畢業(yè)設(shè)計(jì) 液壓支架電液控制系統(tǒng)電磁先導(dǎo)閥的設(shè)計(jì)

1、<p>　　本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　　中文題目： 液壓支架電液控制系統(tǒng)——電磁先導(dǎo)閥的設(shè)計(jì) </p><p>　　英文題目：Hydraulic support electric-control system ——electromagnetic pilot valve design &

2、lt;/p><p>　　題目：液壓支架電液控制系統(tǒng)——電磁先導(dǎo)閥的設(shè)計(jì)</p><p>　　專(zhuān)題題目：電磁先導(dǎo)閥的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　主要內(nèi)容和要求：</b></p><p>　　第一章介紹國(guó)內(nèi)外液壓支架電液控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景，介紹了液壓支架電磁閥的發(fā)展現(xiàn)狀，總結(jié)課題研究背景，目的意義以及研究的主要內(nèi)

3、容。 </p><p>　　第二章對(duì)電液控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及組成進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，分析我國(guó)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)，并在此基礎(chǔ)上提出對(duì)國(guó)內(nèi)發(fā)展液壓支架電液控制技術(shù)的建議。</p><p>　　第三章對(duì)液壓支架電液控制閥整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并分析其工作原理。</p><p>　　第四章先對(duì)電磁先導(dǎo)閥進(jìn)行設(shè)計(jì)，在現(xiàn)有MARCO閥的基礎(chǔ)上改控制口斜油道為直油道，

4、分析工作原理，然后根據(jù)具體工作需求對(duì)電磁先導(dǎo)閥內(nèi)部的電磁鐵及復(fù)位彈簧進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。</p><p>　　第五章總結(jié)了本論文的研究工作和成果，并對(duì)下一步的工作進(jìn)行展望。</p><p>　　專(zhuān)題題目：電磁先導(dǎo)閥的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)：</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)為液壓支架電液控制系統(tǒng)的電磁

5、先導(dǎo)閥的設(shè)計(jì)，進(jìn)行了裝配圖和零件圖的設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了關(guān)鍵零件的強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算，具有重要意義和應(yīng)用價(jià)值。完成以下工作：</p><p>　　電磁閥（電磁先導(dǎo)閥和主閥）的總裝圖的設(shè)計(jì)</p><p>　　電磁先導(dǎo)閥裝配圖的設(shè)計(jì)</p><p>　　電磁先導(dǎo)閥閥芯組件圖的設(shè)計(jì)</p><p>　　電磁先導(dǎo)閥電磁鐵和復(fù)位彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算</p>

6、<p><b>　　閥芯零件圖的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)綜合應(yīng)用所學(xué)專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)理論和專(zhuān)業(yè)知識(shí)，受力分析及強(qiáng)度計(jì)算合理，工程圖規(guī)范，符合標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)論正確。設(shè)計(jì)中既吸收了國(guó)外的技術(shù)又有自己的改進(jìn)，具有一定的獨(dú)立工作能力。論文達(dá)到了工學(xué)學(xué)士畢業(yè)論文要求。同意進(jìn)行答辯和申請(qǐng)工學(xué)學(xué)士學(xué)位。</p><p>　　成績(jī)： 87

7、 </p><p>　　指導(dǎo)教師簽名： </p><p>　　年 月 日</p><p>　　學(xué)院 機(jī)電與信息工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè) 機(jī)械工程及自動(dòng)化 班級(jí)2006級(jí)1班學(xué)生姓名吳敏 </p><p>　　題目：液壓支架電液控制系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)</p><p>　　專(zhuān)題題目：電液閥主閥的研

8、究設(shè)計(jì)</p><p><b>　　評(píng)閱教師評(píng)語(yǔ)：</b></p><p>　　電液閥是液壓支架電液控制系統(tǒng)的重要部件，因此對(duì)電液閥的研究與設(shè)計(jì)具有很重要的實(shí)際意義和應(yīng)用價(jià)值；該生在學(xué)習(xí)、研究和分析了電液閥工作原理和特點(diǎn)之后，進(jìn)行了電磁閥（電磁先導(dǎo)閥和主閥）的總裝圖的設(shè)計(jì)、電磁先導(dǎo)閥裝配圖的設(shè)計(jì)、電磁先導(dǎo)閥閥芯組件圖的設(shè)計(jì)、電磁先導(dǎo)閥電磁鐵和復(fù)位彈簧設(shè)計(jì)以及相關(guān)零件的

9、設(shè)計(jì)，并用計(jì)算機(jī)繪制了裝配圖和零件圖。</p><p>　　該設(shè)計(jì)理論分析和計(jì)算完整，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，電磁鐵設(shè)計(jì)正確，彈簧設(shè)計(jì)符合規(guī)范，主要設(shè)計(jì)的相關(guān)圖紙齊備；設(shè)計(jì)具有理論與實(shí)際結(jié)合的突出特點(diǎn)；設(shè)計(jì)本身應(yīng)用所學(xué)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課知識(shí)廣泛，符合煤炭機(jī)械類(lèi)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　該生具有較強(qiáng)的獨(dú)立工作能力，很好地完成了設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中提出的主要內(nèi)容和要求，同意進(jìn)行答辯和申請(qǐng)工學(xué)學(xué)士學(xué)位。&l

10、t;/p><p>　　成績(jī)： 87 </p><p>　　評(píng)閱教師簽名： </p><p>　　年 月 日</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯及綜合成績(jī)</p><p><b>　　摘 要</b></p&

11、gt;<p>　　隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，液壓支架電液控制技術(shù)也得到了很大的發(fā)展。然而 , 這項(xiàng)技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展卻相對(duì)緩慢，國(guó)內(nèi)液壓支架電液控制系統(tǒng)目前主要從國(guó)外引進(jìn)，進(jìn)口電液控制系統(tǒng)價(jià)格昂貴，維護(hù)維修成本高，導(dǎo)致液壓支架成本的急劇增加。作為電液控制系統(tǒng)的核心組件之一，電液控制閥國(guó)產(chǎn)化，成為當(dāng)前的工作重心。本課題主要內(nèi)容是對(duì)控制閥中的電磁先導(dǎo)閥進(jìn)行設(shè)計(jì)創(chuàng)新，根據(jù)課題的內(nèi)容和特點(diǎn)，本論文分五個(gè)章節(jié)來(lái)闡述。</p>

12、<p>　　第一章介紹國(guó)內(nèi)外液壓支架電液控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景，介紹了液壓支架電磁閥的發(fā)展現(xiàn)狀，總結(jié)課題研究背景，目的意義以及研究的主要內(nèi)容。 </p><p>　　第二章對(duì)電液控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及組成進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，分析我國(guó)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)，并在此基礎(chǔ)上提出對(duì)國(guó)內(nèi)發(fā)展液壓支架電液控制技術(shù)的建議。</p><p>　　第三章對(duì)液壓支架電液控制閥整體

13、結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并分析其工作原理。</p><p>　　第四章先對(duì)電磁先導(dǎo)閥進(jìn)行設(shè)計(jì)，在現(xiàn)有MARCO閥的基礎(chǔ)上改控制口斜油道為直油道，分析工作原理，然后根據(jù)具體工作需求對(duì)電磁先導(dǎo)閥內(nèi)部的電磁鐵及復(fù)位彈簧進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。</p><p>　　第五章總結(jié)了本論文的研究工作和成果，并對(duì)下一步的工作進(jìn)行展望。</p><p>　　關(guān)鍵詞：液壓支架；電液控制；電磁先導(dǎo)閥<

