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：在兩柱掩護式液壓支架的實際工作中，立柱平衡千斤頂發揮著至關重要的作用，而平衡千斤頂的使用卻經常出現問題。因此，提出平衡千斤頂與立柱協調控制的改進方案，根據回路對平衡千斤頂的雙向液壓鎖進行相應的結構改進，加工成型后將其安裝在液壓支架上并進行井下試驗。試驗表明，改進后的新型雙控雙向液壓鎖在立柱升柱過程中實現了立柱與平衡千斤頂的協調控制，使支架頂梁與頂板自動找平，達到良好接觸，提高了支架的支護效果和支護效率。

關鍵詞：掩護式液壓支架；平衡千斤頂；雙控雙向液壓鎖；自動協調控制

中圖分類號：TD355+.4 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.10.045

兩柱掩護式液壓支架是目前國內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主導地位。在其組成構件當中，平衡千斤頂的設置也是區別于其他支架架型的一大結構特點，其主要作用是增強掩護式支架的剛度、強度和支護能力，提高其支護效率。但在實際使用中發現，掩護式支架的平衡千斤頂液壓系統存在不足之處：液壓支架開始升柱到初撐結束這一過程中，平衡千斤頂處于鎖定狀態，其長度被限制，這樣頂梁、掩護梁和平衡千斤頂三者就形成了一個剛性的三角形結構，從而導致立柱升柱過程受到限制。針對這一問題，當前主要是由液壓支架下方的操作工人通過觀察和操作經驗來操控換向閥，以控制平衡千斤頂的伸縮，從而調整頂梁的角度，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驗的差異，頂梁與頂板最終的接觸情況難以達到較為理想的狀態，所以在采煤過程中經常出現頂梁集中受載的情況，嚴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，以實現掩護式支架平衡千斤頂和立柱的協調控制，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，進行井下實驗，驗證掩護式支架平衡千斤頂和立柱協調控制的效果。

1 液壓支架雙向鎖控制回路的改進

提出一種掩護式支架升柱過程中（初撐階段）能夠自動協調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，平衡千斤頂的兩腔均接到系統回液管，平衡千斤頂活塞桿可自由伸縮，從而使頂梁與掩護梁之間的夾角可根據頂板形態隨立柱升柱而變化，使頂梁在升柱

過程中自動找平、壓實頂板。

當液壓支架升柱（初撐階段）結束后，控制立柱的換向閥回到中位，液壓支架進入支撐狀態，雙控雙向液壓鎖恢復到閉鎖狀態，平衡千斤頂被閉鎖，液壓支架的頂梁、掩護梁和平衡千斤頂重新形成剛性三角形結構。

2 新型液壓鎖的結構設計和工作原理

2.1 結構設計

改進前的雙向液壓鎖結構如圖2所示。

新型雙控雙向液壓鎖的結構如圖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，實現主油口A，D和B，C的連通，進而實現雙控雙向液壓鎖的完全解鎖，使平衡千斤頂的兩腔相通且均接回油口，平衡千斤頂可以自由伸縮，實現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，立柱升柱過程結束，斷開立柱下腔的供液，同時液控口E的乳化液供給結束，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位彈簧的作用下得以關閉，平衡千斤頂再次被鎖定，從而恢復了其正常功能，增強了支架的剛度、強度和支撐能力。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調控制的需要，實現并保持液壓支架最佳的工作狀態。

3 井下試驗

3.1 試驗目的

將雙控雙向液壓鎖裝配到井下液壓支架上進行試驗，驗證雙控雙向液壓鎖能否起到自動協調控制掩護式液壓支架立柱與平衡千斤頂動作的作用，避免產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度，提升液壓支架的支護效率和支護性能。

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：①支架的初撐壓力；②支架立柱安全閥的調定壓力；③支架升柱時，頂梁與掩護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 試驗數據記錄與觀察

觀察試驗狀況，當試驗支架執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，頂梁繞前端接觸頂板點向頂板方向轉動，自動找平頂板。觀察立柱壓力表的壓力值，記錄參數如表1所示。

3.3 結果分析

試驗結果表明，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調控制液壓回路達到了立柱與平衡千斤頂自動協調控制效果，實現了頂梁自動找平、壓實頂板的目標。

表1中第4項數據為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中的壓力數據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定壓力外，剩下的2項壓力數據具有一定的誤差。

4 結束語

新型雙控雙向液壓鎖在理論上和井下試驗中均能實現液壓支架立柱和平衡千斤頂的協調控制，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效率。

參考文獻

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〔編輯：劉曉芳〕