浅谈采掘机械液压系统中的插装阀应用

摘 要：鉴于插装阀的诸多优点特别适合于采掘机械的工况，提出了在采掘机械液压系统中采用插装阀的设计思想，分别讨论了插装阀在液压支架、乳化液泵站、采煤机、掘进机液压系统中的应用前景和效果。

关键词：采掘机械；液压系统；插装阀

一、引言

采掘机械是煤矿生产中的主要设备，其工作性能的好坏，可靠性的高低在很大程度上决定着煤矿的生产效率和效益，而采掘机械中又使用了较多的液压传动系统来实现相应的功能和动作，所以，液压系统的工作性能和可靠性对机器效能的发挥起着很大的制约作用。

作为控制元件的液压阀是液压系统的核心，对整个系统的工作性能起着决定性的作用。若能用具备优异性能的阀类元件取代现有的管式阀组成液压系统，必将会对改善液压系统的工作性能，提高其工作可靠性等起到重要作用。插装阀又称逻辑阀，是近几十年来出现的一种新型液压控制元件。它是以锥阀作为基本单元，插装在不同的阀壳内，用各种类型的先导阀控制其动作，实现方向、压力和流量的控制，可组成各种功能的液压系统。插装阀的优点：

1.通流能力大、流动阻力小。插装阀的最大通径可达200-250mm，其通过流量可达1000L/m以上，远远超过普通的管式阀。由于阀通径大，通道曲折少，各阀之间的连接通道短，所以流体的流动阻力小，用其组成的液压系统的压力损失会显著减少，在中高压系统中此优点表现得更加明显。

2.密封性能好。由于采用锥阀作为基本单元，工作时基本无内泄，在低粘度介质中使用，优势更加突出。所以用插装阀组成的液压系统具有较高的容积效率，特别适合于在低粘度介质中工作。

3.对液体污染不敏感，工作可靠。用其组成的系统特别适合在污染严重的恶劣环境下工作。

4.阀芯质量轻、行程短、阻力小、动作灵敏、反应快，用其组成的系统可满足快速动作的要求。

5.易于集成。系统中的所有阀均可装在一个阀块内，实现高度集成化，可大大缩小液压系统的体积。这对作业空间受限，要求机器结构紧凑，体积小的机器特别适合。

6.易于实现自动控制。目前越来越多的液压系统使用电液比例阀作为先导控制阀，所以该阀很容易实现各种自动控制，且可综合这2种阀的优点。

7.节能。因插装阀多是采用先导控制，所需控制流量很小。又由于很多控制是采用内控的方式，因而消耗的能量也较少。

8.结构简单，加工容易，一阀多能，易于实现元件和系统的“三化”，可降低制造、使用和维护成本。对比分析可知，插装阀的诸多优点特别适合于煤矿采掘机械液压系统的工况、工作条件和工作要求，因而在采掘机械液压系统中有着良好的应用前景和效果，现分别讨论。

二、液压支架

液压支架是由金属构件和液压元件组成的，以高压乳化液为动力的一种支护设备。其工作条件为工作压力高、流量大、介质粘度低、污染严重。为提高生产率，要求能实现快速移架和强力支撑，这就要求液压元件特别是液压阀能在高压大流量下工作，动作要灵敏，且要具有良好的密封性能和抗污染能力。同管式阀相比，插装阀更加适应这些要求。若用其取代管式阀，必将会对改善支架的工作性能，提高其工作可靠性和效率等方面起到积极作用。另外，采用插装阀还能满足某些特殊工况的需要，如用于周期来压强烈的坚硬难冒顶板的支撑式支架，当老顶突然来压时，立柱下腔的安全阀要通过很大的瞬间流量，普通安全阀的通流能力远不能满足通流要求，因而专门设计了充气式大流量安全阀来适应这种工况。但这种大流量安全阀的结构复杂，制造难度大，装配要求高，工作性能和可靠性差，很难满足使用要求，而采用通流能力强、动作灵敏工作可靠的插装式溢流阀，则很容易解决此难题。

三、乳化液泵站

作为液压支架的动力源，两者工作介质相同，工况和工作条件也相似，用插装阀取代管式阀可取得同样的使用效果。此外，为满足支架的恒阻支撑需要，泵站中设置了专用的自动卸载阀。此阀的结构复杂、制造难度大，在不洁介质中使用较易堵塞，多为泵站生产厂自己生产，批量小、成本高，阀的制造质量难以保证。若改用插装式卸载阀，即可满足使用要求，又使元件的质量得以提高，也可避免堵塞，减少故障，提高泵站的工作可靠性，并可降低泵站的制造成本。

目前纯水液压传动技术正获得迅猛的发展，由于纯水介质和乳化液较为接近，液压支架及其泵站极有可能成为这一技术的受益者，改用纯水工作介质。因纯水介质的粘度较低，会对阀类元件提出更高的密封要求，而插装阀的优异密封性能，使其更能适应纯水介质的工作要求，所以在纯水介质液压支架和泵站中，插装阀的优势会更加明显。

四、采煤机

对于采用液压牵引的采煤机，其机体上要设置有液压牵引箱，需占用一定的空间增加了机体体积。若采用插装阀取代管式阀组成牵引部和调高部液压系统，将插装阀集成配置，则可减少牵引箱和采煤机的机体体积，有利于采煤机的总体设计，特别是在薄煤层采煤机及窄机身、短机身采煤机中，效果将更加突出。若采用电液比例阀作为先导阀，更有利于采煤机的自动控制和各种保护的实现；采煤机直接工作在煤尘较大的工作面，介质会受到严重的污染，采用对介质污染不敏感的插装阀，也会减少阀件的磨损，延长元件的使用寿命，降低故障率，提高机器的工作可靠性。

五、掘进机

作为综合机械化掘进的主要设备，机器的结构复杂，功能和动作多，且多由液压系统来完成，使得机器液压系统的元件数量和类型多，较为复杂，液压系统消耗的功率也较大，由于阀的数量多、液压控制和操纵装置占据了较大的体积，由于阀的类型多，给制造、装备和维护带来很大的不便。若采用插装阀除了具有前述一般优点外，对节能、提高系统效率、缩小机器体积，实现元件和系统的“三化”，便于操纵和控制，便于制造、使用和维护等都会取得明显效果。

综上分析，插装阀比管式阀更加适合于液压支要求，因而在这些机械中有着良好的应用前景，且取得优异的使用效果。由于插装阀可方便地实现方向、压力和流量控制，同管式阀形成一一对应的关系，而且插装阀已形成了各种标准系列产品可供选用，所以用插装阀取代管式阀组成采掘机械的液压系统在技术上无障碍，是完全切实可行的。但由于采掘机械使用的较早，插装阀出现的较晚，人们对其优异性能认识不够，对用此种阀设计液压系统也不熟悉，再加上历史的沿革和习惯的影响，使插装阀迄今尚未在采掘机械中得到应用，但并不能因此而排斥该种阀的使用。笔者认为煤矿机械行业的设计、制造和使用单位应该借鉴插装阀在液压压力机行业中（该行业已全部用插装阀取代管式阀）的成功使用经验，冲破传统习惯的束缚，推广使用插装阀，这不但会收到切实的使用效果，而且有助于提高煤矿机械的技术水平。

作者简介：张明国，男，1986-，工程师，本科毕业于黑龙江科技学院机械电子工程专业，现在黑龙江煤炭职业技术学院工作。

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