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液 压 气 动 与 - ／ 2 01 4年 第 0 4期 d o i l 0 ． 3 9 6 9 ．is s n ． 1 0 0 8 - 0 8 1 3 ． 2 0 1 4 ． 0 4 ．0 2 1 Z F 1 3 0 0 0 ／ 2 5 ／ 3 8 D液压支架系统故障分析 赵宝珍， 刘进锋， 王 宾 山西平 阳重工机械有限责任公司 煤机产品研究所 ， 山西 侯马0 4 3 0 0 3 摘 要 Z F 1 3 0 0 0 ／ 2 5 ， 3 8 D高端放 顶煤液压支架在井下使用 时立柱油缸上腔发 生批 量涨缸 。 液 压操 作系统失灵 ， 致使液压支 架不能正 常 使用 ， 由于产生故障的原因不明确 ， 无法进行设备 的修理 ， 影响了工作面的正常采煤 。针对液压系统的现场故障现象 。 我们对液 压系统 进行 了详细的分析 ， 并在工厂现场实际模 拟了液压系统 ， 故障现象与井下实 际情况相符 ， 得出了产生故障的原 因， 为设备 的修复 提供 了 理论依据 关键词 高端液压支架 ； 液压 系统 ； 油缸 ； 涨缸 ； 操纵阀 中图分类 号 T H1 3 7 ； T D 3 5 5 文献标 识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 4 0 4 0 0 7 0 0 3 F a i l ur e Ana l y s i s o f Hy d r a u l i c S y s t e m f o r t he ZF1 3 0 0 0 ／ 25 ／ 3 8 D Po we r e d S u pp o Z HA0 Ba o - z h e n， L I U C o a l Ma c h i n e r y R e s e a r c h I n s t i t u t e ， S h a n x i P i n g y a n g _ n g， WANG Bi n I n d u s t r y Ma c h i n e ry C o ． ， L t d ． ，H o u ma 04 3 0 0 3 ， C h i n a Ab s t r a c t Ba t c h o f c y l i n d e r c a v i t y e x p a n s i o n w h e n u s i n g i n mi n e o f Z F1 3 0 0 0 ／ 2 5 ／ 3 8 D c a v i n g h y d r a u l i c s u p p o r t ， h y d r a u l i c o p e r a t i n g s y s t e m f a i l u r e， wh i c h c a u s e p o we r e d s u p p o r t s t o p wo r k i n g ． D u e t o t h e r e a s o n s o f t h e f a i l u r e i s n o t c l e a r ， c a n t t o r e p a i r t h e e q u i p me n t ， a ff e c t t h e n o r ma l c o a l mi n i n g i n t h e wo r k i n g f a c e ． T o t h e f a i l u r e p h e n o me n o n o f h y d r a u l i c s y s t e m，we h a v e c a r r i e d o n t h e d e t a i l e d a n a l y s i s o f t h e h y d r a u l i c s y s t e r ff i n d o u t t h e c a u s e s o f f a i