70D型液压支架液压系统优化设计.pdf

2 0 1 5年第 2期 No ．2 2 01 5 煤 炭 科 技 C0AL S CI ENCE TECHNOL OGY MACAZI NE 9 1 文 章 编 号 1 0 0 8 3 7 3 1 2 0 1 5 J 0 2 0 0 91 0 2 Z 7 0 0 0 ／ 3 2 ／ 7 0 D型液压支架液压系统优化设计 杜晓旭， 魏延峰， 常园园， 刘 芳 平顶 山煤矿机械有限责任公司 ， 河南 平顶 山 4 6 7 0 0 0 摘 要 采用 系统工程的研究开发思路 ， 基于综合考虑液压 系统整体 的性能， 及各种相关参变 量相互耦合关系， 研 究分析 了大流量液压系统设计 中存在的几个关键 问题 ， 为实现液压支架大 流量 液压 系统 优 化设计 提 出 了可供借 鉴 的思 路和 方法 。 关 键词 液压 支架 ； 液 压 系统 ；大流量 ； 优 化设 计 中图分 类 号 T D 3 5 5 ． 4 1 文献标 志码 B 液压支架作为综采装备的关键设备 ，其液压系 统的安全性 、可靠性和生产效能对于煤矿开采有着 重要的作用。 随着我国矿井大采高、 大工作阻力的高 端液压支架的应用比例越来越高 ．为了满足工作阻 力的要求 ， 液压支架的立柱缸径越来越大 ， 大缸径立 柱的使用，加大了液压支架快速移架工作难度。所 以．对液压支架快速移架系统的研究应该从系统的 角度出发 ． 结合高产高效采煤工艺 ． 切合实际全面解 决 这个 问题 这 个 问题 的关键 还在 于液 压 支架 的液 压系统对大流量性能的适应性 ．其中包括采用大流 量泵站 、大流量 的换 向阀和大流量的液压 阀以及合 理 的供 、 回液 管 网设 计 等问题 。 1 液压支 架供 、 回液 系统设计 液压支架的主供 、 回液系统包括泵站 、 高压过滤 站 、 顺槽进回液管路 、 工作面进回液管路及相关 的管 路 附件 1 ． 1 移 架时 间与 泵站 流量 的确 定 以 Z Y1 7 0 0 0 ／ 3 2 ／ 7 0 D型液压支架为例 ．配套的 采 煤机 重 载牵 引 速度 一般 为 i 1 ． 9 m ／ mi n ． 采煤 机 过 单架的时间为 2 ． 0 5 ／ 1 1 ． 9 ／ 6 0 1 0 ． 3 4 s 。支架单 架“ 降、 移 、 升” 循环时间应 ≤ 1 0 ． 3 4 s ， 才能确保工作 面的正 常有 序 的生 产 单架循环包括 降架 1 0 0 F i l m． 移架 8 6 5 m m． 升 架 1 0 0 mm接顶 。 设降架时间 t 、 移架 时间 、 升架时 间 t 3 ， 单架总循环时间 t h t 2 。 升柱时 ， 泵站压力为 3 1 ． 5 MP a ； 设降柱移架后 ， 升 架 前 立 柱 由于 承 受 自重使 立柱 下 腔 的压 力 为 2 0 MP a 支架立柱下腔与泵站压力 的压力差 为 1 1 ． 5 MP a 。设立柱下腔进液 口处 的压力降 占此压力差 的 l 0％ ， 为 1 ． 1 5 MP a 。 则立 柱下 腔流 量计 算如 下 Q -w． a X ／ 2 a P ／ p 式 中 △ 孔 口前 后压 差 ， P a 。 取 1 ． 1 51 0 6 孑 L 口面 积 ． I n 。 取 0 ． 0 2 1 T ／ 4 J D 流体的密度 ， k g ／i n ， 取 1 0 0 0 ； f l 一流 量 系数 ， tx 0 ． 8 。 则 Q O ． 8 x N ／ 2 x 1 ． 1 5 x 1 0 6 ／ 1 0 0 0 斗 1 2 ． 0 5 L ／ s 1 4 4 6 L ／ mi n 而 5 0 0 m m 立 柱 上 升 1 0 0 m m 时 下 腔 充 进 液 体 1 9 ． 6 3 L ， 则升架所需时间为 t 3 1 9．6 3 L ／1 2． 05 L ／s1 ．6 3s 同理 可得 到单 架 一个 动作循 环 时 间为 t I 2 3 4． 42 s 3 ．6 8s 1 ．6 3 s 9． 73 s 1 0．3 4 s 单 架动作 循 环 中 ． 升柱 的流 量需 求最 大 ． 支架所 需最大流量为 1 4 4 6 L ／ ra i n ， 考虑富裕系数 ． 单架系 统流量应配置为 1 9 6 8 L ／ rai n 。即 乳化液泵单泵额 定流量为 6 5 6 L ／ m i n ． 四泵两箱装配 ． 泵使用 3台备 用 1台。泵箱 规 格为 5 0 0 0 L2 1 ． 2三进 三 回供 液系统 设计 工作面进、回液管路的布置方式可归纳为三种 类型 单进一 单回供 液方式 、 环形供液方式和双进 、 双 回梯形 网络供液方式。