单体液压支柱压力变化分析与快速检测的研究.pdf

液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 01 2年 第 8期 单体液压支柱压力变化分析 与快速检测的研究 何 建 ， 席振 宇 1 ． 重庆天府矿业有限责任公司机电设备分公司 ， 重庆4 0 1 5 3 5 ； 2 ． 重庆千牛建设工程有限公司 ， 重庆4 0 0 7 0 0 摘要 该文阐述 了单 体液压支柱密封质量检测的现状 ， 对 支柱压力变化进行了详细分析 ， 为支柱快速 检测 和矿井安 全支护提供 了科 学依据。 关键词 压降 ； 保 压； 密封 ； 快速检测 中图分类号 T H1 3 7 ． 5 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 2 0 8 0 0 3 4 0 3 S i n g l e Hy d r a u l i c Pi l l a r ’ s Re s e a r c h a b o ut Pr e s s u r e Ch a n g e s An a l y s i s a n d R a p i d De t e c t i o n HE J i a n， Xl Z h e n - y u 1 ． T i a n f u Mi n i n g C o m p a n y E l e c t r i c a l a n d Me c h a n i c a l E q u i p m e n t D i v i s i o n ， C h o n g q i n g 4 0 1 5 3 5 ， C h i n a ； 2 ． Q i a n n i u C o n s t r u c t i o n E n g i n e e r i n g C o ． ， L t d ． ，C h o n g q i n g 4 0 0 7 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t T h i s a r t i c l e e x p o u n d s t h e p r e s e n t s i t u a t i o n o f s i n g l e h y d r a u l i c p i l l a r s e a l q u a l i t y t e s t i n g， a n d a n a l y s e s t h e c h a n g e s o f p i l l a r p r e s s u r e d e t a i l e d l y ． I t p r o v i d e s t h e s c i e n t i f i c b a s i s f o r t h e p i l l a r ’ r a p i d d e t e c t i o n a n d mi n e s a f e t y s u p p o r t ． Ke y wo r d s p r e s s u r e d r o p； h o l d i n g p r e s s u r e ； s e a l ； r a p i d d e t e c t i o n 1 单体液压支柱密封质量检测的现状 目前 ， 单体液压支柱 已在我 国大、 中型煤矿采煤工 作面普遍应用 ．随着 国家对煤矿安全管理 的进一步加 强 ， 全国大 、 小煤矿将逐步淘汰摩擦支柱 ， 开始使用单 体液压支柱。单体液压支柱的密封性能检测 ， 关系到支 护的可靠性和矿井 的支护安全。 我厂 已有十几年单体液压支柱修理历史 ．对购进 的新支柱 ， 厂内大 、 中型支柱密封性能的检测 ， 分别按 MT 1 1 2 9 3 矿用单体液压支柱 和 MT ／ T 5 4 9 1 9 9 6 单体 液压支柱维修规范 的规定 中， 有关单体液压支柱密封 性能出厂试验要求与方法 ， 进行全检 修理支柱每根检 测 和抽检。其中 ， 密封性能试验规定 ， 短时密封试验 稳压 2 ra i n不得有压降 ； 长时密封试验 稳压 4 h不得有 渗漏。 