液压支架立柱自动增压阀的研究.pdf

第 3 1卷第 0 3期 2 0 1 0年 0 3月 煤 矿 机械 C o a l Mi n e Ma c h i n e r y Vo l J 3 1 N0 ． O 3 Ma r ． 2 O l 0 液压支架立柱自动增压阀昀研夯 于洋，贾春强 ， 丁少华，常镝 三一重型装备有限公司， 沈 阳 1 1 0 0 2 7 摘 要 针 对 工作 面液压 支 架初 撑 力不足的 问题 ，深入 分析 液压 支架 自动增压 初撑 系统 的原 理 ． 开发 了一种能够 自动连续工作的全液压 自动增压 阀， 兼有低压大流量升柱和 高压小流量 自动 增压功能． 能有效地保证液压支架初撑力的要求， 从而提 高液压支架系统的可靠性 ， 为煤矿安全 高 效生产带来一定的便利条件。 关键 词 液压 支架 ； 初撑 力 ；自动 增压 阀 中图分类号 T D 3 5 5 文献标志码 A文章编号1 0 0 30 7 9 4 2 0 1 0 0 30 0 5 20 2 Re s e a r c h o n Bo o s t Va l v e o f P o we r e d Pr o p s o f Po we r e d S u p p o r t s YU Ya n g ， J I A Ch u n - q i a n g ， DI NG S h a o - h u a ， CHANG Di S a n y i H e a v y E q u i p m e n t C o ． ， L t d ． ， S h e n y a n g 1 1 0 0 2 7 ， C h i n a Ab s t r a c t F o r t h e i n s u ffic i e n t s e t t i n g l o a d o f p o we r e d p r o p o f p o we r e d s u p p o r t s ，a n a u t o ma t i c b o o s t v a l v e i s d e s i g n e d b y a n a l y z i n g t h e p r i n c i p l e o f a u t o ma t i c b o o s t s e t t i n g l o a d s y s t e m f o r p o w e r e d s u p p o rt s ， wh i c h wo r k s c o n t i n u o u s l y a n d a u t o ma t i c a l l y o n r a i s i n g l e g s wi t h l o w p r e s s u r e h i g h f l o w r a t e a n d b o o s t i n g p r e s s u r e wi t h h i g h p r e s s u r e - l o w fl o w r a t e ． T h e s e t t i n g l o a d o f p o w e r e d s u p p o r t s i s a t t a i n e d a n d r e l i a b i l i t y i s g u a r a n t e e d b y e q u i p p i n g t h e a u t o ma t i c b o o s t s e t t i n g l o a d s y s t e m wi t h a u t o ma t i c b o o s t v a l v e ． Ke y wo r d s p o we r e d s u p p o rt s ； s e t t i n g l o a d ； a u t o ma t i c b o o s t v a l v e 0 引言 复运动 ． 