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第三节支护用品的使用与维护 一、单体液压支柱的结构与工作原理 利用液体压力产生工作阻力，并实现升柱和卸载的单根可缩性支柱叫单体液压支柱。单体液压支柱有外注式和内注式两种。 外注式单体液压支柱有“DZ”和“PDZ”两种型号，内注式单体液压支柱的型号是“NDZ”。型号中的文字所代表的意义是D单体液压；Z支柱；N内注式；P炮采工作面。 一内注式单体液压支柱的结构及工作原理 1.内注式单体液压支柱的结构 图3-18 NDZ型内注式单体液压支柱 目前我国批量生产的NDZ型内注式单体液压支柱如图3-18所示，由顶盖1、通气阀2、安全阀7、活柱体8、液压缸体13、活塞14、曲柄19、卸载阀垫20等主要零件组成。 2.内注式单体液压支柱的工作原理 NDZ型内注式单体液压支柱工作原理包括升柱、初撑、承载-溢流、回柱4个过程，其工作原理分述如下。 1升柱 升柱如图3-19所示。支柱立起来后，将通气阀打开，活柱上腔即与大气相通。将手摇把套在曲柄上，摇动手摇把，通过曲柄滑块机构带动柱塞4上下往复运动。柱塞带动泵活塞2向上运动时，泵活塞紧贴在特制挡圈3上，泵活塞下腔即低压腔B形成负压。储油腔A内贮存的液压油，在大气压力作用下，沿着泵活塞、柱塞连接头1、特制挡圈间间隙流入低压腔B,完成一个吸油过程。柱塞向下运动时，泵活塞顶在柱塞连接头圆环面上E处，切断液压油来路，低压腔B内受压缩的油经进油阀K1、单向阀K2，压入工作腔C液压缸内，使活柱升高。连续摇动手摇把，储油腔内的油不断压入液压缸，活柱不断升高，直到顶盖与顶梁或顶板接触，完成升柱过程。 图3-19升柱 进油阀K1装配时，钢球与活塞间留有间隙，升柱时该阀不起作用。活柱升高时所需压力较低，二级泵只起次要作用。 2初撑 图3-20 初撑 初撑如图3-20所示。支柱接触顶板后，继续摇动手摇把，柱塞向上运动，A腔的油和升柱过程一样流入B腔，经进油阀K1,、活塞环形槽D充满泵套2和连接头1间的空间。柱塞向上运动时，由于液压缸中油压较高，B腔油虽经一级泵压缩，但压力较低，打不开单向阀K2，而经泵活塞上的两个阻力孔和泵活塞与活柱内表面的间隙返回A腔，减轻操作阻力。与此同时，柱塞连接头内腔的受压油，经活塞头环形槽返回，迫使进油阀K1关闭，单向阀K2打开，受压液体被压到工作腔C,使C腔内油压继续升高。柱塞向上运动时，二级泵内油压降低并形成负压。进油阀K1中钢球在自重及两边压力差作用下复位，打开进油通道。同时，液压缸中的压力油将单向阀关闭。B腔油经进油阀K1、环形槽D再次吸入二级泵完成第二个吸油过程。手摇把反复动作，可使支柱获得规定的初撑力，完成初撑过程。 3承载-溢流, 随着回采工作面的推进、支护空间的扩大和支护时间的延长，工作面顶板产生不同程度的下沉，作用在支柱上的顶板压力逐渐增加。支柱所受载荷尚未达到额定工作阻力时，支柱呈刚性状态，只有微量一般不超过10mm液压油压缩变形和钢材弹性变形引起的位移。支柱所受载荷达到工作阻力时，安全阀打开，液压缸中高压油经安全阀外溢，活柱下缩，顶板压力形成新的平衡，作用在支柱上载荷减小，如图3-21所示。 图3-21 承载-溢流 图3-20初撑顶板作用在支柱上的载荷低于额定工作阻力时，支柱内腔油压降低，安全阀关闭，高压油停止外溢。支柱在整个支护过程中，上述现象反复出现，支柱基本处于恒阻状态，从而达到有效管理顶板的目的。支柱工作特性曲线如图3-22所示。 图3-22 支柱工作特性曲线 4回柱 工作面放顶回收支柱时，可根据工作面顶板状况的好坏，采用远距离或近距离回柱。顶板条件较好时，采用近距离回柱。