一种液压支架换向阀自动控制装置的制作方法

1.本实用新型属于煤矿支护领域，具体涉及一种煤矿支护设备-液压支架换向阀的自动控制领域。


背景技术：

2.建设“智慧矿山”是我国煤炭发展的主要趋势，综采工作面向着更加自动化和智能化发展。液压支架是井下综采工作面最重要的支护设备，其在开采煤矿过程中可以控制及支撑工作面顶板，提高了开采工作的效率，保证了设备及人员的安全。同时液压支架作为“三机一架”中的一架，与采煤机、刮板机配合联动开采煤炭。因此综采工作面自动化的重点在于提高液压支架控制的自动化程度。
3.控制液压支架的方式主要有人工控制手动换向阀和电液控制系统控制。
4.手动换向阀作为液压支架中的流体分配机构，用来控制液压支架中各个油缸的运动，现今煤矿井下使用的操纵阀组多是由多件相同的片式阀组装而成，片阀数量的多少可以根据支架动作的需要进行组合。该阀具有流量大、工作压力大、操作简单省力、密封性好、防尘效果好等特点。换向阀主要由操作机构、阀体、接头、进回液阀杆组件、手柄自锁机构等组成。每个片阀都单独控制一个执行机构，比如油缸的伸缩动作。
5.但是手动换向阀一般只能由工作人员站在动作支架上进行操作。支架的动作、掉矸、飞矸等等都容易对人造成伤害。而且手动换向阀需每一台分别操作，需要井下人员数量多，也从另一方面增加了安全隐患。因此，这种操作方式有很大的安全隐患。
6.电液控制系统主要是由支架控制器、人机操作界面、传感器、电磁先导阀、主阀、电源、网络变换器、数据转换器、主控计算机、地面计算机等组成。操作人员通过人机操作界面发出指令，系统通过支架控制器向指定电磁先导阀发出电信号，控制电磁先导阀的动作，从而控制主阀完成对各油缸的控制。
7.电磁先导阀是液压支架电液控制系统中的执行控制元件，起着重要作用。电磁先导阀常见的故障如下：(1)为了保证煤矿井下的使用安全，常用电磁先导阀的驱动电流最大不超过200ma，所以其电磁推力较小，因此电磁先导阀阀芯开启度很小。所以当液压支架使用的乳化液中混有污染颗粒时，会使电磁先导阀阀芯堵塞，造成阀孔径变细或者堵死，进而不能完成对液压缸动作的控制，因此电磁先导阀对高压乳化液的纯净度要求高。(2)电磁先导阀相较主阀而言，整体结构尺寸为常规阀的二十分之一，结构较复杂，常常出现流道截面面积突变或者流道弯曲的情况，乳化液经过这类复杂流道时速度会发生变化，从而会出现漩涡、回流、脱壁和重新附壁等流场现象或者产生噪音。(3)阀芯的开口量越小，其受到的径向不平衡液压力就越高，阀芯会出现明显的偏心现象，加速阀芯的磨损和变形，减少使用寿命。(4)阀芯容易产生乳化液的泄露，阀芯装配过程中出现弹簧装配不合适，阀杆由于杂质过多容易卡紧。这些故障都导致电磁先导阀的失效，从而使得电液控制系统控制指令的失效，导致液压支架无法完成支撑、推移等动作，最终无法保证工作面的安全生产。
8.电磁先导阀结构精密，从而加工精度高，同时对工作液使用环境的要求比较严苛，
致使其各项成本较高，并且后期维护修理复杂，价格昂贵。


