液壓支架立柱自動(dòng)增壓閥的試驗(yàn)研究*

□ 蔣 藝 □ 李祥松

沈陽工程學(xué)院 機(jī)械學(xué)院 沈陽 110136

礦用液壓支架是與刮板輸送機(jī)、采煤機(jī) （或刨煤機(jī)）聯(lián)合使用的井下煤礦采集設(shè)備，在采煤過程中，液壓支架會受到來自采空區(qū)頂板的巨大壓力，而此時(shí)，工作人員會在支架下調(diào)試采煤設(shè)備的各種參數(shù)，如若液壓支架發(fā)生故障，則會對工作人員造成巨大人身傷害。因此，對液壓支架的可靠性研究具有重要的理論意義與實(shí)際意義。

長期以來，國內(nèi)外眾多學(xué)者對此進(jìn)行了大量的研究［1-3］。 任錫義［4］利用 AMESim 與 ADAMS 各自的功能，分別在兩個(gè)軟件平臺的基礎(chǔ)上，建立了系統(tǒng)的仿真模型來實(shí)現(xiàn)聯(lián)合仿真，對液壓支架整體的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了有效的分析。李長江［5］對液壓支架進(jìn)行了三維建模和空間有限元受力分析，并對重要結(jié)構(gòu)件進(jìn)行了模態(tài)分析，得到了相關(guān)結(jié)構(gòu)件的應(yīng)力、應(yīng)變狀況和固有頻率。 K Dasgupta 和 R Karmakar［6］利用計(jì)算機(jī)仿真軟件對液壓元件所受的沖擊載荷進(jìn)行了模擬。研究表明，國內(nèi)多數(shù)采煤工作面的支架都存在著初撐力嚴(yán)重不足且分布不均的問題，給頂板正常維護(hù)和工作面的管理帶來困難，甚至發(fā)生重大事故。液壓支架自動(dòng)增壓初撐系統(tǒng)利用同一泵站供液實(shí)現(xiàn)大流量低壓供液和小流量高壓補(bǔ)液，可有效解決液壓支架初撐力的問題［7］［8］。 周冬雪［9］、李建光［10］利用 AMESim 對自動(dòng)增壓閥進(jìn)行了建模及影響參數(shù)的研究。于洋［11］則設(shè)計(jì)了一款自動(dòng)增壓閥，并對其進(jìn)行了理論計(jì)算。

筆者針對于洋設(shè)計(jì)的這款自動(dòng)增壓閥進(jìn)行了加工制造，并針對其各項(xiàng)功能及性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究。

1 自動(dòng)增壓閥的工作原理

根據(jù)自動(dòng)增壓閥在初撐系統(tǒng)中的作用，并結(jié)合液壓支架的實(shí)際工況要求，于洋［11］開發(fā)了一種能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制連續(xù)工作的全液壓自動(dòng)增壓閥，其工作原理如圖1所示，加工出來的實(shí)物即試驗(yàn)對象如圖2所示。

該自動(dòng)增壓閥主要由液控單向閥（1、2）、二位三通液控?fù)Q向閥3和增壓裝置4組成。P1為入口、P2為出口。當(dāng)供液壓力小于二位三通液控?fù)Q向閥的開啟壓力時(shí)，壓力介質(zhì)經(jīng)液控單向閥1和2直接進(jìn)入立柱下腔，立柱開始快速升柱；當(dāng)供液壓力大于二位三通液控?fù)Q向閥的開啟壓力時(shí)，泵站來的高壓液體一方面經(jīng)液控單向閥繼續(xù)向立柱下腔供液，另一方面經(jīng)a腔直接控制液控?fù)Q向閥開啟，高壓液體進(jìn)入增壓裝置c腔，推動(dòng)增壓活塞，b腔液體經(jīng)A口直接回液，a腔液體增壓后經(jīng)液控單向閥1進(jìn)入立柱下腔。當(dāng)增壓活塞到位后，液控?fù)Q向閥3的控制液直接與A口相通，液控?fù)Q向閥復(fù)位，c腔與O口相連，同時(shí)高壓液體經(jīng)液控單向閥2進(jìn)入增壓裝置 a腔，增壓裝置復(fù)位，液控?fù)Q向閥再次開啟，增壓裝置往復(fù)循環(huán)運(yùn)動(dòng)，不斷排出高壓液體，從而使立柱下腔達(dá)到設(shè)定的壓力要求［11］。

