插裝閥在電液控制支架液壓系統中的應用
1、應用依據分析
移架(jia)(jia)速度低(di)已成為(wei)制(zhi)約綜(zong)采(cai)(cai)產量的一個重要因素。為(wei)加(jia)快移架(jia)(jia)速度,在(zai)支(zhi)架(jia)(jia)的液(ye)壓系統(tong)中(zhong)采(cai)(cai)用(yong)插裝(zhuang)閥(fa)。插裝(zhuang)式(shi)方向閥(fa)也是(shi)采(cai)(cai)用(yong)電磁(ci)閥(fa)作為(wei)先(xian)(xian)導(dao)閥(fa),對(dui)主閥(fa)(錐閥(fa))進行先(xian)(xian)導(dao)控(kong)(kong)制(zhi),控(kong)(kong)制(zhi)原理(li)等同于電液(ye)操縱閥(fa),但插裝(zhuang)閥(fa)的通(tong)流(liu)能力(可達10000L/min以上)大(da)、響應快、工作可靠等突出(chu)優點,是(shi)管式(shi)閥(fa)無(wu)可比擬(ni)的,使其更適(shi)于在(zai)支(zhi)架(jia)(jia)的電液(ye)控(kong)(kong)制(zhi)系統(tong)中(zhong)使用(yong),而(er)無(wu)需(xu)研制(zhi)采(cai)(cai)用(yong)電磁(ci)先(xian)(xian)導(dao)控(kong)(kong)制(zhi)的專用(yong)大(da)流(liu)量主閥(fa),既(ji)能滿(man)足使用(yong)要求,又可改(gai)善工作性能,提高通(tong)用(yong)化(hua)程(cheng)度,從根本上解決由(you)管式(shi)閥(fa)固(gu)有缺陷所產生(sheng)的問(wen)題。
此外(wai),采用插(cha)裝(zhuang)閥設計支架液壓系(xi)統還具有下(xia)列優勢:
(1)插裝閥的優點十分(fen)適(shi)合支(zhi)架的工況(kuang)。液壓(ya)支(zhi)架的工況(kuang)特(te)點是:介質(zhi)粘度低、工作壓(ya)力高(gao)、流(liu)量(liang)大、工作環境惡劣、介質(zhi)污染嚴重。插裝閥的長處能得(de)到充分(fen)發揮。
(2)符(fu)合流體傳動(dong)技術(shu)(shu)的發(fa)展(zhan)趨(qu)勢。為(wei)降低(di)使用成(cheng)本,消除環境(jing)污染(ran),流體傳動(dong)技術(shu)(shu)正向著使用純(chun)(chun)水介(jie)質方向發(fa)展(zhan)。液壓支(zhi)架是(shi)用同純(chun)(chun)水性(xing)質比(bi)較接近的高水基(ji)乳化液作為(wei)工(gong)作介(jie)質,很有(you)(you)可能成(cheng)為(wei)該技術(shu)(shu)發(fa)展(zhan)成(cheng)果的受益者,正趨(qu)向于采用純(chun)(chun)水工(gong)作介(jie)質。由于水的粘(zhan)度低(di),要求閥的密封性(xing)好,以提高系(xi)統的效(xiao)率。插(cha)裝(zhuang)閥采用錐面密封,具有(you)(you)優良的密封性(xing)能,更適(shi)于在純(chun)(chun)水介(jie)質中工(gong)作,應(ying)作為(wei)純(chun)(chun)水支(zhi)架的首(shou)選閥種(zhong)。
(3)抗(kang)污染(ran)能力強、工(gong)(gong)作(zuo)可(ke)靠(kao)。支架(jia)工(gong)(gong)作(zuo)在采煤(mei)面,介質污染(ran)程度高,使(shi)閥芯(xin)磨(mo)損嚴(yan)重,縮(suo)短了閥的(de)使(shi)用壽命,由此也(ye)導致(zhi)了支架(jia)的(de)各種故障(zhang),使(shi)工(gong)(gong)作(zuo)可(ke)靠(kao)性降(jiang)低,增加了維護時間,降(jiang)低了工(gong)(gong)作(zuo)面的(de)生產率。插裝閥的(de)閥芯(xin)和閥套間無嚴(yan)格的(de)配(pei)合要(yao)求,磨(mo)損輕,不(bu)易堵(du)塞(sai),也(ye)不(bu)會(hui)產生液壓卡緊現象,在介質較臟時仍能保證支架(jia)液壓系統(tong)正常、可(ke)靠(kao)地工(gong)(gong)作(zuo)。
