液壓支架控制技術(shù)培訓(xùn)講義

1、中煤平朔集團(tuán)井工一礦“劉偉”創(chuàng)新工作室內(nèi)部講義液壓支架控制技術(shù)培訓(xùn)授課人：劉偉日期：2015.5.8目 錄1 液壓支架工作過程分析32 液壓支架立柱的工作階段及工作特性曲線42.1 液壓支架立柱的工作階段42.2 液壓支架工作特性曲線支架支撐力與時間的關(guān)系52.3 液壓支架的基本參數(shù)63 液壓支架控制系統(tǒng)基本原理104 多伸縮立柱工作過程115 常用乳化液泵站液壓系統(tǒng)125.1 泵站裝置組成125.2 XRB2B型常用乳化液泵站液壓系統(tǒng)165.3 乳化液泵站控制元件17I1 液壓支架工作過程分析升架、架、移架和推鎦實際生產(chǎn)中，液壓支架的四個基本動作的順序，應(yīng)根據(jù)回采工藝的具體工序來確定。2 液

2、壓支架立柱的工作階段及工作特性曲線2.1 液壓支架立柱的工作階段液壓支架立柱的一個完整的工作循環(huán)可分為四個階段： （1）初撐增阻階段：當(dāng)頂梁接觸頂板，立柱下腔的壓力達(dá)到泵站的工作壓力后，把操縱閥置于中間位置，液控單向閥關(guān)閉，從而立柱下腔的液體被封閉，這就是支架的初撐階段。 初撐力：初撐階段終了時，立柱和支架對頂板產(chǎn)生的支撐力。 立柱：fc=D2pb/4 支架：Fc=nfc pb泵站的額定壓力 支撐效率，與架型有關(guān)。（2）承載增阻階段：支架初撐后，進(jìn)入承載階段。隨著頂板的緩慢下沉，頂板對支架的壓力不斷增加，但液體的壓縮量極微，一般視為不可壓縮。因此立柱下腔被封閉的液體壓力將隨之迅速升高，液壓支架

3、受到彈性壓縮，并由于立柱缸壁的彈性變形而使之產(chǎn)生彈性擴(kuò)張。 工作阻力：該階段末了，支架和立柱呈現(xiàn)出的支撐力稱為工作阻力。 立柱：fz=D2pa 支架: FZ=nfz pa安全閥的調(diào)定壓力（3）承載恒阻階段立柱和支架達(dá)到工作阻力后，隨著頂板的下沉，立柱下腔內(nèi)壓力進(jìn)一步增大的液體最終使得安全閥開啟溢流，立柱回縮。于是，立柱下腔的壓力降低。當(dāng)壓力降低到安全閥的調(diào)定壓力后，安全閥關(guān)閉。如此反復(fù)，始終保持立柱下腔的壓力基本不變，即保證支架和立柱的工作阻力基本不變，處于恒阻支撐狀態(tài)。 從安全閥第一次開啟至支架泄載降柱時的這一階段稱為承載恒阻階段。（4）降柱移架階段隨工作面的推進(jìn)，支架需要前移。移架前需要將

4、支架的立柱卸載收縮，使支架撤出支撐狀態(tài)。 從開始卸載降柱到下一次開始升柱，此階段稱為降柱移架階段。2.2 液壓支架工作特性曲線支架支撐力與時間的關(guān)系液壓支架的四個階段以及支架在各階段呈現(xiàn)出的特性如圖9-3所示的曲線。 （1）工作特性曲線：橫坐標(biāo)表示時間，縱坐標(biāo)表示支撐力。t0升柱至液控單向閥關(guān)閉時的初撐急增阻階段；t1初撐結(jié)束至安全閥開啟時的緩增阻階段；t2安全閥出現(xiàn)脈動卸載時的恒阻階段；t3卸載降柱、移架階段；（2）工作特性曲線的意義：增阻性折線表示支架具有增阻性；恒阻性波紋線的水平特征表示支架具有恒阻性；可縮性波紋線的波動現(xiàn)象表示支架具有可縮性； 增阻性取決于液控單向閥和立柱的密封性；恒阻

