液压支架立柱液压系统的分析应用.pdf

总第 1 4 8期 2 0 1 5 年第 6期 应 用技 术 机械管理开 发 M ECHANI CAL M ANAGEM ENT AND DEVELOP M ENT 液压支架立柱液压系统 的分析应 用 1 [ b t a l o f 1 4 8 No ． 6 2 0 1 5 田震龙 大同煤矿集团金庄煤业有限责任公司，山西大同0 3 7 0 0 3 摘要 通过对 液压 支架的 了解 ，分析 液压 系统 的构成 ，并进 行 了液压 支 架立柱液 压 系统的 分析 。立 柱是 液压 支 架实现采 面矿压 压 力的重要 支护 物件 ，立 柱 对整 个液 压 支架 的性 能起 到很 重要 的作 用 ， 发挥 立柱 液压 支架 中的作 用 、更好 地 应 用到 煤矿 事业 中 。 关键 词 煤矿 ； 液 压 支架 ；立柱 液压 系统 ；分析 中 图分类 号 T D 3 5 5 。 4 文献标 识码 A 文章编 号 1 0 0 3 7 7 3 X 2 0 1 5 0 6 0 0 6 0 ． 0 3 D oI 1 0 ． 1 6 5 2 5 ／ i ． c n k i ． C R 1 4 ． 1 1 3 4 ／ t h ． 2 0 1 5 ． 0 6 ． 0 2 1 引 言 液压支架主要用于对采煤 过程 中矿 山压力 的 结构物体 ， 采面矿压 通过外力作用 到液压支 架上 。 由于液压支架 的构造组成 比较符合成绩按合理 和 顶板外力 ， 因此应 用 到围岩 中。随 着我 国煤 炭需 求增加 ， 采煤工作量 加大 ， 因此对液压支 架 的需求 也有所 提高。由于液压支 架的质量 和性 能很大 程 度上影 响着采 煤工 作 ， 因此对 其支 架 的结构 和性 能是否能够 达到标 准成 为 目前 颇受 关 注 的问题 。 通过分析研究立柱液压 系统 ， 提高液压支架 性能 ， 促进煤矿 事业发展 。 1 工 作 原 理 液压 支架 主要用于对 采煤过程 中矿 山压力 的 结构物体 ， 采面矿压 通过外力作用 到液压支 架上 。 由于液压支架 的构造组 成 比较符合成绩按合理 和 顶板外 力 ， 因此 应用 到 围岩 中 ] 。如 图 1为 液压 支架外观 图。 液压支架在 具体 工作 中， 在 依靠 支 撑顶 板 的 基础上 ， 需要 维护安 全工作 区间 ， 并根据 采煤面 的 变化 而变化 ， 加 以移 动或者传运 。所 以 ， 液压支架 收稿 日期 2 0 1 5 - 0 6 1 0 作者简 介 田 震 龙 1 9 9 0 一 ， 男， 山 西 大 同 人 ， 毕 业于 山西 大同 大学煤 炭 工程 学 院，机 械 设计 制 造 及其 自动化 ，现 任 大 同煤矿 集 团金 庄 煤 业 有 限责 任 公 司机 电科 技术 员，研 究方向 机械 自动化 。 图 1 液压 支架外观 图 具有上升 、 下降 、 推动 、 位移几个 动作 ， 全部动作 都 是为结合高 压液体 工 作 的。升 降方 面 ， 操作 法 在 升柱地方时 ， 涌 出的 高压液 体经 过操纵 阀流 向另 一 个立柱 下腔 ， 此 时立 柱的另一端 上腔 回液 ， 支架 向上升起 ， 液体流到上腔 ， 并将液控 单 向阀开 启 ， 使得液体 下 流 ， 降低 支架 ； 推 动 、 位移 方 面 ， 支 架是利用操 纵 阀与千斤 顶 实现 。如 移 动支架 ， 则 可 以将支架 降低 ， 并将 操纵 阀放 在支架 位移 后 所 在 的点 ， 此 时高压 液 体流 到 活塞杆 中。