液壓支架立柱自動增壓閥的試驗研究*

□ 蔣 藝 □ 李祥松

沈陽工程學(xué)院 機械學(xué)院 沈陽 110136

礦用液壓支架是與刮板輸送機、采煤機 （或刨煤機）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，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際意義。

長期以來，國內(nèi)外眾多學(xué)者對此進行了大量的研究［1-3］。 任錫義［4］利用 AMESim 與 ADAMS 各自的功能，分別在兩個軟件平臺的基礎(chǔ)上，建立了系統(tǒng)的仿真模型來實現(xiàn)聯(lián)合仿真，對液壓支架整體的動態(tài)特性進行了有效的分析。李長江［5］對液壓支架進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］利用計算機仿真軟件對液壓元件所受的沖擊載荷進行了模擬。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重不足且分布不均的問題，給頂板正常維護和工作面的管理帶來困難，甚至發(fā)生重大事故。液壓支架自動增壓初撐系統(tǒng)利用同一泵站供液實現(xiàn)大流量低壓供液和小流量高壓補液，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 對自動增壓閥進行了建模及影響參數(shù)的研究。于洋［11］則設(shè)計了一款自動增壓閥，并對其進行了理論計算。

筆者針對于洋設(shè)計的這款自動增壓閥進行了加工制造，并針對其各項功能及性能進行了試驗研究。

1 自動增壓閥的工作原理

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

該自動增壓閥主要由液控單向閥（1、2）、二位三通液控換向閥3和增壓裝置4組成。P1為入口、P2為出口。當供液壓力小于二位三通液控換向閥的開啟壓力時，壓力介質(zhì)經(jīng)液控單向閥1和2直接進入立柱下腔，立柱開始快速升柱；當供液壓力大于二位三通液控換向閥的開啟壓力時，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腔直接控制液控換向閥開啟，高壓液體進入增壓裝置c腔，推動增壓活塞，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進入立柱下腔。當增壓活塞到位后，液控換向閥3的控制液直接與A口相通，液控換向閥復(fù)位，c腔與O口相連，同時高壓液體經(jīng)液控單向閥2進入增壓裝置 a腔，增壓裝置復(fù)位，液控換向閥再次開啟，增壓裝置往復(fù)循環(huán)運動，不斷排出高壓液體，從而使立柱下腔達到設(shè)定的壓力要求［11］。

▲圖1 自動增壓閥工作原理圖

▲圖2 立柱自動增壓閥實物圖

2 自動增壓閥功能試驗

2.1 測試方法

自動增壓閥試驗項目見表1。

表1 試驗項目

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

按試驗原理連接好各元件，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，使被試閥的進口壓力逐漸升高，在壓力值到達20 MPa、25 MPa和31.5 MPa左右時，同時記錄壓力計上的數(shù)值，重復(fù)進行3次試驗，試驗現(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

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

（1）根據(jù)開啟壓力、控制壓力的試驗數(shù)據(jù)，該自動增壓閥滿足設(shè)計要求。

（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)計要求。

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

▲圖3 試驗原理圖

▲圖4 試驗現(xiàn)場圖

▲圖5 試驗后換向閥

▲圖6 試驗后增壓閥芯

［1］ 李博.液壓支架動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.液壓支架的計算機輔助工程分析［D］.濟南：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.液壓支架計算機輔助分析與設(shè)計［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)計研究［J］.煤礦機電,2003（4）：1-2.

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

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

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