礦用液壓支架液壓監(jiān)測系統的優(yōu)化設計

王 會，辛治宏，張 亮

（山西航天清華裝備有限責任公司，山西 長治 046012）

現階段，我國大多數使用的支架液壓系統的控制方式為手動控制，其中采用的液壓元件壽命不高，存在穩(wěn)定性差、可靠性低、成本高、效率低等缺點，而且閥門的流量較小，尤其是換向閥、單向閥、安全閥，流量小，高壓管路通經較小，對乳化液的質量要求不高，同國際上先進技術水平有很大差距，這也在一定程度上對我國采煤事業(yè)的發(fā)展造成一定的阻礙，因此，需要對礦用液壓支架液壓系統進行優(yōu)化，提升系統性能。

1 礦用液壓支架液壓系統概念和組成

（1）液壓支架液壓系統概念。乳化液泵站主要由乳化液泵、液箱、控制元件以及輔助元件所組成，并且安裝的位置在工作面的順槽下，能夠推動工作面一同前進。泵站能夠沿著工作面的敷設，連接主供液管和主回液管，向各個支架提供高壓乳化液，接收低壓回液[1]。液壓系統中最基本的原理就是液體內部壓強處處相等，利用油泵產生具有壓力的液態(tài)油，液壓油是一種壓強傳送的載體，能夠在一定面積范圍內產生作用力，進而驅動各個零件產生運動。

（2）液壓支架的組成。液壓支架是礦產開采的主要設備，能夠起到支撐和牽引的作用，根據其組成和功能結構的分布主要將其分為四部分，也就是主體結構件、執(zhí)行元件、控制元件以及其他功能部件等。主體結構件是液壓支架的支撐結構和承重結構，是整體結構部件的統稱。液壓支架在頂梁位置工作時，會直接和煤礦開采的工作面的上頂面接觸，這樣能夠支撐松動的煤炭，避免出現下落情況，還能防止開采井出現塌陷情況，其他部件能夠組合起來，承受液壓支架受到的水平力和扭轉力，保證液壓支架的受力均勻。液壓支架的執(zhí)行元件是液壓支架在移動和工作過程中決定動作的構件，主要是指液壓缸，立柱是液壓缸的主要支撐構件，在液壓支架工作的過程中，能夠承受頂部產生的豎向力，千斤頂是液壓缸的主要工作構件，包括伸縮千斤頂、側推千斤頂以及防倒千斤頂等多種，能夠滿足液壓支架的多種需求，比如將液壓支架推進工作面，能夠將側護板進行伸出和收回。在液壓支架中，安全閥門的作用非常大，在液壓支架工作的過程中，往往會產生巨大的壓力，假如出現壓力異常的情況，或者沒有及時的泄壓，就會產生安全事故，對工作人員的生命安全和財產安全造成威脅[2]。因此，安全閥門能夠保護部件在壓力過大的情況下，自動將閥門打開，起到自動泄壓的作用，當壓力降低到規(guī)范額度后就會自動關閉，這樣就能夠保護液壓系統的元件。

2 礦用液壓支架液壓系統中存在的問題和原因

現階段我國使用的礦用液壓支架的液壓系統中存在著各種方面的問題，其中最常見的問題就是泄露，而導致泄露問題的產生主要有兩個原因，分別為①液體在液壓元件或者管路中流動的過程中產生了液壓差，并且和液壓元件之間產生空隙，進而出現泄露問題②由于井下作業(yè)環(huán)境惡劣，導致礦用液壓支架的密封狀態(tài)受到影響。假如液壓支架液壓系統出現泄露情況，會導致液壓支架動作的靈敏性下降，進而會對采煤效率造成影響，甚至會導致液壓支架受損，影響采煤工作面的安全。導致出現泄露問題的因素主要有以下幾種。

（1）結構設計和元件選擇因素。液壓支架液壓系統的使用性能受到其密封設計和元件選擇的影響，假如密封設計不合理或者密封元件的選擇不規(guī)范，在很大程度上會造成液壓系統出現泄露情況。再加上液壓支架的使用環(huán)境較為惡劣，環(huán)境中含有大量的煤灰或者粉塵，因此在設計的過程中要保證液壓系統的防塵性和密封性，選擇使用具有防塵功能的密封圈。

