可折疊支架液壓系統設計

馬愷

摘要：可折疊支架的支撐、推拉、移架等動作的實現需要通過液壓系統來實現。可折疊支架液壓系統回路，具有液壓油液壓力高、油液流量大等特點。通過設計支架液壓系統的液壓缸、安全閥、操縱閥、液控單向閥及其液壓管路實現了液壓系統的設計。

關鍵詞：可折疊;液壓支架;液壓系統

引言

巷道是煤礦的基礎組成部分，煤礦巷道都在地下，做好煤礦建設中巷道掘進和支護工作顯得尤其重要 。此外，厚煤層和特厚煤層資源分布廣，儲量豐富，占全部煤層儲量的約45%，在總產量中占比40%以上，是我國高產高效的主采煤層，隨著綜采面機械化程度的提高，厚煤層的開采出現了分層、放頂煤和大采高并存的三種開采方式 。隨著深井開采和單產快速提高，開采過程中的通風、運輸和開采工藝等對兩道斷面尺寸的要求愈來愈大，在支護能力、支護高度、支護速度、自動化程度、可操作性、安全性等方面，傳統的液壓支架支護方式難以適應綜采工作面對超前支護的安全高效要求，嚴重制約了工作面的開采效率 。

1可折疊支架工作狀態及動作分析

可折疊支架支撐時呈“門”型狀，支架包括兩個立柱、兩個平衡千斤頂（平衡缸）、兩個護幫千斤頂（護幫缸）等液壓裝置，其液壓系統包括主進液管、主回液管以及各種液壓元件，采用操縱閥實現升柱、降柱、折疊、展開等動作。

依據液壓支架的架型和結構設計，計算所需要的立柱和千斤頂數量，并設計液壓系統要完成功能狀態。支撐狀態：該狀態是頂板運動來壓，當立柱達到安全閥的開啟壓力時，安全閥開啟泄壓來保護立柱，在每根立柱均需安裝安全閥;液壓鎖緊：液壓支架在支撐狀態時鎖緊可確保立柱的有效支撐能力，在每根立柱上，分別安裝有雙向鎖;調架：液壓支架通過調架液壓缸的活塞桿的伸出或縮回實現最佳工作狀態，在移架的過程中，若發生主、副頂梁偏斜，通過調架液壓缸進行快速調整;推拉缸：液壓支架的推移通過推拉缸的伸縮來完成，在推拉缸管路上連接有雙向鎖，可以有效阻止工作面傾角變化造成的頂梁下滑。

乳化液泵站的高壓油液，經過操縱閥后，通過雙向鎖進入立柱的無桿腔，支撐頂板，立柱有桿腔的乳化液經雙向鎖和操縱閥后流回乳化液箱。安全閥在系統壓力達到設定值時打開泄壓，高壓油液通過安全閥流回乳化液箱，避免液壓支架過載而破壞;當操縱閥處于中位時，立柱雙向鎖關閉，立柱無活塞桿腔體中的液壓油液閉鎖，液壓支架提供足夠的支撐力，并正常接頂。平衡千斤頂操縱閥與雙向鎖的作用與立柱的液壓系統相同。護幫千斤頂通過操縱閥和液控單向閥動作。

操縱閥是液壓支架的總控制部件，液壓系統元件的動作通過操縱閥來控制，本液壓系統中選用手動換向操縱閥控制液壓元件。

支架立柱的升柱、降柱和支撐等動作以及平衡千斤頂的伸出和縮回等動作均各自通過手動換向閥、雙向鎖等液壓控制元件完成。護幫千斤頂的伸出和縮回等動作通過手動換向閥、單向鎖等液壓控制元件完成。

2可折疊支架液壓系統的組成

支架的高壓液壓油液來自工作面乳化液系統，采用快速接頭和U形卡連接，拆裝維護方便。在主進液口、回口液三通到操縱閥之間安裝有球形截止閥、過濾器等，可以根據動作需要接通或關閉某條管路，以便于維修膠管、液壓元件，過濾器對高壓液中的雜質進行過濾，防止雜質進入液壓支架液壓管路。折疊支架的升柱、降柱等動作，均由各型液壓缸通過操縱閥來實現，液壓支架液壓系統為一個多執行元件并聯系統。控制元件是液壓支架的關鍵部件，負責液壓支架的各個操作動作的實現，這些控制元件包括操縱閥、液控單向閥、安全閥等。

操縱閥通過閥體中運動的閥芯來控制油液的流動與否，或者是改變油液的流動方向，控制各立柱、千斤頂油液的流動，實現支架預定動作的操作元件，操縱閥要具有良好的密封性能、操縱力小、操作方便、換向平穩、迅速可靠;安全閥通過設定安全壓力，保持立柱與千斤頂具有恒阻特性的元件，在工作周期內，安全閥處于高壓狀態，應具備動作靈敏、好的密封性能、壽命長;液控單向閥通過控制單向閥的導通與否，實現立柱、千斤頂工作腔的關閉，使其中的油液保持一定的壓力。

3可折疊支架液壓系統參數確定

液壓系統中液壓泵站的公稱壓力設定為31.5MPa，在液壓支架的底座上安裝電液控制閥，并輔裝有手柄，可以實現手動操作以及進行故障診斷。通過先導控制閥實現支架立柱供液，在支架的每個立柱上均安裝安全閥，防止支架過載。

液壓支架液壓系統采用高水基的工作液體，其水的含量為95%，剩余5%由具有抗腐蝕、潤滑、能乳化的材料組成。通常乳化油冰點為零下50°左右，如果發生結冰現象，乳化液將失去作用而報廢。反之，在高溫的工作狀態下會降低其使用壽命。

在正常的工作條件下，乳化液的工作溫度應該控制在30°-40°之間。當溫度超過60°時，應停止工作。否者會損害橡膠件，破壞密封效果，長時間高溫工作也會使乳化液變質。

該支架液壓系統選取的操縱閥、單向閥、雙向鎖等額定工作壓力均應高于乳化液泵站的公稱壓力31.5MPa。其中，安全閥在立柱工作高度為5200mm，安全閥設定壓力是39.3MPa。平衡千斤頂的伸出設定壓力為31.5MPa，收縮設定壓力為31.5MPa;護幫千斤頂的伸出設定壓力為31.5MPa，收縮設定壓力為31.5MPa。

4可折疊支架液壓系統設計結果

可折疊支架液壓控制閥組由安全閥和單向鎖/雙向鎖組成，避免液壓元件和結構件出現載，分別選用FAD125/40型安全閥和SYD-PK200/40型安全閥，額定壓力分別為39.3MPa和39.3MPa。回液斷路器選用HDF13/13型，過濾器選取GLQK13型號。圖1為設計的可折疊支架液壓系統圖。

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（作者單位：神華神東煤炭集團有限責任公司）