自动钻孔集成控制阀组的设计研究

自动钻孔集成控制阀组的设计研究

郭 伟、范要辉

廊坊景隆重工机械有限公司，河北 廊坊 065300

摘要：自动钻孔集成控制阀组，将打钻马达换向阀、进给油缸换向阀、顶支撑换向阀、左右滑移换向阀、左右摆动换向阀、前后摆动换向阀和各种功能阀芯集成到一个阀块上，通过阀块内部油路实现自动打钻功能，控制阀组自动化技术先进、性能稳定、结构紧凑、集成度高，外部液压管路条理清晰，简洁，维修方便，是自动化锚杆钻车必备的控制阀组，给锚杆钻车自动钻孔的实现提供了技术保障。

关键词：控制阀组；机载锚杆钻臂；锚杆钻机；自动钻孔

引言

经过多年的研究与实践，我国煤矿已经形成了有中国特色的煤巷锚杆支护成套技术体系，锚杆支护已经成为煤矿巷道首选的、安全高效的主要支护方式，对我国安全高效矿井建设、煤炭产量与效益的大幅度提高及安全状况的改善起到不可替代的重要作用。

随着煤炭行业“安全、高效、智能、绿色” 发展战略的深入推进，机械化减人、自动化替人逐步成为共识，煤矿巷道自动化支护装备作业在减人提效，降低工人劳动强度，降低工作危险系数等方面起着关键作用。锚杆台车逐步替代单体锚杆钻机成为大中型矿井主要巷道支护设备，煤矿对锚杆台车自动化、智能化的需求也逐步提升[1]。

锚杆钻车控制系统因巷道地质条件复杂，作业工序繁琐，控制动作多，液压管路众多，造成设备系统复杂，可靠性不足，自动化实现极其困难。

1 自动钻孔集成控制阀组概况

机载锚杆钻臂是近年来迅速发展的锚杆施工设备，与可行走的履带式或胶轮式底盘、悬臂式掘进机、连续采煤机、转载机等结合形成锚杆钻车、掘锚机、掘锚一体机、锚杆转载机等集成化施工装备，实现了各种场景与工况下锚杆高效支护作业，是集成化施工装备的核心部件[2]。

机载锚杆钻臂控制阀组目前国内主要采用多路换向阀和功能阀块组合方式控制，实现马达旋转、顶支撑伸缩，钻架推进、钻臂前后摆动、钻臂左右摆动、钻臂左右滑移和各种辅助动作，实现机载锚杆钻臂锚杆锚索支护作业。

2 自动钻孔集成控制阀组研究与探讨

自动钻孔集成控制阀组是机载锚杆钻臂的控制阀组，也是锚杆钻车、掘锚机、掘锚一体机、锚杆转载机等设备控制系统的核心部件。

自动钻孔集成控制阀组将打钻马达换向阀、进给油缸换向阀、顶支撑换向阀、左右滑移换向阀、左右摆动换向阀、前后倾斜换向阀和各种功能阀芯集成到一个阀块上，通过阀块内部油路实现自动打钻功能，控制阀组自动化技术先进、性能稳定、结构紧凑、集成度高，外部液压管路条理清晰，简洁，维修方便，是自动化锚杆钻车必备的控制阀组，给锚杆钻车自动钻孔的实现提供了技术保障。自动钻孔集成控制阀组如图1所示。

图1  自动钻孔集成控制阀组

自动钻孔集成控制阀组由自动打钻控制阀、换向阀、功能阀芯、阀块四部分组成。

自动打钻控制阀安装在阀块上，由自动打钻开启旋钮和自动打钻停止旋钮组成。

换向阀固定在阀块上，由打钻马达换向阀、顶支撑换向阀、左右滑移油缸换向阀、左右摆动换向阀、前后倾斜换向阀、进给油缸换向阀组成。

功能阀芯安装在阀块上，由减压阀、调速阀、4个液控两位两通换向阀、3个液控两位三通换向阀、2个溢流阀、2个流量控制阀组成

阀块是自动钻孔集成控制阀组的本体，由内部油路、进油口、回油口、进给油缸进油口、自动停止控制油口、泄油口、液控水阀控制油口、液压马达进油口、液压马达回油口、顶支撑进油口、顶支撑回油口、前后倾斜回油口、左右摆动回油口、左右滑移回油口、左右滑移进油口、左右摆动进油口、前后倾斜进油口、进给油缸回油口、反馈油口等组成

