防误操作液压阀组的分析

2020-08-21张刚

机械管理开发 2020年8期

张刚

（山西晋煤集团国际贸易有限责任公司，山西晋城 048006）

引言

随着国家对煤矿井下设备安全性的更高要求，更多的井下机组在液压阀及电气上面增加了很多保护系统，以防止各种误操作。例如井下如果有不熟悉情况的人违规操纵机组，启动电机后，常规机组马上就可以通过阀组来进行各种动作，这是极度危险的。目前大型煤矿井下设备常用的安全防护措施包括把启动开关用一个护罩包起来并上锁，或者只能用专用工具才能开启启动开关等，但是这样做都不是从根本上解决问题，电机启动后，液压阀肯定自动随之而启动。

经过市场调查，矿方对机组防误操作装置关注点在于：能否匹配现有各种大型综采设备；能否从本质上实现机组电气、液压系统闭锁；改造流程是否简单，不需要进行额外的煤安取证、报备；设备故障率低，方便检修。

1 防误操作液压阀组结构

该阀组是一种断路式液压先导系统控制阀组，电机启动后，只有按下安全开关，先导油路才能到达阀组，从而为机组安全运行多提供了一层保障。相比电气设备必须做本安关联性试验，它可以不取证的情况下对设备进行批量改进，而且安全性更好一些[1]。

液压阀组为全液压系统，它主要由梭阀、断路阀、单向阀、安全开关以及节流口组成。

其中断路阀是一个两位四通换向阀，它是通过梭阀提供的压力来进行换向的，当梭阀无压力油时，断路阀自动归位；安全开关是一个按键式两位三通换向阀，通过按下开关实现阀芯换向，当松开开关，阀芯在弹簧作用下自动归位。

本阀组其实是对液压系统中的控制油路进行闭锁的，所用安全开关是通过手动控制的，当操作人员按下3 s后，液压系统控制油路开始循环，之后松开安全开关，也不会切断液压系统。

2 防误操作液压阀组液压工作原理

本液压阀组工作原理参见图1，压力油接通后，分成两股同时进入断路阀以及安全开关。断路阀左侧的梭阀无高压油驱动，断路阀阀芯在右侧弹簧的压力作用下移向右腔，压力油在右腔管路里是无法通过断路阀的；此时，安全开关在弹簧压力作用下，阀芯移向左腔，压力油在左腔管路里也是无法通过安全开关的，这就是机组初始状态的液压闭锁。当按下安全开关按键时，换向阀阀芯移向右腔，压力油经右腔通过安全开关后，分成两股，一股通向单向阀后端，此路不通；另一股进入梭阀，推动断路阀阀芯移向左腔，进口处的压力油就可以经断路阀左腔流入多路阀，从而液压系统开始正常工作。

图1 安全开关液压原理图

需要说明的一点是，液压安全开关按下后，压力油经梭阀推动断路阀阀芯移向左腔，压力油流向多路阀的同时，也会分出一支路打开单向阀，经单向阀支路的高压油路通过梭阀持续推动断路阀阀芯移向左腔，就算松开安全开关，断路阀也不会复位至右腔，保证了机组液压系统的稳定工作。只有当电机停止，系统里的压力油重新流回油箱，又一次启动电机，液压安全开关才能再一次发挥安全作用。与现有技术相比，本开关具有如下优点：

1）液压控制稳定性高。本系统全部由换向阀、单向阀、梭阀等液压元件组成，结构简单，维护方便，相比电控安全系统，经济性和稳定性都更好一些。

2）操作简单又防误操作性强。本系统操作简单，使用时，只需按下安全开关数秒，把油路接通并打开单向阀后，系统就可以正常工作。同时它又有很强的防误操作性，不熟悉本系统的人不会注意到这个按键，只需把按键布置于机组隐蔽位置，可以最大程度地避免非培训人员误操作机组，尽可能地避免事故的发生。

3 防误操作液压阀组应用情况及使用流程

目前，本液压阀组主要批量应用于矿用巷道修复机上（见图2），正常启动流程参见图3。当设备正常启动时，首先驾驶员对机组正常进行相关检查，确认无误后，清理现场无关人员，并提醒相关工作人员设备即将启动；之后启动电机后，确定电机转速是否正常，无异响，观察压力表，此时系统压力为空载压力，控制压力为0；然后按下液压阀组后再观察压力表，此时系统压力为空载压力，控制压力为2 MPa；最后控制手柄进行各种动作，确认执行元件工作压力为系统额定工作压力以下，设备运转正常无异响，等以上所有步骤完成后，就可以正常操纵机组进行作业了。

图2 液压阀组在矿用巷道修复机的应用

图3 设备正常启动及误启动流程

如无关人员误操作机组，此时电机启动，内部螺旋叶片开始旋转，但控制手柄，执行元件不工作，对于不熟悉机组的人，多次尝试无果后，通常会重启电机，但结果是仍然无法操纵手柄进行动作。如操作人员确实有正常工作需要完成，他就会向设备保管人员进行故障报修，保管人员到场后，审核操作人员的资质和目的，经领导审核批准后，由熟悉机组的驾驶员控制，按下启动开关，设备就可以正常进行工作了。

本安全开关的设置主要是为了防止井下工人的误操作。一般的机组是没有这个设置的，或者有类似设置，原理结构也不尽相同。如果是对机组不熟悉的人员未按要求尝试操纵机组工作，他是不会注意到这个安全开关的，因此也就无法启动液压系统正常工作。这样做可以保证由熟悉机组的操纵人员来控制机组，最大程度地避免机组发生误操作事故[2]。

4 防误操作液压阀组改进方向

目前，本液压阀组所装配的巷道修复机已经在晋煤多个矿井进行了数次井下工业性试验。在使用过程中，本产品性能稳定、适应性好，未发生一起液压故障，很好履行了保护开关的责任。但是井下工人还是提出了几点改进意见。

管路太多，应该往集成化方向改进。现有产品各部件都是采购的，通过液压胶管相连，管路过多，因此所需装配空间较大。下一步考虑做一个集成阀块，可以把各部件都模块化地集成于一体，省略了中间液压胶管的连接，使用时直接把阀块装入液压系统即可。但是因为是自己加工，还需对后续的密封性及稳定性进行持续检验。

启动开关在工作中，只具备开的功能，没有关的功能。为了防止本系统对正常工作的作业部件突然闭锁，造成事故。因此只设计了开的功能，如设备已经打开启动开关正常运行了一段时间，再次按动开关，无法对液压系统进行闭锁，当时考虑的是如果需要闭锁系统，直接关闭电机即可。考虑到有时驾驶员一个人进行作业，可能需要频繁上机下机，在电机启动工况下增设一个临时液压闭锁装置也是有必要的，这也是下一步的改进方向[3]。