【正文】 O 口為回油口， T 口為控制口，先導(dǎo)閥通過控制 T 口來控制主閥的 開啟與閉合， P口為進(jìn)油口。 根據(jù)課題的改進(jìn)，將先導(dǎo)閥的控制口油路由原來的斜路改為直路，并對控制口，進(jìn)油口，回油口位置進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化，達(dá)到加工簡單，結(jié)構(gòu)優(yōu)化的目的。 本課題的控制閥是先導(dǎo)式二位三通的電磁換向閥．它吸收了國外先進(jìn)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)并結(jié)合我國國情而研制的一種新型礦用液壓 支架電磁閥，它由電磁先導(dǎo)閥及主閥組成，按一定的程序通過控制各個液壓干斤頂，實(shí)現(xiàn)液壓支架的備順動作。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 3 液壓支架電液控制閥 電液控制閥的設(shè)計(jì)原理 電液控制閥動作頻繁 , 對工作可靠性和操作壽命要求很高。 本章小結(jié) （ 1） 介紹了電液控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，原理和關(guān)鍵技術(shù)。對于出現(xiàn)的看似微小的問題，要引起足夠的重視，分析其原因，弄清機(jī)理并加以解決。 (4)關(guān)注科學(xué)動態(tài)，采用先進(jìn)的技術(shù)和器件，避免走彎路，做重復(fù)性低本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 水平工作。 (3)支架電液控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，不僅需要對控制系統(tǒng)的性能、操作、使用要求有很好的把握，而且需要大量的人力物力加以配合。通過分析我國目前的研發(fā)水平以及國內(nèi)外電液控制系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，對研發(fā)液壓支架電液控制系統(tǒng)提出以下建議： (1)針對電磁兼容技術(shù)，作深入的分析研究，提高系統(tǒng)的可靠性。然而隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的推廣普及和計(jì)算方法的新發(fā)展，利用計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真技術(shù)便可以更加有效和便捷的分析一些基礎(chǔ)性問題，縮小國內(nèi)外差距，從而加快液壓支架電液控制系 統(tǒng)國產(chǎn)化的進(jìn)程。所謂只能知其然，不知其所以然。由于液壓支架采用乳化液作為工作介質(zhì)，它是由 95％的水與 5％的乳化油配成，其物理特性接近于水，電磁閥更容易產(chǎn)生氣穴、銹蝕等問題，因而，液壓本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 支架用電磁閥不 能簡單的引用油壓閥的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，需要進(jìn)行更多的基礎(chǔ)性研究工作。然而，國內(nèi)對于電磁閥組的研究僅限于其流場研究，缺少對整個液壓支架電磁閥組系統(tǒng)全面的特性研究。目前我國科研單位攻關(guān)重點(diǎn)就是支架控制器的可靠性和電液閥的性能，只要能得以改善，國產(chǎn)液壓支架電液控制系統(tǒng)的工業(yè)化實(shí)現(xiàn)將為期不遠(yuǎn)。從我國研發(fā)電液控制系統(tǒng)的歷程來看，幾家科研單位研發(fā)的控制系統(tǒng)在地面試驗(yàn)可以正常工作，在井下試驗(yàn)卻不正常，主要原因是煤礦井下環(huán)境惡劣，粉塵大，干擾信號強(qiáng)，國產(chǎn)控制器的抗干擾能力差，可靠性不夠高。 煤礦經(jīng)濟(jì)困難 , 機(jī)械化發(fā)展資金短缺 , 缺少市場刺激。 國內(nèi)管理水平較低，成批生產(chǎn)產(chǎn)品保證不了加工質(zhì)量，達(dá)不到樣機(jī)的指標(biāo)，因此工作面使用故障多，發(fā)揮不了應(yīng)有的作用。 