液压支架用双伸缩立柱初撑力不足的改进

　　1 问题提出

　　目前煤炭综采技术发展迅速，液压支架在综采工作面上的作用日显巨大，特别是双伸缩立柱液压支架有着调高范围大、操作灵活方便等显著特点。但是往往顶板来压时活动强烈，安全阀开启压力大，这与液压支架依靠初撑力控制顶板运动的期望出现一些差距。液压支架双伸缩立柱固有的自身特点造成在初始阶段的初撑力不足，双伸缩立柱是否存在着初撑力不足的可能，如何防止双伸缩立柱产生初撑力不足是一个很有必要解决的课题。

　　2 原因分析

　　双伸缩立柱与单伸缩立柱相比有着调高方便、范围大等明显的优势，但在初始阶段的支撑方面却存在严重的、潜在的安全隐患。双伸缩立柱在初撑时，通过换向阀向立柱下腔（一级缸）供液，使得中缸伸出，当中缸全部伸出接触缸筒缸口处的导向套时，中缸因被导向套限位无法继续外伸。

　　如果持续供液，一级缸腔内压力会逐渐升高，当压力升至约5～7MPa时，乳化液会打开中缸底部的底阀进入中缸腔内，推动活柱向上伸出，从而带动支架顶梁升起至接触顶板，持续供液，直到一级缸腔内压力达到额定泵压95%以上为止，此时支架完成初撑，其动作顺序为中缸先伸出，至导向套限位后活柱再伸出。

　　双伸缩立柱完成初撑后对中缸进行受力分析，中缸共受到三个作用力，一个向上的力F1=P1*A1，一个向下的力F2=P2*A2、以及环形导向套对活塞的反作用力F3，F1=F2+F3。由于中缸底阀开启后P2略小于P1（底阀开启的压力损失），此时的初撑力大小仅由活柱活塞面积A2及压力P2有关，与中缸活塞A1及压力P1无关。此时整体来看可以认为双伸缩立柱是以一级缸为底座，通过活柱向上传递支撑力量，其支撑力量大小已经与中缸无关。

　　比对两个活塞的受力情况可知，活柱活塞面积A2仅为中缸活塞面积A1的一半左右，且压力P2比P1低5～7MPa，故一级缸传给活柱的力不到中缸活塞向上产生的力F1的二分之一，也就是对顶板的初撑力只有二分之一，另外的二分之一传给了导向套。当一级缸初撑力至31.4MPa时，中缸腔内实际压力为24.4MPa（底阀开启7MPa），随着顶板的破碎、倾斜、来压冲击等情况的出现，岩石顶板会下沉压缩支架，支架状态由内加载变为外加载，一级缸压力不变仍为31.4MPa，中缸压力开始升高，至62.8MPa时才与一级油缸力量平衡，此时中缸活塞才刚刚脱离导向套。可以看出，当中缸活塞腔压力由24.4MPa升至62.8MPa时，才达到真正的初撑力量。此时顶板已经下沉了一定距离，说明顶板已经破碎、断裂、或倾斜，并且可能已开始加速下沉，此情况下初撑对顶板控制效果不好。继续来压下沉，一级缸活塞腔压力开始上升，至42MPa（安全阀设定压力）时，安全阀开启溢流进行保护。在此过程中，二级缸活塞压腔压力则以2倍速度的增加，至84MPa为止。