矿用液压支架液压监测系统的优化设计

王 会，辛治宏，张 亮

（山西航天清华装备有限责任公司，山西 长治 046012）

现阶段，我国大多数使用的支架液压系统的控制方式为手动控制，其中采用的液压元件寿命不高，存在稳定性差、可靠性低、成本高、效率低等缺点，而且阀门的流量较小，尤其是换向阀、单向阀、安全阀，流量小，高压管路通经较小，对乳化液的质量要求不高，同国际上先进技术水平有很大差距，这也在一定程度上对我国采煤事业的发展造成一定的阻碍，因此，需要对矿用液压支架液压系统进行优化，提升系统性能。

1 矿用液压支架液压系统概念和组成

（1）液压支架液压系统概念。乳化液泵站主要由乳化液泵、液箱、控制元件以及辅助元件所组成，并且安装的位置在工作面的顺槽下，能够推动工作面一同前进。泵站能够沿着工作面的敷设，连接主供液管和主回液管，向各个支架提供高压乳化液，接收低压回液[1]。液压系统中最基本的原理就是液体内部压强处处相等，利用油泵产生具有压力的液态油，液压油是一种压强传送的载体，能够在一定面积范围内产生作用力，进而驱动各个零件产生运动。

（2）液压支架的组成。液压支架是矿产开采的主要设备，能够起到支撑和牵引的作用，根据其组成和功能结构的分布主要将其分为四部分，也就是主体结构件、执行元件、控制元件以及其他功能部件等。主体结构件是液压支架的支撑结构和承重结构，是整体结构部件的统称。液压支架在顶梁位置工作时，会直接和煤矿开采的工作面的上顶面接触，这样能够支撑松动的煤炭，避免出现下落情况，还能防止开采井出现塌陷情况，其他部件能够组合起来，承受液压支架受到的水平力和扭转力，保证液压支架的受力均匀。液压支架的执行元件是液压支架在移动和工作过程中决定动作的构件，主要是指液压缸，立柱是液压缸的主要支撑构件，在液压支架工作的过程中，能够承受顶部产生的竖向力，千斤顶是液压缸的主要工作构件，包括伸缩千斤顶、侧推千斤顶以及防倒千斤顶等多种，能够满足液压支架的多种需求，比如将液压支架推进工作面，能够将侧护板进行伸出和收回。在液压支架中，安全阀门的作用非常大，在液压支架工作的过程中，往往会产生巨大的压力，假如出现压力异常的情况，或者没有及时的泄压，就会产生安全事故，对工作人员的生命安全和财产安全造成威胁[2]。因此，安全阀门能够保护部件在压力过大的情况下，自动将阀门打开，起到自动泄压的作用，当压力降低到规范额度后就会自动关闭，这样就能够保护液压系统的元件。

2 矿用液压支架液压系统中存在的问题和原因

现阶段我国使用的矿用液压支架的液压系统中存在着各种方面的问题，其中最常见的问题就是泄露，而导致泄露问题的产生主要有两个原因，分别为①液体在液压元件或者管路中流动的过程中产生了液压差，并且和液压元件之间产生空隙，进而出现泄露问题②由于井下作业环境恶劣，导致矿用液压支架的密封状态受到影响。假如液压支架液压系统出现泄露情况，会导致液压支架动作的灵敏性下降，进而会对采煤效率造成影响，甚至会导致液压支架受损，影响采煤工作面的安全。导致出现泄露问题的因素主要有以下几种。

（1）结构设计和元件选择因素。液压支架液压系统的使用性能受到其密封设计和元件选择的影响，假如密封设计不合理或者密封元件的选择不规范，在很大程度上会造成液压系统出现泄露情况。再加上液压支架的使用环境较为恶劣，环境中含有大量的煤灰或者粉尘，因此在设计的过程中要保证液压系统的防尘性和密封性，选择使用具有防尘功能的密封圈。

（2）制造和装配因素。液压支架液压系统中的液压元件是主要的构成部分，需要严格安全尺寸、型号的要求进行打造，假如在制造的过程中尺寸不合理，超过标准值，就会导致元件自身出现泄露点。同时假如在装配的过程中，出现用力过猛，用力安装的情况，会导致元件变形出现泄露情况。

（3）油液污染和零件损伤因素。液压支架液压系统在高压情况下，其中的动力乳化液会出现气泡，这些气泡在一定环境下会出现高温情况并爆裂，假如液压系统元件的表面存有凹点或者损伤，这些乳化液就会快速的流向元件表面，促使表面出现磨损情况，进而引发泄露。在恶劣的工作环境下，活塞杆会和外界环境直接接触，尽管导向套上设置有防尘密封圈，但是也无法避免尘埃或者油污进入系统中，使得活塞杆或者密封件受到损坏，进而产生泄露。

3 矿用液压支架液压系统的优化设计

实现液压支架液压系统优化设计的最终目的在于优化液压支架的工作性能，强化液压系统工作运行的稳定性，减少液压系统故障发生几率，因此可从以下几方面实现液压支架液压系统优化设计：第一，可通过减少管路接头方法减少液压支架液压系统的压力损失，集成化的优化设计手段可有效减少压力失效环节，加强液压支架液压系统的灵敏度，进而加强液压支架液压系统的采煤效率，实现液压支架管路布置的平整性。第二，由于液压支架的运行效率与液压系统工作的工作高效有着直接联系，因此在应用大采高支架液压系统时，可利用立柱以及推移千斤来增加流量，提升其移架速度，为支护顶板提供保障。此外也可采用双回环形供液系统，确保工作面单架、大采高支架有足够的液压供给支撑。第三，若对液压支架液压系统的工作负荷进行确定，则可以实现整个液压系统的经济合理性。液压支架液压系统的工作压力决定执行元件的尺寸大小，若系统工作压力相对较大则执行元件压力等级要求也会相对提升，所需求的设备成本也会相对提升。为此在实现液压支架液压系统优化设计时，需全面掌握所有元件的压力承受范围，采取有效的保障措施确保任何部位的系统压力在承受范围之内。第四，在液压支架采高不断增加的前提下，其对应的工作阻力要求也在不断增加，6.2m液压支架的工作阻力就高达12000kN，其立柱缸径也在400mm，为了保证液压支架的安全，需利用大流量的安全阀进行快速泄液。第五，液压支架液压系统的稳定运行离不开乳化液的支持，因此乳化液质量的高低对液压支架液压系统的工作效率有着直接影响。乳化液不仅能够用于系统润滑，同时也具备防锈、防腐蚀的功能，确保液压支架液压系统的工作精确性。第六，液压支架液压系统的设计优化需要根据矿井的实际生产情况进行制定，确保优化设计的液压支架液压系统满足生产人员的实际应用需求，同时实际操作也较为简便。设计人员需要保证设计安装的液压元件布置层次的合理性，便于检修人员拆装维修，应用的胶管长度满足设计要求，相关装置安装牢固继而避免液压支架液压系统发生震动。同时，还需要在液压支架液压系统内安装压力表此类的监测仪器，便于监测人员随时观察液压支架的运行状况。另外，对于液压支架液压系统的优化，还要结合系统自身情况，将经济效益放在首位，尽可能选择性能优良、价格合适的液压元件，满足煤炭采挖的需求的同时，要关注新型材料的研发。

4 总结

总之，随着我国矿产事业的改革发展，矿用液压支架液压系统的设计和制造水平有了明显的改善，这也在很大程度上促进采煤工艺的提升。因此，相关人员要加强对矿用液压支架液压系统的设计方面的关注，实现设计优化，提升系统性能和使用效率。