总第１７１期 ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５—２７９８．２０１３．１１．０２６ 以几个液压回路看液路、电路、风路控制的相似性 王志江 （山西煤销集团南河煤业公司，山西高平摘０４８４００） 要：液路、电路、风路如同矿井正常运行的三条生命线，它们的调节与控制，原理上有许多相似之处，认 真分析研究它们的相似性，对于各级工程技术人员在融会贯通的基础上创新创造会起到抛砖引玉的作用。 关键词：液路；风路；电路；控制相似性 中图分类号：ＴＨ１３７ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００５—２７９８（２０１３）１１—００６２—０６ 文章以液压控制的阻尼液路、差动液路、限压液 路、自保液路、连锁液路、先导液路和双压液路等七 个液路为例，论述其与电路、风路的相似性，兼论其 在实际中的意义。 １．２阻尼液路与电路的比较 阻尼液路的单向阀类似于一个二极管，节流孔 １相当于一个电阻，起到控制方向和限流的作用，使 负载运行更加稳定。 １．３阻尼液路与风路的比较 １ 阻尼液路 阻尼液路实质是一个流量控制回路，也可以说 是一个速度控制回路。 １．１ 阻尼液路的基本形式 现在井下使用的许多气动设备，如风动泵、锚杆 钻机，其转动与控制实际上就是风路在实践中的应 用，其与液路控制有很大的相似之处。如图２所示， 经空压机压缩的气体经进气管进气阀进入泵体带动 叶轮旋转，就可以排水，如果管路堵塞，造成水压升 高，使叶轮不能旋转，为了保护叶轮设计了安全阀， 压力气体顶开弹簧使Ｐ】、Ｐ：沟通泄压，保护了叶轮。 进气阀就是液路中的单向阀，调节安全阀弹簧的软 硬程度就可调节泄露压力。从图１和图２的比较可 知，无论从组成部分或功能上，都可以看出液路与风 图１为实践中经常用到的护帮千斤回路，具体 原理：当急需伸出护帮板“看护帮”时，操纵阀左位 工作，液体进入油缸后腔（它直接打开了单向阀，节 流孔１不起作用），快速使活塞伸出；当需缩回护帮 时，操纵阀右位工作，但油缸后腔的回液既受到单向 阀的截止，又受到节流孑Ｌ １的阻拦，故其收缩的速 度不会快，这样的设计可以使护帮板不会因收缩过 快而剧烈撞击伸缩梁，也不会因收缩过快而造成突 然片帮，便于对离层煤帮的控制。 如果需要双向节流，只需在Ｂ管道上加１个节 流阀即可。 路确有相似之处。 ２个二位三通组合阀和图中的三位四通阀的功 能是一样的，为便于描述，把实践中常用的２个二位 三通阀均画成了三位四通阀，如图１所示。 后 前 图２风动泵示意 ２差动液路 差动液路的主要目的是减小作用力或改变流 量，目前多用于刮板输送机推移液路。 ２＿．１ 差动液路的基本形成 开 ｌ一节流 Ｌ 图３为差动液路示意，差动液路的核心元件是 差动阀。井下刮板输送机推移使用了差动液路，就 能减小刮板输送机推力。 当Ｐ 为进液口时，高压液体分为两路，一路直 接打开液控单向阀１，进人Ａ腔，另一路将交替阀２ 的钢球推至右边（密封住Ｐ：回路）进入Ｂ腔。因活 图１阻尼液路示意 收稿日期：２０１３－０９－０５ 作者简介：王志江（１９６９一），男，山西高平人，工程师，从事煤矿生产及管理工作。 ６２ 王志江：以几个液压回路看液路、电路、风路控制的相似性 第２２卷第１１期 塞腔的面积大于活塞杆腔，即使此时两腔液压相等， 液体作用在活塞上的力大于作用于活塞杆上的力， 两个力的差值推动了活塞杆向外移。