将手摇把插在卸载装置3的卸载环中或将卸载手把插在阀体卸载孔中，扳动手把或卸载手把，带动凸轮转动迫使安全阀1带动卸载阀6轴向运动，压缩卸载阀弹簧5打开卸载阀，如图3-23所示。液压缸中高压液体经芯管4、卸载阀6及阀体2上的3个φ12mm径向孔流回储油腔。活柱在自重作用下快速降柱。储油腔的空气经通气阀、弹性圆柱销槽口及顶盖与接长管间的间隙排出，达到回柱的目的。转动手摇把使卸载环回到初始位置，卸载阀关闭，液压缸中液压油停止外溢，活柱不再下缩。工作面顶板条件不好时，可采用远距离方式回柱，即在手摇把一端拴根绳子，同样将手摇把插在卸载环中或用长钩子钩住卸载环，操作者站在远离支柱的安全地点，拉动绳子或钩子，卸载环被拉动，打开卸载阀，实现远距离回柱。 图3-23 回柱 二外注式单体液压支柱的结构及工作原理 1.外注式单体液压支柱的结构 外注式单体液压支柱工作原理、性能、回柱方式与内注式支柱相同，不同之处在于以下几方面 1工作介质不同 外注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。内注式支柱工作介质为液压油，回柱时液压缸中液压油流回活柱内腔形成闭式循环。 2动力来源不同 外注式支柱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，并由泵站保证支柱具有一定的初撑力。内注式支柱是靠本身手摇泵升柱和初撑，初撑力由工人操作力的大小确定。 3降柱方式不同 内注式支柱升降柱时，需要有补充或排出空气的通气装置。外注式支柱一般靠活柱自重和复位弹簧降柱。 4行程限位装置不同 外注式支柱行程由限位装置控制。内注式支柱行程靠活柱体内装油量多少来限制。 5阀的安装位置不同 外注式支柱所有阀都装在一起，便于井下更换和地面维修。内注式支柱的安全阀、单向阀、卸载阀分别装在不同位置，不能在井下更换。 6结构不同 外注式支柱结构简单、零件少，加工维修都较方便。DZ型外注式单体液压支柱由顶盖、三用阀、活柱体、液压缸、活塞、复位弹簧、底座等零部件组成，如图3-24所示。 1-顶盖；2-弹性圆柱销；3-三用阀；4-活柱体；5-复位弹簧；6-防尘圈；7-活柱导向环；8-手把体；9-连接钢丝；10-液压缸；11-防挤匮；12、19-O型密封圈；13-连接钢丝；14-活塞导向环；15-Y型密封圈；16-连接钢丝；17-皮碗防挤圈；18-底座防挤圈；20-底座 图3-24DZ型外注式单体液压支柱 外注式支柱的油缸、活柱、顶盖、手把体等零部件结构、作用都与内注式支柱相似，有的可以通用，所不同的是采用了三用阀、复位弹簧等。 1三用阀。 如图3-25所示，由单向阀、卸载阀和安全阀3部分组成的三用阀，是外注式单体液压支柱的心脏。DZ型外注式单体液压支柱采用NDZ型支柱通用的安全阀、结构相同的单向阀和卸载阀。外注式支柱不过是将3个阀组装在一起，便于更换和维修。 1-左阀筒；2-注液阀体；3-限位套；4-单向阀垫；5-钢球；6-固定螺套；7-单向阀弹簧；8-卸载阀垫；9-卸载阀弹簧；10-连接螺杆；11-阀套；12-安全阀座；13、14、17-O型密封圈；15-阀针；16-安全阀垫；18-六角导向垫；19-弹簧座；20-安全阀弹簧；21-调压螺丝；22-右阀筒 图3-25三用阀 三用阀是利用左右阀筒上的螺纹将其装在支柱柱头上，并用阀筒上的O型密封圈与柱头密封。 2限位装置。 外注式单体液压支柱限位装置是限制活柱升高、保证液压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型支柱采用活柱上限位台阶限位，缸径为80mm的DZ型支柱用钢丝挡圈控制活柱行程。 