5、性和可縮性主要靠安全閥來實現(xiàn)和保證。安全閥、液控單向閥以及立柱是保證液壓支架工作性能的三個關(guān)鍵元件。2.3 液壓支架的基本參數(shù)反映液壓支架支撐能力和使用性能的基本參數(shù)有：（一）初撐力Fc初撐力是液壓支架在初撐增阻階段未了時對頂板的支撐力。 作用：減緩頂板的下沉，避免頂板過早剝離，增加頂板的穩(wěn)定性，使立柱盡快進(jìn)入恒阻狀態(tài)。 大?。喝Q于泵站的額定壓力，立柱的數(shù)目和立柱缸體的內(nèi)徑。 初撐力的合理選擇對液壓支架的支護(hù)性能影響很大。液壓支架的初撐力應(yīng)與其支護(hù)的頂板類別及巖性相適應(yīng)，如： 對堅硬、中硬的頂板，宜采用較高的初撐力，以期減緩頂板的下沉，避免頂板的過早剝離，改善支架對頂板的管理； 對較軟的頂板

6、，應(yīng)采用較小的初撐力，其大小應(yīng)控制在頂板巖石極限強(qiáng)度所允許的范圍之內(nèi)，以期維持頂板較長時間的完整性，避免因過早破碎而使得對頂板的管理變的困難。（二）工作阻力Fz工作阻力是液壓支架在承載初撐增阻階段末了時所呈現(xiàn)出的最大支撐力。它的大小取決于安全閥的調(diào)定壓力、立柱數(shù)目、缸體的內(nèi)徑等參數(shù)。它反映了液壓支架承受頂板壓力的最大允許值。選擇液壓支架時必須根據(jù)礦山地質(zhì)條件和礦山壓力大小來確定工作阻力值。 （三）支護(hù)強(qiáng)度q支護(hù)強(qiáng)度是液壓支架單位支護(hù)面積上的支撐力，即液壓支架的工作阻力與其支護(hù)面積的比值。它是用來衡量各種不同規(guī)格和型號液壓支架支撐能力大小的一個參數(shù)。工作阻力雖然可以反映一架液壓支架的支撐能力的大

7、小，但由于各種型號的支架其結(jié)構(gòu)參數(shù)不同，即使工作阻力相同的支架，在實際工作中所表現(xiàn)出不同的支撐能力和支撐效果，在選型中無法確定用哪一種支架。即不同種類、不同規(guī)格和型號的液壓支架的工作阻力不具有可比性。因支護(hù)強(qiáng)度把支撐力限定在單位面積上來討論比較，這樣用它來衡量和評價諸支架的能力就比較科學(xué)、準(zhǔn)確。（四）支架高度H液壓支架的高度是其在支撐方向上的垂直高度，有最大高度和最小高度之分。 1.最小高度Hmin是指其立柱完全縮回（如有機(jī)械加長桿的，加長桿須完全縮回）后支架的垂直高度。 Hmin= mmin-s-g-e式中 mmin煤層最小開采厚度； s液壓支架后排立柱處頂板的下沉量； g浮煤、浮矸厚度；

8、e移架時液壓支架的最小回縮量。 2.最大高度Hmax是指立柱完全伸出（如有機(jī)械加長桿的，加長桿須完全伸出）后支架的垂直高度。Hmax=mmax+(200300)式中 mmax煤層最大開采厚度；200300考慮到頂板有偽頂冒落或局部冒落，為使支架仍能及時支撐到頂板所需增加的高度，mm。3.調(diào)高比支架的最大高度與最小高度之比。它反映支架對煤層開采厚度變化的適應(yīng)能力。其值越大說明其適應(yīng)能力越強(qiáng)。一般薄煤層支架的調(diào)高比為2.53.0；中厚煤層支架的調(diào)高比為1.41.6。（五）平均接觸比壓qj 液壓支架底座與底板接觸面積內(nèi)的壓強(qiáng)平均值稱之為液壓支架的平均接觸比壓。它是衡量液壓支架工作性能以及適應(yīng)能力的又