在活塞杆向外 移动的过程中， 腔的回液因交替阀的钢球把右边 图５（ａ）为一个单向液控锁紧回路，它锁住的是 油缸的后腔，即后腔的液不能随便流出，要想流出， 需在Ｂ管进高压液时对其解锁（如虚线所示），实践 中常用这种形式的有支架立柱、推刮板输送机油缸 封住，只能通过阀２、阀１流到Ａ腔，Ａ腔流量增加， 因流量决定速度，故活塞杆伸出很快。 图３差动液路示意 假如活塞杆连接的是刮板输送机，那就实现了 推刮板输送机“力小速度快”的目的。 ２．２差动液路与电路的比较 电路中也有差动回路，它常用于对变压器的保 护上（如图４（ａ）所示），它们有相同点，即两端出现 电位不等的情况下，继电器有动作。 但它们又有不同点：电路中的差动回路主要是 为了实现对电器的保护，提高供电质量（如变压器 一、二次的互感电流应相等，在不等的情况下，ｃＪ 动作中断供电），而液路差动（如图４（ｂ）所示）是控 制压力或流量。 ÷｝霭 霉晕驻 Ｐ０ Ｐ０ ｐ０ Ｐ０ （ａ） （ｂ） （ｃ） （ｄ） 图５锁紧限压液路示意 和前梁伸缩油缸等。 图５（ｂ）为一个单向手动锁紧回路，它实际上是 一个“单向阀＋截止阀”，在 管进液时需手动扭开 它，这样很麻烦，实践中一般不用。 图５（ｃ）为一个双向液控锁紧回路，它锁住了油 缸的两腔，即当操纵阀打至中位的时候，两腔的液体 尽管均和回液管沟通，但压力不足以解锁，故两腔的 液均不能进，也不能出，油缸不会产生浮动。在实践 中，这种形式最常见，如采煤机滚筒和支架部分伸缩 油缸等。 图５（ｄ）为一个双向液控限压回路，它在锁紧两 腔的同时，为防止某一腔液体压力受外负荷影响突 然变大憋坏缸体，在液控回路上，并联了一个安全 阀，安全阀的调定压力就是腔体液体最大压力，超过 这个压力，安全阀即开启卸压，起到限压的作用。 在实践中，这种情况也常见，如支架立柱下腔限 压和采煤机调高油缸限压等。 ３．２锁紧限压液路与电路的比较 ３．２．１锁紧液路与电路中的风电闭锁、瓦斯电闭锁 电路的比较 １） 风、电闭锁的实质：只有风机的电路通了， 电路的启动才具备了条件。这有点类似图５（ｃ）的 情况，只有某一管进入高压液体，另一个管的回路才 能形成，相当于一个液路锁住另一个液路。 ２） 瓦斯电闭锁的实质：一个地点瓦斯高，这 个地点就送不上电。这也稍有点类似图５（ｃ）的情 况，尽管Ａ、 腔均与回液管０沟通，尽管回液也具 有一定的背压，但这个压力“强度”不足以解开对方 的锁，故两个液路均不流通。当然，这个例子是把 “低液压”比作了“高瓦斯”。 ３）液路闭锁还与电路中的机械闭锁类似，如开 关手柄不在“中”位，电路方可沟通。这一点可参考图 ５（ｂ），截止阀如在左位，“日一Ａ”的液路是不通的。 ３．２．２限压回路与电路中的二极管稳压、电气保护 回路的比较 图６为一个常见的电路过流、短路、断相保护示 意，图５（ｄ）液路与此类似。 每过流保护电路 ６３ ２０１３年１１月 王志江：以几个液压回路看液路、电路、风路控制的相似性 第２２卷第１１期 １） 无过流信号时， 、日：均显示高电位，继电 器．，不动作，‘，，吸合正常供电。 ２） 出现过流信号时，它通过比较器日 传递 给比较器 ，Ｂ：的０点显现低电位，继电器．，动作， 常闭触点．， 断开中止供电。 