(4)滿足某(mou)些特殊(shu)工況的(de)(de)需要(yao)。如用于周期來(lai)壓強烈的(de)(de)堅硬且難(nan)以冒落頂板(ban)的(de)(de)支撐式(shi)支架,在老頂突然來(lai)壓時,立柱下(xia)腔控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)閥(fa)(fa)(fa)中的(de)(de)安(an)全(quan)(quan)閥(fa)(fa)(fa),要(yao)通過(guo)很大(da)的(de)(de)瞬時流(liu)(liu)量,普通安(an)全(quan)(quan)閥(fa)(fa)(fa)的(de)(de)通流(liu)(liu)能(neng)力遠不(bu)能(neng)滿足通流(liu)(liu)要(yao)求,因(yin)而(er)(er)專門設計了充氣式(shi)大(da)流(liu)(liu)量安(an)全(quan)(quan)閥(fa)(fa)(fa),來(lai)適應這(zhe)種工況。但(dan)該(gai)種閥(fa)(fa)(fa)的(de)(de)結構(gou)復雜,制(zhi)(zhi)(zhi)造難(nan)度(du)大(da),裝配要(yao)求高,工作可(ke)靠性差,很難(nan)滿足使用要(yao)求。而(er)(er)且,立柱下(xia)腔還要(yao)裝設普通安(an)全(quan)(quan)閥(fa)(fa)(fa)來(lai)適應正(zheng)常工況的(de)(de)需要(yao),這(zhe)無(wu)疑會增加元件(jian)數量和制(zhi)(zhi)(zhi)造成(cheng)本。而(er)(er)采(cai)用插裝式(shi)溢流(liu)(liu)閥(fa)(fa)(fa),則能(neng)很容易解決這(zhe)一難(nan)題,又會使系統(tong)簡(jian)化。
2、工作原理分析
基(ji)于(yu)上述分析,提出了用插裝(zhuang)閥設(she)計(ji)電液控制(zhi)支(zhi)架(jia)液壓系(xi)統(tong)的設(she)計(ji)思(si)想和(he)方案(an),其工作(zuo)原理如圖1所示。該系(xi)統(tong)由電氣和(he)液壓兩(liang)部分組成,內儲支(zhi)架(jia)動(dong)作(zuo)程(cheng)序的微型計(ji)算機(中(zhong)央和(he)支(zhi)架(jia)控制(zhi)器(qi))發(fa)出指令后(hou),插裝(zhuang)式方向(xiang)閥中(zhong)的電磁先導閥先動(dong)作(zuo),啟閉相應的兩(liang)通(tong)錐(zhui)閥,接通(tong)或(huo)斷開立柱或(huo)推移(yi)千斤(jin)頂(ding)的油路,使之按照一定(ding)順序動(dong)作(zuo)。立柱或(huo)推移(yi)千斤(jin)頂(ding)的工作(zuo)狀況由壓力和(he)位移(yi)傳感器(qi)反饋(kui)到控制(zhi)器(qi),控制(zhi)器(qi)根據反饋(kui)信號決定(ding)下一個動(dong)作(zuo)。
由(you)于中(zhong)央(yang)控(kong)制器(qi)和支架控(kong)制器(qi)相(xiang)互聯網,故從中(zhong)央(yang)控(kong)制器(qi)或各架的(de)控(kong)制器(qi)都可以控(kong)制工作面(mian)任何一架支架的(de)動作。
中央控(kong)制(zhi)器的(de)作用是控(kong)制(zhi)和(he)協調每(mei)臺(tai)(tai)支(zhi)架的(de)控(kong)制(zhi)器。此外,還能自(zi)(zi)動(dong)編程,修改系統參數(shu),監測每(mei)臺(tai)(tai)支(zhi)架的(de)工作狀(zhuang)況,顯示采(cai)煤機運行速度等。它可對(dui)支(zhi)架的(de)各個動(dong)作進行單獨控(kong)制(zhi)、順序(xu)控(kong)制(zhi)、成組(zu)控(kong)制(zhi)和(he)全自(zi)(zi)動(dong)控(kong)制(zhi)。
