礦用鉆機液壓回路行程開關與節流孔的設計

丁永成

（中煤科工集團 太原研究院，山西 太原 030024）

0 引言

煤巷錨桿支護是近年來發展較快的一種井巷支護方式。改善支護效果、降低支護成本，加快支護效率，減小勞動強度等方面受到世界各產煤國的重視[1]。錨鉆是煤礦鉆機的重要功能，自動打鉆可以實現自動化的打鉆作業，操作簡單方便，省時省力，在煤礦鉆機中得到廣泛應用。本文設計了一種液壓回路，實現自動打鉆作業，當鉆機運動到行程終點時，通過設計行程開關和節流孔的匹配，實現運動到行程終點時的自動停止。

1 鉆機液壓回路工作原理的介紹

鉆機液壓回路如圖1所示，液壓回路可以實現鉆箱的自動旋轉和自動上升。當自動旋轉換向閥換向后，壓力油會經過換向閥到單向閥1，然后控制方向閥3 和6換向，方向閥3 換向后，高壓油液會通過換向閥3 到達鉆箱入口，此時鉆箱的馬達會自動旋轉。由于自動旋轉是自動復位機能，故不能持續向單向閥1 提供控制液，通過換向閥8 建立控制回路，保證鉆箱馬達持續旋轉。在需要停止馬達旋轉時，行程開關換向閥7 換向，馬達旋轉的高壓油就會使液控閥4 換向，把換向閥3 和6的控制回路通回油箱，換向閥3 復位，馬達停止旋轉。同時換向閥6 也會復位，停止向控制回路補油。

圖1 鉆機液壓回路原理圖

2 節流孔結構設計

節流孔大多是起調速作用，根據元件的安裝位置不同，分為進口節流調速，出口節流調速和旁路節流調速。但實際調速回路中，受液壓系統流量、壓力、溫度以及工作平穩性的要求，對流量調節的要求也不一樣。常用的調速方式有節流調速、容積調速、節流容積調速。

節流孔分為薄壁小孔和細長孔。其主要區別是：薄壁小孔沿程阻力損失小，流量基本不受粘度的影響，對油溫的變化也不如細長孔敏感，且不容易堵塞；加工工藝上，薄壁小孔也比細長孔更容易加工[2]。 本系統選用薄壁小孔用于節流調速。

本液壓系統中節流孔應用在集成塊中，為了便于安裝和加工，節流孔的結構設計如圖2所示，在一個螺塞內加工一個對邊為5mm的內六方插孔，在內六方的底

圖2 節流孔結構圖

部鉆一個小孔，根據系統的具體要求，配置的有φ1.5mm、φ1mm、φ0.4mm、φ0.25mm 等規格的節流孔。

3 行程開關閥參數

行程開關閥選擇DANFOSS 生產的BC10 系列行程開關閥。壓力350bar；流量40L/min。為了保證開啟時間，選擇行程H為2mm，其特性曲線如圖3所示。

圖3 行程H 特性曲線

4 行程開關閥與節流孔匹配計算

行程開關的開啟時間：式中：Hxc—程開關的調節范圍，此處取2mm；vxc—行程開關的速度，取42.4mm/s、127mm/s 兩個值。

代入數值，可得鉆箱以最快速度運行時：

當鉆箱以正常速度運行時：

即要求φd=0.4mm時，提供的流量必須在上述行程開關開啟時間內完全釋放。閥6 前置節流孔可提供流量是9.92cm3/min，換算成換向閥4 需要的相應的流量為：

其中：Vh4—閥6 前置節流孔的流量， 此處取9.92cm3/min；txc—行程開關的開啟時間，取 0.016s、0.047s 兩個值。代入數值，可得當txc=0.047s時：

當txc=0.016s：

節流孔4 在直徑φd3=0.4mm時，產生的泄漏量為6.59cm3/min≥6.56cm3/min，考慮到管道本身的容腔體積可吸納一部分泄漏量，故可以使之不發生誤動作，雖然φd2=1.0mm 和φd1=1.5mm的節流孔也可滿足，但還需要考慮與其它處節流孔的匹配。所以選節流孔2的直徑為0.4mm。系統液壓回路應用于錨桿鉆機系統中，自動打鉆系統操作簡單，穩定可靠。

5 結論

（1）設計了一種液壓回路，系統可以穩定可靠的實現自動打鉆作業。

（2）根據液壓系統回路的特點，設計一種新型節流孔的結構。

（3）通過行程開關閥與節流孔的匹配計算，達到自動控制。

經過實際應用，該設備的自動控制設計可靠，可以實現預期的動作，并且動作時間和設計時間匹配合理，目前該設備已經批量化生產。

[1]何滿潮，袁和生，等.中國煤礦錨桿支護理論與實踐[M].北京:科學出版社，2004.

[2]劉震北.液壓元件制造工藝學[M].哈爾濱:哈爾濱工業大學出版社，1992.

[3]何存興.液壓元件[M].北京：機械工業出版社，1980.