電液控制的液壓支架跟機(jī)動(dòng)作的液壓特性研究

吳建盛

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)馬道頭煤業(yè)有限公司責(zé)任公司， 山西 大同 037100）

引言

液壓支架是煤礦井下生產(chǎn)用的主要設(shè)備，其動(dòng)作原理是：液壓支架要能同時(shí)具備支撐頂板穩(wěn)定和隨作業(yè)面的推進(jìn)而前移的雙重功能。一般情況下，液壓支架動(dòng)作有降柱動(dòng)作、移架動(dòng)作、升柱動(dòng)作、推溜動(dòng)作，是利用支架內(nèi)的各種閥來控制立柱、千斤頂?shù)纳炜s動(dòng)作，另外，液壓支架的動(dòng)力源由乳化液泵站提供[1]。液壓支架由液控系統(tǒng)、工作部件、支架架體等組成，其中液控系統(tǒng)主要起液壓油缸動(dòng)作作用；工作部件主要起液壓動(dòng)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(xiàng)基本動(dòng)作主要是依靠乳化液泵中的液壓系統(tǒng)控制、調(diào)節(jié)整個(gè)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)完成的。因此，液壓支架的跟機(jī)動(dòng)作有降移升組合動(dòng)作、推溜動(dòng)作、伸收護(hù)幫動(dòng)作[2]，本文主要研究的是液壓支架單架降移升、兩架同時(shí)降移升及推溜動(dòng)作的液壓特性，進(jìn)而保證實(shí)現(xiàn)液壓支架自動(dòng)跟機(jī)動(dòng)作的安全高效，提高煤礦開采效率。

1 液壓支架跟機(jī)動(dòng)作介紹

對(duì)于液壓支架的降移升主要?jiǎng)幼?，是利用立柱的升降來進(jìn)行支架的升降動(dòng)作，同時(shí)，利用支撐在底座和頂板間的液壓缸來進(jìn)行支架的立柱動(dòng)作，并通過單向閥、換向閥、安全閥等進(jìn)行控制實(shí)現(xiàn)升降柱動(dòng)作。移架動(dòng)作實(shí)際上是推移千斤頂移架動(dòng)作，推移千斤頂作為一種液壓部件，主要作用是推進(jìn)煤機(jī)和支架沿工作面方向移動(dòng)，采煤、推溜、移架三個(gè)動(dòng)作循環(huán)往復(fù)推進(jìn)完成整個(gè)操作面。在支架移架動(dòng)作中，推溜動(dòng)作的阻力遠(yuǎn)小于移架動(dòng)作的阻力，所以必須采用倒置推移千斤頂?shù)囊簤褐Ъ?，在支架移架?dòng)作中，大腔進(jìn)液；在支架推溜動(dòng)作中，小腔進(jìn)液，從而使推溜力小于其拉架力。對(duì)于抬底動(dòng)作，在井下作業(yè)中，當(dāng)發(fā)生液壓支架前段沉降的現(xiàn)象時(shí)，采用抬底裝置將沉降的支架前段進(jìn)行抬起，并在抬底裝置的推動(dòng)作用下，支架內(nèi)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(nèi)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(dòng)作是先降柱，再推移，最后升柱，并以此循環(huán)類推。

液壓支架的另一主要?jiǎng)幼魇峭屏飫?dòng)作，其與移架動(dòng)作是一組相對(duì)應(yīng)的液壓缸動(dòng)作，在推移千斤頂中，推溜動(dòng)作屬于有桿腔供液，而移架屬于無桿腔供液。實(shí)際上，推溜動(dòng)作主要是對(duì)刮板輸送機(jī)作用，因此，刮板輸送機(jī)運(yùn)動(dòng)行程其實(shí)就是采煤機(jī)的橫向軌道運(yùn)動(dòng)，此外，還可通過對(duì)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(nèi)部的行程位移傳感器來實(shí)現(xiàn)[4]。

2 分析液壓支架降移升組合動(dòng)作的液壓特性

以某礦為例，設(shè)置支架液壓系統(tǒng)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(shí)降移升動(dòng)作的液壓特性。