支(zhi)架(jia)控(kong)制器(qi)通過插裝式方向(xiang)閥直接控(kong)制所在支(zhi)架(jia),同時(shi)將傳(chuan)感器(qi)采集(ji)的(de)工況數據向(xiang)其它(ta)支(zhi)架(jia)和中央(yang)控(kong)制器(qi)發送。支(zhi)架(jia)液壓系統在接收到信號后(hou),將完成下列動作過程:
(1)升架(jia)立柱(zhu)的(de)(de)(de)(de)動作(zuo)由插裝式方(fang)向(xiang)閥(fa)(fa)(fa)8控(kong)制,當方(fang)向(xiang)閥(fa)(fa)(fa)8中(zhong)先(xian)導閥(fa)(fa)(fa)的(de)(de)(de)(de)電磁鐵1YA通(tong)電,2YA斷電時,該閥(fa)(fa)(fa)切換(huan)到(dao)左(zuo)位,4個(ge)2通(tong)閥(fa)(fa)(fa)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)b和d的(de)(de)(de)(de)上腔(qiang)通(tong)壓(ya)力油,處于(yu)關閉狀(zhuang)態,a和c的(de)(de)(de)(de)上腔(qiang)通(tong)油箱,處于(yu)開啟狀(zhuang)態,泵站提供的(de)(de)(de)(de)壓(ya)力液(ye)經2通(tong)閥(fa)(fa)(fa)c和液(ye)控(kong)單向(xiang)閥(fa)(fa)(fa)(此時液(ye)控(kong)單向(xiang)閥(fa)(fa)(fa)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)二位三通(tong)先(xian)導閥(fa)(fa)(fa)處于(yu)圖示(shi)位置(zhi),工作(zuo)同于(yu)普通(tong)單向(xiang)閥(fa)(fa)(fa))中(zhong)的(de)(de)(de)(de)2通(tong)閥(fa)(fa)(fa)進(jin)入立柱(zhu)的(de)(de)(de)(de)下腔(qiang),立柱(zhu)上腔(qiang)的(de)(de)(de)(de)乳化液(ye)經方(fang)向(xiang)閥(fa)(fa)(fa)8中(zhong)的(de)(de)(de)(de)二通(tong)閥(fa)(fa)(fa)a回液(ye),立柱(zhu)伸出,實現升架(jia)。
立(li)柱(zhu)的(de)(de)無桿腔油路上(shang)設有插裝(zhuang)式(shi)液控單(dan)向閥(fa)(fa)(fa)和溢(yi)(yi)流(liu)(liu)閥(fa)(fa)(fa)組(zu)(zu)成的(de)(de)控制閥(fa)(fa)(fa)組(zu)(zu),當(dang)頂梁(liang)接觸頂板,立(li)柱(zhu)下腔的(de)(de)壓(ya)(ya)力(li)上(shang)升到泵站卸(xie)(xie)載(zai)壓(ya)(ya)力(li)時,液控單(dan)向閥(fa)(fa)(fa)關(guan)(guan)閉(bi),支(zhi)架(jia)達(da)到初撐(cheng)力(li);此后(hou),隨著頂板的(de)(de)下沉,使立(li)柱(zhu)下腔的(de)(de)壓(ya)(ya)力(li)上(shang)升到溢(yi)(yi)流(liu)(liu)閥(fa)(fa)(fa)的(de)(de)調定開啟壓(ya)(ya)力(li)時,溢(yi)(yi)流(liu)(liu)閥(fa)(fa)(fa)開啟卸(xie)(xie)載(zai),立(li)柱(zhu)下腔的(de)(de)壓(ya)(ya)力(li)又(you)降低(di),當(dang)立(li)柱(zhu)下腔的(de)(de)壓(ya)(ya)力(li)降低(di)到溢(yi)(yi)流(liu)(liu)閥(fa)(fa)(fa)的(de)(de)閉(bi)合壓(ya)(ya)力(li)時,溢(yi)(yi)流(liu)(liu)閥(fa)(fa)(fa)又(you)關(guan)(guan)閉(bi)。此后(hou),將重復上(shang)述過程,使立(li)柱(zhu)下腔的(de)(de)壓(ya)(ya)力(li)在(zai)溢(yi)(yi)流(liu)(liu)閥(fa)(fa)(fa)的(de)(de)調定值附近變化,支(zhi)架(jia)工作在(zai)恒阻(zu)支(zhi)撐(cheng)狀態。由于(yu)插裝(zhuang)閥(fa)(fa)(fa)的(de)(de)響應(ying)速度快,使立(li)柱(zhu)下腔壓(ya)(ya)力(li)變化小(xiao),支(zhi)架(jia)的(de)(de)恒阻(zu)支(zhi)撐(cheng)性好,利于(yu)頂板的(de)(de)管理(li)。
