礦用液壓切頂支柱的研制與應(yīng)用

摘 要：設(shè)計(jì)制造了六種規(guī)格礦用切頂支柱，簡化了支護(hù)工藝，解決了回柱放頂工序的安全問題。

關(guān)鍵詞：液壓；切頂；支柱

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.22.204

1 概述

在相同開采條件下，炮采、普采及高檔普采工作面，配用切頂支柱都能取得提高工作面支護(hù)強(qiáng)度和切頂能力、加強(qiáng)頂板管理的效果。尤其是在提高切頂工序的安全可靠強(qiáng)度，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)率等方面的效果更加明顯。切頂支柱立柱與液壓支架立柱在功能上有相同之處，都是用來承受頂板壓力，但也有不同之處。液壓支架立柱主要承受軸向力，而切頂支柱立柱不但承受軸向力，還要承受塌落矸石對(duì)立柱的橫向沖擊力和擠壓力，工作條件更為惡劣，要求更高。

2 基本結(jié)構(gòu)與工作原理

2.1 基本結(jié)構(gòu)

切頂支柱的主要結(jié)構(gòu)可分為：柱帽、立柱、液控閥護(hù)罩、液控閥、底座、推移千斤頂、換向閥護(hù)罩、換向閥、連接頭及液壓膠管等。

2.2 工作原理

切頂支柱的工作原理：礦用液壓切頂支柱主要有支撐頂板、伸長千斤頂、立柱降落和立柱前移四個(gè)基本動(dòng)作。來自泵站的高壓乳化液，經(jīng)主供液管路輸送到工作面，再通過每組支柱的組合操縱閥，分別配液到各執(zhí)行元件，操縱組合操縱閥上、下手把，即可實(shí)現(xiàn)切頂支柱所需的動(dòng)作。

A支撐頂板：將上操縱閥板的手把推向升柱位置，高壓液頂開液控單向閥內(nèi)的閥體，進(jìn)入支柱下工作腔，使立柱上升，當(dāng)柱帽和頂板貼緊后把操縱手把扳回中間位置，供液停止。供液停止后立柱即已初撐力來支撐頂板。隨著頂板的下沉，立柱所承受的壓力便逐漸由初撐力變?yōu)楣ぷ髯枇?，?dāng)立柱所承受的頂板壓力超過額定工作阻力時(shí)，安裝在底座內(nèi)的安全閥自行開啟排液。當(dāng)回復(fù)到額定工作阻力時(shí)，安全閥自行關(guān)閉，使立柱保持恒壓。

B推移刮板機(jī)：將下操縱閥板的手把推至推溜位置，乳化液進(jìn)入推移千斤頂活塞腔，推移千斤頂伸長推動(dòng)刮板機(jī)向工作面移動(dòng)，當(dāng)刮板機(jī)到達(dá)工作位置時(shí)，把操縱閥把手推至中間位置，停止供液。

C支柱降落：將上操縱閥板的手把推到降柱位置，高壓液直接進(jìn)入支柱上工作腔，使活柱下降，在高壓液入上工作腔的同時(shí)，高壓液推動(dòng)液控閥的頂桿，使立柱下工作腔內(nèi)的工作液，經(jīng)操縱閥流入主回液管路。活柱降到所需高度時(shí)，將手把扳回中間位置，供液停止。

D切頂支柱前移：將下操縱閥板的手把推至收縮位置，高壓液進(jìn)入千斤頂活塞桿腔，使推移千斤頂收縮，將切頂支柱前移。當(dāng)切頂支柱移至所需位置時(shí)，將手把扳回中間位置，供液停止。

3 技術(shù)完善及改進(jìn)

3.1 液控閥護(hù)罩的結(jié)構(gòu)改進(jìn)

原設(shè)計(jì)采用的是將護(hù)罩上端與立柱固定，下端與底座固定，這種方式導(dǎo)致護(hù)罩固定不牢，易被矸石擠壞。改進(jìn)后，護(hù)罩上下兩端均由螺栓與立柱聯(lián)接牢，不與底座聯(lián)接，護(hù)罩隨立柱擺動(dòng)，護(hù)罩由5毫米加厚到8毫米。

