液壓支架的電液多速智能控制系統設計

◎劉飛

鑒于煤礦采掘作業中相關穩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中使用液控單向閥裝置來實現回路通、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這兩種工作狀態，不能對整體液壓系統的管路內液壓油的流量進行控制，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、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.當油缸進行相應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，對設備的執行機構將帶來長時間的沖擊，極易引起銷軸部件因為受到循環作用的剪切力而發生斷裂、油缸裝置的接頭座區域長時間受到沖擊載荷而失效等問題；

2.當油缸在相應動作結束期間，驅動液壓油流量無法降低，因此運行速度無法相應減小，這就造成油缸動作的執行過程無法精準地操控；

3.與此同時，液壓系統的管路元器件的應用壽命也可能受到一定程度的影響，并且從環保的角度來講，節能效果不佳，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劃系統設計研究

煤礦井下液壓支架電、液多速控制系統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、電液多級調速閥、本安控制裝置等部件構成。當高壓液體通過高壓管路進入電、液主控制閥裝置的總進液口裝置，電、液主控制閥上的工作液入口經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過上部支管和油缸部件的上部腔體相互連通，進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部的液壓油的流量進行有效的調節。煤礦井下液壓支架結構如圖1所示。

圖1煤礦井下液壓支架結構

二、煤礦井下液壓支架液壓傳動系統相關工作原理研究

此控制系統借助電、液有機結合的相關控制工程原理來達成液壓支架裝置的進液流量或者對于油缸執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定對應的執行程序，來精確操作電磁閥裝置的開啟動作，當油缸在相應的執行動作的開始時段，液壓控制的單向閥裝置系統將會關閉，其中的乳化液流過節流閥芯裝置，管路系統處于小流量供液的狀態，此時的動作執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；當動作執行的中間時段，電磁閥裝置將會處在斷電狀態，液控的單向閥系統處于常開的狀態，此時系統將會以比較大的流量迅速進液，這時油缸機構將會以比較高的速度來進行相關的動作；當動作執行的末段時，電磁閥裝置處于通電的狀態，液控的單向閥系統處于關閉的狀態，管路系統中的進液流量比較小，此時執行機構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，當油缸進行伸出操作的時候，下部腔體進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的先導閥通常處于開啟（1.15～2.55）秒的狀態，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行伸出動作；

2.中間時間的電、液多級速度控制閥內的先導閥處在停止狀態，大流量的單向閥系統處在常開位置，程序通常設為（5.25～6.95）秒，液壓管路中的主油管路大量進液，驅動油缸以較高的速度伸出；

3.末段緩沖閥內的先導閥處于開啟狀況，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，管路系統以比較小的流量進液，直到油缸整體實現伸出。

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、先導閥系統等構成。主管道和分支管道排布在主閥的閥體內部，主管道包括了進液的管道、出液的管道及連通這兩個部分的連通腔體，連通腔裝置的內部設置了截止閥機構，屬于一類液控的單方向閥系統，分支管道的兩側分別聯通進液管道以及出液管道；進液管道部分與具備先導閥的進油口相互連通，先導閥如果在開啟的時候，液控的單向閥系統處在常閉的情況下，先導閥如果處在關閉的位置，液控的單向閥系統將會是常開的情況。

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使用過程中，系統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、化學組成成分無限接近水的液壓傳動介質或者是其他類型的液壓系統傳動介質。經研究，液壓支架液壓傳動系統的進液流通端口與其所對應的出液流通端口與液壓系統的液壓管路進行行之有效的對接，在液壓系統相關端口接入至液壓管路的過程中的主要流通道以及細流通道后，主閥閥體內部機構通過使用液壓系統控制元器件電磁先導閥可以實現針對液控單向閥進行行之有效的合理控制，當電磁先導閥處于關閉狀態時，主流通道與細流通道在通常狀況下都是處于開啟的運行狀態，基于此該液壓系統元器件可以提供巨大流量的乳化液；另外一種情況是當電磁先導閥件處于開啟狀態的過程中，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的液控單向閥是一直處在常閉狀態，在將主流通道設置成關閉狀態后，將細流通道設置成開啟狀態，基于此液壓支架相關液壓傳動系統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試驗過程研究

煤礦井下液壓支架煤礦安全耐久模擬相關裝置在通常狀況下是由液壓支架設備、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耐久安全試驗裝置主要零部件結構如圖3所示。煤礦井下液壓支架煤礦安全耐久模擬相關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推移油缸的相關重要試驗參數數據。為了能夠精準的模擬出煤礦井下液壓支架液壓系統推移油缸真實的工作狀況，液壓支架液壓系統推移油缸將其推桿聯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的推移油缸能夠帶負載完成推溜動作，進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試驗試驗數據與重要參數信息。

圖3煤礦井下液壓支架相關耐久安全試驗裝置主要零部件結構

通過在三個綜采工作面液壓支架煤礦安全耐久模擬相關試驗周期以內配置負載、安裝帶多速閥體以及帶負載無多速閥體的最大安全位移量、液壓系統最大安全壓力變化二次曲線以及安裝負載匹配多速智能閥（安全緩沖與自動啟停）煤礦井下液壓支架設備的工作原理如圖4所示。根據圖4相關試驗結果進行校核與對比研究分析得出，在泵壓參數信息一致的情況下（液壓支架相關液壓傳動系統的最大額定安全試驗壓力數值是27.375兆帕），在使用多速緩沖閥體后，在液壓支架液壓系統千斤頂伸出的單行程以內，常規的一次突然壓力沖擊載荷（平均最大額定安全載荷數值是10.175兆帕）被分成三次小數值安全沖擊載荷，當中第一次液壓支架液壓系統最大額定安全壓力數值最高提升至3.375兆帕，隨后第二次提升最高數值是4.875兆帕，第三次提升最高數值是6.375兆帕，根據相關試驗測試結果能夠得出，緩沖效果是非常科學合理的，對液壓支架液壓系統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，得出液壓沖擊已經無法使聯接銷軸發生形變狀況，進而最大限度地確保了液壓支架液壓系統千斤頂的最大使用壽命，增加了維修保養周期。

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

五、結語

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系統，在通常狀況下指的是在液壓支架液壓傳動系統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電磁閥的開啟，實現在液壓支架液壓系統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，進而在最短時間內完成液壓支架液壓系統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液壓管路中乳化液流量的調節以及針對安裝在液壓油缸內部的位移傳感器進行相關重要數據信息的采集與控制，能夠最大限度地實現了液壓支架液壓油缸最大安全伸縮位移的精準控制，在該傳動過程中控制精度能夠可達10.125毫米之內。為我國煤礦機械液壓支架設備的發展進步打下了堅實的基礎，與此同時也能夠為綜采電液控系統應用提供一些參考與借鑒。