检测方法一 采用刚性 固定框保压架 ， 对支柱作长 时密封检测。 其方法是用 1 ． 5级精度支柱检测压力表检 测初撑压强和终止压强 ，在稳压 4 h无渗漏 的状况下 ， 收稿 日期 2 0 1 2 0 3 0 7 作者简介 何建 1 9 6 8 一 ， 男 ， 四川 巴中人 ， 工程师 ， 本 科 ， 主要研究 方向为 矿井液压支护。 3 4 受侧 向力不倒柱 ． 为合格 。 检测方法二 采用 D K 一ⅡB型单体液压支柱检测 仪进行单体液压支柱密封性能检测 。为了提高支柱密 封质量 的可靠性 ， 采用延长支柱的检测时间 ， 由规定 的 2 mi n延长至 2 0 mi n ． 为短时密封测试的 l 0倍 ， 压降率 3 ． 5 ％ 。 为合格 。 为达到快速检测 目的，在支柱密封质量完好的前 提下 ． 通过试验和分析找出检测时间与压 降的规律 ， 提 出科学依据。 2 漏液量与压降的关系 在矿井支护中支柱 的动密封部位存在微量渗漏 ， 研究漏液量与压降的关系 ，对支柱密封质量判定有重 要 的指导 意义 。 选 2根合格新支柱进行试验 。用 D K 一1 1 B型单体 液压支柱密封质量检测仪检测其初撑压强和终止时压 强 ， 计算压降与漏液的关系。实验方法 将支柱支设在 检测架上 ， 用注液枪 注液 ， 检测初撑压强 ， 记录数据 ； 通 过调整 自动卸载阀螺丝 ， 使支柱漏液 ， 用量筒收集漏出 的液滴 ， 到预定数量旋 紧卸载螺丝 。 检测终止 时压强 ， 每根支柱做 4次试验 ， 检测重复性 ， 通过漏液量计算与 Hv d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ No ． 8 ． 2 0 1 2 压降的关系。试验原始记 录见表 1 。 表 1 试验原始记录 试验原始记录 了 1 、 2 支柱进行 的 8次测试 ， 通 过漏液量计算出压降系数为 0 ． 1 3 8 8 M P a ／ mL 。经测试和 观察 ， 当初撑压强为 2 ． 6 7 4 MP a时 ， 漏液量 高达 1 6 m L， 残 留压强为 0 ． 4 3 4 MP a ， 仍不会倒柱。试验表明 支柱 的 动密封部位在支护过程中产生缓慢渗漏 ，只需给予定 时补液复升 ， 即可保持其平衡关系。 3 新 、 旧支柱平 均保压 的规 律 3 ． 1 新 支柱 平均 保压 曲线 选择 2 0根新支柱 ， 1 一 l 0号用 1 ． 5级精度支柱检测 压力表检测 1 l ～ 2 0号用 D K 一1 I B型单体液压支柱密封 质量检测仪检测 。试验方法 两种检测方法 的支柱注液 上试验架 。 初撑压强控制 到 2 MP a ， 偏高的和偏低的通 过三用阀卸载、 注液枪补液增压。每小时进行一次检测 和观察 ， 结果如图 1 所示。 图 1 新 支 柱 平均 保 压 曲线 图 1所示 。点划线代表用 D K 一1 1 B型检测仪检测 结果 ， l l 一 2 0号平均保压的压降率 曲线 压降率 p p 厂 p 2 ／ p x 1 0 0 ％ 。 点划线表明 开始初压下降明显 ， 这与排 除支柱 中的空气有一定 的关系 ， 6 0 mi n观察压 降率为 2 ． 8 ％． 之 后平 稳过 渡 ， 1 8 0 mi n后 略有 回升 ， 到 2 4 0 mi n观 察压降率为 2 ． 7 ％，这说明合格的新支柱存在渗漏其渗 漏量甚微 1 8 0 mi n后压力 回升 ， 这与试验场所温度升高 有直接关系。水 的热膨胀系数为 2 ． 1 x l 0 0 ～ 1 0 0 ， 膨 胀量的大小与支柱内腔容积有关 ，以 D Z型 2 ． 5 m缸径 1 0 0 ra m支柱为例 ， 当液体注人 ， 升柱到预 留 l O O m m达 到极 限行程 ，温度 升高 1 ℃支柱 腔工 作液 体积 膨胀 2 ． 1 0 6 m L。 随温度的升高支柱压力 回升 ， 反之则下降。 实线代表用 1 ． 5级精度支柱检测压力表检测的结 果 ， l ～ l 0号平均保压的压降率曲线 。