液路也是一样，如图５（ｄ）所示，当液压超过安 作人员的影响，大大改善支架的实际支护能力；推刮 板输送机时，操作人员只需在走动中，依次按一下各 支架的推刮板输送机手柄，不必停留在支架前操作。 推刮板输送机油缸就能把输送机推到煤帮边，从而 节约时间。 在井下应用中也有缺点，如容易使邻架吃力不 均、刮板输送机推得不齐何管路复杂等。 ４．２与自保电路的比较 全阀的整定压力时，它推动安全阀动作，滴液泄压。 ４ 自保液路 目前，尽管大多数井下液压系统中的自保液路 液路自保与电路自保很相似，图８为一个最简 单的电路自保，其原理是：按一下启动按钮，灯泡亮， 但松开手后，灯泡仍亮。这主要是继电器ｔ，及其常 没有得到应用，却是一个液压技术发展方向。 ４．１基本形式 自保液路要达到的一个基本目的：按一下操纵 手柄，可不必再管它，不管它处于什么位置，支柱或 千斤顶均能动作到位。 图７为一个简单的自保液路，其工作原理如下。 ３ １一立柱；２、４一单向阀；３一二位阀；耷一三位四通阀 图７自保液路示意 １）扳动操纵阀，使阀的左位与液路沟通，此 时，高压液Ｐ打开单向阀４进入立柱下腔，开始升 柱。 ２） 当Ｐ进入下腔的同时，它分出一股液体进 入左边二位阀的 口，推动二位阀左移，又形成以 下一条液路：Ｐ＿＿３＿２一立柱下腔，这就是自保液 路。这条自保液路一方面供立柱下腔，另一方面通 口，使Ｋ口保持高压。 ３） 此时，尽管三位四通阀５的手柄打至中位 了，即不工作了，因有自保液路供立柱下腔，立柱不 会停止“上升的步伐”。 ４） 当立柱升紧后，可手动使二位阀移至左位 切断供液Ｐ，亦可不动它，使立柱下腔一直保持高压 液体。 ５） 当需要降柱时，操纵阀５右位工作，日管进 入高压液，通过液控单向阀形成Ａ管回路，此时立 柱下腔液压下降， 口压力亦下降，二位阀关闭，柱 子下降。 采用自保液路的主要地点是升立柱和推刮板输 送机，优点：升柱时，可以保证达到初撑力而不受操 ６４ 开触点．， ，形成了一条自保回路。 图８自保电路示意 液路自保中，二位阀３相当于一个继电器，它的 右位相当于一个触点。 ５连锁液路 液路连锁的目的，是为了避免液压缸之间相互 影响，如两台支架，一般不允许其同时降落，要达到 这个目的，可应用连锁技术。 ５．１液路连锁基本形式 液路连锁基本形式，如图９所示。 从图９可以看出，当柱７升紧，下腔有高压液 时，柱８才可能降下，反之亦然。这个液路可实现两 柱同时升，但不能同时降。 １、２一操纵阀；３、４、５、６＿单向阀；７、＆一立柱 图９液路连锁不意 当操纵阀１工作在右位时，柱７的日管进液，它 打开单向阀３、５进入７的下腔，柱７升起。当操纵 阀１工作在左位时，柱７的Ａ管进液，但柱７下腔的 回液需通过“两道防线”：一是使液控单向阀５解 锁，它由Ａ管的高压液执行；二是使液控单向阀３解 王志江：以几个液压回路看液路、电路、风路控制的相似性 第２２卷第１１期 锁，它需由柱８下腔的高压液来打开，此时，如果柱 制液控分配阀，最后达到升、降柱的目的。现以图 １２为例，加以说明。 ８是升紧状态，那么其下腔必然是高压液，它能打开 阀３，但柱８如是下沉状态，没有撑紧顶板的话，那 其下腔就是低压液，这样打不开阀３。 这样就有效地避免了柱７、柱８同时离开顶板 的情况。同理，当操纵阀２工作在右位使柱８下降 时，柱７必须在撑紧顶板的情况下，方有可能降下。 