CN108953255B - 一种矿用机载锚钻装置全液压自动控制系统 - Google Patents

一种矿用机载锚钻装置全液压自动控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于掘进工作面锚护装备技术领域，一种矿用机载锚钻装置全液压自动控制系统。变量泵与负载传感多路阀相连接，负载传感多路阀第一联与钻箱马达相连；第二联与进给模块相连，进给油缸与进给模块相连；第三联的A口与进给模块相连；第四联与钻架左右摆动油缸连接，第五联的与钻架前后摆动油缸连接。控制模块的T1口接油箱，K1口与负载传感多路阀相连，S1口与机械换向阀相连，L1口与负载传感多路阀相连，Z1口与负载传感多路阀相连，M1口与定位模块相连，定位模块L3口与负载传感多路阀第一联以及第二联相连，T3口与油箱相连；进给模块K口分别与定位模块以及液控水阀相连；进给模块L口与钻箱马达相连。本发明具有自动化高，功能划分清晰等优点。

Description

一种矿用机载锚钻装置全液压自动控制系统
技术领域
本发明属于掘进工作面锚护装备技术领域，具体是一种矿用机载锚钻装置全液压自动控制系统。
背景技术
在大多数矿区煤矿井下掘进工作面，一个掘进工作循环中，大部分时间用于锚杆支护，支护效率严重制约着掘进速度。现有机载锚护装置自动化水平低，多采用六通多路换向阀作为主控制阀，多路换向阀的每一联连接一个执行元件，所有动作手动完成，效率低，液压系统能耗高，工人操作强度大，持续时间长。少数系统可实现自动控制功能，但控制回路复杂，故障率高，故障排查难度大，系统使用液压阀种类繁多，阀块设计难度大，体积笨重，加工难度大，成本高。提高锚护装置的自动化程度，使其液压系统回路简洁化，对降低工人劳动强度，减小故障率和故障排查难度，提高锚护效率乃至掘进效率意义重大。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提供一种矿用机载锚钻装置全液压自动控制系统。
本发明采取以下技术方案：一种矿用机载锚钻装置全液压自动控制系统，包括变量泵、负载传感多路阀、定位模块、进给模块、控制模块、钻箱马达、机械换向阀、进给油缸、钻架前后摆动油缸、钻架左右摆动油缸和液控水阀。
所述的变量泵的P口和LS口分别与负载传感多路阀的P口与LS口相连接，负载传感多路阀第一联的A口和B口分别与钻箱马达P和T口相连；第二联的A口和B口分别与进给模块A1口和B1口相连，进给油缸与进给模块的A口、B口相连；第三联的A口与进给模块的A2口相连，第三联的B口封堵；第四联与钻架左右摆动油缸连接，第五联的与钻架前后摆动油缸连接。
控制模块的T1口接油箱，K1口与负载传感多路阀第二联B口相连，S1口与机械换向阀S口相连，L1口与负载传感多路阀第二联Yb口相连，Z1口与负载传感多路阀Z口相连，M1口与定位模块的M3口相连，定位模块L3口与负载传感多路阀第一联以及第二联的Ya口相连，T3口与油箱相连；进给模块K口分别与定位模块K3口以及液控水阀R口相连；进给模块L口与钻箱马达的P口相连。
控制模块包括两位三通手动急停阀、梭阀I、梭阀II、液控换向阀I、两位两通换向阀、单向阀I、液控换向阀II、单向阀II、阻尼孔I、阻尼孔II和阻尼孔III。
急停阀的P口与控制模块的Z1口相通，急停阀的T口接油箱，急停阀的A口分别与梭阀I和梭阀II的A口相连，梭阀I的B口和C口分别与控制模块的S1口和M1口相通；梭阀II的B口与液控换向阀I的A口相通，梭阀IIC口与两位两通换向阀的液控口相连；液控换向阀I的P口连接在阻尼孔II和阻尼孔III之间，阻尼孔III接控制模块的K1口，液控换向阀I的T口与控制模块的T1口相通；两位两通换向阀的A口与油箱相通，两位两通换向阀的B口接单向阀I的出口；液控换向阀II的P口控制模块的Z1口相通，液控换向阀II的T口与油箱相通，液控换向阀II的A口与控制模块1的L1口相连，液控换向阀II的液控口分别与单向阀I和单向阀II的出口相连，单向阀II进口与阻尼孔I的出口相连，阻尼孔I进口与控制模块的S1口相连。
