1　前言

　　液压支架是以高压液体作动力，由液压元件与金属构件组成的一种支撑和管理煤炭矿山井下采面顶板的设备。它的出现极大地提高了劳动生产率，因而广泛地应用于现代化矿山的机械化工作面。

2　现有系统特点

　　图1所示为液压支架液压传动系统原理图。

图1　支架液压系统原理图
1.立柱　2.安全阀　3.液控单向阀　4.换向阀

2.1　初撑
　　换向阀4处于升柱位置，液压泵送来的高压液体经液控单向阀3进入立柱1下腔，立柱1上腔排液，使支架立柱升起支撑顶板。当立柱下腔压力达到支架液压系统动力泵站工作压力后，阀4切换至中位，阀3关闭，立柱下腔油液被封闭，实现支架对顶板的初撑。

2.2　承载
　　支架支撑后，随着顶板岩层下沉液压支架产生弹性压缩，立柱下腔被封闭的液体压力随之迅速弹升，呈增阻状态；当立柱1下腔油液压力超过安全阀2的动作压力时，高压液体经阀2溢出，低于阀2的动作压力时，安全阀关闭，呈恒阻状态。这一过程称为支架承载阶段，支架的承载载荷称为工作阻力。

2.3　卸载
　　当阀4处于降柱位，高压液体进入立柱1上腔，同时打开液控单向阀3，立柱下腔排液，实现立柱卸载下降。
　　综上所述：液压支架在升柱、支撑到降柱的三个过程中具有三性、即增阻性，恒阻性和可缩性。
　　以国产QY200-14／31型掩护式液压支架为例来进行分析。
　　支架主要参数：
　　初撑力：1.415～1.577MN(系统压力p＝31.4MPa)
　　工作阻力：1.746～1.952MN(系统压力p＝38.5MPa)
　　立柱缸径：D＝160mm
　　液压行程：L＝870mm
伺服阀通过触头接收样件的机械信号，转变为流量和压力信号控制刀架缸的随动，同时借助摇臂实现反馈控制，构成闭环机械反馈控制系统。为适应各种仿形加工的需要，伺服阀的触头可以在360°方向上接收信号，也可以只在一个方向接收信号。

2.4　样件支架
　　样件支架6根据需要或操作的方便性可安装在工作台的左侧面或右侧面。样件支架上装有刻度尺和微调器，刻度尺用于对样件位置的粗调，微调器用于精调。

3　结束语

　　该仿形附件使用2年多来，性能一直很稳定，且体现出了诸多优越性，同数控相比，用该附件改造牛头刨床，具有成本低、周期短、不破坏机床原有任何结构与性能、操作无需专业技术人员指导等特点，因此特别适用于中小企业；作为一个独立的机床附件，既可用于旧牛头刨床的改造，又可成为新刨床的配套品种，很有推广价值。

3.1　承载阶段分析
　　支架工作立柱的液压行程通常在600mm左右，可求得立柱下腔工作液体容积
　　

　　液压支架使用的工作液体为水包油乳化液，其弹性模数实际上与水的弹性模数没多大差别，水的弹性模数大约在2～2.1GPa，可推得水包油乳化液的压缩系数β＝（4.7～5）×10^-10m²／N。在不计管路、立柱缸变形时，立柱下腔内工作液体压缩后容积变化为
　　　ΔV＝βV_O（p_H－p_O)
　　　　＝4.8×10^－10×12064×38.5×10⁶
　　　　＝0.22L
式中　p_O——支撑顶板前立柱下腔液体压力，p_O＝0

3.2　卸载阶段分析
3.2.1　瞬时流量
　　换向阀4处于降立柱位，立柱下腔的工作液体立即与总回油相通回油箱。立柱下腔内工作液体压力突然降低、原被压缩的工作液体容积ΔV迅速膨胀，以换向阀换向时间0.1s计，即0.22L的液体要在0.1s内排出立柱下腔，可求得瞬时流量
　　

3.2.2　瞬时管内流速
　　与立柱下腔相连的管道内径D＝13mm，可求得流速
　　

3.2.3　瞬时释放能量
　　在0.1s内由38.5MPa降至零压所释放的能量可估算得：
　　
　　　　
　　　　＝4.27kJ

　　在极短时间内爆发性的能量释放，必然引起系统剧烈的冲击、振动，这就是在工作现场所能听到沉闷的“咚!咚!”响雷声，导致元件不必要损伤、系统寿命降低。

4　系统改进

　　防止在极短时间内爆发性能量释放产生的恶果，关键在于处理ΔV的问题。即在支架立柱上腔得到工作液体，实现支架降柱之前必须使立柱下腔有效地卸压。
 

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