第三章-液壓支架的液壓控制回路

第三章液壓支架的液壓控制系統(tǒng)第一節(jié)液壓支架的液壓系統(tǒng)及其特點

液壓支架不僅要求結(jié)構(gòu)合理以適應(yīng)所工作的煤層地質(zhì)條件，而且還應(yīng)配備完善可靠的液壓系統(tǒng)來實現(xiàn)支架的優(yōu)良工作性能。液壓支架液壓系統(tǒng)屬于液壓傳動中的泵一缸開式系統(tǒng)。動力源是乳化液泵，執(zhí)行原件是各種液壓缸。乳化液泵從乳化液箱內(nèi)吸入乳化液并增壓，經(jīng)各種控制元件供給各個液壓缸，支架各液壓缸回液流入乳化液箱。乳化液泵、液箱、控制元件及輔助元件組成乳化液泵站，通常安裝在工作面運輸巷，可隨工作面一起向前推進(jìn)。泵站通過沿工作面全長鋪設(shè)的主供液管和主回液管，向各支架供給高壓乳化液和接收低壓回液。工作面每架支架的液壓控制回路相同，通過截止閥連接于主管路，相對獨立。其中任何一架支架發(fā)生故障進(jìn)行檢修時，可關(guān)閉該支架與主管路連接的截止閥，不會影響其他支架工作。

液壓支架液壓系統(tǒng)具有下列特點：（1）液壓系統(tǒng)龐大，元件多（2）工作壓力高。液壓支架在工作面支護(hù)頂板，要求有較大的支撐力，與初撐力有關(guān)的泵站工作壓力一般為10~35MPa。要求液壓元件由足夠的耐高壓強度。（3）供液路程長，壓力損失大（4）工作環(huán)境惡劣、潮濕、粉塵多，工作空間有限，采用條件經(jīng)常變化，檢修不方便，要求液壓元件可靠，使用壽命長。（5）對液壓元件要求高。

第二節(jié)立柱的控制原理立柱有單伸縮立柱和雙伸縮立柱，其控制原理有所區(qū)別，下面分別敘述。一、單伸縮立柱二、雙伸縮立柱雙伸縮立柱的控制原理如圖所示。1、立柱的升柱過程2、立柱的承載過程3、立柱的降柱過程第三節(jié)液壓支架液壓控制系統(tǒng)液壓支架液壓控制系統(tǒng)由主管路和基本控制回路兩大部分組成。一、主管路1、兩線主管路通常，油泵站向工作面引出2條管路：1條供壓力液，稱為主壓力管路，用字母P表示：另一條接收低壓回液，稱為主回液管路，用字母O表示。如果所有支架都與主管路并聯(lián)，稱為整段供液，如圖所示。整段供液時，主管路一段由支架間的短管串接而成。如果將工作面所有支架分為若干組，每組8~12架，各組內(nèi)的支架并聯(lián)于該組的分管路，然后各分管路再并聯(lián)與主管路，稱為分段供液，如圖所示。分段供液時，主管路由幾根較長的大斷面軟管串接而成，可降低管路液壓損失。2、多線主管路

目前，有些支架采用了多線主管路。如圖所示為三線主管路，除了主壓力管路P和回液管路O以外，或是增設(shè)1條高壓管路HP，來滿足立柱對較高供液壓力的要求，提高支架的初撐力；或是增設(shè)1條低壓管路LP，以滿足個別液壓缸對較低供液壓力的要求；或是增設(shè)1條回液管路O，來降低回液背壓。個別支架甚至采用四線主管路，即四條主管路HP，P,LP和O，可以像支架提供3種不同的壓力的液體。二、基本控制回路1、換向回路

換向回路用來實現(xiàn)支架各液壓缸工作腔液流換向，完成液壓缸伸出或縮回動作，控制元件是操縱閥，如圖3—5所示。每個三位四通閥或2個二位三通閥實現(xiàn)1個液壓缸換向，用1個把手操作，這是簡單換向回路。簡單換向回路中各閥可以獨立操作，不影響其他液壓缸的工作；可以根據(jù)具體情況，合理調(diào)配各液壓缸的協(xié)同動作。不過，它要求操作人員具有熟練的操作技能，否則會發(fā)生誤動作，造成支架損壞。