而支 架 利 用传运设 备 向前 方 位 移 ， 在 位 移 停 止 时 ， 支 架 上 升 ， 支架与顶板接触 。如果把操 纵 阀放 在推溜点 ， 则高压液体会进入活塞腔 ， 实现位移和推动。 2 液 压 支 架 立 柱 液压 系统 原 理 液压支架 结构 中立 柱 不可 或缺 ， 立 柱是 液 压 支架实现采 面矿压 压力 的重 要支 护物件 ， 对 整 个 液压支架 的性能起到很 重要 的作用 。换 向阀 S利 用液控单 向阀与立 柱下 腔相 连 ， 而另 一个换 向阀 D则与立柱 的 1 、 2级 缸 双 伸缩立 相接E 引。在 2 级缸触碰到最下 面后 ， 底下 的阀 门开启 ， 如 出现其 2 0 1 5年第 6期 田震龙 液压支架立柱液压系统的分析应 用 他情况 ， 则底 下 的阀门顺着 1 ～2级缸下腔单 程输 送 。而 1 、 2级缸 上腔将 油孑 L 疏通 并相 接 。1级 缸 下腔设 置 了安全 装 置 ， 能够 防止 出现危 险 。在 换 向阀处于左侧 区域时 ， 立 柱上升 ， 到达原 来位置 后 自动停 止 ， 此 时支架 能 够很好 地 支撑 顶 板 。顶 板 的作用力 和立柱直接接触 。 3 液压支架立柱液压 系统的要求及特点 如今 ， 我 国的液 压支 架 生产 对它 的模 拟 实 验 提 出了相关 规定 和要 求 ， 参考 MT 的相 关技 术 准 则 以及立柱 欧洲标 准 E N 系列等[ 3 ] 。通过 这些 规 定对进行严 格 管理 ， 能够 以此 明确液 压 支架 立 柱 系统 的参数 。 参考规定 里 面的 系统设 计 过程 ， 发现 了液压 支架立柱 系统 设计 的特 征 需要 利用 外加 载 的方 法进 行 设 计 主 要 针 对 退 让 和立 柱 全 缩 缸 底 强 度 ， 另外测 验 过程 一律 利用 内加 载方 式进 行 ； 外 加载方法 主要 结合 增压 理论 ， 避 免压 力 的过 度起 伏 ， 尽量维 持液压值 的稳定 ， 以保证设 计程序 顺利 完成 ； 立柱 液压设计 应对压力 变化 、 时间过程 和变 化快慢加 以记载 。 4 系统 应 用分 析 液压支架系统是 由立 柱 、 千斤 顶 、 阀件等 不 同 的物件组成 的， 它利 用泵站提供 高压液压 ， 并 保证 液压支架 的正 常运 行 。液压 支 架应 用广 泛 ， 它在 不 同的环境下应用方式 和模拟是 不 同的。立 柱作 为液压支架 的重 要 承载 物件 ， 不仅 需要 具 备较 强 的承载力 ， 还需要能够 大距离 的伸缩 ， 为液压 支架 安全运行奠 定 基础 。采 煤过 程 中 ， 一般 采 用伸 缩 大的支架来实现支架 的快速适应 环境能力 。对于 立柱设置 ， 无须呈竖 直状态 ， 抵制水 平力 。将 立柱 轴线和定角的角度维持在小 于 3 O 。 ， 以此保证 立柱 的最大幅度 可 伸缩 性 。对柱 窝 的点 ， 应 保 证立 柱 顶端的承载 能力 和顶 板 的承 载布置 相 同 ， 然 而 由 于后者难度 大 ， 可 以具 体情 况具 体 分析 。为 了安 全 ， 应将顶端前 面的承 载设定 是 0 ， 并 与后 侧成 三 角形状 。而其中液压支架立 柱液压 系统 的重 点参 数为 1级 缸 活塞 直径 3 0 0 mm， 2级 缸 活塞 直 径 2 3 0 mm， 泵站压力 3 0 MP a ， 支撑力 2 ． 5 1 0 。k N， 立柱工作 压力 R为 3 ． 2 1 0 。 k N。 对 于加载信 号方 面 ， 立 柱最 开始 的起始 撑 力 61 是 2 ． 