单向顺序阀在锚杆钻车中的应用与研究_安四元.pdf

煤矿机械Coal Mine MachineryVol.44 No.5May.2023第44卷第5期2023年5月doi:10.13436/j.mkjx.2023050500引言单向顺序阀由单向阀和顺序阀并联组合而成，根据其功能不同，可以作为平衡阀、顺序阀和卸荷阀使用。在平衡回路中，单向顺序阀用以平衡液压系统执行元件所承受的负载，以防止执行元件带载超速下降或者超速旋转，也可使执行元件不受负载变化影响而保持平稳可靠运行。在顺序回路中，单向顺序阀通过组合使用可实现各个执行元件的顺序动作。近年来，随着煤矿采掘技术的发展，煤矿井下锚杆钻车正朝着重型化、智能化的方向发展，平衡阀在锚杆钻车中应用越来越广，该阀的使用有效保证了井下作业人员的安全作业环境。对于锚杆钻车智能化，由于电气设备煤安的要求，很多地面上使用的电气逻辑控制模块在煤矿井下不能使用，在一些自动化设备中通过液压顺序阀实现了各机构的逻辑顺序控制，因此单向顺序阀为井下锚杆钻车智能化发展提供了逻辑应用基础。1单向顺序阀结构及原理单向顺序阀结构如图1所示。液压油从P口流入经过节流孔到控制活塞右侧，当其进油压力低于弹簧设定压力时，控制活塞端推力较小，阀芯处于最右端，阀口关闭，顺序阀不通。当其进油口压力达到或者超过弹簧调定压力时，阀芯向左运动，油口开启，顺序阀接通。如果液压油从A口流入，推动单向阀向上运动，A口与P口反向接通。图1单向顺序阀结构图1.螺堵2.节流孔3.阀体4.单向阀5.阀芯6.弹簧7.调节螺杆8.控制活塞2单向顺序阀在锚杆钻车上的主要应用根据单向顺序阀工作原理，针对煤矿井下锚杆钻车使用工况，单向顺序阀有3种使用方法：用于带有负负载的液压回路中，当作平衡阀来使用，其设定压力根据负负载来确定；在同一片比例阀控制多个执行元件时使用，单向顺序阀在这样的逻辑回路中起顺序开关作用；如果同一执行机构需要多种压力工况，可选择单向顺序阀作为旁通卸荷阀使用。（1）单向顺序阀在液压平衡回路中的应用在煤矿井下使用的液压支架、锚杆钻车支腿油缸、掘进机截割臂举升油缸以及多功能作业车举升油缸等，都因为存在负负载而需要防止随着自重降落，在这类油缸中都安装了平衡阀。其工作原理如图2所示，单向顺序阀串接在液压缸无杆腔回路中，即串接在负载下行回路中，其调定压力略大于运动负载单向顺序阀在锚杆钻车中的应用与研究安四元（1.中国煤炭科工集团 太原研究院有限公司，太原030006；2.煤矿采掘机械装备国家工程实验室，太原030006）摘要：通过分析常用单向顺序阀结构和工作原理，介绍了单向顺序阀在锚杆钻车中常见的2种使用方法。分析了单向顺序阀用作平衡阀、顺序阀和卸荷阀的工作原理及使用工况，并通过试验验证其中平衡回路的有效性，为井下锚杆钻车液压系统的平稳、可靠运行提供了设计基础。关键词：单向顺序阀；平衡阀；顺序阀；速度稳定；锚杆钻车中图分类号：TD41文献标志码：B文章编号：1003 0794（2023）05 0162 03Application and Research of One-way Sequence Valve in Rock BolterAn Siyuan（1.CCTEG Taiyuan Research Institute Co.,Ltd.,Taiyuan 030006，China；2.National Engineering Laboratory of CoalMining Machinery and Equipment,Taiyuan 030006，China）Abstract:By analyzing the structure and working principle of the commonly used one-way sequencevalve,three methods of the one-way sequence valve commonly using in rock bolter were introduced.The working principle and working conditions of the one-way sequence valve used as a balance valve,sequence valve and unloading valve were analyzed and the validity of the balance circuit were verifiedby tests,which provides a design basis for the smooth and reliable operation of the hydraulic system ofthe underground rock bolter.Key words:one-way sequence valve；balance valve；sequence valve；speed stabilization；rock bolter12345678PAT（Y）B（X）162自重G在液压缸无杆腔中形成的压力。单向顺序阀的设定压力pr=G/A2（1）图2液压平衡回路原理图p1、p2.有、无杆腔压力A1、A2.