基于液壓系統(tǒng)驅(qū)動的防飛矸裝置的設計

魏 強

（山西晉神沙坪煤業(yè)有限公司， 山西 河曲 036500）

大塊煤體和矸石容易在重力作用下滑移失穩(wěn)而脫離原生結(jié)構(gòu)，并在重力作用下加速滾落形成飛矸。造成飛矸災害的主要原因是工作面漏頂、片幫、落煤或底板被破壞造成的滑移而引起的。飛矸對人員的傷害和對機械設備的損壞較為嚴重[1-3]。目前，對飛矸事故的防治主要通過加強支護和利用防護裝備攔截飛矸，但由于飛矸的形成具有隨機性，導致飛矸事故無法百分之百地被杜絕，而防矸簾等固定的防飛矸設備存在移動困難以及影響人員通行和物料運輸?shù)龋虼送ㄟ^對飛矸形成機理及運動規(guī)律的分析，研發(fā)相應的自動防護設備，就成了飛矸防治工作的重要內(nèi)容。基于此，設計一種能夠平穩(wěn)運行且能起到降噪減震作用的自動防矸系統(tǒng)。

1 液壓自動防飛矸設備的設計組成

自動防矸系統(tǒng)主要由以下三部分組成：一是驅(qū)動裝置，設備的驅(qū)動裝置是一套液壓裝備，其工作目標的實現(xiàn)主要依賴三位四通電磁換向閥提供的蓄能保壓回路，其主要元件有驅(qū)動電機、三位四通電磁換向閥、二位二通電磁換向閥、液壓油泵、液壓油缸、單向控制閥、蓄能器等；二是傳動裝置，傳動裝置由滑動軌、滑動裝置和傳動力臂組成，其中液壓油缸內(nèi)嵌在滑動軌內(nèi)，在滑動軌上方安裝有滑動裝置，滑動裝置與液壓油缸傳動桿相連，滑動裝置以鉸接的方式連接傳動力臂，傳動力臂用鉸接方式連接防矸門，形成完整的傳動機構(gòu)；三是擋矸裝置，檔桿裝置主要是由擋矸門、支撐臂以及一些輔助設備組成。驅(qū)動裝置系統(tǒng)設計圖見圖1。當液壓油缸推進到預定位置時，由液壓蓄能器持續(xù)供給壓力，并使液壓系統(tǒng)壓力在一定時間內(nèi)保持恒定。液壓驅(qū)動系統(tǒng)工作流程為：首先由驅(qū)動電機啟動液壓油泵，液壓油經(jīng)過過濾裝置過濾后由液壓油泵抽取并通向單向閥，同時主換向閥左位開啟，在液壓油的推動下液壓油缸移動至預定位置，當壓力超過一定值時，由壓力繼電器傳送信號，打開二位二通電磁換向閥進行卸荷，此時，液壓蓄能器開始工作，為液壓油缸提供保壓效果。

圖1 驅(qū)動裝置系統(tǒng)設計圖

2 防矸裝置的啟動原理

通過對飛矸形成機理和運動特征分析，設計了防飛矸裝置的自動控制程序和相關(guān)參數(shù)。當工作面出現(xiàn)飛矸并通過光柵設備時，光柵設備報警并向控制系統(tǒng)傳送信號，控制系統(tǒng)接到信號后向驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)出指令，命令驅(qū)動電機啟動，為液壓系統(tǒng)提供動力，啟動液壓裝置并通過連桿機構(gòu)驅(qū)動擋矸門運行到指定位置。通過液壓蓄能器提供保壓效果，液壓油缸繼續(xù)保持壓力10 s，之后控制系統(tǒng)發(fā)出信號，改變?nèi)凰耐〒Q向閥通向，液壓驅(qū)動系統(tǒng)恢復原位。如果在液壓驅(qū)動系統(tǒng)回復原位的過程中，有飛矸再次穿過光柵設備，則控制系統(tǒng)再次發(fā)出指令，啟動驅(qū)動裝置，改變油路方向，使擋矸門繼續(xù)工作，以此類推，確保不出現(xiàn)飛矸遺漏的情況。自動防矸裝置結(jié)構(gòu)示意圖見下頁圖2，防矸控制程序流程見下頁圖3。

圖2 自動防矸裝置結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 防矸控制程序流程圖

當飛矸產(chǎn)生并在工作面運動通過光柵設備時，光柵設備報警，并向控制系統(tǒng)傳遞信號，控制系統(tǒng)程序啟動。飛矸自動防矸裝置的初始狀態(tài)見圖4。

控制系統(tǒng)程序啟動后開啟驅(qū)動電機，啟動液壓裝備，推動滑動裝置，并通過傳動力臂，使擋矸門繞支撐臂旋轉(zhuǎn)，直至其運行到指定位置，并保持10 s。自動防矸裝置工作狀態(tài)見圖5。

3 液壓自動防矸裝置特點

1）液壓自動防矸裝置可以發(fā)出比傳統(tǒng)電動機驅(qū)動防矸裝置更大的驅(qū)動力，擋矸門運行迅速，且本套設備體積小、便于安裝和維護，更適合工作面的運行環(huán)境；

2）液壓系統(tǒng)可以對裝置的速度進行調(diào)節(jié)，更適應工作面的實際情況；

3）液壓驅(qū)動系統(tǒng)具有自動潤滑能力，可減少日常運行過程中維護次數(shù)，故障率低，且壽命長；

4）擋矸門到達指定位置時由蓄能器保壓回路提供壓力，該回路可吸收飛矸對擋矸門形成的部分沖擊能量，減少對液壓系統(tǒng)造成的沖擊；

5）液壓系統(tǒng)具有較強的剛性，且動力輸出穩(wěn)定，換向沖擊較小，更適合頻繁換向。

圖4 自動防矸裝置初始狀態(tài)

圖5 自動防矸裝置工作狀態(tài)

4 結(jié)語

液壓自動防矸裝置通過光柵設備識別飛矸，并利用控制程序自動運行防護裝置。該裝置采用液壓驅(qū)動形式，可提供更大的驅(qū)動力，同時減小設備體積，降噪減震，其液壓系統(tǒng)的蓄能器保壓回路可減小飛矸對防護裝置的沖擊，延長裝置的使用壽命。因此，該自動防矸裝置可有效實現(xiàn)對飛矸的自動防護功能。