山东能源重装集团鲁南装备制造公司 山东枣庄 277523
摘要：底阀是双伸缩立柱上主要的控制部件，由于只有单向开启与卸液功能，在超负荷状态下中缸缸体极易涨缸，为此研制了一种超压溢流式底阀。该底阀正常工作时，依靠外力开启卸液；在中缸工作压力超过额定压力时，可以自动溢流。这样可以保证中缸体始终安全压力下工作，避免了缸体涨缸现象的发生。
关键词：液压支架立柱；双伸缩缸体用底阀；实现自动溢流。
前言
液压支架立柱一般为双伸缩立柱，底阀是控制立柱中缸、活柱顺序动作必不可少的重要部件。在立柱的控制阀组失效的情况下，立柱中缸体内封存的工作介质超过额定压力，中缸体会出现涨缸，造成支架支护性能急剧下降，危害矿井安全生产。φ250mm立柱在煤矿生产中应用最为广泛，为此，设计制造并应用在φ250mm立柱上的溢流式底阀最为紧要。
1、底阀在双伸缩立柱中工作机理
底阀安装在中缸体底部，主要控制活柱的动作。当支架升架时，工作介质通过立柱的底腔口进行外缸体底部，推动中缸体的活塞向外运动，当伸出到最大行程时中缸体停止动作，工作介质打开底阀进入中缸体内部，推动活柱的活塞向外运动；当支架降架时，工作介质通过立柱的上腔口进行外缸体环腔，推动中缸体的活塞向内运动，当中缸活塞落到外缸缸底时，底阀触底打开，中缸封存的工作介质泄漏到外缸体，通过底腔口和外部管路排出，活柱收回。
2、φ250mm立柱的外缸体、中缸体额定工作压力
ZF7000型支架的立柱是按照MT313-1992《液压支架立柱技术条件》设计制造的，支架额定工作阻力为7000KN；其直径尺寸为：外缸体φ250mm、中缸体φ180mm；立柱的额定工作压力为36MPa,在额定工作压力下计算中缸体内的压力。
2.1外缸体内的额定工作阻力：
F外= 3.14× *P1=3.14* *36=1766.25KN
2.2中缸体内额定工作压力：
P柱= F外/ 3.14× =1766.25/3.14* =69.4MPa.
由于缸体强度有一定的安全系数，取1.2倍作为计算基础，中缸体能承受的最大工作压力为：Pmax=69.4*1.2=83.28MPa
注：F外——外缸体内工作阻力 单位：KN
D———外缸体内径 单位：mm
d———中缸体内径 单位：mm
P柱——中缸体额定工作压力 单位：MPa
Pmax——中缸体最大工作压力 单位:MPa
3、设计依据
MT313-1992《液压支架立柱技术条件》规定关于底阀的具体规定为：底阀阀芯、阀体应采用不锈钢材料制造；当立柱缸径尺寸在200mm以下时，底阀开启压力不得低于4MPa, 当立柱缸径尺寸在200mm以上时，底阀开启压力不得低于7MPa；立柱开启时不允许有哨音和振动现象。
底阀安装在立柱中缸体底部，是一种机械开启式的单向阀。在保留其外形尺寸不变的前提下，通过改变内部结构形式，实现非正常状态时自动开启溢流功能。具体到φ250mm立柱，其必须在中缸体83.28MPa工作压力内自动卸载。
4、设计方案
参考底阀的结构特征，把底阀设计成机械和液控控制两种工作模式，即在中缸体落到外缸底时，可以通过顶杆机械开启阀芯，使底阀开启；在立柱非工作状态时，可以通过高压液体打开阀芯，使中缸密存的液体进行外缸体。
5、结构特征
该底阀头包括上阀体、下阀体、顶杆、阀座1、阀芯、弹簧1、阀套、阀座2、弹簧2等组成。
上下阀体是用3Cr13不锈钢加工工而成，其通过M42*1.5的螺纹连接在一起；顶杆为中间带台阶的柱形体，在安装时固定在下阀体的中心圆孔内；阀座1、阀座2为环形聚甲醛材质制成；阀芯用3Cr13不锈钢加工工而成，为一端封闭的空腔柱体结构；弹簧1、弹簧2是用40Cr经过加工、热处理制造而成的部件；阀套是3Cr13不锈钢加工工而成，为圆柱形空体套，中间位置有6个通液孔。
6、创造性、先进性
6.1 本阀为φ250mm立柱缸体专用底阀，可以确保在80MPa内自动开启溢流，确保缸体始终工作在安全范围内。
6.2 具备高压控制、自动溢流功能，动作灵敏可靠。
6.3 外形尺寸与原底阀相同，互换性强。
7、应用效果
研制完成后，把专用底阀安装在新制造的φ250mm立柱内开展工业性试验。底阀在正常工作状态下开启压力不大于7MPa、封闭压力不大于1MPa；当进行超压试验时，中缸体在75MPa压力下底阀就可以正常开启，性能指标符合设计与使用要求。
8、结束语
通过溢流式专用底阀的研制与应用，彻底避免了φ250mm立柱超载工作状态下涨缸的问题，确保了液压支架的正常使用，为煤矿综采工作面安全高效生产提供了有力保障。
参考文献
【1】成大先 王德夫 姜勇等 机械设计手册[M] 北京化学工业出版社.1993.
【2】李昌熙 乔石 矿业机械液压传动[M] 北京煤炭工业出版社.1985.
作者简介
李玉刚（1971.4—） 男 ；山东枣庄人，大学学历、工程师；一直从事综采设备的制造与再制造工作。