值得注意的是：液控单向阀３与阀５解锁需要 的液压是不一样的，单向锁５需要的“劲小”，它由 本支柱的进液开启，而锁３需要的“劲大”，它由邻 图１２先导控制液路示意 柱的受挤压的液开启。阀４、阀６的情况也是如此。 ５．２与电路连锁的比较 图ｌ０为一个比较简单的电路闭锁，灯１亮和灯 ２肯定不亮。 ２Ｊ２ 图１Ｏ电路闭锁示意 首先应该了解：１．，的一个常闭触点１．， 串联在 “灯２”线路中，当灯１亮，１．，吸合的时候，１．， 肯定 断开了，即中断了“灯２”回路。 同理，２．， 串接到“灯１”线路中，起同样的作用。 然后就能理解：只有“灯２”不亮，２‘，不吸合，２．， 闭合的时候，“灯１”才具备亮的条件。同理，只有 “灯１”不亮，“灯２”才有亮的可能。 ５．３与风路连锁的比较 井下为了防止两道风门同时打开，造成风流短 路，设计了风门连锁控制装置。如图１１所示，当风 门Ａ打开时，风门Ｂ的锁位于下位，使风门Ｂ不能 打开；当风门口打开时，风门Ａ的锁位于下位，使风 门Ａ不能打开。锁Ａ、锁 互为连锁，类似于图１０ 中的灯１、灯２，灯１亮、灯２灭，灯２亮、灯１灭。 图１１风门连锁不意 从以上分析可以看到：三者的连锁具有类似的 原理，电路、液路、风路在很多方面原理都是一样的。 ６先导液路 先导液路在液压系统中有两种表现形式：一是 通过先导阀，达到“小压力控制大压力、小流量控制 大流量”的目的；二是通过操纵先导液压阀，然后控 ６．１基本形式 先导控制液路如图１２所示。先导阀１是操纵 阀，可不设置在支架内，但它可以通过管路控制本架 内的分配阀２，这是“以近控制远”的一种方式。 先导阀的具体控制情况如下： １） 当阀日工作在右位时，高压液Ｐ进入阀Ｂ 右位，然后打开阀Ｅ，使其工作在上位，则形成的液 路为：高压液Ｐ—Ｅ上位一柱３下腔一柱３上腔一 阀Ｄ下位一低压液０，此时立柱上升。松开阀Ｂ手 柄，阀Ｅ立即会关闭，立柱下腔被锁。 ２） 当阀Ａ工作在右位时，高压液Ｐ进入Ａ阀 右位，然后打开阀Ｃ、阀Ｆ，使它们均工作在上位，则 形成的液路为：高压液尸一阀ｃ上位一柱３上腔～ 柱３下腔一阀Ｆ上位一低压液０。 此时立柱３下降。 通过以上分析也可以看出：通过阀Ａ／Ｂ的小流 量或小压力，可直接开启或关闭阀Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ，这是 一种“以小控大”的方式，同时，通过先导阀，还可以 实现集中控制、自动控制、遥控等多种先进技术的应 用，从而实现“以少控多”。 ６．２与电路中的先导回路比较 电路中的先导回路控制如图１３所示。 图ｌ３（ａ）为一个３１５开关内的本质安全型先导 电路，１ＺＪ是一个很小的中间继电器，它工作时的电 压很小（因二极管具有单向整流作用，电压值为 １７ Ｖ×０．４５＝８ Ｖ），断电时，因有电容、电阻、二极 管组成的吸能装置，所以很安全。 把这个很安全、稳定的中间继电器的一对常开 触点串联于图１３（ｂ）中，就能控制较大电压继电器 －，的吸合与通断。如果再把继电器．，的触点串联在 很多电路中，它就能控制很多电路的通断。 总而言之，先导就是“先锋导向”。如同打仗一 般，先命令小侦察前进，为大的通行开辟道 路。 ６．３ 井下风路与先导液路的比较 先导液路能够改变作用力。