液壓支架用乳化液泵站同步供液方案的優(yōu)化

王軍平

（陽煤集團(tuán)壽陽開元礦業(yè)有限責(zé)任公司，晉中 壽陽 045400）

液壓支架是煤礦井下支護(hù)作業(yè)的核心，其工作的穩(wěn)定性和可靠性直接決定了井巷道支護(hù)的安全性。液壓支架在工作過程中的移架、升架等動作均由乳化液泵站控制，由于綜采面液壓支架組數(shù)量多、動作頻繁，因此對乳化液泵站的供液需求要求高，目前常用的乳化液泵站的最大額定流量約為600 L/min，無法滿足井下多液壓支架同時(shí)動作的需求，因此為了提高支架組動作的一致性，通常將多個(gè)乳化液泵站進(jìn)行并聯(lián)供液。但在實(shí)際使用的過程中發(fā)現(xiàn)，由于缺乏統(tǒng)一的控制系統(tǒng)，導(dǎo)致兩個(gè)乳化液泵站在供液是存在著較大的隨意性，使液壓支架的調(diào)節(jié)流量波動大、供液穩(wěn)定性極差，給井下的支護(hù)安全帶來了較大的隱患。

本文結(jié)合開元公司9714綜采工作面井下液壓支架的供液實(shí)際需求，提出了一種新的多泵站并聯(lián)供液方案，通過使電磁鐵推動進(jìn)液閥在排液階段進(jìn)行一定的延遲，實(shí)現(xiàn)乳化液泵站在出口位置流量的主動調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)對多泵站并聯(lián)供液時(shí)的自動調(diào)節(jié)，滿足供液穩(wěn)定性的需求，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用表明，新的供液方案能夠?qū)⒐┮哼^程中的流量波動降低57.1%，對于提升多乳化液泵站供液穩(wěn)定性、提升井下液壓支架運(yùn)行安全具有十分重要的意義。

1 泵站同步供液方案

在傳統(tǒng)的供液系統(tǒng)中，礦山生產(chǎn)企業(yè)只是將兩個(gè)泵站簡單的進(jìn)行并聯(lián)并應(yīng)用于供液，因此無法對供液過程中兩個(gè)泵的供液流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此結(jié)合乳化液泵站的供液流程和實(shí)際需求，提出對控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，利用電磁鐵推動進(jìn)液閥在排液初期進(jìn)行短暫的停頓，確保進(jìn)入到泵站柱塞腔的乳化液完全流回到油箱內(nèi)，使流經(jīng)排液閥的乳化液流量降低，實(shí)現(xiàn)在泵站出口位置流量的自動調(diào)節(jié)，避免供液過程中出現(xiàn)過大的波動[1]。

為了驗(yàn)證該供液方案的有效性，以開元公司9714綜采工作面BRW400型乳化液泵站為研究對象，以AMESIM仿真分析軟件為基礎(chǔ)，對不同供液方式下的供液穩(wěn)定性進(jìn)行研究，該供液系統(tǒng)仿真分析模型如圖1所示[2]。

圖1 供液系統(tǒng)仿真分析結(jié)構(gòu)示意圖

為了確保仿真分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，系統(tǒng)在定義各元器件的參數(shù)時(shí)，按照該乳化液泵站的實(shí)際參數(shù)來定義，活塞缸的直徑設(shè)置為40 mm，活塞桿的行程為66 mm，進(jìn)液閥的閥芯直徑為39 mm，閥芯的等效質(zhì)量為139g，彈簧剛度為1.4 N/mm，彈簧預(yù)壓縮量為0.5 mm，排液閥的閥芯直徑為34 mm，閥芯的的等效質(zhì)量為79g，彈簧剛度為27 N/mm，彈簧預(yù)壓縮量為2 mm，同時(shí)為了對供液過程中的供液情況進(jìn)行調(diào)整，在系統(tǒng)中設(shè)置了一個(gè)容積為25 L，預(yù)充氣壓力為8 MPa的囊式蓄能器。

