一種用于煤礦液壓支架平衡千斤頂裝置的雙控液壓鎖的設計

鄭亞東，張 偉，王雷剛，陳 佑，陳志偉

（中國礦業大學（北京） 機電與信息工程學院，北京 100083）

0 引言

液壓支架是綜采工作面的主要配套支護設備，隨著高效高產工作面的不斷涌現，對液壓支架的可靠性和適應性的要求越來越高。在兩柱掩護式液壓支架的組成構件當中，平衡千斤頂占據了一個非常重要的位置。平衡千斤頂是用來連接支架頂梁和掩護梁的，其主要目的是為了增強液壓支架在工作過程中的支撐能力。平衡千斤頂上設置的鎖緊油路是其安全工作的重要保證，而雙向液壓鎖是其中的關鍵元件，它的性能直接影響鎖緊油路工作的可靠性。在兩柱掩護式液壓支架立柱初撐時，其頂梁在控制系統，尤其是電液控制系統的控制下，工作姿態一般為前端上翹，使頂梁的前端先接觸到頂板，以達到改善液壓支架對頂板的支護性能、有效地控制頂板的目的。立柱繼續上升撐起，下腔壓力逐漸增大，頂板對頂梁梁端的壓力也會逐漸增大。此時，頂梁將會以梁端與頂板的接觸為支點，逐漸向頂板的方向轉動以接近頂板。但是在此過程中，由于平衡千斤頂處于鎖閉狀態，平衡千斤頂的長度被鎖定，頂梁與掩護梁之間連接的鉸接點失去作用，頂梁不能夠繞與掩護梁連接的鉸接點轉動，液壓支架后部的四連桿機構也就無法正常運動，這樣頂梁、掩護梁和平衡千斤頂三者之間就形成了一個剛性的三角形結構。目前對此情況的處理方法一般是依靠液壓支架下方的操作人員的觀察和經驗，然后通過人工控制三位四通控制閥來使平衡千斤頂伸長或者縮短以配合立柱的繼續升起。但是由于操作人員是站在液壓支架正下方來觀察的，對于頂梁與頂板的接觸情況無法準確地作出判斷，以至于在頂梁接頂壓實的過程中，頂梁不能有效的水平接觸到頂板，導致頂梁梁端集中受載的問題。而且足夠的頂梁梁端力會使平衡千斤頂的活塞腔壓力迅速增高，經常會造成頂梁被壓彎、平衡千斤頂損壞的不利情況，嚴重地影響到液壓支架的正常工作，對于工作人員的安全也是一個極大的隱患。

針對以上所發現的問題，本文提出了一種用于煤礦液壓支架平衡千斤頂裝置的新型雙控液壓鎖的設計。這種液壓鎖既能實現平衡千斤頂的正常閉鎖功能，又能滿足煤礦液壓支架在升柱過程中立柱與平衡千斤頂協調控制的工作需要，對于煤礦的安全生產和穩步發展具有積極的現實意義。

1 結構設計

該雙控液壓鎖的設計結構如圖1 所示。包括板式主閥體1，閥體左右兩邊開設相同大小的閥腔，閥腔內設有油路9、油路10，油路9 與出液孔C 相通，油路10與出液孔D 相通；出液孔C、D 分別與平衡千斤頂的活塞腔和活塞桿腔相連；閥體底部設有與閥腔相通的進液口A、B 以及控制口E。閥腔內裝有帶螺堵的閥套7、復位彈簧8、閥芯6、閥座5、帶螺孔的頂桿2、3。這種液壓鎖的優點在于板式閥體更便于閥體的拆裝；將閥芯6、閥座5 分別設置在所述閥套7 凹腔內、閥體閥腔內，板式的結構更加簡單緊湊。

