液压支架液压系统优化研究与应用

液压支架液压系统优化研究与应用

任小平

陕煤集团神南产业发展有限公司  陕西神木  719300

摘要：在矿井生产作业中，液压支架是确保回采安全的关键设备，对生产的顺利进行意义重大。一方面，其能够通过支撑为回采作业提供相对独立的空间；另一方面，其能够为采煤机和运输机的作业提供部分牵引动力。特别是在井下回采作业效率的提升上，提升液压支架移速是最为直接、有效的方法。因此，针对液压支架的液压系统开展优化研究，提升其作业效率，对于矿井生产综合效益提升意义重大。

关键词：矿井；液压支架；液压系统

引言

液压支架是煤矿综采工作面安全支护的重要设备，为了减少工人数量、降低劳动强度、提高安全生产，必须利用液压支架电液控制系统，实现液压支架的统一有序控制和动作。但由于进口液压支架电压控制系统存在供货不及时、升级困难、缺乏自动控制和自诊断功能等缺点，而国内现有液压支架电液控制系统存在可靠性低、控制实时性差、抗干扰能力弱等缺点，所以，亟待研究并开发高可靠性、高实时性，满足综采工作面生产需求的液压支架电液控制系统，适应综采工作面智能化、信息化和少人化的需求。本文以综采工作面液压支架为研究对象，深入研究液压支架结构、功能和控制工艺，提出液压支架电液控制系统硬件设计、软件设计及人机界面显示屏设计，为实现液压支架控制的智能化、少人化奠定基础。

1液压防护支架构成及其特点

根据支架结构功能的不同可将其分为四个部分：其中主体构成部分主要指的是液压防护支架的结构支撑部分，也是主要的承重保护结构；支架执行部件是实现其移动和各项功能的执行机构；支架控制部件包括信号的传送、发射、动作等机构；其他部件功能均为辅助性装置。（1）液压防护支架的主体结构是其主要部件构成的总称。当支架的顶梁处于工作状态时，与综采煤矿工作面顶接触，能为松动的煤炭提供有力的支撑，防止煤炭因松动而下落，从而避免巷道出现坍塌。而其他组合部件分担支架所承到的扭转力和水平力，以保证支架整体受力平衡。（2）液压防护支架执行元件指的主要是液压缸。其立柱为构成支架的主要部分，当液压防护支架在工作状态下，其立柱负责承受来自顶板的竖向力。千斤顶作为支架动作的机构，包括伸缩型、防倒型、侧推型等种类，以便满足支架防护的不同需求。（3）支架控制部件是指电动及启动等控制阀门。安全阀在支架构成当中具有十分重要的安全保障作用，当支架处于工作状态时需要承受的压力极大，如果在压力发生异常时没有有效的及时泄压措施，很容易发生安全性事故，给生命及财产带来伤害和损失。而安全阀会在其部件发生压力超过峰值时，自动开启，极时进行泄压，当压力降至标准定额压力之后，再自动关闭，可对系统各元件起到有效的保护作用。

2液压支架液压系统优化研究与应用

2.1立柱回液系统设计

液压支架装置之中立柱结构下降时，因为液压支架装置的下腔部位对应面积相对大，同时液压支架二级油缸环形面积也相对大，这样便会导致液压支架装置进行立柱下降操作过程中，在上腔部位的压力处于规定值情况下，而下腔部位的压力值却出现了偏小现象，此时的回液速度便会降低，从而会影响到降柱的速度。另外，在液压支架支护高度值进一步加大，其所面对的阻力同样随之加大，所设计的液压支架之中立柱结构油缸部位对应直径在逐渐增加，使得液压支架实际应用过程中上述问题变得越来越严重。一般情况下，在液压支架装置的立柱结构进行降柱操作过程中，下腔部位回液是流经液控单向阀部件、球形截止阀部件以及回液断路阀部件之后流至油箱之中，但是，此种回液方式无法达到现阶段快速移柱的需求。所以，此次针对掩护式液压支架进行立柱回液系统设计过程中，进一步对回液系统加以优化，通过设置液控单向阀部件和交替单向阀部件，将其作为回液旁路，如此便能够有效避免普通回液回路回液速度偏低的问题，从而确保了回液速度可以满足快速降柱的需求，这样便能够有效减小液压支架装置的移架时间。

