摘要：雙作用伸縮液壓缸具有調(diào)高范圍大、屬液壓無極調(diào)高、操作方便靈活的優(yōu)點(diǎn)，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工要求高、成本高。文章簡要分析了液壓系統(tǒng)、雙級(jí)液壓缸設(shè)計(jì)原理、雙級(jí)液壓缸設(shè)計(jì)特點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)設(shè)計(jì)分析，這一研究對(duì)于組合式液壓缸的推廣具有一定的意義。

關(guān)鍵詞：兩級(jí)液壓缸；液壓系統(tǒng)；導(dǎo)向套；液壓支架

中圖分類號(hào)：TD355 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2012）30-0025-03

國內(nèi)外煤礦生產(chǎn)支架使用的液壓缸已經(jīng)有了許多種類型，如單缸單作用、單缸雙作用、多缸單作用、多缸雙作用。文中主要設(shè)計(jì)雙作用伸縮液壓缸。這種液壓缸的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)高范圍大、屬液壓無極調(diào)高、操作方便靈活，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工要求高、成本高。本文基于伸縮式兩級(jí)液壓缸簡要地分析了這類液壓支架的設(shè)計(jì)，這一研究對(duì)于組合式液壓缸的推廣具有一定的意義。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

1.1 液壓系統(tǒng)

圖1是一個(gè)典型的液壓系統(tǒng)，其構(gòu)成要素是：動(dòng)力元件——液壓泵或送風(fēng)裝置，其作用是把原動(dòng)力輸入機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)榱黧w壓力，使其可以為系統(tǒng)提供能源；執(zhí)行元件——液壓缸或氣缸、液壓馬達(dá)或壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)，其作用是把流體壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，輸出力和速度或力矩和轉(zhuǎn)速，驅(qū)動(dòng)負(fù)載做直線運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；控制元件——壓力、流量和方向操控閥，作用是操縱和調(diào)整系統(tǒng)的流體壓力、流量和流動(dòng)的方向，以確保執(zhí)行組件達(dá)到所需的輸出力（或力矩）、移動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)軌跡；輔助元素，確保系統(tǒng)正常運(yùn)行所需要的輔助裝置，包括管道、管接頭、油箱或存儲(chǔ)罐、過濾器皿和壓力計(jì)；工作介質(zhì)——液壓油。

1.2 雙級(jí)液壓缸設(shè)計(jì)原理

液壓缸是將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置，驅(qū)動(dòng)運(yùn)行機(jī)制做來回式線性（或擺動(dòng)）運(yùn)動(dòng)的液壓執(zhí)動(dòng)器，根據(jù)作用方式分有單、雙式，雙作用式代表兩腔都可以進(jìn)出壓力油，活塞（缸體）可以有正反兩個(gè)相對(duì)方向的運(yùn)動(dòng)。采用的組合液壓缸即缸筒是由兩個(gè)階段或多個(gè)階段的活塞缸套裝而成，也叫做多階段缸體。伸出的順序是：由大到小，推力則從大到小，速度從慢到快；縮回的順序是：從小到大，速度從快至慢。雙伸縮類型的立柱工作機(jī)理如圖2所示，立柱上升時(shí)高壓液柱從A口注入立柱，B口和C口連接回液通道，在立柱1上升的時(shí)候，該過程分為兩個(gè)部分：第一部分是活柱2伸出而且只能將活柱3下端完全伸出，第二部分柱內(nèi)部單向閥4打開才能讓活柱的上端5伸出。降柱的過程中，高壓液體從B和C嘴輸入，打開A口連接回液管道。降柱過程也分為兩個(gè)階段完成。第一階段是在下活柱2縮回缸體內(nèi)的情況下，上活柱5不會(huì)下縮原于柱內(nèi)單閥側(cè)處于閉鎖狀態(tài)，但是當(dāng)下活柱2完全縮回時(shí)，單向閥4的內(nèi)部芯片的頂桿將會(huì)與缸體凸臺(tái)相撞導(dǎo)致單向閥4打開，上活柱5下腔液體可以回A口，因此上活柱縮回。第二階段是當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，頂板對(duì)上活柱5的壓力會(huì)由上活柱下端被閉鎖的液體承擔(dān)并轉(zhuǎn)移給下活柱2，這時(shí)上下活柱所承受的壓力是一致的。換言之，這種立柱的別名是等負(fù)載雙伸縮立柱。當(dāng)下活柱2的液體達(dá)到安全閥不能承擔(dān)的壓力時(shí)，安全閥自動(dòng)打開，下活柱2退回原來位置，當(dāng)下活柱2完全縮入缸體中，只有上活柱5承單壓力時(shí)，頂板的作用力又會(huì)使上活柱5退回原位。

