机电一体化1班唐先宇论文

1、淮南职业技术学院毕业论文名 称: 液压支架电控系统先导阀的设计系 别： 煤矿机电系 班 级：11机电一体化（1）班 姓 名：唐先宇学 号： 1103253指导教师：吴义顺目 录1 摘要2 -2. 本课题的研究背景及意义3-第一章液压支架电液控制系统-5 -1.1 液压支架电液控制系统的特点- 5 -1.2 液压支架电液控制系统的组成- 6 -第二章液压支架电液控制阀- 9 -2.1 电液控制阀的设计原理- 9-2.2 电液控制阀的结构设计- 11 -2.3 电液控制阀的工作原理- 11 -第三章电液控制阀先导阀的工作原理及设计-13-3.1电磁先导阀的设计原理- 13 -3.2电磁先导阀的结构

2、设计- 13 -3.3电液控制阀先导阀的工作原理- 15 -总结和展望- 16-总结-16 -展望- 16 -参考文献- 17 -摘 要 随着现代科学技术的发展，液压支架电液控制技术也得到了很大的发展。然而 , 这项技术在我国的发展却相对缓慢，国内液压支架电液控制系统目前主要从国外引进，进口电液控制系统价格昂贵，维护维修成本高，导致液压支架成本的急剧增加。作为电液控制系统的核心组件之一，电液控制阀国产化，成为当前的工作重心。本课题主要内容是对控制阀中的电磁先导阀进行设计创新。关键词：液压支架；电液控制；电磁先导阀 本课题的研究背景及意义煤炭是我国的主要能源，是国民经济和社会发展不可缺少的物质基

3、础。我国煤炭资源丰富，煤炭资源分布面积约60多万平方公里，占国土面积的6。根据第三次全国煤炭资源预测与评价，全国煤炭资源总量557万亿吨，煤炭资源潜力巨大，煤炭资源总量居世界第一。国务院制订的能源中长期发展规划纲要(20042020)(草案)指出“要大力调整优化能源结构，坚持以煤炭为主体，电力为中心，油气和新能源全面发展的战略”。鉴于我国“多煤、贫油、少气(天然气)”的特点，在今后相当长的一段时间内，能源结构仍然以煤炭为主，煤炭在一次能源消耗中占70左右，在我国能源结构上占主要地位，有举足轻重的作用。根据“十一五”计划，国家将建成140个高效安全的现代化矿井，国家将加大对煤矿建设项目的支持力度

4、，已先后有17个煤炭建设项目，由国家开发银行出具贷款承诺，还将100多个高档普采工作面升为综采工作面，100多个普采工作面升为高档普采工作面。这样，中国大型煤矿采掘机械化程度将达到95，中型煤矿的机械化程度将达到80以上；大型煤矿国内先进水平装备率将达到20，国际先进水平装备率将达到6；中型煤矿国内先进水平装备率将达到10；小型煤矿机械化、半机械化程度将达30以上。据此分析，随着煤炭需求的急剧增长，上述煤矿采掘机械化指标还会有所突破，这为液压支架的发展提供了广阔的市场前景。作为综采液压支架的核心电液控制系统一直掌握在国外少数几个大公司手中，如德国DBT公司PM4、MARCO公司PM31、美国J

5、OY公司RS20。进口电液控制系统价格昂贵，维护维修成本高，配件供应周期长，导致液压支架成本的急剧增加。目前，中国国有重点煤矿的综采工作面数已逾数百个，全部靠进口国外的整套系统是不现实的，这严重限制了液压支架电液控制技术在煤矿开采中的推广。因而，为了实现国家提出在“十一五”期间的目标，必须加大液压支架电液控制系统的国产化力度，降低液压支架成本，为煤矿开采机械化打下基础。应用计算机技术与电磁液压阀组，组成煤矿井下液压支架电液控制系统，替代传统的液压支架手动操纵液压阀控制，使液压支架的操作灵活、快捷。这种全新的电液控制系统将支架的全部动作按计算机相对应的指令运行，这一新技术的应用，配合液压支架与采

