液压支架初撑力保证液压阀的研究.pdf

第 4期 总第 1 4 9 期 2 0 0 8年 8月 机 械 工 程 与自 动 化 M E CHANI CAL ENGI NEERI NG AUT0M AT1 0N No． 4 Aug． 文章编 号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 0 8 0 4 - 0 1 5 9 - 0 2 液压支架初撑力保证液压 阀的研 究 张宏 明 同煤大唐塔 山煤矿有限公 司，山西 大 同0 3 7 0 0 3 摘要 介 绍了 C C F C型初撑 自保 阀的系统原理 ， 指出了其不足之处 ， 提 出了用 D C F --P Z 2 0 0 ／ 4 0型初撑操纵 阀 可以有效地使立柱活塞腔 内液体压力达到额定初撑力 。 关键词 液压支架 ；初撑力 ；液压 阀 中图分类号 TD 3 5 5 ． 4 文献标 识码 A 0 引言 初撑力是液压支架的主要技术参数之一 ，它对有 效地 管理顶板和保证支架 的稳定具有 十分重要 的意 义。支架对顶板的支撑力是靠支柱活塞腔内液体静压 力实现的，支架支设过程中，当立柱活塞内液体达到 管路 工作 压力 时 的初撑 力称 为额 定初 撑力 。在 实际工 作中，由于主观因素所致 ，不能保证支架初撑的必要 时间，工人随意调定初撑力 ，特别是当支护速度低于 回采速度时 ，支架实际上只是撑开到顶梁与顶板开始 接触 的地 点 ， 造 成对 矿 山压力 显现 特征 的不 良影 响 ， 从 而减小支架的使用范围l_ 1 ] 。为了消除人为因素， 必须 应用初撑力 自动保证系统 ，以下着重介绍两种 自保系 统 。 1 C C F C型初 撑 阀 自保 系统 1 ． 1 C CFC型初撑 阀 系统 原理 此 初 撑 力 自保 系统 主 要 是 加 设 了一 个 初 撑 阀 机 构 ，即 C C F C型初撑阀。为了保证初撑力 ，采用独立 的高压小流量泵供液 。z z S 6 O 0 0 ／ 1 7 ／ 3 7 A型支撑掩护 式液压支架及 z F S 6 O 0 0 ／ 2 2 ／ 3 5型放顶煤液压支架就 采 用 了这一 系统 ，系统 的连 接见 图 1 。 初撑阀由一个液控二位二通换 向阀、单向阀 K组 成 ，为了实现一阀二柱初撑保证作用 ，在 D 口连接另 一 单向阀 J ， 再接于另一支柱下腔 。 其工作原理是 ；当 操纵 阀升柱时，液体压力作用于二位二通换向阀，其 由关位变为通位， 使连接 c口的压力油经单向阀 K、 J 持续地引至立柱活塞腔，直至立柱活塞腔压力高于管 路压力后 ，由单 向阀切断立柱与泵的连接；降柱时立 收稿 日期 2 0 0 7 1 2 - 0 4 ；修回 日期 ；2 0 0 8 0 3 1 9 作者简介 张宏明 1 9 7 0 一 ． 男 ． 山西应县人 ， 高工． 本科 。 柱活塞腔通 回液 ，利用操纵阀降柱 ，由液体压力使二 位二通换向阀由通位变为关位 ，之后，与一般的降柱 系统 相 同 。 此系统 的持续供液解决了人为因素的影响，然而 工作面有时不易使用初撑保证系统 ，如 当支架上方 冒 空或部分接顶需要处理事故 ，或在工作面遇到特殊生 产地质条件以及支架需要调整 时， 应停止 自动初撑 ， 恢 复一般初撑。 在实际中此系统不能很好地做到这一点， 当升柱手柄开启后 ，初撑力保证系统便开启供液 ，且 状态一直延续 ，直到反 向降柱操纵时关 闭。如果想调 整 支架 至某一 指定 高度 时 ，必须 反复 切换操 纵 阀才能 做到，这样就给操作带来了一定的麻烦 。 图 1 CCF C 型 初 撑 阍 系统 的 连 接 1 ． 2井下观 测结果 我们对 z F S 6 O 0 0 ／ 2 2 ／ 3 5型放顶煤液压支架 系统 进行了观测 。该支架刚下井时，系统基本正常 ，待使 用一个月后 ，该系统 出现了一些问题 ，主要表现在两 个方面①移架及拉后溜动作缓慢，有些拉不动的感 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 6 O 机 械 工 程 与 自 动 化 2 0 0 8年第 4期 觉，跟不上采煤机电牵引速度；②操纵阀手柄在中立 位置有串液声 。 处理问题时 ， 首先怀疑操纵阀串液 ， 拆检操纵阀， 发现并无损坏 ，装好操纵阀恢复供液 ，问题仍然没有 解决 。 最后停止初撑阀供液系统 ， 则 系统恢复正常。 由 此得出是初撑阀损坏 ， 其串液是由于密封副失效所致， 泄漏液体进入操纵阀的工作腔 ， 使操纵阀有串液声 ； 由 于建立不起压差 ，导致整个系统压力不足 ，使移架启 动显得缓慢 ， 且达不到初撑力要求。 为了不影响生产 ， 矿方决定井下所使用 的初撑系统全部拆 除。 该 系统 的 关 键 问题 在 于 C C F C型 初 撑 阀 的稳 定 性 ，只有提高该阀的性能、结构及加工精度等 ，系统 才能得以完善 。 下面介绍的系统则可以不用初撑阀 ， 直 接由操纵阀 自身的结构来实现初撑功能。 2 DC F--P Z 2 0 0 ／ 4 0型初撑操纵阀系统 2 ． 