14、/p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Coal mining has entered the era of fully mechanizing mining nowadays. Hydraulic Support(HS) is greatly used in fully mechanized coal mining equipment．A

15、nd the core technologies of electro hydraulic control system in HS had got a great development．But this technology has fall behind in our country．The electro hydraulic system of the HS is imported abroad．The imported sys

16、tem is expensive，which increase the whole cost of the HS deeply．As an key component in electro hydraulic control system，realize t</p><p>　　In the first chapter, the electro-hydraulic control system of the hy

17、draulic support research situation and development prospect are introduced. Also the development of hydraulic support electromagnetic valve is introduced. And summarizes the current research background、significance and p

18、urpose of the research contents. </p><p>　　In the chapter two，the electro-hydraulic control system and the characteristics of the composition are introduced. Analyze the reasons why hydraulic support electri

19、c-control system got a low development.</p><p>　　In the chapter three, design the whole structure of PSV. And get analysis of the working principle.</p><p>　　In the chapter four, first to design

20、 electromagnetic precursor valve, on the basis of the existing MARCO valve to change control mouth from inclined to straight, then design calculation the electromagnet and the reposition spring of electromagnetic precurs

21、or valve.</p><p>　　In the chapter five，some conclusions about this research work are introduced；also the future work is pointed out．</p><p>　　Key words: Hydraulic Support; Electro-hydraulic Cont

22、rol; Electromagnetic Precursor Valve </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 緒論- 1 -</p><p>　　1.1 液壓支架電液控制系統(tǒng)發(fā)展概況- 1 -</p><p>　　1.1.1 國(guó)外液壓支架電液控制系統(tǒng)發(fā)展概況- 1 -<

23、/p><p>　　1.1.2 國(guó)內(nèi)液壓支架電液控制系統(tǒng)發(fā)展概況- 3 -</p><p>　　1.1.3 液壓支架電液控制系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)- 4 -</p><p>　　1.1.4 液壓支架電磁閥的發(fā)展概況- 4 -</p><p>　　1.2 本課題的研究背景及意義- 6 -</p><p>　　1.3 本論文研究主

24、要工作- 7 -</p><p>　　1.4 本章小結(jié)- 8 -</p><p>　　2 液壓支架電液控制系統(tǒng)- 9 -</p><p>　　2.1 液壓支架電液控制系統(tǒng)的特點(diǎn)- 9 -</p><p>　　2.2 液壓支架電液控制系統(tǒng)的組成- 10 -</p><p>　　2.3 我國(guó)液壓支架電液控制系統(tǒng)發(fā)

25、展緩慢的原因及攻關(guān)難點(diǎn)- 12 -</p><p>　　2.4 對(duì)我國(guó)發(fā)展支架電液控制技術(shù)的建議- 13 -</p><p>　　2.5 本章小結(jié)- 15 -</p><p>　　3 液壓支架電液控制閥- 16 -</p><p>　　3.1 電液控制閥的設(shè)計(jì)原理- 16 -</p><p>　　3.2 電液

26、控制閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)- 16 -</p><p>　　3.3 電液控制閥的工作原理- 19 -</p><p>　　3.4 本章小結(jié)- 20 -</p><p>　　4 電液控制閥先導(dǎo)閥的工作原理及設(shè)計(jì)- 21 -</p><p>　　4.1 電磁先導(dǎo)閥的相關(guān)設(shè)計(jì)- 21 -</p><p>　　4.1.1 電磁

27、先導(dǎo)閥的設(shè)計(jì)原理- 21 -</p><p>　　4.1.2 電磁先導(dǎo)閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)- 21 -</p><p>　　4.1.3 電液控制閥先導(dǎo)閥的工作原理- 24 -</p><p>　　4.2 電磁先導(dǎo)閥的設(shè)計(jì)及相關(guān)計(jì)算- 25 -</p><p>　　4.2.1 電磁先導(dǎo)閥電磁鐵的選擇- 25 -</p><

28、p>　　4.2.2 電磁先導(dǎo)閥電磁鐵的相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算- 25 -</p><p>　　4.2.3 電磁先導(dǎo)閥復(fù)位彈簧的相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算- 32 -</p><p>　　4.3 本章小結(jié)- 36 -</p><p>　　5 總結(jié)和展望- 37 -</p><p>　　5.1 總結(jié)- 37 -</p><p&

29、gt;　　5.2 展望- 37 -</p><p>　　參考文獻(xiàn)- 39 -</p><p>　　致 謝- 40 -</p><p><b>　　附錄- 41 -</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 液壓支架電液控制

30、系統(tǒng)發(fā)展概況</p><p>　　1.1.1 國(guó)外液壓支架電液控制系統(tǒng)發(fā)展概況</p><p>　　國(guó)外支架電液控制系統(tǒng)發(fā)展于70年代中期, 英國(guó)煤炭局首先提出研制電子控制液壓支架 , 1981 年澳大利亞的科里曼爾煤礦最先將電子控制的液壓支架用于長(zhǎng)壁綜采工作面。1983年底英國(guó)原道梯公司又為美國(guó)坎賽爾煤礦制造了兩按鈕式微處理機(jī)控制的液壓支架 , 于 1984年投產(chǎn)。英國(guó)原伽立克公司 19

31、83 年 3 月研制出“ELECTROF LEX”電液控制系統(tǒng)在“Hem heath”投入試驗(yàn)。1985 年底英國(guó)原道梯公司又研制出第二代全工作面集中電液控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的主控制臺(tái)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。</p><p>　　德國(guó)80年代初開(kāi)始大力發(fā)展液壓支架電液控制系統(tǒng)。威斯特伐利亞公司與西門(mén)子公司于 1978～1984 年間合作研制出德國(guó)第一套支架電子控制裝置——Panerm

32、atic2E 系統(tǒng)。1986 年又研制出 Paner2matic2S5 支架電控系統(tǒng)。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。90年代后期威斯特伐利亞公司甩掉 MARCO , 自行改進(jìn)推出 PM4 系統(tǒng) , 而 MARCO 公司改進(jìn)推出PM31系統(tǒng)。</p><p>　

33、　除此之外 , 日本三井三池株式會(huì)社、英國(guó)原米柯公司、德國(guó)原赫姆夏特公司 (現(xiàn)合并為 DBT公司) 、波蘭 EMAG、法國(guó)、俄羅斯等國(guó)家也都先后研制成功支架電液控制系統(tǒng) , 并推廣使用。</p><p>　　美國(guó) 1984 年在西弗吉尼亞州拉弗里吉煤礦裝備了第一個(gè)使用原英國(guó)道梯公司制造的裝有電液控制系統(tǒng)的液壓支架的高產(chǎn)高效工作面 , 并取得成功。到1994年 , 全美國(guó)81個(gè)綜采工作面中已有 73個(gè)裝備了電液控制

34、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92.17 %。</p><p>　　目前 , 國(guó)外液壓支架電液控制技術(shù)已發(fā)展到相當(dāng)成熟的階段 , 發(fā)展十分迅速。液壓支架電液控制系統(tǒng)已成為先進(jìn)產(chǎn)煤國(guó)家綜采工作面液壓支架的標(biāo)準(zhǔn)控制裝備，在美國(guó)、澳大利亞、德國(guó)等國(guó)家已經(jīng)普遍應(yīng)用。此外，中國(guó)、斯洛文尼亞、南非、俄羅斯、波蘭、墨西哥、加拿大等國(guó)家也已大量使用。</p>&

