电液控制的液压支架跟机动作的液压特性研究

吴建盛

（晋能控股煤业集团马道头煤业有限公司责任公司， 山西 大同 037100）

引言

液压支架是煤矿井下生产用的主要设备，其动作原理是：液压支架要能同时具备支撑顶板稳定和随作业面的推进而前移的双重功能。一般情况下，液压支架动作有降柱动作、移架动作、升柱动作、推溜动作，是利用支架内的各种阀来控制立柱、千斤顶的伸缩动作，另外，液压支架的动力源由乳化液泵站提供[1]。液压支架由液控系统、工作部件、支架架体等组成，其中液控系统主要起液压油缸动作作用；工作部件主要起液压动力作用；支架架体主要起承载和传输载荷作用，液压支架的各项基本动作主要是依靠乳化液泵中的液压系统控制、调节整个系统来实现完成的。因此，液压支架的跟机动作有降移升组合动作、推溜动作、伸收护帮动作[2]，本文主要研究的是液压支架单架降移升、两架同时降移升及推溜动作的液压特性，进而保证实现液压支架自动跟机动作的安全高效，提高煤矿开采效率。

1 液压支架跟机动作介绍

对于液压支架的降移升主要动作，是利用立柱的升降来进行支架的升降动作，同时，利用支撑在底座和顶板间的液压缸来进行支架的立柱动作，并通过单向阀、换向阀、安全阀等进行控制实现升降柱动作。移架动作实际上是推移千斤顶移架动作，推移千斤顶作为一种液压部件，主要作用是推进煤机和支架沿工作面方向移动，采煤、推溜、移架三个动作循环往复推进完成整个操作面。在支架移架动作中，推溜动作的阻力远小于移架动作的阻力，所以必须采用倒置推移千斤顶的液压支架，在支架移架动作中，大腔进液；在支架推溜动作中，小腔进液，从而使推溜力小于其拉架力。对于抬底动作，在井下作业中，当发生液压支架前段沉降的现象时，采用抬底装置将沉降的支架前段进行抬起，并在抬底装置的推动作用下，支架内的推杆与底板的煤层支架接触，从而直接抬起支架的前段；最后，支架内的推杆再与底座间的推移千斤顶相互作用，完成液压支架的整体向前推移[3]，因此，液压支架降移升组合动作是先降柱，再推移，最后升柱，并以此循环类推。

液压支架的另一主要动作是推溜动作，其与移架动作是一组相对应的液压缸动作，在推移千斤顶中，推溜动作属于有杆腔供液，而移架属于无杆腔供液。实际上，推溜动作主要是对刮板输送机作用，因此，刮板输送机运动行程其实就是采煤机的横向轨道运动，此外，还可通过对推溜行程的控制来解决工作面的直线度问题，而液压支架推溜行程的控制可通过液压缸内部的行程位移传感器来实现[4]。

2 分析液压支架降移升组合动作的液压特性

以某矿为例，设置支架液压系统的供液流量1 000 L/min、压力30 MPa，分析液压支架单架、两架同时降移升动作的液压特性。

2.1 液压支架单架降移升动作的液压特性

通过分析液压支架单架降移升动作的位移变化情况，得到图1 所示的曲线。从图1 可知，液压支架是依照降柱、移架、升柱的动作顺序依次进行的，且在降柱和升柱动作中含有抬底和放底动作。整个降移升动作从2 s 开始到10.6 s 结束停止，这也与液压支架的实际动作时间相吻合，其中，降柱持续动作时间是3.4 s、移架是2.9 s、升柱是3.8 s，剩余的1.5 s 时间主要是存在信号延时和部分放底动作行程。由于在液压支架跟机正常进程中，升柱动作管路供给的流量可满足放底动作使用，因此，放底动作不需要再单独进液，该动作中的0.5 s 就无需计入液压支架动作总时间内。综合可得出，当液压支架液压系统供液充足时，单架降移升动作的持续时间为10.1 s。

图1 液压支架单架降移升动作的位移变化曲线

2.2 液压支架两架同时降移升动作的液压特性

对两架同时降移升动作的位移变化情况进行分析，得到图2 所示的曲线。从图2 可知，当液压支架两架同时动作时，移架和升柱动作的时间比单架时要长，主要是与动作用液量有关。两架同时动作的时间是14.5 s，单架平均时间是7.25 s，与单架动作相比有稍许提升。

图2 液压支架两架同时降移升动作的位移变化曲线

3 分析液压支架成组推溜动作的液压特性

一般情况下，液压支架推溜动作的阻力小，且在推移活塞杆动作无杆腔进液用液量也较少。本文设置推溜动作的阀芯额定流量为500 L/min，在液压支架实际应用中，多应用成组推溜动作来保证作业面的直线度，其动作中受到的平均阻力将会更小。所以，本文主要在上述进液量的研究参数下，分析液压支架单架和成组推溜动作的液压特性。

通过分析液压支架推溜动作的位移变化情况，得到图3 所示的曲线。从图3 可知，在液压支架液压系统供液充足的条件下，单架推溜时间是3.6 s，五架成组推溜是4.4 s，八架成组推溜是7.5 s，十架成组推溜是9.4 s。根据前面所述，推溜动作为有杆腔进液推动活塞杆动作，其所需的流量与移架动作相比，明显降低。

图3 液压支架成组推溜动作的位移变化曲线

深入对液压支架成组推溜动作的压力进行分析，得到图4 所示的曲线。从图4 可看出，液压支架五架成组推溜动作时，用液量曲线平稳，压力变化小，主要是因为推溜动作负载较小。液压支架成组推溜动作实际上是相同并联的多个动作，因此，各架推动活塞杆动作的液压特性相类似。液压支架推溜动作多为成组推溜动作，在进液量一定的条件下，推溜动作的成组数量与时间成反比例变化，所以，供液时间的长短可根据推溜动作的架次来进行选取，进而实现液压系统供液的节能高效。

图4 液压支架成组推溜动作的压力变化曲线

4 结论

为实现液压支架自动跟机动作的安全高效，本文主要对液压支架单架、两架同时降移升动作以及推溜动作的液压特性进行研究分析，结论是：

1）对于液压支架单架降移升动作，总持续时间为10.1 s；两架同时降移升动作，其动作时间相比于单架动作时间有所提升。

2）对于液压支架成组推溜动作，其所需的供液流量与移架动作相比，明显降低，且各架次用液量曲线平稳，压力变化较小。