新型液壓支架平衡千斤頂雙控雙向液壓鎖的試驗研究

李躍棚++賈彥京++任祎

文章編號：2095-6835（2017）10-0045-02

摘 要：在兩柱掩護(hù)式液壓支架的實際工作中，立柱平衡千斤頂發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，而平衡千斤頂?shù)氖褂脜s經(jīng)常出現(xiàn)問題。因此，提出平衡千斤頂與立柱協(xié)調(diào)控制的改進(jìn)方案，根據(jù)回路對平衡千斤頂?shù)碾p向液壓鎖進(jìn)行相應(yīng)的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，加工成型后將其安裝在液壓支架上并進(jìn)行井下試驗。試驗表明，改進(jìn)后的新型雙控雙向液壓鎖在立柱升柱過程中實現(xiàn)了立柱與平衡千斤頂?shù)膮f(xié)調(diào)控制，使支架頂梁與頂板自動找平，達(dá)到良好接觸，提高了支架的支護(hù)效果和支護(hù)效率。

關(guān)鍵詞：掩護(hù)式液壓支架；平衡千斤頂；雙控雙向液壓鎖；自動協(xié)調(diào)控制

中圖分類號：TD355+.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.10.045

兩柱掩護(hù)式液壓支架是目前國內(nèi)煤礦使用最多的一種液壓支架架型，并且在未來綜采工作面上將占據(jù)主導(dǎo)地位。在其組成構(gòu)件當(dāng)中，平衡千斤頂?shù)脑O(shè)置也是區(qū)別于其他支架架型的一大結(jié)構(gòu)特點，其主要作用是增強(qiáng)掩護(hù)式支架的剛度、強(qiáng)度和支護(hù)能力，提高其支護(hù)效率。但在實際使用中發(fā)現(xiàn)，掩護(hù)式支架的平衡千斤頂液壓系統(tǒng)存在不足之處：液壓支架開始升柱到初撐結(jié)束這一過程中，平衡千斤頂處于鎖定狀態(tài)，其長度被限制，這樣頂梁、掩護(hù)梁和平衡千斤頂三者就形成了一個剛性的三角形結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致立柱升柱過程受到限制。針對這一問題，當(dāng)前主要是由液壓支架下方的操作工人通過觀察和操作經(jīng)驗來操控?fù)Q向閥，以控制平衡千斤頂?shù)纳炜s，從而調(diào)整頂梁的角度，使頂梁與頂板良好接觸壓實。由于觀察條件不便和工人操作經(jīng)驗的差異，頂梁與頂板最終的接觸情況難以達(dá)到較為理想的狀態(tài)，所以在采煤過程中經(jīng)常出現(xiàn)頂梁集中受載的情況，嚴(yán)重時造成支架頂梁變形和平衡千斤頂被損壞，使支架不能正常工作。對此，本文提出一種新型平衡千斤頂雙控雙向液壓鎖，以實現(xiàn)掩護(hù)式支架平衡千斤頂和立柱的協(xié)調(diào)控制，并將雙控雙向液壓鎖安裝到煤礦井下采煤工作面的支架上，進(jìn)行井下實驗，驗證掩護(hù)式支架平衡千斤頂和立柱協(xié)調(diào)控制的效果。

1 液壓支架雙向鎖控制回路的改進(jìn)

提出一種掩護(hù)式支架升柱過程中（初撐階段）能夠自動協(xié)調(diào)控制平衡千斤頂和立柱動作，使頂梁能夠自動找平、壓實頂板的液壓控制回路，原理如圖1所示。

從立柱液壓系統(tǒng)的換向閥和液控單向閥之間引出一路控制液，接到雙控雙向液壓鎖的E口。當(dāng)操縱立柱換向閥升柱時，立柱下腔的乳化液通過新油路流向雙控雙向液壓鎖的E液控口。當(dāng)立柱下腔的壓力升高到一定壓力時，將打開雙控雙向液壓鎖中的2個單向閥，液壓鎖解鎖，平衡千斤頂?shù)膬汕痪拥较到y(tǒng)回液管，平衡千斤頂活塞桿可自由伸縮，從而使頂梁與掩護(hù)梁之間的夾角可根據(jù)頂板形態(tài)隨立柱升柱而變化，使頂梁在升柱

過程中自動找平、壓實頂板。

當(dāng)液壓支架升柱（初撐階段）結(jié)束后，控制立柱的換向閥回到中位，液壓支架進(jìn)入支撐狀態(tài)，雙控雙向液壓鎖恢復(fù)到閉鎖狀態(tài)，平衡千斤頂被閉鎖，液壓支架的頂梁、掩護(hù)梁和平衡千斤頂重新形成剛性三角形結(jié)構(gòu)。

