外注式單體液壓支柱底座連接改進設計

吳雙一，方家耀，孫順進

(浙江衢州煤礦機械總廠股份有限公司，浙江 衢州 324000)

0 引言

外注式單體液壓支柱是一種我國目前煤礦采煤工作面最常用的外部供液的恒阻式支護設備，也是井下工作面使用較為普遍的一種液壓支護設備。外注式單體液壓支柱得以廣泛使用，是因為它具有體積小，適應性強，支護可靠，初期投資少，使用與維修都很方便的優(yōu)點。可用于普通機械化采煤工作面的頂板支護，又可用于綜采工作面的端頭支護以及工作面各易冒落處的臨時支護，對于提高安全作業(yè)和工作效率均有良好的效果。但在外注式單體液壓支柱使用過程中其底座常出現漏液，不僅使支柱承受不了頂板壓力，影響安全生產，而且也給維護管理帶來困難。為此，針對外注式單體液壓支柱的底座體的密封和結構改進顯得尤為重要。

1 外注式單體液壓支柱結構工作過程

DW型外注式單體液壓支柱，主要由頂蓋、三用閥、活柱體、復位彈簧、手把體、油缸、限位鋼絲、活塞、Y型密封圈、底座體等零部件組成。其結構[1][2]見圖 1、圖 2。

外注式單體液壓支柱工作過程主要分為升柱、初撐、承載、回柱四個階段：

(1)升柱階段，將注液槍插入三用閥中，在乳液泵站的工作壓力(15～20 MPa)下工作介質(含M10乳化劑1%～2%乳化液)注入支柱內腔，待工作介質充滿內腔后迫使活柱升高[5]。

(2)初撐階段，當活柱升高撐緊支護工作面后，拔出注液槍。此時，支柱內腔的工作壓力等同于泵站工作壓力，支柱給予支護工作面的支撐力稱為初撐力[5]。

(3)承載階段，隨著工作時間的延長，支護工作面作用在支柱頂蓋上的載荷不斷增加。當支柱承受的載荷超過了額定工作阻力時，三用閥中的安全閥被打開，內腔液體外溢，腔內壓力隨之降低，活柱下縮;當支柱承受的載荷低于工作阻力時，安全閥關閉，使支柱重新達到平衡[5]。

圖1 DW(22～25)型支柱（有接長柱筒）

圖2 DW(06～20)型支柱（無接長柱筒）

(4)回柱階段，打開三用閥中的卸載閥，支柱內腔工作液體由卸載閥排至采空區(qū)，不予回收。活柱在自重作用下回縮，完成降柱目的。支柱前移，循環(huán)工作[5]。

2 外注式單體液壓支柱底座結構改進

(1)外注式單體液壓支柱底座漏液原因

原外注式單體液壓支柱底座零件結構如圖3(a)所示,單體液壓支柱底座的密封圈在準95f9 mm處,單體液壓支柱底座連接鋼絲在準98 h10 mm處，準102f9 mm為定位尺寸。這樣在裝配時,底座先通過準100g7mm處裝配到油缸底部,支柱在采煤工作面頂板壓力的作用下,使油缸內產生向外的漲力。由于油缸外徑屬于自然狀態(tài),在堅硬底板傾斜角度支撐遇到沖擊地壓時，或頂板瞬間壓力大于油缸缸體承受壓力極限時,油缸缸體底部變形,形成喇叭口,造成準102f9 mm定位尺寸失效,從而使準95f9 mm處的密封失效及油缸底部喇叭口處電鍍層被破壞導致底座漏液,影響了采煤工作面支柱的安全性。經研究,應從底座體上進行改進和設計,防止外漲壓力過大時對單體液壓支柱油缸造成影響[4]。

（2）外注式單體液壓支柱底座零件結構改進

改進后的外注式單體液壓支柱底座零件結構如圖3(b)所示,為了防止油缸底部壓力過大造成缸體底部變形，形成喇叭口造成密封失效漏液,在原單體液壓支柱的零件底座體上首先取消了14×準102H10 mm底座與油缸15×準102f9 mm的配合尺寸，原鋼絲連接配合尺寸準102f9 mm改為油缸缸徑尺寸準100H10mm。其次在底座體零件上的鋼絲槽尺寸由原4×準98h10mm改為4×準96h10mm。這樣的設計增加了油缸壁厚1mm,增加了油缸底部的強度，解決了缸體底部變形，形成喇叭口的問題；從而有效地防止由于壓力過大造成油缸底部變形漏液。

為了解決單體液壓支柱底座漏液，配合底座零件改進，油缸和底座連接部分也有所改進，原油缸和底座連接部分零件結構如圖4（a）所示，改進之后油缸零件圖如圖4（b）所示。具體油缸與底座體連接部分改進如下：首先油缸鋼絲槽缺口寬度由原6 mm改為5 mm，其他尺寸不變。油缸鋼絲連接槽由原 4×準106H10 mm改為 4×準104H10mm且由槽底內側根部起倒角30°。這樣設計的目的減少了油缸的鋼絲連接槽與連接鋼絲空隙率，使底座與油缸之間的連接更加地緊密。槽底內側根部起倒角30°，目的是為了便于裝底座，使底座與油缸底部更加緊密地配合連接。

3 結語

改進前的支柱底座體與油缸連接裝配設計如圖5（a）所示，改進后的支柱底座體與油缸連接裝配設計如圖5（b）所示，這從根本上解決了原底座體設計的缺陷,從底座體零件加工上簡化了加工工序,減少了生產成本，避免了在使用中壓力過大造成活柱體和油缸底部變形漏液現象[3][6]。

圖3 單體液壓支柱底座結構圖

圖4 單體液壓支柱油缸結構圖

圖5 支柱底座體油缸連接結構示意

改進后配套油缸增加了壁厚，避免了油缸底部與底座體連接處出現喇叭口的情況，油缸的粗糙度降低，利于電鍍，電鍍質量轉好，有利于油缸的耐腐蝕性。改進后的油缸底部加工工藝更簡單，有利于車削、滾壓一次到位，減少了一道再車削工序，減輕了勞動強度，提高了工作效率。

油缸鋼絲槽缺口的改進，更加有利于底座和油缸的緊密配合。新底座體自使用以來,外注式單體液壓支柱底座漏液狀況大為減少,保證了采煤工作面的正常生產,減少了維修次數，同時也降低了維修費用,為采煤工作面安全高效生產提供了可靠保證。