可折疊支架液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

馬愷

摘要：可折疊支架的支撐、推拉、移架等動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)需要通過液壓系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。可折疊支架液壓系統(tǒng)回路，具有液壓油液壓力高、油液流量大等特點(diǎn)。通過設(shè)計(jì)支架液壓系統(tǒng)的液壓缸、安全閥、操縱閥、液控單向閥及其液壓管路實(shí)現(xiàn)了液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：可折疊;液壓支架;液壓系統(tǒng)

引言

巷道是煤礦的基礎(chǔ)組成部分，煤礦巷道都在地下，做好煤礦建設(shè)中巷道掘進(jìn)和支護(hù)工作顯得尤其重要 。此外，厚煤層和特厚煤層資源分布廣，儲(chǔ)量豐富，占全部煤層儲(chǔ)量的約45%，在總產(chǎn)量中占比40%以上，是我國高產(chǎn)高效的主采煤層，隨著綜采面機(jī)械化程度的提高，厚煤層的開采出現(xiàn)了分層、放頂煤和大采高并存的三種開采方式 。隨著深井開采和單產(chǎn)快速提高，開采過程中的通風(fēng)、運(yùn)輸和開采工藝等對兩道斷面尺寸的要求愈來愈大，在支護(hù)能力、支護(hù)高度、支護(hù)速度、自動(dòng)化程度、可操作性、安全性等方面，傳統(tǒng)的液壓支架支護(hù)方式難以適應(yīng)綜采工作面對超前支護(hù)的安全高效要求，嚴(yán)重制約了工作面的開采效率 。

1可折疊支架工作狀態(tài)及動(dòng)作分析

可折疊支架支撐時(shí)呈“門”型狀，支架包括兩個(gè)立柱、兩個(gè)平衡千斤頂（平衡缸）、兩個(gè)護(hù)幫千斤頂（護(hù)幫缸）等液壓裝置，其液壓系統(tǒng)包括主進(jìn)液管、主回液管以及各種液壓元件，采用操縱閥實(shí)現(xiàn)升柱、降柱、折疊、展開等動(dòng)作。

依據(jù)液壓支架的架型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，計(jì)算所需要的立柱和千斤頂數(shù)量，并設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)要完成功能狀態(tài)。支撐狀態(tài)：該狀態(tài)是頂板運(yùn)動(dòng)來壓，當(dāng)立柱達(dá)到安全閥的開啟壓力時(shí)，安全閥開啟泄壓來保護(hù)立柱，在每根立柱均需安裝安全閥;液壓鎖緊：液壓支架在支撐狀態(tài)時(shí)鎖緊可確保立柱的有效支撐能力，在每根立柱上，分別安裝有雙向鎖;調(diào)架：液壓支架通過調(diào)架液壓缸的活塞桿的伸出或縮回實(shí)現(xiàn)最佳工作狀態(tài)，在移架的過程中，若發(fā)生主、副頂梁偏斜，通過調(diào)架液壓缸進(jìn)行快速調(diào)整;推拉缸：液壓支架的推移通過推拉缸的伸縮來完成，在推拉缸管路上連接有雙向鎖，可以有效阻止工作面傾角變化造成的頂梁下滑。

乳化液泵站的高壓油液，經(jīng)過操縱閥后，通過雙向鎖進(jìn)入立柱的無桿腔，支撐頂板，立柱有桿腔的乳化液經(jīng)雙向鎖和操縱閥后流回乳化液箱。安全閥在系統(tǒng)壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)打開泄壓，高壓油液通過安全閥流回乳化液箱，避免液壓支架過載而破壞;當(dāng)操縱閥處于中位時(shí)，立柱雙向鎖關(guān)閉，立柱無活塞桿腔體中的液壓油液閉鎖，液壓支架提供足夠的支撐力，并正常接頂。平衡千斤頂操縱閥與雙向鎖的作用與立柱的液壓系統(tǒng)相同。護(hù)幫千斤頂通過操縱閥和液控單向閥動(dòng)作。

操縱閥是液壓支架的總控制部件，液壓系統(tǒng)元件的動(dòng)作通過操縱閥來控制，本液壓系統(tǒng)中選用手動(dòng)換向操縱閥控制液壓元件。

支架立柱的升柱、降柱和支撐等動(dòng)作以及平衡千斤頂?shù)纳斐龊涂s回等動(dòng)作均各自通過手動(dòng)換向閥、雙向鎖等液壓控制元件完成。護(hù)幫千斤頂?shù)纳斐龊涂s回等動(dòng)作通過手動(dòng)換向閥、單向鎖等液壓控制元件完成。