2 新型液壓鎖的結(jié)構(gòu)設(shè)計和工作原理

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

改進(jìn)前的雙向液壓鎖結(jié)構(gòu)如圖2所示。

新型雙控雙向液壓鎖的結(jié)構(gòu)如圖3所示，增加了液控口E，頂桿改為左右對稱的2個頂桿。液控口E接支架立柱下腔高壓乳化液。改進(jìn)后的閥體如圖4所示。

2.2 工作原理

如圖3中所示，新型雙控雙向液壓鎖A，B，E口接回油口，雙控雙向液壓鎖被鎖死；立柱升柱過程中，立柱下腔的高壓乳化液通過液控口E流入液壓鎖，并通過左右兩邊的頂桿頂開左右鋼球，使得雙控雙向液壓鎖的2個單向閥同時打開，實現(xiàn)主油口A，D和B，C的連通，進(jìn)而實現(xiàn)雙控雙向液壓鎖的完全解鎖，使平衡千斤頂?shù)膬汕幌嗤ㄇ揖踊赜涂?，平衡千斤頂可以自由伸縮，實現(xiàn)頂梁在升柱過程中自動找平、壓實頂板。在頂梁與頂板良好接觸壓實后，立柱升柱過程結(jié)束，斷開立柱下腔的供液，同時液控口E的乳化液供給結(jié)束，液控口E的油路接回油口。雙控雙向液壓鎖中左右單向閥在復(fù)位彈簧的作用下得以關(guān)閉，平衡千斤頂再次被鎖定，從而恢復(fù)了其正常功能，增強(qiáng)了支架的剛度、強(qiáng)度和支撐能力。因此，新型雙控雙向液壓鎖既具有普通雙向液壓鎖的基本功能，又能滿足立柱升柱時平衡千斤頂與立柱自動協(xié)調(diào)控制的需要，實現(xiàn)并保持液壓支架最佳的工作狀態(tài)。

3 井下試驗

3.1 試驗?zāi)康?/p>

將雙控雙向液壓鎖裝配到井下液壓支架上進(jìn)行試驗，驗證雙控雙向液壓鎖能否起到自動協(xié)調(diào)控制掩護(hù)式液壓支架立柱與平衡千斤頂動作的作用，避免產(chǎn)生頂梁集中受載和平衡千斤頂損壞的問題，降低操作人員的勞動強(qiáng)度，提升液壓支架的支護(hù)效率和支護(hù)性能。

圖5所示為新型雙控雙向液壓鎖的安裝位置。對于井下試驗支架的選擇，主要考慮具有一定的普遍性。為此，選擇距運輸巷道第20架的支架作為試驗支架。工作面支架立柱升柱時，立柱壓力表顯示支架初撐壓力為31.3 MPa，立柱安全閥調(diào)定壓力為45 MPa。井下試驗時，只能通過立柱下腔的壓力表觀察記錄以下參數(shù)：①支架的初撐壓力；②支架立柱安全閥的調(diào)定壓力；③支架升柱時，頂梁與掩護(hù)梁夾角開始變化時立柱下腔的壓力；④支架升柱時，頂梁與掩護(hù)梁夾角停止變化時立柱下腔的壓力。為了便于觀察，試驗支架降柱時特意加大其降柱距離。

圖5 新型雙控雙向液壓鎖的安裝位置

3.2 試驗數(shù)據(jù)記錄與觀察

觀察試驗狀況，當(dāng)試驗支架執(zhí)行降移升動作的升柱動作時（沒有操作平衡千斤頂換向閥），支架頂梁前端上翹，先接觸到頂板；隨著升柱動作的繼續(xù)，頂梁繞前端接觸頂板點向頂板方向轉(zhuǎn)動，自動找平頂板。觀察立柱壓力表的壓力值，記錄參數(shù)如表1所示。

3.3 結(jié)果分析

試驗結(jié)果表明，以雙控雙向液壓鎖為核心元件組成的立柱與平衡千斤頂自動協(xié)調(diào)控制液壓回路達(dá)到了立柱與平衡千斤頂自動協(xié)調(diào)控制效果，實現(xiàn)了頂梁自動找平、壓實頂板的目標(biāo)。

表1中第4項數(shù)據(jù)為15～18 MPa，說明頂梁板找平、壓實頂板的過程中立柱下腔壓力變化不大。由于表1中的壓力數(shù)據(jù)是通過人工觀察頂梁是否動作來確定的，且檢測條件有限，因此除了支架的初撐壓力和立柱安全閥調(diào)定壓力外，剩下的2項壓力數(shù)據(jù)具有一定的誤差。

4 結(jié)束語

新型雙控雙向液壓鎖在理論上和井下試驗中均能實現(xiàn)液壓支架立柱和平衡千斤頂?shù)膮f(xié)調(diào)控制，有效避免了頂梁的集中受載、溢流閥異常卸載、頂梁和平衡千斤頂損壞等問題，大大提高了液壓支架工作的可靠性和支護(hù)效率。

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〔編輯：劉曉芳〕