簡單換向回路中的操縱閥多為數(shù)片集裝在一起的片式組合操縱閥。（2）多路換向回路圖3—5C中操縱閥5為帶有供液閥的九位十通平面轉(zhuǎn)閥，用1個把手操作，能夠依次實現(xiàn)數(shù)個液壓缸的伸縮動作，這是多路換向回路。多路換向回路的操縱閥也可采用凸輪回轉(zhuǎn)組合操縱閥。多路換向回路每個工作位置只能使一個工作通道的相應(yīng)液壓缸動作，因而它不會發(fā)生由于支架內(nèi)各液缸動作不協(xié)調(diào)而引起的支架損壞，對操縱人員的操縱水平要求不太高。2。阻尼回路

阻尼回路可以使液壓缸的動作較為平穩(wěn)，可以使浮動狀態(tài)下的液壓缸具有一定的抗沖擊負(fù)荷能力。它是在液壓缸的工作支路上設(shè)置節(jié)流閥或節(jié)流孔而成，如圖3—6所示。液壓缸兩側(cè)都設(shè)置有節(jié)流閥，稱為雙側(cè)節(jié)流；只有一側(cè)有節(jié)流閥，稱為單側(cè)節(jié)流。圖中液壓缸前腔之路設(shè)置的節(jié)流閥2起雙向節(jié)流作用，無論進(jìn)液還是回液均起節(jié)流作用，它可使液壓缸的伸出或縮回動作都比較平穩(wěn)，能承受一定的推力沖擊。在液壓支架中，阻尼回路多用于對調(diào)架千斤頂、推測千斤頂或防倒千斤頂?shù)鹊目刂啤?、差動回路

差動回路如圖3—7所示，它采用交替逆止閥作為控制元件。差動回路能減小液壓缸的推力，提高推出速度。

操縱閥2置于左位，壓力液進(jìn)入液壓缸后腔，并使交替逆止閥1的B口斷開，A口與前腔連通。這樣，液壓缸前腔向回液管回液的通道被堵死，前、后腔同時供壓力液。若忽略交替逆止閥的流動阻力，液壓缸兩腔液壓力相等。由于后腔活塞面積大于前腔環(huán)形面積，故活塞及活塞桿還是向右運動伸出，但推力減小。在液壓缸活塞桿伸出過程中，由于前腔的回液通道被堵死，前腔液體只能返回到后腔，增加了后腔的供液量（供液量大于泵站提供服務(wù)），使得推出速度加快。

操縱閥2置于右位時，壓力液從交替逆止閥1的B口進(jìn)入液壓缸前腔，液壓缸后腔回液壓力小于供液壓力，故不能打開交替逆止閥A口，只能通過操縱閥回液。所以，采用差動回路時，液壓缸的拉力和縮回速度均不改變。

差動回路一般用于推移千斤頂?shù)目刂啤?.鎖緊回路鎖緊回路用來鎖閉進(jìn)入液壓缸工作腔的液體，使液壓缸在不操作時也能承載。液壓缸后腔鎖緊，能承受推力負(fù)載，防止活塞桿縮回。液壓缸前腔鎖緊，能承受拉力負(fù)載，防止活塞桿被拉出。液壓缸前、后腔同時鎖緊，可以把活塞桿保持在需要的任意位置，既能承受推力負(fù)載，又能承受拉力負(fù)載。圖3—8a，b所示為單向鎖緊回路，圖c為雙向鎖緊回路。