有、无杆腔作用面积当换向阀处左位时，液压缸活塞向下运动，顺序阀开启后在活塞下腔建立起背压，平衡了负载本身自重，负载以供给液压缸有杆腔流量q2所提供的速度平稳向下运动，避免了失速。运动速度v=q2/A2（2）根据液压缸的力平衡关系，供油压力p1=p2A2-GA1（3）若下降过程中负载是变化的，单向顺序阀的调定压力必须按照最大负载Fmax来设定，即pr=p2=p1A1+FmaxA1（4）（2）单向顺序阀在液压顺序回路中的应用在井下锚杆钻车、多功能作业车中经常会用到定位锁紧机构，该机构中包含2个执行机构：定位机构和锁紧机构，其工作原理如图3所示，该液压系统中包括三位四通换向阀、单向顺序阀组（2个单向顺序阀集成在一起）、锁紧油缸、定位油缸和压力传感器。当机构要工作时，三位四通阀左位工作，压力油通过三位四通阀P口进入单向顺阀组中，先推动定位油缸活塞杆伸出，等油缸完全伸出时压力升到顺序阀组设定压力，顺序阀组左侧顺序阀开启，压力油接通锁紧油缸，锁紧油缸活塞杆伸出，直到压力传感器检测到压力为系统设定压力值，判定此时定位锁紧机构处于工作状态。反之，定位锁紧机构工作完成后，电磁换向阀进行换向，液压油首先进入锁紧油缸有杆腔，锁紧油缸活塞杆缩回后，系统压力升高到顺序阀组设定压力，右侧顺序阀开启，液压油又进入定位油缸中，定位油缸缩回，直到压力传感器检测到压力升高到设定压力，判定该工作机构处于待机状态。图3定位锁紧机构的液压原理图1.三位四通电磁换向阀2.单向顺序阀组3.锁紧油缸4.定位油缸5.压力传感器（3）单向顺序阀在旁通卸荷回路中的应用在煤矿井下常遇到强冲击载荷，为了减小冲击载荷对工作机构的影响，常常在其液压回路中加装单向顺序阀，最典型的应用就是在油缸活塞底端安装单向顺序阀，当受到冲击载荷时，压力瞬时提高，顺序阀打开，部分压力油通过顺序阀卸荷回油箱。锚杆钻车推移油缸如图4所示，为活塞杆空心制式双作用三级缸，外缸体内设一级缸筒，一级缸筒内设二级缸筒，二级缸筒内设三级活塞杆，每级缸筒内部设有钢丝挡圈，靠近钢丝挡圈装有组合双用密封，外缸体、一级缸筒、二级缸筒端部分别设有防尘环、钢丝挡圈、导向带、活塞环和密封圈，每级缸筒分别由螺纹盖帽固定。为了防止油缸冲击，在油缸缸底端部加装了单向顺序阀。油缸进出油口都设在活塞杆端部，为G1油口，活塞杆上方油口通过钢管通向活塞底部，作用于无杆腔，下方油口直接作用于油缸有杆腔。图4推移油缸结构1.外缸体2.螺塞3.单向顺序阀4.一级缸筒5.二级缸筒6.三级活塞杆7、8、9、28、29.钢丝挡圈10、11、12.螺纹盖帽13.弹簧挡圈14.轴套15、17、19.防尘环16、18、20.组合双用密封21.密封圈22、23、24.活塞环25、26、27.导向带3单向顺序阀试验验证为了验证单向顺序阀选用的合理性，对在某锚杆钻车升降油缸中选用的平衡阀进行现场试验验证，选择数据采集仪和压力流量机分别采集升降油缸上升和下降时压力和流量，如图5所示。升降油缸在下降时下行侧压力一直保持在18 MPa左右，与平衡阀压力设定值接近，流量保持在30 L/min，说明升降油缸在下行过程中速度很平稳。试验结果表明，第44卷第5期Vol.44 No.5单向顺序阀在锚杆钻车中的应用与研究安四元12 345678 91015161718192021131411 122223242526272829负载液压缸A1A2p1单向平衡阀换向阀p212345163该单向顺序阀满足使用要求。时间/s图5大臂下降时油缸压力及流量曲线图1.压力2.流量4结语通过分析单向顺序阀工作原理，介绍了在煤矿井下锚杆钻车中的3种常见使用方法：（1）用作平衡阀将顺序阀安装在带有负负载下行回路中，保证了设备安全性能和运动负载的平稳性；（2）用作顺序阀将顺序阀组合使用在多个逻辑顺序控制回路中，一方面减少了控制阀片使用数量，另一方面为锚杆钻车向自动化方向发展提供了设计基础；（3）用作卸荷阀将顺序阀安装在带有冲击载荷的液压旁通回路中，延长了设备使用寿命和提高了设备运行稳定性。参考文献：1雷煌.综采工作面快速搬家成套装备与技术的应用J.煤炭科学技术,2008(4):1-380.2柳玉龙.液压传动在支架搬运车中的应用J.煤矿机械，2010,31(7):177-179.3安光明.框架式支架搬运车的闭式回路静液压传动系统探讨J.煤矿机械，2010,31(12):128-129.4安四元.分流集流阀在框架车行走系统中的应用研究J.机床与液压,2013,41(2):72-73+95.5柳玉龙.新型车辆液压行驶驱动控制系统的研究J.液压与气动，2013(6):32-33.6雷煌.矿用静液压传动特种车辆防爆智能电控系统研究J.煤炭科学技术,2015,43(6):91-96.7姜勇.基于AMESim的复合轮式海底车液压驱动系统建模与仿真J.机床与液压,2012,40(13):140-142.8高钦和,王孙安.面向原理图的液压系统自动建模与仿真技术研究J.机床与液压,2006(12):202-204+206.作者简介：安四元（1982-），山西平遥人，副研究员，硕士，现从事煤矿井下智能设备设计开发工作，电子信箱：.责任编辑：刘宝胜收稿日期：20220824第44卷第5期Vol.44 No.5单向顺序阀在锚杆钻车中的应用与研究安四元压力/MPa流量/Lmin-1211815129630210180150120906030011.9423.8835.8247.7659.7012164