插裝閥在電液控制支架液壓系統中的應用
討論了插裝閥在電液控制支架液壓系統中的應用依據和前景,提出了設計方案,分析了工作原理。認為插裝閥通流能力大、響應快,采用電液先導控制,特別適合于該種支架的工況,符合技術發展趨勢,值得推廣。
關鍵詞:插裝閥;電液控制;支架;液壓系統
1、應用依據分析
移架速度低已成為制約綜采產量的一個重要因素。為加快移架速度,在支架的液壓系統中采用插裝閥。插裝式方向閥也是采用電磁閥作為先導閥,對主閥（錐閥）進行先導控制,控制原理等同于電液操縱閥,但插裝閥的通流能力（可達10000l/min以上）大、響應快、工作可靠等突出優點,是管式閥*的,使其更適于在支架的電液控制系統中使用,而無需研制采用電磁先導控制的大流量主閥,既能滿足使用要求,又可改善工作性能,提高通用化程度,從根本上解決由管式閥固有缺陷所產生的問題。
此外,采用插裝閥設計支架液壓系統還具有下列優勢:
（1）插裝閥的優點十分適合支架的工況。液壓支架的工況特點是:介質粘度低、工作壓力高、流量大、工作環境惡劣、介質污染嚴重。插裝閥的長處能得到充分發揮。
（2）符合流體傳動技術的發展趨勢。為降低使用成本,消除環境污染,流體傳動技術正向著使用純水介質方向發展。液壓支架是用同純水性質比較接近的高水基乳化液作為工作介質,很有可能成為該技術發展成果的受益者,正趨向于采用純水工作介質。由于水的粘度低,要求閥的密封性好,以提高系統的效率。插裝閥采用錐面密封,具有優良的密封性能,更適于在純水介質中工作,應作為純水支架的閥種。
（3）抗污染能力強、工作可靠。支架工作在采煤面,介質污染程度高,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,也不會產生液壓卡緊現象,在介質較臟時仍能保證支架液壓系統正常、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,立柱下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,因而專門設計了充氣式大流量安全閥,來適應這種工況。但該種閥的結構復雜,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,立柱下腔還要裝設普通安全閥來適應正常工況的需要,這無疑會增加元件數量和制造成本。而采用插裝式溢流閥,則能很容易解決這一難題,又會使系統簡化。
2、工作原理分析
基于上述分析,提出了用插裝閥設計電液控制支架液壓系統的設計思想和方案,其工作原理如圖1所示。該系統由電氣和液壓兩部分組成,內儲支架動作程序的微型計算機（中央和支架控制器）發出指令后,插裝式方向閥中的電磁先導閥先動作,啟閉相應的兩通錐閥,接通或斷開立柱或推移千斤頂的油路,使之按照一定順序動作。立柱或推移千斤頂的工作狀況由壓力和位移傳感器反饋到控制器,控制器根據反饋信號決定下一個動作。
由于中央控制器和支架控制器相互聯網,故從中央控制器或各架的控制器都可以控制工作面任何一架支架的動作。
中央控制器的作用是控制和協調每臺支架的控制器。此外,還能自動編程,修改系統參數,監測每臺支架的工作狀況,顯示采煤機運行速度等。它可對支架的各個動作進行單獨控制、順序控制、成組控制和全自動控制。
支架控制器通過插裝式方向閥直接控制所在支架,同時將傳感器采集的工況數據向其它支架和中央控制器發送。支架液壓系統在接收到信號后,將完成下列動作過程:
