基于插装阀的超静定液压支架液压系统设计

基于插装阀的超静定液压支架液压系统设计

0通插装阀技术特点液压系统是液压板的核心。目前使用的液压系统均采用管式阀组成的控制阀组来控制,而管式阀本身存在着通流能力差、抗污染能力弱和密封性不好等缺陷,影响了工作面生产效率的提高。要想改善支架的综合性能,适应新的工作需求,就必须用新的阀种来代替管式阀。二通插装阀是20世纪70年代初发展起来的一项新技术,这种新型的液压控制阀具有一系列独特的优点,如流阻小、通流能力大、密封性好、适于水介质、响应快、抗污染能力强、具有多机能、变型方便、可以高度集成、三化程度高等。因此特别适合液压支架的工况。而且,插装阀也可满足某些特殊工况的需要。如工作在周期来压强烈的坚硬顶板下的液压支架,当老顶突然来压时,立柱无杆腔控制阀中的安全阀,要通过很大的瞬时流量,普通管式阀的通流能力远远不能达到要求,而插装阀则能解决这一问题。1插装式平衡阀的工作原理采用插装阀设计的超静定液压支架的液压系统由立柱、推移千斤顶、前梁千斤顶及其相应的操作阀组成;该类型的液压系统适用于老顶周期来压强烈的坚硬顶板,老顶来压时,立柱和前梁千斤顶下腔的插装式安全阀能通过很大的瞬时流量,实现瞬间的卸载。该系统采用三位四通插装式方向阀来控制立柱和千斤顶的动作,分别采用插装式液控单向阀和溢流阀,取代原来的管式阀组成液压系统,现对原理分析如下:(1)前梁千斤顶前梁千斤顶的控制回路如图1所示。由插装式三位四通方向阀控制,其无杆腔油路上设有插装式安全阀和液控制单向阀组成控制阀组,与插装方向阀的A口相连,有杆腔油路与方向阀的B口相连。当先导控制阀位于左位时,方向阀中的4个插装元件2′和4′的上腔通油箱打开,1′和3′的上腔通压力油关闭;此时P→A,B→O,泵站的压力油通过A口和插装式液控单向阀进入前梁千斤顶的无杆腔,千斤顶有杆腔的液压油经方向阀的B口流回油箱,实现伸出动作;当先导控制阀位于右位时,方向阀中的4个插装元件2′和4′的上腔通液压油关闭,1′和3′的上腔通油箱打开;此时P→B,A→O,泵站的压力油进入前梁千斤顶有杆腔的同时也将液控单向阀控制盖板中的液控单向阀打开,使其方向插装元件的上腔通油箱,单向阀打开,千斤顶无杆腔的压力油经A口和二通阀5′流回油箱,千斤顶缩回。当先导阀处于图示中间位置时,4个插装元件上腔均通压力油,A、P、B、O口被关闭,千斤顶两腔油路也同时关闭,停留在某一位置。当老顶来压和顶板下沉时,前梁千斤顶无杆腔的压力上升至插装式溢流阀中先导溢流阀设定的压力时,先导阀开启,二通阀也随之开启,千斤顶卸载,前梁收回,待压力降低后,先导阀和二通阀又均关闭,恢复正常工作。(2)立柱立柱千斤顶的控制回路如图2所示。为了实现超静定液压支架8根立柱的同步升降,将其分成2组进行控制,前2排为一组,后2排为另一组,每组的控制油路完全相同,均采用同步缸实现立柱的同步;在插装阀集成块设计时,将2组控制回路中插装式方向阀的先导阀并排安装,并将操作手柄刚性连接,从而实现立柱的全部同步。单组立柱控制回路中,由插装式三位四通方向阀控制,其无杆腔油路上设有插装式液控单向阀和调速阀与方向阀的A口相连,有杆腔油路上设有液控单向阀和单向减压阀,与方向阀的B口相连。每个立柱的无杆腔均安装一个插装式安全阀。当先导控制阀位于左位时,压力油分别经二通阀2′、5′和6′进入4个同步缸右腔,使同步缸活塞左移。同步缸左腔的油液流入4个立柱的无杆腔使立柱同步上升。同步缸活塞左移至终点时,打开左边的机控单向阀,使压力油经油口M、机控单向阀与单向阀B对有泄漏的立柱进行补油,使4个立柱都达到行程的终点。同理,当先导控制阀位于右位时,4个立柱同步下降,同步缸的活塞亦向右退回。当退回至终点时,打开右边的机控单向阀,使立柱下腔的油经单向阀A、机控单向阀与油口M流回油箱,因此4个立柱活塞均退回到行程终点。当方向阀先导控制阀处于图示中位时,立柱上下腔的油路均被关闭,支架处于支撑状态。在顶板下沉以及老顶来压时,立柱无杆腔的压力上升至插装式安全阀中溢流阀的调定压力时,先导阀开启,二通阀随即打开进行卸载,使压力降低。当压力下降到先导阀调定压力以下时,先导阀和二通阀迅速关闭,恢复工作阻力,立柱正常工作。插装式平衡阀3的作用是保证立柱运动速度的平稳。(3)推移千斤顶推移千斤顶的控制回路如图3所示。由插装式三位四通阀和插装式二位二通阀联合控制,当先导阀C、D均处于左位时,压力油经二通阀2′,由方向阀的A口流入千斤顶的无杆腔,同时,千斤顶有杆腔的液压油经二通阀6′、5′也流入无杆腔,实现差动回路,系统快进;当先导阀C、D均处于右位时,压力油经二通阀3′,由方向阀的B口流入千斤顶的有杆腔,同时千斤顶有杆腔的液压油经二通阀1′流回油箱,实现千斤顶退回;先导阀C、D均处于中位时,推移千斤顶的两腔被关闭,推移动作停止。2电气控制设计(1)在立柱的同步缸控制回路设计中液压执行器与同步缸加工精度很重要,安装、调试、检修质量也是影响同步精度的关键因素,本文通过液压回路消除积分误差,实现机械归零。除了此种方法以外,也可以通过电气控制的方式来实现,但应采用相应的防爆措施;(2)同步缸回路需排尽液压执行器与同步缸之间的气体,在液压执行器、同步缸和管路相对的高点处需设置排气阀门;(3)一般情况下,同步缸缸径都较液压执行器缸径大,在同步缸全部伸出后,液压执行器应该保证有15mm左右的行程余量,避免形成“增压缸效应”;(4)使用二通阀时除了要注意控制方式和流动方向的选择以外,还要注意阀开关速度的调整;(5)插装阀集成块的设计过程中,由于工作在高压状态下,控制盖板的控制流道应耐高压;(6)在系统设计完成后,应对其作AMEsim仿真和必要的实验测试,进一步修改设计。3插装阀的特点通过上述分析可以得出:采用插装阀设计的超静定支架液压系统,完全能