礦用液壓切頂支柱的研制與應用

摘 要：設計制造了六種規格礦用切頂支柱，簡化了支護工藝，解決了回柱放頂工序的安全問題。

關鍵詞：液壓；切頂；支柱

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.22.204

1 概述

在相同開采條件下，炮采、普采及高檔普采工作面，配用切頂支柱都能取得提高工作面支護強度和切頂能力、加強頂板管理的效果。尤其是在提高切頂工序的安全可靠強度，降低勞動強度，提高生產率等方面的效果更加明顯。切頂支柱立柱與液壓支架立柱在功能上有相同之處，都是用來承受頂板壓力，但也有不同之處。液壓支架立柱主要承受軸向力，而切頂支柱立柱不但承受軸向力，還要承受塌落矸石對立柱的橫向沖擊力和擠壓力，工作條件更為惡劣，要求更高。

2 基本結構與工作原理

2.1 基本結構

切頂支柱的主要結構可分為：柱帽、立柱、液控閥護罩、液控閥、底座、推移千斤頂、換向閥護罩、換向閥、連接頭及液壓膠管等。

2.2 工作原理

切頂支柱的工作原理：礦用液壓切頂支柱主要有支撐頂板、伸長千斤頂、立柱降落和立柱前移四個基本動作。來自泵站的高壓乳化液，經主供液管路輸送到工作面，再通過每組支柱的組合操縱閥，分別配液到各執行元件，操縱組合操縱閥上、下手把，即可實現切頂支柱所需的動作。

A支撐頂板：將上操縱閥板的手把推向升柱位置，高壓液頂開液控單向閥內的閥體，進入支柱下工作腔，使立柱上升，當柱帽和頂板貼緊后把操縱手把扳回中間位置，供液停止。供液停止后立柱即已初撐力來支撐頂板。隨著頂板的下沉，立柱所承受的壓力便逐漸由初撐力變為工作阻力，當立柱所承受的頂板壓力超過額定工作阻力時，安裝在底座內的安全閥自行開啟排液。當回復到額定工作阻力時，安全閥自行關閉，使立柱保持恒壓。

B推移刮板機：將下操縱閥板的手把推至推溜位置，乳化液進入推移千斤頂活塞腔，推移千斤頂伸長推動刮板機向工作面移動，當刮板機到達工作位置時，把操縱閥把手推至中間位置，停止供液。

C支柱降落：將上操縱閥板的手把推到降柱位置，高壓液直接進入支柱上工作腔，使活柱下降，在高壓液入上工作腔的同時，高壓液推動液控閥的頂桿，使立柱下工作腔內的工作液，經操縱閥流入主回液管路。活柱降到所需高度時，將手把扳回中間位置，供液停止。

D切頂支柱前移：將下操縱閥板的手把推至收縮位置，高壓液進入千斤頂活塞桿腔，使推移千斤頂收縮，將切頂支柱前移。當切頂支柱移至所需位置時，將手把扳回中間位置，供液停止。

3 技術完善及改進

3.1 液控閥護罩的結構改進

原設計采用的是將護罩上端與立柱固定，下端與底座固定，這種方式導致護罩固定不牢，易被矸石擠壞。改進后，護罩上下兩端均由螺栓與立柱聯接牢，不與底座聯接，護罩隨立柱擺動，護罩由5毫米加厚到8毫米。

3.2 結合立柱及千斤頂的受力情況，合理設計缸底及其連接方式

推移缸底與切頂支柱底座采用豎銷聯接時，自由度小，當底板不平時，底座與推移缸底會產生扭力，造成推移千斤頂缸底斷裂。為此，我們將連接孔由垂直改為水平，同時提高水平銷軸的位置增加立柱底座的自由度，缸底由鑄造改為27siMn鍛造，解決了缸底斷裂現象。同樣，將缸底加工成較大圓弧的球面，立柱與底座可自動找正，避免了立柱與底座不垂直時，立柱缸底單側與底座接觸，立柱缸底有開裂的現象。

3.3 雙伸縮立柱外缸與導向套滲漏現象

雙伸縮立柱使用一段時間后，尤其是矮的雙伸縮立柱，外缸與導向套之間有的存在滲漏現象，原因是由于切頂支柱不但受軸向壓力，還受塌落矸石橫向擠壓力，受力情況比液壓支架上的立柱復雜，橫向穩定性不足。雙伸縮立柱中缸在使用過程中往往需要全部伸出也導致其穩定性差，導向套與外缸之間的間隙就會出現漏液現象。制定了如下改進措施：

（1）外缸加缸箍增加缸口強度。

（2）將導向套外缸之間的0型密封圈加擋圈改為聚胺脂靜密封。優點密封可靠，易于安裝。缺點成本高。如仍采用0型密封圈必須采用大端面0型密封圈，過盈量要大（如選用210*8.6的0型密封圈，導向套上的槽深應為6.9-0.1。優點成本低，缺點是裝配時該密封圈有時會損壞。

（3）增加導向套長度。導向套與外缸之間由單側定位改為上下雙側定位增加穩定性。同時缸口處再增加一道0型密封圈，使密封和螺紋聯接處不生銹便于維修時拆裝。在結構允許的情況下采用雙導向環，用來增加立柱承受橫向力的能力。

4 社會經濟效益

礦用液壓切頂支柱配合單體液壓支柱使用于普采工作面，布置在工作面切頂線的單柱之間，可取代密集支柱、叢柱、木剁等特種支架，能顯著提高回采工作面支護技術，減少生產工序，提高機械化程度。切頂支柱的使用大大提高了回柱放頂煤的效率，可以把一個正常的循環作業需時量縮短一半。所以，改善切頂支柱的結構形式，提高支撐效率，對施工安全和縮短循環作業時間，減少頂板事故，提高采面單產有重要意義。

我公司研制的礦用液壓切頂支柱已有六種規格，分別為：ZQS （14、15、18、20）/1200、ZQS22/1200、ZQ18/1200，且都取得了安標證，產品分別銷往新泰汶南煤礦、濟南華玫礦業有限公司，創產值300多萬元，為公司下一步開拓礦用切頂支柱市場打下基礎。用戶反映該產品操作使用方便，基本不需維護。今后結合切頂支柱在礦上的應用情況，我們將進一步對結構優化，以保證產品更可靠穩定。

通過這六種規格礦用切頂支柱的設計與制造，我們對該產品從設計、制造、使用、維護的認識有了新提高，通過不斷改進與完善逐步解決了缸底開裂，缸口滲漏，對操縱閥、液控單向閥、安全閥及壓力表的保護效果差易損壞的問題，使切頂支柱結構更加合理，使用維護更加方便，安全可靠性大大提高。

作者簡介：張春燕（1982-），女，畢業于山東科技大學機械設計制造及其自動化專業，主要從事：專業技術工作。