一种新型液压支架立柱设计与研究

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1、第l8卷第4期(总第113期)煤矿开采Vo1．18No．4(SeriesNo．113)2013年8月CoalminingTechnologyAugust2013一种新型液压支架立柱设计与研究刘欣科'，(1．国家煤矿支护设备质量监督检验中心，北京100013；2．煤炭科学研究总院，北京100013；3．煤炭资源开采与环境保护国家重点实验室，北京100013)[摘要]由于井下运输空间受限，加之支架本身结构特点，决定了支架立柱缸径不能无限加大，造成了支架支撑载荷无法持续增加，无法满足采煤工作面越来越大的支撑载荷的需求。根据多年的实践经验，设计了一种新型液压支架立柱，

2、通过“缸中套缸”的方式实现了在泵站系统供液压力相同的情况下，比相同缸径的立柱增加50％一80％的支撑载荷，提高了液压支架的安全防护性能。[关键词]液压支架；立柱；系统压力；载荷[中图分类号]TD355．41[文献标识码]B[文章编号]1006—6225(2013)04—0047—03DesignandResearchofaNew—stylePoweredSupport’SProp随着煤矿井下采煤技术的发展，液压支架技术术，在缸径不变(即面积不变)、供液压力不变的日臻成熟，支撑载荷越来越大，目前最大工作阻力情况下，可增加立柱的支撑力。已经达到20000kN1-3

3、]，与之相适应的是支架立柱1．1同向套缸缸径也越来越大。目前已知的两柱掩护式液压支架方案1为同向套缸，如图2所示。立柱最大缸径已经达到500mm。为了解决立柱缸径随工作阻力提高而不断加大的矛盾，设计了一种新型立柱结构型式，比目前等缸径的立柱在同样压力下可增加50％～80％的支●ll。撑载荷，大大提高了液压支架的安全支护性能。1缸径不变、系统压力不变下的高负载技术＼常规情况下，油缸产生的推力跟压力与缸径有关(如图1所示)，计算公式如下：图2同向套缸F=PA=P1rr即在原立柱工作腔中再同向加装1根油缸，使式中，F为工作阻力，kN；P为液压缸内压力，之共同作用于同

4、一平面而产生额外力量。此时立柱MPa；A为液压缸活塞面积，m；r为液压缸内径，产生的推力为F=P(A+(B-C))，其增加的向m0上推力△F，=P(B～C)。工作原理：此方案可简化为内立柱、外立柱两个油缸套在一起共同工作，通过内立柱油缸的缸筒将原工作腔分隔为内工作腔、外工作腔2个腔室，如图2阴影部分。塞面积A当向立柱工作腔供液时，工作介质会通过外立柱油缸与内立柱油缸之间的间隙而充满整个外工作图1油缸推力腔，其作用面积为(A-C)，此时外缸活塞产生的上述公式在目前的机械液压领域一直在广泛地向上推力F：P(A-C)；同时工作介质也会通过应用。要想取得额外增加的力量

5、，应对其内腔空间内立柱油缸的进液口进入到内工作腔中，其作用面予以充分利用并重点考虑设计。积为B，此时内缸产生的向上推力F内：PB，该多年研究结果表明，采用“缸中套缸”的技力通过活塞杆直接将其传递到外部活塞上，从而实[收稿日期]2013-04-26[作者简介]刘欣科(1972一)，男，山东青岛人，高级工程师，从事液压支架及其配套产品的标准技术研究及检测检验工作。47总第l13期煤矿开采2013年第4期现了力量的叠加F=F+F内。这是因为此时的内通过对以上两种方案比较分析可以看出，由于缸缸筒在外腔介质作用下产生向下的压紧力，而其B：>B。，即方案2增加的面积大于方

6、案1增加的面活塞杆腔则通过活塞杆的中空腔与大气相通。积(其面积之差约为内缸的缸筒的壁厚的环形面故对于该设计改进后的新的立柱整缸而言，其积)，故方案2较之方案1可产生更大的支撑力；产生的向上推力即为Fl=F外1+F内1=P(A—C)+且由于方案2借用了原立柱的活塞杆作为缸筒，节PB=P(A—C+B)=19(A+(B一C))，而其中省了内部缸筒材料、加工、热处理、电镀等成本。的△F=P(B一C)即为相比原先的相同缸径立柱本新型立柱设计的“缸径不变、系统压力不所额外增加的力量。变下的高负载技术”首选方案2。1．2反向套缸2立柱行程末端时的导向套部件保护技术方案2为反

7、向套缸，如图3所示。立柱升起并加载过程中难免出现活塞杆全部伸出使得活塞完全顶紧导向套的情况，特别是在液压支架上方矸石提前冒落导致支架顶梁上方完全悬空的特殊时刻，立柱必会将活塞产生的巨大推力完全施加到其导向套部件上。而通过螺纹或卡环与缸筒固定连接的导向套必将因无法承受如此巨大的载荷而遭破坏"J，造成设备的损坏、危及矿工的人身安全。此问题的关键点是应将此时工作腔的过高压图3反向套缸力予以及时、自动地卸荷。即在原立柱工作腔中再反向加装1根油缸2．1内置单向阀导通卸荷保护法(缸筒共用原立柱的活塞杆)，使之共同作用于同方案1为内置单向阀导通卸荷保护法，如图4一平面而产生

8、额外力量。此时立柱产生的推力为所示F=