6、煤机、刮板输送机之间的约束关系，实现了综合机械化采煤工作面的高产、高效、安全、全自动化生产。电液控制系统的发展是与控制策略的最新发展密切相关的。由于电液控制系统往往是复杂的非线性系统，严格意义上讲还是时变的。为了获得高精度、高响应、高可靠性以及好的鲁棒性，必须有与之相适应的控制策略。多年来，从传统的PID控制、自适应控制，到变结构控制、鲁捧控制、智能控制，诸多新颖的控制手段得到了不断发展和完善，为电液控制系统在各领域的不断推广使用奠定了基础。第一章 液压支架电液控制系统1.1 液压支架电液控制系统的特点液压支架电液控制系统是微电子计算机和液压控制技术相结合的产物，是机电一体化的高科技产品 它是

7、综采工作面实现自动化的基础，它和手动控制系统相比有如下优点。（1）系统能实现远程程序控制， 操作人员可以根据采煤机的割煤方向选择最佳的位置，避免了操作人员的伤亡事故，同时也降低了粉尘对身体的危害。（2）大幅度提高了支架的推移速度，目前国内液压支架普遍采用手动控制，其推移速度除受系统流量和液压元件过流能力的限制外，工人在架间的移动速度也对其有直接的影响，这种影响在薄煤层中显得尤为突出。（3）保证液压支架额定初撑力，电液控制系统可以通过压力传感器反馈信号或通过延长控制电磁先导阀的供电时间来实现支架初撑力自保，保证额定初撑力，减少了立柱的增阻所需时间，提高了支护效率，而且全工作面支架初撑力均匀一致，

8、改善了顶板的管理。（4）采用电液控制系统，在移架过程中，易于实现带压移架，减少了工作面顶板对液压支架产生频繁的冲击载荷，保护顶板围岩的稳定，延长液压支架的使用寿命。（5）移架步距准确，切顶线整齐，改善了支护效果，并且使刮板输送机和整个工作面直线性好，采煤机截深准确，改善了刮板输送机和采煤机的工况，另外多架同时推溜，使刮板输送机缓慢弯曲，避免溜槽连接处产生过大的应力。（6）灵活选择多种控制方式，对各种困难的地质条件和局部特殊地质构造都能适用，特别是适用于薄煤层和急倾斜煤层工作面。（7）减少支护滞后时间，避免了顶板局部破碎。（8）电液控制系统可与采煤机和刮板输送机的自动控制系统配合联动， 实现全自

9、动化综采工作面支架与采煤机的运行状态和数据可以传输到巷道中主控制台和地面中央控制中心，便于实现整个矿井自动化管理。1.2支架电液控制系统的结构组成图1.1 支架电液控制系统组成支架电液控制系统组成如图1.1所示。它主要由电源、主控制台、支架控制箱、液电信号转换元件 (压力、位移传感器等) 、电液控制阀组、液压系统等组成。下面介绍三种常见的控制系统：A双向邻架控制系统。综采工作面每一支架都配有架控箱， 操作者通过支架架控箱选择邻架控制方式， 然后根据指令发出相应控制命令，即给出电信号，使邻架上对应的电磁铁或微电机动作， 让电信号转化为液压信号，控制主控阀开启， 向支架液压缸供液， 实现邻架支架相

10、应的动作。 支架工作状态由位移传感器和压力传感器反馈回架控箱， 架控箱再根据传感器反馈信号来决定支架的下一个动作。B双向成组控制系统。将工作面的支架编为若干组， 在本组内首架上由操作人员按动架控箱的启动键， 发出一个指令， 邻架就按预定程序动作， 移架完成后自动发出控制信号给下一架控箱， 下一架开始动作。依此类推， 实现组内支架的自动控制。C全工作面自动控制系统。功能完善的电液控制系统设有主控制台、 红外线装置， 能实现支架与采煤机联动的全工作面自动化控制，其原理为B 每一支架上的架控箱均与主控制台联网， 当支架红外线接受装置收到采煤机红外线发射器发出的位置信号后，反馈给主控制台， 主控制台根

