液压支架立柱自动增压阀的试验研究*

□ 蒋 艺 □ 李祥松

沈阳工程学院 机械学院 沈阳 110136

矿用液压支架是与刮板输送机、采煤机 （或刨煤机）联合使用的井下煤矿采集设备，在采煤过程中，液压支架会受到来自采空区顶板的巨大压力，而此时，工作人员会在支架下调试采煤设备的各种参数，如若液压支架发生故障，则会对工作人员造成巨大人身伤害。因此，对液压支架的可靠性研究具有重要的理论意义与实际意义。

长期以来，国内外众多学者对此进行了大量的研究［1-3］。 任锡义［4］利用 AMESim 与 ADAMS 各自的功能，分别在两个软件平台的基础上，建立了系统的仿真模型来实现联合仿真，对液压支架整体的动态特性进行了有效的分析。李长江［5］对液压支架进行了三维建模和空间有限元受力分析，并对重要结构件进行了模态分析，得到了相关结构件的应力、应变状况和固有频率。 K Dasgupta 和 R Karmakar［6］利用计算机仿真软件对液压元件所受的冲击载荷进行了模拟。研究表明，国内多数采煤工作面的支架都存在着初撑力严重不足且分布不均的问题，给顶板正常维护和工作面的管理带来困难，甚至发生重大事故。液压支架自动增压初撑系统利用同一泵站供液实现大流量低压供液和小流量高压补液，可有效解决液压支架初撑力的问题［7］［8］。 周冬雪［9］、李建光［10］利用 AMESim 对自动增压阀进行了建模及影响参数的研究。于洋［11］则设计了一款自动增压阀，并对其进行了理论计算。

笔者针对于洋设计的这款自动增压阀进行了加工制造，并针对其各项功能及性能进行了试验研究。

1 自动增压阀的工作原理

根据自动增压阀在初撑系统中的作用，并结合液压支架的实际工况要求，于洋［11］开发了一种能够实现自动控制连续工作的全液压自动增压阀，其工作原理如图1所示，加工出来的实物即试验对象如图2所示。

该自动增压阀主要由液控单向阀（1、2）、二位三通液控换向阀3和增压装置4组成。P1为入口、P2为出口。当供液压力小于二位三通液控换向阀的开启压力时，压力介质经液控单向阀1和2直接进入立柱下腔，立柱开始快速升柱；当供液压力大于二位三通液控换向阀的开启压力时，泵站来的高压液体一方面经液控单向阀继续向立柱下腔供液，另一方面经a腔直接控制液控换向阀开启，高压液体进入增压装置c腔，推动增压活塞，b腔液体经A口直接回液，a腔液体增压后经液控单向阀1进入立柱下腔。当增压活塞到位后，液控换向阀3的控制液直接与A口相通，液控换向阀复位，c腔与O口相连，同时高压液体经液控单向阀2进入增压装置 a腔，增压装置复位，液控换向阀再次开启，增压装置往复循环运动，不断排出高压液体，从而使立柱下腔达到设定的压力要求［11］。

▲图1 自动增压阀工作原理图

▲图2 立柱自动增压阀实物图

2 自动增压阀功能试验

2.1 测试方法

自动增压阀试验项目见表1。

表1 试验项目

被测系统包括液压源、换向阀、被试阀（增压阀）、压力计、油缸、控制器等，其中，控制器用于控制电液换向阀自动换向，换向时间间隔5 s。换向阀实现换向功能向被试阀供液，油缸为该试验系统的执行元件。试验测试原理图如图3所示。

按试验原理连接好各元件，调节液压源向被试阀供液，供液流量为被试阀的公称流量，使被试阀的进口压力逐渐升高，在压力值到达20 MPa、25 MPa和31.5 MPa左右时，同时记录压力计上的数值，重复进行3次试验，试验现场如图4所示。

2.2 测试结果

测试结果见表2及表3。

2.3 增压阀试验后零件情况

表2 测试结果

表3 增压比测试结果

增压阀中换向阀锥面密封及聚甲醛换向阀套锥面无损坏，自动增压阀的增压阀芯密封无损坏，如图5～图6所示。

3 结论

从试验过程中的现象和试验测得的数据可得到以下几点结论。

（1）根据开启压力、控制压力的试验数据，该自动增压阀满足设计要求。

（2）由增压比测试数据可知，该阀的增压比能够稳定地维持在1.2～1.24之间，满足设计要求。

（3）31.5 MPa供液时，增压阀出口压力为38 MPa，满足设计要求。

▲图3 试验原理图

▲图4 试验现场图

▲图5 试验后换向阀

▲图6 试验后增压阀芯

［1］ 李博.液压支架动载特性及疲劳寿命分析［D］.太原：太原理工大学，2013.

［2］ Cao Lianmin,Zeng Qingliang,Xiao Xingyuan，et al.Finite Element Stress Analysis on Structure of Hydraulic Support［J］.Advanced Materials Research,2011,321：84-87.

［3］ Cao Lianmin,Zhao Wenming.Material Stress Analysis of Hydraulic Support in Deeply Inclined Top Coal Caving Face Based on Virtual Prototyping Technology ［J］.Advanced Materials Research,2012，568：230-233.

［4］ 任锡义.液压支架整体动态特性仿真分析［D］.太原：太原理工大学，2010.

［5］ 李长江.液压支架的计算机辅助工程分析［D］.济南：山东大学，2005.

［6］ K Dasgupta,R Karmakar.Dynamic Analysis of Pilot Operated Pressure Relief Valve ［J］.Simulation Modeling Practice and Theory ，2002 （10）： 35-49.

［7］ 杜长龙,肖世德.液压支架计算机辅助分析与设计［M］.徐州：中国矿业大学出版社，1996.

［8］ 万丽荣,程居山.液压支架初撑力保证系统的设计研究［J］.煤矿机电,2003（4）：1-2.

［9］ 周冬雪,郭楚文,魏海燕.液压支架立柱自动增压阀的AMESim 建模及影响参数研究［J］.煤矿机械,2013（9）：82-84.

［10］李建光,于玲.基于AMEsim的液压支架立柱自动增压阀的仿真研究［J］.液压与气动,2011（9）：43-45.

［11］于洋.液压支架立柱自动增压阀的研究［J］.煤矿机械,2010（3）：52-53.