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单体液压支柱

原理

单体液压支柱是由缸体、活柱、阀等零件组成的。其中三用阀是外注式单体液压支柱的心脏,它由单向阀、卸载阀和安全阀王部分组成。单向阀供单体液压支柱供液用,卸载阀供单体液压支柱卸载回柱用,安全阀保证单体液压支柱具有恒阻特性。现以外注式单体液压为例介绍其结构和工作原理。

升柱时,操作注液枪把手,高压液体经三用阀内的单向阀、阀筒上的径向孔进入支柱下腔,活柱升高。当支柱顶盖使金属顶梁紧贴工作面顶板,活柱不再升高时,松开注液枪把手,注液枪即切断岛压液流,这时支柱下腔压力为泵站压力,使支柱给予顶板一定的初撑力,完成升柱——初撑阶段。

随着支护时间的延长,工作面顶板作用在支柱上的载荷增加,当顶板压力超过支柱额定工作阻力时,支柱内腔的高压液体将三用阀中的安全阀打开,液体从右阀管与安全阀套之间的间隙外溢,支柱内腔压力降低,支柱下缩。当支柱内腔压力低于安全阀弹簧力时,安全阀关闭,支柱内腔压力液体停止外溢,支柱不再下缩。

回柱时,将卸载手把插入三用阀筒卸载孔中,转动卸载手把(或扳动卸载装设)、迫使安令阀轴向移动,从而打开卸载阀。支柱内腔乳化液经卸载阀、右阀管与注液阀体之间的间隙喷到工作面采空区,活柱在自重和复位弹簧作用下回缩,达到回柱目的。

用途

单体液压支柱简称为单柱,在结构上与液压支架不同。它与金属铰接顶梁配套,供普通机械化采煤工作面支护使用;也可供综采工作面局部地区,如端头或临时支护使用。单柱没有推移装置、整体底座和顶梁,但柱体本身的结构较液压支架上的支柱复杂。单柱也是恒阻工作式的支柱。

单体液压支柱适用于倾角小于250的水平或缓倾斜煤层(当采用可靠的安全措施时,也可在25°~35°的煤层中使用),并且要求底板不宜过软,顶板周期压力明显,直接顶易于垮落的围岩条件,在底板过软、地质条件复杂或分层的工作面使用单柱时,应采取相应的措施。

单体液压支柱不准在下列条件下使用:

1、淋水过大的工作面。

2、使用其它性能支柱的工作面。

3、使用木顶梁的工作面。

4、有严重酸碱性淋水的工作面。

5、暂不适用炮采工作面。

分类

由缸、活柱、阀等零件组成。以专用油或高含水液压液(含乳化液)等为工作液,供矿山支护用的单根支柱称为单体液压支柱。

单体液压支柱按其供液方式不同,分为外供液式(简称外注式)和内供液式(简称内注式)支柱。按工作行程不同,支柱分为单伸缩(单行程)支柱和双伸缩(双行程)支柱。按使用材质不同,支柱分为钢质支柱和轻合金支柱。

一、活塞式单体液压支柱

1、内注式单体液压是柱

内注式单体液压支柱在人力作用下靠支柱内部液体循环达到支撑顶板的目的。其主要由顶盖、通气阀、安全阀、活柱体、油缸体、支柱活塞、曲柄滑块机构等零件组成。

内注式单体液压支柱包括升柱与仞撑、承载、卸载回柱三个过程。但由于支柱结构复杂,维护维修费用高,劳动强度大,生产成本高,使用量在逐步减少。

2、外注式单体液压支柱

外注式单体液压支柱是往工作面乳化液泵站提供的压力液体作用下达到支撑顶板目的的,也包括升柱与初撑、承载、卸载回柱三个过程。

外注式单体液压支柱结构主要由顶盖、加长段、圆弧焊缝、三用阀、柱头、圆弧焊缝、手把体、活柱、油缸、复位弹簧、活塞、底座等组成。

二、悬浮式单体液压支柱

悬浮式单体液压支柱是20世纪末研发出的新型外注式单体液压支柱,其克服了活塞式单体液压支柱存在的焊缝断裂、内泄漏、操作不便等缺陷,实现了无焊缝、无柱头、无活塞的结构,具有工作行程大、使用范围广、抗偏载能力强、使用安全可靠等特点,在生产实践中得到了良好的应用效果。悬浮式单体液压支柱分为单伸缩和双伸缩支柱两大类。