（1）升架立柱的動作由插裝式方向閥8控制,當方向閥8中先導閥的電磁鐵1ya通電,2ya斷電時,該閥切換到左位,4個2通閥中的b和d的上腔通壓力油,處于關閉狀態,a和c的上腔通油箱,處于開啟狀態,泵站提供的壓力液經2通閥c和液控單向閥（此時液控單向閥中的二位三通先導閥處于圖示位置,工作同于普通單向閥）中的2通閥進入立柱的下腔,立柱上腔的乳化液經方向閥8中的二通閥a回液,立柱伸出,實現升架。
立柱的無桿腔油路上設有插裝式液控單向閥和溢流閥組成的控制閥組,當頂梁接觸頂板,立柱下腔的壓力上升到泵站卸載壓力時,液控單向閥關閉,支架達到初撐力;此后,隨著頂板的下沉,使立柱下腔的壓力上升到溢流閥的調定開啟壓力時,溢流閥開啟卸載,立柱下腔的壓力又降低,當立柱下腔的壓力降低到溢流閥的閉合壓力時,溢流閥又關閉。此后,將重復上述過程,使立柱下腔的壓力在溢流閥的調定值附近變化,支架工作在恒阻支撐狀態。由于插裝閥的響應速度快,使立柱下腔壓力變化小,支架的恒阻支撐性好,利于頂板的管理。
該系統在支架的升架過程中也實現了初撐、增阻和恒阻3個階段,初撐力的大小由泵站壓力決定,工作阻力的大小由溢流閥的調定壓力決定。
（2）降架當使插裝式方向閥8中先導閥的電磁鐵2ya通電,1ya斷電時,該閥切換到右位,4個二通閥中的a和c的上腔通壓力油,處于關閉狀態,b和d的上腔通油箱,處于開啟狀態,泵站提供的壓力液經二通閥b進入立柱的上腔,同時將液控單向閥中的先導閥切換到右位,使其中二通閥的上腔通油箱,處于開啟狀態,立柱下腔的油液經液控單向閥中的二通閥回液,立柱縮回,實現降架。
降架結束后,將方向閥中先導閥置于圖示中間閥位（1ya和2ya均斷電）,此時,4個二通閥的上腔均通壓力油,處于關閉狀態,立柱的兩腔油路也均被封閉,支架停留在某一高度位置,準備移架
（3）推溜和移架推移千斤頂的動作由插裝式方向閥9控制,當將方向閥中的先導閥置于右位（4ya通電,3ya斷電）和左位（3ya通電,4ya斷電時）時,分別控制著推移千斤頂活塞桿的伸出和縮回,實現推溜和移架。推移動作完成后,將先導閥置于中位（3ya和4ya斷電）,4個二通閥e、f、g、h的上腔均通壓力油,處于關閉狀態,推移千斤頂的兩腔油路均被封閉,推移動作停止。在接到新的指令后,支架將開始下一個動作循環。
當將方向閥中的電磁先導閥換成手動閥時,即能用插裝閥設計現有手動控制方式支架的液壓系統,以改善支架的工作性能、提高其工作可靠性。分析表明,用插裝閥設計的電液控制支架的液壓系統,能滿足支架的工作要求,基于同樣的原理,可用插裝閥設計出所有類型和型號的液壓支架的液壓系統。
3、可行性分析
（1）插裝閥的性能特點適合液壓支架的工況,能滿足其使用要求。
（2）現代支架液壓系統中所使用的各種閥件的功能均可用相應的插裝閥實現,用插裝閥可設計所有類型和型號的電液控制支架的液壓系統。
（3）插裝閥易于集成的優點,可使控制閥組的結構較為緊湊,便于安裝。
（4）已有成熟的電液控制系統和防爆型電液控制元件可供選用。
（5）插裝閥元件的生產已形成系列化和通用化,制造和使用成本相對較低。
用插裝閥設計和裝配支架液壓系統,在技術上無障礙,經濟上可行。
4、結語
（1）插裝閥便于實現電液控制、通流能力大和響應快的優點尤其適應采用電液控制的液壓支架的工況,用其設計的支架液壓系統,性能優越,能滿足使用要求和快速移架的需要,利于實現通用化、系列化和標準化。
（2）插裝閥優良的密封性能,更適于在采用純水介質的純水支架中應用。
（3）插裝閥的抗污染能力強,在介質較臟時,不易堵塞,磨損較輕,可延長閥類元件的使用壽命,減少故障,提高支架液壓系統的工作可靠性。
