煤矿液压支架中自动加压装置的设计及应用研究.pdf
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1、结构设计andDevelopmentManagementNo.7,2023Mechanical2023年第7 期Total243机械管理开发总第2 4 3 期D0I:10.16525/14-1134/th.2023.07.050煤矿液压支架中自动加压装置的设计及应用研究赵军(山煤集团煤业管理有限公司晋东南分公司,山西长治046699)摘要:根据液压支架工况,设计了一种在不过度修改原有液压系统的情况下,可以直接解决液压支架设置负荷不良问题的自动加压装置。该装置将机械和液压相结合,使所有结构单元在液压油的作用下能够完成预期的动作,最终实现自动和快速加压的整体功能。通过工程试验模拟了自动加压装置的工
2、作性能和控制回路的动态特性。对地下ZY12000/28/63D支架的模拟曲线和现场安装试验进行对比分析,表明该装置能够将设置负荷提高到3 0 MPa以上。自动加压装置的设计符合预期的增压要求,可为液压支架结构设计提供依据。关键词:煤矿;液压支架;初始支撑力;自动加压装置中图分类号:TD355.4文献标识码:A文章编号:1 0 0 3-7 7 3 X(2023)07-0127-030引言根据煤矿条件,考虑到泵站压力低、管道损坏严重、人工操作不当等原因,液压支架实际设置负荷远低于额定设置负荷的8 0%,甚至部分综采面低于1 5MPa。由于液压支架不能发挥其正常支撑性能,容易发生动压冲击,最终导致煤
3、矿安全事故发生。技术人员通过改善泵站压力、减少压力损失、设计不同的供液系统等来改善负荷,但由于泵站供液压力限制较大,技术水平相对落后,设置负荷难以满足工作要求 1。针对上述问题,设计了一种采用液压机械技术直接连接的自动设置荷载增强装置,应用于普通大型煤矿工作面的液压支撑,保证在初步对立柱装载时直接快速地提高支撑压力,消除泵站压力供应不足的限制。1自动加压装置回路的原理设计加压控制回路设计可以完成加压准备阶段和快速加压阶段两个工作过程。加压控制回路与立柱系统并联连接。加压控制回路根据预设的压力比增加压力。如果初始加压压力稍高,则增压后的压力可能大大超过液压支架所需的设定负载。因此,在压力缸杆口油
4、回路上设置安全阀,将进人立柱底腔的设定负载限制在工作所需值范围内,加压回路如图1 所示。增压控制回路主要由压力缸、先导有向控制阀、X23P01一反向控制阀;2 一自动加压回路;3 一安全阀;4 一立柱;5一液压止回阀图1加压控制回路止回阀、安全阀、液压管路组成。当液压缸杆口开口处压力小于先导定向控阀开口压力时,先导控制阀在正确位置,进人自动加压回路的液压油进人压力缸杆口。活塞将向端口方向移动,以准备加压 2 。液压油通过止回阀进人立柱底腔供液,此时加压装置不再起加压作用。当液压缸杆罐开压力压力大于先导操纵方向控制阀开压力时,先导操纵方向控制阀处于左侧位置。液压油通过先导方向控制阀进人压力缸盖口
5、,驱动活塞移动。压力缸杆口压力增大,最终提高了立柱底腔压力。2自动加压装置结构设计2.1增压结构设计2.1.1压力缸压力缸的活塞杆不需要对外做功,它的运动只是为了增压准备和增压。通过利用活塞两侧的不同活塞部分,油压得以增加此外,采煤工作面钻孔环境恶劣,粉尘等污染物多。因此,活塞杆不能向外伸出,如图2所示。为了减小整个自动增压阀的体积和质量,活塞的杆口采用中空设计,实现位移重叠 2 。根据增压控制回路的工作原理,活塞的头部端口与先导式方向控制阀和油箱相连,因此根据设计预留了开口P1。2.1.2加压控制机构根据加压控制回路的工作原理,加压控制机构连P13211一气缸;2 一活塞;3 一气缸底部图2