我國液壓支架電液控制系統(tǒng)發(fā)展緩慢的原因及攻關(guān)難點(diǎn) 近些年來國內(nèi)雖然對液壓支架的電液控制系統(tǒng)做了一些研究，但與國外比較除了在加工及材料方面的原因外，還存在以下幾個方面的差距： 國內(nèi)液壓支架閥類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)思路還處于國外二十世紀(jì) 80 年代水平，往往忽視了產(chǎn)品的維護(hù)維修性能，而國外 同類產(chǎn)品則帶有更多的人性化特點(diǎn)，考慮安裝、操作使的便利。 (15) 完成一架的降、移、升總時間 8s。 (13) 電控程序可根據(jù)工作面 實(shí)際需要而隨時進(jìn)行調(diào)整。 (11) 實(shí)現(xiàn)移架和推輸送機(jī)的一次到位或多次到位定量推移 , 可通過推移千斤頂?shù)男谐叹幊潭鴮?shí)現(xiàn)采煤機(jī)斜切進(jìn)刀。 (9) 實(shí)現(xiàn)調(diào)齊支架和輸送機(jī)位置的全工作面調(diào)控功能。 (7) 成組控制時每組架數(shù)可以按需要調(diào)整 , 一般最多 15 架 , 最少 1架。 (5) 故障時在任一架上使整個系統(tǒng)停止工作。 (3) 實(shí)現(xiàn)全工作面雙向順序控制。 支架電液控制系統(tǒng)的功能和要求 支架電液控制系統(tǒng)必須滿足工作面安全操作和自動控制的要求 , 其系統(tǒng)主要功能要求如下 : (1) 單架單動作雙向按鍵控制 , 操作者可以在工作面內(nèi)任一臺支架 SCU 上控制左、右鄰架每一個單獨(dú)動作。 C．全工作面自動控制系統(tǒng)。將工作面的支架編為若干組， 在本組內(nèi)首架上由操作人員按動架控箱的啟動鍵， 發(fā)出一個指令， 鄰架就按預(yù)定程序動作， 移架完成后自動發(fā)出控制信號給下一架控箱， 下一架開始動作。 支架工作狀態(tài)由位移傳感器和壓力傳感器反饋回架控箱， 架控箱再根據(jù)傳感器反 饋信號來決定支架的下一個動作。下面介紹三種常見的控制系統(tǒng)： A．雙向鄰架控制系統(tǒng)。 液壓支架電液控制系統(tǒng)的組成 圖 支架電液控制系統(tǒng)組成 支架電液控制系統(tǒng)組成如圖 所示。 （ 7）減少支護(hù)滯后時間，避免了頂板局部破碎。 （ 5）移架步距準(zhǔn)確，切頂線整齊，改善了支護(hù)效果，并且使刮板輸送機(jī)和整個工作面直線性好，采煤機(jī)截深準(zhǔn)確，改善了刮板輸送機(jī)和采煤機(jī)的工況，另外多架同時推溜，使刮板輸送機(jī)緩慢彎曲，避免溜槽連接處產(chǎn)生過大的應(yīng)力。 （ 3）保證液壓支架額定初撐力，電液控制系統(tǒng)可以通過壓力傳感器 反饋信號或通過延長控制電磁先導(dǎo)閥的供電時間來實(shí)現(xiàn)支架初撐力自保，保證額定初撐力，減少了立柱的增阻所需時間，提高了支護(hù)效率，而且全工作面支架初撐力均勻一致，改善了頂板的管理。 （ 1）系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程程序控制， 操作人員可以根據(jù)采煤機(jī)的割煤方向選擇最佳的位置，避免了操作人員的傷亡事故，同時也降低了粉塵對身體的危害。 （ 3） 介紹了本論文的主要工作。 本章小結(jié) （ 1） 介紹了國內(nèi)外支架電液控制系統(tǒng)的發(fā)展情況及對電液控制技術(shù)發(fā)展趨勢進(jìn)行展望。 本論文研究主要工作 本文主要研究設(shè)計(jì)了液壓支架電液控制系統(tǒng)電液先導(dǎo)閥（兩位三通），考慮到以前的先導(dǎo)閥控制口油路加工不方便，本設(shè)計(jì)將先導(dǎo)閥的控制口油路由原來的斜路改為直路，這也是本設(shè)計(jì)的主要改進(jìn)之處；同時，由于控制口的變化帶動了控制口，進(jìn)油口，回油口的位置分布變化， 從而大大優(yōu)化了控制閥整體的結(jié)構(gòu)；對電磁先導(dǎo)閥內(nèi)部的電磁鐵及復(fù)位彈簧，根據(jù)工作需要進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。為 了獲得高精度、高響應(yīng)、高可靠性以及好的魯棒性，必須有與之相適應(yīng)的控制策略。 電液控制系統(tǒng)的發(fā)展是與控制策略的最新發(fā)展密切相關(guān)的。 應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)與電磁液壓閥組，組成煤礦井下液壓支架電液控制系統(tǒng)，替代傳統(tǒng)的液壓支架手動操縱液壓閥控制，使液壓支架的操作靈活、快捷。目前，中國國有重點(diǎn)煤礦的綜采工作面數(shù)已逾數(shù)百個，全部靠進(jìn)口國外的整套系統(tǒng)是不現(xiàn)實(shí)的，這嚴(yán)重限制了液壓支架電本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 液控制技術(shù)在煤礦開采中的推廣。 