用于软土盾构机的力反馈型电液比例换向阀的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电液比例控制系统领域，更具体地说，涉及一种应用于盾构机的用于 软土盾构机的力反馈型电液比例换向阀。
【背景技术】
[0002] 电液比例阀是采用比例控制技术，介于开关型液压阀和电液伺服阀之间的一种液 压元件。由于电液比例阀能够与电子控制装置组合，因而便于对各种输入、输出信号进行运 算处理，以实现复杂的控制功能。同时，电液比例阀具有抗污染、低成本且响应速度快等优 点，在工业生产中获得了广泛的应用。
[0003] 现有的电液比例换向阀一般可采用直动式和导控型两种结构的设计方案。直动式 电液比例换向阀由旋转比例电磁铁直接驱动阀芯运动，其结构简单，且可以在零压力下工 作，但由于受旋转比例电磁铁输出推力的限制无法实现大流量控制。导控型电液比例换向 阀由导阀控制主阀敏感腔的压力变化，产生较大的液压静压力驱动主阀芯运动，可以实现 大流量控制，但其结构复杂。盾构依靠液压缸的推力向前推进，其前进方向和形态是靠液压 缸的协调动作实现的。由于复杂的地质条件，在盾构施工过程中存在诸多不可预见的问题， 为了保证隧道施工曲线的准确性和严格控制推进过程中地表的沉降，盾构推进液压系统必 须能够可靠地完成工作。作为此系统的关键组成部件，推进液压阀组要具有良好的动态特 性，否则会影响整个掘进过程的控制，同时，盾构机的安装位置空间有限，对电液比例换向 阀的体积也有严格的限制。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种高压大流量， 且体积紧凑的一种用于软土盾构机的力反馈型电液比例换向阀。
[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:构造了一种用于软土盾构机的力反 馈型电液比例换向阀，包括换向阀与旋转比例电磁铁;所述换向阀包括阀体，以及安装在所 述阀体内的阀芯;所述旋转比例电磁铁包括壳体，以及安装在所述壳体内的转子;所述电液 比例换向阀还包括用于连接所述换向阀与所述旋转比例电磁铁的扭转-拉扭弹性压扭联轴 器；
[0006] 所述扭转-拉扭弹性压扭联轴器包括与所述阀芯固定连接的第一连接部、与所述 转子固定连接的第二连接部、连接在所述第一连接部与所述第二连接部之间的第一弹性螺 旋件与第二弹性螺旋件、安装板，以及多个反馈杆;所述阀芯、所述第一连接部、所述第二连 接部，以及所述转子均同轴设置;所述第一连接部、所述第二连接部、所述第一弹性螺旋件、 所述第二弹性螺旋件、所述安装板以及所述反馈杆为一体化结构；
[0007] 所述第一连接部与所述第二连接部为外径相同的圆柱体;所述第一弹性螺旋件与 所述第二弹性螺旋件的旋向相同，且所述第一弹性螺旋件与所述第二弹性螺旋件分别在所 述第一连接部的同一端面上的投影相互分离;所述安装板包括固定安装在所述阀体上的板 体，以及开设在所述板体中心的通孔;所述第一连接部可在所述通孔中伸缩运动;每个所述 反馈杆连接在所述第一连接部的外壁与所述通孔的内壁之间；多个所述反馈杆均勾地分布 在所述第一连接部的外壁上；
[0008] 当所述转子旋转运动以带动所述第二连接部转动时，所述第一弹性螺旋件与所述 第二弹性螺旋件产生相对扭转以带动所述第一连接部旋转运动。
[0009] 在本发明所述的用于软土盾构机的力反馈型电液比例换向阀中，所述第一弹性螺 旋件与所述第二弹性螺旋件为相同结构，且反向对称设置，其数学模型如下：
[0014] 其中：
[0015] Φ :第一弹性螺旋件或第二弹性螺旋件端面投影对应的圆心角；
[0016] r:第一弹性螺旋件或第二弹性螺旋件端面投影对应的半径；
[0017] Φ:第一弹性螺旋件或第二弹性螺旋件上任意一段螺旋体端面投影对应的圆心角；
[0018] X:圆心角Φ对应的弧长；
[0019] 1:圆心角φ对应的弧长；
[0020] Θ:第一弹性螺旋件、第二弹性螺旋件X处截面转过的角度；
[0021] w:第一弹性螺旋件、第二弹性螺旋件X处的挠度；
[0022] δ:第一弹性螺旋件与第二弹性螺旋件的错位距离。
[0023]在本发明所述的用于软土盾构机的力反馈型电液比例换向阀中，所述板体呈正方 体。
[0024] 在本发明所述的用于软土盾构机的力反馈型电液比例换向阀中，所述电液比例换 向阀还包括套装在所述扭转-拉扭弹性压扭联轴器一端的外部的套筒;所述套筒的一端与 所述安装板固定连接，所述套筒的另一端与所述壳体连接。