进给模块包含平衡阀I、平衡阀II、梭阀III、液控单向阀和调速阀；平衡阀I的进口与梭阀III的出口相连，平衡阀I的出口与进给模块的A口相连，平衡阀I的液控口与平衡阀II的液控口相互连通，平衡阀II的进出口分别与进给模块的B1口和B口相连；梭阀III的出口分别与进给模块的A1口和A2口相连；液控单向阀的液控口和出口分别与进给模块的L口和K口相连，液控单向阀的进口与进给模块的A1口相连，调速阀的进口与进给模块的A2口相连，调速阀的出口接油箱。
定位模块包含顺序阀、减压阀、阻尼孔IV、液控换向阀III和阻尼孔V。顺序阀P口与定位模块的K3口相连，顺序阀T口与定位模块的T3口相连，顺序阀A口与减压阀的A口相连；减压阀的T口与油箱相通，减压阀的B口通过与液控换向阀III的P口相通，减压阀和液控换向阀之间与阻尼孔IV进口相连，阻尼孔IV出口与定位模块的T3相连；液控换向阀IIIT口与定位模块的T3相连，液控换向阀IIIA口与定位模块的L3口相连，液控换向阀III的液控口与定位模块的M3口相连，定位模块的M3口与T3口之间设有阻尼孔V。
与现有技术相比，本发明通过各模块的巧妙设计，模块相互之间的特定连接，以及各模块与负载传感多路阀或其他元件的连接，实现机载锚钻装置一个工作流程内，操作人员只需瞬间操作一次多路阀手柄，钻箱自动旋转与自动进给开启，液控水阀自动打开，钻箱到预定位置后自动停止旋转，液控水阀关闭，钻箱停止转动并自动返回，当钻箱返回到初始位置后，通过相关控制回路，控制负载传感多路阀的主阀芯复位，系统处于待机状态，一个工作流程结束。该系统提高了机载锚钻装置的自动化水平，降低了工人的劳动强度，提高了井下锚杆支护效率，具有自动化程度高，阀组重量小，功能划分清晰，故障易排查等优点。
附图说明
图1为本发明液压系统整体原理图；
图2为本发明控制模块液压原理图；
图3为本发明进给模块液压原理图；
图4为本发明定位模块液压原理图；
图中：1-控制模块，2-进给模块，3-定位模块，4-负载传感多路阀，5-机械换向阀，6-钻箱马达，7-钻架左右摆动油缸，8-钻架前后摆动油缸，9-液控水阀，10-变量泵，11-进给油缸，1.1-手动急停阀，1.2-梭阀I，1.3-梭阀II，1.4-液控换向阀I，1.5-两位两通换向阀，1.6-单向阀I，1.7-液控换向阀II，1.8-单向阀II，1.9-阻尼孔I，1.10-阻尼孔II，1.11-阻尼孔III，2.1-平衡阀I，2.2-平衡阀II，2.3-梭阀III，2.4-液控单向阀I，2.5-调速阀，3.1-顺序阀，3.2-减压阀，3.3-阻尼孔IV，3.4-液控换向阀III，3.5-阻尼孔V。
具体实施方式
如图1所示，一种矿用机载锚钻装置全液压自动控制系统，包括变量泵10、负载传感多路阀4、定位模块3、进给模块2、控制模块1、钻箱马达6、机械换向阀5、进给油缸11、钻架前后摆动油缸8、钻架左右摆动油缸7和液控水阀9，所述的变量泵10的P口和LS口分别与负载传感多路阀4的P口与LS口相连接，负载传感多路阀4第一联的A口和B口分别与钻箱马达6P口和T口相连；第二联的A口和B口与进给模块2的A1口和B1口相连，进给油缸11与进给模块2的A、B口相连；第三联的A口与进给模块2的A2口相连，第三联的B口封堵；第四联与钻架左右摆动油缸7连接，第五联的与钻架前后摆动油缸8连接；控制模块1的T1口接油箱，K1口与负载传感多路阀4第二联B口相连，S1口与机械换向阀5S口相连，L1口与负载传感多路阀4第二联Yb口相连，Z1口与负载传感多路阀4Z口相连，M1口与定位模块3的M3口相连，定位模块3L3口与负载传感多路阀4第一联以及第二联的Ya口相连，T3口与油箱相连；进给模块2K口分别与定位模块3K3口以及液控水阀9R口相连；进给模块2L口与钻箱马达6的P口相连。
