礦用液壓支架液壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

王 會(huì)，辛治宏，張 亮

（山西航天清華裝備有限責(zé)任公司，山西 長(zhǎng)治 046012）

現(xiàn)階段，我國(guó)大多數(shù)使用的支架液壓系統(tǒng)的控制方式為手動(dòng)控制，其中采用的液壓元件壽命不高，存在穩(wěn)定性差、可靠性低、成本高、效率低等缺點(diǎn)，而且閥門(mén)的流量較小，尤其是換向閥、單向閥、安全閥，流量小，高壓管路通經(jīng)較小，對(duì)乳化液的質(zhì)量要求不高，同國(guó)際上先進(jìn)技術(shù)水平有很大差距，這也在一定程度上對(duì)我國(guó)采煤事業(yè)的發(fā)展造成一定的阻礙，因此，需要對(duì)礦用液壓支架液壓系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，提升系統(tǒng)性能。

1 礦用液壓支架液壓系統(tǒng)概念和組成

（1）液壓支架液壓系統(tǒng)概念。乳化液泵站主要由乳化液泵、液箱、控制元件以及輔助元件所組成，并且安裝的位置在工作面的順槽下，能夠推動(dòng)工作面一同前進(jìn)。泵站能夠沿著工作面的敷設(shè)，連接主供液管和主回液管，向各個(gè)支架提供高壓乳化液，接收低壓回液[1]。液壓系統(tǒng)中最基本的原理就是液體內(nèi)部壓強(qiáng)處處相等，利用油泵產(chǎn)生具有壓力的液態(tài)油，液壓油是一種壓強(qiáng)傳送的載體，能夠在一定面積范圍內(nèi)產(chǎn)生作用力，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)各個(gè)零件產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。

（2）液壓支架的組成。液壓支架是礦產(chǎn)開(kāi)采的主要設(shè)備，能夠起到支撐和牽引的作用，根據(jù)其組成和功能結(jié)構(gòu)的分布主要將其分為四部分，也就是主體結(jié)構(gòu)件、執(zhí)行元件、控制元件以及其他功能部件等。主體結(jié)構(gòu)件是液壓支架的支撐結(jié)構(gòu)和承重結(jié)構(gòu)，是整體結(jié)構(gòu)部件的統(tǒng)稱。液壓支架在頂梁位置工作時(shí)，會(huì)直接和煤礦開(kāi)采的工作面的上頂面接觸，這樣能夠支撐松動(dòng)的煤炭，避免出現(xiàn)下落情況，還能防止開(kāi)采井出現(xiàn)塌陷情況，其他部件能夠組合起來(lái)，承受液壓支架受到的水平力和扭轉(zhuǎn)力，保證液壓支架的受力均勻。液壓支架的執(zhí)行元件是液壓支架在移動(dòng)和工作過(guò)程中決定動(dòng)作的構(gòu)件，主要是指液壓缸，立柱是液壓缸的主要支撐構(gòu)件，在液壓支架工作的過(guò)程中，能夠承受頂部產(chǎn)生的豎向力，千斤頂是液壓缸的主要工作構(gòu)件，包括伸縮千斤頂、側(cè)推千斤頂以及防倒千斤頂?shù)榷喾N，能夠滿足液壓支架的多種需求，比如將液壓支架推進(jìn)工作面，能夠?qū)?cè)護(hù)板進(jìn)行伸出和收回。在液壓支架中，安全閥門(mén)的作用非常大，在液壓支架工作的過(guò)程中，往往會(huì)產(chǎn)生巨大的壓力，假如出現(xiàn)壓力異常的情況，或者沒(méi)有及時(shí)的泄壓，就會(huì)產(chǎn)生安全事故，對(duì)工作人員的生命安全和財(cái)產(chǎn)安全造成威脅[2]。因此，安全閥門(mén)能夠保護(hù)部件在壓力過(guò)大的情況下，自動(dòng)將閥門(mén)打開(kāi)，起到自動(dòng)泄壓的作用，當(dāng)壓力降低到規(guī)范額度后就會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，這樣就能夠保護(hù)液壓系統(tǒng)的元件。

