防誤操作液壓閥組的分析

張 剛

（山西晉煤集團國際貿易有限責任公司， 山西 晉城 048006）

引言

隨著國家對煤礦井下設備安全性的更高要求，更多的井下機組在液壓閥及電氣上面增加了很多保護系統，以防止各種誤操作。例如井下如果有不熟悉情況的人違規操縱機組，啟動電機后，常規機組馬上就可以通過閥組來進行各種動作，這是極度危險的。目前大型煤礦井下設備常用的安全防護措施包括把啟動開關用一個護罩包起來并上鎖，或者只能用專用工具才能開啟啟動開關等，但是這樣做都不是從根本上解決問題，電機啟動后，液壓閥肯定自動隨之而啟動。

經過市場調查，礦方對機組防誤操作裝置關注點在于：能否匹配現有各種大型綜采設備；能否從本質上實現機組電氣、液壓系統閉鎖；改造流程是否簡單，不需要進行額外的煤安取證、報備；設備故障率低，方便檢修。

1 防誤操作液壓閥組結構

該閥組是一種斷路式液壓先導系統控制閥組，電機啟動后，只有按下安全開關，先導油路才能到達閥組，從而為機組安全運行多提供了一層保障。相比電氣設備必須做本安關聯性試驗，它可以不取證的情況下對設備進行批量改進，而且安全性更好一些[1]。

液壓閥組為全液壓系統，它主要由梭閥、斷路閥、單向閥、安全開關以及節流口組成。

其中斷路閥是一個兩位四通換向閥，它是通過梭閥提供的壓力來進行換向的，當梭閥無壓力油時，斷路閥自動歸位；安全開關是一個按鍵式兩位三通換向閥，通過按下開關實現閥芯換向，當松開開關，閥芯在彈簧作用下自動歸位。

本閥組其實是對液壓系統中的控制油路進行閉鎖的，所用安全開關是通過手動控制的，當操作人員按下3 s后，液壓系統控制油路開始循環，之后松開安全開關，也不會切斷液壓系統。

2 防誤操作液壓閥組液壓工作原理

本液壓閥組工作原理參見圖1，壓力油接通后，分成兩股同時進入斷路閥以及安全開關。斷路閥左側的梭閥無高壓油驅動，斷路閥閥芯在右側彈簧的壓力作用下移向右腔，壓力油在右腔管路里是無法通過斷路閥的；此時，安全開關在彈簧壓力作用下，閥芯移向左腔，壓力油在左腔管路里也是無法通過安全開關的，這就是機組初始狀態的液壓閉鎖。當按下安全開關按鍵時，換向閥閥芯移向右腔，壓力油經右腔通過安全開關后，分成兩股，一股通向單向閥后端，此路不通；另一股進入梭閥，推動斷路閥閥芯移向左腔，進口處的壓力油就可以經斷路閥左腔流入多路閥，從而液壓系統開始正常工作。

圖1 安全開關液壓原理圖

需要說明的一點是，液壓安全開關按下后，壓力油經梭閥推動斷路閥閥芯移向左腔，壓力油流向多路閥的同時，也會分出一支路打開單向閥，經單向閥支路的高壓油路通過梭閥持續推動斷路閥閥芯移向左腔，就算松開安全開關，斷路閥也不會復位至右腔，保證了機組液壓系統的穩定工作。只有當電機停止，系統里的壓力油重新流回油箱，又一次啟動電機，液壓安全開關才能再一次發揮安全作用。與現有技術相比，本開關具有如下優點：

1）液壓控制穩定性高。本系統全部由換向閥、單向閥、梭閥等液壓元件組成，結構簡單，維護方便，相比電控安全系統，經濟性和穩定性都更好一些。

2）操作簡單又防誤操作性強。本系統操作簡單，使用時，只需按下安全開關數秒，把油路接通并打開單向閥后，系統就可以正常工作。同時它又有很強的防誤操作性，不熟悉本系統的人不會注意到這個按鍵，只需把按鍵布置于機組隱蔽位置，可以最大程度地避免非培訓人員誤操作機組，盡可能地避免事故的發生。

3 防誤操作液壓閥組應用情況及使用流程

目前，本液壓閥組主要批量應用于礦用巷道修復機上（見圖2），正常啟動流程參見圖3。當設備正常啟動時，首先駕駛員對機組正常進行相關檢查，確認無誤后，清理現場無關人員，并提醒相關工作人員設備即將啟動；之后啟動電機后，確定電機轉速是否正常，無異響，觀察壓力表，此時系統壓力為空載壓力，控制壓力為0；然后按下液壓閥組后再觀察壓力表，此時系統壓力為空載壓力，控制壓力為2 MPa；最后控制手柄進行各種動作，確認執行元件工作壓力為系統額定工作壓力以下，設備運轉正常無異響，等以上所有步驟完成后，就可以正常操縱機組進行作業了。

圖2 液壓閥組在礦用巷道修復機的應用

圖3 設備正常啟動及誤啟動流程

如無關人員誤操作機組，此時電機啟動，內部螺旋葉片開始旋轉，但控制手柄，執行元件不工作，對于不熟悉機組的人，多次嘗試無果后，通常會重啟電機，但結果是仍然無法操縱手柄進行動作。如操作人員確實有正常工作需要完成，他就會向設備保管人員進行故障報修，保管人員到場后，審核操作人員的資質和目的，經領導審核批準后，由熟悉機組的駕駛員控制，按下啟動開關，設備就可以正常進行工作了。

本安全開關的設置主要是為了防止井下工人的誤操作。一般的機組是沒有這個設置的，或者有類似設置，原理結構也不盡相同。如果是對機組不熟悉的人員未按要求嘗試操縱機組工作，他是不會注意到這個安全開關的，因此也就無法啟動液壓系統正常工作。這樣做可以保證由熟悉機組的操縱人員來控制機組，最大程度地避免機組發生誤操作事故[2]。

4 防誤操作液壓閥組改進方向

目前，本液壓閥組所裝配的巷道修復機已經在晉煤多個礦井進行了數次井下工業性試驗。在使用過程中，本產品性能穩定、適應性好，未發生一起液壓故障，很好履行了保護開關的責任。但是井下工人還是提出了幾點改進意見。

管路太多，應該往集成化方向改進。現有產品各部件都是采購的，通過液壓膠管相連，管路過多，因此所需裝配空間較大。下一步考慮做一個集成閥塊，可以把各部件都模塊化地集成于一體，省略了中間液壓膠管的連接，使用時直接把閥塊裝入液壓系統即可。但是因為是自己加工，還需對后續的密封性及穩定性進行持續檢驗。

啟動開關在工作中，只具備開的功能，沒有關的功能。為了防止本系統對正常工作的作業部件突然閉鎖，造成事故。因此只設計了開的功能，如設備已經打開啟動開關正常運行了一段時間，再次按動開關，無法對液壓系統進行閉鎖，當時考慮的是如果需要閉鎖系統，直接關閉電機即可。考慮到有時駕駛員一個人進行作業，可能需要頻繁上機下機，在電機啟動工況下增設一個臨時液壓閉鎖裝置也是有必要的，這也是下一步的改進方向[3]。

5 結語

目前，煤礦井下大部分機組都是液壓驅動，但是很多設備安全防護都是不足的。本開關結構簡單，可以適用于任何液壓機組設備的改造，可有效避免井下機組因誤操作產生的事故。