液壓支架立柱自動增壓閥的試驗研究*

□ 蔣 藝 □ 李祥松

沈陽工程學院 機械學院 沈陽 110136

礦用液壓支架是與刮板輸送機、采煤機 （或刨煤機）聯合使用的井下煤礦采集設備，在采煤過程中，液壓支架會受到來自采空區頂板的巨大壓力，而此時，工作人員會在支架下調試采煤設備的各種參數，如若液壓支架發生故障，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，國內外眾多學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上，建立了系統的仿真模型來實現聯合仿真，對液壓支架整體的動態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，并對重要結構件進行了模態分析，得到了相關結構件的應力、應變狀況和固有頻率。 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，國內多數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，甚至發生重大事故。液壓支架自動增壓初撐系統利用同一泵站供液實現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的研究。于洋［11］則設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

根據自動增壓閥在初撐系統中的作用，并結合液壓支架的實際工況要求，于洋［11］開發了一種能夠實現自動控制連續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，壓力介質經液控單向閥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液控單向閥繼續向立柱下腔供液，另一方面經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A口直接回液，a腔液體增壓后經液控單向閥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，液控換向閥復位，c腔與O口相連，同時高壓液體經液控單向閥2進入增壓裝置 a腔，增壓裝置復位，液控換向閥再次開啟，增壓裝置往復循環運動，不斷排出高壓液體，從而使立柱下腔達到設定的壓力要求［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。換向閥實現換向功能向被試閥供液，油缸為該試驗系統的執行元件。試驗測試原理圖如圖3所示。

按試驗原理連接好各元件，調節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值，重復進行3次試驗，試驗現場如圖4所示。

2.2 測試結果

測試結果見表2及表3。

2.3 增壓閥試驗后零件情況

表2 測試結果

表3 增壓比測試結果

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 結論

從試驗過程中的現象和試驗測得的數據可得到以下幾點結論。

（1）根據開啟壓力、控制壓力的試驗數據，該自動增壓閥滿足設計要求。

（2）由增壓比測試數據可知，該閥的增壓比能夠穩定地維持在1.2～1.24之間，滿足設計要求。

（3）31.5 MPa供液時，增壓閥出口壓力為38 MPa，滿足設計要求。

▲圖3 試驗原理圖

▲圖4 試驗現場圖

▲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，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.液壓支架整體動態特性仿真分析［D］.太原：太原理工大學，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，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計［M］.徐州：中國礦業大學出版社，1996.

［8］ 萬麗榮,程居山.液壓支架初撐力保證系統的設計研究［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.