3.2 結(jié)合立柱及千斤頂?shù)氖芰η闆r，合理設(shè)計(jì)缸底及其連接方式

推移缸底與切頂支柱底座采用豎銷聯(lián)接時(shí)，自由度小，當(dāng)?shù)装宀黄綍r(shí)，底座與推移缸底會(huì)產(chǎn)生扭力，造成推移千斤頂缸底斷裂。為此，我們將連接孔由垂直改為水平，同時(shí)提高水平銷軸的位置增加立柱底座的自由度，缸底由鑄造改為27siMn鍛造，解決了缸底斷裂現(xiàn)象。同樣，將缸底加工成較大圓弧的球面，立柱與底座可自動(dòng)找正，避免了立柱與底座不垂直時(shí)，立柱缸底單側(cè)與底座接觸，立柱缸底有開裂的現(xiàn)象。

3.3 雙伸縮立柱外缸與導(dǎo)向套滲漏現(xiàn)象

雙伸縮立柱使用一段時(shí)間后，尤其是矮的雙伸縮立柱，外缸與導(dǎo)向套之間有的存在滲漏現(xiàn)象，原因是由于切頂支柱不但受軸向壓力，還受塌落矸石橫向擠壓力，受力情況比液壓支架上的立柱復(fù)雜，橫向穩(wěn)定性不足。雙伸縮立柱中缸在使用過程中往往需要全部伸出也導(dǎo)致其穩(wěn)定性差，導(dǎo)向套與外缸之間的間隙就會(huì)出現(xiàn)漏液現(xiàn)象。制定了如下改進(jìn)措施：

（1）外缸加缸箍增加缸口強(qiáng)度。

（2）將導(dǎo)向套外缸之間的0型密封圈加擋圈改為聚胺脂靜密封。優(yōu)點(diǎn)密封可靠，易于安裝。缺點(diǎn)成本高。如仍采用0型密封圈必須采用大端面0型密封圈，過盈量要大（如選用210*8.6的0型密封圈，導(dǎo)向套上的槽深應(yīng)為6.9-0.1。優(yōu)點(diǎn)成本低，缺點(diǎn)是裝配時(shí)該密封圈有時(shí)會(huì)損壞。

（3）增加導(dǎo)向套長度。導(dǎo)向套與外缸之間由單側(cè)定位改為上下雙側(cè)定位增加穩(wěn)定性。同時(shí)缸口處再增加一道0型密封圈，使密封和螺紋聯(lián)接處不生銹便于維修時(shí)拆裝。在結(jié)構(gòu)允許的情況下采用雙導(dǎo)向環(huán)，用來增加立柱承受橫向力的能力。

4 社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益

礦用液壓切頂支柱配合單體液壓支柱使用于普采工作面，布置在工作面切頂線的單柱之間，可取代密集支柱、叢柱、木剁等特種支架，能顯著提高回采工作面支護(hù)技術(shù)，減少生產(chǎn)工序，提高機(jī)械化程度。切頂支柱的使用大大提高了回柱放頂煤的效率，可以把一個(gè)正常的循環(huán)作業(yè)需時(shí)量縮短一半。所以，改善切頂支柱的結(jié)構(gòu)形式，提高支撐效率，對(duì)施工安全和縮短循環(huán)作業(yè)時(shí)間，減少頂板事故，提高采面單產(chǎn)有重要意義。

我公司研制的礦用液壓切頂支柱已有六種規(guī)格，分別為：ZQS （14、15、18、20）/1200、ZQS22/1200、ZQ18/1200，且都取得了安標(biāo)證，產(chǎn)品分別銷往新泰汶南煤礦、濟(jì)南華玫礦業(yè)有限公司，創(chuàng)產(chǎn)值300多萬元，為公司下一步開拓礦用切頂支柱市場(chǎng)打下基礎(chǔ)。用戶反映該產(chǎn)品操作使用方便，基本不需維護(hù)。今后結(jié)合切頂支柱在礦上的應(yīng)用情況，我們將進(jìn)一步對(duì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，以保證產(chǎn)品更可靠穩(wěn)定。

通過這六種規(guī)格礦用切頂支柱的設(shè)計(jì)與制造，我們對(duì)該產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、制造、使用、維護(hù)的認(rèn)識(shí)有了新提高，通過不斷改進(jìn)與完善逐步解決了缸底開裂，缸口滲漏，對(duì)操縱閥、液控單向閥、安全閥及壓力表的保護(hù)效果差易損壞的問題，使切頂支柱結(jié)構(gòu)更加合理，使用維護(hù)更加方便，安全可靠性大大提高。

作者簡介：張春燕（1982-），女，畢業(yè)于山東科技大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)，主要從事：專業(yè)技術(shù)工作。