直至达到设定的压力值 ． 最大可使立柱初 液压支架初撑力的问题一直是综采工作面采场 撑力达到供液压力的 K 为增压比 倍 ， 此时支架 支护系统 中的核心问题。 研究表明， 国内多数采煤工 处于小流量 自动增压状态。给电磁铁 1 通 电， 在供 作面的支架都存在着初撑力严重不足且分布不均的 液压力作用下 ， 自动增压阀复位 ， 支架处于降柱状 问题． 给顶板的正常维护和工作面的管理带来困难， 态。由上述分析可知 ， 液压支架 自动增压初撑系统 甚至发生重大事故 液压支架 自动增压初撑系统利 可以确保支架初撑力达到设计要求 ， 同时通过改变 用同一泵站供液实现大流量低压供液和小流量高压 泵站调定压力 ， 可以满足不同初撑力的要求 。 补液， 可以有效解决液压支架初撑力的问题。 立柱 自 动增压阀是实现 自动增压初撑系统的关键 ．本文在 深入分析液压支架 自动增压初撑系统原理的基础 上 ．开发了一种能够实现 自动控制连续工作的全液 压 自动增压阀．兼有低压大流量升柱和高压小流量 自动增压功能 ．能有效地保证液压支架初撑力的要 求． 从而解决支架初撑力不足和分布不均的问题 ． 为 煤矿安全高效生产带来一定的便利条件 1 液压支 架 自动增压初 撑 系统 为解决液压支架初撑力不足和分布不均 的问 题 ． 在原有的支架液压系统上增设 1套液压支架 自 动增压初撑系统 ． 其原理如图 1 所示 给电磁铁 2通 电． 当供液压力低于 自动增压阀 中二位三通液控换向阀的开启压力 P 时 ． 自动增压 阀不动作 ． 主供液管路来的液压介质经液控单 向阀 直接进人立柱下腔 ．支架处于大流量快速升柱状 态 当供液压力大于 自动增压阀中二位三通液控换 向阀的开启压力 P ， 时 ． 自动增压阀中的增压活塞往 图 1 液 压 支 架 自动 增 压初 撑 系统 1 ． 电磁铁 1 2 ． 电磁铁 2 2 立柱 自动增压阀的设计研究 1 自动增压阀的工作原理 自动增压 阀是液压支架 自动增压初撑系统 的 核心元件。因此 ， 开发出性能可靠 、 结构合理的增压 阀 ． 才能使初撑系统得到有效地应用。根据 自动增 压 阀在初撑 系统中的作用 ． 并结合液压支架的实际 工况要求 ． 开发了一种能够实现 自动控制连续工作 的全液压 自动增压阀． 其工作原理如图 2所示。 一 5 2 第 3 1 卷第 0 3 期 液压支架立柱 自动增压阀的研究于洋 ， 等 V o 1 ． 3 1 N o ． 0 3 O 图 2 自动 增 压 阀工 作 原 理 图 1 、 2 ． 液控单 向阀3 ． 液控换向阀 4 ． 增压装置 该 自动增压阀主要由液控单向阀、二位三通液 控换 向阀和增压装置组成。当供液压力 P 小于二位 三通液控换向阀的开启压力时 ．压力介质经液控单 向阀 1 、 2直接进人立柱下腔 ， 立柱开始快速升柱； 当 供液压力 P 大于二位三通液控换向阀的开启压力 时．泵站来的高压液体一方面经液控单向阀继续向 立柱下腔供液．另一方面经 a腔直接控制液控换 向 阀开启 ，高压液体进入增压装置 c 腔 ，推动增压活 塞 ． b腔液体经 A E l 直接回液 。 a腔液体增压后经液 控单向阀 l 进入立柱下腔。 当增压活塞到位后 ． 液控 换向阀 3的控制液直接与 A口相通 ． 液控换向阀复 位 ． c 腔与 0 El相连，同时高压液体经液控单向阀 2 进入增压装置 a 腔 。 增压装置复位． 液控换向阀再次 开启 。 增压装置往复循环运动， 不断排出高压液体 ， 从而使立柱下腔达到设定的压力要求。 2 自动增压阀的结构设计 液控单向阀采用二级卸载式结构 ． 利用小流量 卸压和大流量泻流的原则． 将液控单 向阀的卸压和 排液分开。先实现小流量卸压 ， 将立柱下腔 内的压 力降低到一定值后再完全打开阀 口． 实现大流量排 液 ． 维持了主阀芯开启 时的受力平衡 ， 可大大减小 支架卸 载冲击 。 