基于液壓系統驅動的防飛矸裝置的設計

魏 強

（山西晉神沙坪煤業有限公司， 山西 河曲 036500）

大塊煤體和矸石容易在重力作用下滑移失穩而脫離原生結構，并在重力作用下加速滾落形成飛矸。造成飛矸災害的主要原因是工作面漏頂、片幫、落煤或底板被破壞造成的滑移而引起的。飛矸對人員的傷害和對機械設備的損壞較為嚴重[1-3]。目前，對飛矸事故的防治主要通過加強支護和利用防護裝備攔截飛矸，但由于飛矸的形成具有隨機性，導致飛矸事故無法百分之百地被杜絕，而防矸簾等固定的防飛矸設備存在移動困難以及影響人員通行和物料運輸等，因此通過對飛矸形成機理及運動規律的分析，研發相應的自動防護設備，就成了飛矸防治工作的重要內容?；诖?，設計一種能夠平穩運行且能起到降噪減震作用的自動防矸系統。

1 液壓自動防飛矸設備的設計組成

自動防矸系統主要由以下三部分組成：一是驅動裝置，設備的驅動裝置是一套液壓裝備，其工作目標的實現主要依賴三位四通電磁換向閥提供的蓄能保壓回路，其主要元件有驅動電機、三位四通電磁換向閥、二位二通電磁換向閥、液壓油泵、液壓油缸、單向控制閥、蓄能器等；二是傳動裝置，傳動裝置由滑動軌、滑動裝置和傳動力臂組成，其中液壓油缸內嵌在滑動軌內，在滑動軌上方安裝有滑動裝置，滑動裝置與液壓油缸傳動桿相連，滑動裝置以鉸接的方式連接傳動力臂，傳動力臂用鉸接方式連接防矸門，形成完整的傳動機構；三是擋矸裝置，檔桿裝置主要是由擋矸門、支撐臂以及一些輔助設備組成。驅動裝置系統設計圖見圖1。當液壓油缸推進到預定位置時，由液壓蓄能器持續供給壓力，并使液壓系統壓力在一定時間內保持恒定。液壓驅動系統工作流程為：首先由驅動電機啟動液壓油泵，液壓油經過過濾裝置過濾后由液壓油泵抽取并通向單向閥，同時主換向閥左位開啟，在液壓油的推動下液壓油缸移動至預定位置，當壓力超過一定值時，由壓力繼電器傳送信號，打開二位二通電磁換向閥進行卸荷，此時，液壓蓄能器開始工作，為液壓油缸提供保壓效果。

圖1 驅動裝置系統設計圖

2 防矸裝置的啟動原理

通過對飛矸形成機理和運動特征分析，設計了防飛矸裝置的自動控制程序和相關參數。當工作面出現飛矸并通過光柵設備時，光柵設備報警并向控制系統傳送信號，控制系統接到信號后向驅動系統發出指令，命令驅動電機啟動，為液壓系統提供動力，啟動液壓裝置并通過連桿機構驅動擋矸門運行到指定位置。通過液壓蓄能器提供保壓效果，液壓油缸繼續保持壓力10 s，之后控制系統發出信號，改變三位四通換向閥通向，液壓驅動系統恢復原位。如果在液壓驅動系統回復原位的過程中，有飛矸再次穿過光柵設備，則控制系統再次發出指令，啟動驅動裝置，改變油路方向，使擋矸門繼續工作，以此類推，確保不出現飛矸遺漏的情況。自動防矸裝置結構示意圖見下頁圖2，防矸控制程序流程見下頁圖3。

圖2 自動防矸裝置結構示意圖

圖3 防矸控制程序流程圖

當飛矸產生并在工作面運動通過光柵設備時，光柵設備報警，并向控制系統傳遞信號，控制系統程序啟動。飛矸自動防矸裝置的初始狀態見圖4。

控制系統程序啟動后開啟驅動電機，啟動液壓裝備，推動滑動裝置，并通過傳動力臂，使擋矸門繞支撐臂旋轉，直至其運行到指定位置，并保持10 s。自動防矸裝置工作狀態見圖5。

3 液壓自動防矸裝置特點

1）液壓自動防矸裝置可以發出比傳統電動機驅動防矸裝置更大的驅動力，擋矸門運行迅速，且本套設備體積小、便于安裝和維護，更適合工作面的運行環境；

2）液壓系統可以對裝置的速度進行調節，更適應工作面的實際情況；

3）液壓驅動系統具有自動潤滑能力，可減少日常運行過程中維護次數，故障率低，且壽命長；

4）擋矸門到達指定位置時由蓄能器保壓回路提供壓力，該回路可吸收飛矸對擋矸門形成的部分沖擊能量，減少對液壓系統造成的沖擊；

5）液壓系統具有較強的剛性，且動力輸出穩定，換向沖擊較小，更適合頻繁換向。

圖4 自動防矸裝置初始狀態

圖5 自動防矸裝置工作狀態

4 結語

液壓自動防矸裝置通過光柵設備識別飛矸，并利用控制程序自動運行防護裝置。該裝置采用液壓驅動形式，可提供更大的驅動力，同時減小設備體積，降噪減震，其液壓系統的蓄能器保壓回路可減小飛矸對防護裝置的沖擊，延長裝置的使用壽命。因此，該自動防矸裝置可有效實現對飛矸的自動防護功能。