作為綜采液壓支架的核心 —— 電液控制系統(tǒng)一直掌握在國外少數(shù)幾個大公司手中，如德國 DBT 公司 PM MARCO 公司 PM3美國 JOY 公司 RS20。這樣，中國大型煤礦采掘機(jī)械化程度將達(dá)到 95％，中型煤礦的機(jī)械化程度將達(dá)到 80％以上；大型煤礦國內(nèi)先進(jìn)水平裝備率將達(dá)到20％，國際先進(jìn)水平裝備率將達(dá)到 6％；中型煤礦國內(nèi)先進(jìn)水平裝備率將達(dá)到 10％；小型煤礦機(jī)械化、半機(jī)械化程度將達(dá) 30％以上。鑒于我國“多煤、貧油、少氣 (天然氣 )”的特點(diǎn)，在今后相當(dāng)長的一段時間內(nèi)，能源結(jié)構(gòu)仍然以煤炭為主，煤炭在一次能源消耗中占 70％左右，在我國能源結(jié)構(gòu)上占主要地位，有舉足輕 重的作用。根據(jù)第三次全國煤炭資源預(yù)測與評價(jià)，全國煤炭資源總量 5． 57 萬億噸，煤炭資源潛力巨大，煤炭資源總量居世界第一。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 本課題的研究背景及意義 煤炭是我國的主要能源，是國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展不可缺少的物 質(zhì)基礎(chǔ)。如天地科技瑪珂電液控制有限公司利用計(jì)算流體力學(xué)軟件 Fluent 對電磁先導(dǎo)閥進(jìn)行了流場計(jì)算、流量特性預(yù)測的數(shù)值計(jì)算研究；太原理工大學(xué)王芳、廉自生等人利用 Fluent 標(biāo)準(zhǔn)紊流模型模擬了液壓支架系統(tǒng)中電磁先導(dǎo)閥流道內(nèi)流體的流動狀態(tài)及閥芯所受穩(wěn)態(tài)液動力的情況。 1993 年底歐共體撤消了 CFD 軟件對中國出口的禁令，商業(yè) CFD 軟件逐漸進(jìn)入我國，這在一定程度上促進(jìn)了我國工業(yè)界 CFD 技術(shù)的應(yīng)用推廣。二十世紀(jì) 80 年代中期煤炭科學(xué)總院上海分院董信根、芮豐等對國外礦用 電磁先導(dǎo)閥的主要參數(shù)的確定和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行了綜合分析； 1997 年煤炭科學(xué)研究總院太原分院田永順對 XF— l 型礦用電磁先導(dǎo)閥可靠性進(jìn)行了研究分析；吳國強(qiáng)等人對液壓支架電液自動控制系統(tǒng)的工作原理及控制進(jìn)行了國產(chǎn)化研究。在國內(nèi)，對液壓支架的研究起步相對國外要晚，而對其中的電磁閥組的研究則要更晚一些。特別是德國一些公司相繼研制出一批高性能、高可靠度的電磁閥組。 長期以來，德國 DBT、 MARCO 公司和美國 JOY 公司等歸屬的研發(fā)部門以及許多專家學(xué)者都致力于電磁閥組的研究和開發(fā)上。 液壓支架電磁閥的發(fā)展概況 在液壓支架電液控制系統(tǒng)中，電磁閥組是關(guān)鍵的元件之一。 液壓支架電液控制系統(tǒng)發(fā)展趨勢 液壓支架電液控制器主要發(fā)展趨勢是：操作軟件向智能化方向發(fā)展；井下計(jì)算機(jī)和地面計(jì)算機(jī)形成網(wǎng)絡(luò)，通過總線傳輸數(shù)據(jù)，進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)工作面無人操作或少人操作；控制器和先導(dǎo)閥功耗將向更低方向發(fā)展，使系統(tǒng)整體結(jié) 構(gòu)簡單化。系統(tǒng)中主控制臺技術(shù)還不是很成熟，支架與采煤機(jī)聯(lián)動的全工作面自動控制系統(tǒng)還在研制階段。 我國研制的支架電液控制系統(tǒng)結(jié)合了中國煤礦開采的具 體情況，控制器的菜單完全中文化，并且采用了多行形式，更加便于操作。其他科研機(jī)構(gòu)也在努力研發(fā)。 2021年 1 月平頂山煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司和中國礦業(yè)大學(xué)聯(lián)合研制的液壓支架計(jì)算機(jī)電液控制系統(tǒng)試驗(yàn)成功，據(jù)該公司稱 2021 年上半年即可轉(zhuǎn)入批量生本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 產(chǎn)。