阀自带的元件实现发电并供自身利用，多余的电能通过蓄电池储存供紧急情况下使用。
10.(3)本发明在不借助流量计的前提下，实现了对液压回路中流量的检测，极大降低了液压系统的设计与制造成本。
11.(4)本发明为液压系统的检修、维护提供了极大的便利，极容易确定液压系统中故障部位，降低了维修成本和时间。
附图说明
图1本发明一种多功能智能型液压数字阀的整体原理图(主视图阀体部分为剖视)图2本发明一种多功能智能型液压数字阀的阀体剖视局部放大图图3本发明一种多功能智能型液压数字阀的叶片部分局部放大图图中标记：蓄电池(1)、控制面板(2)、电机(3)、液压阀阀体(4)、微型发电机(5)、滚动轴承(6)、发电机叶片(7)。


技术特征：
1.一种集流量监测、故障自诊断、能量回收以及远程通信功能的液压数字阀，其特征在于蓄电池(1)、控制面板(2)、电机(3)、阀体(4)和微型发电机(5)组成。蓄电池(1)、电机(3)、微型发电机(5)与控制面板(2)通过数据线连接；控制面板(2)上集成有关通信模块(不仅限于蓝牙、4g、5g、局域网、wifi等通信模组)；电机(3)与阀体(4)的阀芯通过传动装置连接；微型发电机叶片(7)置于数字阀阀体流道内部，叶片(7)连接轴通过轴承(6)减少摩擦。2.根据权利要求1所述的液压数字阀，其特征在于微型发电机(5)的叶片(7)内置在数字阀阀体(4)内部，当液压系统开始工作时，液压油的流动会带动微型发电机(5)的叶片(7)转动从而为微型发电机(5)提供动能，经微型发电机(5)将动能转化为电能。微型发电机(5)与控制面板(2)相连接，将电流整合后输送给蓄电池将能量(电能)储存以备数字阀断电时临时使用。数字阀的微型发电机(5)进行发电时输出的电流强弱及其数值可反映阀体(4)内的流量大小及其数值，经过控制面板(2)输出的电流经过矫正可实现反映该实时流量的大小；当数字阀虽然显示在工作状态，但是没有电流输出时，则证明数字阀出现堵塞现象，应给予维修；当数字阀可以调节操作，但是无电流变化时，则证明数字阀阀芯出现卡滞现象。3.根据权利要求2数字阀具备能量回收功能，其特征在于内部有液压油流动时带动微型发电机叶片(7)转动，将液压油的动能转化为电能，经过控制面板(2)将电流、电压整合后储存在蓄电池(1)内，当数字阀断电后，控制面板(2)接收到断电信号，将通电接口与蓄电池(1)联通，为数字阀的操作提供紧急供电。4.根据权利要求2，其特征在于数字阀具备故障检测功能，其特征在于数字阀出现堵塞和卡滞等相关故障时，可以自我实时检测并报警。具体的，当数字阀受到油液杂质堵塞时，会导致经过数字阀液压油流量极速降低，甚至为零的现象，进一步使得微型发电机叶片(7)转速降低或停止旋转，从而导致微型发电机(5)输出的电流与正常值不符甚至为零，则可以判断出数字阀因堵塞不能流动，进一步控制面板(2)检测到异常发出警告信号，提示修理；如果阀芯卡滞则数字阀阀体内流量不会发生变化，进一步流量微型发电机(5)的流量不会发生变化，进一步微型发电机(5)输出的电流不会发生变化，进一步将微型发电机(5)输出的电流和给电机(3)的信号在控制面板(2)中进行对比如果不能同步变化，则阀芯出现卡滞。5.根据权利要求2，控制面板(2)具备通信、软件程序运行、电流电压整合等功能，以配合数字阀流量监测、故障诊断以及远程通讯等使用。

技术总结
本发明公开一种多功能智能型液压数字阀，该数字阀具备能量回收、故障自诊断、流量监测以及远程通信的功能，属于数字液压领域。该发明通过将液压油的动能转化为电能，既满足了断电时数字阀的调节需求，也能减小在调节过程中能量损失，将“无用”能量进一步转化利用；本发明的数字阀在自发电的过程中，可通过发电电流的变化间接实现数字阀流量的监测，省去了物理流量计的使用，降低了液压系统的设计与生产成本；本发明的数字阀在调节过程中根据所产生电流的变化，可以判断该数字阀是否发生何种故障，极大地降低了液压系统在排查故障时的难度，有利于液压系统出现故障时的及时快速维修。修。修。


技术研发人员：李建英 张祺政 梁恒
受保护的技术使用者：哈尔滨理工大学
技术研发日：2022.01.10
技术公布日：2022/5/25