該系統在支架的(de)(de)(de)升架過程中也實現了初撐(cheng)、增阻和恒阻3個階段,初撐(cheng)力的(de)(de)(de)大(da)小(xiao)由泵站壓力決定(ding),工作阻力的(de)(de)(de)大(da)小(xiao)由溢流(liu)閥的(de)(de)(de)調定(ding)壓力決定(ding)。
(2)降架當使(shi)插(cha)裝(zhuang)式方向(xiang)閥(fa)8中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)先(xian)導(dao)閥(fa)的(de)(de)(de)電磁鐵(tie)2YA通(tong)(tong)(tong)(tong)電,1YA斷電時(shi),該閥(fa)切換到右(you)位(wei),4個二通(tong)(tong)(tong)(tong)閥(fa)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)a和(he)(he)c的(de)(de)(de)上(shang)腔通(tong)(tong)(tong)(tong)壓力油(you),處于(yu)關閉狀態,b和(he)(he)d的(de)(de)(de)上(shang)腔通(tong)(tong)(tong)(tong)油(you)箱,處于(yu)開啟狀態,泵站提供(gong)的(de)(de)(de)壓力液(ye)經二通(tong)(tong)(tong)(tong)閥(fa)b進(jin)入立柱(zhu)的(de)(de)(de)上(shang)腔,同(tong)時(shi)將液(ye)控單(dan)向(xiang)閥(fa)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)先(xian)導(dao)閥(fa)切換到右(you)位(wei),使(shi)其中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)二通(tong)(tong)(tong)(tong)閥(fa)的(de)(de)(de)上(shang)腔通(tong)(tong)(tong)(tong)油(you)箱,處于(yu)開啟狀態,立柱(zhu)下腔的(de)(de)(de)油(you)液(ye)經液(ye)控單(dan)向(xiang)閥(fa)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)二通(tong)(tong)(tong)(tong)閥(fa)回(hui)液(ye),立柱(zhu)縮回(hui),實現降架。
降架(jia)結束后,將方向閥中先(xian)導閥置于圖示中間閥位(1YA和(he)2YA均(jun)斷電(dian)),此時,4個(ge)二通(tong)閥的(de)上腔(qiang)均(jun)通(tong)壓力(li)油,處(chu)于關閉狀(zhuang)態(tai),立柱的(de)兩腔(qiang)油路也均(jun)被封閉,支架(jia)停留在某一(yi)高(gao)度位置,準備移架(jia)
(3)推溜和移架推移千(qian)斤頂的(de)(de)(de)動作由插裝(zhuang)式方向閥(fa)9控制(zhi),當將方向閥(fa)中(zhong)的(de)(de)(de)先導閥(fa)置于右(you)位(4YA通(tong)電(dian),3YA斷(duan)電(dian))和左位(3YA通(tong)電(dian),4YA斷(duan)電(dian)時)時,分別(bie)控制(zhi)著推移千(qian)斤頂活塞桿的(de)(de)(de)伸(shen)出和縮回,實(shi)現推溜和移架。推移動作完成后,將先導閥(fa)置于中(zhong)位(3YA和4YA斷(duan)電(dian)),4個二(er)通(tong)閥(fa)e、f、g、h的(de)(de)(de)上(shang)腔均通(tong)壓力油,處于關閉(bi)狀(zhuang)態,推移千(qian)斤頂的(de)(de)(de)兩腔油路均被封閉(bi),推移動作停止(zhi)。在(zai)接到新的(de)(de)(de)指令后,支架將開(kai)始下一個動作循環。
