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[摘 要]研究了插装阀在支架液压系统中的应用前景，设计了采用插装阀的某支撑式液压支架的液压系统，并分析了工作原理。分析结果表明：插装阀的诸多优点适合于支架的工况，便于实现电液控制和快速移架，顺应生产要求，符合支护技术的发展趋势，值得推广。
[关键词]插装阀；液压支架；液压系统
中图分类号：V233.91 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）33-0015-02
液压支架是现代煤矿综采工作面的支护设备， 主要由顶梁、底座、掩护梁、前后连杆等承载部件，立柱、千斤顶执行元件，控操纵阀、液控单向阀、安全阀等控制和操作元件以及辅助装置构成，以高压乳化液为工作介质，靠各油缸（立柱、前梁和推移千斤顶等）的伸缩，实现相应的动作，完成支护任务。其工况特点是：介质粘度低、工作压力高、流量大、工作环境恶劣，介质污染较严重。实践证明：支架所存在的故障，多是由阀类元件所引起，要想改善支架的综合性能，适应新的工作要求，就必须寻找新的阀种取代管式阀，以从根本上解决由管式阀所引起的各种问题。
1 应用依据分析
为提高产量，现代煤矿越来越多地使用大功率采煤机和大运量刮扳输送机。为充分发挥采煤机和刮扳输送机的生产率，要求加快与之相配套的液压支架的移架速度，缩短支护作业时间，以实现综采的高产高效。而加快移架速度的途径有两条：一是采用电液控制，二是采用大流量阀件。采用电液先导控制的插装阀，利于实现各种自动和程序控制，其大的通流能力（可达10000L/min以上）足以满足支架的任何大流量用液要求；为降低使用成本，消除环境污染，支架正趋向于采用纯水工作介质，插装阀的优良密封性能在纯水支架中会显出更大优越性。所以，用插装阀设计支架液压系统顺应生产要求，符合支护技术和流体传动技术的发展趋势，具有现实和深远意义。
2 系统设计和工作原理分析
基于上述分析，提出了用插装阀取代管式阀设计支架液压系统的设计思想。采用插装阀的某支撑式支架的液压系统，该系统采用了4组三位四通插装式方向阀来控制每组立柱和千斤顶的动作，分别采用插装式溢流阀和液控单向阀，取代原来的管式阀组成液压系统，现对各油缸的工作原理分析如下：
（1）前梁千斤顶由插装式方向阀1控制，其无杆腔油路上设有插装式液控单向阀和溢流阀组成的控制阀组，同插装式方向阀1的A口相连，有杆腔油路同方向阀1的B口相连。当将先导阀切换至右阀位时，方向阀中的4个二通阀中的a和c的上腔通压力油，阀口关闭， b和d的上腔通油箱，阀口开启，此时油流： P→A， B→O，泵站压力液经A口和液控单向阀进入前梁千斤顶的下腔，千斤顶上腔的油液经方向阀1的B口流回油箱，实现伸出动作。当需要缩回时，可将方向阀中的先导阀切换至左阀位，方向阀1中4个二通阀中的a和c上腔通油箱，阀口打开， b和d的上腔通压力油，阀口关闭，此时油流：P→B， A→O，泵站压力液到达千斤顶上腔的同时，将液控单向阀中的液动二位三通阀切换至左阀位，其上腔通油箱，该单向阀开启，千斤顶下腔的油液经A口和二通阀a流回油箱，千斤顶缩回。
当方向阀中先导阀处于中间阀位时， 4个二通阀上腔均通压力油， A、B、P、O口均被关闭，前梁千斤顶两腔油路也均被封闭，停留在某一位置，在顶板下沉和老顶来压时，前梁千斤顶下腔的压力上升至溢流阀中先导阀的调定压力时，先导阀开启，二通阀也随着开启，千斤顶下腔卸载，前梁收回，压力降低后，溢流阀中的先导阀和二通阀又随之关闭，恢复千斤顶的正常工作状态（如图1）。
（2）立柱。前、后排立柱分别由方向阀17和16控制，两排立柱的油路完全相同。每排立柱中的2个油缸并联。立柱的上腔与方向阀17和16中的B口相连，下腔经液控单向阀同方向阀17和16中的A口相连，其下腔油路上也接了一个插装式溢流阀。同理，当方向阀中先导阀处于右位和左位时，分别控制立柱的伸出和缩回。当方向阀中的先导阀处于中位时，立柱上下腔的油路均被封闭，支架处于支撑工作状态。当顶板下沉和老顶周期来压使立柱下腔的压力上升至溢流阀中先导阀的调定压力时，先导阀开启，其中的二通阀也随之开启卸载使立柱下腔的压力降低，当压力降低到先导阀的调定压力以下时，先导阀和二通阀又迅速关闭，恢复工作阻力，以后将不断地重复这个过程，使支架实现恒阻支撑。
