摘要：目前，由于井下乳化液阀门不是通过电液结合的方式自动控制流量大小，而是只能控制液路在全开或者全关2种状态间切换。因此，液压支架的执行油缸在执行动作时，全程只能保持相同的进出液流量，这导致油缸在开启和运动结束时瞬间对接头座冲击很大。液压支架接头座长期受到冲击容易导致油缸接头座失效、剪切销轴断裂等故障。设计一种能够自动调节控制液压回路中流量大小的电液多速控制系统，其特征是在液压回路里增加一种电液多速控制阀，实现了流量的多级调节，从而能够精准地控制油缸执行动作。
关键词：液压支架；油缸；电液多速控制阀
0引言
由于煤矿开采中对安全性、稳定性的特殊要求，一般在井下的液压系统管路中采用液控单向阀控制回路的通断，然而液控单向阀只有全开、全关2种状态，无法统筹控制整个液压系统管路中的流量大小，导致执行油缸在执行动作时，全程保持相同的进出液流量，这种控制方式主要存在的缺陷：①在油缸执行动作的初始阶段启动压力和流量非常大，长期冲击执行机构，容易导致销轴受循环剪切力断裂、油缸接头座长期受冲击失效等故障；②在油缸执行动作的末尾阶段，驱动液流量不能减小，速度降不下来，会使执行油缸的控制不够精准；③同时液压管路元件的使用寿命也会受到影响，不够节能环保，浪费有效资源。
1液压支架电液多速控制系统总体设计
液压支架电液多速控制系统如图1所示，由进液总管、电液主控阀、下腔支管、上腔支管和液压油缸、电液多速控制阀、本安控制器等组成。进液总管连通电液主控阀的总进液口，电液主控阀上的一工作液口通过下腔支管与油缸件的下腔连通，电液主控阀上的另一工作液口通过上腔支管与油缸件的上腔连通，进液总管或者下腔支管上安装有一电液多速控制阀，以便调节管路中的工作液流量。
2系统工作原理
该系统通过电液结合的控制原理实现液压支架进液流量或执行油缸的多速控制，电液多速控制阀原理图如图2所示。通过控制器设定一定的程序，控制电磁阀的开启，在油缸执行动作初始阶段，液控单向阀串关闭，乳化液通过节流阀芯通液，系统小流量供液，执行油缸缓慢伸出，减缓启动时的液压冲击；中间阶段电磁阀断电，液控单向阀串常开，系统大流量快速进液，执行油缸快速执行动作；末尾阶段电磁阀得电，液控单向阀串关闭，系统小流量进液，实现执行机构动作的缓慢控制。以控制推移油缸为例，在油缸执行伸出动作时（即倒置安装油缸的拉架动作），下腔进液过程分3个阶段完成：①开始阶段电液多速控制阀上的电磁先导阀控制口一般设定开启1~2s，同时控制位移油缸拉架的电液阀处于工作位，此时油缸缓慢伸出；②中间阶段电液多速控制阀上的电磁先导阀未工作，而电液多速控制阀的大流量液控单向阀串处于常开状态，程序上一般设定值为5~6s，此时液压系统主油道大流量进液，油缸快速伸出；③末尾阶段减冲阀上的电磁先导阀口设定开启，电液多速控制阀的大流量液控单向阀串处于截止状态，控制推移油缸的电液阀处于工作位，此时系统小流量进液直至油缸全部缓慢伸出。
3电液多速控制阀工作原理
电液多速控制阀由主阀阀体、液控单向阀串、电磁先导阀等组成，如图3所示。主流道与细流道开设在主阀阀体内，主流道包括进液流道、出液流道以及连通在进液流道和出液流道之间的连通腔，连通腔内设置有截止阀组件，其为液控单向阀串，细流道的两端分别接通进液流道和出液流道；进液流道还连通有电磁先导阀的控制油进油口，电磁先导阀的控制油出油口连通液控单向阀串的液控口，电磁先导阀开启状态下，液控单向阀串处于常闭状态，电磁先导阀关闭状态下，液控单向阀串处于常开状态；控制器通过控制电磁先导阀的开闭控制电液多速控制阀内的工作液流量。该电液多速控制阀用于液压系统中，工作液可以是乳化液，也可以是纯水、接近水的介质或者其他介质，进液流道P口和出液流道O口与管路对接，接入管路中，所述主流道和细流道将主阀阀体内部分为2个流道，利用电磁先导阀能够对液控单向阀串进行控制，电磁先导阀关闭时，主流道和细流道均处于开启状态，此时能够提供大流量工作液；电磁先导阀件开启时，工作液注入液控腔中，液控单向阀串处于常闭状态，主流道关闭，细流道开启，此时能够提供小流量工作液。
4模拟试验
试验装置由液压支架、推杆组件及平台耳座组成，结构如图4所示。试验装置用于模拟采集液压支架推移油缸的试验数据。为了能够模拟出井下推移油缸实际工况，该装置将推杆组件联接头固定在平台耳座上，让推移油缸带负载推溜，从而得到可靠的试验数据。3个周期内带负载带多速阀与带负载无多速阀的位移、压力变化曲线如图5、图6所示。通过图5和图6试验结果对比分析，在相同泵压下（试验系统压力为28MPa），使用多速缓冲阀后，千斤顶伸出单行程内，原本的1次骤然压力冲击（平均10.5MPa）被分为了3次小冲击，第1次压力最高攀升至3.9MPa，第2次攀升最高至4.4MPa，第3次攀升最高至6.4MPa，缓冲效果明显，起到了对千斤顶接头座的有效保护。经疲劳试验测试，液压冲击已经很难使联接销轴变形，保证了千斤顶的使用寿命，延长了维修周期。
5结语
本文研究的电液多速控制系统，其本质是在液压系统回路中增设电液多速控制阀，通过本安控制器按照一定的控制逻辑控制电磁阀的开启，实现对液压系统中安装的不同流量的液控单向阀串的开启控制，进而实现支架液压系统流量的多速控制；通过对同一管路中流量的调节和对安装在油缸内的位移传感器数据采集控制，进一步实现了液压油缸伸缩长度的精准控制，控制精度可达10mm以内。
作者：李春鹏 张幸福 单位：郑州煤矿机械集团股份有限公司 智能开采研究院
