液壓支架立柱液壓系統的分析應用

田震龍

（大同煤礦集團金莊煤業有限責任公司，山西 大同 037003）

引言

液壓支架主要用于對采煤過程中礦山壓力的結構物體，采面礦壓通過外力作用到液壓支架上。由于液壓支架的構造組成比較符合成績按合理和頂板外力，因此應用到圍巖中。隨著我國煤炭需求增加，采煤工作量加大，因此對液壓支架的需求也有所提高。由于液壓支架的質量和性能很大程度上影響著采煤工作，因此對其支架的結構和性能是否能夠達到標準成為目前頗受關注的問題。通過分析研究立柱液壓系統，提高液壓支架性能，促進煤礦事業發展。

1 工作原理

液壓支架主要用于對采煤過程中礦山壓力的結構物體，采面礦壓通過外力作用到液壓支架上。由于液壓支架的構造組成比較符合成績按合理和頂板外力，因此應用到圍巖中［1］。如圖1為液壓支架外觀圖。

圖1 液壓支架外觀圖

液壓支架在具體工作中，在依靠支撐頂板的基礎上，需要維護安全工作區間，并根據采煤面的變化而變化，加以移動或者傳運。所以，液壓支架具有上升、下降、推動、位移幾個動作，全部動作都是為結合高壓液體工作的。升降方面，操作法在升柱地方時，涌出的高壓液體經過操縱閥流向另一個立柱（下腔），此時立柱的另一端（上腔）回液，支架向上升起，液體流到上腔，并將液控單向閥開啟，使得液體下流，降低支架；推動、位移方面，支架是利用操縱閥與千斤頂實現。如移動支架，則可以將支架降低，并將操縱閥放在支架位移后所在的點，此時高壓液體流到活塞桿中。而支架利用傳運設備向前方位移，在位移停止時，支架上升，支架與頂板接觸。如果把操縱閥放在推溜點，則高壓液體會進入活塞腔，實現位移和推動。

2 液壓支架立柱液壓系統原理

液壓支架結構中立柱不可或缺，立柱是液壓支架實現采面礦壓壓力的重要支護物件，對整個液壓支架的性能起到很重要的作用。換向閥S利用液控單向閥與立柱下腔相連，而另一個換向閥D則與立柱的1、2級缸（雙伸縮立）相接［2］。在2級缸觸碰到最下面后，底下的閥門開啟，如出現其他情況，則底下的閥門順著1～2級缸下腔單程輸送。而1、2級缸上腔將油孔疏通并相接。1級缸下腔設置了安全裝置，能夠防止出現危險。在換向閥處于左側區域時，立柱上升，到達原來位置后自動停止，此時支架能夠很好地支撐頂板。頂板的作用力和立柱直接接觸。

3 液壓支架立柱液壓系統的要求及特點

如今，我國的液壓支架生產對它的模擬實驗提出了相關規定和要求，參考MT的相關技術準則以及立柱歐洲標準EN系列等［3］。通過這些規定對進行嚴格管理，能夠以此明確液壓支架立柱系統的參數。

參考規定里面的系統設計過程，發現了液壓支架立柱系統設計的特征：需要利用外加載的方法進行設計（主要針對退讓和立柱全縮缸底強度），另外測驗過程一律利用內加載方式進行；外加載方法主要結合增壓理論，避免壓力的過度起伏，盡量維持液壓值的穩定，以保證設計程序順利完成；立柱液壓設計應對壓力變化、時間過程和變化快慢加以記載。

