電液操縱閥在液壓支架中的應(yīng)用

隨著大型采煤機和大型運輸機的使用，現(xiàn)代采煤機的運輸能力不斷提高，支出環(huán)節(jié)對生產(chǎn)的限制越來越突出。為了協(xié)調(diào)和協(xié)調(diào)采煤機，提高屋頂控制，加快移架速度，提高支護效率，降低勞動強度。1先導(dǎo)閥運動原理目前,使用較多的支架電液自動控制系統(tǒng)是由電氣和液壓兩部分組成(見圖1),其液壓部分的主要控制元件是由電磁先導(dǎo)閥和主操縱閥組成的電液操縱閥,在接到控制器所發(fā)出的指令后,先導(dǎo)閥先動作,切換閥位,進而使主閥切換閥位,改變油路,其工作原理和電液換向閥相同。該閥是液壓系統(tǒng)的關(guān)鍵元件,其性能優(yōu)劣,對系統(tǒng)工作性能有較大影響?，F(xiàn)有的采用電液控制的試驗用支架所使用的電液操縱閥,是由電磁先導(dǎo)閥同專門設(shè)計的大流量(約200L/min)管式主操縱閥組合而成,但管式閥的通流能力差、壓力損失和泄漏量大,難以適應(yīng)高壓、大流量的工況,若只是靠增大閥的通徑等措施來加大閥的通流能力,勢必會導(dǎo)致閥的體積增大,工作性能變壞,壓力損失和泄漏增加,操縱阻力大、系統(tǒng)效率和工作可靠性降低等負面效應(yīng)。2插裝閥的優(yōu)勢插裝式方向閥也是采用電磁閥作為先導(dǎo)閥,對主閥(錐閥)進行先導(dǎo)控制,控制原理等同于電液操縱閥,但插裝閥的通流能力大(可達10000L/min以上)、響應(yīng)快、工作可靠,是管式閥無可比擬的,使其更適于在電液控制支架的液壓系統(tǒng)中使用,而無需費時費力地研制專用的電液操縱閥,既可滿足使用要求,又能改善工作性能,提高通用化程度,從根本上解決由管式閥固有缺陷所產(chǎn)生的問題,收到事半功倍的效果。因此,若在電液控制支架的液壓系統(tǒng)中采用插裝閥,必將在改善支架的工作性能,提高其工作可靠性和效率,便于使用、維護等方面起到重要作用。此外,采用插裝閥設(shè)計支架液壓系統(tǒng)還具有下列優(yōu)勢:(1)插裝閥的優(yōu)點十分適合支架的工況液壓支架的工況特點是:介質(zhì)粘度低,工作壓力高,流量大,工作環(huán)境惡劣,介質(zhì)污染嚴重。插裝閥的長處能得到充分發(fā)揮;(2)符合流體傳動技術(shù)的發(fā)展趨勢為降低使用成本,消除環(huán)境污染,流體傳動技術(shù)正向著使用純水介質(zhì)方向發(fā)展。液壓支架是用同純水性質(zhì)比較接近的高水基乳化液作為工作介質(zhì),可能成為該技術(shù)發(fā)展成果的受益者,正趨向于采用純水工作介質(zhì)。由于水的粘度低,要求閥的密封性好,以提高系統(tǒng)的效率。插裝閥采用錐面密封,具有優(yōu)良的密封性能,更適于在純水介質(zhì)中工作,應(yīng)作為純水支架的首選閥種;(3)抗污染能力強、工作可靠支架工作在采煤面,介質(zhì)污染程度高,使閥芯磨損嚴重,縮短了閥的使用壽命,由此也導(dǎo)致了支架的各種故障,使工作可靠性降低,增加了維護時間,降低了工作面的生產(chǎn)率。