2.1 液壓支架單架降移升動(dòng)作的液壓特性

通過分析液壓支架單架降移升動(dòng)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(dòng)作順序依次進(jìn)行的，且在降柱和升柱動(dòng)作中含有抬底和放底動(dòng)作。整個(gè)降移升動(dòng)作從2 s 開始到10.6 s 結(jié)束停止，這也與液壓支架的實(shí)際動(dòng)作時(shí)間相吻合，其中，降柱持續(xù)動(dòng)作時(shí)間是3.4 s、移架是2.9 s、升柱是3.8 s，剩余的1.5 s 時(shí)間主要是存在信號(hào)延時(shí)和部分放底動(dòng)作行程。由于在液壓支架跟機(jī)正常進(jìn)程中，升柱動(dòng)作管路供給的流量可滿足放底動(dòng)作使用，因此，放底動(dòng)作不需要再單獨(dú)進(jìn)液，該動(dòng)作中的0.5 s 就無需計(jì)入液壓支架動(dòng)作總時(shí)間內(nèi)。綜合可得出，當(dāng)液壓支架液壓系統(tǒng)供液充足時(shí)，單架降移升動(dòng)作的持續(xù)時(shí)間為10.1 s。

圖1 液壓支架單架降移升動(dòng)作的位移變化曲線

2.2 液壓支架兩架同時(shí)降移升動(dòng)作的液壓特性

對(duì)兩架同時(shí)降移升動(dòng)作的位移變化情況進(jìn)行分析，得到圖2 所示的曲線。從圖2 可知，當(dāng)液壓支架兩架同時(shí)動(dòng)作時(shí)，移架和升柱動(dòng)作的時(shí)間比單架時(shí)要長，主要是與動(dòng)作用液量有關(guān)。兩架同時(shí)動(dòng)作的時(shí)間是14.5 s，單架平均時(shí)間是7.25 s，與單架動(dòng)作相比有稍許提升。

圖2 液壓支架兩架同時(shí)降移升動(dòng)作的位移變化曲線

3 分析液壓支架成組推溜動(dòng)作的液壓特性

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

通過分析液壓支架推溜動(dòng)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(tǒng)供液充足的條件下，單架推溜時(shí)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(jù)前面所述，推溜動(dòng)作為有桿腔進(jìn)液推動(dòng)活塞桿動(dòng)作，其所需的流量與移架動(dòng)作相比，明顯降低。

圖3 液壓支架成組推溜動(dòng)作的位移變化曲線

深入對(duì)液壓支架成組推溜動(dòng)作的壓力進(jìn)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(dòng)作時(shí)，用液量曲線平穩(wěn)，壓力變化小，主要是因?yàn)橥屏飫?dòng)作負(fù)載較小。液壓支架成組推溜動(dòng)作實(shí)際上是相同并聯(lián)的多個(gè)動(dòng)作，因此，各架推動(dòng)活塞桿動(dòng)作的液壓特性相類似。液壓支架推溜動(dòng)作多為成組推溜動(dòng)作，在進(jìn)液量一定的條件下，推溜動(dòng)作的成組數(shù)量與時(shí)間成反比例變化，所以，供液時(shí)間的長短可根據(jù)推溜動(dòng)作的架次來進(jìn)行選取，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)供液的節(jié)能高效。

圖4 液壓支架成組推溜動(dòng)作的壓力變化曲線

4 結(jié)論

為實(shí)現(xiàn)液壓支架自動(dòng)跟機(jī)動(dòng)作的安全高效，本文主要對(duì)液壓支架單架、兩架同時(shí)降移升動(dòng)作以及推溜動(dòng)作的液壓特性進(jìn)行研究分析，結(jié)論是：

1）對(duì)于液壓支架單架降移升動(dòng)作，總持續(xù)時(shí)間為10.1 s；兩架同時(shí)降移升動(dòng)作，其動(dòng)作時(shí)間相比于單架動(dòng)作時(shí)間有所提升。

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