从实线表明 开始 初压下降明显 ， 这与排 除支柱中的空气有一定的关系 ， 6 0 m i n观察 压降率 为 1 0 ． 7 ％之 后平稳 下滑 ， 1 8 0 mi n到 2 4 0 ra i n观察压 降率仅为 1 3 ％，反映出支柱检测压力表 与 D K 一1 1 B型检测 的结果 曲线有一定差异 ， 这与 1 ． 5级 精度支柱检测压力表检测 时漏 出液体有 一定的关系 ， 但显示压降规律基本一致。 3 - 2旧支 柱平 均保 压 曲线 旧支柱各部位有磨损和锈蚀 ，实际上修理 出来的 支柱难 以达到新支柱的密封性能。因此 ， 对旧支柱平均 保压性能的检测有更为重要的意义。 本试验挑选修理后经密封检测性能稳定的支柱 1 0 0 根． 用 DK -ⅡB型单体液压支柱密封质量检测仪测试。 试 验方法 支柱分批次注液上试验架， 压力控制到 2 MP a ， 偏 高的和偏低的通过三用阀卸载 、 注液枪补液增压。 第一次 检 测 和 观 察 的 时 间 为 5 ra i n ．依 次 为 2 0 mi n 、 3 0 mi n 、 6 0 m i n 、 9 0 ra i n 、 1 2 0 m i n到 1 8 0 m i n ， 结果如图2所示 。 图 2 1日支 柱 平 均 保 压 曲线 图 2所示 ，双点划线部分代 表 0 2 0 mi n平均保压 的压降率曲线 。测定 5 m i n时压降为 0 ． 8 ％， 2 0 m i n时压 降为 4 ． 5 ％。实线部分代表 2 0 ～ 1 2 0 mi n平均保压的压降 率 曲线 。随保压时间的延长压力平稳下降 ， 观察 3 0 mi n 时 压 降 率 为 5 ． 5 ％ 、 6 0 m i n为 1 1 ％ ， 9 0 m i n为 1 5 ％ ， 1 2 0 m i n为 1 8 ％。 虚划线部分代表 1 2 0 ～ 1 8 0 mi n平均保压 的压降率曲线 。观察压降率越来越慢 ， 到 1 8 0 m i n时为 1 9 ％ 。 由此可见 ， 保压时间与压降率呈一定 的规律性 ， 这 就为 快 速检 测 支 柱 。 提供 了科学 依 据 。因此 ． 根据 MT ／ T 5 4 9 1 9 9 6 单体液压支柱维修规范 的规定 ， 快 速 检汉 0 判 断确认 合格支柱 ，只要满足检测 5 mi n的压 降 率≤0 ． 8 ％，即可代表 2 0 mi n时压降率 ≤4 ． 5 ％、 3 0 ra i n时 压降率≤5 ． 5 ％⋯ ， 依此类推 。 按 目前检测 2 0 mi n的时间 比较 ， 每批支柱的检测时间缩短 1 5 m i n 。 35 液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 0 1 2年 第 8期 4 矿井 支护 的降压分布规律 4 ． 1 降压分布规律试验 该项试验条件 选择检测修理合格的旧支柱 1 0 0 根 ， 用 1 ． 5级精度支柱检测压力表检测初撑压强 ， 根据 MT ／ T 5 4 9 1 9 9 6 单体液压支柱维修规范 的规定 ， 稳 压 4 h无渗漏原则 ， 终撑压强检测 受侧 向力不倒柱为 合格 ，初撑压强 8 MP a 每根支柱从 2 0 m i n检测开始直 到 2 4 h ， 全过程支柱不能补液。 按时检测终撑压强 ， 计算 压降率。检测时间和数量规定 2 0 mi n时 1 0 0根 ； 3 0 m i n 时 1 0 0根 ； 6 0 m i n时 1 0 0根 ； 4 h时 1 0 0根 2 4 h时 1 0 0 根。检测批次 、 压降分布平均值如表 2所示。 表 2试验批次平均值记录 试验结果 按 MT ／ T 5 4 9 1 9 9 6 单体液压支柱维修 规范 的规定 ， 且 4 h不漏液 、 受侧 向力 不倒柱判定合 格。2 0 mi n压降不超过 3 ． 2 8 ％的支柱共计 9 0根 ， 确认为 合格支柱 1 0 0根 ， 优等品占试验总数的 9 0 ％。3 0 m i n压 降不超过 6 ． 2 5 ％的支柱共计 9 O根 ，确认 为合格 支柱 1 0 0根 ， 优等 品占试验总数 的 9 0 ％。