電液控制的液壓支架跟機動作的液壓特性研究

吳建盛

（晉能控股煤業集團馬道頭煤業有限公司責任公司， 山西 大同 037100）

引言

液壓支架是煤礦井下生產用的主要設備，其動作原理是：液壓支架要能同時具備支撐頂板穩定和隨作業面的推進而前移的雙重功能。一般情況下，液壓支架動作有降柱動作、移架動作、升柱動作、推溜動作，是利用支架內的各種閥來控制立柱、千斤頂的伸縮動作，另外，液壓支架的動力源由乳化液泵站提供[1]。液壓支架由液控系統、工作部件、支架架體等組成，其中液控系統主要起液壓油缸動作作用；工作部件主要起液壓動力作用；支架架體主要起承載和傳輸載荷作用，液壓支架的各項基本動作主要是依靠乳化液泵中的液壓系統控制、調節整個系統來實現完成的。因此，液壓支架的跟機動作有降移升組合動作、推溜動作、伸收護幫動作[2]，本文主要研究的是液壓支架單架降移升、兩架同時降移升及推溜動作的液壓特性，進而保證實現液壓支架自動跟機動作的安全高效，提高煤礦開采效率。

1 液壓支架跟機動作介紹

對于液壓支架的降移升主要動作，是利用立柱的升降來進行支架的升降動作，同時，利用支撐在底座和頂板間的液壓缸來進行支架的立柱動作，并通過單向閥、換向閥、安全閥等進行控制實現升降柱動作。移架動作實際上是推移千斤頂移架動作，推移千斤頂作為一種液壓部件，主要作用是推進煤機和支架沿工作面方向移動，采煤、推溜、移架三個動作循環往復推進完成整個操作面。在支架移架動作中，推溜動作的阻力遠小于移架動作的阻力，所以必須采用倒置推移千斤頂的液壓支架，在支架移架動作中，大腔進液；在支架推溜動作中，小腔進液，從而使推溜力小于其拉架力。對于抬底動作，在井下作業中，當發生液壓支架前段沉降的現象時，采用抬底裝置將沉降的支架前段進行抬起，并在抬底裝置的推動作用下，支架內的推桿與底板的煤層支架接觸，從而直接抬起支架的前段；最后，支架內的推桿再與底座間的推移千斤頂相互作用，完成液壓支架的整體向前推移[3]，因此，液壓支架降移升組合動作是先降柱，再推移，最后升柱，并以此循環類推。

液壓支架的另一主要動作是推溜動作，其與移架動作是一組相對應的液壓缸動作，在推移千斤頂中，推溜動作屬于有桿腔供液，而移架屬于無桿腔供液。實際上，推溜動作主要是對刮板輸送機作用，因此，刮板輸送機運動行程其實就是采煤機的橫向軌道運動，此外，還可通過對推溜行程的控制來解決工作面的直線度問題，而液壓支架推溜行程的控制可通過液壓缸內部的行程位移傳感器來實現[4]。

2 分析液壓支架降移升組合動作的液壓特性

以某礦為例，設置支架液壓系統的供液流量1 000 L/min、壓力30 MPa，分析液壓支架單架、兩架同時降移升動作的液壓特性。

2.1 液壓支架單架降移升動作的液壓特性

通過分析液壓支架單架降移升動作的位移變化情況，得到圖1 所示的曲線。從圖1 可知，液壓支架是依照降柱、移架、升柱的動作順序依次進行的，且在降柱和升柱動作中含有抬底和放底動作。整個降移升動作從2 s 開始到10.6 s 結束停止，這也與液壓支架的實際動作時間相吻合，其中，降柱持續動作時間是3.4 s、移架是2.9 s、升柱是3.8 s，剩余的1.5 s 時間主要是存在信號延時和部分放底動作行程。由于在液壓支架跟機正常進程中，升柱動作管路供給的流量可滿足放底動作使用，因此，放底動作不需要再單獨進液，該動作中的0.5 s 就無需計入液壓支架動作總時間內。綜合可得出，當液壓支架液壓系統供液充足時，單架降移升動作的持續時間為10.1 s。

圖1 液壓支架單架降移升動作的位移變化曲線

2.2 液壓支架兩架同時降移升動作的液壓特性

對兩架同時降移升動作的位移變化情況進行分析，得到圖2 所示的曲線。從圖2 可知，當液壓支架兩架同時動作時，移架和升柱動作的時間比單架時要長，主要是與動作用液量有關。兩架同時動作的時間是14.5 s，單架平均時間是7.25 s，與單架動作相比有稍許提升。

圖2 液壓支架兩架同時降移升動作的位移變化曲線

3 分析液壓支架成組推溜動作的液壓特性

一般情況下，液壓支架推溜動作的阻力小，且在推移活塞桿動作無桿腔進液用液量也較少。本文設置推溜動作的閥芯額定流量為500 L/min，在液壓支架實際應用中，多應用成組推溜動作來保證作業面的直線度，其動作中受到的平均阻力將會更小。所以，本文主要在上述進液量的研究參數下，分析液壓支架單架和成組推溜動作的液壓特性。

通過分析液壓支架推溜動作的位移變化情況，得到圖3 所示的曲線。從圖3 可知，在液壓支架液壓系統供液充足的條件下，單架推溜時間是3.6 s，五架成組推溜是4.4 s，八架成組推溜是7.5 s，十架成組推溜是9.4 s。根據前面所述，推溜動作為有桿腔進液推動活塞桿動作，其所需的流量與移架動作相比，明顯降低。

圖3 液壓支架成組推溜動作的位移變化曲線

深入對液壓支架成組推溜動作的壓力進行分析，得到圖4 所示的曲線。從圖4 可看出，液壓支架五架成組推溜動作時，用液量曲線平穩，壓力變化小，主要是因為推溜動作負載較小。液壓支架成組推溜動作實際上是相同并聯的多個動作，因此，各架推動活塞桿動作的液壓特性相類似。液壓支架推溜動作多為成組推溜動作，在進液量一定的條件下，推溜動作的成組數量與時間成反比例變化，所以，供液時間的長短可根據推溜動作的架次來進行選取，進而實現液壓系統供液的節能高效。

圖4 液壓支架成組推溜動作的壓力變化曲線

4 結論

為實現液壓支架自動跟機動作的安全高效，本文主要對液壓支架單架、兩架同時降移升動作以及推溜動作的液壓特性進行研究分析，結論是：

1）對于液壓支架單架降移升動作，總持續時間為10.1 s；兩架同時降移升動作，其動作時間相比于單架動作時間有所提升。

2）對于液壓支架成組推溜動作，其所需的供液流量與移架動作相比，明顯降低，且各架次用液量曲線平穩，壓力變化較小。