矿用支柱的讲解

1、国内外单体液压支柱的发展趋势使用单体液压支柱的突出优点(重点)单体液压支柱的结构和工作原理（重点）单体液压支柱的使用与维护 目前，我国煤矿的回采工作面支护装备，除一部分整体自移式液压支架外，主要的仍使用六十年代初期发展的摩擦式金属支柱，用这种支柱装备的回采工作面的产煤量约占百分之七十以上。六十年代初期，回采工作面几乎全部使用木支架。当时开始了第一次支护技术改革，即摩擦式金属支柱配以铰接顶梁代替木支护，并经历了大约三年时间大量推广应用。其最突出的效果之一是大幅度的降低了木材消耗。与此同时，也促使人们认识到矿山支护是一门综合的技术，与岩层控制及采掘工序紧密相关，对加强顶板管理促进安全生产起着举足轻

2、重的作用。我国在六十年代已开始了液压支柱的研究，经过一度中断后，于七十年代初继续进行研究试制工作，至七十年代末完成了工业性试验，进行了技术鉴定，现已经投入成批生产，并正在有计划的逐步进行回采支护的更新换代工作。近几年国内的大量实践证明，使用单体液压支柱有着良好的技术经济效果，适合国情，适应煤矿的具体情况，是进行回采支护第二次技术改革的一个方向。但是在大倾角煤层的支护作业中，使用通用式顶盖还是具有一定的缺陷。 1、初撑力高 一般地，初撑力可以达到710t，为摩擦式金属支柱的310倍（摩擦式金属支柱用液压升柱装置时初撑力23t，不用液压升柱装置时初撑力仅1t左右）。2、恒阻的性能 在较小的顶板下沉

3、量情况下，支柱即可达到额定的工作阻力，并保持恒阻的特点（摩擦式金属支柱在顶板下沉量大，支柱下缩到100mm至400mm以上时才能达到最大工作阻力）。显然，单体液压支柱能很快达到较高的工作阻力，大大改善了顶板维护状况。3、支柱承载力均匀 初撑力大与恒阻的特点，使各支柱能较均匀的承受载荷，这是优于摩擦式金属支柱的重要特点，对保持中等稳定以下工作面顶板的完整是十分有利的。4、支、撤速度快 单体液压支柱的升柱与降柱，靠液压系统来完成。内注式支柱只须扳动手柄、外注式支柱用注液枪从外部注液、扳动卸载阀排液等轻微操作即可完成回撤与支设作业，其速度一般比摩擦式支柱提高一倍左右。5、促进安全生产、降低辅助材料消

4、耗 由于初撑力高与顶板接触严实，回撤与支设速度快，控制顶板效果好，提高了工作面推进速度，冒顶事故明显减少，促进了安全生产，相应地降低了木材消耗。 DZ型单体液压支柱为外部注液的单体液压支柱。 单体液压支柱有活柱体、油缸、三用阀、顶盖、底座体、复位弹簧、手把体、活塞等主要零部件组成。如图所示： 注液枪泵站供液卸载手把卸载 一、结构 1、油缸 油缸是支柱下部承载杆件。 （1）主要技术要求 有足够的强度，能长期承受最高工作压力以及短期动态试验压力而不会产生永久变形。 有足够的刚度，能承受活柱侧向力，而不至于产生弯曲。 内表面在活塞密封件及导向环的摩擦力作用下，能长期工作，且磨损少，几何精度高，确保活

5、塞密封。 （2）缸筒材料 缸筒材料一般要求有足够的强度和冲击韧性，根据油缸的参数、用途和毛坯，可选用的材料是27SiMn。 缸筒的加工要求 缸筒内径采用H8、H9配合； 缸筒内径D的圆度公差值可按9、10、11级精度选取，圆柱度公差值可按8级选取； 缸筒端面T的垂直度公差值可按7级精度选取。 2、活柱体 活柱体是支柱上部承载杆件。根据油缸的外径可以确定出活柱的内外径分别为78 mm和95 mm。 在外注式单体液压支柱的活柱外侧还装有限位装置，其是限制活柱升高，保证油缸与活柱具有一定重合长度，防止活柱拔出和损坏的装置。限位装置有限位套、限位环、钢丝挡圈和限位台阶等多种形式。缸径为100mm的DZ

6、型支柱采用活柱上限位台阶限位。 支柱升高，活柱上限位装置与手把体接触后，如果继续供液，活柱也不再升高。因此，限位装置必须具有一定强度，使其承受初撑力时，不至于损坏。 3、三用阀 三用阀顾名思义，即有三种用处的阀。它是外注式单体液压支柱的心脏，支柱靠它的单向阀完成开柱和支撑；靠它的卸载阀完成支柱的回收；靠它的安全阀在支柱过载时使支柱缓慢下缩，保护支柱不致受损。外注式支柱将三个阀组装在一起，便于更换和维修。 三用阀利用左右阀筒上的螺纹装在支柱柱头上，并用阀筒上的O形密封圈与柱头密封。 4、复位弹簧 采用复位弹簧降柱可加速支柱下降速度。复位弹簧一头挂在柱头上，另一头挂在底座上，并使它具有一定的预紧力