航天科技經(jīng)過不到 2 年的時間研制出了控制器，已經(jīng)做出了控制系統(tǒng)的樣機(jī)，已達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，但目前還沒有產(chǎn)品化。 90 年代末，煤炭科學(xué)研究總院天地科技股份有限公司與德國瑪珂公司合資成立了天地瑪珂電液控制系統(tǒng)公司，成為國內(nèi)從事煤礦液壓支架電液控制系統(tǒng)研究和開發(fā)的專業(yè)性公司，其技術(shù)與產(chǎn)品在中國得到了應(yīng)用。煤科總院太原分院研制的 Y LT 型支架電液控制系統(tǒng) , 于 1996 年在大同礦務(wù)局馬脊梁礦進(jìn)行了國內(nèi)第一個全套工作面井下工業(yè)性試驗(yàn) , 并于 1997 年 7 月通過鑒定 , 又于 1998 年在東勝補(bǔ)連塔煤礦進(jìn)行了 16 架試驗(yàn) , 現(xiàn)已撤出。 鄭 州煤機(jī)廠 1991 年 5 月研制出 DYZK 2Ⅰ型支架電液控制系統(tǒng) ,于 1992 年 5 月在大同四臺礦完成 20 架井下工業(yè)性試驗(yàn) , 在 Ⅰ型的基礎(chǔ)上又經(jīng)過多次改進(jìn) , 于 1993 年 9月開發(fā)出 DYZK 2Ⅱ型支架電液控制系統(tǒng) , 在邢臺煤礦進(jìn)行井下工業(yè)性試驗(yàn)并通過鑒定 , 從此即完全停止。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 國內(nèi)液壓支架電液控制系統(tǒng)發(fā)展概況 我國自 80 年代中期即開始研制液壓支架電液控制系統(tǒng)?，旂婀镜匿N售范圍包括：系統(tǒng)集成、電子、電液、傳感器、閥類產(chǎn)品，以及立柱，推移千斤頂?shù)取，旂婀鹃L期致力于開發(fā)和生產(chǎn)貼近礦業(yè)用戶需求的電液控制系統(tǒng)。 DBT 公司是全球成套井下采礦設(shè)備供貨商，主要提供從液壓支架、電液控制系統(tǒng)、輸送機(jī)、刨煤機(jī)、采煤機(jī)到破碎機(jī)、輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的成套設(shè)備和解決方案。 當(dāng)前國際上主流的液壓支架電液控制器主要有：德國 DBT 公司的 PM4型控制器、德國 MARCO 公司的 PM31 和 PM32 型控制器和美國 JOY 公司的 RS2型 3 種控制器，這 3 種控制器占總數(shù)的 70％以上，此外還有德國 EEP 公司的 PRll6 型控制器和蒂芬巴赫的 ASG5 型控制器等。液壓支架電液控制系統(tǒng)已成為先進(jìn)產(chǎn)煤國家綜采工作面液壓支架的標(biāo)準(zhǔn)控制裝備，在美國、澳大利亞、德國等國家已經(jīng)普遍應(yīng)用。到 1994 年 , 全美國 81個綜采工作面中已有 73 個裝備了電液控制的液壓支架 , 占全部綜采工作面的 90 %以上 , 到 1996 年 , 比例數(shù)又上升到 %。 除此之外 , 日本三井三池株 式會社、英國原米柯公司、德國原赫姆夏特公司 (現(xiàn)合并為 DBT 公司 ) 、波蘭 EMAG、法國、俄羅斯等國家也都先后研制成功支架電液控制系統(tǒng) , 并推廣使用。 1987 年威斯特伐利亞公司與 MARCO 公司合作研制出 PM2 電液控制系統(tǒng) ,1990 年又研制出更為先進(jìn)的 PM3 支架電液控制系統(tǒng) , 技術(shù)上已相當(dāng)可靠 , 在全世界廣泛推廣應(yīng)用。威斯特伐利亞公司與西門 子公司于 1978～ 1984 年間合作研制出德國第一套支架電子控制裝置 —— Panermatic2E 系統(tǒng)。該系統(tǒng)的主控制臺及電源均布置在工作面運(yùn)輸巷內(nèi) , 可實(shí)現(xiàn)全工作面集中控制。英國原伽立克公司 1983 年 3 月研制出“ ELECTROF LEX”電液控制系統(tǒng)在“ Hem heath”投入試驗(yàn)。 Electromagic Precursor Valve I 目 錄 1 緒論 ................................................................................................................ 1 液壓支架電液控制系統(tǒng)發(fā)展概況 ...........................................