可折叠支架液压系统设计

马恺

摘要：可折叠支架的支撑、推拉、移架等动作的实现需要通过液压系统来实现。可折叠支架液压系统回路，具有液压油液压力高、油液流量大等特点。通过设计支架液压系统的液压缸、安全阀、操纵阀、液控单向阀及其液压管路实现了液压系统的设计。

关键词：可折叠;液压支架;液压系统

引言

巷道是煤矿的基础组成部分，煤矿巷道都在地下，做好煤矿建设中巷道掘进和支护工作显得尤其重要 。此外，厚煤层和特厚煤层资源分布广，储量丰富，占全部煤层储量的约45%，在总产量中占比40%以上，是我国高产高效的主采煤层，随着综采面机械化程度的提高，厚煤层的开采出现了分层、放顶煤和大采高并存的三种开采方式 。随着深井开采和单产快速提高，开采过程中的通风、运输和开采工艺等对两道断面尺寸的要求愈来愈大，在支护能力、支护高度、支护速度、自动化程度、可操作性、安全性等方面，传统的液压支架支护方式难以适应综采工作面对超前支护的安全高效要求，严重制约了工作面的开采效率 。

1可折叠支架工作状态及动作分析

可折叠支架支撑时呈“门”型状，支架包括两个立柱、两个平衡千斤顶（平衡缸）、两个护帮千斤顶（护帮缸）等液压装置，其液压系统包括主进液管、主回液管以及各种液压元件，采用操纵阀实现升柱、降柱、折叠、展开等动作。

依据液压支架的架型和结构设计，计算所需要的立柱和千斤顶数量，并设计液压系统要完成功能状态。支撑状态：该状态是顶板运动来压，当立柱达到安全阀的开启压力时，安全阀开启泄压来保护立柱，在每根立柱均需安装安全阀;液压锁紧：液压支架在支撑状态时锁紧可确保立柱的有效支撑能力，在每根立柱上，分别安装有双向锁;调架：液压支架通过调架液压缸的活塞杆的伸出或缩回实现最佳工作状态，在移架的过程中，若发生主、副顶梁偏斜，通过调架液压缸进行快速调整;推拉缸：液压支架的推移通过推拉缸的伸缩来完成，在推拉缸管路上连接有双向锁，可以有效阻止工作面倾角变化造成的顶梁下滑。

乳化液泵站的高压油液，经过操纵阀后，通过双向锁进入立柱的无杆腔，支撑顶板，立柱有杆腔的乳化液经双向锁和操纵阀后流回乳化液箱。安全阀在系统压力达到设定值时打开泄压，高压油液通过安全阀流回乳化液箱，避免液压支架过载而破坏;当操纵阀处于中位时，立柱双向锁关闭，立柱无活塞杆腔体中的液压油液闭锁，液压支架提供足够的支撑力，并正常接顶。平衡千斤顶操纵阀与双向锁的作用与立柱的液压系统相同。护帮千斤顶通过操纵阀和液控单向阀动作。

操纵阀是液压支架的总控制部件，液压系统元件的动作通过操纵阀来控制，本液压系统中选用手动换向操纵阀控制液压元件。

支架立柱的升柱、降柱和支撑等动作以及平衡千斤顶的伸出和缩回等动作均各自通过手动换向阀、双向锁等液压控制元件完成。护帮千斤顶的伸出和缩回等动作通过手动换向阀、单向锁等液压控制元件完成。

2可折疊支架液压系统的组成

支架的高压液压油液来自工作面乳化液系统，采用快速接头和U形卡连接，拆装维护方便。在主进液口、回口液三通到操纵阀之间安装有球形截止阀、过滤器等，可以根据动作需要接通或关闭某条管路，以便于维修胶管、液压元件，过滤器对高压液中的杂质进行过滤，防止杂质进入液压支架液压管路。折叠支架的升柱、降柱等动作，均由各型液压缸通过操纵阀来实现，液压支架液压系统为一个多执行元件并联系统。控制元件是液压支架的关键部件，负责液压支架的各个操作动作的实现，这些控制元件包括操纵阀、液控单向阀、安全阀等。

操纵阀通过阀体中运动的阀芯来控制油液的流动与否，或者是改变油液的流动方向，控制各立柱、千斤顶油液的流动，实现支架预定动作的操作元件，操纵阀要具有良好的密封性能、操纵力小、操作方便、换向平稳、迅速可靠;安全阀通过设定安全压力，保持立柱与千斤顶具有恒阻特性的元件，在工作周期内，安全阀处于高压状态，应具备动作灵敏、好的密封性能、寿命长;液控单向阀通过控制单向阀的导通与否，实现立柱、千斤顶工作腔的关闭，使其中的油液保持一定的压力。

3可折叠支架液压系统参数确定

液压系统中液压泵站的公称压力设定为31.5MPa，在液压支架的底座上安装电液控制阀，并辅装有手柄，可以实现手动操作以及进行故障诊断。通过先导控制阀实现支架立柱供液，在支架的每个立柱上均安装安全阀，防止支架过载。

液压支架液压系统采用高水基的工作液体，其水的含量为95%，剩余5%由具有抗腐蚀、润滑、能乳化的材料组成。通常乳化油冰点为零下50°左右，如果发生结冰现象，乳化液将失去作用而报废。反之，在高温的工作状态下会降低其使用寿命。

在正常的工作条件下，乳化液的工作温度应该控制在30°-40°之间。当温度超过60°时，应停止工作。否者会损害橡胶件，破坏密封效果，长时间高温工作也会使乳化液变质。

该支架液压系统选取的操纵阀、单向阀、双向锁等额定工作压力均应高于乳化液泵站的公称压力31.5MPa。其中，安全阀在立柱工作高度为5200mm，安全阀设定压力是39.3MPa。平衡千斤顶的伸出设定压力为31.5MPa，收缩设定压力为31.5MPa;护帮千斤顶的伸出设定压力为31.5MPa，收缩设定压力为31.5MPa。

4可折叠支架液压系统设计结果

可折叠支架液压控制阀组由安全阀和单向锁/双向锁组成，避免液压元件和结构件出现载，分别选用FAD125/40型安全阀和SYD-PK200/40型安全阀，额定压力分别为39.3MPa和39.3MPa。回液断路器选用HDF13/13型，过滤器选取GLQK13型号。图1为设计的可折叠支架液压系统图。

参考文献：

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[2] 张德生，牛艳奇，孟峰.综采工作面超前支护技术现状及发展[J].矿山机械，2014（8）：1-5.

[3] 鲁德丰，马力.循环式巷道超前支护支架在复杂条件综采面的应用[J].能源技术与管理，2016，41（3）：66-68.

（作者单位：神华神东煤炭集团有限责任公司）