具体工作过程如下：

如自动钻孔集成控制阀组通过控制打钻马达换向阀、顶支撑换向阀、左右滑移油缸换向阀、左右摆动换向阀、前后倾斜换向阀和进给油缸换向阀，实现锚杆钻车钻臂动作调整，前后间排距调整，锚网或钢带寻孔，钻臂固定，钻孔作业，锚杆锚索锚固作业。

自动打钻开启旋钮控制自动打钻开启，此时减压阀、调速阀、4个液控两位两通换向阀、3个液控两位三通换向阀、流量控制阀等功能阀芯同时配合工作，锚杆钻车进行自动进给钻孔作业。

自动打钻停止旋钮自动打钻停止，此时打钻马达换向阀和进给油缸换向阀同时停止，此时减压阀、调速阀、4个液控两位两通换向阀、3个液控两位三通换向阀、流量控制阀等功能阀芯同时配合工作，锚杆钻车进行停止钻孔作业。

打钻马达换向阀通过液压马达进油口和液压马达回油口控制液压马达的正转和反转，进行钻孔作业。

顶支撑换向阀通过顶支撑进油口和顶支撑回油口控制顶支撑油缸伸出和缩回动作，进行钻车钻臂固定作业。

左右滑移油缸换向阀通过左右滑移回油口和左右滑移进油口控制左右滑移油缸的伸出和缩回动作，进行钻车钻臂定位作业。

左右摆动换向阀通过左右摆动回油口和左右摆动进油口控制左右摆动油缸的伸出和缩回动作，进行钻车钻臂寻孔作业。

前后倾斜换向阀通过前后倾斜回油口和前后倾斜进油口控制前后倾斜油缸伸出和缩回动作，进行钻车钻臂寻孔作业。

进给油缸换向阀通过进给油缸进油口和进给油缸回油口控制进给油缸伸出和缩回动作，进行钻车钻臂推进作业。

液控水阀控制油口能够在自动钻孔过程自动开启和关闭水阀，从而控制钻车钻孔作业时水的开启和关闭。

3 自动钻孔集成控制阀组技术特点

⑴通过阀块内部油路实现自动打钻功能，控制阀组自动化性能稳定、结构紧凑、集成度高。

⑵外部液压管路条理清晰，简洁，能够简化节省12根外部油管。

⑶外部管路油口布局合理，安装方便，便于外部油路管路安装和维修。

⑷集成多种阀芯，降低控制系统成本，便于故障判断和维修。

⑸是自动化锚杆钻车必备的控制阀组，给锚杆钻车自动钻孔的实现提供了技术保障。

结语

锚杆台车在巷道支护机械化作业中提供更高作业效率在当今采矿业中属必然发展趋势，煤矿巷道自动化装备作业在减人提效，降低工人劳动强度，降低工作危险系数等方面起着关键作用。自动钻孔集成控制阀组作为锚杆台车核心部件，在原理、可靠性、集成度、管路布局上必将持续优化研究，最终实现锚杆台车自动化支护[3]。

参考文献

[1]范要辉. 锚杆台车自动化控制研究与展望[J].煤矿机械2021,42(11):70-72.

[2]王宝玉.机电一体化技术在机械设计制造中的应用研究[J].科技创新与应用,2022,12(16):170-173.

[3]董传翠.机电一体化技术在机械设计制造中的应用[J].造纸装备及材料,2021,50(09):96-98.