（3）推移千斤顶，由方向阀15控制，同理，当方向阀中的先导阀处于左位和右位时，分别控制着推移千斤顶缸体和活塞杆的移动，实现推溜和移架；先导阀中位时，推移千斤顶的两腔均被封闭，推移动作停止。液控单向阀14的作用是：推溜后使刮板机能较长时间及可靠地停留在某一位置。
分析表明，用插装阀组成的支架液压系统完全能满足液压支架的工作要求。基于同样的原理，用插装阀可设计出所有类型和型号的液压支架的液压系统。
3 可行性分析
（1）插装阀的性能特点适合液压支架的工况，能满足其使用要求。
（2）现代支架液压系统中所使用的各种阀件的功能均可用相应的插装阀实现。
（3）插装阀易于集成的优点，可使控制阀组的结构较为紧凑，便于安装。
（4）有成熟的防爆型电液控制元件和系统可供选用。
（5）经过几十年的发展，插装阀元件的生产已形成系列化和通用化，制造和使用成本相对较低。
所以，用插装阀设计和装配支架液压系统，在技术上无障碍，经济上可行。
4 结论
（1）插装阀的优点特别适合于支架的工况，用其设计的支架液压系统，性能优越，完全能满足使用要求。
（2）插装阀的通流能力大、通流阻力小、密封性好，用其设计的支架液压系统的效率会显著提高；由于采用先导控制，可减少操纵阻力、节能。
（3）插装阀的抗污染能力强，在介质较脏时，不易堵塞，磨损较轻，可延长阀类元件的使用寿命，减少故障，提高支架液压系统的工作可靠性。
（4）采用电磁阀作为先导阀，可方便地实现各种自动控制。
（5）插装阀便于实现电液控制、通流能力大和响应快的优点尤其能适应快速移架的需要；其优良的密封性能，在采用纯水介质的纯水支架中应用，能显出更大优越性。
（6）插装阀用于支架液压系统，顺应生产要求，符合支护和流体传动技术的发展趋势，在技术上无障碍，经济上可行，值得推广。
参考文献
[1] 姜继海，宋锦春等1液压与气压传动1北京：高等教育出版社，2002111.
[2] 谢锡纯，李晓豁1矿山机械与设备1徐州：中国矿业大学出版社，2000151.
[3] 陶弛东1采掘机械（修定版）1北京：煤炭工业出版社，19931.
[关键词]插装阀；液压支架；液压系统
中图分类号：V233.91 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）33-0015-02
液压支架是现代煤矿综采工作面的支护设备， 主要由顶梁、底座、掩护梁、前后连杆等承载部件，立柱、千斤顶执行元件，控操纵阀、液控单向阀、安全阀等控制和操作元件以及辅助装置构成，以高压乳化液为工作介质，靠各油缸（立柱、前梁和推移千斤顶等）的伸缩，实现相应的动作，完成支护任务。其工况特点是：介质粘度低、工作压力高、流量大、工作环境恶劣，介质污染较严重。实践证明：支架所存在的故障，多是由阀类元件所引起，要想改善支架的综合性能，适应新的工作要求，就必须寻找新的阀种取代管式阀，以从根本上解决由管式阀所引起的各种问题。
1 应用依据分析
为提高产量，现代煤矿越来越多地使用大功率采煤机和大运量刮扳输送机。为充分发挥采煤机和刮扳输送机的生产率，要求加快与之相配套的液压支架的移架速度，缩短支护作业时间，以实现综采的高产高效。而加快移架速度的途径有两条：一是采用电液控制，二是采用大流量阀件。采用电液先导控制的插装阀，利于实现各种自动和程序控制，其大的通流能力（可达10000L/min以上）足以满足支架的任何大流量用液要求；为降低使用成本，消除环境污染，支架正趋向于采用纯水工作介质，插装阀的优良密封性能在纯水支架中会显出更大优越性。所以，用插装阀设计支架液压系统顺应生产要求，符合支护技术和流体传动技术的发展趋势，具有现实和深远意义。
2 系统设计和工作原理分析
基于上述分析，提出了用插装阀取代管式阀设计支架液压系统的设计思想。采用插装阀的某支撑式支架的液压系统，该系统采用了4组三位四通插装式方向阀来控制每组立柱和千斤顶的动作，分别采用插装式溢流阀和液控单向阀，取代原来的管式阀组成液压系统，现对各油缸的工作原理分析如下：
