張 剛

（山西晉煤集團(tuán)國(guó)際貿(mào)易有限責(zé)任公司， 山西 晉城 048006）

引言

隨著國(guó)家對(duì)煤礦井下設(shè)備安全性的更高要求，更多的井下機(jī)組在液壓閥及電氣上面增加了很多保護(hù)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(jī)組，啟動(dòng)電機(jī)后，常規(guī)機(jī)組馬上就可以通過(guò)閥組來(lái)進(jìn)行各種動(dòng)作，這是極度危險(xiǎn)的。目前大型煤礦井下設(shè)備常用的安全防護(hù)措施包括把啟動(dòng)開(kāi)關(guān)用一個(gè)護(hù)罩包起來(lái)并上鎖，或者只能用專用工具才能開(kāi)啟啟動(dòng)開(kāi)關(guān)等，但是這樣做都不是從根本上解決問(wèn)題，電機(jī)啟動(dòng)后，液壓閥肯定自動(dòng)隨之而啟動(dòng)。

經(jīng)過(guò)市場(chǎng)調(diào)查，礦方對(duì)機(jī)組防誤操作裝置關(guān)注點(diǎn)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(shí)現(xiàn)機(jī)組電氣、液壓系統(tǒng)閉鎖；改造流程是否簡(jiǎn)單，不需要進(jìn)行額外的煤安取證、報(bào)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(jī)啟動(dòng)后，只有按下安全開(kāi)關(guān)，先導(dǎo)油路才能到達(dá)閥組，從而為機(jī)組安全運(yùn)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(yàn)，它可以不取證的情況下對(duì)設(shè)備進(jìn)行批量改進(jìn)，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(kāi)關(guān)以及節(jié)流口組成。

其中斷路閥是一個(gè)兩位四通換向閥，它是通過(guò)梭閥提供的壓力來(lái)進(jìn)行換向的，當(dāng)梭閥無(wú)壓力油時(shí)，斷路閥自動(dòng)歸位；安全開(kāi)關(guān)是一個(gè)按鍵式兩位三通換向閥，通過(guò)按下開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)閥芯換向，當(dāng)松開(kāi)開(kāi)關(guān)，閥芯在彈簧作用下自動(dòng)歸位。

本閥組其實(shí)是對(duì)液壓系統(tǒng)中的控制油路進(jìn)行閉鎖的，所用安全開(kāi)關(guān)是通過(guò)手動(dòng)控制的，當(dāng)操作人員按下3 s后，液壓系統(tǒng)控制油路開(kāi)始循環(huán)，之后松開(kāi)安全開(kāi)關(guān)，也不會(huì)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(jiàn)圖1，壓力油接通后，分成兩股同時(shí)進(jìn)入斷路閥以及安全開(kāi)關(guān)。斷路閥左側(cè)的梭閥無(wú)高壓油驅(qū)動(dòng)，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(wú)法通過(guò)斷路閥的；此時(shí)，安全開(kāi)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(wú)法通過(guò)安全開(kāi)關(guān)的，這就是機(jī)組初始狀態(tài)的液壓閉鎖。當(dāng)按下安全開(kāi)關(guān)按鍵時(shí)，換向閥閥芯移向右腔，壓力油經(jīng)右腔通過(guò)安全開(kāi)關(guān)后，分成兩股，一股通向單向閥后端，此路不通；另一股進(jìn)入梭閥，推動(dòng)斷路閥閥芯移向左腔，進(jìn)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(kāi)始正常工作。

圖1 安全開(kāi)關(guān)液壓原理圖

需要說(shuō)明的一點(diǎn)是，液壓安全開(kāi)關(guān)按下后，壓力油經(jīng)梭閥推動(dòng)斷路閥閥芯移向左腔，壓力油流向多路閥的同時(shí)，也會(huì)分出一支路打開(kāi)單向閥，經(jīng)單向閥支路的高壓油路通過(guò)梭閥持續(xù)推動(dòng)斷路閥閥芯移向左腔，就算松開(kāi)安全開(kāi)關(guān)，斷路閥也不會(huì)復(fù)位至右腔，保證了機(jī)組液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定工作。只有當(dāng)電機(jī)停止，系統(tǒng)里的壓力油重新流回油箱，又一次啟動(dòng)電機(jī)，液壓安全開(kāi)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(kāi)關(guān)具有如下優(yōu)點(diǎn)：

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(jiǎn)單，維護(hù)方便，相比電控安全系統(tǒng)，經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性都更好一些。

