煤矿单体支柱用纯水三用阀的研究

　　0 前言

　　纯水液压具有环境友好、安全清洁、节约能源、系统简单和性能稳定等优点,在食品、造纸、冶金等工业领域具有广泛的应用前景。材料学、摩擦学、润滑与密封理论、计算技术、精密加工技术等相关学科的迅速发展,使得纯水液压元件的研制成为可能;同时随着人们对节约能源和环保的日益重视,纯水液压技术已成为国内外液压界的研究热点,美国、德国、丹麦、芬兰、日本等发达国家的厂商20世纪70年代就开始研究,其纯水控制阀产品已经上市。

　　单体液压支柱在我国煤矿采煤工作面的支护中占主导地位,三用阀是外注式单体支柱的心脏部分,其需求也不断。过去单体支柱中采用的工作介质均为高水基乳化液,是按照乳化油与水5B95的比例配制的,其作用是保证液压元件的防腐性能。在采煤循环卸载时,乳化液也均是直接排放到采空区。这样的泄漏和排放使得5%的乳化油直接进入地下,不可避免地造成了严重环境污染。据不完全统计,全国每年排入地下的乳化液近160 000 t。因此,进行单体支柱用纯水三用阀实验研究和推广意义重大。

　　本文在充分考虑水介质特殊的理化性能的基础上,提出了解决纯水三用阀关键技术问题的具体措施,在设计制造及材质选择方面对纯水三用阀进行了研究。

　　1 煤矿单体支柱三用阀工作原理

　　三用阀是单体支柱的心脏部分,实现支柱的升柱、承载、回柱动作。首先靠泵站输出的压力液进行初撑,在顶板来压或卸载时,通过三用阀上的安全阀或卸载阀使液体泄到采煤工作面内,支柱下降,重复工作时,再用泵站的高压液体进行初撑,依次循环。其中单向阀完成支柱的升柱和初撑,卸载阀完成支柱的回收,安全阀实现恒定不变的工作阻力并在支柱过载时保护支柱不致损坏,三用阀工作原理如图1。

　　(1)升柱初撑

　　单体支柱上升时,将泵站输出管道上的注液枪套在三用阀的注液口,泵站来的高压液体将三用阀中的单向阀打开,高压液体经单向阀进入支柱的液压腔内,使支柱得到升柱和初撑。当支柱顶盖使金属铰接梁紧贴工作面顶板,活柱体不再升高时,切断泵站来的高压液体。这时支柱内腔压力接近泵站压力,支柱给顶板一定初撑力P0,完成升柱和初撑过程。

　　(2)承载溢流

　　随着支护时间的延长,工作面顶板作用在支柱上的载荷增加。当支柱所受的载荷超过额定工作阻力PH时,支柱内腔的高压液体将三用阀的安全阀打开,液体外泄,支柱下缩,使顶板压力重新分布。支柱所受的载荷低于额定工作阻力时,支柱内腔压力降低,安全阀关闭,内腔液体停止外流。支柱在支护过程中上述现象反复出现,支柱对顶板的阻力基本保持不变。