11、据反馈信号发出指令， 使相应的支架动作。2.3 支架电液控制系统的功能和要求支架电液控制系统必须满足工作面安全操作和自动控制的要求, 其系统主要功能要求如下:(1) 单架单动作双向按键控制 , 操作者可以在工作面内任一台支架 SCU 上控制左、右邻架每一个单独动作。(2) 实现支架的降柱2移架2升柱双向邻架擦顶程序控制。(3) 实现全工作面双向顺序控制。(4) 实现全工作面双向顺序成组控制。(5) 故障时在任一架上使整个系统停止工作。(6) 实现程序控制时各动作由相应传感器反馈信号控制 , 传感器不工作时 , 各动作由时间控制。(7) 成组控制时每组架数可以按需要调整 , 一般最多15架 ,

12、最少1架。(8) 顺序或成组控制时 , 已移架立柱初撑力需达到25MPa 时方可降下架立柱。(9) 实现调齐支架和输送机位置的全工作面调控功能。(10) 擦顶移架时 , 立柱下腔压力可以调整。(11) 实现移架和推输送机的一次到位或多次到位定量推移 , 可通过推移千斤顶的行程编程而实现采煤机斜切进刀。(12) 实现支架与采煤机联动的全工作面自动控制。(13) 电控程序可根据工作面实际需要而随时进行调整。(14) 有查询、显示支架主要参数和信息传输的功能。(15) 完成一架的降、移、升总时间 < 8s。(16) 各架上有故障报警信号、紧急停止按钮、动作显示信号和充分、必要的安全功能及故障诊

13、断功能。第二章 液压支架电液控制阀2.1电液控制阀的设计原理电液控制阀动作频繁 , 对工作可靠性和操作寿命要求很高。目前 , 国外先进电液控制阀的寿命试验次数已超过200万次。本课题的控制阀是先导式二位三通的电磁换向阀它吸收了国外先进结构的特点并结合我国国情而研制的一种新型矿用液压支架电磁阀，它由电磁先导阀及主阀组成，按一定的程序通过控制各个液压干斤顶，实现液压支架的备顺动作。为满足装置的工作需要，电磁先导阀需要能够在通电时保持开启，在中央控制器按照内储的支架动作程序发出指令后，电磁先导阀动作，通过控制液压油来控制主阀。根据课题的改进，将先导阀的控制口油路由原来的斜路改为直路，并对控制口，进油

14、口，回油口位置进行相应的优化，达到加工简单，结构优化的目的。2.2 电液控制阀的结构设计本课题的电液控制阀总体是由电磁先导阀和与其相通的主阀所组成，结构总体设计如图2.1所示：图2.1 控制阀结构图1主阀；2先导阀；3先导阀阀芯；4主阀阀芯；5电磁铁其中主阀阀芯是液控二位三通换向阀，经由控制压力控制，用于煤矿液压支架的控制，本课题的主阀由阀芯套，差动套，阀芯，阀座，复位弹簧等组成。其具体结构如图2.2所示：图2.2 主阀阀芯结构图1进液套；2复位弹簧；3内阀芯；4阀座；5插动套；6阀芯套其中主阀及先导阀的油路结构，位置关系如图2.3所示：图2.3 控制阀剖视图O口为回油口，T口为控制口，先导阀

15、通过控制T口来控制主阀的开启与闭合，P口为进油口。本设计就是将图中的T口改为直路。根据设计图纸加工及装配时主要注意以下几点：1 加工后的表明不允许有毛刺飞边；2 加工的螺纹表面不允许有黑皮、磕碰、乱扣和毛刺等缺陷；3 装配前应对零、部件的主要配合尺寸，特别是过盈配合尺寸及相关精度进行复查；4 进入装配的零件及部件（包括外购件、外协件），均必须具有检验部门的合格证方能进行装配；5 装配过程中零件不允许磕、碰、划伤和锈蚀；6 各密封件装配前必须浸透油；7 装配液压系统时允许使用密封填料或密封胶，但应防止进入系统中；8 锐角倒钝。2.3 电液控制阀的工作原理 电液自动控制系统的工作原理如图2.4所示