2）操作簡(jiǎn)單又防誤操作性強(qiáng)。本系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，使用時(shí)，只需按下安全開(kāi)關(guān)數(shù)秒，把油路接通并打開(kāi)單向閥后，系統(tǒng)就可以正常工作。同時(shí)它又有很強(qiáng)的防誤操作性，不熟悉本系統(tǒng)的人不會(huì)注意到這個(gè)按鍵，只需把按鍵布置于機(jī)組隱蔽位置，可以最大程度地避免非培訓(xùn)人員誤操作機(jī)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(jī)上（見(jiàn)圖2），正常啟動(dòng)流程參見(jiàn)圖3。當(dāng)設(shè)備正常啟動(dòng)時(shí)，首先駕駛員對(duì)機(jī)組正常進(jìn)行相關(guān)檢查，確認(rèn)無(wú)誤后，清理現(xiàn)場(chǎng)無(wú)關(guān)人員，并提醒相關(guān)工作人員設(shè)備即將啟動(dòng)；之后啟動(dòng)電機(jī)后，確定電機(jī)轉(zhuǎn)速是否正常，無(wú)異響，觀察壓力表，此時(shí)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(shí)系統(tǒng)壓力為空載壓力，控制壓力為2 MPa；最后控制手柄進(jìn)行各種動(dòng)作，確認(rèn)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(yùn)轉(zhuǎn)正常無(wú)異響，等以上所有步驟完成后，就可以正常操縱機(jī)組進(jìn)行作業(yè)了。

圖2 液壓閥組在礦用巷道修復(fù)機(jī)的應(yīng)用

圖3 設(shè)備正常啟動(dòng)及誤啟動(dòng)流程

如無(wú)關(guān)人員誤操作機(jī)組，此時(shí)電機(jī)啟動(dòng)，內(nèi)部螺旋葉片開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，但控制手柄，執(zhí)行元件不工作，對(duì)于不熟悉機(jī)組的人，多次嘗試無(wú)果后，通常會(huì)重啟電機(jī)，但結(jié)果是仍然無(wú)法操縱手柄進(jìn)行動(dòng)作。如操作人員確實(shí)有正常工作需要完成，他就會(huì)向設(shè)備保管人員進(jìn)行故障報(bào)修，保管人員到場(chǎng)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(jī)組的駕駛員控制，按下啟動(dòng)開(kāi)關(guān)，設(shè)備就可以正常進(jìn)行工作了。

本安全開(kāi)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(jī)組是沒(méi)有這個(gè)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(duì)機(jī)組不熟悉的人員未按要求嘗試操縱機(jī)組工作，他是不會(huì)注意到這個(gè)安全開(kāi)關(guān)的，因此也就無(wú)法啟動(dòng)液壓系統(tǒng)正常工作。這樣做可以保證由熟悉機(jī)組的操縱人員來(lái)控制機(jī)組，最大程度地避免機(jī)組發(fā)生誤操作事故[2]。

4 防誤操作液壓閥組改進(jìn)方向

目前，本液壓閥組所裝配的巷道修復(fù)機(jī)已經(jīng)在晉煤多個(gè)礦井進(jìn)行了數(shù)次井下工業(yè)性試驗(yàn)。在使用過(guò)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(hù)開(kāi)關(guān)的責(zé)任。但是井下工人還是提出了幾點(diǎn)改進(jìn)意見(jiàn)。

管路太多，應(yīng)該往集成化方向改進(jìn)。現(xiàn)有產(chǎn)品各部件都是采購(gòu)的，通過(guò)液壓膠管相連，管路過(guò)多，因此所需裝配空間較大。下一步考慮做一個(gè)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(shí)直接把閥塊裝入液壓系統(tǒng)即可。但是因?yàn)槭亲约杭庸ぃ€需對(duì)后續(xù)的密封性及穩(wěn)定性進(jìn)行持續(xù)檢驗(yàn)。

啟動(dòng)開(kāi)關(guān)在工作中，只具備開(kāi)的功能，沒(méi)有關(guān)的功能。為了防止本系統(tǒng)對(duì)正常工作的作業(yè)部件突然閉鎖，造成事故。因此只設(shè)計(jì)了開(kāi)的功能，如設(shè)備已經(jīng)打開(kāi)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)正常運(yùn)行了一段時(shí)間，再次按動(dòng)開(kāi)關(guān)，無(wú)法對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行閉鎖，當(dāng)時(shí)考慮的是如果需要閉鎖系統(tǒng)，直接關(guān)閉電機(jī)即可?？紤]到有時(shí)駕駛員一個(gè)人進(jìn)行作業(yè)，可能需要頻繁上機(jī)下機(jī)，在電機(jī)啟動(dòng)工況下增設(shè)一個(gè)臨時(shí)液壓閉鎖裝置也是有必要的，這也是下一步的改進(jìn)方向[3]。

5 結(jié)語(yǔ)

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