（2）制造和裝配因素。液壓支架液壓系統中的液壓元件是主要的構成部分，需要嚴格安全尺寸、型號的要求進行打造，假如在制造的過程中尺寸不合理，超過標準值，就會導致元件自身出現泄露點。同時假如在裝配的過程中，出現用力過猛，用力安裝的情況，會導致元件變形出現泄露情況。

（3）油液污染和零件損傷因素。液壓支架液壓系統在高壓情況下，其中的動力乳化液會出現氣泡，這些氣泡在一定環(huán)境下會出現高溫情況并爆裂，假如液壓系統元件的表面存有凹點或者損傷，這些乳化液就會快速的流向元件表面，促使表面出現磨損情況，進而引發(fā)泄露。在惡劣的工作環(huán)境下，活塞桿會和外界環(huán)境直接接觸，盡管導向套上設置有防塵密封圈，但是也無法避免塵埃或者油污進入系統中，使得活塞桿或者密封件受到損壞，進而產生泄露。

3 礦用液壓支架液壓系統的優(yōu)化設計

實現液壓支架液壓系統優(yōu)化設計的最終目的在于優(yōu)化液壓支架的工作性能，強化液壓系統工作運行的穩(wěn)定性，減少液壓系統故障發(fā)生幾率，因此可從以下幾方面實現液壓支架液壓系統優(yōu)化設計：第一，可通過減少管路接頭方法減少液壓支架液壓系統的壓力損失，集成化的優(yōu)化設計手段可有效減少壓力失效環(huán)節(jié)，加強液壓支架液壓系統的靈敏度，進而加強液壓支架液壓系統的采煤效率，實現液壓支架管路布置的平整性。第二，由于液壓支架的運行效率與液壓系統工作的工作高效有著直接聯系，因此在應用大采高支架液壓系統時，可利用立柱以及推移千斤來增加流量，提升其移架速度，為支護頂板提供保障。此外也可采用雙回環(huán)形供液系統，確保工作面單架、大采高支架有足夠的液壓供給支撐。第三，若對液壓支架液壓系統的工作負荷進行確定，則可以實現整個液壓系統的經濟合理性。液壓支架液壓系統的工作壓力決定執(zhí)行元件的尺寸大小，若系統工作壓力相對較大則執(zhí)行元件壓力等級要求也會相對提升，所需求的設備成本也會相對提升。為此在實現液壓支架液壓系統優(yōu)化設計時，需全面掌握所有元件的壓力承受范圍，采取有效的保障措施確保任何部位的系統壓力在承受范圍之內。第四，在液壓支架采高不斷增加的前提下，其對應的工作阻力要求也在不斷增加，6.2m液壓支架的工作阻力就高達12000kN，其立柱缸徑也在400mm，為了保證液壓支架的安全，需利用大流量的安全閥進行快速泄液。第五，液壓支架液壓系統的穩(wěn)定運行離不開乳化液的支持，因此乳化液質量的高低對液壓支架液壓系統的工作效率有著直接影響。乳化液不僅能夠用于系統潤滑，同時也具備防銹、防腐蝕的功能，確保液壓支架液壓系統的工作精確性。第六，液壓支架液壓系統的設計優(yōu)化需要根據礦井的實際生產情況進行制定，確保優(yōu)化設計的液壓支架液壓系統滿足生產人員的實際應用需求，同時實際操作也較為簡便。設計人員需要保證設計安裝的液壓元件布置層次的合理性，便于檢修人員拆裝維修，應用的膠管長度滿足設計要求，相關裝置安裝牢固繼而避免液壓支架液壓系統發(fā)生震動。同時，還需要在液壓支架液壓系統內安裝壓力表此類的監(jiān)測儀器，便于監(jiān)測人員隨時觀察液壓支架的運行狀況。另外，對于液壓支架液壓系統的優(yōu)化，還要結合系統自身情況，將經濟效益放在首位，盡可能選擇性能優(yōu)良、價格合適的液壓元件，滿足煤炭采挖的需求的同時，要關注新型材料的研發(fā)。

4 總結

總之，隨著我國礦產事業(yè)的改革發(fā)展，礦用液壓支架液壓系統的設計和制造水平有了明顯的改善，這也在很大程度上促進采煤工藝的提升。因此，相關人員要加強對礦用液壓支架液壓系統的設計方面的關注，實現設計優(yōu)化，提升系統性能和使用效率。