液压支架用片式电液控换向阀的设计

赵佳伟,武 熙,孟庆灵,李 珂

(1.山西大同大学 煤炭工程学院,山西 大同 037003; 2.山西大同大学 煤矿机电技术研究所,山西 大同 037003; 3. 晋能控股煤业集团 四老沟矿,山西 大同 037028)

市面销售的液压支架电液控制系统中,电液控换向阀均采用整体式结构,其结构复杂,加工难度大,加工时报废率较高,而且难以拆卸、内部油路难以清洗,维修难度大。2023年3月份,北京天玛智控科技股份有限公司的工程师耿彦召发表了一篇《电液控换向阀清洗方法》的论文,也说明了整体式电液控换向阀油路难以清洗,2020年浙江中煤液压机械有限公司王怡、杨争光等人设计了FHDA集成式电液控换向阀,2021年乐清市东风煤矿设备有限公司赵雪祥等人设计了FHDA电液控换向阀,均为整体式结构。只有2018年巨隆集团芜湖兴隆液压有限公司的李洪福等人设计过一种片式电液控换向阀,效果一般[1-4]。

目前,在晋能控股煤业集团中,用的都是天玛的电液控制系统,诸如同忻煤矿、塔山煤矿、马道头煤矿、麻家梁煤矿、挖金湾煤矿等,其换向阀为整体式结构,有着整体结构的通病。本文设计了一种新的片式结构的电液控换向阀,其中阀芯、电磁先导阀、过滤器选用了天玛的配件。片式电液控换向阀由主阀和副阀组成,主阀由电磁先导阀、阀芯、过滤器、阀体组成;阀体由头片阀、中间片阀1、中间片阀2、尾片阀组成[5-7]。

1 液压原理设计

针对ZF15000支架进行换向阀液压原理设计,ZF15000支架共有20根千斤,前后喷雾各1组,图1中,整体图为ZF15000支架液压原理设计,虚线线框内为电液控换向阀液压原理设计,方案采用二位三通电磁先导阀和二位三通液控换向阀构成换向阀组,如图1所示。

图1 液压原理设计方案

市面上电液控换向阀的电磁先导阀和液控换向阀一般都采用二位三通结构,在设计时可以选配市面上的电磁先导阀和液控换向阀,只需对阀体进行设计,把整体式改为片式,同时解决整体式结构带来的加工难度大、维修难度大等问题。

对于其他类型的支架,与ZF15000支架相比,不考虑初撑力等无关因素,只是千斤或喷雾数量不同而已,其液压原理设计也类似ZF15000支架,在设计换向阀时,只需要增加或减少片阀的数量即可。

2 阀芯与电磁先导阀分析

阀芯与电磁先导阀以及过滤器都选用天地玛珂公司的配件,下面对阀芯及电磁先导阀进行分析。

2.1 阀芯分析

阀芯与阀体组合成一个二位三通阀,阀芯如图2所示。

图2 阀芯

阀芯与阀体构成二位三通阀,有两个工作位置,“0”位和工作位,液控口控制阀芯的工作位置,当液控口1没有进液时,二位三通阀进液口3关闭,回液口2与工作口4导通。当液控口进液时,二位三通阀进液口与工作口导通,回液口关闭,进液口液体流入支架千斤,使得千斤伸出或收缩。

2.2 电磁先导阀分析

电磁先导阀由电磁阀和先导阀组成,如图3所示。

图3 电磁先导阀

1是两个电磁阀合并在一起;2是两个先导阀合并在一起,先导阀是二位三通阀;工作口按钮A、B可以控制其通断。电磁先导阀的工作口控制阀芯的液控口,进而控制阀芯的工作口通断[8]。

3 阀体设计

阀体包括主阀阀体与副阀阀体两个部分,主阀阀体由1个头片阀、2个中间片阀1、6个中间片阀2、1个尾片阀组成;副阀阀体由1个头片阀、3个中间片阀2、1个尾片阀组成。

3.1 头片阀设计

头片阀上设计有安装过滤器的安装孔,以及安装主进液管和主回液管的安装孔,头片阀设计如图4所示。

图4 头片阀

由图4所示,主进油胶管将用U型卡固定在主进油孔1上,油液经过安装在孔3的过滤器进入内部油路。5是片阀连接孔,用螺栓杆将各个片阀连接起来,在C向视图中,中间两个油路孔都有沉孔,是用来安装O型密封圈的。

3.2 中间片阀1设计

中间片阀1安装2个阀芯,片阀与支架千斤的进液、回液油管通过U型卡固定,片阀设计如图5所示。

图5 中间片阀1

由图5所示,阀芯安装在阀芯安装孔1上,支架千斤的进油胶管固定在孔8上,支架千斤回油胶管安装在孔9上,2是进油油路,3是回油油路,从2进来的油液进过阀芯、进入电磁先导阀,在电磁先导阀的控制下,油液通过孔8进入支架千斤,千斤回油路油液通过孔9进入另一个阀芯,此时,另一个阀芯处于“0”位,工作口与其回液口相通,油液进入到回油油路3,电磁先导阀的回油油液经过阀芯也进入到回油油路3.从正视图及F向图可以看出,在F向图的中间孔设计有沉孔,用来安装O型密封圈,正视图一侧没有沉孔。4是死堵头,5是活堵头,堵头是加工孔时留下的,活堵头用六角头螺栓拧住。

3.3 中间片阀2设计

中间片阀2与中间片阀1的结构类似,这里不再赘述,中间片阀2设计如图6所示。

图6 中间片阀2

3.4 尾片阀设计

尾片阀的结构与中间片阀2类似,区别在于尾片阀中间的进油回路与回油回路都没有打成通孔,尾片阀设计如图7所示。

图7 尾片阀

尾片阀(安装在最后的一片阀)在F向图的中间孔设计有沉孔,用来安装O型密封圈,由正视图或E-E剖视图可以看出,中间进油油路与回油油路都没有导通。

4 主阀设计

这里只介绍主阀设计图,副阀与主阀结构类似,不再赘述,如图8所示,为主阀设计图。

图8 主阀

由图8所示,主阀由电磁先导阀1、阀芯2、过滤器3以及主阀阀体组成,主阀阀体又由头片阀、中间片阀1、中间片阀2、尾片阀组成。片阀之间的密封安装有O型密封圈,片阀之间的联接使用螺栓杆与螺母联接。

5 结 语

片式电液控换向阀的设计,可在一定程度上解决现有液压支架用整体式换向阀加工难度大、清洗困难、易整体报废等问题,为煤企节约成本,提高生产效率提供多种选择,在煤矿的实际生产中有着广泛的应用价值与现实意义。进一步推动了智慧矿山的建设。