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液压支架用双伸缩立柱初撑力不足改进

液压支架用双伸缩立柱初撑力不足改进   【摘 要】本文详细分析了双伸缩立柱的工作原理及其产生初撑力不足的原因,并提出改进方法。   【关键词】液压支架;双伸缩立柱;初撑力   1 问题提出   目前煤炭综采技术发展迅速,液压支架在综采工作面上的作用日显巨大,特别是双伸缩立柱液压支架有着调高范围大、操作灵活方便等显著特点。但是往往顶板来压时活动强烈,安全阀开启压力大,这与液压支架依靠初撑力控制顶板运动的期望出现一些差距。液压支架双伸缩立柱固有的自身特点造成在初始阶段的初撑力不足,双伸缩立柱是否存在着初撑力不足的可能,如何防止双伸缩立柱产生初撑力不足是一个很有必要解决的课题。   2 原因分析   双伸缩立柱与单伸缩立柱相比有着调高方便、范围大等明显的优势,但在初始阶段的支撑方面却存在严重的、潜在的安全隐患。双伸缩立柱在初撑时,通过换向阀向立柱下腔(一级缸)供液,使得中缸伸出,当中缸全部伸出接触缸筒缸口处的导向套时,中缸因被导向套限位无法继续外伸。   如果持续供液,一级缸腔内压力会逐渐升高,当压力升至约5~7MPa时,乳化液会打开中缸底部的底阀进入中缸腔内,推动活柱向上伸出,从而带动支架顶梁升起至接触顶板,持续供液,直到一级缸腔内压力达到额定泵压95%以上为止,此时支架完成初撑,其动作顺序为中缸先伸出,至导向套限位后活柱再伸出。   双伸缩立柱完成初撑后对中缸进行受力分析,中缸共受到三个作用力,一个向上的力F1=P1*A1,一个向下的力F2=P2*A2、以及环形导向套对活塞的反作用力F3,F1=F2+F3。由于中缸底阀开启后P2略小于P1(底阀开启的压力损失),此时的初撑力大小仅由活柱活塞面积A2及压力P2有关,与中缸活塞A1及压力P1无关。此时整体来看可以认为双伸缩立柱是以一级缸为底座,通过活柱向上传递支撑力量,其支撑力量大小已经与中缸无关。   比对两个活塞的受力情况可知,活柱活塞面积A2仅为中缸活塞面积A1的一半左右,且压力P2比P1低5~7MPa,故一级缸传给活柱的力不到中缸活塞向上产生的力F1的二分之一,也就是对顶板的初撑力只有二分之一,另外的二分之一传给了导向套。当一级缸初撑力至31.4MPa时,中缸腔内实际压力为24.4MPa(底阀开启7MPa),随着顶板的破碎、倾斜、来压冲击等情况的出现,岩石顶板会下沉压缩支架,支架状态由内加载变为外加载,一级缸压力不变仍为31.4MPa,中缸压力开始升高,至62.8MPa时才与一级油缸力量平衡,此时中缸活塞才刚刚脱离导向套。可以看出,当中缸活塞腔压力由24.4MPa升至62.8MPa时,才达到真正的初撑力量。此时顶板已经下沉了一定距离,说明顶板已经破碎、断裂、或倾斜,并且可能已开始加速下沉,此情况下初撑对顶板控制效果不好。继续来压下沉,一级缸活塞腔压力开始上升,至42MPa(安全阀设定压力)时,安全阀开启溢流进行保护。在此过程中,二级缸活塞压腔压力则以2倍速度的增加,至84MPa为止。   通过比较可见,原先的初始支撑的确不足,从原始的初撑状态到真正达到的初撑状态,顶板已经有了较大距离的下沉,已经引起了顶板的破坏,使得顶板来压提前加速到来,严重影响支护效果与安全生产。   3 改进及建议   双伸缩立柱产生初撑力低的真正原因是中缸接触导向套,造成支撑力损失,改进的关键技术是避免中缸接触导向套。但目前的结构设计显然无法做到,因为不接触导向套进行限位活柱是无法伸出的。因此需进行立柱的设计改进。   3.1 锁住一级缸回液腔法   在立柱中缸伸出大部行程后,关闭一级缸回液腔,使得回液腔液体无法流出。从而中缸无法向上运动,留有一段合适距离,一级缸回液腔内压力会升高,直至一级缸进液腔打开中缸底阀进入中缸腔内,达到推动活柱伸出。在顶梁即将接触顶板时再打开一级缸回液腔刚才关闭的截止阀,以实现中缸与导向套不接触并留有需要的距离,中缸活塞在31.4MPa的额定泵站压力产生的力量全部向上传递给活柱及顶梁,真正实现了额定的初撑力,消除了安全隐患。因为A1与A2的面积差,此时中缸腔内压力增至62.8MPa。   但是,在顶梁接触顶板后一级缸的回液腔如果未及时打开,在31.4MPa的额定泵站压力下,封闭的杆腔压力会高于70MPa,会损坏立柱的导向套、密封等,产生严重的安全隐患。   3.2 双底阀方法   为避免中缸接触导向套,需要保证中缸少伸出一段距离,活柱多伸出一段距离,可通过单独给中缸供液的方式实现。在活柱活塞上增加一个反向底阀,通过活柱腔内连接管路向上至活柱的头部引出,经高压软管连接至新增设的一片独立换向阀进行即可。   当支架由最低状态供液升起时,中缸不全部伸出,保留一定距离时停止升架。此时操作独立换向阀对活柱单独供液。当活柱接触顶板达到泵压后停止供液。再通过其余换向阀继续对一级油缸供液至额

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