液壓支架不同參數對液壓支架移架速度的影響研究

宋化剛

（山西西山晉興能源有限公司斜溝煤礦，山西 呂梁 033602）

引言

液壓支架屬于煤礦工作面綜采的主要設備，可為井下作業人員提供相對較安全的作業環境，也可為井下其他設備提供很好的動力源服務，因此，液壓支架除了要承載和控制井下采煤工作面的頂板、保證井下作業的安全性、隔離采空區等，還要推移采煤機和刮板輸送機等設備[1]。在井下實際作業時，一個綜采操作面通常由上百臺液壓支架構成，液壓支架的前方是綜采作業面，后方是采空區，下方是能夠伸縮的推移千斤頂，其與刮板輸送機相連接共同作用完成推移。液壓支架的工作流程是：利用泵站產生的液壓力推動液壓支架完成推溜拉架、升降柱等動作，實現綜采面頂板支護的作用，并與刮板運輸機、采煤機配合推進煤層，進而完成井下采煤生產作業[2]。液壓支架組成由支架本體、工作機構、液壓控制系統及附屬部件等構成，其中液控系統是指用來控制支架內的各類閥門，從而完成液壓支架各項動作的一種部件，有操作閥、安全閥、測壓閥、液控單向閥及回液管等，通過對液壓支架內的閥門開啟大小、開啟時間進行控制，進而可完成支架的各項動作，因此，液壓支架的液控系統是控制完成各種動作的關鍵部件[3]。為提高液壓支架液控系統的整體工作性能，本文在泵站額定流量是400 L/min 時得到的移架速度的基礎上，對比分析進回液管直徑、閥芯直徑及閥芯最大開口度對推移千斤頂移架速度的影響，進而確定合理的參數范圍，提高液壓支架的工作效率。

1 一定額定流量下液壓支架移架速度的確定

本文以某礦為研究對象，按照液壓支架移架動作的實際情況設定研究參數：泵站安全閥調定壓力是31.5 MPa，主進回液管長度是200 m，直徑是25 mm；支路進回液管長度是2 m、直徑是20 mm；液控單向閥閥芯直徑22.5 mm,閥芯最大開口度是5.5 mm，控制口等效直徑是3 mm。另外，將液壓支架移架負載力設定是280 kN，泵站額定流量設定是400 L/min，得到液壓支架的移架速度曲線如圖1 所示。

圖1 泵站額定流量是400 L/min 時，液壓支架移架速度的變化曲線

在液壓支架移架動作載荷較小時，泵站安全閥處于還未開啟狀態，此時，移架動作過程屬于恒流狀態[4]。從圖1 可以看出，液壓支架移架動作屬于動態過程，移架時會出現波動較大的現象，尤其是剛動作時，移架波動較大，主要是因為液控單向閥和換向閥快速開啟時產生的液壓沖擊作用引起的。在設備條件允許的情況下，當負載較小、泵站安全閥未開啟時，應采用大泵站額定流量來提高液壓支架的移架速度，但是為降低液壓油對推移千斤頂的沖擊及提高移架的穩定性，泵站額定流量的選取應當適中。當泵站額定流量是400 L/min 時，液壓支架的移架時間約是3.7 s，移架速度是248 mm/s。

2 不同參數對液壓支架移架速度的影響

本文在上述結論的基礎上，將重點研究進回液管直徑、閥芯直徑及閥芯最大開口度三個參數對液壓支架移架速度的影響。

2.1 進回液管直徑

移架負載力仍設定是280 kN，泵站額定流量仍是400 L/min，將主進液管直徑增加至32 mm，主回液管直徑增加至40 mm，將支路進回液管直徑增加至25 mm，其余參數不變，得到液壓支架的移架速度曲線如圖2 所示。

圖2 增大進回液管直徑對移架速度的變化曲線

從圖2 中可以看出，在液壓支架移架載荷和泵站額定流量不變的情況下，增大主進回液管直徑后，液壓支架的移架時間約是3.6 s，移架速度約是256 mm/s，相比圖1 的移架時間減少0.1 s，移架速度提高8 mm/s。由此可知，適當增大進回液管直徑可以降低液壓支架液壓系統的沿程阻力，進而提高液壓支架的移架速度。此外，由于增大管徑勢必會引起與之相連的其他元件的口徑也增大，提高了整個系統的造價成本，因此，需要根據實際工況增大主進回液管管直徑。

2.2 液控單向閥閥芯直徑

移架負載力仍設定是280 kN，泵站額定流量仍是400 L/min，將液控單向閥閥芯直徑增加至30 mm，其余參數不變，得到液壓支架的移架速度曲線如圖3 所示。

圖3 增大閥芯直徑對移架速度的變化曲線

從圖3 可以看出，在液壓支架移架載荷和泵站額定流量不變的情況下，增大液控閥的閥芯直徑，液壓支架的移架時間減小約0.1 s 左右，但移架速度變化不明顯，表明適當增大液控單向閥的閥芯直徑對液壓支架移架速度影響不明顯。這是因為對于長液壓進出管道的液壓支架，增大液控閥的閥芯直徑對千斤頂的整體影響不顯著。

2.3 閥芯最大開口度

移架負載力仍設定是280 kN，泵站額定流量仍是400 L/min，將閥芯的最大開口度增加至8 mm，其余參數不變，得到液壓支架的移架速度曲線如圖4所示。

圖4 增大閥芯開口度對移架速度的變化曲線

從圖4 可以看出，在液壓支架移架載荷和泵站額定流量不變的情況下，當閥芯最大開口度增大至8 mm 時，液壓支架的移架時間約是3.6 s，比圖1 中的移架時間減小了0.1 s，但移架速度變化不明顯。

3 結論

為提高液壓支架液壓系統的整體工作性能，本文在泵站額定流量是400 L/min 時得到的移架速度的基礎上，對比分析進回液管直徑、閥芯直徑及閥芯最大開口度對液壓支架移架速度的影響，結論是：

1）液壓支架移架動作屬于動態過程，且剛起動時，其波動較大；可通過提高泵站的額定流量來提高液壓支架的移架速度；

2）增大進回液管直徑后，移架時間減少0.1 s，移架速度提高8 mm/s，表明增大進回放管直徑可提高液壓支架的移架速度；

3）增大液控單向閥閥芯直徑后，移架時間也減少0.1 s，但移架速度變化不明顯；

4）增大閥芯最大開口度后，移架時間也減少0.1 s，但移架速度變化不明顯。