电液控制系统―电液控换向阀设计研究

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[摘 要]液压支架电液控制系统是实现综采工作面高产高效的关键技术设备。多年来国内外都在致力于开发和应用支架的电液控制技术，取得了良好的效果。应用的数量不断增加，质量不断提高，实践充分证明了它的优越性，无疑是支架控制的发展方向。

[关键词]支架电液控制，操纵阀，电液控制阀

中图分类号：THl37 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）11-0293-01

液压支架用阀是保证液压支架在煤矿井下正常工作的重要元部件，是支架中最精密、最关键的部位。液压支架的可靠性主要依赖于液压组件的可靠性，液压支架在煤矿生产中的应用是否成功，关键在于液压组件的技术性能是否达到要求。阀的损坏将直接导致液压支架失效或者误动作，造成人身事故和工作面冒顶事故，甚至使工作面停产，所以要求阀具有良好的可靠性和较长的寿命。

1.电液换向阀结构及原理

电液控换向阀由电液先导阀和主阀组成。电液先导阀采用电磁铁为机-电转换装置，其特点是技术成熟，稳定性可靠；主阀采用整体插装式结构，便于维护和更换，所以金属零件均采用不锈钢或铜合金等防锈耐腐蚀材料，使用寿命超过30000次，额定流量为400L/min。国内已有多种结构的电液控换向阀产品。

1.1 结构组成

电液控换向阀组是电液控制系统的执行元件。阀组具有16/14个工作口，通过8/7个电磁先导阀（相当于8/7片操纵阀），完成对主阀的电液控制。主阀除通过电磁先导阀进行控制外，在电磁先导阀上还备有手动控制按钮，以方便支架在维修及电控出现异常时进行操作控制

1.2控制原理

主阀的每个功能口由一个开关电磁阀、一个两位三通先导阀和一个液控两位三通换向阀组成，电液换向阀组可以同时动作，1片阀的两个功能口同时供液。

“零”位时，电磁铁电路断开，无输出力，此时先导阀工作口A与高压液体P隔开，而与回液口R相通；同时主阀阀芯在弹簧力的作用下也处于“零”位，工作口与高压液体P隔开，与回液口R相通；

“工作”位置，电磁铁通电，产生磁力，吸引压杆，开启先导阀，先导阀进入工作状态。此时先导阀工作口A与高压液P相通，与回液口R隔开，向主阀芯的控制口输入高压液体。高压液体推动主阀芯的活塞和阀杆，将主阀的工作口与回液口R断开，与高压液体P口接通，工作口输出高压液体，进入工作状态。

2 电磁先导阀

电磁先导阀的结构组成图，分成两部分，电磁阀和先导阀，由于该先导阀的组装调试需要专用设备、一定的程序和一定的技术，不能擅自拆装。

2.1电磁阀原理

顶杆是电磁阀的执行元件，有两种操作方式：一种是手动，按动按钮，推动顶杆使电磁阀动作；一种是电动，控制系统提供驱动电流，线圈产生磁场，驱动电磁铁，产生推动顶杆的推力。

2.2先导阀原理

电液先导阀两个二位三通阀组成的。每个二位三通阀有两个状态：“零”位和工作位置，有三个液流口：高压口、回液口和工作口。“零”位时工作口与回液口相通，压力为“零”，高压口关闭；工作位置时工作口与高压口相通，压力值等于系统压力，回液口关闭。

两个二位三通阀组合在一起工作，其功能相当于一个三位四通阀。

当电磁阀顶杆都没有动作，顶杆作用于杠杆上的力为“0”时，先导阀处于“零”位，两个工作口输出压力为“0”。先导阀只有在电磁阀一个顶杆动作时才能工作，即进入工作位置。由于采用杠杆，左侧电磁阀顶杆动作推动右侧先导阀动作；同样，右侧电磁阀顶杆动作推动左侧先导阀动作。