使用普通單向閥實現(xiàn)液壓缸工作腔的鎖緊，必須在單向閥兩端并聯(lián)一條旁通解鎖支路，以保證液壓缸的縮回，如圖3—8c所示。旁通解鎖支路上的控制元件為手動或液控三位二通閥，俗稱卸載閥3。使用液控單向閥構(gòu)成的鎖緊回路如圖3—8a所示，c所示，可以在需要時解鎖卸載，不需設(shè)額外的專門用于解鎖的控制閥。液壓支架中，單向鎖緊回路用于控制推移千斤頂，防止拉架時拖回刮板輸送機；也可用于側(cè)推千斤頂，使支架具有防滑、防倒能力。雙向鎖緊回路多用于控制護(hù)幫千斤頂。5、鎖緊限壓回路在鎖緊回路中增設(shè)限壓支路就構(gòu)成鎖緊限壓回路，如圖3—9所示。限壓支路的控制元件是安全閥，它能限制被鎖緊工作腔的最大工作壓力，保證液壓缸及其承載結(jié)構(gòu)不至過負(fù)荷。安全閥4既是一個限壓元件，也是一個解鎖元件（圖c）。安全閥的溢流液可以直接排入大氣中（圖e），也可直接導(dǎo)入回液管(圖b)，還可以通過操縱閥回液（圖a和圖d）。圖a、圖b和圖c所示是單向鎖緊限壓回路，鎖緊和限壓液壓缸的一個腔，可用來控制立柱、前梁千斤頂、支撐千斤頂?shù)?，為支架提供恒定的工作阻力。圖d所示為雙向鎖緊限壓回路，鎖緊和限壓液壓缸的兩個腔，可作為平衡千斤頂?shù)目刂苹芈?，保證直接撐頂掩護(hù)式支架的結(jié)構(gòu)剛度。圖e所示為雙向鎖緊單側(cè)限壓回路，鎖緊液壓缸兩腔，限壓液壓缸一個腔，可用于控制護(hù)幫千斤頂。護(hù)幫千斤頂伸出后被鎖緊，千斤頂承受煤壁載荷，由安全閥保證護(hù)幫裝置不會因煤壁載荷過大而損壞；護(hù)幫千斤頂縮回后被鎖，防止護(hù)幫板落下傷人，因縮回后負(fù)荷較小，故不需設(shè)置安全閥限壓。6、雙壓回路雙壓回路如圖3—10所示，它能對液壓缸的伸出和縮回動作提供不同的供液壓力。它需要2個二位三通閥分別與不同壓力的管路連接。2個閥可以共用1個操作手把，也可以分別用操作手把，視閥的具體結(jié)構(gòu)而定。圖3—10a表示對1根立柱的雙向控制。降柱時，使用普通壓力P；升柱時，使用較高的壓力HP。因此，它可以提高立柱的初撐力。連接于P和HP兩條壓力管路之間的單向閥允許P管液體流到HP管，但不允許HP管路液體流入P管路。這樣，在支架升架過程中頂梁未接頂時，負(fù)載較小，HP管路的壓力不高，P管路壓力液可以打開單向閥，和HP管路壓力液一起供入高于P管路壓力時，單向閥就被關(guān)閉，由HP管路單獨供液，使支架獲得較大的初撐力。圖3—10b表示對1個推移千斤頂?shù)碾p壓控制。它提供普通壓力P使千斤頂縮回，提供較低壓力LP使千斤頂伸出，保證千斤頂?shù)耐屏锪π∮诶芰?。雙壓回路7、自?；芈纷员；芈啡鐖D3—11所示，振動操縱閥手把向液壓缸工作腔供液壓力液后，盡管將手把放開，仍可以通過工作腔的液壓自保對工作腔供液。圖3—11a所示的自?；芈房蓪崿F(xiàn)對立柱1下腔自保供液，自保控制元件是二位二通自保閥3。操縱閥置于左位（升柱）時，立柱下腔液壓力升高，二位二通自保閥3液控口K的作用下開啟（右位），壓力液直接從壓力管路P通過單向閥2進(jìn)入立柱下腔。因而，即使操縱閥手把已回到零位，仍能保持向立柱下腔供液。操縱閥位于右位（降柱）時，立柱下腔卸載回液，壓力降低，二位二通自保閥3在彈簧作用下復(fù)位關(guān)閉（左位）。在立柱下腔設(shè)置自保供液回路，可以保證立柱初撐力達(dá)到額定初撐力而不受操作人員操作因素的影響，大大改善了支架的實際支護(hù)能力，有利于維護(hù)頂板?？梢园讯欢ㄗ员ｉy3和單向閥2做成一體，稱為定壓升柱閥。自?；芈?、—立柱；2—單向閥；3—二位三通自保閥；4、—推移千斤頂；