35、lt;p>　　當(dāng)前國(guó)際上主流的液壓支架電液控制器主要有：德國(guó)DBT公司的PM4型控制器、德國(guó)MARCO公司的PM31和PM32型控制器和美國(guó)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(guó)EEP公司的PRll6型控制器和蒂芬巴赫的ASG5型控制器等。德國(guó)采礦技術(shù)有限公司(DBT)是1995年末，由當(dāng)時(shí)的3個(gè)德國(guó)公司合并組成的。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

36、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。</p><p>　　德國(guó)瑪珂公司(MARCO)是一家經(jīng)過(guò)ATEX和IS09001質(zhì)量體系認(rèn)證的本安型井下工作面控制系統(tǒng)的生產(chǎn)商?，旂婀鹃L(zhǎng)期致力于開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)貼近礦業(yè)用戶需求的電液控制系統(tǒng)?，F(xiàn)以主打產(chǎn)品PM32支架控制器為銷(xiāo)售品牌?，旂婀镜匿N(xiāo)售范圍包括：系統(tǒng)集成、電子、電液、傳感器、閥類(lèi)產(chǎn)品，以及立柱，推移千斤頂?shù)?。目前，大概?0％的中國(guó)自動(dòng)化程度

37、較高的礦井已經(jīng)選擇了或計(jì)劃通過(guò)合資公司購(gòu)買(mǎi)PM32控制系統(tǒng)。 </p><p>　　1.1.2 國(guó)內(nèi)液壓支架電液控制系統(tǒng)發(fā)展概況</p><p>　　我國(guó)自80年代中期即開(kāi)始研制液壓支架電液控制系統(tǒng)。</p><p>　　1991年北京煤機(jī)廠研制出第一套 BMJ2Ⅰ型支架電液控制系統(tǒng) , 在晉城古書(shū)院煤礦進(jìn)行了井下工業(yè)性試驗(yàn) , 并于1992 年4月通過(guò)初

38、步鑒定 , 在此基礎(chǔ)上改進(jìn)的第二代 BMJ2Ⅱ型支架電液控制系統(tǒng)(20架) , 于1992 年 12月至1995 年5月在井下進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn) , 但從此即被撂置一邊。 </p><p>　　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(tái)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(guò)多次改進(jìn) , 于1993年9月開(kāi)發(fā)出DYZK 2Ⅱ型支架電液

39、控制系統(tǒng) , 在邢臺(tái)煤礦進(jìn)行井下工業(yè)性試驗(yàn)并通過(guò)鑒定 , 從此即完全停止。國(guó)家為上述兩廠支架電液控制系統(tǒng)科研項(xiàng)目投入的經(jīng)費(fèi)近300萬(wàn)元。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(guó)內(nèi)第一個(gè)全套工作面井下工業(yè)性試驗(yàn) , 并于1997年7月通過(guò)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。國(guó)家和協(xié)作單位先后為該項(xiàng)目投入科研經(jīng)費(fèi)達(dá)500多萬(wàn)元。</p&g

40、t;<p>　　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(guó)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(guó)內(nèi)從事煤礦液壓支架電液控制系統(tǒng)研究和開(kāi)發(fā)的專(zhuān)業(yè)性公司，其技術(shù)與產(chǎn)品在中國(guó)得到了應(yīng)用。2005年液壓支架電控系統(tǒng)的最大用戶神華集團(tuán)與航天科技集團(tuán)合作開(kāi)發(fā)支架電液控制系統(tǒng)。航天科技經(jīng)過(guò)不到2年的時(shí)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(méi)有產(chǎn)品化。2007年針對(duì)電液控制系統(tǒng)，我國(guó)出

41、現(xiàn)了多個(gè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)研制液壓支架電液控制系統(tǒng)。2008年1月平頂山煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司和中國(guó)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(chēng)2008年上半年即可轉(zhuǎn)入批量生產(chǎn)。此外還有鄭州煤礦機(jī)械集團(tuán)和某高校合作研發(fā)，目前已在做地面試驗(yàn)。其他科研機(jī)構(gòu)也在努力研發(fā)。由此可以看出，我國(guó)液壓支架電液控制系統(tǒng)研制已經(jīng)歷了多年時(shí)間，但目前國(guó)產(chǎn)的液壓支架電液控制系統(tǒng)還沒(méi)有在井下推廣使用，許多綜采工作面所用電液控制系統(tǒng)液壓支架依然需要進(jìn)口。

42、</p><p>　　我國(guó)研制的支架電液控制系統(tǒng)結(jié)合了中國(guó)煤礦開(kāi)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。在控制上還處于單架和成組程控的初級(jí)階段。系統(tǒng)中主控制臺(tái)技術(shù)還不是很成熟，支架與采煤機(jī)聯(lián)動(dòng)的全工作面自動(dòng)控制系統(tǒng)還在研制階段。但隨著我國(guó)科技水平的不斷提高，液壓支架電液控制技術(shù)會(huì)逐漸趨于成熟并推廣使用。</p><p>　　1.1.3 液壓支架電液控制系統(tǒng)發(fā)

43、展趨勢(shì)</p><p>　　液壓支架電液控制器主要發(fā)展趨勢(shì)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(guò)總線傳輸數(shù)據(jù)，進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)工作面無(wú)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(jiǎn)單化。</p><p>　　預(yù)計(jì)在未來(lái)的2～5年，國(guó)產(chǎn)控制器將開(kāi)始逐步取代進(jìn)口控制器，同時(shí)國(guó)產(chǎn)支架電液控制系統(tǒng)將在國(guó)內(nèi)煤礦企業(yè)獲得應(yīng)用，使生產(chǎn)效率大幅度提高，

44、自動(dòng)化生產(chǎn)的水平將會(huì)上一個(gè)新的臺(tái)階。</p><p>　　1.1.4 液壓支架電磁閥的發(fā)展概況</p><p>　　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。它的功能是將電控系統(tǒng)發(fā)出的電信號(hào)有效地轉(zhuǎn)換為液壓信號(hào)，以控制支架液壓缸的動(dòng)作，其性能及可靠性直接影響整個(gè)系統(tǒng)的性能和可靠性。</p><p>　　長(zhǎng)期以來(lái)，德國(guó)DBT、MARCO公司和美國(guó)JOY公司等

45、歸屬的研發(fā)部門(mén)以及許多專(zhuān)家學(xué)者都致力于電磁閥組的研究和開(kāi)發(fā)上。他們從電磁閥組的結(jié)構(gòu)工藝著手，對(duì)先導(dǎo)閥壓力損失和泄漏及其驅(qū)動(dòng)元件等方面的問(wèn)題都進(jìn)行了大量而細(xì)致的實(shí)驗(yàn)研究，同時(shí)，還應(yīng)用計(jì)算機(jī)對(duì)先導(dǎo)閥內(nèi)部的流場(chǎng)進(jìn)行模擬研究。特別是德國(guó)一些公司相繼研制出一批高性能、高可靠度的電磁閥組。在長(zhǎng)期的研究中，這些國(guó)家積累了大量的理論知識(shí)和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。在國(guó)內(nèi)，對(duì)液壓支架的研究起步相對(duì)國(guó)外要晚，而對(duì)其中的電磁閥組的研究則要更晚一些。這些研究主要是在煤炭