l u r e ，a n d s i m u l a t e s t h e a c t u a l h y d r a u l i c s y s t e m f a i l u r e i n t h e f a c t o r y ，t h e f a i l u r e p h e n o me n o n i s c o n s i s t e n t wi t h mi n e a c t u a l s i t u a t i o n ， I t i s c o n c l u d e d t h a t t h e c a u s e s o f f a i l u r e ， Wh i c h p r o v i d e t h e t h e o r e t i c a l b a s i s f o r e qu i p me n t r e pa i r ． Ke y wo r d s a d v a n c e d p o w e r e d s u p p o r t ； h y d r a u l i c s y s t e m ； c y l i n d e r ； c a v i t y e x p a n s i o n； o p e r a t i n g v a l v e 0 引言 液压 支架是综合化机械采煤工作 面的支护设 备 ． 收稿 日期 2 0 1 3 0 9 2 2 作者简 介 赵宝珍 1 9 5 6 一 ， 男 ， 山西侯马人 ， 高级工程 师 ， 学士 ， 主要研究 方向为液压支架设计 。 它主要 由金属结构件和液压系统组成 ．操作液压 系统 可完成支架 的各种动作 ．液压系统 中的立柱是支架 的 主要承载件 ．立柱损坏后就可能造成采煤工作面的垮 塌 ， 严重 的还可能造成人员 伤亡 。Z F 1 3 0 0 0 ／ 2 5 ／ 3 8 D高 端放顶煤液压支架 ．下井后使用不久 ．出现 了控制 阀 操作失灵 ．立柱涨缸损坏等问题 ，多方人员到现场分 h o l d o n； t e x t X i n d Ma x Y ， m a x Y - 0 ． 1 ， “ t h e m a x ； t i t l e [ F h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n f o r c e a n d d i s p l a c e me n t ， a n d t h e m ax p r e s s i s i n ， n u m 2 s t r x i n d MaxY ， “ , , n u m2 s t r maxY ， ， 1 由于数据源的数据密度足够大 ．所 以得 出的散点 图已经可以看成一条推力与位移关系的曲线 ．完成 了 本试验 台的测试工作。 3 结束语 本 文 提 出 了 一 种 基 于 V C 6 ． 0 、 C 5 1单 片 机 和 MA T L A B软件 的直动式 电磁铁推力与位移关 系的计算 机测控系统设计 ． 自动化程度高 ， 测试方便 。利用测试 系统对阀用 电磁铁进行测试 。如果再参考阀的开启力 70 曲线 ． 即可分析电磁铁的负载匹配 对于阀用 电磁铁的 设计和可靠性分析有参考意义 参考文 献 【 1 】 李勇， 丁凡， 等． 电磁铁力 特性测试 系统的研究[ J ] ． 传感 技术学 报， 2 0 0 7 ， 2 0 1 0 2 3 5 3 2 3 5 6 ． 【 2 】 卢新波， 谢 宪旺， 等． 电磁铁 相关技术 参数的分析 【 J J ． 液 压气动 与密封， 2 0 1 0 ， 1 1 3 6 3 8 ． 【 3 】 董 晓庆 ， 黄杰贤， 等． 步 进电机驱动 器的关键技术 研究【 J 】 ． 单片 机与嵌入式系统应用， 2 0 0 8 ， 6 1 1 4 1 7 ． 『 4 1 许宜 申， 朱欣华 ． 基于 V C 6 ． 0的 P C机 与单 片机之间的 串行 通信[ J 1 ． 