1 复位机 构 初撑操纵阀的结构见图 2 ，操纵阀 自身有 自锁功 能 ，即手柄搬到工作位后 ，利用操作机构的凸轮、压 块等可以锁定手柄 ，而不需人工持续操作 。为了达到 初撑功能，在操纵 阀内设置了复位机构 ，此机构主要 由顶杆、阀芯、阀座、移动导套 、复位弹簧、调定螺 钉等组成 ， 其密封腔与操纵阀升柱腔的工作 口连接 ， 而 与另 一工 作 口不通 。 l 3 4 5 6 7 l 一顶杆 ；2 - -复位弹簧 ；3 - - - 移动导套 ；4 一阀芯 ； 5 一阀座 ；6 一调定螺钉 ；7 一背母 ；8 ～凸轮 ；9 ～ 压块 ； l o 一 手柄 ；M～密封腔 ；P 一 高压 口；A一工作 口 图 2 D C F --P Z 2 0 0 ／ 4 0型初撑操纵 阀的结构 其工作原理为 操纵阀在 中立位时，液体压力封 闭于 P口处 ；当手柄搬向升柱侧时，液体同时进入复 位机构密封腔和工作 口A处 ， A 口压力与工作腔压力 相等，此压力作用于阀芯上；当压力超过复位机构弹 簧所调定的压力时， 阀芯推动顶杆运动， 使手柄复位。 2 ． 2 初 撑 力 的调 定 根据不 同地质条件 的要求需 调定不 同的初撑力， 此阀的关键在于初撑压力的调定，通过调定螺钉调整 移动导套以控制弹簧的伸缩量 ， 从而调定不同的压力。 以调定 2 6 MP a压力为例 ， 如图 2所示 ， 根据复位 弹簧 的行程预先调整移动导套使 弹簧力超过 2 6 MP a ， 此时开始供液，待压力达到 2 6 MP a时 ， 切断供液， 再 慢慢调松调定螺钉 ， 直到手柄 自动复位 。 卸载压力后 ， 再反复供液 3 次 ，进行微调，使操纵 阀手柄在压力为 2 6 MP a时准确复位 ， 则此阀的初撑力为 2 6 MP a ， 最后 用背母拧紧螺钉防松 。 2 ． 3初撑 操 纵 阀 系统原理 图 3为初撑操纵阀系统原理。当操纵阀手柄打到 升柱位置 图 3中为左侧 时 ，手柄 自锁 ，工人可 以到 下一架继续升柱；而液体通过液控单向阀持续供给立 柱活塞腔 ，同时液体也作用于初撑操纵 阀复位机构的 密封腔。待立柱活塞腔压力高于管路压力后 ，操纵阀 也达到了初撑调定压力 ，则手柄在复位机构 的驱动下 自动复位 ，切断立柱活塞腔与高压 口P的连接。降柱 时， 手柄打到右侧位置， 立柱活塞杆腔通高压口P， 立 柱活塞腔通回液 口O，与一般降柱系统相同。 图 3初 撑 操 纵 阀 系 统 原 理 此系统简单可靠 ，可以实现连续升柱 ，而不必人 工去复位操纵 阀手柄 ， 单从升柱方面就节省了时间， 符 合高产高效工作面的要求。此阀也可作为普通操纵 阀 使用，即使复位机构偶尔不灵活，也 只是失去 自保功 能而不影 响整阀的其它功能 ，更不会导致系统压力不 足 ，可以适应各种复杂地质条件的要求。 3结束 语 上述两种系统都可以起到 自动初撑保证的功能， 避 免了人为主观因素的影响。 前者由于C C F C型初撑阀的 制造、结构等因素的影响， 制约了其初撑系统的综合性 能；而后者系统结构简单 ， 初撑操纵阀 自身就可以达到 自保功能， 全工作面支架的升柱可以无间隙地进行 ， 所 以此阀在初撑系统上有很大的推广应用价值。 参考文献 [ 1 ]明平 美 ， 邓 乐 ， 杨 圣奇． 液压 支架 柱 初撑 力不 足的原 因 分 析 [ J ] ． 焦作 工学 院 学报 自然 科 学版 ， 2 0 0 2 ， 2 1 2 15 3 1 56 ． [ 2 ] 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 ． 英文 摘要 转第 1 6 3页 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 0 8年第 4期 机 械 工 程 与 自 动 化 1 6 3 轴的接触面两侧的单元上，主要是因为阶梯尺寸突变 产生的应力集 中，接触面沿轴向大部分区域应力迅速 衰减到 1 5 7 MP a 左右 ，这也是符合圣维南定理的，能 够 保 证 电 机 转 子 衬 套 大 部 分 接 触 区域 应 力 值 在 1 8 2 MP a 2 3 3 MP a ；主轴相对承受 比较小的应力 ，但 内 孔 表 面 仍 然 有 比较 大 的 应 力 ；最 大 变 形 量 为 0 ． 0 4 1 l mm， 在 电主轴的径向跳动误差范围以内， 出现 在主轴两过盈接触面之间，对总体的动平衡精度影响 不大 。总的分析结果与理论结果相差不大 ，最大值小 于材料的许用应力 ] 一2 ． 8 7 1 0 8 P a ， 高速电主轴在 设计最高转速下能够安全使用，并且过盈配合在高速 转动下联接可靠。 图 3 静 态 应 力 云 图 4结论 本文利用解析法确定了过盈量 ，并用有限元分析 软件给出了阶梯过盈联接的应力分布，得 出的应力分 布合理，能够可靠地进行电主轴的高速联接传动。有 限元分析的计算结果与理论计算结果非常接近 理论 值最大应力为 2 4 9 ． 3 4 MP a ， 在 1 O 以内 ， 能够满足设 计要求。另外利用有限元法可准确 了解零件应力和变 形的大4 、 和位置，为过盈配合的联接强度分析和优化 设计提供 了可靠的理论依据 。 