趙 軍

（山煤集團(tuán)煤業(yè)管理有限公司晉東南分公司， 山西 長(zhǎng)治 046699）

0 引言

根據(jù)煤礦條件，考慮到泵站壓力低、管道損壞嚴(yán)重、人工操作不當(dāng)?shù)仍颍簤褐Ъ軐?shí)際設(shè)置負(fù)荷遠(yuǎn)低于額定設(shè)置負(fù)荷的80%，甚至部分綜采面低于15 MPa。由于液壓支架不能發(fā)揮其正常支撐性能，容易發(fā)生動(dòng)壓沖擊，最終導(dǎo)致煤礦安全事故發(fā)生。技術(shù)人員通過(guò)改善泵站壓力、減少壓力損失、設(shè)計(jì)不同的供液系統(tǒng)等來(lái)改善負(fù)荷，但由于泵站供液壓力限制較大，技術(shù)水平相對(duì)落后，設(shè)置負(fù)荷難以滿足工作要求[1]。針對(duì)上述問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種采用液壓機(jī)械技術(shù)直接連接的自動(dòng)設(shè)置荷載增強(qiáng)裝置，應(yīng)用于普通大型煤礦工作面的液壓支撐，保證在初步對(duì)立柱裝載時(shí)直接快速地提高支撐壓力，消除泵站壓力供應(yīng)不足的限制。

1 自動(dòng)加壓裝置回路的原理設(shè)計(jì)

加壓控制回路設(shè)計(jì)可以完成加壓準(zhǔn)備階段和快速加壓階段兩個(gè)工作過(guò)程。加壓控制回路與立柱系統(tǒng)并聯(lián)連接。加壓控制回路根據(jù)預(yù)設(shè)的壓力比增加壓力。如果初始加壓壓力稍高，則增壓后的壓力可能大大超過(guò)液壓支架所需的設(shè)定負(fù)載。因此，在壓力缸桿口油回路上設(shè)置安全閥，將進(jìn)入立柱底腔的設(shè)定負(fù)載限制在工作所需值范圍內(nèi)，加壓回路如圖1 所示。

圖1 加壓控制回路

增壓控制回路主要由壓力缸、先導(dǎo)有向控制閥、止回閥、安全閥、液壓管路組成。當(dāng)液壓缸桿口開(kāi)口處壓力小于先導(dǎo)定向控閥開(kāi)口壓力時(shí)，先導(dǎo)控制閥在正確位置，進(jìn)入自動(dòng)加壓回路的液壓油進(jìn)入壓力缸桿口?；钊麑⑾蚨丝诜较蛞苿?dòng)，以準(zhǔn)備加壓[2]。液壓油通過(guò)止回閥進(jìn)入立柱底腔供液，此時(shí)加壓裝置不再起加壓作用。當(dāng)液壓缸桿罐開(kāi)壓力壓力大于先導(dǎo)操縱方向控制閥開(kāi)壓力時(shí)，先導(dǎo)操縱方向控制閥處于左側(cè)位置。液壓油通過(guò)先導(dǎo)方向控制閥進(jìn)入壓力缸蓋口，驅(qū)動(dòng)活塞移動(dòng)。壓力缸桿口壓力增大，最終提高了立柱底腔壓力。

2 自動(dòng)加壓裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 增壓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1.1 壓力缸

壓力缸的活塞桿不需要對(duì)外做功，它的運(yùn)動(dòng)只是為了增壓準(zhǔn)備和增壓。通過(guò)利用活塞兩側(cè)的不同活塞部分，油壓得以增加此外，采煤工作面鉆孔環(huán)境惡劣，粉塵等污染物多。因此，活塞桿不能向外伸出，如圖2所示。

圖2 壓力缸示意圖

為了減小整個(gè)自動(dòng)增壓閥的體積和質(zhì)量，活塞的桿口采用中空設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)位移重疊[2]。根據(jù)增壓控制回路的工作原理，活塞的頭部端口與先導(dǎo)式方向控制閥和油箱相連，因此根據(jù)設(shè)計(jì)預(yù)留了開(kāi)口P1。

2.1.2 加壓控制機(jī)構(gòu)

根據(jù)加壓控制回路的工作原理，加壓控制機(jī)構(gòu)連接有四個(gè)油路，包括供液油路、壓力缸頭口油路、壓力缸桿口油路和油箱油路，在其控制作用下可接通/斷開(kāi)兩種油路：頭口供液油路可與壓力缸頭口連接。此時(shí)，油箱電路處于切斷狀態(tài)；當(dāng)壓力缸的頭部端口與油箱回路連接時(shí)，頭部端口的供液油路處于切斷狀態(tài)[3]。桿口油路不通過(guò)加壓控制結(jié)構(gòu)與其余三個(gè)油路接觸，相對(duì)獨(dú)立。圖3 為加壓控制機(jī)構(gòu)，其中P2 為頭口供液口，P3 為頭口開(kāi)口，P4 為油箱開(kāi)口，P5 為桿口開(kāi)口。

圖3 加壓控制機(jī)構(gòu)示意圖

在增壓準(zhǔn)備過(guò)程中，頭端口的供液回路處于切斷狀態(tài)，油箱回路接通。這兩種狀態(tài)是在快速加壓過(guò)程中改變的，這一過(guò)程可以通過(guò)大推桿與限位凸臺(tái)、小推桿與液路通道、密封擋圈、鋼球和組合彈簧的組合方式簡(jiǎn)單地轉(zhuǎn)換[4]。

