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提升機雙泵液壓站中液動換向閥的設(shè)計
發(fā)布時間：
2024-03-27
來源：
介紹了提升機恒力矩安全制動系統(tǒng)中雙泵液壓站的工作原理和功能；分析了常用板式液動換向閥應(yīng)用中存在的閥芯容易卡阻、彈簧使用壽命短等問題；設(shè)計了一種基于二通插裝閥的新型液動換向閥，并闡述了其原理；詳細說明了提升機雙泵液壓站中，新型液動換向閥的兩種設(shè)計和安裝方式。采用新型液動換向閥，簡化了閥組油路塊的油孔設(shè)計，使其壽命更長，安全可靠性更高。
礦井提升系統(tǒng)是礦山開采的關(guān)鍵設(shè)備，主要承擔(dān)全礦的煤炭、礦石、廢石等的提升任務(wù)，以及人員、設(shè)備、材料等的運送任務(wù)。液壓站是礦井提升機重要的安全和控制部件，它和盤形制動器組合成為一套完整的制動系統(tǒng)。
為提高制動系統(tǒng)的安全可靠性，液壓站通常設(shè)計有備用裝置。目前，提升機液壓站常用的備用裝置設(shè)計方案有以下 3 種。
(1) 雙泵液壓站 該方案中，1 套制動系統(tǒng)配置1 臺液壓站。液壓站上設(shè)計 2 套泵裝置+1 套液壓閥組，2 套泵裝置互為備用，1 套液壓閥組共用。當(dāng)工作泵出現(xiàn)故障時，通過電控程序可實現(xiàn)備用泵的自動切換。
(2) 雙系統(tǒng)液壓站 該方案中，1 套制動系統(tǒng)配置 1 臺液壓站。液壓站上設(shè)計 2 套液壓系統(tǒng)，互為備用。當(dāng)工作液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，通過人工調(diào)整出油口球閥及電控程序，可實現(xiàn)備用液壓系統(tǒng)的切換。
(3) 雙液壓站 該方案中，1 套制動系統(tǒng)配置 2臺完全相同的液壓站。每臺液壓站上設(shè)計 1 套完整的液壓系統(tǒng)，2 臺液壓站互為備用。當(dāng)工作液壓站出現(xiàn)故障時，通過人工調(diào)整出油口球閥及電控程序，可實現(xiàn)備用液壓站的切換。
上述方案中，雙泵液壓站結(jié)構(gòu)最簡單，備用裝置切換最方便，安裝空間最小，經(jīng)濟成本最低；因此，在用戶對價格、安裝空間比較敏感的項目中，經(jīng)常選用此方案。
雙泵液壓站中，2 套互為備用的泵裝置通過液動換向閥向 1 套共用的液壓閥組供油。為了保證泵裝置的可靠切換，液動換向閥必須具備可靠的性能。常用的板式液動換向閥，其安裝面上油孔眾多，閥組油路塊設(shè)計復(fù)雜，同時還存在液動換向閥閥芯容易卡阻、彈簧使用壽命短等問題，使用效果不佳?；诖?，本研究提出一種基于二通插裝閥設(shè)計的新型液動換向閥。
1 雙泵液壓站
1.1 組成及工作原理
以中信重工生產(chǎn)的恒力矩安全制動雙泵液壓站為例，其原理如圖1 所示。雙泵液壓站由油箱 1、互為備用的 2 套泵裝置、1 套共用的液壓閥組組成。其中，泵裝置由液壓泵 2、電動機 3、過濾器 4、比例溢流閥 5 構(gòu)成；液壓閥組由液動換向閥 6、電磁換向閥(7、11、12、16、17)、溢流閥 8、單向節(jié)流閥 9、蓄能器 10、壓力傳感器 13、過濾器 14、出油口球閥 15構(gòu)成。連接管路將液壓站出油口 B 和盤式制動器連接。
圖1 雙泵液壓站工作原理
1.油箱；2.液壓泵；3.電動機；4,14.過濾器；5.比例溢流閥；6.液動換向閥；7,11,12,16,17.電磁換向閥；8.溢流閥；9.單向節(jié)流閥；10.蓄能器；13.壓力傳感器；15.球閥。