46、科學(xué)研究總院各個(gè)專(zhuān)業(yè)研究所、骨干的支架制造廠及其一些液壓件廠中有見(jiàn)到。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(duì)國(guó)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(duì)XF—l型礦用電磁先導(dǎo)閥可靠性進(jìn)行了研究分析；吳國(guó)強(qiáng)等人對(duì)液壓支架電液自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理及控制進(jìn)行了國(guó)產(chǎn)化研究。</p><p>　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展以及數(shù)值計(jì)算技術(shù)研究的不斷

47、深入，使得對(duì)于幾乎一切流體力學(xué)問(wèn)題，包括液壓技術(shù)中的流體力學(xué)問(wèn)題的研究成為可能。1993年底歐共體撤消了CFD軟件對(duì)中國(guó)出口的禁令，商業(yè)CFD軟件逐漸進(jìn)入我國(guó)，這在一定程度上促進(jìn)了我國(guó)工業(yè)界CFD技術(shù)的應(yīng)用推廣。國(guó)內(nèi)高校及相關(guān)企業(yè)開(kāi)始利用計(jì)算流體力學(xué)軟件對(duì)液壓支架電磁閥的各種復(fù)雜的流動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行數(shù)值計(jì)算研究，分析了閥道流場(chǎng)分布、氣蝕產(chǎn)生現(xiàn)象及壓力損失等基礎(chǔ)性問(wèn)題。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(duì)電磁先導(dǎo)閥進(jìn)

48、行了流場(chǎng)計(jì)算、流量特性預(yù)測(cè)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(dòng)狀態(tài)及閥芯所受穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力的情況。通過(guò)這些研究加深了國(guó)內(nèi)對(duì)液壓支架用電磁閥的設(shè)計(jì)理論的理解。</p><p>　　1.2 本課題的研究背景及意義</p><p>　　煤炭是我國(guó)的主要能源，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展不可缺少的物質(zhì)基礎(chǔ)。我國(guó)煤炭資源豐富，煤炭

49、資源分布面積約60多萬(wàn)平方公里，占國(guó)土面積的6％。根據(jù)第三次全國(guó)煤炭資源預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)，全國(guó)煤炭資源總量5．57萬(wàn)億噸，煤炭資源潛力巨大，煤炭資源總量居世界第一。國(guó)務(wù)院制訂的《能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃綱要(2004．2020)》(草案)指出“要大力調(diào)整優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，堅(jiān)持以煤炭為主體，電力為中心，油氣和新能源全面發(fā)展的戰(zhàn)略”。鑒于我國(guó)“多煤、貧油、少氣(天然氣)”的特點(diǎn)，在今后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)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％

50、左右，在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)上占主要地位，有舉足輕重的作用。根據(jù)“十一五”計(jì)劃，國(guó)家將建成140個(gè)高效安全的現(xiàn)代化礦井，國(guó)家將加大對(duì)煤礦建設(shè)項(xiàng)目的支持力度，已先后有17個(gè)煤炭建設(shè)項(xiàng)目，由國(guó)家開(kāi)發(fā)銀行出具貸款承諾，還將100多個(gè)高檔普采工作面升為綜采工作面，100多個(gè)普采工作面升為高檔普采工作面。這樣，中國(guó)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(guó)內(nèi)先進(jìn)水平裝備率將達(dá)到20％，國(guó)際先進(jìn)水平裝備率將達(dá)到6％

51、；中型煤礦國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平裝備率將達(dá)到1</p><p>　　作為綜采液壓支架的核心——電液控制系統(tǒng)一直掌握在國(guó)外少數(shù)幾個(gè)大公司手中，如德國(guó)DBT公司PM4、MARCO公司PM31、美國(guó)JOY公司RS20。進(jìn)口電液控制系統(tǒng)價(jià)格昂貴，維護(hù)維修成本高，配件供應(yīng)周期長(zhǎng)，導(dǎo)致液壓支架成本的急劇增加。目前，中國(guó)國(guó)有重點(diǎn)煤礦的綜采工作面數(shù)已逾數(shù)百個(gè)，全部靠進(jìn)口國(guó)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液控制技術(shù)在煤礦開(kāi)采中

52、的推廣。因而，為了實(shí)現(xiàn)國(guó)家提出在“十一五”期間的目標(biāo)，必須加大液壓支架電液控制系統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)化力度，降低液壓支架成本，為煤礦開(kāi)采機(jī)械化打下基礎(chǔ)。</p><p>　　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(dòng)操縱液壓閥控制，使液壓支架的操作靈活、快捷。這種全新的電液控制系統(tǒng)將支架的全部動(dòng)作按計(jì)算機(jī)相對(duì)應(yīng)的指令運(yùn)行，這一新技術(shù)的應(yīng)用，配合液壓支架與采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)之間的約束

53、關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了綜合機(jī)械化采煤工作面的高產(chǎn)、高效、安全、全自動(dòng)化生產(chǎn)。</p><p>　　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。由于電液控制系統(tǒng)往往是復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，嚴(yán)格意義上講還是時(shí)變的。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。多年來(lái)，從傳統(tǒng)的PID控制、自適應(yīng)控制，到變結(jié)構(gòu)控制、魯捧控制、智能控制，諸多新穎的控制手段得到了不斷發(fā)展和完善，為電液控制系統(tǒng)在各領(lǐng)域

54、的不斷推廣使用奠定了基礎(chǔ)。</p><p>　　1.3 本論文研究主要工作</p><p>　　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(lái)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(shí)，由于控制口的變化帶動(dòng)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(duì)電磁先導(dǎo)閥內(nèi)部的電

55、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。</p><p>　　通過(guò)對(duì)液壓支架電液控制系統(tǒng)電液先導(dǎo)閥的設(shè)計(jì)，了解其相關(guān)原理和制作工藝及優(yōu)缺點(diǎn)，為我國(guó)的電液控制技術(shù)的發(fā)展做出微薄的貢獻(xiàn)。</p><p><b>　　1.4 本章小結(jié)</b></p><p>　?。?） 介紹了國(guó)內(nèi)外支架電液控制系統(tǒng)的發(fā)展情況及對(duì)電液控制技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行展望。<

56、;/p><p>　?。?） 介紹了課題研究的背景及意義。</p><p>　?。?） 介紹了本論文的主要工作。</p><p>　　2 液壓支架電液控制系統(tǒng)</p><p>　　2.1 液壓支架電液控制系統(tǒng)的特點(diǎn)</p><p>　　液壓支架電液控制系統(tǒng)是微電子計(jì)算機(jī)和液壓控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是機(jī)電一體化的高科技產(chǎn)品 它

57、是綜采工作面實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的基礎(chǔ)，它和手動(dòng)控制系統(tǒng)相比有如下優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　?。?）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(shí)也降低了粉塵對(duì)身體的危害。</p><p>　?。?）大幅度提高了支架的推移速度，目前國(guó)內(nèi)液壓支架普遍采用手動(dòng)控制，其推移速度除受系統(tǒng)流量和液壓元件過(guò)流能力的限制外，工人在架間的移動(dòng)速度也對(duì)其有直接

58、的影響，這種影響在薄煤層中顯得尤為突出。</p><p>　　（3）保證液壓支架額定初撐力，電液控制系統(tǒng)可以通過(guò)壓力傳感器反饋信號(hào)或通過(guò)延長(zhǎng)控制電磁先導(dǎo)閥的供電時(shí)間來(lái)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(shí)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。</p><p>　?。?）采用電液控制系統(tǒng)，在移架過(guò)程中，易于實(shí)現(xiàn)帶壓移架，減少了工作面頂板對(duì)液