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，限位装置必须具备一定强度，使其承受初撑力时不致损坏。 3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，并使其具有一定预紧力。使用复位弹簧，支柱底座不能焊在液压缸上，而必须活接。 DZ型支柱底座用连接钢丝与液压缸连接。 2.外注式单体液压支柱的工作原理 DZ型支柱工作过程与内注式支柱相似，分为升柱-初撑、承载-溢流和回柱。 1升柱-初撑。 支柱升柱和初撑时，将管路系统中注液枪套在三用阀注液阀体上，挂好注液枪上锁紧套。操作注液枪，泵站来的高压液体经注液枪将三用阀中球形单向阀打开，高压液体经其进入支柱下腔，迫使活柱升高，支柱顶盖使金属铰接顶梁紧贴工作面顶板，如图3-26a所示。活柱不再升高时，松开注液枪把手，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，完成升柱-初撑过程。 初撑力大小由泵站压力和液压缸面积决定，DZ型支柱使用的泵站压力为14.719.6MPa。 2承载－溢流。 与内注式单体液压支柱一样，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时，支柱内腔高压液体将三用阀中安全阀打开，液体从左阀筒与安全阀套间外溢，支柱下缩，使顶板压力重新分布，如图3-26b所示。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，其工作特性曲线与内注式相同。 3回柱。 回柱时，将卸载手把插入三用阀右阀筒卸载孔中，转动卸载手把，迫使安全阀轴向移动打开卸载阀。支柱内腔乳化液经卸载阀喷到工作面采空区，活柱在自重和复位弹簧作用下降柱，完成回柱过程，如图3-26e所示。 同样，回柱时可视顶板条件好坏，采用近距离或远距离卸载，实现安全回柱。 二、单体液压支柱使用和检修的要求 1支柱支设前，必须检查零部件是否齐全，支柱有无弯曲、凹陷、顶盖变形、缺爪、漏液油等，不合格的支柱不得使用。 2工作面使用的单体液压支柱的高度应与工作面采高相适应。支柱的最小高度应保证活柱的伸缩量不少于顶板下沉量加50mm的富余量，支柱的最大高度不得小于采高，严禁超高支设支柱。 3保证单体液压支柱有足够的初撑力外注式单体液压支柱注液枪的出口压力不应低于9.8106Pa,内注式单体液压支柱施于手把的力矩不应低于147Nm。 4底板抗压强度小于1.47107Pa的工作面，支柱应穿硬木鞋或铁鞋，以增加抗压面积，减少支柱下沉量。 5采高1.3m以上的工作面的人行道的两排支柱必须用绳子拴牢，以防失效柱子歪倒伤人。 6单体液压支柱在井下存放8个月以上及采完一个工作面后，必须上井检修，不得直接转入其他工作面使用。 图3-26DZ型单体液压支柱工作原理 三、单体液压支柱检修的要求 1支柱检修人员应经过培训，全面了解支柱的结构、性能、使用和试验要求、检修质量标准、故障原因及处理方法等，确保支柱检修质量。 2经过检修的单体液压支柱，应逐根进行试验，每一项性能指标都应达到“单体液压支柱维修质量暂行标准”表3-8的要求，井由矿支护管理部门负责检查验收。对支柱检查一般按每批检修支柱的2、但不少于5根进行抽检，抽检中有不合格者，再加倍抽检。如果仍有不合格者，该批检修的支柱必须全部返修。试压不合格的支柱不得下井使用。 四、单体液压支柱大修的内容及周期 1.大修的内容 单体液压支柱维修规程MT/T549-1996规定，单体液压支柱大修的内容有 1大修主要是修理液压缸、活柱体、改制支柱，全面检查零部件尺寸精度、表面粗糙度等。 2大修时应更换所有橡胶密封件、塑料件，内注式还需要更换工作液。 