9、一參數(shù)，其值為：式中 qj液壓支架的平均接觸比壓；A液壓支架底座的底面積。 若平均接觸比壓較大而底板較軟，底座有可能陷入底板內(nèi)，移架困難，增大頂板的下沉量，降低液壓支架的支撐能力，惡化頂板狀況。 液壓支架的平均接觸比壓必須和底板的巖性及抗壓強(qiáng)度相適應(yīng)。3 液壓支架控制系統(tǒng)基本原理4 多伸縮立柱工作過程一級缸筒 2-一級活塞二級缸筒 4-二級活塞5 常用乳化液泵站液壓系統(tǒng)5.1 泵站裝置組成乳化液泵站是采煤工作面支護(hù)設(shè)備及推移裝置的動力源。主要由乳化液泵組（一般由2臺乳化液泵組成、一臺工作，一臺備用）、乳化液箱、以及必要的控制、保護(hù)、監(jiān)視等元件及連接管路。（1）乳化液泵國產(chǎn)各種型號的柱塞式乳化液

10、泵結(jié)構(gòu)大同小異，主要由箱體和泵頭兩部分組成。電動機(jī)經(jīng)齒輪減速箱傳動曲軸1，曲軸1有三曲拐，互成120°。兩端由雙列向心球面滾子軸承支承。連桿2的大端為剖分式結(jié)構(gòu)，內(nèi)裝鋼背高錫鋁合金軸瓦，具有良好的承載、抗疲勞和耐磨性能。連桿小端內(nèi)裝鋼套，與滑塊3用銷軸鉸接?；瑝K與滑道孔之間由活塞環(huán)密封，以防止曲軸箱潤滑油外漏。 一般每個乳化液泵站應(yīng)配置兩臺乳化液泵，兩泵可并聯(lián)供液或轉(zhuǎn)換工作。（2）乳化液箱乳化液箱是儲存、回收、過濾和沉淀乳化液的設(shè)備。XRXTA型乳化液箱。 吸液管8接泵的吸液口，泵排出的壓力液經(jīng)排液管9、自動卸荷閥10和交替雙進(jìn)液閥18到通往工作面的主供液箱7。從支架返回的乳化液經(jīng)主

11、回液管16依次流過沉淀室1、消泡室2、磁性過濾室3、過濾網(wǎng)槽14，除去乳化液中的懸浮微粒、泡沫和鐵磁物質(zhì)，進(jìn)入工作液室4。箱體19側(cè)面有液位觀察窗20，左下方有一溢流管21，可排除箱內(nèi)過多的液體。在箱體另一端的下部，設(shè)有清渣蓋17，用于清除沉淀室中的沉淀物。每個分隔室有放液塞。更換乳化液時，擰開放液塞放盡箱內(nèi)乳化液。后端板左上角有一個回液接頭，工作時總是與總回液管相接。吸液斷路器、交替雙進(jìn)液閥、高壓過濾器安裝在面板上。卸荷閥安裝在乳化液泵出口處，在其后端部安裝了連通斷路器。配液閥是乳化液與中性水溶液的混合裝置，安裝在乳化油室和蓋板上，可與供水接頭配合使用。5.2 XRB2B型常用乳化液泵站液壓

