基于液压系统驱动的防飞矸装置的设计

魏 强

（山西晋神沙坪煤业有限公司， 山西 河曲 036500）

大块煤体和矸石容易在重力作用下滑移失稳而脱离原生结构，并在重力作用下加速滚落形成飞矸。造成飞矸灾害的主要原因是工作面漏顶、片帮、落煤或底板被破坏造成的滑移而引起的。飞矸对人员的伤害和对机械设备的损坏较为严重[1-3]。目前，对飞矸事故的防治主要通过加强支护和利用防护装备拦截飞矸，但由于飞矸的形成具有随机性，导致飞矸事故无法百分之百地被杜绝，而防矸帘等固定的防飞矸设备存在移动困难以及影响人员通行和物料运输等，因此通过对飞矸形成机理及运动规律的分析，研发相应的自动防护设备，就成了飞矸防治工作的重要内容。基于此，设计一种能够平稳运行且能起到降噪减震作用的自动防矸系统。

1 液压自动防飞矸设备的设计组成

自动防矸系统主要由以下三部分组成：一是驱动装置，设备的驱动装置是一套液压装备，其工作目标的实现主要依赖三位四通电磁换向阀提供的蓄能保压回路，其主要元件有驱动电机、三位四通电磁换向阀、二位二通电磁换向阀、液压油泵、液压油缸、单向控制阀、蓄能器等；二是传动装置，传动装置由滑动轨、滑动装置和传动力臂组成，其中液压油缸内嵌在滑动轨内，在滑动轨上方安装有滑动装置，滑动装置与液压油缸传动杆相连，滑动装置以铰接的方式连接传动力臂，传动力臂用铰接方式连接防矸门，形成完整的传动机构；三是挡矸装置，档杆装置主要是由挡矸门、支撑臂以及一些辅助设备组成。驱动装置系统设计图见图1。当液压油缸推进到预定位置时，由液压蓄能器持续供给压力，并使液压系统压力在一定时间内保持恒定。液压驱动系统工作流程为：首先由驱动电机启动液压油泵，液压油经过过滤装置过滤后由液压油泵抽取并通向单向阀，同时主换向阀左位开启，在液压油的推动下液压油缸移动至预定位置，当压力超过一定值时，由压力继电器传送信号，打开二位二通电磁换向阀进行卸荷，此时，液压蓄能器开始工作，为液压油缸提供保压效果。

图1 驱动装置系统设计图

2 防矸装置的启动原理

通过对飞矸形成机理和运动特征分析，设计了防飞矸装置的自动控制程序和相关参数。当工作面出现飞矸并通过光栅设备时，光栅设备报警并向控制系统传送信号，控制系统接到信号后向驱动系统发出指令，命令驱动电机启动，为液压系统提供动力，启动液压装置并通过连杆机构驱动挡矸门运行到指定位置。通过液压蓄能器提供保压效果，液压油缸继续保持压力10 s，之后控制系统发出信号，改变三位四通换向阀通向，液压驱动系统恢复原位。如果在液压驱动系统回复原位的过程中，有飞矸再次穿过光栅设备，则控制系统再次发出指令，启动驱动装置，改变油路方向，使挡矸门继续工作，以此类推，确保不出现飞矸遗漏的情况。自动防矸装置结构示意图见下页图2，防矸控制程序流程见下页图3。

图2 自动防矸装置结构示意图

图3 防矸控制程序流程图

当飞矸产生并在工作面运动通过光栅设备时，光栅设备报警，并向控制系统传递信号，控制系统程序启动。飞矸自动防矸装置的初始状态见图4。

控制系统程序启动后开启驱动电机，启动液压装备，推动滑动装置，并通过传动力臂，使挡矸门绕支撑臂旋转，直至其运行到指定位置，并保持10 s。自动防矸装置工作状态见图5。

3 液压自动防矸装置特点

1）液压自动防矸装置可以发出比传统电动机驱动防矸装置更大的驱动力，挡矸门运行迅速，且本套设备体积小、便于安装和维护，更适合工作面的运行环境；

2）液压系统可以对装置的速度进行调节，更适应工作面的实际情况；

3）液压驱动系统具有自动润滑能力，可减少日常运行过程中维护次数，故障率低，且寿命长；

4）挡矸门到达指定位置时由蓄能器保压回路提供压力，该回路可吸收飞矸对挡矸门形成的部分冲击能量，减少对液压系统造成的冲击；

5）液压系统具有较强的刚性，且动力输出稳定，换向冲击较小，更适合频繁换向。

图4 自动防矸装置初始状态

图5 自动防矸装置工作状态

4 结语

液压自动防矸装置通过光栅设备识别飞矸，并利用控制程序自动运行防护装置。该装置采用液压驱动形式，可提供更大的驱动力，同时减小设备体积，降噪减震，其液压系统的蓄能器保压回路可减小飞矸对防护装置的冲击，延长装置的使用寿命。因此，该自动防矸装置可有效实现对飞矸的自动防护功能。