煤矿用液压支架液压系统浅析

摘要：随着国民经济和现代工业的发展，煤炭作为国民经济建设的主要能源，越来越具有其战略地位。为提高煤炭高产高效、安全生产，作为煤矿井下综采工作面支护关键设备的矿用液压支架面临着一场巨大的改革。为了从根本上改善劳动和安全条件，提高采矿的产量和效率。

关键词：液压支架；系统；分析

中图分类号：X752文献标识码： A

引言

液压支架是采煤工作中不可或缺的安全支护设备，是建设高产高效的矿井主要的设施，它关键部件的结构和性能好坏直接决定了整个采煤工作是否安全以及是否可靠。但是由于目前国内缺乏相应的液压理论方面的支撑和实验手段，对于液压支架的关键部件、液压支架系统的内部结构以及各设施的运作特性研究不到位。本文对整个液压系统进行性能研究，从而能为高端液压支架的设计提供理论指导的意义。

一、高端液压支架概述

液压支架广泛应用于采煤综合机械化工作方面，其作用是充当安全支护，它能够有效保证工作面顶板、隔离区和地下作业的空间，并能够保证相关设备的移动。在采煤工作中的“三机”是指液压支架、采煤机和刮板机，三者之间构成一个综合的机械化工作系统。在采煤工作中，液压支架的作用主要是：（1）在采煤机通过支架之后，立即进行支架的回收或转移，即降柱和移架。（2）当采煤机移动到另一个地方时，将支架升到一个位置支撑顶板。（3）用支架进行推溜撑紧顶板。支架的这三个动作可以有效加强整个采煤的工作效率，这三个工作时间的总和会直接对采煤机的运行速度产生影响。

二、液压系统故障分析

1、系统发生噪音故障

（1）在液压系统中主要的噪声是液压泵，它的压力波动和结构震动引起机器设备的噪声。比如，吸空现象，吸油过滤器在局部会出现堵塞，而吸油管距油面比较近，都会造成泵的噪声大。（2）阀弹簧、阀换向、压力阀工作不良也会引起噪音大，故障的表现形式为压力的变化，空气进到液压缸都会引起系统的噪音和共振。（3）假设液压系统的一端为阀门，另一端是大容器，就容易产生压力的冲击，此时，瞬时压力峰值高于平常正常值的好多倍，从而引起执行机构的震动，正常作业受到影响，产生噪音，这样的动作往往使某些元件发生错误的动作。

2、系统压力不正常

（1）油箱油位过低，系统压力在正常的操作动作下，元件并无动作或者在执行元件作业时动作缓慢。（2）溢流阀旁边通阀部位损坏，减压阀设定值低，造成系统的压力不足。油液粘度太高或者太低，阀的控制压力不够，阀内阻尼孔堵塞。（3）油温过高，接头或密封泄漏，缸或者马达严重磨损，主泵或马达泄漏过大。（4）泵转向不对，放大器失灵或者放大器调的不对等。（5）电机故障，溢流阀调定值低或失效，泵堵塞或损坏，阀工作失效。

3、立柱故障分析

（1）胀缸的原因是顶板瞬间来压，安全阀流量小，立柱不能完成快速泄压造成缸体胀缸，同时会引起密封损坏。立柱中缸、外缸同时胀缸则是顶板压力超载后安全阀失效不能正常卸载造成，安全阀失效的一般原因是：阀芯生锈或被杂质卡死，不能可靠动作。而升井立柱并未发现此现象，缸体塑性降低，或顶板瞬间来压时立柱安全阀泄压不及时造成立柱胀缸。立柱表面的锈蚀由于镀层损伤以及乳化液浓度、清洁度不够造成锈蚀，乳化液内含有杂质容易引起缸体内部的划伤。

（2）立柱拆过程中发现活柱、中缸密封处定位轴肩处有损伤凹点，原因是立柱拆装、搬运的过程中碰撞造成，及现场使用中镀层脱落划伤所致。立柱在正常的升降过程中凹点处切白挡圈，致使白挡圈受到的横向剪切力变大，最终导致密封损坏（图 1、图 2 所示）。另定位轴肩处受到磨损，轴肩尺寸变小卡不住白挡圈，立柱升降过程同样会引起密封的损坏。

