液壓支架不同參數(shù)對(duì)液壓支架移架速度的影響研究

宋化剛

（山西西山晉興能源有限公司斜溝煤礦，山西 呂梁 033602）

引言

液壓支架屬于煤礦工作面綜采的主要設(shè)備，可為井下作業(yè)人員提供相對(duì)較安全的作業(yè)環(huán)境，也可為井下其他設(shè)備提供很好的動(dòng)力源服務(wù)，因此，液壓支架除了要承載和控制井下采煤工作面的頂板、保證井下作業(yè)的安全性、隔離采空區(qū)等，還要推移采煤機(jī)和刮板輸送機(jī)等設(shè)備[1]。在井下實(shí)際作業(yè)時(shí)，一個(gè)綜采操作面通常由上百臺(tái)液壓支架構(gòu)成，液壓支架的前方是綜采作業(yè)面，后方是采空區(qū)，下方是能夠伸縮的推移千斤頂，其與刮板輸送機(jī)相連接共同作用完成推移。液壓支架的工作流程是：利用泵站產(chǎn)生的液壓力推動(dòng)液壓支架完成推溜拉架、升降柱等動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)綜采面頂板支護(hù)的作用，并與刮板運(yùn)輸機(jī)、采煤機(jī)配合推進(jìn)煤層，進(jìn)而完成井下采煤生產(chǎn)作業(yè)[2]。液壓支架組成由支架本體、工作機(jī)構(gòu)、液壓控制系統(tǒng)及附屬部件等構(gòu)成，其中液控系統(tǒng)是指用來(lái)控制支架內(nèi)的各類閥門，從而完成液壓支架各項(xiàng)動(dòng)作的一種部件，有操作閥、安全閥、測(cè)壓閥、液控單向閥及回液管等，通過(guò)對(duì)液壓支架內(nèi)的閥門開(kāi)啟大小、開(kāi)啟時(shí)間進(jìn)行控制，進(jìn)而可完成支架的各項(xiàng)動(dòng)作，因此，液壓支架的液控系統(tǒng)是控制完成各種動(dòng)作的關(guān)鍵部件[3]。為提高液壓支架液控系統(tǒng)的整體工作性能，本文在泵站額定流量是400 L/min 時(shí)得到的移架速度的基礎(chǔ)上，對(duì)比分析進(jìn)回液管直徑、閥芯直徑及閥芯最大開(kāi)口度對(duì)推移千斤頂移架速度的影響，進(jìn)而確定合理的參數(shù)范圍，提高液壓支架的工作效率。

1 一定額定流量下液壓支架移架速度的確定

本文以某礦為研究對(duì)象，按照液壓支架移架動(dòng)作的實(shí)際情況設(shè)定研究參數(shù)：泵站安全閥調(diào)定壓力是31.5 MPa，主進(jìn)回液管長(zhǎng)度是200 m，直徑是25 mm；支路進(jìn)回液管長(zhǎng)度是2 m、直徑是20 mm；液控單向閥閥芯直徑22.5 mm,閥芯最大開(kāi)口度是5.5 mm，控制口等效直徑是3 mm。另外，將液壓支架移架負(fù)載力設(shè)定是280 kN，泵站額定流量設(shè)定是400 L/min，得到液壓支架的移架速度曲線如圖1 所示。

圖1 泵站額定流量是400 L/min 時(shí)，液壓支架移架速度的變化曲線

在液壓支架移架動(dòng)作載荷較小時(shí)，泵站安全閥處于還未開(kāi)啟狀態(tài)，此時(shí)，移架動(dòng)作過(guò)程屬于恒流狀態(tài)[4]。從圖1 可以看出，液壓支架移架動(dòng)作屬于動(dòng)態(tài)過(guò)程，移架時(shí)會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)較大的現(xiàn)象，尤其是剛動(dòng)作時(shí)，移架波動(dòng)較大，主要是因?yàn)橐嚎貑蜗蜷y和換向閥快速開(kāi)啟時(shí)產(chǎn)生的液壓沖擊作用引起的。在設(shè)備條件允許的情況下，當(dāng)負(fù)載較小、泵站安全閥未開(kāi)啟時(shí)，應(yīng)采用大泵站額定流量來(lái)提高液壓支架的移架速度，但是為降低液壓油對(duì)推移千斤頂?shù)臎_擊及提高移架的穩(wěn)定性，泵站額定流量的選取應(yīng)當(dāng)適中。當(dāng)泵站額定流量是400 L/min 時(shí)，液壓支架的移架時(shí)間約是3.7 s，移架速度是248 mm/s。