插裝閥的閥芯和閥套間無嚴格的配合要求,磨損輕,不易堵塞,也不會產(chǎn)生液壓卡緊現(xiàn)象,在介質(zhì)較臟時仍能保證支架液壓系統(tǒng)正常、可靠地工作;(4)滿足某些特殊工況的需要如用于周期來壓強烈的、堅硬且難以冒落頂板的支撐式支架,在老頂突然來壓時,立柱無桿腔控制閥中的安全閥,要通過很大的瞬時流量,普通安全閥的通流能力遠不能滿足通流要求,因而專門設(shè)計了充氣式大流量安全閥,來適應(yīng)這種工況。但該種閥的結(jié)構(gòu)復(fù)雜,制造難度大,裝配要求高,工作可靠性差,很難滿足使用要求。而且,立柱無桿腔還要裝設(shè)普通安全閥來適應(yīng)正常工況的需要,這無疑會增加元件數(shù)量和制造成本。而采用插裝式溢流閥,則能很容易解決這一難題,又會使系統(tǒng)簡化。3千斤頂?shù)目刂乒ぷ髟砘谏鲜龇治?提出了用插裝閥取代管式閥設(shè)計電液控制支架液壓系統(tǒng)的設(shè)計思想,并用插裝閥設(shè)計了某支撐式支架的液壓系統(tǒng)(見圖1),該系統(tǒng)采用了4組三位四通插裝式方向閥分別控制前梁千斤頂、立柱和推移千斤頂?shù)膭幼?插裝式方向閥中的電磁先導(dǎo)閥在接到指令后,先切換閥位,啟閉相應(yīng)的二通錐閥,接通或斷開立柱和各千斤頂?shù)挠吐?使之按照一定順序動作。立柱、前梁及推移千斤頂?shù)墓ぷ鳡顩r由壓力和位移傳感器反饋到控制器,控制器根據(jù)反饋信號決定下一個動作?，F(xiàn)對支架的各主要動作分析如下。3.1前梁千斤頂縮回前梁的擺動由前梁千斤頂控制,前梁千斤頂由插裝式方向閥21控制,其無桿腔油路上設(shè)有插裝式液控單向閥和溢流閥組成的控制閥組,同插裝式方向閥21的A口相連,有桿腔油路同方向閥21的B口相連。當將先導(dǎo)閥切換至右閥位時,方向閥21中的4個二通閥中的a和c的上腔通壓力油,閥口關(guān)閉,b和d的上腔通油箱;閥口開啟,此時油流:P→A,B→O,泵站壓力液經(jīng)A口和液控單向閥進入前梁千斤頂?shù)臒o桿腔(此時液控單向閥中的二位三通先導(dǎo)閥處于圖示位置),千斤頂有桿腔的油液經(jīng)方向閥1的B口流回油箱,實現(xiàn)伸出動作。當需要縮回時,可將方向閥中的先導(dǎo)閥切換至左閥位,方向閥21中4個二通閥中的a和c上腔通油箱,閥口打開,b和d的上腔通壓力油,閥口關(guān)閉,此時油流:P→B,A→O,泵站壓力液到達千斤頂有桿腔的同時,將液控單向閥中的液動二位三通閥切換至左閥位,該單向閥開啟,千斤頂無桿腔的油液經(jīng)A口和二通閥a流回油箱,千斤頂縮回。當方向閥21中先導(dǎo)閥處于圖中間閥位時,4個二通閥上腔均通壓力油,A、B、P、O口均被關(guān)閉,前梁千斤頂2腔油路也均被封閉,停留在某一位置,在頂板下沉和老頂來壓時,前梁千斤頂無桿腔的壓力上升至溢流閥中先導(dǎo)閥的調(diào)定壓力時,先導(dǎo)閥開啟,二通閥也隨著開啟,千斤頂無桿腔卸載,前梁收回,壓力降低后,溢流閥中的先導(dǎo)閥和二通閥又隨之關(guān)閉,恢復(fù)千斤頂?shù)恼９ぷ鳡顟B(tài)。3.2液控單向閥的無桿腔升架控制原理支架的升降靠立柱的伸縮實現(xiàn)。該支架共有兩排立柱,其前、后排立柱分別由方向閥20和19控制,兩排立柱的油路完全相同。每排立柱中的2個油缸并聯(lián)。前、后排立柱的有桿腔同方向閥20和19中的B口相連,無桿腔經(jīng)液控單向閥同方向閥20和19中的A口相連,其無桿腔油路上也接了一個由插裝式液控單向閥和溢流閥組成的控制閥組。