液壓支架立柱液壓系統(tǒng)的分析應(yīng)用

田震龍

（大同煤礦集團金莊煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 大同 037003）

引言

液壓支架主要用于對采煤過程中礦山壓力的結(jié)構(gòu)物體，采面礦壓通過外力作用到液壓支架上。由于液壓支架的構(gòu)造組成比較符合成績按合理和頂板外力，因此應(yīng)用到圍巖中。隨著我國煤炭需求增加，采煤工作量加大，因此對液壓支架的需求也有所提高。由于液壓支架的質(zhì)量和性能很大程度上影響著采煤工作，因此對其支架的結(jié)構(gòu)和性能是否能夠達到標準成為目前頗受關(guān)注的問題。通過分析研究立柱液壓系統(tǒng)，提高液壓支架性能，促進煤礦事業(yè)發(fā)展。

1 工作原理

液壓支架主要用于對采煤過程中礦山壓力的結(jié)構(gòu)物體，采面礦壓通過外力作用到液壓支架上。由于液壓支架的構(gòu)造組成比較符合成績按合理和頂板外力，因此應(yīng)用到圍巖中［1］。如圖1為液壓支架外觀圖。

圖1 液壓支架外觀圖

液壓支架在具體工作中，在依靠支撐頂板的基礎(chǔ)上，需要維護安全工作區(qū)間，并根據(jù)采煤面的變化而變化，加以移動或者傳運。所以，液壓支架具有上升、下降、推動、位移幾個動作，全部動作都是為結(jié)合高壓液體工作的。升降方面，操作法在升柱地方時，涌出的高壓液體經(jīng)過操縱閥流向另一個立柱（下腔），此時立柱的另一端（上腔）回液，支架向上升起，液體流到上腔，并將液控單向閥開啟，使得液體下流，降低支架；推動、位移方面，支架是利用操縱閥與千斤頂實現(xiàn)。如移動支架，則可以將支架降低，并將操縱閥放在支架位移后所在的點，此時高壓液體流到活塞桿中。而支架利用傳運設(shè)備向前方位移，在位移停止時，支架上升，支架與頂板接觸。如果把操縱閥放在推溜點，則高壓液體會進入活塞腔，實現(xiàn)位移和推動。

2 液壓支架立柱液壓系統(tǒng)原理

液壓支架結(jié)構(gòu)中立柱不可或缺，立柱是液壓支架實現(xiàn)采面礦壓壓力的重要支護物件，對整個液壓支架的性能起到很重要的作用。換向閥S利用液控單向閥與立柱下腔相連，而另一個換向閥D則與立柱的1、2級缸（雙伸縮立）相接［2］。在2級缸觸碰到最下面后，底下的閥門開啟，如出現(xiàn)其他情況，則底下的閥門順著1～2級缸下腔單程輸送。而1、2級缸上腔將油孔疏通并相接。1級缸下腔設(shè)置了安全裝置，能夠防止出現(xiàn)危險。在換向閥處于左側(cè)區(qū)域時，立柱上升，到達原來位置后自動停止，此時支架能夠很好地支撐頂板。頂板的作用力和立柱直接接觸。

3 液壓支架立柱液壓系統(tǒng)的要求及特點

如今，我國的液壓支架生產(chǎn)對它的模擬實驗提出了相關(guān)規(guī)定和要求，參考MT的相關(guān)技術(shù)準則以及立柱歐洲標準EN系列等［3］。通過這些規(guī)定對進行嚴格管理，能夠以此明確液壓支架立柱系統(tǒng)的參數(shù)。

參考規(guī)定里面的系統(tǒng)設(shè)計過程，發(fā)現(xiàn)了液壓支架立柱系統(tǒng)設(shè)計的特征：需要利用外加載的方法進行設(shè)計（主要針對退讓和立柱全縮缸底強度），另外測驗過程一律利用內(nèi)加載方式進行；外加載方法主要結(jié)合增壓理論，避免壓力的過度起伏，盡量維持液壓值的穩(wěn)定，以保證設(shè)計程序順利完成；立柱液壓設(shè)計應(yīng)對壓力變化、時間過程和變化快慢加以記載。