表3-8单体液压支柱维修质量暂行标准 序号 试验项目 维修质量暂行标准 备注 1 操作试验 升柱速度mm.s-1 外注式 61 泵压1.47-1.96107Pa，流量75L/min 内注式 15 缸径80mm支柱 内注式 10 缸径80mm支柱 降柱速度mm.s-1 外注式 25 内注式 20 支柱行程 满足技术特征要求 初撑力/t 外注式缸径100mm 12-16 泵压1.471.96107Pa 内注式缸径80mm 7.5-10 泵压1.471.96107Pa 内注式 78 2 安全阀 调定压力（9.8104Pa） Pll 土10 （流量0 021/min PH 为支柱额定工作压力 开启压力（9.8104Pa） P11 士10 （流置0. 021/min 关闭压力（9.8104Pa） 0. 85pH （流量0. IL/min 压力流量曲线波动值 0 ISpK 阀（流最0 II/min 高压密封 关闭压力下保压 2min, 不得有压降 低压密封 I. 96 x 106Pa 压力下 保压2min ，不得有压降 3 单向阀卸载阀 高压密封 安全阀关闭压力下保 压2min ，不得有压降 卸载阀一内注式支柱不单独作，外注式支柱可与安全阀一起作 低压密封 I. 96 x if Pa 压力下 保压2min, 不得有压降 4 支柱密封试验 高压密封 安全阀关闭压力下保 压2min, 不得有压降 低压密封 I, 96 x 106Pa 压力下 保压2 而n, 不得有压降 5 高压焊缝强度试验 1.5pH 压力下保压 2min, 不得有压降 6 注液枪焊缝强度试验 1 5 倍泵站压力下保 压2min ，不得有压降 重新补焊或修复的高压焊缝 7 清洁度 支柱 平均云40 ，其中最高 一棵50 内注式支柱指安全阀和活塞 三用阀 云10 3液压缸、活柱应选用经正式鉴定、技术成熟的工艺修理，无论是研制还是检修中心首次采用何种工艺修复的液压缸、活柱都应经国家煤矿支护设备检测中心检测合格后，方可组织生产。 2.单体液压支柱大修的周期 使用单体液压支柱的工作面开采完毕，如需将支柱转到其他工作面继续使用时，应按单体液压支柱维修暂行规程中维修质量标准抽查2，抽试支柱根数合格率应在90以上方可继续使用，否则应加倍抽试。加倍抽试的合格率仍达不到90％以上时，应全部升井检查或维修。但支柱大修周期最长不超过 五、单体液压支柱维修的技术要求 1标准件、密封件、外购件应选用定点厂产品，并由质量检验部门验收合格后方可使用。 2自制零件包括外协件或改制零件必须符合图纸要求。 3支柱焊缝开裂或渗漏需要补焊时，焊缝外表平整，不允许有未焊透、夹渣、裂纹等缺陷。 4内柱式支柱非承压焊缝修复后，常压下不得渗漏。 5零件修复精度应符合以下规定 1液压缸内径公差和直线度允许比图纸要求降一级，如图纸规定液压缸内径公差为H10，修复时按H11检查； ＠2液压缸工作行程内，内孔表面不允许存在锈蚀和麻坑，内孔表面粗糙度应达到1.6m; ＠活柱直线度、外径公差允许比图纸要求降两级； ＠其他零件配合面尺寸精度和表面粗糙度比图纸要求降一级。 6活柱表面修复后应进行防腐蚀处理，表面无凸出部位，表面允许留有轻微凹坑或划痕，其深度小于0.5mm,但凹坑处必须有镀层覆盖，不露基体。 7所有零件检验合格后方可组装，对于因拆卸、保管不当而造成变形、擦伤等影响产品质量的零件不得用于装配。 8零件配装前应仔细清洗，严禁用棉纱或棉织物擦拭密封面。 9按图纸及有关技术文件进行组装。 10维修好的外注式支柱，应将内腔乳化液放净，三用阀注液孔、柱头孔用塑料制品堵好，以防脏物进入。 11支柱维修后应将活柱降到底，垂直或倾斜放置，存放在气温不低于0℃、空气干燥的室内。