（4）用插裝閥設計電液控制支架的液壓系統,順應生產要求,符合綜采工作面頂板支護技術和流體傳動技術的發展趨勢,技術上無障礙,經濟上可行,值得推廣。
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1、應用依據分析
移架速度低已成為制約綜采產量的一個重要因素。為加快移架速度,在支架的液壓系統中采用插裝閥。插裝式方向閥也是采用電磁閥作為先導閥,對主閥（錐閥）進行先導控制,控制原理等同于電液操縱閥,但插裝閥的通流能力（可達10000l/min以上）大、響應快、工作可靠等突出優點,是管式閥*的,使其更適于在支架的電液控制系統中使用,而無需研制采用電磁先導控制的大流量主閥,既能滿足使用要求,又可改善工作性能,提高通用化程度,從根本上解決由管式閥固有缺陷所產生的問題。
此外,采用插裝閥設計支架液壓系統還具有下列優勢:
（1）插裝閥的優點十分適合支架的工況。液壓支架的工況特點是:介質粘度低、工作壓力高、流量大、工作環境惡劣、介質污染嚴重。插裝閥的長處能得到充分發揮。
（2）符合流體傳動技術的發展趨勢。為降低使用成本,消除環境污染,流體傳動技術正向著使用純水介質方向發展。液壓支架是用同純水性質比較接近的高水基乳化液作為工作介質,很有可能成為該技術發展成果的受益者,正趨向于采用純水工作介質。由于水的粘度低,要求閥的密封性好,以提高系統的效率。插裝閥采用錐面密封,具有優良的密封性能,更適于在純水介質中工作,應作為純水支架的閥種。
（3）抗污染能力強、工作可靠。支架工作在采煤面,介質污染程度高,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,也不會產生液壓卡緊現象,在介質較臟時仍能保證支架液壓系統正常、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,立柱下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,因而專門設計了充氣式大流量安全閥,來適應這種工況。但該種閥的結構復雜,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,立柱下腔還要裝設普通安全閥來適應正常工況的需要,這無疑會增加元件數量和制造成本。而采用插裝式溢流閥,則能很容易解決這一難題,又會使系統簡化。
2、工作原理分析
基于上述分析,提出了用插裝閥設計電液控制支架液壓系統的設計思想和方案,其工作原理如圖1所示。該系統由電氣和液壓兩部分組成,內儲支架動作程序的微型計算機（中央和支架控制器）發出指令后,插裝式方向閥中的電磁先導閥先動作,啟閉相應的兩通錐閥,接通或斷開立柱或推移千斤頂的油路,使之按照一定順序動作。立柱或推移千斤頂的工作狀況由壓力和位移傳感器反饋到控制器,控制器根據反饋信號決定下一個動作。
由于中央控制器和支架控制器相互聯網,故從中央控制器或各架的控制器都可以控制工作面任何一架支架的動作。
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支架控制器通過插裝式方向閥直接控制所在支架,同時將傳感器采集的工況數據向其它支架和中央控制器發送。支架液壓系統在接收到信號后,將完成下列動作過程:
（1）升架立柱的動作由插裝式方向閥8控制,當方向閥8中先導閥的電磁鐵1ya通電,2ya斷電時,該閥切換到左位,4個2通閥中的b和d的上腔通壓力油,處于關閉狀態,a和c的上腔通油箱,處于開啟狀態,泵站提供的壓力液經2通閥c和液控單向閥（此時液控單向閥中的二位三通先導閥處于圖示位置,工作同于普通單向閥）中的2通閥進入立柱的下腔,立柱上腔的乳化液經方向閥8中的二通閥a回液,立柱伸出,實現升架。