[0025] 在本发明所述的用于软土盾构机的力反馈型电液比例换向阀中，所述套筒为方形 的中空结构。
[0026] 在本发明所述的用于软土盾构机的力反馈型电液比例换向阀中，所述反馈杆为四 个。
[0027]实施本发明的用于软土盾构机的力反馈型电液比例换向阀，具有以下有益效果： 所述电液比例换向阀采用带反馈杆扭转-拉扭弹性压扭联轴器的结构，当旋转比例电磁铁 得电，转子的旋转运动使阀芯旋转，阀芯两端压差使阀芯移动，第一弹性螺旋件与第二弹性 螺旋件产生轴向错位距离将产生一定的复位扭矩，且反馈杆也将产生一定的复位扭矩，共 同使第一连接部旋转回初始角度，重新达到平衡，采用带反馈杆的扭转-拉扭弹性压扭联轴 器具有无摩擦传递、柔性好，动态响应好、体积小且加工装配简便等优点。
【附图说明】
[0028] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
[0029] 图1是本发明较佳实施例提供的用于软土盾构机的力反馈型电液比例换向阀的内 部结构示意图；
[0030] 图2是图1中的A部放大图；
[0031] 图3是图1所示的电液比例换向阀中的扭转-拉扭弹性压扭联轴器分别与阀芯、转 子连接的结构图；
[0032] 图4是图1所示的电液比例换向阀中的扭转-拉扭弹性压扭联轴器的结构图；
[0033] 图5是图1所示的电液比例换向阀中的扭转-拉扭弹性压扭联轴器的局部结构图；
[0034] 图6是图1所示的电液比例换向阀中的第一弹性螺旋件与所述第二弹性螺旋件的 扰度简图。
【具体实施方式】
[0035] 为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明 本发明的【具体实施方式】。
[0036]如图1、图2、图3、图4以及图5所示，本发明的较佳实施例提供一种用于软土盾构机 的力反馈型电液比例换向阀，其包括换向阀1、旋转比例电磁铁2、扭转-拉扭弹性压扭联轴 器3以及套筒4。
[0037] 具体地，如图1、图2以及图3所示，该换向阀1包括阀体11，以及安装在阀体11内的 阀芯12。该旋转比例电磁铁2包括壳体21，以及安装在壳体21内的转子22。换向阀1与旋转比 例电磁铁2均为现有技术中常见的结构，在此不再赘述。
[0038] 如图3、图4、图5并参阅图1所示，该扭转-拉扭弹性压扭联轴器3用于将旋转比例电 磁铁2中的转子22的旋转运动变为换向阀1中的阀芯12的转动。扭转-拉扭弹性压扭联轴器3 包括第一连接部31、第二连接部32、第一弹性螺旋件33、第二弹性螺旋件34、安装板35以及 反馈杆36。第一连接部31、第二连接部32、第一弹性螺旋件33、第二弹性螺旋件34、安装板35 以及反馈杆36为一体化结构，其整体性结构较好，组装拆卸所述电液比例换向阀时较为简 便。该实施例中，阀芯12、第一连接部31、第二连接部32,以及转子22均同轴设置。
[0039]其中，如图4、图5并参阅图1、图2所示，该第一连接部31与阀芯12固定连接，该第二 连接部32与转子22固定连接，第一连接部31与第二连接部32为外径相同的圆柱体。该第一 弹性螺旋件33与该第二弹性螺旋件34分别连接在第一连接部31与第二连接部32之间，也即 第一弹性螺旋件33连接在第一连接部31与第二连接部32相邻的两端面，第二弹性螺旋件34 同样连接在第一连接部31与第二连接部32相邻的两端面。本实施例中，第一弹性螺旋件33 与第二弹性螺旋件34的旋向相同，且第一弹性螺旋件33与第二弹性螺旋件34分别在第一连 接部31的同一端面上的投影相互分离，该投影为扇环形，两个投影呈轴对称设置。当转子22 旋转运动以带动第二连接部32转动时，第一弹性螺旋件33与第二弹性螺旋件34产生相对扭 转以带动第一连接部31旋转运动。
[0040]参阅图5、图6所示，本实施例中，优选地，第一弹性螺旋件33与第二弹性螺旋件34 为相同结构，且反向对称设置，其数学模型如下：
[0041 ] X= φ · r
[0042] 1=φ · r
[0045] 其中：
[0046] φ :第一弹性螺旋件或第二弹性螺旋件端面投影对应的圆心角；
[0047] r:第一弹性螺旋件或第二弹性螺旋件端面投影对应的半径；
[0048] Φ:第一弹性螺旋件或第二弹性螺旋件上任意一段螺旋体端面投影对应的圆心角； [0049] X:圆心角Φ对应的弧长；
[0050] 1:圆心角Φ对应的弧长；