2 礦用液壓支架液壓系統(tǒng)中存在的問(wèn)題和原因

現(xiàn)階段我國(guó)使用的礦用液壓支架的液壓系統(tǒng)中存在著各種方面的問(wèn)題，其中最常見(jiàn)的問(wèn)題就是泄露，而導(dǎo)致泄露問(wèn)題的產(chǎn)生主要有兩個(gè)原因，分別為①液體在液壓元件或者管路中流動(dòng)的過(guò)程中產(chǎn)生了液壓差，并且和液壓元件之間產(chǎn)生空隙，進(jìn)而出現(xiàn)泄露問(wèn)題②由于井下作業(yè)環(huán)境惡劣，導(dǎo)致礦用液壓支架的密封狀態(tài)受到影響。假如液壓支架液壓系統(tǒng)出現(xiàn)泄露情況，會(huì)導(dǎo)致液壓支架動(dòng)作的靈敏性下降，進(jìn)而會(huì)對(duì)采煤效率造成影響，甚至?xí)?dǎo)致液壓支架受損，影響采煤工作面的安全。導(dǎo)致出現(xiàn)泄露問(wèn)題的因素主要有以下幾種。

（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和元件選擇因素。液壓支架液壓系統(tǒng)的使用性能受到其密封設(shè)計(jì)和元件選擇的影響，假如密封設(shè)計(jì)不合理或者密封元件的選擇不規(guī)范，在很大程度上會(huì)造成液壓系統(tǒng)出現(xiàn)泄露情況。再加上液壓支架的使用環(huán)境較為惡劣，環(huán)境中含有大量的煤灰或者粉塵，因此在設(shè)計(jì)的過(guò)程中要保證液壓系統(tǒng)的防塵性和密封性，選擇使用具有防塵功能的密封圈。

（2）制造和裝配因素。液壓支架液壓系統(tǒng)中的液壓元件是主要的構(gòu)成部分，需要嚴(yán)格安全尺寸、型號(hào)的要求進(jìn)行打造，假如在制造的過(guò)程中尺寸不合理，超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值，就會(huì)導(dǎo)致元件自身出現(xiàn)泄露點(diǎn)。同時(shí)假如在裝配的過(guò)程中，出現(xiàn)用力過(guò)猛，用力安裝的情況，會(huì)導(dǎo)致元件變形出現(xiàn)泄露情況。

（3）油液污染和零件損傷因素。液壓支架液壓系統(tǒng)在高壓情況下，其中的動(dòng)力乳化液會(huì)出現(xiàn)氣泡，這些氣泡在一定環(huán)境下會(huì)出現(xiàn)高溫情況并爆裂，假如液壓系統(tǒng)元件的表面存有凹點(diǎn)或者損傷，這些乳化液就會(huì)快速的流向元件表面，促使表面出現(xiàn)磨損情況，進(jìn)而引發(fā)泄露。在惡劣的工作環(huán)境下，活塞桿會(huì)和外界環(huán)境直接接觸，盡管導(dǎo)向套上設(shè)置有防塵密封圈，但是也無(wú)法避免塵埃或者油污進(jìn)入系統(tǒng)中，使得活塞桿或者密封件受到損壞，進(jìn)而產(chǎn)生泄露。