技术实现要素：

9.本实用新型的目的是针对上述技术现状，旨在提供一种液压支架换向阀自动控制装置以及控制方法，解决以上不足。本实用新型的技术方案具体如下：
10.一种液压支架换向阀自动控制装置，其特征在于：主要包括导轨及固定机构、推杆机构、执行机构、控制单元，其中导轨及固定机构安装在液压支架换向阀两侧，推杆机构与导轨及固定机构相连接，执行机构固定安装于液压支架换向阀上部，推杆机构、执行机构与控制单元电性连接，控制单元控制推杆机构、执行机构的运动，执行机构的运动控制液压支架换向阀阀芯的运动。
11.所述液压支架换向阀自动控制装置的导轨及固定机构包括导轨、直角连接2以及固定板；导轨固定在液压支架换向阀两侧平行设置，固定板底部固定连接推杆机构，固定板顶部两侧通过螺栓固定连接有直角连接件，直角连接件与导轨之间通过螺栓固定连接，即固定板通过直角连接件与导轨连接固定，通过固定板与直角连接件的设置，使得推杆机构固定设置在液压支架换向阀的顶部。
12.所述推杆机构包括电推杆、连接板、压板以及导轨滑块；电推杆上端固定安装于固定板底部，电推杆的推杆通过销轴与两侧连接板固定连接，连接板固定焊接于压板中部，实现电推杆与压板的可拆卸连接，压板下方嵌设有块状凸起，即压块，压板左右两侧固定在导轨滑块上，导轨滑块可沿着导轨方向上下移动；电推杆的推杆下推时，由于导轨的约束，推杆驱动压板上下往复移动。
13.所述执行机构包括换向阀连接板、液压支架换向阀阀体、感应线圈组件、复位弹簧、杠杆组、限位支撑板、连接转轴；换向阀连接板安装在液压支架换向阀阀体顶部，多组限位支撑板固定设置于液压支架换向阀组连接板上，限位支撑板的数量由液压支架换向阀组的阀芯数量所决定，限位支撑板根据液压支架换向阀组的布置形式而均匀设置分布，各限位支撑板之间的间距相同；限位支撑板上设有安装通孔，所述连接转轴通过安装通孔转动安装于限位支撑板上，感应线圈组件、复位弹簧、杠杆组套设在连接转轴上，限位支撑板对杠杆组进行限位；复位弹簧的一端与感应线圈组件相连，另一端与杠杆组相连；感应线圈组件通电后吸引杠杆组向感应线圈组件方向移动，移动至液压支架换向阀阀芯正上方，此时复位弹簧处于压缩状态；感应线圈组件断电后复位弹簧将杠杆组推回到原位。
14.所述控制单元主要包括plc控制器以及相关连接线路；plc控制器通过连接线路与电推杆以及感应线圈组件电性相连。plc控制器通过内置执行程序控制电推杆的伸缩以及感应线圈组件的开合。
15.液压支架换向阀阀组若有m个阀芯，则与之对应，压板下方设置有m个压块，在连接转轴上设置有m个感应线圈组件、m个复位弹簧以及m个杠杆组，m≥1且m为整数。
16.本实用新型的具体自动控制方法如下：当液压支架换向阀需要换向，其阀芯a需要动作时，控制单元中的plc控制器向推杆机构中的电推杆和执行机构中的与所述阀芯a相对应的感应线圈组件发出信号；所述感应线圈组件通电后吸引杠杆组向感应线圈组件方向移动，移动至换向阀阀芯a正上方，此时复位弹簧处于压缩状态；电推杆上端固定连接于固定板及导轨，下端推杆伸出，由于两侧导轨的约束，推杆通过连接板带动压板沿着导轨向下移
动；压板下方的压块接触杠杆组的一端并对它施加向下的作用力，杠杆组受力绕着连接转轴向下转动，杠杆组的端部推动换向阀阀芯a向下运动，实现换向阀的换向功能；此时由于除与所述阀芯a相对应的感应线圈组件以外的其他剩余感应线圈组件不通电，除与所述阀芯a相对应的杠杆组以外的其他杠杆组与压板下方的压块不接触，因此除阀芯a以外的其他阀芯不动作。
17.当液压支架换向阀的阀芯a需要复位时，控制单元中的plc控制器向推杆机构中的电推杆和杠杆组中的与所述阀芯a相对应的感应线圈组件发出信号；电推杆下端回缩，通过导轨滑块带动压板向上移动至初始位置，换向阀阀芯a回到初始位置，杠杆组的一端随之抬起，感应线圈组件断电，复位弹簧使杠杆组回到初始位置。
18.本实用新型的有益效果是，由控制单元进行控制，电推杆提供动力，通过压板的上下两个位置、感应线圈组件的通电状态控制液压支架换向阀阀芯的运动。由于导轨及固定机构、推杆机构、执行机构以及控制单元之间的相互配合，尤其是电推杆、压板和感应线圈组件、杠杆组的结构及空间上的设计，实现了一个电推杆可以自动控制多片换向阀阀组动作的功能，配合采煤工作面的设备，将液压支架支撑、推溜、移架等功能集成为一体，并实现“三机联动”。
19.相较于人工控制方式，本实用新型将电信号转变为液信号，增加了液压支架控制的自动化程度，本实用新型可以降低工人的劳动强度和作业难度，提高安全保障。
20.相较于电磁先导阀，本实用新型结构较简单，对液压支架使用的工作液没有额外要求，加工难度、生产及后期维护成本低。
附图说明
21.下面结合附图对本实用新型技术方案作进一步说明：
22.图1为液压支架换向阀自动控制装置示意图；
23.图2为推杆机构、执行机构示意图；
24.图3为执行机构示意图；
25.标号说明：