1、单伸缩悬浮式单体液压支柱

单伸缩悬浮式单体液压支柱结构主要由顶盖、悬浮盖、活柱、手把阀体、油缸、复位弹簧、底座、三用阀等零部件组成。包括升柱和初撑、承载、卸载回柱式个过程,支柱的控制由三用阀完成。

2、双伸缩悬浮式单体液压支柱

双伸缩悬浮式单体液压支柱主要由顶盖、悬浮盖、活柱、套缸、手把阀体、油缸、中缸、复位弹簧、底座、三用阀等零部件组成。

特点

内、外注式单体液压支柱的工作原理、性能和回柱方式均相同,而结构、工作介质等有所不同,其各自的特点如下:

一、内、外注式单体液压支柱区别

1、外注式单体液压支柱的工作液为乳化液,回柱时乳化液排至采空区。内注式单体液压支柱的工作液为液压油,回柱时油缸中的液压油流回活柱内腔形成闭式循环。

2、外注式单体液压支柱用的乳化液由设在巷道中的泵站经高压胶管、注液枪供给,并给予支柱的一定初撑力,初撑力由泵站压力保证。内注式单体液压支柱是靠支柱本身手摇泵来获得初撑力,所以初撑力是根据操作力的大小来确定的。

3、外注式单体液压支柱是靠活柱体自重和复位弹簧降柱。内注式单体液压支柱仅靠自重降柱。

4、内注式单体液压支柱在升降柱时,需要进气、排气,要求设有通气装置。外注式则不需要。

5、外注式单体液压支柱的活柱升到最大高度时依靠限位装置限位。内注式单体液压支柱的活柱升到最大高度时则依靠活柱体内装油量的多少来限位。

6、外注式单体液压支柱上的所有阀都装在一起,便于井下更换和井上维修。内注式单体液压支柱的安全阀、单向阀和卸载阀分别装在不同的位置上,在井下无法更换。

二、外注式单体液压支柱的优点

1、结构简单。除三用阀外,支柱内腔零件少(不像内注式单体液压支柱装有一个手摇泵以及通风装置等),因此加工容易、成本低。

2、维护方便。支柱一般故障大多发生在三用阀上,在井下更换一个好的三用阀后,支柱即可投入使用,无需整体升井,因此零件发生故障的可能性少(而内注式单体液压支柱的任何内部零件的损坏都需支柱升井解体,维修工作量大)。

3、升柱速度快。一般外注式单体液压支柱的升柱速度为70~ 80mm/s。泵站压力越高,升柱速度也就越高(内注式单体液压支柱靠人工来完成,每摇一次手把,升柱行程一般只有20~30mm)。在升柱行程相同的情况下,外注式比内注式支柱的升柱速度快4~5倍。

4、工作行程大,适应煤层变化范围大。外注式单柱行程不受升柱限制,可设计得大些,因而适应煤层变化的范围大(内注式单柱因手工操作升柱,每次行程又小,所以支柱行程不可能设计得太大,否则将影响工人操作)。

5、质量较轻。外注式单柱零件少,所以质量轻。同一高度的内、外注式单柱的质量相差3-5kg。

三、外注式单体液压支柱的缺点

1、增加一套泵站和管路系统,系统多、环节多、管理较复杂(内注式单柱就不需要这些设备,在没有电源和泵站的地方也可应用,灵活性强,管理较简单,对工作面生产的影响也小)。

2、消耗乳化液,吨煤成本略有提高。外注式单柱在回柱时,将单柱内腔乳化液排至采空区,不能回收复用(内注式单柱回柱时,其液压油流回活柱内腔,实现支柱本身液压油闭路循环,所以液压油的消耗量少)。