▲圖1 自動(dòng)增壓閥工作原理圖

▲圖2 立柱自動(dòng)增壓閥實(shí)物圖

2 自動(dòng)增壓閥功能試驗(yàn)

2.1 測試方法

自動(dòng)增壓閥試驗(yàn)項(xiàng)目見表1。

表1 試驗(yàn)項(xiàng)目

被測系統(tǒng)包括液壓源、換向閥、被試閥（增壓閥）、壓力計(jì)、油缸、控制器等，其中，控制器用于控制電液換向閥自動(dòng)換向，換向時(shí)間間隔5 s。換向閥實(shí)現(xiàn)換向功能向被試閥供液，油缸為該試驗(yàn)系統(tǒng)的執(zhí)行元件。試驗(yàn)測試原理圖如圖3所示。

按試驗(yàn)原理連接好各元件，調(diào)節(jié)液壓源向被試閥供液，供液流量為被試閥的公稱流量，使被試閥的進(jìn)口壓力逐漸升高，在壓力值到達(dá)20 MPa、25 MPa和31.5 MPa左右時(shí)，同時(shí)記錄壓力計(jì)上的數(shù)值，重復(fù)進(jìn)行3次試驗(yàn)，試驗(yàn)現(xiàn)場如圖4所示。

2.2 測試結(jié)果

測試結(jié)果見表2及表3。

2.3 增壓閥試驗(yàn)后零件情況

表2 測試結(jié)果

表3 增壓比測試結(jié)果

增壓閥中換向閥錐面密封及聚甲醛換向閥套錐面無損壞，自動(dòng)增壓閥的增壓閥芯密封無損壞，如圖5～圖6所示。

3 結(jié)論

從試驗(yàn)過程中的現(xiàn)象和試驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)可得到以下幾點(diǎn)結(jié)論。

（1）根據(jù)開啟壓力、控制壓力的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，該自動(dòng)增壓閥滿足設(shè)計(jì)要求。

（2）由增壓比測試數(shù)據(jù)可知，該閥的增壓比能夠穩(wěn)定地維持在1.2～1.24之間，滿足設(shè)計(jì)要求。

（3）31.5 MPa供液時(shí)，增壓閥出口壓力為38 MPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

▲圖3 試驗(yàn)原理圖

▲圖4 試驗(yàn)現(xiàn)場圖

▲圖5 試驗(yàn)后換向閥

▲圖6 試驗(yàn)后增壓閥芯

［1］ 李博.液壓支架動(dòng)載特性及疲勞壽命分析［D］.太原：太原理工大學(xué)，2013.

［2］ Cao Lianmin,Zeng Qingliang,Xiao Xingyuan，et al.Finite Element Stress Analysis on Structure of Hydraulic Support［J］.Advanced Materials Research,2011,321：84-87.

［3］ Cao Lianmin,Zhao Wenming.Material Stress Analysis of Hydraulic Support in Deeply Inclined Top Coal Caving Face Based on Virtual Prototyping Technology ［J］.Advanced Materials Research,2012，568：230-233.

［4］ 任錫義.液壓支架整體動(dòng)態(tài)特性仿真分析［D］.太原：太原理工大學(xué)，2010.

［5］ 李長江.液壓支架的計(jì)算機(jī)輔助工程分析［D］.濟(jì)南：山東大學(xué)，2005.

［6］ K Dasgupta,R Karmakar.Dynamic Analysis of Pilot Operated Pressure Relief Valve ［J］.Simulation Modeling Practice and Theory ，2002 （10）： 35-49.

［7］ 杜長龍,肖世德.液壓支架計(jì)算機(jī)輔助分析與設(shè)計(jì)［M］.徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1996.

［8］ 萬麗榮,程居山.液壓支架初撐力保證系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究［J］.煤礦機(jī)電,2003（4）：1-2.

［9］ 周冬雪,郭楚文,魏海燕.液壓支架立柱自動(dòng)增壓閥的AMESim 建模及影響參數(shù)研究［J］.煤礦機(jī)械,2013（9）：82-84.

［10］李建光,于玲.基于AMEsim的液壓支架立柱自動(dòng)增壓閥的仿真研究［J］.液壓與氣動(dòng),2011（9）：43-45.

［11］于洋.液壓支架立柱自動(dòng)增壓閥的研究［J］.煤礦機(jī)械,2010（3）：52-53.