液壓支架的發(fā)展與前瞻

潘集區(qū)潘二煤礦 采煤一隊 王忠寶

液壓支架的發(fā)展與前瞻

潘集區(qū)潘二煤礦 采煤一隊 王忠寶

一、國內(nèi)外液壓支架發(fā)展概述

液壓支架是以高壓液體為動力，由若干個液壓元件與一些金屬構件組合而成的一種支撐和控制頂板的采煤工作面設備。自20世紀50年代以來，液壓支架已逐步成為采煤工作面核心設備，目前，世界上已生產(chǎn)制造出數(shù)百種架型和上萬種型號的液壓支架，以適應各類煤層開采支護需要。

20世紀60年代，我國也曾開發(fā)了10余種液壓支架，但液壓支架一直處于研制、實驗階段；20世紀70年代先后從國外引進數(shù)10余套液壓支架。經(jīng)不斷地探索、總結，制造出各種類型的支架；80年代液壓支架研發(fā)處于創(chuàng)新提高階段，相續(xù)開發(fā)出30余種新架型，并廣泛用于國有大中型煤礦，取得良好的經(jīng)濟效益；20世紀90年代特種液壓支架的研制獲得迅速發(fā)展，各種新型支架相繼問世；21世紀隨著計算機技術、自動化技術的普及與應用，液壓支架的控制逐步向程序控制、數(shù)字控制、遙控和自動化控制邁進。

二、國內(nèi)外液壓支架差異

國產(chǎn)支架在制造技術、材質(zhì)性能、加工工藝、控制系統(tǒng)及密封性能上與國外先進國家相比還存在很大差距。

1.加工制造方面。據(jù)有關綜采工程技術人員反映，國產(chǎn)液壓支架到目前為止尚未達到1979年引進100套支架的技術水平。如結構材料，德國采用ST52材料其屈服極限為500 MPa，而我國使用16 Mn材料屈服極限僅為350 MPa；閥類，國外一直用銅合金閥殼和高強度不銹鋼閥芯，我國則是45鋼加表面熱處理；在加工工藝上，國外油缸內(nèi)壁是復鍍，國產(chǎn)則為不鍍。

2.控制系統(tǒng)方面。國外20世紀60年代采用手動直控制操作系統(tǒng)；20世紀70年代采用先導控制系統(tǒng)，隨之英國首先提出研制電液控制系統(tǒng)，20世紀90年代道梯公司研制出全工作面電液控制系統(tǒng)，緊隨其后威斯特伐利亞-貝瑞特公司研制出更為先進的P-M 3、P-M 4電液控制系統(tǒng)。現(xiàn)美國、德國、英國、澳大利亞等國家基本上全是可編程電液控制，而我國仍多采用手動控制系統(tǒng)。

3. 液壓元件方面。液壓支架的可靠性主要依賴于液壓元件的可靠性，液壓支架在煤礦生產(chǎn)中應用是否成功，關鍵在于液壓元件的技術性能是否達到要求。國外目前多采用大流量安全閥、液控單向閥、截止閥、初撐力保持閥及立柱快速回液閥。而我國對此類液壓元件研發(fā)較為滯后，目前仍沿用20世紀80年代的產(chǎn)品，沒有形成液壓元件通用化、系列化、標準化。

三、液壓支架發(fā)展前景展望

鑒于科學技術的高速發(fā)展，新技術、新工藝、新方法、新材料的不斷應用及計算機技術的空前擴展，液壓支架的未來具有十分誘人的發(fā)展前景。

1.設計理念的更新，液壓支架發(fā)展的一場革命。由于液壓支架的工作條件惡劣，人、機環(huán)境的相互關系問題顯得更加重要。綠色設計是將材料選擇、產(chǎn)品結構、工藝方法、外觀造型和色彩搭配按照一定規(guī)律，采取藝術的方法加以巧妙融合，充分體現(xiàn)人機環(huán)境系統(tǒng)的和諧統(tǒng)一。這種綠色設計，它不僅考慮環(huán)境和資源既要滿足經(jīng)濟發(fā)展需要，又要滿足人類生存發(fā)展需要，是人類可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略在支架設計中的體現(xiàn)。如：液壓支架在設計過程中采用多目標模糊化設計，要求支撐力大、移架速度快、重量輕、用料少等，每個目標確定一個函數(shù)，即得多個設計目標函數(shù)，然后組合優(yōu)化，確定最佳方案。

2.采取純水液壓技術，液壓支架將成為綠色機械。純水液壓技術是液壓領域的發(fā)展前沿。它不僅有良好的抗燃性、散熱性、而且價格也便宜，無污染，長久以來液壓支架在地表層下工作，由于使用工作介質(zhì)是乳化液，并有許多添加劑，對地表以下環(huán)境污染嚴重。所以，液壓支架使用純水液壓技術，對降低煤礦的生產(chǎn)成本，保護環(huán)境是有益的，并可改善礦井的工作和安全條件。隨著社會不斷進步，時代的要求呼喚著水壓傳動（起源于1605年發(fā)現(xiàn)帕斯卡定律）這一古老又嶄新的技術復出。目前，西方國家集中力量研究該項目技術，并取得突破性進展。如：潤滑磨損問題，合理選用摩擦副材料，如工程塑料、結構陶瓷、高分子材料、防銹防腐鍍層等。結構陶瓷因具有良好的耐磨性、抗氣蝕性及化學穩(wěn)定性，較低的摩擦系數(shù)等特征，備受青瞇。在液壓元件在用結構陶瓷代替部分金屬材料，大大改善了其性能。總之，新材料的成功研制與應用，精密加工技術的不斷進步，以及各種型結構液壓元件的制成，使得液壓支架采用純水液壓技術進入嚴格的無污染領域，具有十分誘人的應用發(fā)展前景。

3.高科技的應用，液壓支架趨于智能化。先進的科學技術應用是將各種技術相互滲透，相互結合的基礎上相互輔助，揚長避短，使組合后的整體功能大于組成整體的各個部分功能之和的綜合性交叉學科。多種技術向“機械母體–液壓支架”不斷滲透，包括機、電、液、光、磁等技術的伺服器系統(tǒng)。具體說，是以液壓支架輸出的力、速度為目的，構成了從輸出到輸入的閉環(huán)系統(tǒng)，涉及傳感技術、計算機控制技術、信號處理技術、機械傳動技術、液壓傳動技術等。同時，故障診斷技術（包括信號檢測，故障判斷，故障檢測，故障分析等）將隨著高科技的發(fā)展理論（如小波技術，神經(jīng)網(wǎng)絡，人工智能）介入液壓支架的早期診斷，以預防和減少事故的發(fā)生、維護的盲目性和維修時間，延長支架服務年限，提高生產(chǎn)效率。