圖1 雙控液壓鎖的設計結構圖Fig.1 Design structure diagram of two.way hydraulic lock

本雙控液壓鎖主要應用于液壓支架平衡千斤頂上。液壓支架立柱與平衡千斤頂協調控制系統原理圖如圖2所示。液壓支架初撐時頂梁前端上翹，支架頂梁的梁端首先接觸到頂板。頂梁梁端接觸頂板后，隨著立柱下腔壓力的逐漸升高，頂梁梁端對頂板的支護力也在逐漸增大。當梁端力增大到一定值后，整個頂梁將以梁端為支點向頂板方向轉動。此時來自立柱下腔的乳化液通過圖2 中的控制口E 進入液壓鎖中。在乳化液的壓力作用下，通過控制頂桿分別頂開左、右腔中的單向閥，使平衡千斤頂的活塞腔和活塞桿腔均接回油口，平衡千斤頂完全解鎖，并可以自由伸縮，頂梁以梁端為支點向頂板方向自動轉動，良好接觸頂板并支撐。當達到初撐力后斷開立柱下腔的供液，來自立柱下腔的供液消失，控制口E 接回油口，在復位彈簧的作用下左右單向閥關閉，雙控液壓鎖再次鎖死平衡千斤頂，恢復了平衡千斤頂的普通鎖緊功能。

圖2 立柱與平衡千斤頂的協調液壓控制回路圖Fig.2 Coordinated control loop of stand column and equilibrium jack

2 功能實現

該雙控液壓鎖具有兩種功能： 普通液壓鎖的基本功能和新型液壓鎖的解鎖功能。

普通液壓鎖的基本功能由A、B 口實現： 如圖1 中所示，當A、B、E 口都接回油口時，雙控液壓鎖處于閉鎖狀態；當液壓系統的一條油路的液流由左腔的進液口A 正向流入液壓鎖時，液流通過油路15 進入右腔并頂開右腔中的單向閥，通過油路10 由出液孔D 流出供液，同時液流通過左腔中的控制頂桿頂開左腔中的單向閥，使出液孔C 通過油路9、14 與進液口B 相通回液；反之，當液壓系統的一條油路的液流由右腔的進液孔B 正向流入該閥時，液流通過油路14 進入左腔并頂開左腔中的單向閥，通過油路9 由出液孔C 流出供液，同時液流通過右腔中的控制頂桿頂開右腔中的單向閥，使出液孔D 通過油路10、15 與進液口A 相通回液，實現普通雙向液壓鎖的正常鎖緊功能。

液壓鎖的解鎖功能由E 口實現： 如圖1 中所示，A、B 口接回油口雙控液壓鎖處于閉鎖狀態，當液壓支架立柱升柱時，立柱下腔的液流由控制口E 流入液壓鎖，液流通過油路12、油路13 分別進入左、右腔中，并通過控制帶螺孔的頂桿分別頂開左、右腔中的單向閥，使平衡千斤頂的活塞腔和活塞桿腔均接回油口，平衡千斤頂活塞桿可以自由伸縮，解除了液壓支架立柱升柱過程中，平衡千斤頂、掩護梁和頂梁之間形成的剛性三角連接，恢復了頂梁與掩護梁的鉸接連接，使液壓支架在升柱過程中頂梁繞該鉸接點自由轉動。當達到初撐力后斷開立柱下腔的供液，控制口E 接回油口，在復位彈簧的作用下左右單向閥關閉，雙向液壓鎖鎖死平衡千斤頂，恢復了平衡千斤頂的正常功能。這樣，該新型的雙控液壓鎖既能實現普通雙控液壓鎖的基本功能，達到平衡千斤頂兩腔的正常閉鎖，又能實現立柱升柱時立柱與平衡千斤頂的自動協調控制，使頂梁與頂板良好的接觸壓實。

3 結束語

液壓支架上平衡千斤頂雙控液壓鎖的新型設計，改變了液壓支架平衡千斤頂的操控方式，能準確、有效地配合立柱的升起，使液壓支架頂梁在升柱過程中實現自動找平，達到頂梁與頂板良好的接觸壓實，實現平衡千斤頂與立柱的自動協調控制，避免液壓支架出現頂梁受力不均衡的問題。

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