一种用于煤矿液压支架平衡千斤顶装置的双控液压锁的设计

郑亚东，张 伟，王雷刚，陈 佑，陈志伟

（中国矿业大学（北京） 机电与信息工程学院，北京 100083）

0 引言

液压支架是综采工作面的主要配套支护设备，随着高效高产工作面的不断涌现，对液压支架的可靠性和适应性的要求越来越高。在两柱掩护式液压支架的组成构件当中，平衡千斤顶占据了一个非常重要的位置。平衡千斤顶是用来连接支架顶梁和掩护梁的，其主要目的是为了增强液压支架在工作过程中的支撑能力。平衡千斤顶上设置的锁紧油路是其安全工作的重要保证，而双向液压锁是其中的关键元件，它的性能直接影响锁紧油路工作的可靠性。在两柱掩护式液压支架立柱初撑时，其顶梁在控制系统，尤其是电液控制系统的控制下，工作姿态一般为前端上翘，使顶梁的前端先接触到顶板，以达到改善液压支架对顶板的支护性能、有效地控制顶板的目的。立柱继续上升撑起，下腔压力逐渐增大，顶板对顶梁梁端的压力也会逐渐增大。此时，顶梁将会以梁端与顶板的接触为支点，逐渐向顶板的方向转动以接近顶板。但是在此过程中，由于平衡千斤顶处于锁闭状态，平衡千斤顶的长度被锁定，顶梁与掩护梁之间连接的铰接点失去作用，顶梁不能够绕与掩护梁连接的铰接点转动，液压支架后部的四连杆机构也就无法正常运动，这样顶梁、掩护梁和平衡千斤顶三者之间就形成了一个刚性的三角形结构。目前对此情况的处理方法一般是依靠液压支架下方的操作人员的观察和经验，然后通过人工控制三位四通控制阀来使平衡千斤顶伸长或者缩短以配合立柱的继续升起。但是由于操作人员是站在液压支架正下方来观察的，对于顶梁与顶板的接触情况无法准确地作出判断，以至于在顶梁接顶压实的过程中，顶梁不能有效的水平接触到顶板，导致顶梁梁端集中受载的问题。而且足够的顶梁梁端力会使平衡千斤顶的活塞腔压力迅速增高，经常会造成顶梁被压弯、平衡千斤顶损坏的不利情况，严重地影响到液压支架的正常工作，对于工作人员的安全也是一个极大的隐患。

针对以上所发现的问题，本文提出了一种用于煤矿液压支架平衡千斤顶装置的新型双控液压锁的设计。这种液压锁既能实现平衡千斤顶的正常闭锁功能，又能满足煤矿液压支架在升柱过程中立柱与平衡千斤顶协调控制的工作需要，对于煤矿的安全生产和稳步发展具有积极的现实意义。

1 结构设计

该双控液压锁的设计结构如图1 所示。包括板式主阀体1，阀体左右两边开设相同大小的阀腔，阀腔内设有油路9、油路10，油路9 与出液孔C 相通，油路10与出液孔D 相通；出液孔C、D 分别与平衡千斤顶的活塞腔和活塞杆腔相连；阀体底部设有与阀腔相通的进液口A、B 以及控制口E。阀腔内装有带螺堵的阀套7、复位弹簧8、阀芯6、阀座5、带螺孔的顶杆2、3。这种液压锁的优点在于板式阀体更便于阀体的拆装；将阀芯6、阀座5 分别设置在所述阀套7 凹腔内、阀体阀腔内，板式的结构更加简单紧凑。

图1 双控液压锁的设计结构图Fig.1 Design structure diagram of two.way hydraulic lock

本双控液压锁主要应用于液压支架平衡千斤顶上。液压支架立柱与平衡千斤顶协调控制系统原理图如图2所示。液压支架初撑时顶梁前端上翘，支架顶梁的梁端首先接触到顶板。顶梁梁端接触顶板后，随着立柱下腔压力的逐渐升高，顶梁梁端对顶板的支护力也在逐渐增大。当梁端力增大到一定值后，整个顶梁将以梁端为支点向顶板方向转动。此时来自立柱下腔的乳化液通过图2 中的控制口E 进入液压锁中。在乳化液的压力作用下，通过控制顶杆分别顶开左、右腔中的单向阀，使平衡千斤顶的活塞腔和活塞杆腔均接回油口，平衡千斤顶完全解锁，并可以自由伸缩，顶梁以梁端为支点向顶板方向自动转动，良好接触顶板并支撑。当达到初撑力后断开立柱下腔的供液，来自立柱下腔的供液消失，控制口E 接回油口，在复位弹簧的作用下左右单向阀关闭，双控液压锁再次锁死平衡千斤顶，恢复了平衡千斤顶的普通锁紧功能。

图2 立柱与平衡千斤顶的协调液压控制回路图Fig.2 Coordinated control loop of stand column and equilibrium jack

2 功能实现

该双控液压锁具有两种功能： 普通液压锁的基本功能和新型液压锁的解锁功能。

普通液压锁的基本功能由A、B 口实现： 如图1 中所示，当A、B、E 口都接回油口时，双控液压锁处于闭锁状态；当液压系统的一条油路的液流由左腔的进液口A 正向流入液压锁时，液流通过油路15 进入右腔并顶开右腔中的单向阀，通过油路10 由出液孔D 流出供液，同时液流通过左腔中的控制顶杆顶开左腔中的单向阀，使出液孔C 通过油路9、14 与进液口B 相通回液；反之，当液压系统的一条油路的液流由右腔的进液孔B 正向流入该阀时，液流通过油路14 进入左腔并顶开左腔中的单向阀，通过油路9 由出液孔C 流出供液，同时液流通过右腔中的控制顶杆顶开右腔中的单向阀，使出液孔D 通过油路10、15 与进液口A 相通回液，实现普通双向液压锁的正常锁紧功能。

液压锁的解锁功能由E 口实现： 如图1 中所示，A、B 口接回油口双控液压锁处于闭锁状态，当液压支架立柱升柱时，立柱下腔的液流由控制口E 流入液压锁，液流通过油路12、油路13 分别进入左、右腔中，并通过控制带螺孔的顶杆分别顶开左、右腔中的单向阀，使平衡千斤顶的活塞腔和活塞杆腔均接回油口，平衡千斤顶活塞杆可以自由伸缩，解除了液压支架立柱升柱过程中，平衡千斤顶、掩护梁和顶梁之间形成的刚性三角连接，恢复了顶梁与掩护梁的铰接连接，使液压支架在升柱过程中顶梁绕该铰接点自由转动。当达到初撑力后断开立柱下腔的供液，控制口E 接回油口，在复位弹簧的作用下左右单向阀关闭，双向液压锁锁死平衡千斤顶，恢复了平衡千斤顶的正常功能。这样，该新型的双控液压锁既能实现普通双控液压锁的基本功能，达到平衡千斤顶两腔的正常闭锁，又能实现立柱升柱时立柱与平衡千斤顶的自动协调控制，使顶梁与顶板良好的接触压实。

3 结束语

液压支架上平衡千斤顶双控液压锁的新型设计，改变了液压支架平衡千斤顶的操控方式，能准确、有效地配合立柱的升起，使液压支架顶梁在升柱过程中实现自动找平，达到顶梁与顶板良好的接触压实，实现平衡千斤顶与立柱的自动协调控制，避免液压支架出现顶梁受力不均衡的问题。

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