立柱的無桿腔油路上設有插裝式液控單向閥和溢流閥組成的控制閥組,當頂梁接觸頂板,立柱下腔的壓力上升到泵站卸載壓力時,液控單向閥關閉,支架達到初撐力;此后,隨著頂板的下沉,使立柱下腔的壓力上升到溢流閥的調定開啟壓力時,溢流閥開啟卸載,立柱下腔的壓力又降低,當立柱下腔的壓力降低到溢流閥的閉合壓力時,溢流閥又關閉。此后,將重復上述過程,使立柱下腔的壓力在溢流閥的調定值附近變化,支架工作在恒阻支撐狀態。由于插裝閥的響應速度快,使立柱下腔壓力變化小,支架的恒阻支撐性好,利于頂板的管理。
該系統在支架的升架過程中也實現了初撐、增阻和恒阻3個階段,初撐力的大小由泵站壓力決定,工作阻力的大小由溢流閥的調定壓力決定。
（2）降架當使插裝式方向閥8中先導閥的電磁鐵2ya通電,1ya斷電時,該閥切換到右位,4個二通閥中的a和c的上腔通壓力油,處于關閉狀態,b和d的上腔通油箱,處于開啟狀態,泵站提供的壓力液經二通閥b進入立柱的上腔,同時將液控單向閥中的先導閥切換到右位,使其中二通閥的上腔通油箱,處于開啟狀態,立柱下腔的油液經液控單向閥中的二通閥回液,立柱縮回,實現降架。
降架結束后,將方向閥中先導閥置于圖示中間閥位（1ya和2ya均斷電）,此時,4個二通閥的上腔均通壓力油,處于關閉狀態,立柱的兩腔油路也均被封閉,支架停留在某一高度位置,準備移架
（3）推溜和移架推移千斤頂的動作由插裝式方向閥9控制,當將方向閥中的先導閥置于右位（4ya通電,3ya斷電）和左位（3ya通電,4ya斷電時）時,分別控制著推移千斤頂活塞桿的伸出和縮回,實現推溜和移架。推移動作完成后,將先導閥置于中位（3ya和4ya斷電）,4個二通閥e、f、g、h的上腔均通壓力油,處于關閉狀態,推移千斤頂的兩腔油路均被封閉,推移動作停止。在接到新的指令后,支架將開始下一個動作循環。
當將方向閥中的電磁先導閥換成手動閥時,即能用插裝閥設計現有手動控制方式支架的液壓系統,以改善支架的工作性能、提高其工作可靠性。分析表明,用插裝閥設計的電液控制支架的液壓系統,能滿足支架的工作要求,基于同樣的原理,可用插裝閥設計出所有類型和型號的液壓支架的液壓系統。
3、可行性分析
（1）插裝閥的性能特點適合液壓支架的工況,能滿足其使用要求。
（2）現代支架液壓系統中所使用的各種閥件的功能均可用相應的插裝閥實現,用插裝閥可設計所有類型和型號的電液控制支架的液壓系統。
（3）插裝閥易于集成的優點,可使控制閥組的結構較為緊湊,便于安裝。
（4）已有成熟的電液控制系統和防爆型電液控制元件可供選用。
（5）插裝閥元件的生產已形成系列化和通用化,制造和使用成本相對較低。
用插裝閥設計和裝配支架液壓系統,在技術上無障礙,經濟上可行。
4、結語
（1）插裝閥便于實現電液控制、通流能力大和響應快的優點尤其適應采用電液控制的液壓支架的工況,用其設計的支架液壓系統,性能優越,能滿足使用要求和快速移架的需要,利于實現通用化、系列化和標準化。
（2）插裝閥優良的密封性能,更適于在采用純水介質的純水支架中應用。
（3）插裝閥的抗污染能力強,在介質較臟時,不易堵塞,磨損較輕,可延長閥類元件的使用壽命,減少故障,提高支架液壓系統的工作可靠性。
（4）用插裝閥設計電液控制支架的液壓系統,順應生產要求,符合綜采工作面頂板支護技術和流體傳動技術的發展趨勢,技術上無障礙,經濟上可行,值得推廣。
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