在井下负压大的地 ６５ 王志江：以几个液压回路看液路、电路、风路控制的相似性 第２２卷第１１期 方，安装的风门特别难以开启，使行人困难，为了解 决这个问题，也可以利用“先导风路”的方法对风门 加以改进，使开启变得容易。如图１４所示，在风门 中部开一个小孔（图１４风门先导示意小门），行人 过去时，先推一下小门（因为小门的面积小，同样的 负压作用在小门上的力就小一些），所以小门很容 易被推开，小门先被推开，使风门两边的压力差迅速 ，缩小，此时再去推大风门，就变得容易了许多，利用 小风门先导通两边的风压，这也和先导液路小压力 控制大压力、小流量控制大流量有异曲同工之妙。 Ｃ １７ Ｖ ｆ ｂ）由先导回路改为控制继电器回路 ｆ ｃ）由继电器控制的多个电路 图１３ 电路中先导回路控制示意 图１４风门先导示意 ７双压液路 采用双压液路的目的，是使支柱或油缸在不同 阶段获得不同的压力，它常用于大型支架中，现简述 如下。 ７．１基本形式 双压液路基本形式如图１５所示。 图１５中的Ｐ、Ｈｐ内是两种高压液体，其中Ｈ。 内的压力高于Ｐ，０内的为回液。其工作原理如下： １）升柱时，操纵阀２工作于左位，此时因立 柱下腔压力仍不大，故Ｐ打开单向阀３与日 一起 为下腔供液，从而提高支柱升的速度。当支柱撑紧 顶板，下腔液压逐步变大时， 将单向阀３关闭，由 单独再向立柱下腔供液，以使支柱获得较大的支 撑力。 ２） 降柱时，操纵阀１工作在右位，此时只有 ６６ 压力液Ｐ进入立柱上腔（日。被阀２关闭），与此同 时，它打开液控单向阀４使立柱下腔回液。因Ｐ液 压较小，故能使降柱更加平稳。 ３） 由此可见，采用双压液路可实现升柱快、 升力大，降柱慢、降柱稳的目的。推刮板输送机油缸 也可使用双压液路。 阀１ 阀２ Ｕ Ｈ １、２—操纵阀；３、 一单向阀 图１５双压液路示意 ７．２与电路双压启动的比较 电路启用过程中，常使用“大电压、大电流启 动，小电压、小电流维持”的做法，其主要作用是保 证吸合迅速，吸合后，因电流变小又不使吸力线圈发 热烧损。图１６就是一个典型的大电压吸合、小电压 维持的例子。 图１６双压电路不蒽 从图１６中可以看出： 吸力线圈ＫＭ吸合的瞬间，它承受的电压是 ２２０ Ｖ，但当ＫＭ吸合，其常闭触电ＫＭ 断开，切断 了２２０ Ｖ电源。其常开触点ＫＭ 闭合，形成了２０ Ｖ 的电源。 这样在吸合前后，吸力线圈承受了两个电压等 级的电源，液路的双压原理与此很相似。 ８结语 １）通过对液路、电路、风路控制的对比，可以 更深刻地理解“三路”形成的共同原理，即风压差形 成了风、电压差形成了电、液压差形成了液，控制 “压差”是在实践中控制“三路”的基本方法。 ２）对液路、电路、风路实施控制，控制元件不 仅有多少、有大小，而且还有方向性：如液路中单向 阀、液控锁的方向不能反了；电路中的二极管、三极 管和继电器不能反了；风路中风动设备的进、回风 王志江：以几个液压回路看液路、电路、风路控制的相似性 第２２卷第１１期 管、风门方向不能反了。 以借鉴风路的可视性、的顺序性、方便性，然后 在排查电路故障方面，做一些相应的改进工作。③ 风路可以进一步借鉴液路中的泵的工作原理、过滤 的工作原理、密封的精密度，然后在缩小通风机体 积、减少漏风方面做改进，同时可以借鉴电路的保护 装置、控制装置，然后在对通风设施的建筑、报警、维 护方面做改进。 