6 0 mi n压降不超过 1 4 ． 3 ％的支柱共计 5 0根 ， 确认为合格支柱 1 0 0根 ， 优等 品占试验总数的 5 0 ％。 4 h压降不超过 1 4 ． 6 9 ％的支柱共 计 4 0根 ， 确认 为合格支柱 1 0 0根 ， 优等品 占试验总数 的 4 0 ％。2 4 h压降不超过 3 1 ． 1 3 ％的支柱共计 7 0根 ， 确 认为合格支柱 1 0 0根 ， 优等品占试验总数的 7 0 ％。 通过试验为缩短支柱检测时间提供了依据 ，根据 MT ／ T 5 4 9 1 9 9 6 单体液压支柱维修规范 的规定 ， 快速 检测判断确认合格支柱 ，只要满足检测 3 0 ra i n的压降 率≤6 ． 2 5 ％， 即可代表 6 0 mi n时压降率 ≤1 4 ． 3 ％、 4 h时压 降率 ≤1 4 ． 6 9 ％⋯， 依此类推 。 按 目前执行的长时稳压 4 h 规定 ， 支柱的密封检测时间可缩短 3 ． 5 h ， 缩短 了支柱 的 修理检测时间。 4 ． 2矿井支护条件的分析 从井下工作面使用情况分析 ，在使用过程支柱的 工作 阻力有较大升降变化 。根据煤矿安全规程第五十 四条规定 ， 柱径 为 1 0 0 mm的单体液压支柱初撑力不得 小于 9 0 k N。当初撑力达到 9 0 k N后 ， 比低压测试 的压力 还要高 ， 增强 了密封性 ， 压降更加缓慢 ； 由于单体液压 支柱具有恒阻性能 ， 工作面顶板不断下沉 ， 使支柱工作 阻力不断回升， 完全抵消或部分抵消温度和漏液影响产 生的压降。 一旦支柱的工作阻力达到和超过顶板或底板 极限承压后 ， 支柱就会插入顶板或底板。支柱插人顶板 或底板后 ， 工作阻力不仅不会升高， 反而会急剧降低。 同 时 ． 不能忽视 注液温度使工作阻力下降的影响 ， 由于乳 化泵长期工作 ， 乳化箱 内液体温度逐渐升温 ， 支柱初撑 时液体温度高出环境温度许多， 待支柱体内液体温度降 低至工作面温度时 。 根据水的热胀冷缩特性 ， 支柱工作 阻力迅速降低 ． 到一定程度就会发生倒柱。 通过对支柱在工作状况下的压降分析 。为支柱补 液复升和安全支护提供了参考依据 。 5 经济效益分析 我公司全年修理支柱 4 2 0 0 0 ～ 4 5 0 0 0根 。 由于检测 时间较长 ， 造成大量修理完毕的支柱等待检测 ， 并且 由 于压降率的差异 ， 使部分合格 的支柱 ， 被判定不合格 ， 进行重新修理。 通过试验研究 。 可缩短检测时间。即 短时密封检 测 5 m i n的压降率 ≤0 ． 8 ％． 代表 2 0 m i n以致更长的检测 时间。采用刚性固定框保压架检测 ， 3 0 mi n的压降率≤ 6 ． 2 5 ％，代表 4 h以致更长的检测时间。缩短 了检测时 间 ． 这样减少零配件 、 密封件 的重复投入 ， 减少 了在修 支柱的占用量 ， 具有一定的经济效益。 6结 论 本文通过对单体液压支柱降压因素分析与快速检 测的研究 ．了解了单体液压支柱在检测 中压力变化规 律 。 确定 了快速检测的时间和压降率指标 ， 为保证支柱 质量 ． 实现支柱快速检测和支护安全提供 了科学依据。 参考文献 【 1 ] 国家安全生产监督局 、 煤矿安全监察局． 煤矿安全规程【 M ] ． 北 京 煤炭工业 出版社 ， 2 0 0 4 ． 【 2 】 煤炭工业部物资供应局． 单体液压 支柱【 M 】 ． 北京 煤炭工业 出 版社 ． 1 9 8 7 ． 【 3 】 劳动部 、 煤 炭工业部． 液压 支架 柱 修理 工【 M】 ． 北京 煤炭 工 业出版社 ． 2 0 0 2 ． 【 4 ] 杨尔庄． 新编液 压工程手册【 M】 ． 北京 北京理 工大学 出版社 ， 1 9 9 8 ． 【 5 ] 机械设计手册联合编写组 ． 液压传动和气动【 M】 ． 北京 化学工 业 出版社 ． 1 9 8 3 ． [ 6 ] MT ／ T 5 4 9 - 1 9 9 6 ， 单体液压支柱维修规范【 S 】 ． 【 7 】 MT 1 1 2 1 9 9 3 ， 矿用单体液压支柱[ s ] ．