防誤操作液壓閥組的分析

張 剛

（山西晉煤集團國際貿(mào)易有限責(zé)任公司， 山西 晉城 048006）

引言

隨著國家對煤礦井下設(shè)備安全性的更高要求，更多的井下機組在液壓閥及電氣上面增加了很多保護系統(tǒng)，以防止各種誤操作。例如井下如果有不熟悉情況的人違規(guī)操縱機組，啟動電機后，常規(guī)機組馬上就可以通過閥組來進行各種動作，這是極度危險的。目前大型煤礦井下設(shè)備常用的安全防護措施包括把啟動開關(guān)用一個護罩包起來并上鎖，或者只能用專用工具才能開啟啟動開關(guān)等，但是這樣做都不是從根本上解決問題，電機啟動后，液壓閥肯定自動隨之而啟動。

經(jīng)過市場調(diào)查，礦方對機組防誤操作裝置關(guān)注點在于：能否匹配現(xiàn)有各種大型綜采設(shè)備；能否從本質(zhì)上實現(xiàn)機組電氣、液壓系統(tǒng)閉鎖；改造流程是否簡單，不需要進行額外的煤安取證、報備；設(shè)備故障率低，方便檢修。

1 防誤操作液壓閥組結(jié)構(gòu)

該閥組是一種斷路式液壓先導(dǎo)系統(tǒng)控制閥組，電機啟動后，只有按下安全開關(guān)，先導(dǎo)油路才能到達閥組，從而為機組安全運行多提供了一層保障。相比電氣設(shè)備必須做本安關(guān)聯(lián)性試驗，它可以不取證的情況下對設(shè)備進行批量改進，而且安全性更好一些[1]。

液壓閥組為全液壓系統(tǒng)，它主要由梭閥、斷路閥、單向閥、安全開關(guān)以及節(jié)流口組成。

其中斷路閥是一個兩位四通換向閥，它是通過梭閥提供的壓力來進行換向的，當(dāng)梭閥無壓力油時，斷路閥自動歸位；安全開關(guān)是一個按鍵式兩位三通換向閥，通過按下開關(guān)實現(xiàn)閥芯換向，當(dāng)松開開關(guān)，閥芯在彈簧作用下自動歸位。

本閥組其實是對液壓系統(tǒng)中的控制油路進行閉鎖的，所用安全開關(guān)是通過手動控制的，當(dāng)操作人員按下3 s后，液壓系統(tǒng)控制油路開始循環(huán)，之后松開安全開關(guān)，也不會切斷液壓系統(tǒng)。

2 防誤操作液壓閥組液壓工作原理

本液壓閥組工作原理參見圖1，壓力油接通后，分成兩股同時進入斷路閥以及安全開關(guān)。斷路閥左側(cè)的梭閥無高壓油驅(qū)動，斷路閥閥芯在右側(cè)彈簧的壓力作用下移向右腔，壓力油在右腔管路里是無法通過斷路閥的；此時，安全開關(guān)在彈簧壓力作用下，閥芯移向左腔，壓力油在左腔管路里也是無法通過安全開關(guān)的，這就是機組初始狀態(tài)的液壓閉鎖。當(dāng)按下安全開關(guān)按鍵時，換向閥閥芯移向右腔，壓力油經(jīng)右腔通過安全開關(guān)后，分成兩股，一股通向單向閥后端，此路不通；另一股進入梭閥，推動斷路閥閥芯移向左腔，進口處的壓力油就可以經(jīng)斷路閥左腔流入多路閥，從而液壓系統(tǒng)開始正常工作。

圖1 安全開關(guān)液壓原理圖

需要說明的一點是，液壓安全開關(guān)按下后，壓力油經(jīng)梭閥推動斷路閥閥芯移向左腔，壓力油流向多路閥的同時，也會分出一支路打開單向閥，經(jīng)單向閥支路的高壓油路通過梭閥持續(xù)推動斷路閥閥芯移向左腔，就算松開安全開關(guān)，斷路閥也不會復(fù)位至右腔，保證了機組液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定工作。只有當(dāng)電機停止，系統(tǒng)里的壓力油重新流回油箱，又一次啟動電機，液壓安全開關(guān)才能再一次發(fā)揮安全作用。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本開關(guān)具有如下優(yōu)點：

1）液壓控制穩(wěn)定性高。本系統(tǒng)全部由換向閥、單向閥、梭閥等液壓元件組成，結(jié)構(gòu)簡單，維護方便，相比電控安全系統(tǒng)，經(jīng)濟性和穩(wěn)定性都更好一些。