控制模块1包括两位三通手动急停阀1.1、梭阀I1.2、梭阀II1.3、液控换向阀I1.4、两位两通换向阀1.5、单向阀I1.6、液控换向阀II1.7、单向阀II1.8、阻尼孔I1.9、阻尼孔II1.10和阻尼孔III1.11；急停阀1.1的P口与控制模块1的Z1口相通，急停阀1.1的T口接油箱，急停阀1.1的A口分别与梭阀I1.2和梭阀II1.3的A口相连，梭阀I1.2的B口和C口分别与控制模块1的S1口和M1口相通；梭阀II1.3的B口与液控换向阀I1.4的A口相通，梭阀II1.3的C口与两位两通换向阀1.5的液控口相连；液控换向阀I1.4的P口连接在阻尼孔II1.10和阻尼孔III1.11之间，阻尼孔III1.11接控制模块1的K1口，液控换向阀I1.4的T口与控制模块的T1口相通；两位两通换向阀1.5的A口与油箱相通，两位两通换向阀1.5的B口接单向阀1.6的出口；液控换向阀II1.7的P口控制模块的Z1口相通，液控换向阀II1.7的T口与油箱相通，液控换向阀II1.7的A口与控制模块1的L1口相连，液控换向阀II1.7的液控口分别与单向阀I1.6和单向阀II1.8的出口相连，单向阀II1.8进口与阻尼孔I1.9的出口相连，阻尼孔I1.9进口与控制模块1的S1口相连。
进给模块2包含平衡阀I2.1、平衡阀II2.2、梭阀III2.3、液控单向阀2.4和调速阀2.5；平衡阀I2.1的进口与梭阀III2.3的出口相连，平衡阀I2.1的出口与进给模块2的A口相连，平衡阀I2.1的液控口与平衡阀II2.2的液控口相互连通，平衡阀II2.2的进出口分别与进给模块2的B1口和B口相连；梭阀III2.3的出口分别与进给模块2的A1口和A2口相连；液控单向阀2.4的液控口和出口分别与进给模块2的L口和K口相连，液控单向阀2.4的进口与进给模块2的A1口相连，调速阀2.5的进口与进给模块2的A2口相连，调速阀2.5的出口接油箱。
定位模块3包含顺序阀3.1、减压阀3.2、阻尼孔IV3.3、液控换向阀III3.4和阻尼孔V3.5；顺序阀3.1P口与定位模块3的K3口相连，顺序阀3.1T口与定位模块3的T3口相连，顺序阀3.1A口与减压阀3.2的A口相连；减压阀3.2的T口与油箱相通，减压阀3.2的B口通过与液控换向阀3.4的P口相通，减压阀3.2和液控换向阀III3.4之间与阻尼孔IV3.3进口相连，阻尼孔IV3.3出口与定位模块3的T3相连；液控换向阀III3.4T口与定位模块3的T3相连，液控换向阀III3.4A口与定位模块3的L3口相连，液控换向阀III3.4的液控口与定位模块3的M3口相连，定位模块3的M3口与T3口之间设有阻尼孔V3.5。
手动模式下，工人可以通过操作负载传感多路阀4的手柄，实现钻箱马达6的正反转，进给与返回，钻架的左右摆动，前后摆动。