其中单进一 单回供液方式 煤炭科技 2 0 1 5年第 2期 适用于对移架速度要求低 、 手动控制 的液压系统中 ， 其 缺 点 是 远 离 泵 站 的支 架 供 液 压 力 损 失 大 对 于 Z Y1 7 0 0 0 ／ 3 2 ／ 7 0 D型 液 压 支架 顺 槽 工 作 面供 液 系 统 采用 三进 三 回环形 供 液系 统 ． 其 中两路 在架 间 ， 一 路 在电缆槽 内。顺槽进液管径为 D N 6 3 S ， 回液管径为 D N 7 6 ． 顺槽 长度 为 2 5 0 m 2立柱供 、 回液 系统 的设计 支架大流量系统的关键是立柱的供 、 回液系统 ， 它决定了支架的循环时间。 随着大采高 、 大工作阻力 的高端液压支架对于大流量系统的要求增多．立柱 供 、回液 系统需 要解 决 的 问题 是 供液 过程 中流 量 和 压 力 的问题 ． 回液过 程 中的 回液速 度 问题 本文 针对 立柱的进 、回液系统对 Z Y1 7 0 0 0 ／ 3 2 ／ 7 0 D型液压支 架 的系统进行了优化 。立柱供 、回液系统如图 1 所 示 图 1立 柱 供 、 回 液 系统 2 ． 1立 柱快 速供 液及 增压 系统的 设计 架间采用双进双回供液管路 ．立柱下腔供液不 从电磁换 向阀供液 ．单独选择大流量立柱快速供液 阀． 由电磁换 向阀控制 ． 直接经反冲过滤器供液。快 速供 液 阀 的流量 可 以达 到 2 0 0 0 L ／ mi n ． 而 电磁换 向 阀 流量最 大 只有 1 0 0 0 L ／ rai n 。 这样 便解 决 了 由电磁 换 向 阀给立 柱供 液流 量不 足 的 问题 虽然在支架供液系统设计时 ．采用三进三回环 形供液系统 以此来减小压力损失 但到达支架 的压 力值仍然不能满足支架对于初撑力的要求 。为提高 系统 的初 撑力 ．在 Z Yl 7 0 0 0 ／ 3 2 ／ 7 O D型 液 压支 架 的 系统中设置了增压系统 该系统利用立柱下腔的压 力传感器发出增压信号和终止增压信号 ．实现立柱 升柱 、 支架接顶、 压实。当压力传感器测得立柱下腔 压力达到规定压力 ．采集的压力信号通知电磁阀向 立柱 下 腔补液 增 压 ． 完 成增 压过 程 。 2 ． 2 立 柱快 速 回液 的设计 在支架降柱过程 中．由于受支架下腔面积与支 架二级油缸环形面积的比值大的影响。造成支架在 降柱过程中上腔压力一定时下腔压力偏小 ．回液速 度慢 ， 因此降柱缓慢 。 而且随着支架高度和工作阻力 的不断增加 ， 立柱油缸直径也不断增大 ． 这种趋势越 来越明显。 普通支架液压系统在立柱降柱时 ． 立柱下 腔液体的回液通过立柱液控单向阀、 球型截止阀、 主 控 阀阀芯 和 回液 断路 阀再 回到 油箱 的形 式 已经不 能 满 足 工 作 面 对 支 架 移 架 时 间 的 要 求 为 此 在 Z Y1 7 0 0 0 ／ 3 2 ／ 7 0 D型液压支架的系统设计上作 了改 进 ，开发了立柱液控单 向阀加交替单 向阀的旁路系 统，减少 了支架回液经立柱液控单向阀、球型截止 阀 、 主 控 阀 阀芯 再 回液 的 环节 。 增加 回液 速 度 ． 从 而 加快支架的降柱 ． 达到缩短支架降移升时问的目的 3 推移供 、 回液 系统 的设计 工作面的顺利推进不仅要撑得住 ． 还要走得动 。 所以 ， 随着支架重量的增加 ， 现在推移千斤顶大多采 用倒装形式 ． 以此来提高拉架力 ． 并且推移 的缸径也 在不 断增大 ．对于 流量 的需求也 在不断增大 在 Z Y1 7 0 0 0 ／ 3 2 ／ 7 0 D型液压支架 的系统设计 时 ．为 了 提高支架的移架速度且不增大主 阀的流量 ．采用换 向阀两个阀芯组件控制推移千斤顶下腔 如图 2所 示 。 I L }J 2 ． 秘 _r 1 1b I I 一 l a - R 吨 P I 溜 架 图 2推 移供 回液 系统 4结语 本 文 以 Z Yl 7 O 0 0 ／ 3 2 ／ 7 0 D 型液 压支 架 液压 系 统 的设计为例 ．研究分析了大流量液压系统设计 中存 在的几个关键 问题 ．对影响工作面推进速度的工作 面供 、 回液 系统 ； 影 响单 台支架 工 作循 环 时间 的立 柱 供 、 回液系统和推移供 、 回液系统进行 了优化。为实 现 液压 支架 大 流量 液压 系统 优化 设计 提 出 了可供 借 鉴 的 思路 和方 法 作者简 介 杜晓旭 1 9 8 3 一 ， 男， 辽宁凌 源人 ， 2 0 1 1年毕业 于 内蒙古科技 大学大 学工程力 学专业 ， 硕 士， 平 顶 山煤矿 机 械有限责任公司助理工程师。 收稿 日期 2 0 1 5 0 5 1 9