液壓支架的電液多速智能控制系統(tǒng)設(shè)計

◎劉飛

鑒于煤礦采掘作業(yè)中相關(guān)穩(wěn)定性以及安全性的需要，需要在綜采工作面的液壓管路系統(tǒng)中使用液控單向閥裝置來實現(xiàn)回路通、斷動作的控制，不過此類液控作用的單向閥僅僅具備全開和全關(guān)這兩種工作狀態(tài)，不能對整體液壓系統(tǒng)的管路內(nèi)液壓油的流量進(jìn)行控制，這樣就使得油缸裝置在工作的過程中，整個過程都維持同樣的進(jìn)、出液壓油的流量，此類控制模式通常存在如下的若干缺陷：

1.當(dāng)油缸進(jìn)行相應(yīng)動作的開始時段的啟動壓力以及液壓油的流量都相對較大，對設(shè)備的執(zhí)行機構(gòu)將帶來長時間的沖擊，極易引起銷軸部件因為受到循環(huán)作用的剪切力而發(fā)生斷裂、油缸裝置的接頭座區(qū)域長時間受到?jīng)_擊載荷而失效等問題；

2.當(dāng)油缸在相應(yīng)動作結(jié)束期間，驅(qū)動液壓油流量無法降低，因此運行速度無法相應(yīng)減小，這就造成油缸動作的執(zhí)行過程無法精準(zhǔn)地操控；

3.與此同時，液壓系統(tǒng)的管路元器件的應(yīng)用壽命也可能受到一定程度的影響，并且從環(huán)保的角度來講，節(jié)能效果不佳，對于有限的資源造成不必要的浪費。

一、煤礦井下液壓支架電液多速智能控制規(guī)劃系統(tǒng)設(shè)計研究

煤礦井下液壓支架電、液多速控制系統(tǒng)在通常狀況下是由高壓主管路、電液主控制閥、下部支管、上部支管以及液壓油缸、電液多級調(diào)速閥、本安控制裝置等部件構(gòu)成。當(dāng)高壓液體通過高壓管路進(jìn)入電、液主控制閥裝置的總進(jìn)液口裝置，電、液主控制閥上的工作液入口經(jīng)過下部支管來和油缸裝置的下部腔體相互連通，電、液主控制閥上的另外一個工作液入口進(jìn)過上部支管和油缸部件的上部腔體相互連通，進(jìn)液管路或下部腔體支管部位配備一部電、液多級速控制閥裝置，方便對液壓支架管路內(nèi)部的液壓油的流量進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)。煤礦井下液壓支架結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1煤礦井下液壓支架結(jié)構(gòu)

二、煤礦井下液壓支架液壓傳動系統(tǒng)相關(guān)工作原理研究

此控制系統(tǒng)借助電、液有機結(jié)合的相關(guān)控制工程原理來達(dá)成液壓支架裝置的進(jìn)液流量或者對于油缸執(zhí)行動作的多級速度控制的目的，煤礦井下液壓支架電液多速控制閥工作原理圖如圖2所示。操作人員借助控制裝置來設(shè)定對應(yīng)的執(zhí)行程序，來精確操作電磁閥裝置的開啟動作，當(dāng)油缸在相應(yīng)的執(zhí)行動作的開始時段，液壓控制的單向閥裝置系統(tǒng)將會關(guān)閉，其中的乳化液流過節(jié)流閥芯裝置，管路系統(tǒng)處于小流量供液的狀態(tài)，此時的動作執(zhí)行油缸將會以比較緩慢的速度伸出來，這樣就能最大限度地減緩液壓支架在啟動過程中受到的液壓載荷沖擊；當(dāng)動作執(zhí)行的中間時段，電磁閥裝置將會處在斷電狀態(tài)，液控的單向閥系統(tǒng)處于常開的狀態(tài)，此時系統(tǒng)將會以比較大的流量迅速進(jìn)液，這時油缸機構(gòu)將會以比較高的速度來進(jìn)行相關(guān)的動作；當(dāng)動作執(zhí)行的末段時，電磁閥裝置處于通電的狀態(tài)，液控的單向閥系統(tǒng)處于關(guān)閉的狀態(tài)，管路系統(tǒng)中的進(jìn)液流量比較小，此時執(zhí)行機構(gòu)的動作將會以比較緩慢的速度來運行。如果用油缸推移的控制過程為例，當(dāng)油缸進(jìn)行伸出操作的時候，下部腔體進(jìn)液的過程可以劃分成三個不同的階段：