总而言之，吃透液路、电路、风路的控制共同原 如果在实践中“三路”不能有效控制或干脆控 制不了，那么在考虑元件是否损坏的基础上，考虑元 件的安装是否正确，对于安全检修、快速检修有较强 的实践意义。 ３） 当前，“三路”控制的技术发展很快，为了 更加安全有效地控制液路、电路、风路，一些技术可 以在三者的应用方面加以借鉴，如：①液路可以进一 步借鉴电路的稳压装置，小控制大、低控制高装置， 然后在进、回液两路改进一些技术；同时可借鉴风路 的风流参数显示、瓦斯显示，然后可研究一些显示液 压质量的装置。②电路可以进一步借鉴液路连接的 简洁性、直观性，力争将复杂的线路简单化，同时可 理，改进液路、电路、风路的关键装置，对于三者技术 互动，实现更广阔的发展空间，安全效益和经济效益 均不可估量 ［责任编辑：路方］ （上接第２页）即由巷帮充填变为巷内充填。根据 加３３０万ｔ，采区的服务年限延长半年以上，另一方 ｓ３采区的煤层赋存条件和地质采矿条件，经计算机 面，减少巷道的掘进率，有利于工作面的衔接，新采 数值模拟分析，最终选定矩形巷道，其断面大小为６ ｍ 区建设费用减少，有利于提高采区的经济效益 ｊ。 Ｘ３ ｍ，充填体宽度为２ ｍ，主要采用高强度树脂加长 ３．３．２工作面单产量翻倍 锚固锚杆联合支护，并辅以小孔径预应力锚索补强， 具体支护方案，如图４所示。 Ｓ３—６工作面实施沿空留巷形成“Ｙ”型通风方 式后，工作面日产出由原来的３ ４４５ ｔ／ｄ，提高到 ６ ０２０ ｔ／ｄ。 ３．３．３ 综放沿空留巷可实现采区内工作面顺采 ８００ ８０［ ８０ｏ ８００ ８ｏ０ Ｅ Ｏ０ ８００ ‘●● －＿ 实行沿空留巷，在采区内彻底实现了工作面顺 ’ 采，避免了因跳采造成的孤岛工作面，对巷道的支护 、 Ｉ ２８００— １ ４０Ｏ 量Ｉ ｔＯｏ —及回采期间的矿压显现控制创造了有利条件。同 —彳 ２０００８・１ ∞’ １１ ４００ ２ ０００ ｒ Ｉ ・时，因为实行顺采，综采设备的搬家倒面运距得以缩 短，大大提高了生产效率。 综上所述，随着开采深度的不断增大，瓦斯超限 ８ ∞ ｆ ＇ ｌ 蓉 ’基： ｝ Ｉ 《 Ｉ ＝：１０。 ８ 问题日趋严重，瓦斯问题成为制约综放工作面高产 高效的根本因素。为解决此问题，积极开展综放大 断面沿空留巷技术创新，为工作面瓦斯治理提供了 ／ ＼ — —一一 一 Ｉｌ ’辛Ｉ＃ 一 钢筋梯寻 锚杆 ＾ 新途径。常村煤矿ｓ３—６综放工作面进行的大断面 沿空留巷技术工业性试验实现了“Ｙ”型通风，取得 了较好的综合效益。因此，该科研成果对于同类矿 井解决综放工作面瓦斯问题具有非常重要的意义。 参考文献： ［１］俞启香．中国采煤工作面瓦斯涌出规律及其控制方法 攀 辛Ｉ｝ 导 ， ８ ∞ ８ 耩 ＼ 锚索 ｌ８号槽 ２８００一 ＼金属网 二 ：——— ［Ｊ］．西北煤炭，２００７（３）：３—７． ［２］郝海金，姜铁明，赵俊．高瓦斯工作面合理通风系统 探讨［Ｊ］．矿业安全与环保，２００３（４）：９—１１． 图４大断面全煤巷道锚杆支护布置（ｍｍ） ３．３综合效益分析 ３．３．１采区的回采率 ［３］ 李晋平．放沿空留巷技术及其在潞安矿区的应用［Ｄ］． 北京：煤炭科学研究总院，２００５：５６—５８． ［责任编辑：路方］ 煤柱留设宽度为２０ ｍ 采区回收率达到７５％； 采区内改变巷道的布置形式，采用沿空留巷方式后， 将减少工作面间隔煤柱的留设数量，可采储量可增 ６７