4 系統應用分析

液壓支架系統是由立柱、千斤頂、閥件等不同的物件組成的，它利用泵站提供高壓液壓，并保證液壓支架的正常運行。液壓支架應用廣泛，它在不同的環境下應用方式和模擬是不同的。立柱作為液壓支架的重要承載物件，不僅需要具備較強的承載力，還需要能夠大距離的伸縮，為液壓支架安全運行奠定基礎。采煤過程中，一般采用伸縮大的支架來實現支架的快速適應環境能力。對于立柱設置，無須呈豎直狀態，抵制水平力。將立柱軸線和定角的角度維持在小于30°，以此保證立柱的最大幅度可伸縮性。對柱窩的點，應保證立柱頂端的承載能力和頂板的承載布置相同，然而由于后者難度大，可以具體情況具體分析。為了安全，應將頂端前面的承載設定是0，并與后側成三角形狀。而其中液壓支架立柱液壓系統的重點參數為：1級缸活塞直徑300mm，2級缸活塞直徑230mm，泵站壓力30MPa，支撐力2.5×103kN，立柱工作壓力R為3.2×103kN。

對于加載信號方面，立柱最開始的起始撐力是2.5×103kN，加上0.7×103kN的壓力并瞬間增加0.3s，以降低0.2×103kN（5s之內），保證此狀態一直持續。利用模擬頂板巖瞬間坍塌導致圍巖壓力變化，最后讓液壓支架承載。

對于安全閥流量方面，1級缸的下腔與安全閥之間的距離能夠作用于立柱的移動和壓力改變。利用系統分析得出，立柱1級缸的壓力與其活塞移動的痕跡處于變化之中。如相關數據進行更改（安全閥流量、1級缸下腔和立柱距離等），則與它相關數據（下潛個壓力、活塞移動長度）也發生一定的改變。液壓支架系統模擬，其不同缸的直徑和安全閥流量、與其管道之間的距離等數據需要相互之間符合，如存在兩個缸時，不能讓兩個缸同時處于一個狀態，避免壓力出現時無法為立柱留出移動的空間。系統設計過程中，循環5 000次，并使用閉合環路對流量加以調整，經歷了2.3s左右［4］。此時測量對象立柱的壓力與安全閥打開時的壓力相同，立柱立刻主動跳躍和起伏，立柱上下幅度與預定范圍相符。通過對被測立柱加載油缸的壓力變化時間以及內加載壓力時間的變化可見，被測立柱的速度曲線處于0≤T≤0.5s，出發點也處于左位10，壓力短時間內提高與加載壓力相同，閥門位于中間位置，立柱下腔閉合。退讓速度為2mm／min。后段時間中，立柱的安全閥力量并未超出標準，且壓力一直處于提高的狀態，此時段過后，安全閥打開，壓力維持不變。當失去移動空間時，則無法保證液壓直支架的正常移動工作，很可能受到機身損壞［5］。在設計過程中，對于安全閥和活塞之間的距離往往沒有受到重視，如果它們的距離超出標準范圍，則使得安全閥的壓力過高，而壓差和阻尼的作用仍然存在，導致立柱不能排除壓力，造成立柱缸壓力過多出現爆炸等現象。

5 結語

立柱是液壓支架的重要組成部分，它能夠幫助液壓支架更好地承載壓力，保證良好的承壓性能，以順利安全地應用到采煤工作中。立柱通過換向閥、液控單向閥與立柱上下腔等進行轉換伸縮，以實現液壓支架的順利伸縮支撐壓力。通過對液壓支架立柱液壓系統的分析，結合立柱液壓系統的原理，并按照相關規定和標準要求，對此系統進行設計，發揮立柱液壓支架中的作用，并更好地應用到煤礦事業中。

［1］ 吳行標，許金龍，袁欣，等.基于FTA的特大采高液壓支架立柱支撐系統的可靠性分析［J］.液壓與氣動，2013，12（8）：40－43.

［2］ 何富連，殷帥峰，李通達，等.基于共因失效計算模型的支架液壓系統可靠性分析［J］.煤礦安全，2013，7（11）：64－67.

［3］ 舒鳳翔，閆海峰，張幸福.液壓支架立柱試驗臺液壓系統的設計及仿真［J］.煤礦機械，2010，11（12）：129－131.

［4］ 王靜.液壓支架試驗臺液壓系統動態特性分析［D］.太原：太原科技大學，2010.

［5］ 王建軍.液壓支架立柱拆柱機液壓系統的設計［J］.科技信息，2011（16）：302－303.