59、壓支架產(chǎn)生頻繁的沖擊載荷，保護(hù)頂板圍巖的穩(wěn)定，延長(zhǎng)液壓支架的使用壽命。</p><p>　　（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(gè)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(shí)推溜，使刮板輸送機(jī)緩慢彎曲，避免溜槽連接處產(chǎn)生過(guò)大的應(yīng)力。</p><p>　?。?）靈活選擇多種控制方式，對(duì)各種困難的地質(zhì)條件和局部特殊地質(zhì)構(gòu)造都能適用

60、，特別是適用于薄煤層和急傾斜煤層工作面。</p><p>　　（7）減少支護(hù)滯后時(shí)間，避免了頂板局部破碎。</p><p>　?。?）電液控制系統(tǒng)可與采煤機(jī)和刮板輸送機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)配合聯(lián)動(dòng)， 實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化綜采工作面支架與采煤機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和數(shù)據(jù)可以傳輸?shù)较锏乐兄骺刂婆_(tái)和地面中央控制中心，便于實(shí)現(xiàn)整個(gè)礦井自動(dòng)化管理。</p><p>　　2.2 液壓支架電液控制系統(tǒng)的

61、組成</p><p>　　圖3.1　 支架電液控制系統(tǒng)組成</p><p>　　支架電液控制系統(tǒng)組成如圖3.1所示。它主要由電源、主控制臺(tái)、支架控制箱、液電信號(hào)轉(zhuǎn)換元件 (壓力、位移傳感器等) 、電液控制閥組、液壓系統(tǒng)等組成。下面介紹三種常見(jiàn)的控制系統(tǒng)：</p><p>　　A．雙向鄰架控制系統(tǒng)。綜采工作面每一支架都配有架控箱， 操作者通過(guò)支架架控箱選擇鄰架控制方式

62、， 然后根據(jù)指令發(fā)出相應(yīng)控制命令，即給出電信號(hào)，使鄰架上對(duì)應(yīng)的電磁鐵或微電機(jī)動(dòng)作， 讓電信號(hào)轉(zhuǎn)化為液壓信號(hào)，控制主控閥開(kāi)啟， 向支架液壓缸供液， 實(shí)現(xiàn)鄰架支架相應(yīng)的動(dòng)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(hào)來(lái)決定支架的下一個(gè)動(dòng)作。</p><p>　　B．雙向成組控制系統(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(dòng)架控箱的啟動(dòng)鍵， 發(fā)出一個(gè)指令， 鄰架就按

63、預(yù)定程序動(dòng)作， 移架完成后自動(dòng)發(fā)出控制信號(hào)給下一架控箱， 下一架開(kāi)始動(dòng)作。依此類(lèi)推， 實(shí)現(xiàn)組內(nèi)支架的自動(dòng)控制。</p><p>　　C．全工作面自動(dòng)控制系統(tǒng)。功能完善的電液控制系統(tǒng)設(shè)有主控制臺(tái)、 紅外線裝置， 能實(shí)現(xiàn)支架與采煤機(jī)聯(lián)動(dòng)的全工作面自動(dòng)化控制，其原理為B 每一支架上的架控箱均與主控制臺(tái)聯(lián)網(wǎng)， 當(dāng)支架紅外線接受裝置收到采煤機(jī)紅外線發(fā)射器發(fā)出的位置信號(hào)后，反饋給主控制臺(tái)， 主控制臺(tái)根據(jù)反饋信號(hào)發(fā)出指令， 使

64、相應(yīng)的支架動(dòng)作。</p><p>　　2.3 支架電液控制系統(tǒng)的功能和要求</p><p>　　支架電液控制系統(tǒng)必須滿足工作面安全操作和自動(dòng)控制的要求, 其系統(tǒng)主要功能要求如下:</p><p>　　(1) 單架單動(dòng)作雙向按鍵控制 , 操作者可以在工作面內(nèi)任一臺(tái)支架 SCU 上控制左、右鄰架每一個(gè)單獨(dú)動(dòng)作。</p><p>　　(2) 實(shí)現(xiàn)支

65、架的降柱2移架2升柱雙向鄰架擦頂程序控制。</p><p>　　(3) 實(shí)現(xiàn)全工作面雙向順序控制。</p><p>　　(4) 實(shí)現(xiàn)全工作面雙向順序成組控制。</p><p>　　(5) 故障時(shí)在任一架上使整個(gè)系統(tǒng)停止工作。</p><p>　　(6) 實(shí)現(xiàn)程序控制時(shí)各動(dòng)作由相應(yīng)傳感器反饋信號(hào)控制 , 傳感器不工作時(shí) , 各動(dòng)作由時(shí)間控制。&

66、lt;/p><p>　　(7) 成組控制時(shí)每組架數(shù)可以按需要調(diào)整 , 一般最多15架 , 最少1架。</p><p>　　(8) 順序或成組控制時(shí) , 已移架立柱初撐力需達(dá)到25MPa 時(shí)方可降下架立柱。</p><p>　　(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。</p><p>　　(10) 擦頂移架時(shí) , 立柱下腔壓力可以調(diào)整。

67、</p><p>　　(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(guò)推移千斤頂?shù)男谐叹幊潭鴮?shí)現(xiàn)采煤機(jī)斜切進(jìn)刀。</p><p>　　(12) 實(shí)現(xiàn)支架與采煤機(jī)聯(lián)動(dòng)的全工作面自動(dòng)控制。</p><p>　　(13) 電控程序可根據(jù)工作面實(shí)際需要而隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整。</p><p>　　(14) 有查詢、顯示支架主要參數(shù)和信息傳

68、輸?shù)墓δ堋?lt;/p><p>　　(15) 完成一架的降、移、升總時(shí)間 < 8s。</p><p>　　(16) 各架上有故障報(bào)警信號(hào)、緊急停止按鈕、動(dòng)作顯示信號(hào)和充分、必要的安全功能及故障診斷功能。</p><p>　　2.3 我國(guó)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)</p><p>　　近些年來(lái)國(guó)內(nèi)雖然對(duì)液壓支架的電液控制系統(tǒng)

69、做了一些研究，但與國(guó)外比較除了在加工及材料方面的原因外，還存在以下幾個(gè)方面的差距：</p><p>　　1、國(guó)內(nèi)液壓支架閥類(lèi)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)思路還處于國(guó)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(guó)外同類(lèi)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。</p><p>　　2、國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)手段還主要靠經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)現(xiàn)代設(shè)計(jì)手段利用很少，而電磁先導(dǎo)閥、大流量主閥等，對(duì)性能要求相對(duì)較高，且

70、實(shí)驗(yàn)存在一定難度，這就使得利用現(xiàn)代設(shè)計(jì)手段對(duì)電磁閥進(jìn)行特性預(yù)測(cè)顯得尤為重要，而國(guó)外在這方面的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)成熟。</p><p>　　3、國(guó)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。</p><p>　　4、攻關(guān)組織不得力 , 力量和資金投入分散 ,低水平重復(fù)。</p><p>　　5、煤礦經(jīng)濟(jì)困難 ,

71、機(jī)械化發(fā)展資金短缺 , 缺少市場(chǎng)刺激。</p><p>　　我國(guó)液壓支架電液控制系統(tǒng)的攻關(guān)難點(diǎn)：德國(guó)、美國(guó)、波蘭等國(guó)家的液壓支架電液控制技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，我國(guó)無(wú)論從理論上還是從當(dāng)前技術(shù)水準(zhǔn)上來(lái)說(shuō)，開(kāi)發(fā)電液控制系統(tǒng)是完全可行的。從我國(guó)研發(fā)電液控制系統(tǒng)的歷程來(lái)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(hào)強(qiáng)，國(guó)產(chǎn)控制器的抗干擾能力差，可靠性不夠高