在自动模式时，同时操作负载传感多路阀4的第一联与第二联，第一联从A口输出压力油至钻箱P口，钻箱马达6驱动钻杆转动，第二联A口输出压力油至进给模块2的A1口，经过梭阀III2.3和平衡阀I2.1后到达进给油缸11，进给油缸11活塞杆伸出，带动钻箱进给。同时，取自负载传感多路阀4第一联A口与钻箱马达6的P口之间管路的液控油打开进给模块2中的液控单向阀I2.4。此时，取自进给模块2A1口和梭阀III2.3之间油路的Y口的液控油经液控单向阀I2.4和管路分两路，第一路到液控水阀9的R口，液控水阀9打开，向钻杆中心通水除尘。第二路到达定位模块3的K3口以及经顺序阀3.1和减压阀3.2，液控换向阀III3.4进入负载传感多路阀4第一联与第二联的下液空腔，使主阀芯持续保持在换向位置，以上动作是瞬间完成的，此时松开手柄，钻箱旋转与进给会继续进行，不会中断。当钻箱进给到煤巷顶板极限位置时，安装在钻箱上的机械换向阀5碰到与顶板接触的护板时，机械换向阀5换向，钻箱马达6进口的压力油从P口经机械换向阀5到达控制模块1的S1口，之后一路经过梭阀I1.2到达定位模块3的M3口，压力油使液控换向阀III3.4换向，此时，负载传感多路阀4第一联与第二联的液控油经液控换向阀III3.4后到T3口，卸荷到油箱。由于液空腔的油被释放，主阀芯复位，钻箱马达6停止旋转，液控水阀9关闭。由于另一路液压油经阻尼孔I1.9和单向阀II1.8使液控换向阀1.7换向，此时取自负载传感多路阀4控制口Z的压力油经液控换向阀1.7后进入负载传感多路阀4第二联的上液控腔，第二联主阀芯换向，B口输出压力油，A口回油，进给油缸活塞杆缩回，钻箱自动下落，取自X2口的压力油经K1口，阻尼孔II 1.11,阻尼孔III 1.10以及单向阀I1.6进入液控换向阀II 1.7，使液控换向阀II 1.7持续保持于换向位置，使负载传感多路阀4第二联持续有液控油从在，使主阀芯持续处于另一换向位置，进给油缸11活塞杆回缩，钻箱持续下落，当进给油缸11缩回到油缸终点时，取自负载传感多路阀4第二联B口的压力增大，打开控制模块1中的液控换向阀1.4，经梭阀II1.3使两位两通换向阀1.5换向，液控换向阀II1.7复位，负载传感多路阀4第一联主阀芯液控腔压力油被释放，主阀芯复位，一个工作循环结束，系统处于待机状态。
当在自动旋转与进给过程中出现紧急情况时，可以按下急停阀1.1按钮，使急停阀1.1换向，取自负载传感多路阀4Z口的压力油经急停阀1.1，梭阀I1.2，M1口，到达定位模块3的M3口，压力油使液控换向阀III3.4换向，此时，负载传感多路阀4第一联与第二联的液控油经液控换向阀III3.4后到T3口，卸荷到油箱。由于液空腔的油被释放，主阀芯复位，钻箱马达6停止旋转与进给，液控水阀9关闭。
控制模块1中阻尼孔I1.9用于减小液压冲击，阻尼孔II 1.10, 阻尼孔III1.11的作用是限制控制回路油液的流量，使输入控制模块的液压功率能维持其正常工作需要即可。
进给模块2中的调速阀2.5可以调整钻箱自动进给速度。
定位模块3中的阻尼孔IV3.3和阻尼孔V3.5的直径为0.35mm,其作用是保证所在回路需要压力时可以建立起压力，不需要压力时，可以卸掉回路压力。

Claims (1)

1.一种矿用机载锚钻装置全液压自动控制系统，其特征在于：包括变量泵（10）、负载传感多路阀（4）、定位模块（3）、进给模块（2）、控制模块（1）、钻箱马达（6）、机械换向阀（5）、进给油缸（11）、钻架前后摆动油缸（8）、钻架左右摆动油缸（7）和液控水阀（9），
所述的变量泵（10）的P口和LS口分别与负载传感多路阀（4）的P口与LS口相连接，负载传感多路阀（4）第一联的A口和B口分别与钻箱马达（6）P口和T口相连；第二联的A口和B口分别与进给模块（2）A1口和B1口相连，进给油缸（11）与进给模块（2）的A口、B口相连；第三联的A口与进给模块（2）的A2口相连，第三联的B口封堵；第四联与钻架左右摆动油缸（7）连接，第五联与钻架前后摆动油缸（8）连接；