5—二位二通解鎖閥；

6—二位三通自保操縱閥8.背壓回路背壓回路如圖3—12所示，它能使液壓缸工作腔回液時保持一定的壓力—背壓。支架立柱下腔的背壓可以實現(xiàn)支架擦頂帶壓移架。圖3—12a中立柱下腔的回液背壓是由一個特殊的背壓閥3建立起來的。該背壓閥是由溢流閥和液控常開式二位二通閥組成。將操縱閥6置于左位，向推移千斤頂5前腔供給壓力液準(zhǔn)備移架，但因支架未卸載還撐緊于頂?shù)装逯g，此時支架并不移動。然而壓力管路P的液壓力已經(jīng)傳至背壓閥3的液控口k，

使二位二通閥關(guān)閉。接著，再將操縱閥4置于左位（降柱），雖然液控單向閥在立柱上腔液壓力作用下開啟，但由于背壓閥3中的二位二通閥已關(guān)閉，所以立柱下腔液體壓力必須大于背壓閥中溢流閥的開啟壓力才能回液。這樣，立柱下腔就保持了一定的壓力，即背壓。通常將該溢流閥的開啟壓力，即立柱下腔的回液背壓調(diào)整到恰好使立柱能保持對頂板產(chǎn)生39~49Kn的作用力，所以實際上支架并不脫離頂板。如果推移千斤頂移架力大于支撐力所引起的摩擦阻力，支架將緊貼頂板向前移動。背壓回路1、8—立柱；2—節(jié)流閥；3—背壓閥；4、6、7、9—操縱閥；5—推移千斤頂；10—二位三通閥9.連鎖回路由不同操縱閥分別控制的幾個液壓缸，應(yīng)用連鎖回路，能使它們的動作相互聯(lián)系或相互制約，防止因誤操作而引起的不良后果。圖3—13a所示的連鎖回路，可用于防止2個立柱同時降柱。它采用了2個單向順序閥2和6，以及2個單向閥3和7作為連鎖回路控制元件。將操縱閥4置于右位（降立柱1），從壓力管路P到達(dá)單向順序閥2前的液體受到順序閥的阻擋，于是打開單向閥3進(jìn)入立柱5的下腔。如果此時立柱5處于支撐承載狀態(tài)，則單向閥順序閥2前的液壓力就會很快建立起來將該閥開啟，壓力液進(jìn)入立柱1的上腔并使下腔液路解鎖，實現(xiàn)立柱1的降柱。連鎖回路10.先導(dǎo)控制回路先導(dǎo)控制回路如圖3—10所示，它的主要控制元件是先導(dǎo)液壓操縱閥和液控分配閥。先導(dǎo)液壓操縱閥發(fā)出先導(dǎo)液壓指令，液壓分配閥接到指令后立即動作，向相應(yīng)液壓缸工作腔供液。先導(dǎo)控制可以減少液壓損失，減少采用鄰架控制方式時的過架管路（因為先導(dǎo)液壓控制管路的流量極小，可以采用多芯管傳輸多路液壓指令），便于向集中控制、遙控和自動控制方式發(fā)展。先導(dǎo)控制回路1、4—先導(dǎo)液壓操縱閥；2、5、7—液控分配閥；3、6—立柱1、4—先導(dǎo)液壓操縱閥；2、5、7—液控分配閥；3、6—立柱先導(dǎo)控制回路三、液壓支架的控制方式

液壓支架的控制方式有本架控制