1.初始階段，電、液多級控制閥裝置內(nèi)的先導(dǎo)閥通常處于開啟（1.15～2.55）秒的狀態(tài)，與此同時操控油缸拉架裝置的電液閥處在初始的工作位置，這是油缸是以緩慢的速度進(jìn)行伸出動作；

2.中間時間的電、液多級速度控制閥內(nèi)的先導(dǎo)閥處在停止?fàn)顟B(tài)，大流量的單向閥系統(tǒng)處在常開位置，程序通常設(shè)為（5.25～6.95）秒，液壓管路中的主油管路大量進(jìn)液，驅(qū)動油缸以較高的速度伸出；

3.末段緩沖閥內(nèi)的先導(dǎo)閥處于開啟狀況，電、液多級控制閥裝置的大流量單向閥系統(tǒng)是截止位置，此時推動油缸動作的電、液閥處于工作位置，管路系統(tǒng)以比較小的流量進(jìn)液，直到油缸整體實現(xiàn)伸出。

圖2煤礦井下液壓支架電液多速控制閥工作原理圖

1.單向節(jié)流閥2.液壓控制單向閥組3.電磁控制閥

三、煤礦井下液壓支架電液多速智能控制閥體基本工作原理研究

煤礦井下液壓支架電、液多級控制閥裝置是由主閥閥體、單向閥系統(tǒng)、先導(dǎo)閥系統(tǒng)等構(gòu)成。主管道和分支管道排布在主閥的閥體內(nèi)部，主管道包括了進(jìn)液的管道、出液的管道及連通這兩個部分的連通腔體，連通腔裝置的內(nèi)部設(shè)置了截止閥機構(gòu)，屬于一類液控的單方向閥系統(tǒng)，分支管道的兩側(cè)分別聯(lián)通進(jìn)液管道以及出液管道；進(jìn)液管道部分與具備先導(dǎo)閥的進(jìn)油口相互連通，先導(dǎo)閥如果在開啟的時候，液控的單向閥系統(tǒng)處在常閉的情況下，先導(dǎo)閥如果處在關(guān)閉的位置，液控的單向閥系統(tǒng)將會是常開的情況。

煤礦井下液壓支架電液多速智能控制閥體在液壓支架液壓傳動系統(tǒng)使用過程中，系統(tǒng)承載壓力的工作液既能夠采用液壓乳化液，也能夠采用純水、化學(xué)組成成分無限接近水的液壓傳動介質(zhì)或者是其他類型的液壓系統(tǒng)傳動介質(zhì)。經(jīng)研究，液壓支架液壓傳動系統(tǒng)的進(jìn)液流通端口與其所對應(yīng)的出液流通端口與液壓系統(tǒng)的液壓管路進(jìn)行行之有效的對接，在液壓系統(tǒng)相關(guān)端口接入至液壓管路的過程中的主要流通道以及細(xì)流通道后，主閥閥體內(nèi)部機構(gòu)通過使用液壓系統(tǒng)控制元器件電磁先導(dǎo)閥可以實現(xiàn)針對液控單向閥進(jìn)行行之有效的合理控制，當(dāng)電磁先導(dǎo)閥處于關(guān)閉狀態(tài)時，主流通道與細(xì)流通道在通常狀況下都是處于開啟的運行狀態(tài)，基于此該液壓系統(tǒng)元器件可以提供巨大流量的乳化液；另外一種情況是當(dāng)電磁先導(dǎo)閥件處于開啟狀態(tài)的過程中，泵站乳化液注入液壓支架的油缸中，此時液壓支架液壓系統(tǒng)的液控單向閥是一直處在常閉狀態(tài)，在將主流通道設(shè)置成關(guān)閉狀態(tài)后，將細(xì)流通道設(shè)置成開啟狀態(tài)，基于此液壓支架相關(guān)液壓傳動系統(tǒng)能夠最大限度地提供小流量的乳化液。

