雙伸縮立柱出小柱時出現(xiàn)震顫、尖叫聲與底閥的關系

任海洋

（平頂山平煤機煤礦機械裝備有限公司，平頂山467000）

隨著煤炭行業(yè)快速發(fā)展，我國高端液壓支架制造技術(shù)有了很大提升，從無到有、從進口仿制到國產(chǎn)化，目前我國已經(jīng)有了從設計、研究到制造、檢驗的專業(yè)隊伍，積累了豐富經(jīng)驗。支架最大高度已經(jīng)達到了8.8m，神東公司上灣煤礦8.8m大采高成套綜采智能工作面已經(jīng)投入生產(chǎn)，標志著我國煤炭開采技術(shù)邁上了一個新的臺階。

液壓支架設計高度的不斷增加，對立柱長度、缸徑、密封以及形式等諸多方面提出更高要求，促使立柱結(jié)構(gòu)更加合理。立柱缸徑越來越大，液控單向閥、安全閥流量也在不斷增大，但目前國內(nèi)卻缺少對立柱底閥的研究，我國對底閥的國標標準規(guī)定很模糊，在實際應用中雙伸縮立柱出小柱時經(jīng)常會出現(xiàn)震顫、尖叫聲。所以從使用過程和理論研究中討論底閥與雙伸縮立柱之間的關系，能夠有效解決上述問題。

1 雙伸縮立柱結(jié)構(gòu)特征和工作原理

液壓支架立柱是底座與頂梁或掩護梁之間的支撐，它直接或間接地向頂板傳遞支撐力，因此要求立柱必須具有足夠的安全系數(shù)、強度和穩(wěn)定性。立柱常用的形式有單伸縮立柱、機械加長桿立柱和雙伸縮立柱。其中雙伸縮立柱調(diào)高范圍大、操作方便靈活，但加工成本與加工精度要求較高，結(jié)構(gòu)設計復雜。但由于其雙伸縮立柱操作方便的特性，受到了各大礦務局的青睞，得到了良好的推廣和使用。雙伸縮立柱結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 雙伸縮立柱結(jié)構(gòu)

雙伸縮立柱主要由外缸體、中缸體兼活柱體、小柱、活塞、導向套、底閥和密封件等部件組成。底閥作用于雙伸縮立柱，以控制立柱中缸體與小柱伸縮順序，并保持兩級缸相同工作阻力；升柱時由接口1向下腔供液，中缸體首先伸出到極限位置，液壓力推開中缸體下部底閥開啟使小柱伸出；降柱時，由接口2進液，在中缸完全收回時，底閥頂桿被頂起，底閥打開，小柱腔液壓力通過底閥流入活柱腔，經(jīng)過接口3進液，活柱在液壓力作用下實現(xiàn)降柱。雙伸縮立柱由一個液控單向閥把壓力輸送到接口1，連接中缸活柱腔，以實現(xiàn)供液，并達到規(guī)定初撐力與工作阻力；接口2和接口3直接與供液管相連，通過底閥來控制中缸與小柱的伸收順序，并使兩級缸獲得相同工作阻力。

2 底閥結(jié)構(gòu)特征和工作原理

底閥主要由彈簧、閥體、閥芯、閥座及各種密封件和連接件組成，如圖2所示。

圖2 底閥結(jié)構(gòu)

底閥固定在雙伸縮立柱中缸缸底，當中缸與小柱內(nèi)液體壓力差超過底閥開啟壓力時，中缸體下腔液體壓力作用于底閥閥芯上，并克服彈簧阻力將通液孔打開，高壓液體進入中缸體內(nèi)，小柱打出。

底閥是作用在液壓支架雙伸縮立柱中的一種比較特殊的閥，固定在中缸體活塞底面，控制小柱升降，同樣也是連接中缸與小柱活塞腔的液體通道。原理與單向閥類似，通過液壓和彈簧控制閥芯的打開和閉合，并控制雙伸縮立柱伸出高度。但是立柱下降必須通過底閥中的一個機械壓桿來控制，從而使立柱完成全伸或全縮。底閥不僅控制著雙伸縮立柱伸縮順序，并且還能保證中缸與小柱整個動作過程中具有相同工作阻力，因此說底閥直接影響著立柱的安全實用性。

3 底閥開啟壓力與應用分析

《液壓支架立柱技術(shù)條件》（MT313-92）規(guī)定：當立柱大缸缸徑在200mm以下時，底閥開啟壓力不得低于4MPa；當立柱大缸缸徑在200mm以上（包含200mm）時，底閥開啟壓力不得低于7MPa。但是現(xiàn)實設計中，很多底閥開啟壓力都低于行業(yè)標準規(guī)定，如華東FLDK1型底閥開啟壓力為3.5MPa，個別進口底閥開啟壓力更低，范圍為0.1～0.2MPa，有的甚至接近于零。另外仿進口底閥開啟壓力也比較低，范圍為0.2～0.3MPa。國內(nèi)某些大修單位，對雙伸縮立柱進行維修更換時，沒有按照國標要求重新調(diào)整底閥開啟壓力，大部分都是簡單清洗之后進行組裝。

對ZY13000/30/65D支架420缸徑雙伸縮立柱進行大量實驗，具體數(shù)據(jù)如表1、表2所示。根據(jù)表中數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，底閥開啟壓力大小直接影響立柱升柱時出現(xiàn)震顫與尖叫聲，同時根據(jù)這些數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，《液壓支架立柱技術(shù)條件》（MT313-92）對底閥開啟壓力的規(guī)定是不科學的。

表1 ZY13000/30/65D實驗數(shù)據(jù)

表2 ZY13000/30/65D實驗數(shù)據(jù)

4 底閥受力分析

立柱簡圖如圖3所示，在立柱升柱過程中活柱下腔工作壓力取決于頂梁負載壓力F值的大小。

圖3 立柱結(jié)構(gòu)圖

在沒有底閥時，中缸動作所需的壓力P1=F/A1；如果活柱先動作所需的壓力P2=F/A2。根據(jù)圖（3）可以明顯看出，A1＞A2，由此判斷P2＞P1。

對于液壓支架立柱來說，當立柱壓力達到P1時，中缸先動作，當中缸走出到行程極限位置時，壓力升高，活柱開始動作，直到完全伸出。當立柱壓力升高達到P2時，小柱開始動作，直到完全打出。根據(jù)上面論述，即使底閥開啟壓力為零也不會出現(xiàn)小柱先升現(xiàn)象，如若出現(xiàn)小柱先升的情況，只能說明外缸筒和中缸之間存在憋卡、變形問題，或外缸筒與中缸活塞密封阻力遠小于中缸體與小柱活塞密封阻力。從節(jié)能的角度來考慮，系統(tǒng)工作壓力越低，能耗越低，底閥的開啟壓力越低，對節(jié)能越有利。因此，在不影響產(chǎn)品使用性能的情況下，底閥的開啟壓力越低越好

5 結(jié)論

因此在底閥設計時，只要能滿足立柱升出順序要求，開啟壓力可以盡量減小。否則當開啟壓力過高時就會會產(chǎn)生一些負面影響，如活柱打出時會出現(xiàn)震顫、尖叫聲。