图 4 动 态 应 力云 图 参考文献 E l i 马平 ， 张伯霖 ， 李锻能 ， 等． 高速机 床电主轴过盈配合量计 算 [ J ] ． 组合机床 与 自动化 加工技术 ， 1 9 9 9 ， 1 8 3 1 2 1 4 ． 11 2 ] 汪星桥 ， 盛伯浩 ， 遇立基 ． 机床设 计手册 第 3 册 I- M] ． 北 京 机械 工业 出版社 ， 1 9 8 6 ． [ 3 ] 刘鸿文． 材料力学 I- M] ． 北京 高等教育出版社 ， 1 9 9 5 ． [ 4 ] 刘 国 庆 ， 杨 庆东 ． ANS Y S工 程应 用教 程机 械篇 I- M] ． 北 京 中国铁 道出版社 ， 2 0 0 3 ． De s i g n a n d Ve r i f i c a t i o n o f t h e I n t e r f e r e nc e Fi t f o r t he El e c t r o s p i n dl e GU J i n g - j i a n g， CUI Zh a o - x i a， LI Xi me i ， Z HANG Qi n x i a I n n e r Mo n g o l i a Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y， Hu hh o t 0 1 0 0 5 1 ， Chi n a Ab s t r a c t El e c t r o - s pi n dl e i s a c r i t i c al uni t of t he h i g h s p e e d mac h i n e t oo l ， t he i nt e r f e r e nc e f i t be t wee n t he s p i n dl e a nd mot o r r ot o r i s on e of t he mos t i m p or t a n t f a c t or s i nf l ue nc i ng t he p e r f o r ma nc e of t he s pi n dl e uni t ．I n t hi s p a pe r， t he i n t e r f e r e n c e f i t be t we e n t he s pi nd l e a nd m o t o r r o t o r i s de t e r mi ne d o n t he b a s i s o f t he t r a d i t i on al t he o r y， a nd ve r i f i e d b y u s i n g f i ni t e e l e me n t an a l y rs i s me t ho d ，by whi c h t he s t r e e s an d s t r ai n ar e a na l y z e d． Ke y wor ds e l e c t r o s pi nd l e； i n t e r f e r e nc e f i t ； f i n i t e e l e me nt a na l ys i s 上接 第 1 6 0页 Re s e a r c h o n S e t t i ng Lo a d Gua r a n t e e d H y d r a u l i c Va l v e o f Po we r e d S u pp o r t ZHANG Ho ng - mi n g To n g me i Da t a n g Ta s h a n Co a l M i n e Co ． Lt d ．， Da t o n g 0 3 7 0 0 3 ， Ch i n a Ab s t r a c t S y s t e m t h e o r y o f CCF C t y p e s e t t i n g g u a r a n t e e d v a l v e wa s i n t r o d u c e d， wh o s e d e f e c t wa s i n d i c a t e d ．And t he n t he pa pe r p ut f o r wa r d D C F-- P Z 2 0 0 ／ 4 0 t y p e s e t t i n g g u a r a n t e e d o p e r a t i n g v a l v e wh i c h c o u l d a v a i l a b l y ma k e t h e p r e s s u r e o f l e g p i s t o n c a v i t y a c hi e v e r a t i ng s e t t i n g l oa d． Ke y wo r ds po we r e d s u ppo r t ； s e t t i n g l o a d； hy dr a ul i c va l v e 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m