當方向閥中先導(dǎo)閥處于右位時,方向閥20和19中的4個二通閥中a和c的上腔通壓力油,閥口關(guān)閉,b和d的上腔通油箱;閥口開啟,此時油流:P→A,B→O,泵站壓力液經(jīng)A口和液控單向閥進入前梁立柱的無桿腔(此時液控單向閥中的二位三通先導(dǎo)閥處于圖1所示位置),立柱有桿腔的油液經(jīng)方向閥20和19的B口流回油箱,立柱伸出實現(xiàn)升架。當方向閥20和19中的先導(dǎo)閥切換至左閥位,方向閥20和19中4個二通閥中的a和c上腔通油箱,閥口打開,b和d的上腔通壓力油,閥口關(guān)閉,此時油流:P→B,A→O,泵站壓力液到達千斤頂有桿腔的同時,將液控單向閥中的液動二位三通閥切換至左閥位,該單向閥開啟,立柱無桿腔的油液經(jīng)A口和二通閥a流回油箱,立柱縮回,實現(xiàn)降架。3.3支撐工作狀態(tài)當方向閥19和20中的先導(dǎo)閥處于圖1所示中位時,4個二通閥上腔均通壓力油,A、B、P、O口均被關(guān)閉,立柱有桿腔和無桿腔的的油路均被封閉,支架處于支撐工作狀態(tài)。當頂板下沉和老頂周期來壓使立柱無桿腔的壓力上升至溢流閥中先導(dǎo)閥的調(diào)定壓力時,先導(dǎo)閥開啟,其中的二通閥也隨之開啟卸載使立柱無桿腔的壓力降低,當壓力降低到先導(dǎo)閥的調(diào)定壓力以下時,先導(dǎo)閥和二通閥又迅速關(guān)閉,使立柱無桿腔恢復(fù)工作阻力,以后將不斷地重復(fù)這個過程,使支架實現(xiàn)恒阻支撐。3.4推刮板及固定支架靠推移千斤頂?shù)纳炜s實現(xiàn),其動作由方向閥18控制。同理,當方向閥中的先導(dǎo)閥處于左位和右位時,分別控制著推移千斤頂缸體和活塞桿的移動,實現(xiàn)推溜和移架;先導(dǎo)閥中位時,推移千斤頂?shù)膬汕痪环忾],推移動作停止。液控單向閥14的作用是:推溜后使刮板機能較長時間的可靠停留在某一位置。分析表明,用插裝閥組成的支架液壓系統(tǒng)完全能滿足液壓支架的工作要求?；谕瑯拥脑?用插裝閥可設(shè)計出所有類型和型號的液壓支架的液壓系統(tǒng)。4插裝閥通流措施應(yīng)符合以下要求在設(shè)計液壓系統(tǒng)時,應(yīng)注意以下問題:(1)前、后排立柱均為并聯(lián)系統(tǒng),采用管式閥時,在每個立柱的下腔都接了一個控制閥組,然后再將其并聯(lián),這是因為管式閥的通流能力差所致,而插裝閥的通流能力強,在立柱下腔油路上,只需設(shè)置一組由插裝式液控單向閥和溢流閥組成的控制閥組即可滿足通流要求;(2)插裝方向閥中的電磁先導(dǎo)閥應(yīng)采取防爆措施,以滿足安全要求;(3)液控單向閥中的二位三通先導(dǎo)閥應(yīng)采用液控閥,以保證動作的協(xié)調(diào)配合;(4)應(yīng)充分利用插裝閥易于集成的優(yōu)點,作集成化設(shè)計,將系統(tǒng)中所有的閥件都裝在同一集成塊內(nèi),再通過管道和各缸相連。5插裝閥較好、可擴張性好,有利于實現(xiàn)通用化、結(jié)構(gòu)化和標準化(1)插裝閥便于實現(xiàn)電液控制、通流能力大和響應(yīng)快的優(yōu)點,尤其適應(yīng)采用電液控制的液壓支架的工況,用其設(shè)計的支架液壓系統(tǒng),性能優(yōu)越,能滿足使用要求和快速移架的需要,利于實現(xiàn)通用化