控制模块（1）的T1口接油箱，K1口与负载传感多路阀（4）第二联B口相连，S1口与机械换向阀（5）S口相连，L1口与负载传感多路阀（4）第二联Yb口相连，Z1口与负载传感多路阀（4）Z口相连，M1口与定位模块（3）的M3口相连，定位模块（3）L3口与负载传感多路阀（4）第一联以及第二联的Ya口相连，T3口与油箱相连；进给模块（2）K口分别与定位模块（3）K3口以及液控水阀（9）R口相连；进给模块（2）L口与钻箱马达（6）的P口相连；
所述的控制模块（1）包括两位三通手动急停阀（1.1）、梭阀I（1.2）、梭阀II（1.3）、液控换向阀I（1.4）、两位两通换向阀（1.5）、单向阀I（1.6）、液控换向阀II（1.7）、单向阀II（1.8）、阻尼孔I（1.9）、阻尼孔II（1.10）和阻尼孔III（1.11）；
急停阀（1.1）的P口与控制模块（1）的Z1口相通，急停阀（1.1）的T口接油箱，急停阀（1.1）的A口分别与梭阀I（1.2）和梭阀II（1.3）的A口相连，梭阀I（1.2）的B口和C口分别与控制模块（1）的S1口和M1口相通；梭阀II（1.3）的B口与液控换向阀I（1.4）的A口相通，梭阀II（1.3）C口与两位两通换向阀（1.5）（1.5）的液控口相连；液控换向阀I（1.4）的P口连接在阻尼孔II（1.10）和阻尼孔III（1.11）之间，阻尼孔III（1.11）接控制模块（1）的K1口，液控换向阀I（1.4）的T口与控制模块的T1口相通；两位两通换向阀（1.5）的A口与油箱相通，两位两通换向阀（1.5）的B口接单向阀I（1.6）的出口；液控换向阀II（1.7）的P口与 控制模块的Z1口相通，液控换向阀II（1.7）的T口与油箱相通，液控换向阀II（1.7）的A口与控制模块（1）的L1口相连，液控换向阀II（1.7）的液控口分别与单向阀I（1.6）和单向阀II（1.8）的出口相连，单向阀II（1.8）进口与阻尼孔I（1.9）的出口相连，阻尼孔I（1.9）进口与控制模块（1）的S1口相连；
所述的进给模块（2）包含平衡阀I（2.1）、平衡阀II（2.2）、梭阀III（2.3）、液控单向阀（2.4）和调速阀（2.5）；
平衡阀I（2.1）的进口与梭阀III（2.3）的出口相连，平衡阀I（2.1）的出口与进给模块（2）的A口相连，平衡阀I（2.1）的液控口与平衡阀II（2.2）的液控口相互连通，平衡阀II（2.2）的进出口分别与进给模块（2）的B1口和B口相连；梭阀III（2.3）的出口分别与进给模块（2）的A1口和A2口相连；液控单向阀（2.4）的液控口和出口分别与进给模块（2）的L口和K口相连，液控单向阀（2.4）的进口与进给模块（2）的A1口相连，调速阀（2.5）的进口与进给模块（2）的A2口相连，调速阀（2.5）的出口接油箱；
所述的定位模块（3）包含顺序阀（3.1）、减压阀（3.2）、阻尼孔IV（3.3）、液控换向阀III（3.4）和阻尼孔V（3.5）；
顺序阀（3.1）P口与定位模块（3）的K3口相连，顺序阀（3.1）T口与定位模块（3）的T3口相连，顺序阀（3.1）A口与减压阀（3.2）的A口相连；减压阀（3.2）的T口与油箱相通，减压阀（3.2）的B口通过与液控换向阀III （3.4）的P口相通，减压阀（3.2）和液控换向阀III（3.4）之间与阻尼孔IV（3.3）进口相连，阻尼孔IV（3.3）出口与定位模块（3）的T3相连；液控换向阀III（3.4）T口与定位模块（3）的T3相连，液控换向阀III（3.4）A口与定位模块（3）的L3口相连，液控换向阀III（3.4）的液控口与定位模块（3）的M3口相连，定位模块（3）的M3口与T3口之间设有阻尼孔V（3.5）。
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