掘進作業中錨索預緊增壓裝置的設計分析

白 帆

（晉能控股煤業集團王村煤業公司，山西 大同 037003）

1 增壓裝置之錨索預緊分析

掘進巷道的支護工藝結合了錨索和錨桿以及錨網還有鋼筋梯一起使用的，錨索在斷面的3 m×5.6 m處打2根，每隔0.9 m的縱向處接著打錨索2根，以此重復。錨索原料是鋼絞線，成段切割預應力后，結合頂板現狀，選擇28.6 mm或21.8 mm的直徑。錨索打進后，頂板末端有100~200 mm被漏出。預應力型號是YCD22-290或YCD29-360的千斤頂張拉向下拉拔可以使支護效果增強，預應力被施加在已打錨索上。錨索是21.8 mm直徑時具備36.5 MPa的額定張拉壓力，錨索是28.6 mm直徑時具備27.5 MPa的額定張拉壓力。因此掘進機自動化液壓系統具備20 MPa以內的壓力，平均是18 MPa的壓力，沒有達到預期設計的張拉千斤頂要求。掘進使用的高壓油，操作者必須利用手壓泵來獲得，手壓泵操作時間大概是5~6 min左右，可以獲得36.5 MPa的提升壓力，整個過程費力費時。

掘進機綜合聯閥自動化組件具備16~18 MPa的出口油壓，微調14.6 MPa的螺旋減壓閥。增壓器不同的活塞內部面積流出不同的液壓油，局部高壓達到36.5 MPa需要的增壓是2.5倍，錨索預緊需要21.8 mm的直徑。安全閥整個保護所有高壓元件，需調整36.5 MPa的整定壓力。千斤頂流入高壓油需要將操作閥扳動，錨索經千斤頂張拉后達到緊固。縮回千斤頂需要將操作閥扳動，壓力經回油管道被釋放。錨索達到28.6 mm的當張拉直徑時，具備27.5 MPa的壓力值。接著，微調11 MPa的螺旋減壓閥，得到的27.5 MPa是增壓2.5倍才得到的，可以實現錨索預緊28.6 mm的直徑。

增壓裝置的錨索預緊在掘進機自動化綜合設備的操作臺左側被固定，拆除以前的急停截割架，自制迎面防護和加工架體。壓力油源來自掘進機自動化綜合設備的操作臺左側中，千斤頂的實際壓力來自過增壓裝置錨索預緊中。

2 增壓裝置關鍵增壓技術分析

增壓器是增壓裝置錨索預緊的核心液壓元件，實際上就是自動化高頻增壓缸。圖1是增壓裝置錨索預緊不同階段對應的具體動作圖，缸內高壓活塞大于活塞的面積，低壓活塞被低壓壓力向上推動，液柱在高壓活塞里也被壓縮后形成高壓。

圖1 錨索預緊增壓裝置各階段動作

增壓比即活塞低、高壓面積比等于高、低壓的壓力比。增壓器自動循環過程共分5個階段完成詳細動作。

1）第一階段：低壓充液。增壓器從P口流進液壓油，無桿腔在千斤頂中直接由單向液控閥流入絕大部分液壓油，無桿腔剩下的液壓油是利用單向閥進、出液進入千斤頂，以此完成快速供油。

2）第二階段：增壓。平衡壓力將單向液控閥自動關閉，高壓活塞的液壓油進入頂端是依靠單向進液閥完成的，低壓活塞被同時推向底部。等待底部觸碰到高壓活塞后，換向閥在增壓器和高壓油內部被上方接通，換向內控閥被向下推動。通過換向閥在增壓器中的液壓油被換向后觸碰到低壓活塞的最下端，高壓活塞與此同時被向上推動，單向出液閥完成高壓經低壓轉換后即可輸出高壓油，經過千斤頂，到達活塞的無桿腔。

3）第三階段：換向。頂部接收到高壓活塞后，T口在增壓器上和換向內控閥的最上方進行連接，降為零壓力，下部壓力推動換向閥上行。

4）第四階段：增壓缸回位。將內控換向閥推到最頂端，回油路連接了增壓缸下方后，降為0壓力，液體從進液口到達高壓活塞的位置，向下推動高壓活塞。

5）第五階段：增壓器回向。最下方的壓強等于最上方的內控換向閥，其面積小于換向閥頂部，所以換向閥可以向下至增壓初始位置。

增壓器在上述自動循環的五個階段中，可以進行高頻動作，將高壓油持續輸出。

換向閥在卸荷過程進行換向，T口的增壓器因進油需要，將單向液控閥打開，液壓油在無桿腔的油缸中反向流入P口增壓器，經單向液控閥直達換向閥，最后進入掘進機自動化綜合油箱。

增壓裝置錨索預緊核心是減壓閥，最終的壓力在17.5~52.5 MPa范圍內，錨索要調節壓力后才能進行更換種類，具體順序是螺母鎖緊要擰松，手柄緩慢轉動，順時針進行增壓，逆時針進行降壓。螺母鎖緊在調壓之后再擰緊。

3 增壓裝置液壓元件的選擇

3.1 增壓器

增壓器的選擇結合了固定形式和流量以及增壓倍數后，確定型號是BST-TY2.5 G，可以選擇1.8和2.5以及3.4和4.5等多種增壓倍數。掘進機自動化綜合設備的錨桿機具備2個輔助接口，可以調節16~20 MPa左右的壓力：當需要增壓1.8倍時，需把掘進機調整為20.28 MPa的壓力，才能達錨索21.8 mm直徑的壓力值，與此同時增壓器與液壓系統開始滿負荷作業，不利于液壓元件的平穩運行；因此選擇增壓2.5倍的系統，掘進機外接減壓閥后，可以降低壓力為14.6 MPa，然后再達到36.5 MPa的增壓。

3.2 減壓閥

單向減壓閥的選擇結合了流量和連接形式以及調節范圍和最高工作壓力等因素，最終確定型號是RCT-03-H-22。其連接方式屬于螺紋，更易于鋼板固定，具備21 MPa的工作壓力最大值，比初始系統壓力還大；系統閥才具備47 L/min流量，此閥遠大于系統流量，具備50 L/min的流量；可以調節7~21 MPa左右的壓力范圍，足夠達到調節前一級增壓器的壓力需求。

4 應用效果

掘進機自動化綜合增壓錨索預緊裝置在液壓系統之前的基礎上采取擴充方式，聯閥組件選擇就近直取油路，集成設置保護和調壓以及示壓和增壓這4種元件，增壓器調壓減壓閥得到預緊錨索的壓力需求，實現了省時省力且安全高效的工作模式。

以前采用手壓泵這種工藝只能緩慢升壓，5~6 min左右的操作后，停留在高壓區域25 MPa的時間過久，有較大的高壓傷人機率，嚴重威脅操作人員的身心健康。使用增壓裝置的錨索預緊后，能夠在極短的時間內達到預緊錨索的壓力需求，運用較短的時間即可完成操作，達到了短時間停留在高壓區域的目的，可以更加安全的保護操作人員。