在仿真分析時(shí)，在曲軸和柱塞之間設(shè)置一個(gè)線性速度傳感信號[3]，然后再進(jìn)液閥發(fā)現(xiàn)的左側(cè)增加一個(gè)電磁閥控制器，用于控制進(jìn)液閥芯能夠按不同的速度進(jìn)行關(guān)閉，從而模擬泵站供液時(shí)的延遲供液，實(shí)現(xiàn)對供液穩(wěn)定性的智能調(diào)節(jié)。

2 同步供液方案仿真

為了對不同供液方案下的供液穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)證，利用AMESIM仿真分析軟件[4]，對兩種不同供液方案進(jìn)行驗(yàn)證，假設(shè)液壓支架組所需的供液量為200 L/min，方案I是傳統(tǒng)情況下兩者等量供液（每個(gè)泵站均按100 L/min）方案，方案II為新的流量自調(diào)節(jié)供液方案。方案I供液情況下的仿真分析結(jié)果如圖2所示。

圖2 等量供液方案下仿真分析結(jié)果

由圖2分析結(jié)果可知，在等量供液方案下，2臺乳化液泵站的平均供液流量為100.52 L/min，能夠滿足液壓支架的供液需求，但2臺泵的瞬時(shí)供液流量在84~112L/min之間變化，存在著較大的波動，因此會導(dǎo)致供液系統(tǒng)出現(xiàn)較大的振動沖擊，影響供液安全性。

流量自調(diào)節(jié)方案下的供液方案仿真分析結(jié)果如圖3所示。

圖3 流量自調(diào)節(jié)方案下仿真分析結(jié)果

由圖3分析結(jié)果可知，在流量自調(diào)節(jié)控制下系統(tǒng)的總供液量約為200.24 L/min，滿足9714綜采工作面液壓支架的供液需求，泵1和泵2的進(jìn)液閥進(jìn)行了延遲控制，使泵1的平均輸出流量為123.62 L/min，泵2的平均輸出流量約為76.46 L/min，由于兩種供液流量存在著一定的差異，使油液在流動過程中的沖擊顯著降低，提升支架調(diào)節(jié)時(shí)的穩(wěn)定性。

兩種供液方案下的供液總量變化情況如圖4所示。

圖4 不同供液方案下流量變化曲線

由圖4可知，在方案2的情況下輸出的瞬時(shí)流量在196.5~202.5 L/min之間波動，而方案1情況下輸出的瞬時(shí)流量在192.5L/min~206.5L/min之間波動，由此可知，在新的控制方案下，能夠?qū)⒐┮哼^程中的流量波動降低57.1%，對于提升多乳化液泵站供液穩(wěn)定性、提升井下液壓支架運(yùn)行安全具有十分重要的意義。

3 結(jié)論

針對開元公司9714綜采工作面液壓支架用乳化液泵站組并聯(lián)供液時(shí)所存在的流量波動大、供液穩(wěn)定性差的現(xiàn)狀，提出了一種新的多泵站并聯(lián)供液新方案，根據(jù)仿真分析表明：

1）利用電磁鐵推動進(jìn)液閥在排液初期進(jìn)行短暫的停頓，確保進(jìn)入到泵站柱塞腔的乳化液完全流回到油箱內(nèi)，使流經(jīng)排液閥的乳化液流量降低，能夠?qū)崿F(xiàn)在泵站出口位置流量的自動調(diào)節(jié)，避免供液過程中出現(xiàn)過大的波動。

2）方案1和方案2均能夠保證液壓支架工作過程中的總供液量，但方案1瞬時(shí)流量變化大，因此會對供液系統(tǒng)產(chǎn)生較大的沖擊，影響供液穩(wěn)定性。

3）新的供液方案能夠?qū)⒐┮哼^程中的流量波動降低57.1%，對于提升多乳化液泵站供液穩(wěn)定性、提升井下液壓支架運(yùn)行安全具有十分重要的意義。