當將方向閥(fa)中的(de)電磁(ci)先導閥(fa)換(huan)成手動閥(fa)時,即能(neng)用(yong)插(cha)裝(zhuang)(zhuang)閥(fa)設計現有手動控制方式支(zhi)(zhi)架(jia)(jia)(jia)的(de)液(ye)(ye)(ye)壓(ya)系統,以改善(shan)支(zhi)(zhi)架(jia)(jia)(jia)的(de)工(gong)作(zuo)性(xing)能(neng)、提(ti)高其(qi)工(gong)作(zuo)可靠(kao)性(xing)。分析(xi)表明,用(yong)插(cha)裝(zhuang)(zhuang)閥(fa)設計的(de)電液(ye)(ye)(ye)控制支(zhi)(zhi)架(jia)(jia)(jia)的(de)液(ye)(ye)(ye)壓(ya)系統,能(neng)滿足支(zhi)(zhi)架(jia)(jia)(jia)的(de)工(gong)作(zuo)要求,基于同(tong)樣的(de)原理,可用(yong)插(cha)裝(zhuang)(zhuang)閥(fa)設計出所有類(lei)型(xing)和型(xing)號的(de)液(ye)(ye)(ye)壓(ya)支(zhi)(zhi)架(jia)(jia)(jia)的(de)液(ye)(ye)(ye)壓(ya)系統。
3、可行性分析
(1)插裝閥的(de)性能特點適(shi)合液壓支架的(de)工(gong)況,能滿足其(qi)使用(yong)要求(qiu)。
(2)現(xian)代支架(jia)液(ye)(ye)壓(ya)(ya)系(xi)統(tong)(tong)中(zhong)所使用的各種閥(fa)件的功(gong)能均可(ke)用相應的插(cha)裝(zhuang)閥(fa)實現(xian),用插(cha)裝(zhuang)閥(fa)可(ke)設(she)計(ji)所有類(lei)型和型號的電液(ye)(ye)控制支架(jia)的液(ye)(ye)壓(ya)(ya)系(xi)統(tong)(tong)。
(3)插(cha)裝(zhuang)閥易于集(ji)成的(de)優點,可使(shi)控(kong)制閥組的(de)結構較(jiao)為緊湊,便于安裝(zhuang)。
(4)已有成熟(shu)的(de)電(dian)(dian)液(ye)控制(zhi)(zhi)系統和防爆型電(dian)(dian)液(ye)控制(zhi)(zhi)元件可供選(xuan)用。
(5)插裝(zhuang)閥(fa)元件(jian)的生產已形(xing)成系(xi)列(lie)化和通用(yong)化,制造和使用(yong)成本相對較(jiao)低。
用插裝閥設計和裝配支架液壓系(xi)統,在技(ji)術上無(wu)障礙,經濟上可行。
4、結語
(1)插裝閥便于(yu)實現電液控制(zhi)、通(tong)(tong)流(liu)能力大和響(xiang)應快的(de)優點(dian)尤(you)其(qi)適應采用電液控制(zhi)的(de)液壓(ya)支架的(de)工(gong)況(kuang),用其(qi)設計的(de)支架液壓(ya)系統,性能優越,能滿(man)足使用要求和快速移架的(de)需要,利(li)于(yu)實現通(tong)(tong)用化(hua)、系列(lie)化(hua)和標準(zhun)化(hua)。
(2)插裝(zhuang)閥優(you)良的密(mi)封(feng)性能,更適于在采用(yong)純(chun)水介(jie)質的純(chun)水支(zhi)架中應用(yong)。
(3)插(cha)裝閥(fa)的抗污染能力強,在介(jie)質較(jiao)臟時,不易(yi)堵塞,磨損(sun)較(jiao)輕,可延長(chang)閥(fa)類元件的使(shi)用壽(shou)命,減少(shao)故(gu)障,提高支架液壓(ya)系(xi)統的工(gong)作可靠性。
(4)用插(cha)裝閥設計電液(ye)控制支(zhi)架(jia)的液(ye)壓系(xi)統(tong),順應生(sheng)產(chan)要求,符合綜采(cai)工作面頂(ding)板支(zhi)護技(ji)術和流(liu)體(ti)傳動(dong)技(ji)術的發展趨(qu)勢,技(ji)術上(shang)無障礙,經濟上(shang)可行,值得推廣。