72、。此外，國(guó)產(chǎn)的電液控制閥在性能上與國(guó)外相比也存在較大差距，主要表現(xiàn)在使用壽命、可靠性和制造精度上。目前我國(guó)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(guó)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)。</p><p>　　2.4 對(duì)我國(guó)發(fā)展支架電液控制技術(shù)的建議</p><p>　　電磁閥組是實(shí)現(xiàn)液壓支架電液控制的關(guān)鍵元件，電磁閥的性能好壞決定了電液控制系統(tǒng)的能否正

73、常動(dòng)作。然而，國(guó)內(nèi)對(duì)于電磁閥組的研究?jī)H限于其流場(chǎng)研究，缺少對(duì)整個(gè)液壓支架電磁閥組系統(tǒng)全面的特性研究。液壓支架電液控制系統(tǒng)基礎(chǔ)原理，核心技術(shù)，研發(fā)工藝等問(wèn)題仍未解決。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(wèn)題，因而，液壓支架用電磁閥不能簡(jiǎn)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。</p><p>　　在過(guò)去，由于缺少相應(yīng)

74、的研究手段，對(duì)國(guó)外引進(jìn)的產(chǎn)品只能照搬照抄，無(wú)法理解國(guó)外的產(chǎn)品的設(shè)計(jì)原理，參數(shù)選取的機(jī)理。所謂只能知其然，不知其所以然。若對(duì)國(guó)外產(chǎn)品進(jìn)行試驗(yàn)研究，雖然可以得到相關(guān)的參數(shù)，但試驗(yàn)方法費(fèi)用昂貴，而且只能表征初始狀態(tài)和最終狀態(tài)，中間過(guò)程無(wú)法得知，因而也無(wú)法幫助研究人員了解問(wèn)題的實(shí)質(zhì)。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(wèn)題，縮小國(guó)內(nèi)外差距，從而加快液壓支架電液控制系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化的

75、進(jìn)程。</p><p>　　開(kāi)發(fā)支架電液控制系統(tǒng)需要較大的資金投入靠個(gè)別企業(yè)自己投入是十分困難的 , 應(yīng)當(dāng)納入國(guó)家煤炭工業(yè)發(fā)展規(guī)劃 , 作為一項(xiàng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)重大高新技術(shù)發(fā)展項(xiàng)目 , 由國(guó)家提供資金支持 , 由煤炭科學(xué)研究總院統(tǒng)籌組織 , 集中各方面的優(yōu)勢(shì) , 以北京為中心 , 成立研究中心 , 并且要與有實(shí)力的煤炭企業(yè)合作開(kāi)發(fā) , 成果共享。通過(guò)分析我國(guó)目前的研發(fā)水平以及國(guó)內(nèi)外電液控制系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，對(duì)研發(fā)液壓支架電

76、液控制系統(tǒng)提出以下建議：</p><p>　　(1)針對(duì)電磁兼容技術(shù)，作深入的分析研究，提高系統(tǒng)的可靠性。</p><p>　　(2)以國(guó)外現(xiàn)有的成熟產(chǎn)品為借鑒，分析其功能特點(diǎn)，進(jìn)行消化吸收，以加快研發(fā)進(jìn)度。</p><p>　　(3)支架電液控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，不僅需要對(duì)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。為

77、此，可采取如校企聯(lián)合等方式，集中優(yōu)勢(shì)力量，各發(fā)揮所長(zhǎng)。</p><p>　　(4)關(guān)注科學(xué)動(dòng)態(tài)，采用先進(jìn)的技術(shù)和器件，避免走彎路，做重復(fù)性低水平工作。</p><p>　　(5)在研發(fā)工作取得階段性進(jìn)展時(shí)，如可完成基本控制功能等，需優(yōu)化與完善系統(tǒng)的性能。對(duì)于出現(xiàn)的看似微小的問(wèn)題，要引起足夠的重視，分析其原因，弄清機(jī)理并加以解決。從各個(gè)角度與方面，提高系統(tǒng)可靠性。</p>&l

78、t;p><b>　　2.5 本章小結(jié)</b></p><p>　?。?） 介紹了電液控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，原理和關(guān)鍵技術(shù)。</p><p>　?。?） 介紹了支架電液控制系統(tǒng)的功能及要求</p><p>　　（3） 介紹了我國(guó)電液控制系統(tǒng)發(fā)展的難點(diǎn)和對(duì)我國(guó)電液控制系統(tǒng)控制技術(shù)的建議。</p><p>　　3 液壓支架電液

79、控制閥</p><p>　　3.1 電液控制閥的設(shè)計(jì)原理</p><p>　　電液控制閥動(dòng)作頻繁 , 對(duì)工作可靠性和操作壽命要求很高。目前 , 國(guó)外先進(jìn)電液控制閥的壽命試驗(yàn)次數(shù)已超過(guò)200萬(wàn)次。</p><p>　　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(guó)外先進(jìn)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)并結(jié)合我國(guó)國(guó)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

80、的程序通過(guò)控制各個(gè)液壓干斤頂，實(shí)現(xiàn)液壓支架的備順動(dòng)作。</p><p>　　為滿足裝置的工作需要，電磁先導(dǎo)閥需要能夠在通電時(shí)保持開(kāi)啟，在中央控制器按照內(nèi)儲(chǔ)的支架動(dòng)作程序發(fā)出指令后，電磁先導(dǎo)閥動(dòng)作，通過(guò)控制液壓油來(lái)控制主閥。</p><p>　　根據(jù)課題的改進(jìn)，將先導(dǎo)閥的控制口油路由原來(lái)的斜路改為直路，并對(duì)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(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)優(yōu)化的目的。</p&

81、gt;<p>　　3.2 電液控制閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　本課題的電液控制閥總體是由電磁先導(dǎo)閥和與其相通的主閥所組成，結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)如圖3.1所示：</p><p>　　圖3.1 控制閥結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　1——主閥；2——先導(dǎo)閥；3——先導(dǎo)閥閥芯；4——主閥閥芯；5——電磁鐵</p><p>　　其中主閥閥芯是

82、液控二位三通換向閥，經(jīng)由控制壓力控制，用于煤礦液壓支架的控制，本課題的主閥由閥芯套，差動(dòng)套，閥芯，閥座，復(fù)位彈簧等組成。其具體結(jié)構(gòu)如圖3.2所示：</p><p>　　圖3.2 主閥閥芯結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　1——進(jìn)液套；2——復(fù)位彈簧；3——內(nèi)閥芯；4——閥座；5——插動(dòng)套；6——閥芯套</p><p>　　其中主閥及先導(dǎo)閥的油路結(jié)構(gòu)，位置關(guān)系如圖3.3所示

83、：</p><p>　　圖3.3 控制閥剖視圖</p><p>　　O口為回油口，T口為控制口，先導(dǎo)閥通過(guò)控制T口來(lái)控制主閥的開(kāi)啟與閉合，P口為進(jìn)油口。本設(shè)計(jì)就是將圖中的T口改為直路。</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙加工及裝配時(shí)主要注意以下幾點(diǎn)：</p><p>　　1 加工后的表明不允許有毛刺飛邊；</p><p>