三、液压支架液压系统的分析

1、大采高支架侧护板液压系统的优化设计

支架的活动侧护板起调节支架宽度、保持支架中心距、调整支架状态的作用。通常侧推装置设计采用弹簧和液压无闭锁混合系统，正常工作状态下侧护板是靠弹簧力来维持顶梁机构的平衡，侧护千斤顶是不受力的。但是随着采高的增加，尤其工作面倾角加大时，侧护板仅靠弹簧力不能维持支架的正常工作，需要靠千斤顶和弹簧共同作用保证侧护板的推力。采用弹簧与液压闭锁系统混合式，具有防倒、调架的性能；另外通过液压系统的设计同时实现了升柱时闭锁，降柱拉架时侧退千斤顶卸液的功能，保障支架各动作的协调。

2、减少背压影响

液压系统产生的背压一般要求不超过4MPa，否则易引起误动作。在支架试验时尤其明显，支架推移千斤顶不连接推移杆或者溜槽时，动作立柱或其他千斤顶时，推移千斤顶的活塞杆会自动伸出。中厚煤层支架设计时低调千斤顶也是如此，如果无设计液压锁，在背压作用下低调装置会自动伸出，影响正常的移架。

（1）背压产生的主要原因

操纵阀中位时所有立柱、千斤顶上、下腔互通。操作某一片阀，使某一油缸一腔进入高压乳化液，作油缸另一腔在回液时液体不只回到主回液管，有可能回流到其它油缸的活塞腔和活塞杆腔，由于两腔受力面积不同，受力不同，使其他千斤顶的活塞杆伸出，造成油缸的误动作。操作液压支架时，会引起相邻液压缸的误动作，当支架在地面空载动作时，这种现象表现尤为突出。随着回液管路的加长，回液阻力越大，背压现象表现将更加明显。

（2）背压的影响

一是引起误动作，影响支护效果。支架在井下工作时，若移架动作的回液引起已降柱的立柱升柱，使支架顶梁再次接顶，同时使收回的侧推千斤顶伸出，相邻架侧护板再次靠紧，不仅增大了移架阻力而且对顶板的维护不利。二是导致立柱或千斤顶损坏。立柱和平衡千斤顶相互配合保持顶梁与顶板的有效支撑，在支架处于高射炮等特殊状态时，背压可能造成平衡千斤顶的损坏。

（3）解决方案

尽量减短回液管的长度，增大回液管的通径，尽量减少回液阻力。在支架的主回液管路上，选用回液断路阀，最好不用平面截止阀。回液断路阀可以有效地阻断邻架的背压，而不影响本架的顺利回液。平面截止阀若有误关或开的不彻底或者没有完全打开，则支架回液不畅或回不了液，支架内液体压力增高，不但可以引起支架误动作，严重的导致立柱或千斤顶损坏。

4、液压支架关键元件研究

液压支架的液压元件主要有立柱、各类千斤顶和操纵开关以及电液的控制的各类阀门。其中液压阀是控制系统中的元件，调节液压系统的流体压力、流量和流动方向。整个液压系统的性能都会被流体在液压阀管道中的流动特性所影响，因此，在设计液压阀时，其结构和参数必须精准科学。在液压技术中最活跃的元件就是液压阀，它的性能好坏直接影响整个液压系统能否正常安全的运行。液压支架中的电磁先导阀和安全阀以及液控单向阀都对性能有较高的要求，而国内传统的设计方法对液压元件和系统的运动过程进行了简化，因此根本不能更好的优化性能。因此，要想保证液压阀进行正常有效的运作，就必须采取先进的方法对液压阀进行参数计算和性能特性分析。

另外，液压支架中一个非常关键的元件就是立柱，它的工作过程可以分为以下几步：首先在操纵阀对供液方向进行控制时，液控的单向阀从正方向输入液体，乳化液从立柱活塞腔内顶起立柱，这一阶段成为升柱阶段。之后元件的工作于上一阶段类似，但是受力有所不同，这一阶段需要考虑惯性和摩擦以及顶梁的重力等作用力因素。最后这一阶段与第一阶段恰好相反，它是通过反向输入液体让乳化液通入活塞腔从而操纵整个回液。这时要重点考虑液控单向阀的作用，并分析各种作用力因素产生的影响。

结束语

总之，液压支架是一个煤矿在进行综采的工作面当中的一个重要的设备，其可靠性如何决定着煤矿的实际安全生产状况。所以在以后的研究当中，要逐渐的掌握整个支架的整体工作特性，并建立一个液压支架的机液联合的仿真模型，这也就可以对其具体的工作特性来进行仿真和分析。

参考文献

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[2]陈兰.液压支架液压系统的建模与仿真[D].西安科技大学，2011.

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