二位三通液控换 向阀直接引用电液控换向阀 的主阀芯技术 ， 通过改变弹簧刚度 ， 可 以很好地控 制其开启与闭合 ， 从而保证增压阀的稳定工作。 增压装置通过面积差来实现增压 ． 根据综采工 作面的实际工况和泵站压力 ． 可 以设计不同增压比 的增压装置， 以保证液压支架合适的初撑力 。 该 自动增压 阀将立柱液控单 向阀与增压装置 合理地结合 ， 结构合理 ， 性能可靠 。 易于在液压支架 上安装 ． 且 只需将操纵手柄 电磁铁 调到升柱位置 即可 自动完成升柱和增压 2个功能 ． 且达到所需的 立柱初撑力 ． 不需要多次操作 3 立柱 自动增压 阀的增 压性 能分析 1 增压比 自动增压阀增压装置是利用活塞两端的有效 面积不同使液压系统中的局部区域获得高压 当输 入大活塞腔的液体压力为 P ， 大活塞直径为 D， 小活 塞直径为 d ， 小活塞腔输出的液体压力值为 P ， 则增 压 比 Pz_ 1 ＼ Ⅱ ／ 增压比的确定与泵站工作压力 ． 管路压力损失 及不同架型液压支架需要的不同的初撑力有关 确 定了增压 比即可确定相应的大小活塞的直径 2 增压时间的确定 由初撑力保证 系统可知 ． 增压开始工作 的压力 决定于二位三通液控换向阀的开启压力 ． 增压时间 由立柱所需补充液体 的体积和增压活塞 的运动速 度来决定 。一般而言 ． 立柱下腔所需补充的液体包 括 液体受压减小的体积 ， 立柱缸体高压作用下 膨胀 的体积 ，立柱缸体由于温升而膨胀 的体积 则根据补充液体的多少和小活塞直径的大小即 可确定活塞的往复运动次数 假设泵站进入 自动增压阀的流量为 p，大活塞 腔 的面积为 A l ,r r D2 ／ 4 ， 小 活塞腔 的面积为 A 2 T r d 2 ／ 4 ， 增压装置的活塞行程为 ．则增压一次活塞运动所 需要 的时 间 t 一 ． L 一,r r L D Z d z ， ， 、 “ 一 十 一 一 增压一次所能补充的液体体积 V ． 4 L d 2 3 增压过程立柱下腔所需要补充的液体体积 V V 1 2 十 3 4 由式 2 、 式 3 和式 4 可得立柱 自动增 压阀 的增 压 时间 t 5 4 结语 液压支架 自动增压初撑系统能有效地解决煤 矿综采工作面中初撑力不足的问题 ． 提高系统可靠 性 本文开发 的全液压 自动增压阀 ， 作为液压支架 自动增压初撑系统的核心元件 ．能够 自动连续工 作 ． 通过升柱控制就能实现增压 ． 兼有低压大流量 升柱和高压小流量 自动增压功能 ． 能有效地保证液 压支架 自动增压初撑系统 的稳定工作 ， 从而提高液 压支架系统的可靠性 对于煤矿采煤工作面的顶板 维护和安全生产 。 提高综采机械化水平及液压支架 的利用率有着积极的意义 参考文献 [ 1 ] 寇子明． 液压支架动态特性分析与检测 [ M] ． 北京 冶金工业 出版 社 ． 1 9 9 6 ． [ 2 1 7 Y 荣 ， 程居山． 液压支架初撑力保证系统 的设计研究 [ J ] ． 煤矿 机电 ． 2 0 0 3 4 1 - 2 ． [ 3 ] 莫华林 ， 屈 玉林． 保证 液压支架 初撑力 的方 法探讨 [ J ] 煤 矿机 械 ， 2 0 0 5， 2 6 1 1 7 6 7 8 ． [ 4 1 5 E J ． 姜金球 ． 翟 京． 立柱 单向阀震动控 制方法研究及试 验系统 模 型分析 [ J ] ． 液压 与气动 ， 2 0 0 5 7 5 3 5 6 ． - [ 5 ] 王建生 ， 廖 振方 ， 高有进．液压支架增 压器技 术参数 的确 定 [ J ] ． 堡 垫 f 二 作者简介 于洋 1 9 8 3 一 ， 2 0 0 6年毕业 于沈 阳工业 大学 学士 学位 。 现工作于三一重型装备有公司 ， 主要从事煤矿机械 液压传 动 与控制的设计与研发工作 ， 电子信箱 y u y r3 s a n y ． t o m． c n ． 一 5 3一 责任编辑 卢盛春收稿 日期 2 0 0 9 0 9 2 9