（1）前梁千斤顶由插装式方向阀1控制，其无杆腔油路上设有插装式液控单向阀和溢流阀组成的控制阀组，同插装式方向阀1的A口相连，有杆腔油路同方向阀1的B口相连。当将先导阀切换至右阀位时，方向阀中的4个二通阀中的a和c的上腔通压力油，阀口关闭， b和d的上腔通油箱，阀口开启，此时油流： P→A， B→O，泵站压力液经A口和液控单向阀进入前梁千斤顶的下腔，千斤顶上腔的油液经方向阀1的B口流回油箱，实现伸出动作。当需要缩回时，可将方向阀中的先导阀切换至左阀位，方向阀1中4个二通阀中的a和c上腔通油箱，阀口打开， b和d的上腔通压力油，阀口关闭，此时油流：P→B， A→O，泵站压力液到达千斤顶上腔的同时，将液控单向阀中的液动二位三通阀切换至左阀位，其上腔通油箱，该单向阀开启，千斤顶下腔的油液经A口和二通阀a流回油箱，千斤顶缩回。
当方向阀中先导阀处于中间阀位时， 4个二通阀上腔均通压力油， A、B、P、O口均被关闭，前梁千斤顶两腔油路也均被封闭，停留在某一位置，在顶板下沉和老顶来压时，前梁千斤顶下腔的压力上升至溢流阀中先导阀的调定压力时，先导阀开启，二通阀也随着开启，千斤顶下腔卸载，前梁收回，压力降低后，溢流阀中的先导阀和二通阀又随之关闭，恢复千斤顶的正常工作状态（如图1）。
（2）立柱。前、后排立柱分别由方向阀17和16控制，两排立柱的油路完全相同。每排立柱中的2个油缸并联。立柱的上腔与方向阀17和16中的B口相连，下腔经液控单向阀同方向阀17和16中的A口相连，其下腔油路上也接了一个插装式溢流阀。同理，当方向阀中先导阀处于右位和左位时，分别控制立柱的伸出和缩回。当方向阀中的先导阀处于中位时，立柱上下腔的油路均被封闭，支架处于支撑工作状态。当顶板下沉和老顶周期来压使立柱下腔的压力上升至溢流阀中先导阀的调定压力时，先导阀开启，其中的二通阀也随之开启卸载使立柱下腔的压力降低，当压力降低到先导阀的调定压力以下时，先导阀和二通阀又迅速关闭，恢复工作阻力，以后将不断地重复这个过程，使支架实现恒阻支撑。
（3）推移千斤顶，由方向阀15控制，同理，当方向阀中的先导阀处于左位和右位时，分别控制着推移千斤顶缸体和活塞杆的移动，实现推溜和移架；先导阀中位时，推移千斤顶的两腔均被封闭，推移动作停止。液控单向阀14的作用是：推溜后使刮板机能较长时间及可靠地停留在某一位置。
分析表明，用插装阀组成的支架液压系统完全能满足液压支架的工作要求。基于同样的原理，用插装阀可设计出所有类型和型号的液压支架的液压系统。
3 可行性分析
（1）插装阀的性能特点适合液压支架的工况，能满足其使用要求。
（2）现代支架液压系统中所使用的各种阀件的功能均可用相应的插装阀实现。
（3）插装阀易于集成的优点，可使控制阀组的结构较为紧凑，便于安装。
（4）有成熟的防爆型电液控制元件和系统可供选用。
（5）经过几十年的发展，插装阀元件的生产已形成系列化和通用化，制造和使用成本相对较低。
所以，用插装阀设计和装配支架液压系统，在技术上无障碍，经济上可行。
4 结论
（1）插装阀的优点特别适合于支架的工况，用其设计的支架液压系统，性能优越，完全能满足使用要求。
（2）插装阀的通流能力大、通流阻力小、密封性好，用其设计的支架液压系统的效率会显著提高；由于采用先导控制，可减少操纵阻力、节能。
（3）插装阀的抗污染能力强，在介质较脏时，不易堵塞，磨损较轻，可延长阀类元件的使用寿命，减少故障，提高支架液压系统的工作可靠性。
（4）采用电磁阀作为先导阀，可方便地实现各种自动控制。
（5）插装阀便于实现电液控制、通流能力大和响应快的优点尤其能适应快速移架的需要；其优良的密封性能，在采用纯水介质的纯水支架中应用，能显出更大优越性。
（6）插装阀用于支架液压系统，顺应生产要求，符合支护和流体传动技术的发展趋势，在技术上无障碍，经济上可行，值得推广。
参考文献
[1] 姜继海，宋锦春等1液压与气压传动1北京：高等教育出版社，2002111.
[2] 谢锡纯，李晓豁1矿山机械与设备1徐州：中国矿业大学出版社，2000151.
[3] 陶弛东1采掘机械（修定版）1北京：煤炭工业出版社，19931.