摘要:介绍了zzs6000/17/37型液压支架液压控制系统的环形供回液、邻架先导控制、旁路回
液和差动推溜等技术,分析了该支架液压控制系统的技术合理性与经济性,具有广阔的推广前景。
关键词:液压支架;控制系统;特点
0 前言
zzs6000/17/37型液压支架是我国第1个日产万吨级高效综采工作面的配套支架,1994年9月在大同矿务局燕子山矿投入应用,工业性试验中创造了日产原煤15 173 t的当时全国最高记录。该型支架可靠性高,支护性能优良,特别是其液压控制系统,由于率先采用了多项新技术、多种新元件,优化了系统性能,满足了支架的快速移架要求,实现了国产液压支架控制技术的一次质的飞跃,即使在今天来看,该系统采用的很多技术在国内依然较先进。特别是支架环形供回液,邻架先导式控制、旁路回液,差动推溜等液压控制技术措施,对于综采液压支架具有广阔的推广前景。
1 工作面环形供回液系统
综采工作面采用单一供、回液系统时,由于供液回路沿途损失大,造成工作面尾部支架初撑压力低,回液慢,回液背压高。而供、回液系统压力及流量因素是影响工作面支架移架速度的主要因素,因此zzs6000/17/37型液压支架工作面采用了环形供回液管路,通过环形回路同时从机头机尾对工作面支架供液,在相同流量下,泵站到支架的沿途压力损失下降到单一供、回液系统的1/4,同时也对全工作面支架的供、回液压力起到均衡作用,这缩短了支架的移架循环周期,各支架的移动速度较均匀平衡。
2 本架先导控制操作方式
主要液压控制元件采用大通径结构设计,其中,主控阀的通液流量可达400 l/min。主控阀通径大、过流能力强,可以减小管路阻力损失,但也带来操作力矩过大、工人劳动强度大问题。为了解决这一问题,采用先导控制系统,先导阀操作力矩小、手柄位移小,从而可大大减轻劳动强度,使操作工能减少时间、稳妥地实现快速操纵,并可提高生产安全性。
3 旁路回液的降柱系统
立柱上下腔面积比大,达到了1∶6•9,这就意味着在降柱过程中下腔回液路上的阻力达4•5 mpa时,上腔必须达到30 mpa才能降柱,且当上腔以100l/min流量降柱时(泵站流量400 l/min),每柱下腔回液便达6 901 l/min,总回液量达2 760 l/min,如此大的回液,要使回液阻力小于4.5 mpa是很难实现的,因此,在降柱过程中,泵处于高压卸载状态,流量得不到全部利用。由此可见,降柱过程是制约移架速度的重要环节。液压控制系统,要求负载尽量平衡,即系统压力变化尽量小。而支架的液压系统却与这一要求相差甚远。降柱时,由于回液阻力大,泵站处于高压卸流状态;升柱时,在接顶之前几乎没有负载,液压系统的工作压力很低,泵站处于低压全流量供液状态。支架液压系统负载这种极不平衡状态,使得乳化液泵站、供液管路和操纵阀等液压元件处于很恶劣的液压冲击状态,严重影响其使用寿命。普通支架的降柱回路是通过液控单向阀再经操纵阀回液的,由于回液阻力较大,所以降柱速度非常慢。减小回液阻力提高降柱速度的方法有旁路回液和采用大流量的液控单向阀等。旁路回液系统即是在立柱下腔和回液管之间再单独并联一条回液管,降柱时由于2条支路同时回液,大大降低了回液阻力损失。试验测试结果表明,在相同条件下,带旁路回液的系统比原系统降柱速度可提高1倍以上。采用大流量的液控单向阀也是减小回液阻力的一种方法,但这样做使本来就不理想的系统质量更加恶化,采用大流量液控单向阀,虽可以减小降柱时的回流阻力,但同时也降低了升柱时的液阻,使升柱时系统的压力更低,更增强了系统的负载不平衡。旁路回液方式则较好地满足了系统的负载平衡要求。旁路回液系统只是降低降柱时的回液阻力,对升柱无任何影响,而对系统负载的不平衡有一定的抑制作用。
4 推移千斤顶差动推溜控制方式
液压支架与刮板输送机的设备特点要求支架推移千斤顶的移架力应大于推溜力,为满足这一点要求,支架通常采用浮动活塞式推移千斤顶正装或固定活塞式推移千斤顶倒装的推移方式。zzs6000/37型支架的结构特点与用户使用要求决定了该支架只能采用正装方式的推移千斤顶。但是,浮动式推移千斤顶在推溜过程中存在着严重缺陷:①推溜时,浮动活塞首先必须有一个行程等于采煤机滚筒截深的空载运动过程,该运动过程一方面延长了支架的推溜时间,另一方面在空载运动持续期间,工作面液压控制系统的供液压力会长时间地产生很大的压降。供液压系统的压力波动影响工作面其他液压支架的同步动作,而且采煤机滚筒截深越大,该空载运动带来的负面影响愈明显。zzs6000/17/37型液压支架推移千斤顶的设计行程为1 100 mm,有效行程1 000mm,如果继续采用浮动活塞式推移千斤顶,推溜时活塞空载运动损失的流量为25•41 l/min,支架操纵阀的额定流量按400 l/min考虑,则活塞空载运动占用的无效推溜时间为3•81 s的低压供液延误移架速度,这完全不能适应高产高效的要求;②因为浮动活塞的运动是无载的,选成系统压力突然下降,待活塞到达终点后,还需增压过程才能推溜,这种大幅度的降压增压冲击过程对液压系统元件的正常使用寿命都有很大的破坏性;③浮动活塞在无负荷工况运动速度非常快,易产生碰撞和冲击。为解决上述问题,这2种支架引入了固定活塞式推移千斤顶,并采用差动推溜系统,实现液压支架的差动推移。由于活塞腔受力面积大于活塞杆腔受力面积,利用差动逻辑控制阀实现活塞杆伸出进行推溜。与浮动活塞式推移千斤顶的推溜过程相比,固定活塞式推移千斤顶在推溜时,通过差动逻辑控制阀将活塞杆腔的高压液引入了活塞腔,在满足推溜力与拉架力匹配要求的前提下,由于取消了活塞的空载动作,工作高
压供液系统基本再没有压力波动,造成对工作面液压系统各元件冲击的问题。而且,推移千斤顶由浮动活塞式改为固定活塞式,减少了一道双向密封,简化了结构,也有助于设备可靠性的提高。
5 结语
本支架为提高移架速度所采取的各项技术措施效果显著。200架zzs6000/17/37型液压支架在大同煤炭集团公司大斗沟、马脊梁、晋华宫矿投入井下工业性试验,试验期间,支架经受了工作面初次来压与周期来压的考验,初撑力、工作阻力、延米支护力、液压系统可靠,移架度完全满足了生产要求,顶板维护效果良好。即使受到新型电牵引采煤机故障多、开机率低等不良因素的影响,仍达到了设计目标
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