2.3 DN20、DN10二位三通阀芯组件

两种二位三通阀芯组件 DN20、DN10 只是液流通径不同，流量不同，原理是一样的。装入阀体后与阀体组成一个二位三通阀，阀芯结构分两种，为普阀芯和差动阀芯，如图1所示。

（1）主阀阀芯工作原理

普通阀芯如图1（1），二位三通阀有两个状态：“零”位和工作位置，有四个液流口：高压口P、回液口R、工作口A 和控制口K。“零”位时工作口 A 与回液口R 相通，压力为“零”，高压口关闭；工作位置时工作口A 与高压口P 相通，压力值等于系统压力P，回液口关闭。

当控制口K压力为“0”时，二位三通阀处于“零”位；当控制口K压力为P时，二位三通阀处于工作位置。在K口控制压力下，回液阀芯5向左运动，首先关闭回液口R，然后推动进液阀芯2向左运动，克服弹簧3的作用力，打开高压口，P口与工作口A相通，主控阀打开进入工作状态。当K口撤掉控制压力时，进液阀芯2在弹簧3的作用下向左运动复位，P口与A口切断，A口与R口接通。

差动阀芯如图1（2），此阀芯具有差动功能，当先导阀控制的两个阀芯同时开启时，液体可在主阀内部进行循环流动，实现千斤顶的差动控制。在此种控制中要求相应动作的辅助控制阀也同时具有差动功能。

二位三通阀有两个状态：“零”位和工作位置，有四个液流口：高压口P、回液口R、工作口A和控制口K。“零”位时工作口A与回液口R相通，压力为“零”，高压口关闭；工作位置时工作口A与高压口P相通，压力值等于系统压力P，回液口关闭。

当控制口K压力为“0”时，二位三通阀处于“零”位；当控制口K压力为P时，二位三通阀处于工作位置。在K口控制压力下，回液阀芯5向左运动，在关闭回液口R的同时带动进液阀芯2向左运动，克服弹簧3的作用力，打开高压口，P口与工作口A相通，主控阀打开进入工作状态。当K口撤掉控制压力时，进液阀芯2在弹簧3的作用下向左运动复位，P口与A口切断，A口与R口接通。

由于差动活塞在关闭R口后有持续作用于进液阀芯2的推力，所以不会造成由于液体的回流使阀杆关闭。

（2）阀芯拆装

该阀为插装式结构，整个阀内部零件组装为一个阀芯组件，井下更换方便，用专用工具和内六方扳手可将阀芯拧出取下；安装阀芯过程相反，用内六方扳手可将阀芯拧入阀体。

3 液压支架电液控制系统对工作介质的稳定性要求

液压支架电液控制系统较液压支架手动控制系统对液压介质有较高的要求。根据国内外电液控制系统的使用经验，下面讲述对液压支架电液控制系统液压介质的要求。

a）热稳定性与室温稳定性：乳化油或浓缩物与相应硬度的人工硬水按规定使用浓度配成试液，将上述试液分别在（70±2）℃和10～35℃条件下静置168h，不得分层、析水、产生絮状物或沉淀物，其油皂析出量应不大于0.1%（体积比）。

b）震荡稳定性：乳化油与相应硬度的人工硬水按规定使用浓度的60%配成试液，在温度为10～35℃条件下，震荡后，应无油皂析出。

4 结语

支架电液控制是计算机及控制技术、检测技术和液压技术综合一体化的新技术。实施电液控制将加快支架动作速度，提升自动化程度，减少操作劳动量，提高效率，加强安全保障，增加了支架工况和控制过程的信息化和监视功能。电液控制取代手动操纵阀控制将减少（人工）控制的随意性和不准确性，提高控制质量。电液控制提供的控制方式和过程的可调节性使支架的动作更合理，更好地满足实际需求，对工作面条件的适应性更强，在支架应用的各个方面可望获得较佳的效果。