液压支架立柱液压系统的分析应用

田震龙

（大同煤矿集团金庄煤业有限责任公司，山西 大同 037003）

引言

液压支架主要用于对采煤过程中矿山压力的结构物体，采面矿压通过外力作用到液压支架上。由于液压支架的构造组成比较符合成绩按合理和顶板外力，因此应用到围岩中。随着我国煤炭需求增加，采煤工作量加大，因此对液压支架的需求也有所提高。由于液压支架的质量和性能很大程度上影响着采煤工作，因此对其支架的结构和性能是否能够达到标准成为目前颇受关注的问题。通过分析研究立柱液压系统，提高液压支架性能，促进煤矿事业发展。

1 工作原理

液压支架主要用于对采煤过程中矿山压力的结构物体，采面矿压通过外力作用到液压支架上。由于液压支架的构造组成比较符合成绩按合理和顶板外力，因此应用到围岩中［1］。如图1为液压支架外观图。

图1 液压支架外观图

液压支架在具体工作中，在依靠支撑顶板的基础上，需要维护安全工作区间，并根据采煤面的变化而变化，加以移动或者传运。所以，液压支架具有上升、下降、推动、位移几个动作，全部动作都是为结合高压液体工作的。升降方面，操作法在升柱地方时，涌出的高压液体经过操纵阀流向另一个立柱（下腔），此时立柱的另一端（上腔）回液，支架向上升起，液体流到上腔，并将液控单向阀开启，使得液体下流，降低支架；推动、位移方面，支架是利用操纵阀与千斤顶实现。如移动支架，则可以将支架降低，并将操纵阀放在支架位移后所在的点，此时高压液体流到活塞杆中。而支架利用传运设备向前方位移，在位移停止时，支架上升，支架与顶板接触。如果把操纵阀放在推溜点，则高压液体会进入活塞腔，实现位移和推动。

2 液压支架立柱液压系统原理

液压支架结构中立柱不可或缺，立柱是液压支架实现采面矿压压力的重要支护物件，对整个液压支架的性能起到很重要的作用。换向阀S利用液控单向阀与立柱下腔相连，而另一个换向阀D则与立柱的1、2级缸（双伸缩立）相接［2］。在2级缸触碰到最下面后，底下的阀门开启，如出现其他情况，则底下的阀门顺着1～2级缸下腔单程输送。而1、2级缸上腔将油孔疏通并相接。1级缸下腔设置了安全装置，能够防止出现危险。在换向阀处于左侧区域时，立柱上升，到达原来位置后自动停止，此时支架能够很好地支撑顶板。顶板的作用力和立柱直接接触。

3 液压支架立柱液压系统的要求及特点

如今，我国的液压支架生产对它的模拟实验提出了相关规定和要求，参考MT的相关技术准则以及立柱欧洲标准EN系列等［3］。通过这些规定对进行严格管理，能够以此明确液压支架立柱系统的参数。

参考规定里面的系统设计过程，发现了液压支架立柱系统设计的特征：需要利用外加载的方法进行设计（主要针对退让和立柱全缩缸底强度），另外测验过程一律利用内加载方式进行；外加载方法主要结合增压理论，避免压力的过度起伏，尽量维持液压值的稳定，以保证设计程序顺利完成；立柱液压设计应对压力变化、时间过程和变化快慢加以记载。

4 系统应用分析

液压支架系统是由立柱、千斤顶、阀件等不同的物件组成的，它利用泵站提供高压液压，并保证液压支架的正常运行。液压支架应用广泛，它在不同的环境下应用方式和模拟是不同的。立柱作为液压支架的重要承载物件，不仅需要具备较强的承载力，还需要能够大距离的伸缩，为液压支架安全运行奠定基础。采煤过程中，一般采用伸缩大的支架来实现支架的快速适应环境能力。对于立柱设置，无须呈竖直状态，抵制水平力。将立柱轴线和定角的角度维持在小于30°，以此保证立柱的最大幅度可伸缩性。对柱窝的点，应保证立柱顶端的承载能力和顶板的承载布置相同，然而由于后者难度大，可以具体情况具体分析。为了安全，应将顶端前面的承载设定是0，并与后侧成三角形状。而其中液压支架立柱液压系统的重点参数为：1级缸活塞直径300mm，2级缸活塞直径230mm，泵站压力30MPa，支撑力2.5×103kN，立柱工作压力R为3.2×103kN。

对于加载信号方面，立柱最开始的起始撑力是2.5×103kN，加上0.7×103kN的压力并瞬间增加0.3s，以降低0.2×103kN（5s之内），保证此状态一直持续。利用模拟顶板岩瞬间坍塌导致围岩压力变化，最后让液压支架承载。

对于安全阀流量方面，1级缸的下腔与安全阀之间的距离能够作用于立柱的移动和压力改变。利用系统分析得出，立柱1级缸的压力与其活塞移动的痕迹处于变化之中。如相关数据进行更改（安全阀流量、1级缸下腔和立柱距离等），则与它相关数据（下潜个压力、活塞移动长度）也发生一定的改变。液压支架系统模拟，其不同缸的直径和安全阀流量、与其管道之间的距离等数据需要相互之间符合，如存在两个缸时，不能让两个缸同时处于一个状态，避免压力出现时无法为立柱留出移动的空间。系统设计过程中，循环5 000次，并使用闭合环路对流量加以调整，经历了2.3s左右［4］。此时测量对象立柱的压力与安全阀打开时的压力相同，立柱立刻主动跳跃和起伏，立柱上下幅度与预定范围相符。通过对被测立柱加载油缸的压力变化时间以及内加载压力时间的变化可见，被测立柱的速度曲线处于0≤T≤0.5s，出发点也处于左位10，压力短时间内提高与加载压力相同，阀门位于中间位置，立柱下腔闭合。退让速度为2mm／min。后段时间中，立柱的安全阀力量并未超出标准，且压力一直处于提高的状态，此时段过后，安全阀打开，压力维持不变。当失去移动空间时，则无法保证液压直支架的正常移动工作，很可能受到机身损坏［5］。在设计过程中，对于安全阀和活塞之间的距离往往没有受到重视，如果它们的距离超出标准范围，则使得安全阀的压力过高，而压差和阻尼的作用仍然存在，导致立柱不能排除压力，造成立柱缸压力过多出现爆炸等现象。

5 结语

立柱是液压支架的重要组成部分，它能够帮助液压支架更好地承载压力，保证良好的承压性能，以顺利安全地应用到采煤工作中。立柱通过换向阀、液控单向阀与立柱上下腔等进行转换伸缩，以实现液压支架的顺利伸缩支撑压力。通过对液压支架立柱液压系统的分析，结合立柱液压系统的原理，并按照相关规定和标准要求，对此系统进行设计，发挥立柱液压支架中的作用，并更好地应用到煤矿事业中。

［1］ 吴行标，许金龙，袁欣，等.基于FTA的特大采高液压支架立柱支撑系统的可靠性分析［J］.液压与气动，2013，12（8）：40－43.

［2］ 何富连，殷帅峰，李通达，等.基于共因失效计算模型的支架液压系统可靠性分析［J］.煤矿安全，2013，7（11）：64－67.

［3］ 舒凤翔，闫海峰，张幸福.液压支架立柱试验台液压系统的设计及仿真［J］.煤矿机械，2010，11（12）：129－131.

［4］ 王静.液压支架试验台液压系统动态特性分析［D］.太原：太原科技大学，2010.

［5］ 王建军.液压支架立柱拆柱机液压系统的设计［J］.科技信息，2011（16）：302－303.