2可折疊支架液壓系統(tǒng)的組成

支架的高壓液壓油液來自工作面乳化液系統(tǒng)，采用快速接頭和U形卡連接，拆裝維護(hù)方便。在主進(jìn)液口、回口液三通到操縱閥之間安裝有球形截止閥、過濾器等，可以根據(jù)動(dòng)作需要接通或關(guān)閉某條管路，以便于維修膠管、液壓元件，過濾器對高壓液中的雜質(zhì)進(jìn)行過濾，防止雜質(zhì)進(jìn)入液壓支架液壓管路。折疊支架的升柱、降柱等動(dòng)作，均由各型液壓缸通過操縱閥來實(shí)現(xiàn)，液壓支架液壓系統(tǒng)為一個(gè)多執(zhí)行元件并聯(lián)系統(tǒng)。控制元件是液壓支架的關(guān)鍵部件，負(fù)責(zé)液壓支架的各個(gè)操作動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)，這些控制元件包括操縱閥、液控單向閥、安全閥等。

操縱閥通過閥體中運(yùn)動(dòng)的閥芯來控制油液的流動(dòng)與否，或者是改變油液的流動(dòng)方向，控制各立柱、千斤頂油液的流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)支架預(yù)定動(dòng)作的操作元件，操縱閥要具有良好的密封性能、操縱力小、操作方便、換向平穩(wěn)、迅速可靠;安全閥通過設(shè)定安全壓力，保持立柱與千斤頂具有恒阻特性的元件，在工作周期內(nèi)，安全閥處于高壓狀態(tài)，應(yīng)具備動(dòng)作靈敏、好的密封性能、壽命長;液控單向閥通過控制單向閥的導(dǎo)通與否，實(shí)現(xiàn)立柱、千斤頂工作腔的關(guān)閉，使其中的油液保持一定的壓力。

3可折疊支架液壓系統(tǒng)參數(shù)確定

液壓系統(tǒng)中液壓泵站的公稱壓力設(shè)定為31.5MPa，在液壓支架的底座上安裝電液控制閥，并輔裝有手柄，可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作以及進(jìn)行故障診斷。通過先導(dǎo)控制閥實(shí)現(xiàn)支架立柱供液，在支架的每個(gè)立柱上均安裝安全閥，防止支架過載。

液壓支架液壓系統(tǒng)采用高水基的工作液體，其水的含量為95%，剩余5%由具有抗腐蝕、潤滑、能乳化的材料組成。通常乳化油冰點(diǎn)為零下50°左右，如果發(fā)生結(jié)冰現(xiàn)象，乳化液將失去作用而報(bào)廢。反之，在高溫的工作狀態(tài)下會(huì)降低其使用壽命。

在正常的工作條件下，乳化液的工作溫度應(yīng)該控制在30°-40°之間。當(dāng)溫度超過60°時(shí)，應(yīng)停止工作。否者會(huì)損害橡膠件，破壞密封效果，長時(shí)間高溫工作也會(huì)使乳化液變質(zhì)。

該支架液壓系統(tǒng)選取的操縱閥、單向閥、雙向鎖等額定工作壓力均應(yīng)高于乳化液泵站的公稱壓力31.5MPa。其中，安全閥在立柱工作高度為5200mm，安全閥設(shè)定壓力是39.3MPa。平衡千斤頂?shù)纳斐鲈O(shè)定壓力為31.5MPa，收縮設(shè)定壓力為31.5MPa;護(hù)幫千斤頂?shù)纳斐鲈O(shè)定壓力為31.5MPa，收縮設(shè)定壓力為31.5MPa。

4可折疊支架液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)果

可折疊支架液壓控制閥組由安全閥和單向鎖/雙向鎖組成，避免液壓元件和結(jié)構(gòu)件出現(xiàn)載，分別選用FAD125/40型安全閥和SYD-PK200/40型安全閥，額定壓力分別為39.3MPa和39.3MPa。回液斷路器選用HDF13/13型，過濾器選取GLQK13型號(hào)。圖1為設(shè)計(jì)的可折疊支架液壓系統(tǒng)圖。

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（作者單位：神華神東煤炭集團(tuán)有限責(zé)任公司）