2 不同參數(shù)對(duì)液壓支架移架速度的影響

本文在上述結(jié)論的基礎(chǔ)上，將重點(diǎn)研究進(jìn)回液管直徑、閥芯直徑及閥芯最大開(kāi)口度三個(gè)參數(shù)對(duì)液壓支架移架速度的影響。

2.1 進(jìn)回液管直徑

移架負(fù)載力仍設(shè)定是280 kN，泵站額定流量仍是400 L/min，將主進(jìn)液管直徑增加至32 mm，主回液管直徑增加至40 mm，將支路進(jìn)回液管直徑增加至25 mm，其余參數(shù)不變，得到液壓支架的移架速度曲線如圖2 所示。

圖2 增大進(jìn)回液管直徑對(duì)移架速度的變化曲線

從圖2 中可以看出，在液壓支架移架載荷和泵站額定流量不變的情況下，增大主進(jìn)回液管直徑后，液壓支架的移架時(shí)間約是3.6 s，移架速度約是256 mm/s，相比圖1 的移架時(shí)間減少0.1 s，移架速度提高8 mm/s。由此可知，適當(dāng)增大進(jìn)回液管直徑可以降低液壓支架液壓系統(tǒng)的沿程阻力，進(jìn)而提高液壓支架的移架速度。此外，由于增大管徑勢(shì)必會(huì)引起與之相連的其他元件的口徑也增大，提高了整個(gè)系統(tǒng)的造價(jià)成本，因此，需要根據(jù)實(shí)際工況增大主進(jìn)回液管管直徑。

2.2 液控單向閥閥芯直徑

移架負(fù)載力仍設(shè)定是280 kN，泵站額定流量仍是400 L/min，將液控單向閥閥芯直徑增加至30 mm，其余參數(shù)不變，得到液壓支架的移架速度曲線如圖3 所示。

圖3 增大閥芯直徑對(duì)移架速度的變化曲線

從圖3 可以看出，在液壓支架移架載荷和泵站額定流量不變的情況下，增大液控閥的閥芯直徑，液壓支架的移架時(shí)間減小約0.1 s 左右，但移架速度變化不明顯，表明適當(dāng)增大液控單向閥的閥芯直徑對(duì)液壓支架移架速度影響不明顯。這是因?yàn)閷?duì)于長(zhǎng)液壓進(jìn)出管道的液壓支架，增大液控閥的閥芯直徑對(duì)千斤頂?shù)恼w影響不顯著。

2.3 閥芯最大開(kāi)口度

移架負(fù)載力仍設(shè)定是280 kN，泵站額定流量仍是400 L/min，將閥芯的最大開(kāi)口度增加至8 mm，其余參數(shù)不變，得到液壓支架的移架速度曲線如圖4所示。

圖4 增大閥芯開(kāi)口度對(duì)移架速度的變化曲線

從圖4 可以看出，在液壓支架移架載荷和泵站額定流量不變的情況下，當(dāng)閥芯最大開(kāi)口度增大至8 mm 時(shí)，液壓支架的移架時(shí)間約是3.6 s，比圖1 中的移架時(shí)間減小了0.1 s，但移架速度變化不明顯。

3 結(jié)論

為提高液壓支架液壓系統(tǒng)的整體工作性能，本文在泵站額定流量是400 L/min 時(shí)得到的移架速度的基礎(chǔ)上，對(duì)比分析進(jìn)回液管直徑、閥芯直徑及閥芯最大開(kāi)口度對(duì)液壓支架移架速度的影響，結(jié)論是：

1）液壓支架移架動(dòng)作屬于動(dòng)態(tài)過(guò)程，且剛起動(dòng)時(shí)，其波動(dòng)較大；可通過(guò)提高泵站的額定流量來(lái)提高液壓支架的移架速度；

2）增大進(jìn)回液管直徑后，移架時(shí)間減少0.1 s，移架速度提高8 mm/s，表明增大進(jìn)回放管直徑可提高液壓支架的移架速度；

3）增大液控單向閥閥芯直徑后，移架時(shí)間也減少0.1 s，但移架速度變化不明顯；

4）增大閥芯最大開(kāi)口度后，移架時(shí)間也減少0.1 s，但移架速度變化不明顯。