1.3 雙級(jí)液壓缸設(shè)計(jì)特點(diǎn)

雙級(jí)液壓缸立柱由于下活柱的伸縮順序一致，上活柱順序相反。在煤層變化微小時(shí)，上活柱的伸縮長度是相同的。所以上活柱等價(jià)于立柱的液壓加長桿。因?yàn)榛钪拈L度可隨意調(diào)整，比單一的伸縮立柱控制機(jī)械加長桿靈活，所以當(dāng)前的應(yīng)用越來越多廣泛，但是，事實(shí)上它的價(jià)格相對(duì)比較高。因?yàn)榈蓉?fù)載雙伸縮支柱的上下活柱活塞面積不一樣，所以在一個(gè)泵站的工作基礎(chǔ)下，上下活柱伸出的最大的支撐頂板的初撐力，下活柱相對(duì)較大。因此，在煤層厚度改變較明顯的情況下，上活柱伸出長度隨著改變，導(dǎo)致初撐力變小，阻礙了頂板維修。此外，在承擔(dān)壓力時(shí)，由于相同的負(fù)載條件，上活柱下端的壓力會(huì)超過下活柱下端的壓力，假如壓力過大，會(huì)導(dǎo)致下活柱在巨大的壓力下膨脹變形的后果，干擾到下活柱的正常作用，甚至造成導(dǎo)向套和立柱嚙合。因此，在煤層厚度改變較大時(shí)或波及到地壓大煤層，使用這樣的等負(fù)載立柱要謹(jǐn)慎小心。

1.4 關(guān)鍵點(diǎn)設(shè)計(jì)分析

以下主要就雙級(jí)液壓缸設(shè)計(jì)的支撐和導(dǎo)向套進(jìn)行分析。

1.4.1 支架承載過程。支架的支撐經(jīng)過是指支架與頂板的相互作用力起作用的過程，包括初撐、承載增阻和恒阻三道程序。詳見圖3所示：第一道程序——在支架上升的階段中，當(dāng)支架的頂梁碰到頂板，直到立柱下端的液體作用力強(qiáng)度慢慢增加到泵站工作強(qiáng)度時(shí)，停止供應(yīng)液體，液控單向閥迅速合閉；第二道程序——支架初撐完成后，隨著頂板的下降，隨著立柱下端的液體作用力逐漸增加，支架對(duì)頂板的支撐力也隨之增加，出現(xiàn)增阻的現(xiàn)象；第三道程序——伴著頂板作用力的逐漸變大，立柱下端的液體作用力越來越大，當(dāng)增加到安全閥超過固定值時(shí)，安全閥自動(dòng)打開閥門，液體釋放，使得立柱表面降低，液體的作用力也慢慢減少。當(dāng)降到安全閥的調(diào)定壓力時(shí)，安全閥自動(dòng)關(guān)閉，阻止液體繼續(xù)流出。

1.4.2 導(dǎo)向套設(shè)計(jì)。導(dǎo)向套在活塞重復(fù)往返的移動(dòng)過程中有著引導(dǎo)支持的作用，導(dǎo)向套的效能的高低對(duì)液壓缸的作用有很大的控制力。設(shè)計(jì)應(yīng)符合要求的最低值長度和隔環(huán)長度的確定，當(dāng)所有的活塞桿都伸出時(shí)，從活塞支持點(diǎn)對(duì)導(dǎo)向套滑動(dòng)表面中間位置的距離稱為最小距離H，如圖4所示：

2 結(jié)語

設(shè)計(jì)分析的液壓支架，特點(diǎn)是調(diào)高范圍大、移架速度快、工作面產(chǎn)量高、支架的使用壽命長等。在實(shí)際進(jìn)行應(yīng)用分析還應(yīng)更為詳細(xì)進(jìn)行一、二級(jí)活塞缸以及各部分參數(shù)的確定，才能獲得更為全面的設(shè)計(jì)效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 曾祥斌.寺河礦大采高5.5m工作面采場控制分析[J].科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2010，（22）.

[2] 楊玉俊.淺談綜放工作面液壓支架初撐力的測定與安全生產(chǎn)[J].科技風(fēng)，2010，（14）.

[3] 張林，黃家正.綜采工作面液壓支架提高初撐力的途徑與效果[J].中國科技信息，2006，（8）.

作者簡介：朱純才（1965-），男，遼寧錦縣人，阜礦集團(tuán)機(jī)械制造分公司工程師，研究方向：機(jī)械制造。

（責(zé)任編輯：周加轉(zhuǎn)）