7、。并且使用复位弹簧支柱的底座不能焊在油缸上，而必须活接，且采用连接钢丝与油缸连接。 复位弹簧是单体液压支柱在进行回收时，使活柱筒快速回缩的重要零件。检验复位弹簧时，应根据支柱实际支设状况，将其拉伸到最大使用高度后保持24小时，最多允许弹簧有4mm的残余变形，这样的复位弹簧才算合格。 5、顶盖 本次单体液压支柱主要针对大倾角煤层的工作状况而设计的，在大倾角工作面中单体支柱的倾倒与下滑问题一直都很严重,顶板冒落甚至大面积垮落事故时有发生,严重威胁着工作面的安全生产。改进单体液压支柱顶盖的结构将有助于改善以上几种情况，因此，我采用了防倒式顶盖。 防倒顶盖的基本结构,它由顶盖底板、楔卡、挡板组成。楔卡

8、安装在顶盖底板导槽内。楔卡为“L”形。每只防倒顶盖内安装两只楔卡,每只楔卡有一个侧面带有斜度。防倒顶盖取代普通顶盖后,通过楔卡卡住顶梁底部的型扁钢,实现支柱与顶梁的相互联接。由于两只楔卡均带有斜度,因而安装时可以相互砸紧。回柱时,只须锤击楔卡的小端,使楔卡张开,脱离顶梁,便可按正常程序回拆支柱。防倒顶盖与顶梁联接后,限定了支柱与顶梁的支设状态。 顶盖是可更换件。它通过三个弹性圆柱销与活柱体的柱头（或接长柱筒）连接在一起，将顶板岩石的压力传递到支柱上，并利用四爪与楔卡防止顶板来压时支柱滑倒失效。 （2）顶盖的有限元分析 利用Pro/Engineer对该零部件进行有限元分析，只要输入顶盖的最大工作

9、阻力，就能分析出该零部件的受力情况。并且能够通过受力情况的分布云图，很直观的看出各部分的受力情况。 下图是以顶盖为例的受力分析云图：根据云线的颜色可以看出各部分受力情况的大小，红色受力最大，视为危险截面。 顶盖的受力分析云图 顶盖的受力分析云图 6、手把体 手把体是单体液压支柱上唯一的一个可用手抓住的零件，对搬运、支设、移动支柱非常重要。手把体内装有防尘圈、导向环。它通过手把体连接钢丝与油缸相连接，能绕油缸自由转动便于操作和搬运。 手把体内孔的尺寸根据油缸外径、活柱外径、手把体连接钢丝、防尘圈和导向环的尺寸确定，防尘圈和导向环的尺寸根据活柱外径选取。 图示 7、底座 底座体由底座、弹簧挂环、O

10、形密封圈、防挤圈等组成。它是支柱底部密封和承载的零件。它通过底座连接钢丝与油缸相连接。 底座体外径由油缸内径而定，各凹槽部分分别由安放在此处的标准件的尺寸决定，而各标准件的尺寸是根据油缸内径值查表而得。 图示 8、活塞 活塞是支柱的活柱体和液压缸之间密封的零件，当支柱受力时承受一定的载荷和弯矩。活塞上装有Y形密封圈、皮碗防挤圈、活塞导向环、O形密封圈、活塞防挤圈等。它通过活塞连接钢丝与活柱体相连接。活塞起活柱导向和油缸密封作用。活塞根据密封装置形式来选用其结构形式，而密封装置则按工作压力、环境、介质等条件来选定。 （1）加工要求 活塞最大的外径根据油缸内径所得，但不能完全等同与油缸内径，因为活

11、塞要延着油缸内径进行上下往复运动，所以要小于油缸内径。活塞与活柱接触的尺寸根据活柱内径所得，其它凹槽尺寸的计算原理同手把体一样，都是根据密封结构形式来确定； 图示 9、柱头 柱头是支柱上安装三用阀的地方，承受和传递支柱的载荷。 柱头与活柱的连接方式为焊接，其外径可根据活柱外径确定，上端销孔尺寸则由标准件弹性销的尺寸所决定，安装三用阀的孔也由三用阀的外径确定。 二、工作原理 1、工作介质 外柱式单体液压支柱工作介质为乳化液，回柱时乳化液排至工作面采空区。 2、动力来源 外注式的工作介质是由设在巷道中的泵站经高压软管、注液枪等组成的管路系统供给，并由泵站保证支柱一定的初撑力。 3、降柱方式 一般靠

