周彩紅

（霍州煤電鑫鉅煤機裝備制造有限責(zé)任公司，山西 霍州 031412）

1 概述

由于礦用液壓支架的手動控制系統(tǒng)操作復(fù)雜，自動化程度偏低，會對煤礦工作面的回采效率造成影響，導(dǎo)致產(chǎn)量偏低。因此，針對優(yōu)化手動控制系統(tǒng)以提高液壓支架性能的舉措已經(jīng)沒有實際價值。隨著新技術(shù)、新設(shè)備的研發(fā)，礦井的自動化程度越來越高，針對液壓支架手動控制系統(tǒng)效率偏低的問題，研究新型的電液控制系統(tǒng)已經(jīng)成為改善工作面自動化程度，提高工作面回采效率的必然趨勢。新型電液控制系統(tǒng)不僅可以提高工作面的回采效率，完善其自動化程度，而且可以降低工人的勞動強度，提高工作的安全系數(shù)，對保證煤炭經(jīng)濟效益的提高及安全生產(chǎn)具有重要意義。

ZY6800/11.5/24D電液控液壓支架，是根據(jù)霍州煤電干河礦實際生產(chǎn)需要設(shè)計的薄煤層支架。該液壓支架電液控制系統(tǒng)與順槽控制中心通過總線進行數(shù)據(jù)通信，可以上傳的模擬量數(shù)據(jù)主要是各支架傾角及采高、立柱壓力、推桿行程、采煤機位置及方向，能夠通過液壓支架電液控制系統(tǒng)實現(xiàn)成組升柱和降柱、推溜和移架等動作。

2 電液控制系統(tǒng)設(shè)計方案

2.1 電液控推移千斤頂中行程傳感器的設(shè)計

由于推移千斤頂與采煤過程中的推溜、拉架工藝相關(guān)，必須嚴格控制其行程，所以在推移千斤頂內(nèi)部增設(shè)了行程傳感器。手動方式的推移千斤頂由缸體、活塞、活塞桿、導(dǎo)向套及密封件等組成，并不能滿足當前電液控制系統(tǒng)的需要，通過對推移千斤頂增設(shè)行程傳感器，不僅可以滿足采煤過程中推移千斤頂?shù)耐屏?、拉架等相關(guān)功能，還可以使其滿足電液控制系統(tǒng)的需求，從而實現(xiàn)推移千斤頂?shù)淖詣踊刂啤?/p>

行程傳感器其本質(zhì)是用于測量推移千斤頂?shù)男谐?，通過行程傳感器可以反映支架或推桿所處的位置，是推移控制過程的重要參數(shù)，具有很強的可靠性，是精確完成推溜、拉架等功能的保證。本設(shè)計所選用行程傳感器為細長管結(jié)構(gòu)，如圖1所示。在推移千斤頂?shù)耐舛嗽O(shè)計專門的行程傳感器插座，將傳感器的一端在液壓缸的端部固定，在千斤頂?shù)幕钊麠U中心專門設(shè)計細長孔，用于放置傳感器的管體。圖2為傳感器總成圖，傳感器的磁環(huán)采用螺紋方式進行連接，方便磁環(huán)的固定、安裝及拆卸維修，且由于該磁環(huán)的體積較小，只占用千斤頂液壓缸的一小部分空間。工作時，在液壓缸的中心位置將磁環(huán)固定，并將用不銹鋼鋼管密封的內(nèi)傳感設(shè)備穿過磁環(huán)，此時，隨著活塞桿體的運動，內(nèi)傳感設(shè)備將會和磁環(huán)產(chǎn)生相對運動，通過磁場的變化，傳感設(shè)備可以產(chǎn)生感應(yīng)信號，經(jīng)傳感設(shè)備內(nèi)設(shè)的放大器變換向控制器傳輸模擬電壓信號，通過最終的數(shù)據(jù)處理可以掌握活塞運動的位置。

圖1 推移行程傳感器

圖2 位移傳感器總成

2.2 液壓支架推移千斤頂優(yōu)化設(shè)計

（1）推移千斤頂缸筒設(shè)計

缸筒內(nèi)徑是千斤頂液壓缸的主要參數(shù)之一，缸筒內(nèi)徑D可以根據(jù)液壓缸的負載及供液壓力按照下述公式進行計算：

式中：

F1-液壓缸推力，N；

φ-液壓缸的負載效率，取φ=1；

η-液壓缸的總效率；

ρ-液壓缸工作壓力，MPa。

上式中液壓缸的總效率η根據(jù)如下公式進行計算：

式中：

ηm-機械效率，取ηm≈0.98；

ηv-容積效率，取ηv≈1；

ηd-作用力效率，取ηd≈1。

干河煤礦ZY6800/11.5/24D電液控液壓支架所使用的推移千斤頂?shù)囊簤焊椎墓ぷ鲏毫?2.5MPa，推力為800kN，通過公式 計算出其總效率為0.98，由此可計算出缸筒的內(nèi)徑D=184.65mm，根據(jù)缸筒內(nèi)徑尺寸表圓整為標準值，確定內(nèi)徑D=180mm。

（2）活塞桿的設(shè)計

根據(jù)工作環(huán)境需要，推移千斤頂采用固定活塞設(shè)計，如圖3所示左端設(shè)計成階梯型，通過螺紋活塞固定于桿體上，活塞桿內(nèi)部采用空心設(shè)計，用于行程傳感器的安裝定位。

圖3 活塞桿結(jié)構(gòu)圖

（3）液壓缸缸底設(shè)計

由于該千斤頂活塞采用固定式設(shè)計，如果將行程傳感器的磁環(huán)安裝在活塞桿上，則傳感器因不能隨著活塞運動而無法產(chǎn)生信號。因此，必須考慮設(shè)計一種新型缸底，既可以使其一端與液壓缸缸筒相連，實現(xiàn)與液壓缸缸筒的同步運動，又可以深入到缸筒內(nèi)部，通過電纜接頭與行程傳感器磁環(huán)連接。結(jié)合現(xiàn)場生產(chǎn)實際，設(shè)計了如下圖4、圖5所示缸底。

圖4 缸底示意圖

圖5 傳感裝置安裝示意圖

①缸底與固定銷軸采用一體式結(jié)構(gòu)，由于該千斤頂采用內(nèi)置行程傳感器，缸底需要起固定傳感器的作用，所以在缸底上不能留有銷軸孔，設(shè)計了圖4所示的缸底。這種一體式結(jié)構(gòu)的缸底，不僅滿足了行程傳感器的安裝需求，而且在實際使用中保證了軸與缸底的同心度，減少了缸底及銷軸受到的剪應(yīng)力，增長了安全使用年限。

②缸底的底部可拆卸，且缸底距缸筒距離不大，便于安裝行程傳感器，拆卸操作簡便。

3 結(jié)語

帶有行程傳感器的推移千斤頂，在結(jié)構(gòu)上與普通的手動千斤頂有一定的差別，只需將帶有行程傳感器的推移千斤頂通過簡單的拆裝就可以用于一般的手動控制系統(tǒng)：將行程傳感器、電纜接頭、附件等電氣設(shè)備取出，將缸底底部固定行程傳感器的環(huán)形螺紋堵頭更換為普通螺紋堵頭，無需將千斤頂徹底拆開，無需把活塞桿上的磁環(huán)取出，就可作為普通的手動控制推移千斤頂使用。這種形式的推移千斤頂具有良好的互換性和通用性。