主动承载提高移架速度——液压支架铰接前梁随动控制系统

0 引言

通常情况下，采用铰接式顶梁的支架，其升架的操作顺序有两种：一是先升立柱，待后梁接顶初撑后再挑前梁，这样，前梁对顶板的支撑力仅为初撑力，控顶效果差；二是先将前梁挑起上仰，再升立柱使支架接顶初撑，这时，前梁对顶板的支撑力为工作阻力，对破碎顶板的支护性能好。地质资料表明，工作面伪顶层理发育，易冒落，再加上采煤机机身较宽，使前梁控顶区长达2355mm，若采用第一种操作方法，前梁对顶板的支护力不够大，不能有效防止机道上方顶板过早离层下沉，易发生漏顶事故，影响安全生产；采用第二种操作方法，虽然前梁对顶板的支撑力为工作阻力，对机道上方顶板控制效果好，但增加了支架动作循环的辅助操作时间，与快速移架相矛盾。如何才能够既保证对机道上方顶板的有效支护，又能尽可能地减少辅助操作时间，实现快速移架呢？为此，我们对前梁采取了“随动控制”方式。

1 随动控制系的动作原理

随动控制系统原理如图1所示。通过定向回液交替单向阀（5），使前梁千斤顶活塞杆伸出动作的控制油路与前立柱升柱动作的控制油路相通。这样以来前梁的动作既可由前梁千斤顶操纵阀独立控制，也可采用随动控制方式控制。

图1 随动控制系统原理图

1－前梁千斤顶，2、4－液控单向阀，3－前立柱 5－定向回液交替单向阀，6、7－操纵阀

1.1独立控制

通过前梁千斤顶操纵阀的操作可随意控制前梁千斤顶的伸缩，进而控制前梁的上下摆动。具体过程如下：把操纵阀（7）手柄打到“前梁千斤顶升”位置时，高压乳化液经操纵阀（7）、定向回液交替单向阀（5）、液控单向阀（2）进入前梁千斤顶活塞腔，与此同时，前梁千斤顶活塞杆腔的低压液体经操纵阀（7）回液，前梁千斤顶伸出，前梁向上摆动；把操纵阀（7）手柄打到“前梁千斤顶降”位置时，高压乳化液经操纵阀（7）后分为两路：一路进入前梁千斤顶活塞杆腔，与此同时，另一路打开液控单向阀（2），前梁千斤顶活塞腔的低压液体经液控单向阀（2）、定向回液交替单向阀（5）、操纵阀（7）回液，前梁千斤顶缩回，前梁向下摆动。

1.2随动控制

前立柱升柱时，前梁相对于后梁自动摆动上仰；但前立柱降柱时，前梁却相对于后梁不做任何摆动。具体过程如下：把操纵阀（6）手柄打到“前立柱升”位置时，高压乳化液经操纵阀（6）后分为两路：一路经液控单向阀（4）进入前立柱下腔，与此同时，前立柱上腔的低压液体经操纵阀（6）回液，迫使前立柱升柱；另一路经定向回液交替单向阀（5）、液控单向阀（2）进入前梁千斤顶活塞腔，与此同时，前梁千斤顶活塞杆腔的低压液体经操纵阀（7）回液，迫使前梁千斤顶伸出，前梁向上摆动。把操纵阀（6）手柄打到“前立柱降”位置时，高压乳化液经操纵阀（6）后分为两路：一路进入前立柱上腔，迫使前立柱降柱，与此同时，另一路打开液控单向阀（4），前立柱下腔的低压液体经液控单向阀（4）后，虽然也分为两路，但流向定向回液交替单向阀（5）的立柱下腔回液打不开该阀，前梁下摆液路处于断路状态，因而前梁不动作。

2 随动控制系统的特点

2.1主动承载

升柱过程中，高压液同时进入前梁千斤顶的活塞腔和前、后立柱下腔，由于前梁自重轻、前梁千斤顶活塞腔压力小，而立柱载荷大、立柱下腔压力大，导致支架前梁尖端最先接顶；又由于前立柱载荷相对地大于后立柱载荷，导致了后梁尾部先于前部接顶，这样，在前梁尖端和后梁尾部相继接顶后，前梁、后梁和顶板之间暂时形成三角形状态，如图2所示。前立柱继续升柱，迫使前梁上仰角度减小，前梁千斤顶活塞腔压力提高，达到一定程度后安全阀开启溢流，逐渐将三角区压平。

图2 随动控制时支架的状态

随动控制方式，改变了前梁和顶板的相互作用关系，前梁对顶板的支护作用逐步由被动让压承载变为及时主动‘托顶’，这就大大改善了对易冒落的前部伪顶的控制效果，提高了前梁的控顶能力。

2.2提高移架速度

正常情况下，采用随动控制方式的前梁不需要单独操作，只随前立柱动作而动作即可，这样就省去了有关前梁支护的辅助操作，缩短了支架循环动作周期，提高了移架速度。

3 使用效果

采用前梁随动控制的液压支架投入使用以后，对支架运行情况进行监测的结果是：尽管工作面机道上方顶板裂隙发育，且在250m工作面长度方向起伏不平，但在开采过程中，采场没有发生机道上方顶板漏顶事故。采用前梁随动控制系统，可以把单架完成降、移、升动作的时间缩短2s以上。这表明铰接前梁随动控制新技术，对改善前梁对顶板的支护效果和提高移架速度是有效的。

4 结论

采用前梁随动控制系统，能够有效地防止机道上方顶板过早离层下沉，改善了铰接式前梁对机道上方顶板的支护效果，维持工作面顶板的完整性；同时也能够提高移架速度。采用该系统对前梁的强度提出了更高的要求，建议在支架的型式试验中提高前梁的疲劳强度试验要求。