3 礦用液壓支架液壓系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

實(shí)現(xiàn)液壓支架液壓系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的最終目的在于優(yōu)化液壓支架的工作性能，強(qiáng)化液壓系統(tǒng)工作運(yùn)行的穩(wěn)定性，減少液壓系統(tǒng)故障發(fā)生幾率，因此可從以下幾方面實(shí)現(xiàn)液壓支架液壓系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)：第一，可通過(guò)減少管路接頭方法減少液壓支架液壓系統(tǒng)的壓力損失，集成化的優(yōu)化設(shè)計(jì)手段可有效減少壓力失效環(huán)節(jié)，加強(qiáng)液壓支架液壓系統(tǒng)的靈敏度，進(jìn)而加強(qiáng)液壓支架液壓系統(tǒng)的采煤效率，實(shí)現(xiàn)液壓支架管路布置的平整性。第二，由于液壓支架的運(yùn)行效率與液壓系統(tǒng)工作的工作高效有著直接聯(lián)系，因此在應(yīng)用大采高支架液壓系統(tǒng)時(shí)，可利用立柱以及推移千斤來(lái)增加流量，提升其移架速度，為支護(hù)頂板提供保障。此外也可采用雙回環(huán)形供液系統(tǒng)，確保工作面單架、大采高支架有足夠的液壓供給支撐。第三，若對(duì)液壓支架液壓系統(tǒng)的工作負(fù)荷進(jìn)行確定，則可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)液壓系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)合理性。液壓支架液壓系統(tǒng)的工作壓力決定執(zhí)行元件的尺寸大小，若系統(tǒng)工作壓力相對(duì)較大則執(zhí)行元件壓力等級(jí)要求也會(huì)相對(duì)提升，所需求的設(shè)備成本也會(huì)相對(duì)提升。為此在實(shí)現(xiàn)液壓支架液壓系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，需全面掌握所有元件的壓力承受范圍，采取有效的保障措施確保任何部位的系統(tǒng)壓力在承受范圍之內(nèi)。第四，在液壓支架采高不斷增加的前提下，其對(duì)應(yīng)的工作阻力要求也在不斷增加，6.2m液壓支架的工作阻力就高達(dá)12000kN，其立柱缸徑也在400mm，為了保證液壓支架的安全，需利用大流量的安全閥進(jìn)行快速泄液。第五，液壓支架液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行離不開(kāi)乳化液的支持，因此乳化液質(zhì)量的高低對(duì)液壓支架液壓系統(tǒng)的工作效率有著直接影響。乳化液不僅能夠用于系統(tǒng)潤(rùn)滑，同時(shí)也具備防銹、防腐蝕的功能，確保液壓支架液壓系統(tǒng)的工作精確性。第六，液壓支架液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化需要根據(jù)礦井的實(shí)際生產(chǎn)情況進(jìn)行制定，確保優(yōu)化設(shè)計(jì)的液壓支架液壓系統(tǒng)滿足生產(chǎn)人員的實(shí)際應(yīng)用需求，同時(shí)實(shí)際操作也較為簡(jiǎn)便。設(shè)計(jì)人員需要保證設(shè)計(jì)安裝的液壓元件布置層次的合理性，便于檢修人員拆裝維修，應(yīng)用的膠管長(zhǎng)度滿足設(shè)計(jì)要求，相關(guān)裝置安裝牢固繼而避免液壓支架液壓系統(tǒng)發(fā)生震動(dòng)。同時(shí)，還需要在液壓支架液壓系統(tǒng)內(nèi)安裝壓力表此類的監(jiān)測(cè)儀器，便于監(jiān)測(cè)人員隨時(shí)觀察液壓支架的運(yùn)行狀況。另外，對(duì)于液壓支架液壓系統(tǒng)的優(yōu)化，還要結(jié)合系統(tǒng)自身情況，將經(jīng)濟(jì)效益放在首位，盡可能選擇性能優(yōu)良、價(jià)格合適的液壓元件，滿足煤炭采挖的需求的同時(shí)，要關(guān)注新型材料的研發(fā)。

4 總結(jié)

總之，隨著我國(guó)礦產(chǎn)事業(yè)的改革發(fā)展，礦用液壓支架液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造水平有了明顯的改善，這也在很大程度上促進(jìn)采煤工藝的提升。因此，相關(guān)人員要加強(qiáng)對(duì)礦用液壓支架液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方面的關(guān)注，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化，提升系統(tǒng)性能和使用效率。