26.1-导轨，2-直角连接件，3-固定板，4-电推杆，5-连接板，6-压板，7-导轨滑块，8-换向阀连接板，9-液压支架换向阀阀体，10-压块，11-感应线圈组件，12-复位弹簧，13-杠杆组，14-限位支撑板，15-连接转轴，16-非限位支撑板。
具体实施方式
27.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
28.一种液压支架换向阀自动控制装置，主要包括导轨及固定机构、推杆机构、执行机构、控制单元，其中导轨及固定机构安装在液压支架换向阀两侧，推杆机构与导轨及固定机构相连接，执行机构固定安装于液压支架换向阀上部，推杆机构、执行机构与控制单元电性连接，控制单元控制推杆机构、执行机构的运动，执行机构的运动控制液压支架换向阀阀芯的运动。
29.所述液压支架换向阀自动控制装置的导轨及固定机构包括导轨1、直角连接件2以及固定板3；导轨1固定在液压支架换向阀两侧平行设置，固定板3底部固定连接推杆机构，固定板3顶部两侧通过螺栓固定连接有直角连接件2，直角连接件2与导轨1之间通过螺栓固定连接，即固定板3通过直角连接件2与导轨1连接固定，通过固定板3与直角连接件2的设置，使得推杆机构固定设置在液压支架换向阀的顶部。
30.所述推杆机构包括电推杆4、连接板5、压板6以及导轨滑块7；电推杆4上端固定安装于固定板3底部，电推杆4的推杆通过销轴与两侧连接板5固定连接，连接板5固定焊接于压板6中部，实现电推杆4与压板6的可拆卸连接，压板6下方嵌设有块状凸起，即压块10，压板6左右两侧固定在导轨滑块7上，导轨滑块7可沿着导轨1方向上下移动；电推杆4的推杆下推时，由于导轨的约束，推杆驱动压板6上下往复移动。
31.所述执行机构包括换向阀连接板8、液压支架换向阀阀体9、感应线圈组件11、复位弹簧12、杠杆组13、限位支撑板14、连接转轴15；换向阀连接板8安装在液压支架换向阀阀体9顶部，多组限位支撑板14固定设置于液压支架换向阀组连接板8上，限位支撑板14的数量由液压支架换向阀组的阀芯数量所决定，限位支撑板14根据液压支架换向阀组的布置形式而均匀设置分布，各限位支撑板14之间的间距相同。具体到本例，换向阀组的阀芯数量为6，则限位支撑板14的数量为6，非限位支撑板16的数量为2，多组限位支撑板14具体分两排设置，每排各限位支撑板14均匀设置，各限位支撑板14之间的间距相同。限位支撑板14和非限位支撑板16上设有安装通孔，所述连接转轴15通过安装通孔转动安装于限位支撑板14上和非限位支撑板16，感应线圈组件11、复位弹簧12、杠杆组13套设在连接转轴15上，限位支撑板14对杠杆组进行限位；复位弹簧12的一端与感应线圈组件11相连，另一端与杠杆组13相连；感应线圈组件11通电后吸引杠杆组13向感应线圈组件11方向移动，移动至液压支架换向阀阀芯正上方，此时复位弹簧12处于压缩状态；感应线圈组件11断电后复位弹簧12将杠杆组13推回到原位。
32.所述控制单元主要包括plc控制器以及相关连接线路；plc控制器通过连接线路与电推杆4以及感应线圈组件11电性相连。plc控制器通过内置执行程序控制电推杆4的伸缩以及感应线圈组件11的开合。
33.液压支架换向阀阀组若有m个阀芯，则与之对应，压板6下方设置有m个压块10，在连接转轴15上设置有m个感应线圈组件11、m个复位弹簧12以及m个杠杆组13，m≥1且m为整数。
34.液压支架换向阀控制着立柱或千斤顶的伸缩、油液进出，液压支架换向阀的一个阀芯元件只控制支柱(立柱)或千斤顶的一个动作，由于支架动作较多，多是由几片换向阀组合而成，实现复合动作，如附图中所示为三片换向阀组合而成的阀组及自动控制装置。以下说明以控制其中任一换向阀的阀芯(附图中任一阀芯a)为例，可扩展至多片阀组，其原理及实施方式相同。
35.本实用新型的具体自动控制方法如下：当液压支架换向阀需要换向，其阀芯a需要动作时，控制单元中的plc控制器向推杆机构中的电推杆4和执行机构中的与所述阀芯a相对应的感应线圈组件11发出信号；所述感应线圈组件11通电后吸引杠杆组13向感应线圈组件11方向移动，移动至换向阀阀芯a正上方，此时复位弹簧12处于压缩状态；电推杆4上端固定连接于固定板3及导轨1，下端推杆伸出，由于两侧导轨1的约束，推杆通过连接板5带动压
板6沿着导轨1向下移动；压板6下方的压块10接触杠杆组13的一端并对它施加向下的作用力，杠杆组13受力绕着连接转轴15向下转动，杠杆组13的端部推动换向阀阀芯a向下运动，实现换向阀的换向功能；此时由于除与所述阀芯a相对应的感应线圈组件11以外的其他剩余感应线圈组件11不通电，除与所述阀芯a相对应的杠杆组13以外的其他杠杆组13与压板6下方的压块10不接触，因此除阀芯a以外的其他阀芯不动作。
36.当液压支架换向阀的阀芯a需要复位时，控制单元中的plc控制器向推杆机构中的电推杆4和杠杆组13中的与所述阀芯a相对应的感应线圈组件11发出信号；电推杆4下端回缩，通过导轨滑块7带动压板6向上移动至初始位置，换向阀阀芯a回到初始位置，杠杆组13的一端随之抬起，感应线圈组件11断电，复位弹簧12使杠杆组13回到初始位置。