84、;　　2 加工的螺紋表面不允許有黑皮、磕碰、亂扣和毛刺等缺陷；</p><p>　　3 裝配前應(yīng)對(duì)零、部件的主要配合尺寸，特別是過(guò)盈配合尺寸及相關(guān)精度進(jìn)行復(fù)查；</p><p>　　4 進(jìn)入裝配的零件及部件（包括外購(gòu)件、外協(xié)件），均必須具有檢驗(yàn)部門(mén)的合格證方能進(jìn)行裝配；</p><p>　　5 裝配過(guò)程中零件不允許磕、碰、劃傷和銹蝕；</p><

85、p>　　6 各密封件裝配前必須浸透油；</p><p>　　7 裝配液壓系統(tǒng)時(shí)允許使用密封填料或密封膠，但應(yīng)防止進(jìn)入系統(tǒng)中；</p><p><b>　　8 銳角倒鈍。</b></p><p>　　3.3 電液控制閥的工作原理</p><p>　　電液自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理如圖3.4所示。</p>&

86、lt;p>　　圖3.4 電液自動(dòng)控制原理</p><p>　　圖中的a，b都為電磁先導(dǎo)閥，而c，d都為主閥，e為推移千斤頂。P，O分別為進(jìn)油口，回油口。</p><p>　　它由電氣和液壓兩部分組成。由支架的中央控制器自動(dòng)監(jiān)控，微型計(jì)算機(jī)按照內(nèi)儲(chǔ)的支架動(dòng)作程序發(fā)出指令后，先導(dǎo)閥動(dòng)作，液壓信號(hào)驅(qū)動(dòng)右邊的主閥動(dòng)作，使立柱和千斤頂按照一定的順序動(dòng)作。立柱和千斤頂?shù)墓ぷ鳡顩r由壓力傳感器和位移

87、傳感器反饋到控制器，控制器根據(jù)反饋的信號(hào)決定控制下一個(gè)動(dòng)作。</p><p>　　當(dāng)電磁先導(dǎo)閥a通電開(kāi)啟而電磁先導(dǎo)閥b關(guān)閉時(shí)，先導(dǎo)閥a的控制口打開(kāi)，此時(shí)先導(dǎo)閥a的進(jìn)液口與控制口相連，液壓油經(jīng)過(guò)控制口進(jìn)入主閥c，通過(guò)油壓作用開(kāi)啟主閥c，主閥的控制口打開(kāi)，油液經(jīng)過(guò)油路進(jìn)入推移千斤頂e的左腔，而此時(shí)先導(dǎo)閥b是關(guān)閉的進(jìn)油口直接與回油口相連通，主閥d關(guān)閉，液壓油無(wú)法進(jìn)入推移千斤頂?shù)挠仪?；所以推移千斤頂?shù)淖笥覂汕恍纬蓧翰?，?/p>

88、斤頂便在液壓油的推動(dòng)下向右運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　同樣，當(dāng)電磁先導(dǎo)閥b通電開(kāi)啟而電磁先導(dǎo)閥a關(guān)閉時(shí)，先導(dǎo)閥b的控制口打開(kāi)，此時(shí)先導(dǎo)閥b的進(jìn)液口與控制口相連，液壓油經(jīng)過(guò)控制口進(jìn)入主閥d，通過(guò)油壓作用開(kāi)啟主閥d，主閥的控制口打開(kāi)，油液經(jīng)過(guò)油路進(jìn)入推移千斤頂e的右腔，而此時(shí)先導(dǎo)閥a是關(guān)閉的進(jìn)油口直接與回油口相連通，主閥c關(guān)閉，液壓油無(wú)法進(jìn)入推移千斤頂?shù)淖笄?；所以推移千斤頂?shù)淖笥覂汕恍纬蓧翰睿Ы镯敱阍谝簤河偷耐苿?dòng)下

89、向左運(yùn)動(dòng)。</p><p><b>　　3.4 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章著重介紹了電液控制閥的設(shè)計(jì)原理，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工作原理。并介紹了控制閥中主閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和在按照設(shè)計(jì)圖紙加工裝配過(guò)程中，應(yīng)該注意的一些問(wèn)題。</p><p>　　4 電液控制閥先導(dǎo)閥的工作原理及設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 電磁先導(dǎo)閥

90、的相關(guān)設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1.1 電磁先導(dǎo)閥的設(shè)計(jì)原理 </p><p>　　在液壓支架電液控制系統(tǒng)中，電磁先導(dǎo)閥是關(guān)鍵的元件之一，它由本安型電磁鐵作為電機(jī)械轉(zhuǎn)換元件，驅(qū)動(dòng)先導(dǎo)閥工作。它的功能是將電控系統(tǒng)發(fā)出的電信號(hào)有效地轉(zhuǎn)換為液壓信號(hào)，以控制主閥動(dòng)作。為滿足裝置的工作需要，電磁先導(dǎo)閥需要能夠在通電時(shí)保持開(kāi)啟，在中央控制器按照內(nèi)儲(chǔ)的支架動(dòng)作程序發(fā)出指令后，電磁先導(dǎo)閥動(dòng)作，以達(dá)到

91、控制主閥的目的。</p><p>　　本安型電磁鐵線圈屬于鐵芯電感，匝數(shù)比常規(guī)電磁鐵要大十倍，線圈電感很大。當(dāng)電路斷路時(shí)，線圈產(chǎn)生很高的反電動(dòng)勢(shì)，不僅延長(zhǎng)放電時(shí)問(wèn)，影響電磁閥復(fù)位動(dòng)態(tài)特性，同時(shí)可能造成電路斷路火花。能量足夠大的斷路電火花可能點(diǎn)燃爆炸性氣伴程和物，引起爆炸。為了保證電磁鐵的隔爆性能要求，在線圈繞完后，整體用黑色聚丙烯加熱包裹同化，隔絕電火花與可燃性氣體的接觸。同時(shí)，對(duì)安裝在先導(dǎo)閥殼體內(nèi)的電路板的感性

92、元什用環(huán)氧樹(shù)脂膠封為一體。</p><p>　　4.1.2 電磁先導(dǎo)閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　本課題的先導(dǎo)閥總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖4.1所示</p><p>　　圖4.1電磁先導(dǎo)閥結(jié)構(gòu)</p><p>　　1——先導(dǎo)閥閥芯；2——電磁鐵</p><p>　　其中先導(dǎo)閥的本體由球閥，球閥座，頂針，頂桿，頂桿套，復(fù)位彈簧

93、等組成。其具體結(jié)構(gòu)如圖4.2所示</p><p>　　圖4.2 先導(dǎo)閥閥芯的結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　1——球閥；2——球閥；3——復(fù)位壓縮彈簧；4——球閥座；5——頂針；</p><p><b>　　6——頂桿</b></p><p>　　4.1.3 電液控制閥先導(dǎo)閥的工作原理</p><p>

94、;　　圖4.3 先導(dǎo)閥原理圖</p><p>　　圖4.3所示為電液控制閥先導(dǎo)閥的結(jié)構(gòu)圖。圖中P為進(jìn)油口，向先導(dǎo)閥提供恒定的壓力p=31.5MPa；O口為回油口，與油箱相連；T口與主閥的液控端口相連；控制主閥的開(kāi)啟和關(guān)閉；力F為經(jīng)杠桿放大后的電磁推力。先導(dǎo)閥在不工作時(shí)，球閥1在彈簧力和下端液壓力共同作用下處于關(guān)閉狀態(tài)，球閥2常開(kāi)；當(dāng)電磁鐵得電時(shí)產(chǎn)生電磁推力F，經(jīng)由頂桿6推動(dòng)小球2向下運(yùn)動(dòng)，關(guān)閉球閥2 ，同時(shí)，頂針