1.2 主要功能
1.2.1 工作制動
液壓站可以為盤式制動器提供不同油壓的壓力油，油壓的變化由電液比例溢流閥來調(diào)節(jié)。制動系統(tǒng)正常工作時，電動機 3.1 通電，電磁鐵 G3、G4、G5、G6、G7 得電，液壓泵 2.1 的壓力油經(jīng)過過濾器4.1、液動換向閥 6、電磁換向閥 7、過濾器 14、球閥15 和出油口 B 進入盤式制動器。司機可以通過調(diào)節(jié)比例溢流閥 5.1 的比例電磁鐵，以控制電壓實現(xiàn)油壓的變化，從而達到調(diào)節(jié)制動力矩的目的。當(dāng)控制電壓增加時，系統(tǒng)油壓升高，制動器開閘；當(dāng)控制電壓減小時，制動系統(tǒng)油壓下降，制動器合閘；當(dāng)控制電壓減小至零時，制動系統(tǒng)的油壓最低，降為殘壓，提升機處于完全制動狀態(tài)。
1.2.2 安全制動
礦井提升系統(tǒng)發(fā)生故障時，提升機必須實現(xiàn)緊急制動。此時，電動機 3.1、比例溢流閥 5.1 的比例電磁鐵，以及電磁鐵 G3、G4、G7 斷電，盤式制動器油壓降為溢流閥 8 的調(diào)定壓力 p1級 值，即第一級制動油壓值；保壓至?xí)r間繼電器動作時，電磁鐵 G5、G6斷電，油壓降到零，實現(xiàn)全制動。在延時過程中，蓄能器 10 起穩(wěn)壓補油作用，調(diào)節(jié)單向節(jié)流閥 9 的開度可調(diào)節(jié)其補油速度，使延時過程中 p1級 值基本穩(wěn)定在要求值。
2 液動換向閥的應(yīng)用
液動換向閥是利用控制油路的壓力油在閥芯端部所產(chǎn)生的液壓力來推動閥芯移動，從而改變閥芯位置的換向閥。提升機雙泵液壓站上常用的國產(chǎn) 23Y 型板式液動換向閥如圖2 所示。其安裝面上有 2 個進 (出)油口 B 和 A、1 個出 (進) 油口 P、1 個控制油口 K，以及 1 個泄油口 L。在雙泵液壓站中，液動換向閥在泵裝置切換時使用，工作泵裝置連接 A 口，備用泵裝置連接 B 口。工作泵裝置運行時，閥芯在彈簧力的作用下被推向左側(cè)，壓力油經(jīng) A → P 流向液壓閥組供油孔；當(dāng)工作泵裝置故障時，電控系統(tǒng)控制工作泵的電動機斷電，備用泵的電動機通電，閥芯在控制油 K 的作用下被推向右側(cè)，壓力油經(jīng) B → P 流向液壓閥組供油孔；至此，完成備用泵裝置的切換。
圖2 23Y 型板式液動換向閥
雙泵液壓站上使用的板式液動換向閥安裝在閥組油路塊上，通過油路塊上設(shè)計的油孔及螺釘安裝孔進行連接。圖2 所示為 23Y 型板式液動換向閥，其安裝面上油口眾多。當(dāng)然，進口廠家也有板式液動換向閥可供選擇，但是其安裝面上同樣油口眾多。美國PARKER 的 D3DP26D2N 板式液動換向閥如圖3 所示，該換向閥在雙泵液壓站上也有使用。A 口、B 口和 P 口為閥的工作油口，X 口和 Y 口為控制油口。安裝面上油口眾多，這給閥組油路塊的油孔設(shè)計增加了難度。此外，板式液動換向閥還存在閥芯容易卡阻、彈簧使用壽命短等問題，這都是制動系統(tǒng)運行中存在的安全隱患。
圖3 PARKER 的板式液動換向閥
3 新型液動換向閥的設(shè)計
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，基于二通插裝閥，本研究設(shè)計提出了一種新型液動換向閥。
3.1 二通插裝閥
二通插裝閥由插裝組件、控制蓋板等組成。插裝組件安裝于油路塊中符合 ISO 7368 的標準安裝孔中，并用控制蓋板封嚴。通過插裝組件，控制蓋板和其他附件的組合可以實現(xiàn)需要的控制功能。二通插裝閥具有流動阻力小、通流能力大、動作速度快、抗污染能力強、工作可靠、結(jié)構(gòu)簡單、易于實現(xiàn)元件和系統(tǒng)的“三化”、簡化系統(tǒng)等優(yōu)點。