2）操作簡單又防誤操作性強。本系統(tǒng)操作簡單，使用時，只需按下安全開關(guān)數(shù)秒，把油路接通并打開單向閥后，系統(tǒng)就可以正常工作。同時它又有很強的防誤操作性，不熟悉本系統(tǒng)的人不會注意到這個按鍵，只需把按鍵布置于機組隱蔽位置，可以最大程度地避免非培訓(xùn)人員誤操作機組，盡可能地避免事故的發(fā)生。

3 防誤操作液壓閥組應(yīng)用情況及使用流程

目前，本液壓閥組主要批量應(yīng)用于礦用巷道修復(fù)機上（見圖2），正常啟動流程參見圖3。當(dāng)設(shè)備正常啟動時，首先駕駛員對機組正常進行相關(guān)檢查，確認無誤后，清理現(xiàn)場無關(guān)人員，并提醒相關(guān)工作人員設(shè)備即將啟動；之后啟動電機后，確定電機轉(zhuǎn)速是否正常，無異響，觀察壓力表，此時系統(tǒng)壓力為空載壓力，控制壓力為0；然后按下液壓閥組后再觀察壓力表，此時系統(tǒng)壓力為空載壓力，控制壓力為2 MPa；最后控制手柄進行各種動作，確認執(zhí)行元件工作壓力為系統(tǒng)額定工作壓力以下，設(shè)備運轉(zhuǎn)正常無異響，等以上所有步驟完成后，就可以正常操縱機組進行作業(yè)了。

圖2 液壓閥組在礦用巷道修復(fù)機的應(yīng)用

圖3 設(shè)備正常啟動及誤啟動流程

如無關(guān)人員誤操作機組，此時電機啟動，內(nèi)部螺旋葉片開始旋轉(zhuǎn)，但控制手柄，執(zhí)行元件不工作，對于不熟悉機組的人，多次嘗試無果后，通常會重啟電機，但結(jié)果是仍然無法操縱手柄進行動作。如操作人員確實有正常工作需要完成，他就會向設(shè)備保管人員進行故障報修，保管人員到場后，審核操作人員的資質(zhì)和目的，經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)審核批準(zhǔn)后，由熟悉機組的駕駛員控制，按下啟動開關(guān)，設(shè)備就可以正常進行工作了。

本安全開關(guān)的設(shè)置主要是為了防止井下工人的誤操作。一般的機組是沒有這個設(shè)置的，或者有類似設(shè)置，原理結(jié)構(gòu)也不盡相同。如果是對機組不熟悉的人員未按要求嘗試操縱機組工作，他是不會注意到這個安全開關(guān)的，因此也就無法啟動液壓系統(tǒng)正常工作。這樣做可以保證由熟悉機組的操縱人員來控制機組，最大程度地避免機組發(fā)生誤操作事故[2]。

4 防誤操作液壓閥組改進方向

目前，本液壓閥組所裝配的巷道修復(fù)機已經(jīng)在晉煤多個礦井進行了數(shù)次井下工業(yè)性試驗。在使用過程中，本產(chǎn)品性能穩(wěn)定、適應(yīng)性好，未發(fā)生一起液壓故障，很好履行了保護開關(guān)的責(zé)任。但是井下工人還是提出了幾點改進意見。

管路太多，應(yīng)該往集成化方向改進?，F(xiàn)有產(chǎn)品各部件都是采購的，通過液壓膠管相連，管路過多，因此所需裝配空間較大。下一步考慮做一個集成閥塊，可以把各部件都模塊化地集成于一體，省略了中間液壓膠管的連接，使用時直接把閥塊裝入液壓系統(tǒng)即可。但是因為是自己加工，還需對后續(xù)的密封性及穩(wěn)定性進行持續(xù)檢驗。

啟動開關(guān)在工作中，只具備開的功能，沒有關(guān)的功能。為了防止本系統(tǒng)對正常工作的作業(yè)部件突然閉鎖，造成事故。因此只設(shè)計了開的功能，如設(shè)備已經(jīng)打開啟動開關(guān)正常運行了一段時間，再次按動開關(guān)，無法對液壓系統(tǒng)進行閉鎖，當(dāng)時考慮的是如果需要閉鎖系統(tǒng)，直接關(guān)閉電機即可?？紤]到有時駕駛員一個人進行作業(yè)，可能需要頻繁上機下機，在電機啟動工況下增設(shè)一個臨時液壓閉鎖裝置也是有必要的，這也是下一步的改進方向[3]。

5 結(jié)語

目前，煤礦井下大部分機組都是液壓驅(qū)動，但是很多設(shè)備安全防護都是不足的。本開關(guān)結(jié)構(gòu)簡單，可以適用于任何液壓機組設(shè)備的改造，可有效避免井下機組因誤操作產(chǎn)生的事故。