2.2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖4 為自動(dòng)加壓裝置的最終設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。自動(dòng)加壓裝置的工作過(guò)程：根據(jù)加壓控制回路的工作位置，將自動(dòng)加壓裝置并聯(lián)連接至立柱系統(tǒng)。泵站通過(guò)操作逆控閥，向整個(gè)液壓系統(tǒng)提供液壓油，液壓油通過(guò)先導(dǎo)操作檢查進(jìn)入立柱底腔閥門(mén)通過(guò)主油路，使支撐件快速提升柱[5]。

圖4 自動(dòng)加壓裝置結(jié)構(gòu)示意圖

另一個(gè)回路通過(guò)P6 開(kāi)口進(jìn)入自動(dòng)加壓裝置。進(jìn)入加壓裝置的乳化液流向P2 開(kāi)口。由于此時(shí)P2 開(kāi)口處于截止?fàn)顟B(tài)，液壓油只能填充油道。另一個(gè)回路移動(dòng)進(jìn)液油回路單向連接結(jié)構(gòu)的鋼球，通過(guò)P7 開(kāi)口流向壓力缸桿口。進(jìn)入壓力缸桿口的部分高壓油通過(guò)P9 開(kāi)口打開(kāi)出油回路的單向連接結(jié)構(gòu)，通過(guò)加壓裝置的液體出口P8 流入立柱底腔。另一部分推動(dòng)活塞桿向頭孔方向移動(dòng)。水頭孔內(nèi)的乳化液通過(guò)P1 開(kāi)口、彎頭、P3 開(kāi)口、加壓控制結(jié)構(gòu)、P4 開(kāi)口排入工作面環(huán)境，直到活塞移動(dòng)到極限位置，加壓制備過(guò)程由此完成。

3 應(yīng)用效果分析

圖5 為按設(shè)計(jì)原理圖加工制造的自動(dòng)加壓裝置樣機(jī)。試驗(yàn)過(guò)程中樣機(jī)的連接方法：在立柱底腔入口處與進(jìn)液部位沿先導(dǎo)式止回閥正向啟動(dòng)方向分別連接一個(gè)T 型接頭。在原回路正常連接的基礎(chǔ)上，用高壓軟管連接原型進(jìn)口和先導(dǎo)式止回閥處的T 型接頭，連接原型出口和立柱底腔的T 型接頭。

圖5 試驗(yàn)?zāi)Ｐ褪疽鈭D

采用ZY11000/28/63D 型支架上進(jìn)行自動(dòng)加壓裝置試驗(yàn)。自動(dòng)加壓裝置根據(jù)鉆孔工作面現(xiàn)場(chǎng)情況安裝在兩支立柱中間的底座上，通過(guò)液壓油管和主管與原支座提升柱液壓回路系統(tǒng)并聯(lián)，如圖6 所示。

圖6 試驗(yàn)布置圖

從0 號(hào)支座中收集17 個(gè)支座，每隔一個(gè)支座選擇一個(gè)作為測(cè)試支座，分別編號(hào)為1～170。收集分析三個(gè)參數(shù)（設(shè)置載荷、設(shè)置時(shí)間、增阻時(shí)間）并制作折線圖。

圖7-1 為加壓裝置前后液壓支架設(shè)定載荷變化。從支架設(shè)置載荷可以得出結(jié)論，應(yīng)用前約為23.5 MPa，加壓裝置應(yīng)用后約為32 MPa。大約有8.5 MPa的壓力增加到立柱底部空腔的壓力。由圖7-1 可知，自動(dòng)加壓裝置可以有效提高支架的設(shè)定載荷。

圖7 試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比示意圖

圖7-2 為加壓裝置應(yīng)用前后調(diào)節(jié)時(shí)間對(duì)比。從圖7-2 中可以看出，與加壓裝置應(yīng)用前的調(diào)節(jié)時(shí)間相比，應(yīng)用后支架的調(diào)節(jié)時(shí)間變化很小，甚至沒(méi)有變化。可以得出結(jié)論，使用加壓裝置進(jìn)行二次加壓不影響支架的設(shè)置速度。加壓裝置應(yīng)用后所有試驗(yàn)支架的阻力增加時(shí)間都小于應(yīng)用前的值，主要是由于支架的設(shè)定載荷增加，與工作阻力的差異變小，阻力增加。從圖7中可以看出，不同支架的沿線壓力損失和管道阻力損失的微小差異導(dǎo)致不同支架對(duì)相同數(shù)據(jù)參數(shù)的偏差很小，但整體趨勢(shì)是一樣的，滿足工程要求。

4 結(jié)論

通過(guò)理論設(shè)計(jì)、樣機(jī)制作和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)等方面對(duì)試驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析，主要得出以下結(jié)論：

1）根據(jù)加壓控制回路和機(jī)組設(shè)計(jì)，采用基于加壓結(jié)構(gòu)和輔助結(jié)構(gòu)的自動(dòng)加壓裝置進(jìn)行理論設(shè)計(jì)。通過(guò)分析和改進(jìn)，將加壓控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為雙推桿結(jié)構(gòu)，可以快速、簡(jiǎn)單地控制油路的連接/斷開(kāi)。加壓裝置設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，安裝使用方便，機(jī)械自動(dòng)化程度高，原系統(tǒng)回路改造量小。加壓裝置的設(shè)計(jì)不局限于具體工作面條件和型號(hào)，具有較強(qiáng)的通用性和良好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

2）試驗(yàn)中使用支架柱回路位置選擇閥提升支架柱和支架。支撐頂梁接觸頂板2 s 后，復(fù)位位置選擇閥停止向立柱供應(yīng)液體?？梢?jiàn)以下現(xiàn)象：加壓裝置安全閥溢流口有少量液體噴涂，據(jù)觀察統(tǒng)計(jì)，立柱底腔壓力計(jì)約為32 MPa。與施壓前的壓力相比，立式柱的底腔壓力增加了8.5 MPa，設(shè)置荷載符合設(shè)計(jì)要求。