丁永成

（中煤科工集團(tuán) 太原研究院，山西 太原 030024）

0 引言

煤巷錨桿支護(hù)是近年來發(fā)展較快的一種井巷支護(hù)方式。改善支護(hù)效果、降低支護(hù)成本，加快支護(hù)效率，減小勞動(dòng)強(qiáng)度等方面受到世界各產(chǎn)煤國的重視[1]。錨鉆是煤礦鉆機(jī)的重要功能，自動(dòng)打鉆可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的打鉆作業(yè)，操作簡單方便，省時(shí)省力，在煤礦鉆機(jī)中得到廣泛應(yīng)用。本文設(shè)計(jì)了一種液壓回路，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)打鉆作業(yè)，當(dāng)鉆機(jī)運(yùn)動(dòng)到行程終點(diǎn)時(shí)，通過設(shè)計(jì)行程開關(guān)和節(jié)流孔的匹配，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)到行程終點(diǎn)時(shí)的自動(dòng)停止。

1 鉆機(jī)液壓回路工作原理的介紹

鉆機(jī)液壓回路如圖1所示，液壓回路可以實(shí)現(xiàn)鉆箱的自動(dòng)旋轉(zhuǎn)和自動(dòng)上升。當(dāng)自動(dòng)旋轉(zhuǎn)換向閥換向后，壓力油會(huì)經(jīng)過換向閥到單向閥1，然后控制方向閥3 和6換向，方向閥3 換向后，高壓油液會(huì)通過換向閥3 到達(dá)鉆箱入口，此時(shí)鉆箱的馬達(dá)會(huì)自動(dòng)旋轉(zhuǎn)。由于自動(dòng)旋轉(zhuǎn)是自動(dòng)復(fù)位機(jī)能，故不能持續(xù)向單向閥1 提供控制液，通過換向閥8 建立控制回路，保證鉆箱馬達(dá)持續(xù)旋轉(zhuǎn)。在需要停止馬達(dá)旋轉(zhuǎn)時(shí)，行程開關(guān)換向閥7 換向，馬達(dá)旋轉(zhuǎn)的高壓油就會(huì)使液控閥4 換向，把換向閥3 和6的控制回路通回油箱，換向閥3 復(fù)位，馬達(dá)停止旋轉(zhuǎn)。同時(shí)換向閥6 也會(huì)復(fù)位，停止向控制回路補(bǔ)油。

圖1 鉆機(jī)液壓回路原理圖

2 節(jié)流孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

節(jié)流孔大多是起調(diào)速作用，根據(jù)元件的安裝位置不同，分為進(jìn)口節(jié)流調(diào)速，出口節(jié)流調(diào)速和旁路節(jié)流調(diào)速。但實(shí)際調(diào)速回路中，受液壓系統(tǒng)流量、壓力、溫度以及工作平穩(wěn)性的要求，對(duì)流量調(diào)節(jié)的要求也不一樣。常用的調(diào)速方式有節(jié)流調(diào)速、容積調(diào)速、節(jié)流容積調(diào)速。

節(jié)流孔分為薄壁小孔和細(xì)長孔。其主要區(qū)別是：薄壁小孔沿程阻力損失小，流量基本不受粘度的影響，對(duì)油溫的變化也不如細(xì)長孔敏感，且不容易堵塞；加工工藝上，薄壁小孔也比細(xì)長孔更容易加工[2]。 本系統(tǒng)選用薄壁小孔用于節(jié)流調(diào)速。

本液壓系統(tǒng)中節(jié)流孔應(yīng)用在集成塊中，為了便于安裝和加工，節(jié)流孔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示，在一個(gè)螺塞內(nèi)加工一個(gè)對(duì)邊為5mm的內(nèi)六方插孔，在內(nèi)六方的底

圖2 節(jié)流孔結(jié)構(gòu)圖

部鉆一個(gè)小孔，根據(jù)系統(tǒng)的具體要求，配置的有φ1.5mm、φ1mm、φ0.4mm、φ0.25mm 等規(guī)格的節(jié)流孔。

3 行程開關(guān)閥參數(shù)

行程開關(guān)閥選擇DANFOSS 生產(chǎn)的BC10 系列行程開關(guān)閥。壓力350bar；流量40L/min。為了保證開啟時(shí)間，選擇行程H為2mm，其特性曲線如圖3所示。

圖3 行程H 特性曲線

4 行程開關(guān)閥與節(jié)流孔匹配計(jì)算

行程開關(guān)的開啟時(shí)間：式中：Hxc—程開關(guān)的調(diào)節(jié)范圍，此處取2mm；vxc—行程開關(guān)的速度，取42.4mm/s、127mm/s 兩個(gè)值。

代入數(shù)值，可得鉆箱以最快速度運(yùn)行時(shí)：

當(dāng)鉆箱以正常速度運(yùn)行時(shí)：

即要求φd=0.4mm時(shí)，提供的流量必須在上述行程開關(guān)開啟時(shí)間內(nèi)完全釋放。閥6 前置節(jié)流孔可提供流量是9.92cm3/min，換算成換向閥4 需要的相應(yīng)的流量為：

其中：Vh4—閥6 前置節(jié)流孔的流量， 此處取9.92cm3/min；txc—行程開關(guān)的開啟時(shí)間，取 0.016s、0.047s 兩個(gè)值。代入數(shù)值，可得當(dāng)txc=0.047s時(shí)：

當(dāng)txc=0.016s：

節(jié)流孔4 在直徑φd3=0.4mm時(shí)，產(chǎn)生的泄漏量為6.59cm3/min≥6.56cm3/min，考慮到管道本身的容腔體積可吸納一部分泄漏量，故可以使之不發(fā)生誤動(dòng)作，雖然φd2=1.0mm 和φd1=1.5mm的節(jié)流孔也可滿足，但還需要考慮與其它處節(jié)流孔的匹配。所以選節(jié)流孔2的直徑為0.4mm。系統(tǒng)液壓回路應(yīng)用于錨桿鉆機(jī)系統(tǒng)中，自動(dòng)打鉆系統(tǒng)操作簡單，穩(wěn)定可靠。

5 結(jié)論

（1）設(shè)計(jì)了一種液壓回路，系統(tǒng)可以穩(wěn)定可靠的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)打鉆作業(yè)。

（2）根據(jù)液壓系統(tǒng)回路的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種新型節(jié)流孔的結(jié)構(gòu)。

（3）通過行程開關(guān)閥與節(jié)流孔的匹配計(jì)算，達(dá)到自動(dòng)控制。

經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用，該設(shè)備的自動(dòng)控制設(shè)計(jì)可靠，可以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的動(dòng)作，并且動(dòng)作時(shí)間和設(shè)計(jì)時(shí)間匹配合理，目前該設(shè)備已經(jīng)批量化生產(chǎn)。

[1]何滿潮，袁和生，等.中國煤礦錨桿支護(hù)理論與實(shí)踐[M].北京:科學(xué)出版社，2004.

[2]劉震北.液壓元件制造工藝學(xué)[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1992.

[3]何存興.液壓元件[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1980.