2.2整架应力分析、疲劳寿命分析

在液压支架的设计中，为保证设计的可靠性及科学性，利用“液压支架计算机辅助设计及三维建模”等软件，可实现液压支架的快速参数化三维建模，并能模拟装配与运动，检查干涉，最大限度地发现设计缺陷，避免施工错误；同时以有限元分析为基础的液压支架模拟加载试验，能预测液压支架强度能否满足使用要求。（1）导入支架参数，进行机构设计及部件校核。（2）应用液压支架骨架建模与一体化分析平台技术，采取TOP-DOWN设计模式，完成数字样机。（3）利用建立的数字样机，进行模拟加载试验，参照标准要求，进行模拟加载，分析处理结果，得出可靠地受力试验数据，指导液压支架的设计。对于薄弱点进行结构优化或材料调整，进行疲劳寿命分析，实现整架的等强度设计。

2.3HMI人机界面

综采工作面液压支架控制系统优化方案人机界面用于支架工完成对液压支架的控制，设计有主菜单、邻架菜单、成组菜单、推溜菜单、参数设计及错误报警六个界面。EPEC3724控制器将液压支架动作时的所有数据经CAN总线通信传输至人机界面。人机界面接收到数据按照已经定义的CAN总线通信协议进行解析并实时显示，同时支架工按下控制指令后，经CAN总线通信协议传送至EPEC3724控制器并完成对液压支架的控制。

2.4底座的结构分析

底座是液压型支架最为基础的部件，是整个液压型支架能够在工作中保证稳定运行的关键部件，在煤矿井下开采作业过程中，顶板煤层及煤岩压力和支架本身重量均作用到底座之上。根据底座的结构，底座分为对分式的底座与整体式的底座两种。其中整体的底座和巷道底板所接触的面积最大，因此其具有较强稳定性的特点。对分式的底座是由两个对称部件组成，当开采作业巷道底板存在起伏高低不平情况时，对分式的底座具有良好的适应性，但是其工作稳定性要远小于整体式的底座，它的通用性较差。综合考虑，本次设计优化的底座使用整体的底座。

2.5顶梁结构优化

在回采作业中，支架顶梁与作业面上部顶板直接接触，从而有效支护顶板松动煤体，避免发生冒落事故，因此，其强度必须符合安全需求。生产中应用较多的支架顶梁有2种，即整体顶梁和铰接顶梁。整体顶梁强度高、稳定性佳、支撑力强，配设有侧护板，与顶板接触面积大，可以更好地保护回采作业空间，减小漏矸概率；铰接顶梁能够借助液压千斤顶进行前梁的轴向转动，从而有效适应不同的顶板状况，但不足之处在于前梁与顶梁采用分体结构，无法配设侧护板，2台支架配合作业时支架间存在孔隙，容易出现漏矸的情况。综合分析2种顶梁的结构特点与作业面煤层顶板的特征，确定选择整体顶梁。

结语

液压支架在煤矿井下开采作业过程中所发挥的作用非常大，而随着煤矿开采速度不断地提升，也要求液压支架移架速度同时需要随之提升，而对于液压支架装置而言，其性能很大程度上是由液压系统所决定的。所以，此次结合移架速度提升的实际需求，针对液压支架立柱供液系统、回液系统以及推移供回液系统进行了改进设计，通过计算得出了所设计液压系统满足移架速度提升要求，可以在实践中进一步验证。

参考文献

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[2]徐佳佳.液压支架液压系统的优化设计研究[J].能源与节能,2017(06):138-139.

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