液動換向閥中使用的二通插裝閥如圖4 所示，其主要由插裝組件和控制蓋板組成。二通插裝閥依靠壓力進行工作。通過設(shè)計臺階，使二通插裝閥的面積比αA=A1∶A3=1∶2。圖4 中，A 腔中的面積 A1 和A2 以開口方向起作用，面積 A3 和彈簧以閉合方向起作用。開口和閉合方向的力，合成后所產(chǎn)生的有效力的方向決定了二通插裝閥的閥芯位置。當(dāng)控制油路 X供油壓力最高時，面積 A3 受壓，A 腔和 B 腔的壓力油都不能打開閥芯組件，閥芯組件保持關(guān)閉，A 腔和B 腔不相通，實現(xiàn)無泄漏封閉；當(dāng)控制油路 X 與油箱相通時，閥芯組件可以由 A 腔或 B 腔的壓力油打開，壓力油可以從 A 流向 B 或從 B 流向 A，此時，二通插裝閥就具有二位二通方向控制閥功能。
圖4 二通插裝閥
3.2 新型液動換向閥的設(shè)計
新型液動換向閥是由兩個二通插裝閥組合而成的選擇回路，具備二位三通方向控制閥功能，以實現(xiàn)兩套泵裝置的切換。中信重工 E6118B/E6119B 型液壓站的液壓閥組如圖5 所示。圖5 中，當(dāng) P1 處的泵裝置工作時，插裝組件 2.1 打開，插裝組件 2.2 關(guān)閉，由 P1 處的泵裝置向 P 口供油，P2 處的泵裝置可以維修或停用待命；反之，當(dāng) P2 處的泵裝置工作時，插裝組件 2.2 打開，插裝組件 2.1 關(guān)閉，由 P2 處的泵裝置向 P 口供油，P1 處的泵裝置可以維修或停用待命。
圖5 新型液動換向閥
1.插裝組件 2.2；2.控制蓋板 1.2；3.控制蓋板 1.1；4.插裝組件 2.1。
在提升機雙泵液壓站中，新型液動換向閥的設(shè)計和安裝有以下兩種方式。
(1) 在閥組油路塊中直接設(shè)計標準安裝孔，將插裝組件安裝在標準安裝孔中，再用控制蓋板封嚴。圖5 中，兩個插裝組件的位置和方向可根據(jù)液壓閥組的具體情況靈活設(shè)計，與板式液動換向閥相比，閥組油路塊的油孔設(shè)計簡化了很多。
(2) 將兩個插裝閥組合設(shè)計成一個獨立的液動換向閥，再安裝到閥組油路塊上。如圖6 所示，獨立的液動換向閥包含一個獨立的閥體 3，兩端分別安裝有一個插裝組件 2 和一個控制蓋板 1；閥體內(nèi)部設(shè)計有油孔，用于連接兩端的插裝閥；閥體外側(cè)安裝面上設(shè)計有兩個進油孔 P1 和 P2，通過管接頭連接兩個泵裝置；閥體內(nèi)側(cè)安裝面上設(shè)計有一個出油孔 P，閥組油路塊上只需要設(shè)計一個與出油孔 P 配套的供油孔即可；閥體上設(shè)計有螺釘安裝孔，用于將液動換向閥安裝在閥組油路塊上。
圖6 獨立的液動換向閥
1.控制蓋板；2.插裝組件；3.閥體。
采用獨立的液動換向閥，使閥組油路塊的油孔設(shè)計得到了進一步簡化。中信重工 E6161B/E6160B 型液壓站的液壓閥組的應(yīng)用如圖7 所示。
圖7 液壓閥組的應(yīng)用
4 結(jié)語
與常用板式液動換向閥相比，基于二通插裝閥設(shè)計的新型液動換向閥具有安裝方式和安裝位置靈活，閥組油路塊的油孔設(shè)計簡單，液動換向閥流動阻力小、通流能力大、動作速度快、抗污染能力強，工作可靠等優(yōu)點，簡化了設(shè)計，保障了雙泵液壓站中兩套泵裝置的可靠切換，提高了制動系統(tǒng)的安全性能，保證了礦井提升系統(tǒng)的安全可靠運行。
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