一种矿用液压支架推移千斤顶电液控制系统设计

周彩红

（霍州煤电鑫钜煤机装备制造有限责任公司，山西 霍州 031412）

1 概述

由于矿用液压支架的手动控制系统操作复杂，自动化程度偏低，会对煤矿工作面的回采效率造成影响，导致产量偏低。因此，针对优化手动控制系统以提高液压支架性能的举措已经没有实际价值。随着新技术、新设备的研发，矿井的自动化程度越来越高，针对液压支架手动控制系统效率偏低的问题，研究新型的电液控制系统已经成为改善工作面自动化程度，提高工作面回采效率的必然趋势。新型电液控制系统不仅可以提高工作面的回采效率，完善其自动化程度，而且可以降低工人的劳动强度，提高工作的安全系数，对保证煤炭经济效益的提高及安全生产具有重要意义。

ZY6800/11.5/24D电液控液压支架，是根据霍州煤电干河矿实际生产需要设计的薄煤层支架。该液压支架电液控制系统与顺槽控制中心通过总线进行数据通信，可以上传的模拟量数据主要是各支架倾角及采高、立柱压力、推杆行程、采煤机位置及方向，能够通过液压支架电液控制系统实现成组升柱和降柱、推溜和移架等动作。

2 电液控制系统设计方案

2.1 电液控推移千斤顶中行程传感器的设计

由于推移千斤顶与采煤过程中的推溜、拉架工艺相关，必须严格控制其行程，所以在推移千斤顶内部增设了行程传感器。手动方式的推移千斤顶由缸体、活塞、活塞杆、导向套及密封件等组成，并不能满足当前电液控制系统的需要，通过对推移千斤顶增设行程传感器，不仅可以满足采煤过程中推移千斤顶的推溜、拉架等相关功能，还可以使其满足电液控制系统的需求，从而实现推移千斤顶的自动化控制。

行程传感器其本质是用于测量推移千斤顶的行程，通过行程传感器可以反映支架或推杆所处的位置，是推移控制过程的重要参数，具有很强的可靠性，是精确完成推溜、拉架等功能的保证。本设计所选用行程传感器为细长管结构，如图1所示。在推移千斤顶的外端设计专门的行程传感器插座，将传感器的一端在液压缸的端部固定，在千斤顶的活塞杆中心专门设计细长孔，用于放置传感器的管体。图2为传感器总成图，传感器的磁环采用螺纹方式进行连接，方便磁环的固定、安装及拆卸维修，且由于该磁环的体积较小，只占用千斤顶液压缸的一小部分空间。工作时，在液压缸的中心位置将磁环固定，并将用不锈钢钢管密封的内传感设备穿过磁环，此时，随着活塞杆体的运动，内传感设备将会和磁环产生相对运动，通过磁场的变化，传感设备可以产生感应信号，经传感设备内设的放大器变换向控制器传输模拟电压信号，通过最终的数据处理可以掌握活塞运动的位置。

图1 推移行程传感器

图2 位移传感器总成

2.2 液压支架推移千斤顶优化设计

（1）推移千斤顶缸筒设计

缸筒内径是千斤顶液压缸的主要参数之一，缸筒内径D可以根据液压缸的负载及供液压力按照下述公式进行计算：

式中：

F1-液压缸推力，N；

φ-液压缸的负载效率，取φ=1；

η-液压缸的总效率；

ρ-液压缸工作压力，MPa。

上式中液压缸的总效率η根据如下公式进行计算：

式中：

ηm-机械效率，取ηm≈0.98；

ηv-容积效率，取ηv≈1；

ηd-作用力效率，取ηd≈1。

干河煤矿ZY6800/11.5/24D电液控液压支架所使用的推移千斤顶的液压缸的工作压力为32.5MPa，推力为800kN，通过公式 计算出其总效率为0.98，由此可计算出缸筒的内径D=184.65mm，根据缸筒内径尺寸表圆整为标准值，确定内径D=180mm。

（2）活塞杆的设计

根据工作环境需要，推移千斤顶采用固定活塞设计，如图3所示左端设计成阶梯型，通过螺纹活塞固定于杆体上，活塞杆内部采用空心设计，用于行程传感器的安装定位。

图3 活塞杆结构图

（3）液压缸缸底设计

由于该千斤顶活塞采用固定式设计，如果将行程传感器的磁环安装在活塞杆上，则传感器因不能随着活塞运动而无法产生信号。因此，必须考虑设计一种新型缸底，既可以使其一端与液压缸缸筒相连，实现与液压缸缸筒的同步运动，又可以深入到缸筒内部，通过电缆接头与行程传感器磁环连接。结合现场生产实际，设计了如下图4、图5所示缸底。

图4 缸底示意图

图5 传感装置安装示意图

①缸底与固定销轴采用一体式结构，由于该千斤顶采用内置行程传感器，缸底需要起固定传感器的作用，所以在缸底上不能留有销轴孔，设计了图4所示的缸底。这种一体式结构的缸底，不仅满足了行程传感器的安装需求，而且在实际使用中保证了轴与缸底的同心度，减少了缸底及销轴受到的剪应力，增长了安全使用年限。

②缸底的底部可拆卸，且缸底距缸筒距离不大，便于安装行程传感器，拆卸操作简便。

3 结语

带有行程传感器的推移千斤顶，在结构上与普通的手动千斤顶有一定的差别，只需将带有行程传感器的推移千斤顶通过简单的拆装就可以用于一般的手动控制系统：将行程传感器、电缆接头、附件等电气设备取出，将缸底底部固定行程传感器的环形螺纹堵头更换为普通螺纹堵头，无需将千斤顶彻底拆开，无需把活塞杆上的磁环取出，就可作为普通的手动控制推移千斤顶使用。这种形式的推移千斤顶具有良好的互换性和通用性。