6、压力缸示意图收稿日期:2 0 2 2-0 3-1 4作者简介:赵军(1 9 8 5),男,山西长治人,大专,毕业于中央广播电视大学行政管理专业,助理工程师,从事矿井安全监督管理工作。128第3 8 卷机械管理开发接有四个油路,包括供液油路、压力缸头口油路、压力缸杆口油路和油箱油路,在其控制作用下可接通断开两种油路:头口供液油路可与压力缸头口连接。此时,油箱电路处于切断状态;当压力缸的头部端口与油箱回路连接时,头部端口的供液油路处于切断状态 3 。杆口油路不通过加压控制结构与其余三个油路接触,相对独立。图3 为加压控制机构,其中P2为头口供液口,P3为头口开口,P4为油箱开口,P5为杆口开口。P
7、4P3P5P2123456&910111一结构体;2 一大推杆;3 一大弹簧;4 一大弹簧外壳5 一垫圈;6小推杆;7 一挡圈;8 一阀座;9 一钢球;1 0 小弹簧;1 1 插头图3加压控制机构示意图在增压准备过程中,头端口的供液回路处于切断状态,油箱回路接通。这两种状态是在快速加压过程中改变的,这一过程可以通过大推杆与限位凸台、小推杆与液路通道、密封挡圈、钢球和组合弹簧的组合方式简单地转换 4 2.2总体结构设计图4 为自动加压装置的最终设计结构。自动加压装置的工作过程:根据加压控制回路的工作位置,将自动加压装置并联连接至立柱系统。泵站通过操作逆控阀,向整个液压系统提供液压油,液压油通过先
8、导操作检查进人立柱底腔阀门通过主油路,使支撑件快速提升柱 5 P4P5P2P62345P11871一底座;2 一压力缸;3 一压力控制结构;4 一安全结构;5一进油回路单向连接结构;6 一连接部;7一出油回路单向连接结构;8 一结构体图4自动加压装置结构示意图另一个回路通过P6开口进人自动加压装置。进人加压装置的乳化液流向P2开口。由于此时P2开口处于截止状态,液压油只能填充油道。另一个回路移动进液油回路单向连接结构的钢球,通过P7开口流向压力缸杆口。进人压力缸杆口的部分高压油通过P9开口打开出油回路的单向连接结构,通过加压装置的液体出口P8流人立柱底腔。另一部分推动活塞杆向头孔方向移动。水头
9、孔内的乳化液通过P1开口、弯头、P3开口、加压控制结构、P4开口排人工作面环境,直到活塞移动到极限位置,加压制备过程由此完成。3应用效果分析图5 为按设计原理图加工制造的自动加压装置样机。试验过程中样机的连接方法:在立柱底腔人口处与进液部位沿先导式止回阀正向启动方向分别连接一个T型接头。在原回路正常连接的基础上,用高压软管连接原型进口和先导式止回阀处的T型接头,连接原型出口和立柱底腔的T型接头。图5试验模型示意图采用ZY11000/28/63D型支架上进行自动加压装置试验。自动加压装置根据钻孔工作面现场情况安装在两支立柱中间的底座上,通过液压油管和主管与原支座提升柱液压回路系统并联,如图6 所
10、示。图6试验布置图从0 号支座中收集1 7 个支座,每隔一个支座选择一个作为测试支座,分别编号为1 1 7 0。收集分析三个参数(设置载荷、设置时间、增阻时间)并制作折线图。图7-1 为加压装置前后液压支架设定载荷变化。从支架设置载荷可以得出结论,应用前约为2 3.5MPa,加压装置应用后约为3 2 MPa。大约有8.5 MPa的压力增加到立柱底部空腔的压力。由图7-1 可知,自动加压装置可以有效提高支架的设定载荷。图7-2 为加压装置应用前后调节时间对比。从图7-2中可以看出,与加压装置应用前的调节时间相比,应用后支架的调节时间变化很小,甚至没有变化。ceDesig上接第1 2 6 页)(编
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