四、煤礦井下液壓支架煤礦安全耐久模擬相關(guān)試驗過程研究

煤礦井下液壓支架煤礦安全耐久模擬相關(guān)裝置在通常狀況下是由液壓支架設(shè)備、護幫板主推桿裝配件以及底座支撐平臺雙向支撐耳座組成，煤礦井下液壓支架相關(guān)耐久安全試驗裝置主要零部件結(jié)構(gòu)如圖3所示。煤礦井下液壓支架煤礦安全耐久模擬相關(guān)裝置在一般情況下指的是用來模擬并收集液壓支架液壓系統(tǒng)推移油缸的相關(guān)重要試驗參數(shù)數(shù)據(jù)。為了能夠精準(zhǔn)的模擬出煤礦井下液壓支架液壓系統(tǒng)推移油缸真實的工作狀況，液壓支架液壓系統(tǒng)推移油缸將其推桿聯(lián)接頭焊接在液壓支架底座平臺的安全支撐耳座上，確保液壓支架液壓系統(tǒng)的推移油缸能夠帶負(fù)載完成推溜動作，進(jìn)而能夠獲得合理可靠的煤礦井下液壓支架煤礦安全耐久模擬相關(guān)試驗試驗數(shù)據(jù)與重要參數(shù)信息。

圖3煤礦井下液壓支架相關(guān)耐久安全試驗裝置主要零部件結(jié)構(gòu)

通過在三個綜采工作面液壓支架煤礦安全耐久模擬相關(guān)試驗周期以內(nèi)配置負(fù)載、安裝帶多速閥體以及帶負(fù)載無多速閥體的最大安全位移量、液壓系統(tǒng)最大安全壓力變化二次曲線以及安裝負(fù)載匹配多速智能閥（安全緩沖與自動啟停）煤礦井下液壓支架設(shè)備的工作原理如圖4所示。根據(jù)圖4相關(guān)試驗結(jié)果進(jìn)行校核與對比研究分析得出，在泵壓參數(shù)信息一致的情況下（液壓支架相關(guān)液壓傳動系統(tǒng)的最大額定安全試驗壓力數(shù)值是27.375兆帕），在使用多速緩沖閥體后，在液壓支架液壓系統(tǒng)千斤頂伸出的單行程以內(nèi)，常規(guī)的一次突然壓力沖擊載荷（平均最大額定安全載荷數(shù)值是10.175兆帕）被分成三次小數(shù)值安全沖擊載荷，當(dāng)中第一次液壓支架液壓系統(tǒng)最大額定安全壓力數(shù)值最高提升至3.375兆帕，隨后第二次提升最高數(shù)值是4.875兆帕，第三次提升最高數(shù)值是6.375兆帕，根據(jù)相關(guān)試驗測試結(jié)果能夠得出，緩沖效果是非常科學(xué)合理的，對液壓支架液壓系統(tǒng)對千斤頂接頭座起到了行之有效的保護作用。通過液壓支架耐久與疲勞測試試驗，得出液壓沖擊已經(jīng)無法使聯(lián)接銷軸發(fā)生形變狀況，進(jìn)而最大限度地確保了液壓支架液壓系統(tǒng)千斤頂?shù)淖畲笫褂脡勖?，增加了維修保養(yǎng)周期。

圖4安裝負(fù)載匹配多速智能閥（安全緩沖與自動啟停）煤礦井下液壓支架設(shè)備的工作原理

五、結(jié)語

綜上所述，本文深入探索分析的煤礦井下液壓支架電液多速智能控制相關(guān)系統(tǒng)，在通常狀況下指的是在液壓支架液壓傳動系統(tǒng)的回路中增加一組電液多速智能控制閥體，借助煤礦本安控制裝置并且參照一定的控制器運算邏輯控制液壓支架液壓系統(tǒng)電磁閥的開啟，實現(xiàn)在液壓支架液壓系統(tǒng)中安裝的各種不同流量的液壓控制單向閥體的開啟與控制，進(jìn)而在最短時間內(nèi)完成液壓支架液壓系統(tǒng)乳化液流量的多速控制模式；通過在同一臺液壓支架液壓系統(tǒng)液壓管路中乳化液流量的調(diào)節(jié)以及針對安裝在液壓油缸內(nèi)部的位移傳感器進(jìn)行相關(guān)重要數(shù)據(jù)信息的采集與控制，能夠最大限度地實現(xiàn)了液壓支架液壓油缸最大安全伸縮位移的精準(zhǔn)控制，在該傳動過程中控制精度能夠可達(dá)10.125毫米之內(nèi)。為我國煤礦機械液壓支架設(shè)備的發(fā)展進(jìn)步打下了堅實的基礎(chǔ)，與此同時也能夠為綜采電液控系統(tǒng)應(yīng)用提供一些參考與借鑒。