12、活柱的自重和复位弹簧降柱。三用阀的组装 1、组装前的装备 （1）合格的三用阀零件在组装前必须用压力油冲洗干净，任何有毛刺、铁屑或生锈的零件均不得组装。 （2）装好全部O形密封圈。 （3）六角导向套的组装把安全阀垫装入六角导向套中，要装到底，并检查安全阀垫工作面是否平整。在阀座和六角导向套接触时，阀垫压缩量应控制在0.150.25mm。 （4）注油阀体的组装将单向阀座连同限位套一起装入注油阀体中，并装入8钢球，再用一字型螺丝刀拧紧螺套（拧紧程度要适当，以防单向阀座变形），并把卸载阀垫装入注油阀体。 2、组装将阀针装入阀座中，阀针端面不应露出阀座端面，并检查运动是否灵活，再转入阀套内，然后将连接螺

13、杆拧入阀套并拧紧。用镊子将六角导向套装入阀套内，检查六角导向套轴向运动是否灵活，应无卡阻，然后装入8钢球、弹簧座、安全阀弹簧，用调压工具拧紧调压螺丝。安全阀部分装好以后，将阀套装入装配套筒中。单向阀锥型弹簧装在连接螺杆上，套上左阀筒并与装配套筒拧紧，用套筒扳手将注油阀体拧入螺杆。然后拧下装配套筒，换上右阀筒。三用阀组装完毕之后，需根据矿用单体液压支柱（MT11293）中的有关规定对其进行调压和试验。安全阀的开启压力调定是用调压工具调整调压螺丝的进退来实现的。调好安全阀应涂上M10乳化剂封存。 支柱组装 1、组装前的准备 （1）用压力油洗净活柱、油缸、活塞、底座、手把体等零件，不允许零件上有铁屑

14、和污物。 （2）在手把体的内表面、顶盖与柱头配合面、底座与液压缸配合面及活塞与活柱配合面涂防锈油。 （3）在活塞、底座上装入O型密封圈和防挤圈，注意防挤圈的位置应紧靠O型密封圈的低压侧。 （4）把Y形密封圈、防挤圈和导向环安装在活塞上，注意活塞导向环外径应大于活塞的最大外径。 2、活柱体的组装顺序 （1）将防尘圈和活塞导向环按次序（注意方向）装在手把体上。 （2）将手把体套入活柱体。在限位钢丝圈槽中先装上一个O形密封圈（作为装配工具），这样手把体上的防尘圈就能顺利通过，然后取下O形密封圈，将限位钢丝圈涂油装在活柱上，并测量限位钢丝圈的外径（应比油缸的外径小0.5mm以上）。 （3）将活塞装入活

15、柱。 （4）把复位弹簧挂在活柱体中。 3、支柱整体组装 （1）将装好的活柱体装入油缸，并将手把体装好，穿上连接钢丝。 （2）将顶盖装入活柱体，用弹性圆柱销连接好，所有弹性圆柱销均不允许露出，其开口应垂直于支柱的轴向方向。注意使顶盖方体轴线与柱头阀孔轴线平行。 （3）将复位弹簧挂在底座弹簧环上，并将底座装入油缸，穿好底座连接钢丝。 （4）装上三用阀，并使三用阀卸载孔轴线垂直于支柱轴线。 4、组装注意事项 （1）除油缸、底座等裸露表面电镀外，所有连接配合部分及活柱外圆均应涂防锈油。 （2）装配底座时应将防挤圈切口背向穿钢丝槽口，在打入底座时应注意避免穿钢丝槽口碰坏防挤圈。 （3）所有连接钢丝均打入

16、槽口，不允许外露，并将手把体和底座的连接钢丝口用火漆或油漆腻子封死。 （4）支柱组装时，不允许用铁锤敲打油缸、活塞、活柱等零件。 （5）组装完毕的支柱在运输过程中不允许随意摔砸。 支柱的拆卸 支柱的拆卸可按装配相反的工序进行，但应注意； 1、底座的拆卸应用活柱顶出。 2、先将活柱体抽出到最大高度，再拆卸手把体，以免活塞刮坏油缸。 3、拆卸活塞时应使用卸活塞工具，用撞块冲击数次剪断O形密封圈可取出活塞。原因 1、泵站无压力或压力低； 2、减压阀关闭； 3、注液嘴被赃物堵塞； 4、密封失效； 5、注液枪失灵； 6、管路滤网喷塞。 措施 1、检查泵站； 2、打开截止阀； 3、清理注液嘴； 4、检查Y

17、形圈及O形密封圈； 5、检查注液枪； 6、清洗过滤网。 原因 1、复位弹簧掉了； 2、复位弹簧损坏； 3、油缸有局部凹陷； 4、活柱表面损坏； 5、防尘圈损坏 措施 1、重挂复位弹簧； 2、更换复位弹簧； 3、更换油缸； 4、更换活柱； 5、更换防尘圈 原因 1、安全开启开关或关闭压力低； 2、密封件失效 工作阻力高原因 措施 1、安全阀开启压力高； 1、重新调定安全阀； 2、安全阀垫挤入溢流间隙 2、更换阀垫 措施 1、检查安全阀； 2、更换密封件 原因 1、活塞上100 x3.1O形圈损坏； 2、油缸变形或镀层损坏而生锈； 3、底座密封面破坏 措施 1、更换O形圈； 2、更换油缸； 3、更换底座