16、。图2.4 电液自动控制原理图中的a，b都为电磁先导阀，而c，d都为主阀，e为推移千斤顶。P，O分别为进油口，回油口。它由电气和液压两部分组成。由支架的中央控制器自动监控，微型计算机按照内储的支架动作程序发出指令后，先导阀动作，液压信号驱动右边的主阀动作，使立柱和千斤顶按照一定的顺序动作。立柱和千斤顶的工作状况由压力传感器和位移传感器反馈到控制器，控制器根据反馈的信号决定控制下一个动作。当电磁先导阀a通电开启而电磁先导阀b关闭时，先导阀a的控制口打开，此时先导阀a的进液口与控制口相连，液压油经过控制口进入主阀c，通过油压作用开启主阀c，主阀的控制口打开，油液经过油路进入推移千斤顶e的左腔，而此

17、时先导阀b是关闭的进油口直接与回油口相连通，主阀d关闭，液压油无法进入推移千斤顶的右腔；所以推移千斤顶的左右两腔形成压差，千斤顶便在液压油的推动下向右运动。同样，当电磁先导阀b通电开启而电磁先导阀a关闭时，先导阀b的控制口打开，此时先导阀b的进液口与控制口相连，液压油经过控制口进入主阀d，通过油压作用开启主阀d，主阀的控制口打开，油液经过油路进入推移千斤顶e的右腔，而此时先导阀a是关闭的进油口直接与回油口相连通，主阀c关闭，液压油无法进入推移千斤顶的左腔；所以推移千斤顶的左右两腔形成压差，千斤顶便在液压油的推动下向左运动。第三章电磁先导阀的相关设计3.1 电磁先导阀的设计原理在液压支架电液控制

18、系统中，电磁先导阀是关键的元件之一，它由本安型电磁铁作为电机械转换元件，驱动先导阀工作。它的功能是将电控系统发出的电信号有效地转换为液压信号，以控制主阀动作。为满足装置的工作需要，电磁先导阀需要能够在通电时保持开启，在中央控制器按照内储的支架动作程序发出指令后，电磁先导阀动作，以达到控制主阀的目的。本安型电磁铁线圈属于铁芯电感，匝数比常规电磁铁要大十倍，线圈电感很大。当电路断路时，线圈产生很高的反电动势，不仅延长放电时问，影响电磁阀复位动态特性，同时可能造成电路断路火花。能量足够大的断路电火花可能点燃爆炸性气伴程和物，引起爆炸。为了保证电磁铁的隔爆性能要求，在线圈绕完后，整体用黑色聚丙烯加热包

19、裹同化，隔绝电火花与可燃性气体的接触。同时，对安装在先导阀壳体内的电路板的感性元什用环氧树脂胶封为一体。3.2 电磁先导阀的结构设计本课题的先导阀总体结构设计如图3.1所示图3.1电磁先导阀结构1先导阀阀芯；2电磁铁其中先导阀的本体由球阀，球阀座，顶针，顶杆，顶杆套，复位弹簧等组成。其具体结构如图3.2所示图3.2 先导阀阀芯的结构图1球阀；2球阀；3复位压缩弹簧；4球阀座；5顶针；6顶杆3.3 电液控制阀先导阀的工作原理图3.3 先导阀原理图图3.3所示为电液控制阀先导阀的结构图。图中P为进油口，向先导阀提供恒定的压力p=31.5MPa；O口为回油口，与油箱相连；T口与主阀的液控端口相连；控

20、制主阀的开启和关闭；力F为经杠杆放大后的电磁推力。先导阀在不工作时，球阀1在弹簧力和下端液压力共同作用下处于关闭状态，球阀2常开；当电磁铁得电时产生电磁推力F，经由顶杆6推动小球2向下运动，关闭球阀2 ，同时，顶针5把球阀1 顶开，高压油进入A腔，然后经由球阀1 流入B腔，通过液压对主阀进行控制打开主阀；当电磁力F撤去时，球阀2在液压力的推动下重新打开，从而使T口压力p 降低，球阀1 在弹簧力和压差的作用下向上运动，关闭球阀1，同时关闭主阀。因此，先导阀的工作过程可分为两个阶段：开启过程和关闭过程，并且通过工作的两个不同阶段来控制相对应主阀完成所需的动作。 总结和展望1、 总结本论文首先介绍了液压支架电液控制系