现代 电子技 术， 2 0 0 3 ， 5 6 1 1 ． f 5 1 陈晓齐， 周 克宁， 等． 基 于虚拟仪器 的电磁铁 静态性 能测试 系 统f J 】 ． 液压气动与密封， 2 0 1 0 ， 4 2 3 2 5 ． 『 6 1 喻宁宁， 张志伟， 等． 基于 L a b VI E W 的 比例 电磁铁 力一 位 移特 性测试系统的设计和实现[ J ] ． 工业控制计算机， 2 0 1 2 ， 2 5 1 0 ． Hv d r a u l i c s P n e u ma t i c s＆ S e s ／ No ．0 4 ． 2 0 1 4 液控单 向阀 液控单向阀 交替阔 安全 阀 交替阀 安全阀 图 1液压系统图 析 ． 得不 出统一 的结论 ， 致使设备不能完全排 除问题 ， 严重地影响了工作面的正常采煤 。我们通过现场发生 的故障现象 ， 对相关联 的管路 、 阀、 立柱进行 了拆解检 验 ． 找 出 了 问 题 的原 因 。 并 实 际 模 拟 了井 下 现 场 液 压 传 动 ． 论证 了分析 的结果 。 为井 下设备修 复提供 了完 整 的方 案 1 液压 系统分析 Z F l 3 0 0 0 ， 2 5 ／ 3 8 D放顶煤液压支架配置了四根缸径 3 2 0 ram的立柱 ． 分前后排布置 ， 分别 由两 片 F H S 4 0 0 升流量的操纵 阀进行控制 ， 完成升柱降柱的动作 ， 泵站 供液压力为 3 1 ． 4 MP a 。 从图 1可以看出 ． 当操作操纵 阀进行升柱时 ， 液体 通 过操纵 阀 ， A， C管路 ， 交替单 向阀 ， 液控单 向 阀进入 立柱下腔 。 立柱升起 。 立柱上腔液体通过 B， D管路 ， 液 控单 向阀 。 交替 阀 ， 操纵 阀 ， 回液断路阀回到主 回液管 路 ，当操作操纵 阀进行降柱时，液体通过操纵 阀， B， D 管路进入立柱上腔 ， 同时打开液控单 向阀 ， 立柱下 降 ， 立柱下腔液体通过液控单向阀。 交替 阀， E管路 ， 回液断 路阀直接 回主回液管路 ． 四根立柱下腔同时进液时 ． 四 根立柱支撑顶梁上升 ． 与工作 面顶板接触 ， 当立柱下腔 液体压力升高到泵站压力 3 1 ． 4 MP a ． 这时液压支架支撑 力达到 1 00 9 6 k N． 液控单 向阀关闭， 立柱下腔处 于封闭 状态。 当工作面顶板来压时 ， 立柱下腔液体压力升高 ， 达 到 4 0 ． 4 3 MP a ． 这时液压支架支撑力达到了 1 3 0 0 0 k N， 安 全阀开启 ， 支架卸载 ， 保护支架结构件不被损坏。 2 立柱上腔涨缸计算 Z F 1 3 0 0 o ／ 2 5 ， 3 8 D 支架下井使用不久 ． 出现了升柱操 作失灵 ， 立柱升不上去 ， 为了保证工作 面顶板不垮塌 ， 进行强行升柱 ， 造成立柱上腔涨缸 ， 导向套脱 出。立柱 结构见图 2 下腔 上腔 导向套 图 2立柱 结构 图 当立柱下腔进液 时 ． 推动活塞向上升起 ． 立柱 向上 的作用力。 - 3 1 -4 孚 3 1 -4 2 5 2 4 k N 当立柱上腔 回液不通时 ， 立柱下腔进液 ， 活塞处 于 平衡状态 。 立柱 下腔 的液体压力达到 3 1 ． 4 MP a 。 立柱上 腔的液体压力 A 堕 1 4 3 7 2 ．8 1 7 6 MP ap l 面 式 中p 泵站供液压力 MP a ； p 1 立柱上腔压力 MP a ； A立柱下腔活塞面积 m mz A。 立柱上腔活塞杆面积 ram ； 液 压 气 动 与 密 J ／ 2 0 1 4年 第 0 4期 』 4 厂立柱 上 腔环 形面 积 mm 2 ； D 立 柱 缸径 m m ； D 立 柱杆 径 mm 。 立 柱 上 腔 缸 筒 最 薄 壁 厚 2 1 mm．缸 筒 材 料 2 7 S i Mn ， 调质处理 HB 2 4 0 ～ 2 8 0 ， o - s 8 5 0 MP a ， 立 柱上腔 所能承受最大液压力 p 1 1 2 MPa 从以上计算可以看出 ． 