5 1 0 。k N， 加上 0 ． 7 1 O 。 k N 的压力并 瞬间 增加 0 ． 3 S ， 以降低 0 ． 2 1 0 。 k N 5 S之内 ， 保证此 状态一直持续 。利 用模拟 顶板岩 瞬间坍塌 导致 围 岩压力变化 ， 最后让液压支架承载 。 对 于安全阀流量方 面 ， 1级缸 的下腔 与安全 阀 之间的距 离 能够 作用 于立 柱 的移动 和 压力 改 变 。 利用 系统 分析 得 出 ， 立 柱 1级缸 的压 力 与其 活塞 移动的痕迹处 于变化之 中。如相关数据 进行更 改 安全阀流量 、 1级缸 下腔 和立 柱距 离等 ， 则 与它 相关数据 下 潜个 压力 、 活塞 移动 长度 也 发生 一 定 的改变 。液压 支架 系统 模拟 ， 其 不 同缸 的直 径 和安全 阀流量 、 与 其管 道之 间 的距 离等 数据 需 要 相互之 间符合 ， 如存 在两个 缸时 ， 不能让 两个缸 同 时处于一个 状 态 ， 避免 压力 出现 时 无法 为立 柱 留 出移动 的 空 间。系统设 计 过程 中， 循 环 5 0 0 0次 ， 并使用闭合环路对流量加以调整 ， 经历 了 2 ． 3 S 左 右 ] 。此 时测量对象 立柱 的压力与安 全 阀打开 时 的压力相 同， 立柱立 刻主动跳 跃和起伏 ， 立 柱上下 幅度与预定范 围相符 。通 过对被测立 柱加 载油缸 的压力 变 化 时 间 以及 内加 载压 力 时 间 的 变化 可 见 ， 被测立柱 的速 度 曲线处 于 0 ≤ T≤0 ． 5 s ， 出发 点也处于左位 1 0 ， 压力 短时 间 内提 高 与加载 压力 相 同， 阀门位于 中间位置 ， 立柱下 腔闭合 。退 让速 度为 2 mm／ mi n 。后段时 间中 ， 立柱 的安 全阀力量 并未超 出标准 ， 且压 力一直处 于提高 的状态 ， 此时 段过后 ， 安全 阀打开 ， 压力 维持不 变。当失 去移动 空间时 ， 则无法保证 液压直支架 的正常 移动工 作 ， 很可能受 到 机身 损坏 ] 。在 设计 过 程 中 ， 对 于安 全阀和活塞 之 间的距 离往 往没 有受 到 重视 ， 如 果 它们的距离超 出标 准 范 围， 则 使得 安 全 阀的压 力 过高， 而压差和阻尼的作用仍然存在， 导致立柱不 能排除 压 力 ， 造 成 立 柱 缸 压 力 过 多 出现 爆 炸 等 现象 。 5 结 语 立柱是液压 支架 的 重要 组 成部 分 ， 它 能够 帮 助液压支架更 好地 承 载压 力 ， 保证 良好 的承压 性 能 ， 以顺利 安全 地应 用 到采 煤工 作 中 。立 柱通 过 换 向阀 、 液控 单 向 阀与立 柱上 下腔 等进 行 转换 伸 缩 ， 以实现 液压 支架 的顺 利 伸缩 支 撑压 力 。通 过 对液 压支架立 柱液 压 系统 的分 析 ， 结合 立 柱液 压 6 2 机械管理开发 j x g l k f b 1 2 6 ． c o m 系统 的原理 ， 并按 照相关规定 和标 准要求 ， 对此 系 统进行设计 ， 发挥 立柱液压支架 中的作用 ， 并更好 地应用到煤矿事业 中。 参考 文献 [1 ] 吴行标 ， 许金龙 ， 袁 欣 ， 等． 基 于 F TA的特 大采高液 压 支架立 柱支 撑 系 统 的可 靠性 分 析 [ J ] ． 液 压 与 气 动， 2 O 1 3， 1 2 8 4 0 - 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