12、系統(tǒng)液壓系統(tǒng)原理圖：泵站液壓系統(tǒng)應(yīng)滿足如下要求：（1）當(dāng)支架動作時，系統(tǒng)能即時供給高壓液體；當(dāng)支架不動作時，泵仍照常運轉(zhuǎn)，但自動卸載；當(dāng)支架動作受阻、工作液體壓力升高超過允許值時，能限壓保護(hù)。為此，泵站系統(tǒng)中必須裝設(shè)自動卸載裝置。（2）要設(shè)手動卸載閥，以實現(xiàn)泵的空載啟動。泵站液壓系統(tǒng)應(yīng)滿足如下要求：（3）系統(tǒng)中要裝單向閥，以防止停泵時液體倒流。（4）為能在拆除支架或檢修支架管路時泄出管路中的液體，應(yīng)加手動泄液閥。（5）應(yīng)設(shè)有緩沖減振的蓄能器。系統(tǒng)分類：由于工作面支架的立柱和千斤頂所需的液壓力不同，需要泵站供給不同的壓力液。據(jù)此，泵站分有高壓泵液壓系統(tǒng)、高壓-低壓泵液壓系統(tǒng)和高壓泵-減壓閥液壓系

13、統(tǒng)。XRB2B型泵站液壓系統(tǒng)工作過程：啟動前先打開手動卸載閥e、使泵空載啟動，這時泵排出的乳化液經(jīng)手動卸載閥直接回乳化液箱；啟動后，關(guān)閉手動卸載閥，從泵排出的高壓乳化液經(jīng)單向閥a向工作面供液；當(dāng)工作面不用液或用液量很小時，壓力上升，至打開先導(dǎo)閥c和自動卸載閥d，實現(xiàn)自動卸載。系統(tǒng)過載，安全閥2開啟溢流，實現(xiàn)過載保護(hù)。交替雙進(jìn)液閥6的作用是保證任一臺泵工作都能通過一條管路向工作面供液。5.3 乳化液泵站控制元件（1） 泵用安全閥國產(chǎn)乳化液泵的安全閥均采用直動式，來自乳化液泵的高壓乳化液作用于閥座，并經(jīng)閥芯、彈簧座作用于彈簧上。當(dāng)乳化液壓力小于安全閥的調(diào)定壓力時，在彈簧作用下，安全閥關(guān)閉；當(dāng)乳化液

14、壓力大于安全閥調(diào)定壓力時，液壓力克服彈簧的作用力，將閥打開，泵自動卸載。為防止閥芯因黏結(jié)及靜摩擦而引起開啟壓力的超調(diào)，采用浮動裝配方法，在高壓開啟前，閥芯先行移動，避免蹩卡，調(diào)整彈簧作用力即能改變安全閥開啟壓力。 （2）吸液斷路器乳化液箱的乳化液經(jīng)吸液斷路器過濾后進(jìn)入泵。如需拆下泵檢修，則斷路器關(guān)閉乳化液箱。故吸液斷路器又是導(dǎo)通和封閉吸液通路的裝置。吸油斷路器由吸液過濾器和二個斷路閥組成。工作時，由吸液軟管頂開斷路閥芯，使箱和泵連接起來。如果把吸液軟管拆下來，閥芯在彈簧作用下復(fù)位，使乳化液封閉在箱中。只有經(jīng)常清洗過濾器，才能保證吸液管道的暢通無阻。在拆了吸液過濾器清洗時，斷路閥芯在彈簧的作用下復(fù)位，封閉乳化液的通路。(3)交替雙進(jìn)液閥當(dāng)一臺泵工作，一臺泵備用時，由于液壓作用，備用泵通液口被鋼球堵死，形成一臺泵單獨供液。如果二臺泵同時工作，鋼球兩面均受液壓作用，若一面壓力高，一面壓力低，鋼球必然向壓力低的方向移動。這樣一面通液口減小，阻力增加，鋼球位置反向移動。只有當(dāng)鋼球兩面壓力相等時才能平衡、穩(wěn)定地工作。利用液壓平衡原理可使用兩種不同壓力以不同流量向液壓支架供液。以20MPa泵站為例說明。一臺泵的調(diào)定工作壓力為20MPa(高壓泵)，另一臺泵的調(diào)定工作。（ 4）高壓過濾器高壓乳化液從入口進(jìn)入過濾器