立柱上腔 回液不通时 ， 下腔 进液 ． 上腔最高压力可达到 1 7 6 MP a ． 超 出了立柱上腔 缸筒的设计强度 ． 致使立柱涨缸损坏。 3 立柱上腔 回液故障分析 从 图 1 可 以看出 ．与立柱上腔 回液有关联的液压 元件 ， 有 高压胶管 、 液控单 向阀、 交替 阀、 操纵阀 、 回液 断路 阀． 现场情况是可 以降柱 ． 不能升柱 。 这就排 除了 液控单 向阀 、 交替 阀、 回液断路阀的问题 ， 回液 系统 中 只剩操纵 阀， 结构见图 3 。 弹簧阀芯封口1 封11 1 2螺钉压块 凸轮 手柄 A B 进 投 IZ l 回渡 口 图 3操 纵 阀图 A 口接立柱上腔 ． B口接立柱下腔 ，当操纵 阀手柄 处于 中位时 。 封 口 1关 闭 ． 阻止液体进入立柱 上下腔 ， 封 口2打开 。 立柱上下腔回液畅通 。 但立柱下腔液体被 液控单下阀锁住 ． 立柱下腔不会 回液 。 处 于静 止状态 。 当进行升柱操作时 ， 操纵 阀手柄下压 ， 带动凸轮 ， 压块 ， 下封 口2 ， 阀芯 向左边运动 ， 打开封 口 1 ， 液体通过进液 口， 封 口 1 ， 阀芯 ， B V I 进入立柱下腔 ， 推动活塞上升 ， 立 柱上腔 的液体通过 A 口。 阀芯 。 封 口 2 。 回液 口回到主 回液管 ， 从 图 4可 以看 出， 立柱 上腔回液不通 ， 可能是 封 E l 2打不开 ． 拆解操纵阀发现封 V I 2螺钉松动 ， 旋出 有 4 m m左右 ， 进入阀芯 。 见图 5 。 可 以看出． 螺钉松动旋出后进人阀芯 口， 螺帽与阀 芯通道间隙为 0 ． 5 mm左右 ． 对 回液形成堵塞 ， 致使立柱 上腔压力升高 ， 超出立柱设计强度 ， 造成涨缸 。 回液液体在流动时有可能产生左旋 和右 旋运动 ． 如果封 口 2封 闭， 液体到达封 V I 2后液体静止 ， 与螺钉 帽不会产生摩擦螺旋力使螺钉松动．当封 口 2没有封 7 2 死 ， 有液体流过时 ， 旋 动液体 与螺钉 帽产生摩擦力 ， 使 螺钉旋 出． 螺钉是右旋螺纹 ． 只有左旋流动液体才有可 能把螺钉旋出 ． 左旋流动液体是怎样产生的呢 ． 经过拆 解 阀分析 ， 发现 弹簧是左旋簧 ， 回液经 过弹簧时 ， 顺着 弹簧螺旋角流动 。 产生 了左旋流动液体 ． 到达封 I S l 2与 螺钉帽和螺钉帽一字槽产生作用力 ． 使螺钉旋出。 A B A B 弹簧阀芯 封 口1螺钉 封 13 2压块凸轮 进液 口 回液 口 手柄 图 4操纵 阀升柱位置图 弹簧阀芯封口l 封 11 2螺钉 压块凸轮 进蔽 IZ l 回液口 手柄 图 5操纵 阀故障图 4 结论 可 以看出 ．造成立柱涨缸的原 因是操纵 阀结构设 计不合理 。 在使用中出现 了堵塞现象 ． 致使立柱上腔涨 缸 ， 通过对故 障的分 析 ． 为以后操纵阀设计提供了理论 依据 。 在阀设计 中要考虑弹簧要避开液体通道 ． 不管是 左旋还是右旋液体 ， 对系统都要产生影响 ． 另外螺钉不 能开一字槽 。 防止旋转液体和它产生较大的作用力 ， 为 安全起见 ． 在回液系统中安装一安全 阀． 可 以有效地保 护立柱 ， 避免因立柱损坏而造成的经济损失。 参考文 献 ⋯ 1 王 国法． 液压支架 技术【 M 】 ． 北京 煤炭工业技术出版社， 1 9 9 9 ． 【 2 】 王 国法 ， 等． 液压支 架控制 技术【 M】 ． 北京 煤炭工 业技 术 出版 社 ． 2 0 0 6 ． 【 3 】 丁绍南． 液压 支架设计[ M 】 ． 北京 世界图书 出版公 司， 2 0 0 8 ． [ 4 】 雷天觉 ． 新 编液压工 程手册【 M】 ． 北京 北京 理工 大学 出版社 ， 2 0 0 5 ． [ 5 】 李国军． 煤矿 矿山 综采液压支架[ M】 ． 北京 中国煤炭出版社， 2 00 8．
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