95、5把球閥1 頂開(kāi)，高壓油進(jìn)入A腔，然后經(jīng)由球閥1 流入B腔，通過(guò)液壓對(duì)主閥進(jìn)行控制打開(kāi)主閥；當(dāng)電磁力F撤去時(shí)，球閥2在液壓力的推動(dòng)下重新打開(kāi)，從而使T口壓力p 降低，球閥1 在彈簧力和壓差的作用下向上運(yùn)動(dòng)，關(guān)閉球閥1，同時(shí)關(guān)閉主閥。</p><p>　　因此，先導(dǎo)閥的工作過(guò)程可分為兩個(gè)階段：開(kāi)啟過(guò)程和關(guān)閉過(guò)程，并且通過(guò)工作的兩個(gè)不同階段來(lái)控制相對(duì)應(yīng)主閥完成所需的動(dòng)作。</p><p>　　

96、4.2 電磁先導(dǎo)閥的設(shè)計(jì)及相關(guān)計(jì)算</p><p>　　4.2.1 電磁先導(dǎo)閥電磁鐵的選擇</p><p>　　電磁鐵是一種通電以后對(duì)鐵磁物質(zhì)產(chǎn)生吸力，把電磁能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的電器。電磁體的形式很多，但他們的基本組成部分和工作原理卻是相同的。電磁鐵的機(jī)構(gòu)并不十分復(fù)雜。一般有線圈、鐵芯和銜鐵三個(gè)部分組成。電磁鐵總的歸納起來(lái)可分為三大類(lèi)型，拍和式、螺管式和E型電磁鐵三大類(lèi)。其中拍和式電磁鐵的行程

97、最短，螺管式的最長(zhǎng)，E型電磁鐵介于拍和式之間。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用的是直流拍合式電鐵，因?yàn)樵谥绷麟娐分?，線圈的形狀比較瘦長(zhǎng)，而且磁路中只有一個(gè)很小的氣隙，且直流電磁鐵的電流恒定,吸力穩(wěn)定，壽命較長(zhǎng)，噪音也小。 </p><p>　　4.2.2 電磁先導(dǎo)閥電磁鐵的相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　設(shè)計(jì)的初始相關(guān)參數(shù)為： 電磁鐵的最大行程 ；

98、</p><p>　　直流電源電壓 ；</p><p>　　額定壓力 ；</p><p>　　球閥承壓面直徑 ；</p><p>　　閥芯開(kāi)啟時(shí)球閥承上下壓力差：</p><p><b>　　(4.1)</b></p&

99、gt;<p><b>　　化為公斤力：</b></p><p><b>　　所以電磁吸力為：</b></p><p>　　第一步：確定極靴直徑。</p><p><b>　　電磁鐵的結(jié)構(gòu)因數(shù)：</b></p><p><b>　　(4.2)</b&

100、gt;</p><p>　　查圖5.4的曲線可得氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度高斯，利用公式：</p><p><b>　　(4.3)</b></p><p><b>　　決定極靴表面積為：</b></p><p><b>　　利用公式：</b></p><p><

101、;b>　　(4.4)</b></p><p><b>　　決定極靴直徑為：</b></p><p><b>　　取，則。</b></p><p>　　圖4.4 選取工作氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度的曲線</p><p>　　第二步：決定鐵芯直徑。</p><p>　　一般

102、電磁鐵導(dǎo)磁體中的磁感應(yīng)強(qiáng)度，約為12000-14000 高斯之間。小的值適用于普通剛，由于該設(shè)計(jì)中鐵芯材料采用低碳鋼，所以取=12000 高斯，電磁鐵的漏磁系數(shù)取。</p><p>　　鐵芯的截面積可有下面公式?jīng)Q定為：</p><p><b>　　(4.5)</b></p><p><b>　　鐵芯直徑為：</b><

103、/p><p><b>　　取，則。</b></p><p>　　第三步：決定線圈磁勢(shì)。</p><p><b>　　由公式：</b></p><p><b>　　(4.6) </b></p><p><b>　　式中</b></p

104、><p>　　電磁鐵在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，電壓可能降低至85%U，為了保證在電壓降低后，電磁鐵任然能夠可靠地工作，上式所計(jì)算得到的安匝數(shù)應(yīng)該是指電壓降低至0.85U時(shí)的磁勢(shì)，用表示。顯然，電源電壓為額定值時(shí)的磁勢(shì)為：</p><p><b>　　(4.7)</b></p><p>　　但是，計(jì)算溫升時(shí)，則應(yīng)該是以電源電壓額定值的1.05~1.1倍電壓加在線

105、圈兩端后所產(chǎn)生的磁勢(shì)，因?yàn)檫@時(shí)線圈中流過(guò)的電流最大。相應(yīng)于此時(shí)的磁勢(shì)，用表示。</p><p><b>　　(4.8)</b></p><p>　　第四步：決定線圈尺寸。</p><p>　　導(dǎo)線材料準(zhǔn)備用牌號(hào)Q漆包線，最高允許溫升，由表4-1選取線圈高度之比值</p><p>　　表4-1 線圈高度與寬度之比值（）&l

106、t;/p><p>　　根據(jù)需要設(shè)定： 線圈的厚度 </p><p><b>　　線圈的長(zhǎng)度 </b></p><p>　　第五步：決定線圈直徑。</p><p><b>　　線圈的平均直徑:</b></p><p><b>　　導(dǎo)線

107、直徑根據(jù)公式：</b></p><p><b>　　(4.9)</b></p><p>　　取電阻系數(shù)=0.02339 ?？傻茫?lt;/p><p>　　(U=12V，0.324mm)</p><p>　　取其鄰近的直徑值為d=0.2毫米。則帶琺瑯絕緣后的直徑為0.22毫米。</p><p&g

108、t;　　第六步：決定線圈匝數(shù)。</p><p>　　根據(jù)此電磁鐵工作制為：反復(fù)短時(shí)工作制電磁鐵，所以取電流密度</p><p>　　線圈匝數(shù)，根據(jù)公式為：</p><p><b>　　(4.10)</b></p><p>　　第七步：修正線圈尺寸。</p><p><b>　　根據(jù)公式：

109、</b></p><p><b>　　(4.11)</b></p><p>　　可得修正后的線圈的寬度為：</p><p>　　取=5毫米，可見(jiàn)與原來(lái)的線圈數(shù)據(jù)相符。因而線圈的高度亦不變，為。</p><p>　　第八步：確定導(dǎo)磁體尺寸。</p><p><b>　　線圈的內(nèi)

110、直徑</b></p><p><b>　　毫米</b></p><p>　　式中 ——線圈與鐵芯間的絕緣厚度，今取為0.5毫米。</p><p><b>　　線圈外直徑</b></p><p><b>　　第九步：特性驗(yàn)算。</b></p><

111、p>　　線圈磁勢(shì)計(jì)算：線圈的平均匝長(zhǎng)為</p><p><b>　　線圈電阻按公式</b></p><p><b>　　(4.12)</b></p><p>　　計(jì)算為 歐</p><p>　　電壓為額定值時(shí)線圈的電流為</p><p>　　可知電流符

112、合本安要求。</p><p><b>　　電磁鐵的吸力為</b></p><p><b>　　(4.13)</b></p><p><b>　　可見(jiàn)吸力滿足要求。</b></p><p>　　最終的計(jì)算結(jié)果匯總：</p><p>　　線圈的厚度