3、外注式单柱是开式系统,单向阀、卸载阀暴露在外表,容易受污染而失效(内注式单柱的阀全部装在支柱内腔,受外界污染的可能性小,所以可靠性较高)。

4、劳动条件较差。外注式单柱在注液前要冲洗注液嘴,操作不当就容易弄湿工作服(内注式单柱的液压系统为闭式系统,油液不易外漏,所以劳动条件好些)。

因外注式单体支柱有很多优点,大多数煤矿都用外注式单体支柱。

管理

单体液压支柱之所以能获得广泛的应用,与它的工作性能分不开。然而,要使每根柱子始终保持良好的工作性能,确定各阶段严格、正确的管理措施又是十分必要的。

1、使用前的管理

①对于拟使用单体液压支柱的工作面,首先要根据工作面的地质条件和必要的监测结果正确选型。只有选型合适,才能充分发挥支柱的作用,管理好顶板。

②根据工作面的生产方式编制支护方案、技术措施及安全作业规程,并报经主管部门批准后进行实施。

③根据工作面建立台账。其内容一般包括:下井日期、数量、型号、折损量、维修时间及根次,支柱技术性能测定数据等。

④不论新、旧支柱,下井前必须逐根检验,合格者方能下井。另外,支柱运输过程中要注意保护,防止与其他硬物品碰、撞、砸、压,造成意外的机械损伤。

⑤对操作者进行上岗前的培训,合格者上岗,杜绝无证操作。

2、操作中的管理

①单体支柱工作面,不准与不同性质、不同规格的支柱混合使用。即使是同一类型同一规格的支柱,也要注意在操作时尽量使其工作性能一致,升柱时要保证每根柱子都达到其初撑力。这是管好工作面顶板的关键。

②严格按支护规程操作,确保架设质量。要柱、排距均匀,做到横成排,竖成行。支柱要垂直顶、底板支设,要有迎山角且角度要合适。

③工作面立柱和铰接顶梁要编号管理,对号入座;对于支柱工应采用分段承包架设和管理。根据有关规定,机械化工作面一般不准放炮;非放不可时应采取有效的保护措施,防止损坏支柱。工作面出现"死柱"时,严禁用炮崩,不允许用绞车拔柱,应打好临时支柱,采取局部挑顶、卧底将其取出。

④给支柱注液时,要注意=三用阀注液口处是否清洁,一般应先冲洗后再插枪注液。

⑤严格管理乳化液,保证其各项性能指标参数复合要求。

3、维修管理

①建立维修管理制度。在井下支护过程中,要注意单体液压支柱的损坏情况,当支柱出现自动卸载降柱、卸载阀失效、支柱表面有明显的机械变形或机械擦伤而影响动作等情况,都要及时升井修理。支柱在井下连续使用6~8个月后(多为一个工作面采完后)或井下存放时间较长,应升井检修。

②凡检修后的支柱均须进行测试,其内容一般包括操作试验,承载试验,高、低压密封试验等。

型号含义

支柱型号主要由"产品类型代号"、"第一特征代号"、"第二特征代号"和"主参数代号"表示,如按此划分仍不能区分不同产品时,允许增加"补充特征代号"和"修改序号"以示区别。

1、"产品类型代号"表明产品类别,支柱用汉语拼音大写字母D表示。

2、第一特征代号"表明支柱按供液方式和工作液不同的分类,内注式支柱用汉语拼音大写字母N表示,外注式支柱用汉语拼音大写字母W表示;"第二特征代号"表明支柱按行程不同的分类,双伸缩支柱用汉语拼音大写字母S表示,无字母代表单伸缩支柱。

3、"主参数代号"依次用支柱的最大高度、额定工作阻力和油缸内径三个参数表明,三个参数均用阿拉伯数字表示,参数之间分别用"-""/"符号隔开,最大I岛度的单位为分米(dm),额定工作阻力的单位为千牛,油缸内径的单位为毫米。

4、"补充特征代号"用于区分材质、结构等不同的产品,用汉语拼音大写字母表示,如Q代丧轻合金。

5、修改序号"表明产品结构钉承大修改时作识别之用,用带括号的大写英文字母(A)、(B)、(C)…依次表示。

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