4 系統(tǒng)應(yīng)用分析

液壓支架系統(tǒng)是由立柱、千斤頂、閥件等不同的物件組成的，它利用泵站提供高壓液壓，并保證液壓支架的正常運行。液壓支架應(yīng)用廣泛，它在不同的環(huán)境下應(yīng)用方式和模擬是不同的。立柱作為液壓支架的重要承載物件，不僅需要具備較強的承載力，還需要能夠大距離的伸縮，為液壓支架安全運行奠定基礎(chǔ)。采煤過程中，一般采用伸縮大的支架來實現(xiàn)支架的快速適應(yīng)環(huán)境能力。對于立柱設(shè)置，無須呈豎直狀態(tài)，抵制水平力。將立柱軸線和定角的角度維持在小于30°，以此保證立柱的最大幅度可伸縮性。對柱窩的點，應(yīng)保證立柱頂端的承載能力和頂板的承載布置相同，然而由于后者難度大，可以具體情況具體分析。為了安全，應(yīng)將頂端前面的承載設(shè)定是0，并與后側(cè)成三角形狀。而其中液壓支架立柱液壓系統(tǒng)的重點參數(shù)為：1級缸活塞直徑300mm，2級缸活塞直徑230mm，泵站壓力30MPa，支撐力2.5×103kN，立柱工作壓力R為3.2×103kN。

對于加載信號方面，立柱最開始的起始撐力是2.5×103kN，加上0.7×103kN的壓力并瞬間增加0.3s，以降低0.2×103kN（5s之內(nèi)），保證此狀態(tài)一直持續(xù)。利用模擬頂板巖瞬間坍塌導(dǎo)致圍巖壓力變化，最后讓液壓支架承載。

對于安全閥流量方面，1級缸的下腔與安全閥之間的距離能夠作用于立柱的移動和壓力改變。利用系統(tǒng)分析得出，立柱1級缸的壓力與其活塞移動的痕跡處于變化之中。如相關(guān)數(shù)據(jù)進行更改（安全閥流量、1級缸下腔和立柱距離等），則與它相關(guān)數(shù)據(jù)（下潛個壓力、活塞移動長度）也發(fā)生一定的改變。液壓支架系統(tǒng)模擬，其不同缸的直徑和安全閥流量、與其管道之間的距離等數(shù)據(jù)需要相互之間符合，如存在兩個缸時，不能讓兩個缸同時處于一個狀態(tài)，避免壓力出現(xiàn)時無法為立柱留出移動的空間。系統(tǒng)設(shè)計過程中，循環(huán)5 000次，并使用閉合環(huán)路對流量加以調(diào)整，經(jīng)歷了2.3s左右［4］。此時測量對象立柱的壓力與安全閥打開時的壓力相同，立柱立刻主動跳躍和起伏，立柱上下幅度與預(yù)定范圍相符。通過對被測立柱加載油缸的壓力變化時間以及內(nèi)加載壓力時間的變化可見，被測立柱的速度曲線處于0≤T≤0.5s，出發(fā)點也處于左位10，壓力短時間內(nèi)提高與加載壓力相同，閥門位于中間位置，立柱下腔閉合。退讓速度為2mm／min。后段時間中，立柱的安全閥力量并未超出標準，且壓力一直處于提高的狀態(tài)，此時段過后，安全閥打開，壓力維持不變。當(dāng)失去移動空間時，則無法保證液壓直支架的正常移動工作，很可能受到機身損壞［5］。在設(shè)計過程中，對于安全閥和活塞之間的距離往往沒有受到重視，如果它們的距離超出標準范圍，則使得安全閥的壓力過高，而壓差和阻尼的作用仍然存在，導(dǎo)致立柱不能排除壓力，造成立柱缸壓力過多出現(xiàn)爆炸等現(xiàn)象。

5 結(jié)語

立柱是液壓支架的重要組成部分，它能夠幫助液壓支架更好地承載壓力，保證良好的承壓性能，以順利安全地應(yīng)用到采煤工作中。立柱通過換向閥、液控單向閥與立柱上下腔等進行轉(zhuǎn)換伸縮，以實現(xiàn)液壓支架的順利伸縮支撐壓力。通過對液壓支架立柱液壓系統(tǒng)的分析，結(jié)合立柱液壓系統(tǒng)的原理，并按照相關(guān)規(guī)定和標準要求，對此系統(tǒng)進行設(shè)計，發(fā)揮立柱液壓支架中的作用，并更好地應(yīng)用到煤礦事業(yè)中。

［1］ 吳行標，許金龍，袁欣，等.基于FTA的特大采高液壓支架立柱支撐系統(tǒng)的可靠性分析［J］.液壓與氣動，2013，12（8）：40－43.

［2］ 何富連，殷帥峰，李通達，等.基于共因失效計算模型的支架液壓系統(tǒng)可靠性分析［J］.煤礦安全，2013，7（11）：64－67.

［3］ 舒鳳翔，閆海峰，張幸福.液壓支架立柱試驗臺液壓系統(tǒng)的設(shè)計及仿真［J］.煤礦機械，2010，11（12）：129－131.

［4］ 王靜.液壓支架試驗臺液壓系統(tǒng)動態(tài)特性分析［D］.太原：太原科技大學(xué)，2010.

［5］ 王建軍.液壓支架立柱拆柱機液壓系統(tǒng)的設(shè)計［J］.科技信息，2011（16）：302－303.