矿用液压支架优化设计探微

矿用液压支架优化设计探微

何庆帅

何庆帅

1太原理工大学山西省太原市030000

2同煤集团四老沟矿山西省大同市037003

摘要：随着我国矿区开采形势的逐年严峻，对于开采作业也提出了高效率高产量的全新标准，这就要求了采用的矿用液压支架必须进行针对性的优化设计。本文作者根据自身研究矿用液压支架多年的实际经验，对于矿用液压支架的优化展开了深入的调研与分析，并给出实际的优化方案，希望能对我国矿用液压支架的优化设计起到一定的启发作用。

关键词：矿用；液压支架；优化设计

引言：

液压支架是矿区生产必不可少的作业设备，我国对液压支架的研究和使用可以追溯到上个世纪70年代，科研工作者在液压支架的研发上投入了大量的人力和物力。随着新世纪的到来，越来越多的新工艺新技术被应用在矿用液压支架上，这就要求设计人员需要明晰液压支架的设计思路，了解优化方向，进而推进矿用液压支架的深度优化。

一、矿用液压支架的研究现状

我国对于矿用液压支架的研究起步较晚，与国际先进的液压支架技术还存在着很大差距。在二十世纪七十年代之初，我国就已经开始引入国外先进的液压支架进行仿制和研究，然而这种研究方式缺少独创性，且研制出的矿用液压支架无法因地制宜，需要进行重新调整才能开始进一步作业，这导致了我国仿制的液压支架使用寿命较低，且与作业需求的配适度存在着一定的偏差。而且我国的原材料的参数与国际原材料使用的参数也存在着一定的差异，很多原材料以及元件需要进行国外采购才能使用，导致了液压支架整体制造成本过高，严重的制约了我国矿用液压支架的发展。而随着二十一世纪的到来，矿用液压支架技术也得到了进一步发展，随着电子通讯技术，电子信息技术等多个领域技术的不断突破，我国液压支架系统的设计水平和研发质量也有了质的飞跃，我国液压支架技术完成了从最初的引进仿制到自主研发并出口世界的华丽蜕变，相信随着矿用液压支架的设计不断优化，我国液压支架的设计技术将与世界先进水平不断拉近，相信随着优化设计的不断完善，我国的液压支架最终将在国际市场上占据一席之地[1]。

二、矿用液压支架的主要结构

（一）主体结构

主体结构是液压支架的最主要结构之一，主体结构的组成包括顶梁结构、前后连杆结构、掩护梁结构以及底座结构等。在这之中，顶梁是与矿区内部煤层顶板直接接触来进行支持的主要元件，而其他元件是是用来组成支架结构的四连杆结构，这种四连杆结构主要的作用是承载支架主体所受到的水平力以及高扭力，确保液压支架的受力更加均匀。

（二）执行元件

矿用液压支架的执行元件包括组成液压支架的全部液压缸，立柱以及千斤顶。立柱在整个结构之中，是作为支护顶板并且为顶板提供竖直方向分力的主要元件。而千斤顶的功能性要更多，千斤顶根据不同功能也有不同的名字，例如推移千斤顶，这种千斤顶即是实现现推溜和拉架的动作，能够将整个平面进行水平推进的千斤顶；而侧推千斤顶是实现测方向护板的伸出以及收回动作的千斤顶，能够起到防止架间漏矸的作用；伸缩千斤顶是用来实现伸缩梁的伸与缩的千斤顶，是一个能够起到临时支护作用的千斤顶，而防倒千斤顶则是用来防止倒架的千斤顶[2]。

（三）控制元件

控制元件即是包括对于阀组的换向，液控阀门的控制，以及单向锁双向锁的调控等。控制元件在整个系统之中，一来是维持整套系统在额定压力的区间之内工作，确保各个液压系统的元件能够得到有效保护，二来是为整个支架提供人为调控的空间，确保整个作业流程参数符合标准。

（四）辅助装置

辅助装置即是指实现支架整体位移以及防止支架再位移过程之中出现位移过大失稳的装置。辅助装置包括推移系统，防倒防滑系统以及护帮系统，推移系统是实现液压支架的拉架进行位移确保作业能够持续向前推进的主要设备，而防倒防滑系统一般都使用在坡度和倾斜角度较大的作业过程之中，防止支架在作业过程之中出现不正常的位移现象，护帮系统是对整套液压装置以及作业人员提供保护的安全设备。

三、矿用液压支架的优化设计

（一）液压支架作业循环流程时间的优化

随着我国液压支架设计的不断发展和进步，原有的支架设计体系逐渐已经无法满足矿用的基本需求，矿区开采的作业效率要求也在逐渐提升，这就要求了需要对目前的矿用液压系统进行一定的优化和设计，从而使液压支架的作业速度，位移效率提升，从而直接提升采矿机的牵引速度。在这个过程之中，采矿机的牵引速度为10.5m/s，而采矿机在通过液压支架的时间大约为11.7S，也就是说，支架的每个循环流程时间必须小于11.7秒，因此矿用液压支架的优化设计参数应该为支架的作业循环流程时间小于或等于10S，将此作为矿用液压支架优化设计的主要参数。当前市面上的液压支架，每个作业流程循环大约在15秒左右，因此需要在立柱回路和推移回路上采用大流量的液压元件进行优化设计。在架间的管路上，采用三进三回设计，主进路上采用DN25的球阀以及流量可达到900L/MIN的双反冲洗过滤器，主回路之中采用DN40的回油断路阀进行短路，同时主阀门的阀芯在设计时，其通径采用DN20设计，一旦升柱时，使用一个电磁先导阀进行驱动，带动两个主阀的阀芯，这两个主阀的阀芯将负责为两个立柱进行单独的液压供液。DN20通径在31.5MPa的压力差作用之下，其进液流量将高达1000L/MIN以上，回流的液量将会更高。同时单向阀的设计可以采用大流量的双阀芯立柱进行液控，也就是所谓的双路进液出液设计，这时的流量在500L/MIN，而千斤顶之中的控制阀可以采用流量超过500L/MIN的液控阀门进行控制。在经过一系列流量阀门的改进和优化后，矿用液压支架整体实现了高压力的大流量系统改装，整个系统的位移速度将会更快[3]。

（二）内部管道的布置优化

矿用液压支架的内部管道在优化过程之中，首先要遵循实用性和安全性的原则，然后要进一步考虑到美观性布置的原则。当前的矿用液压支架设计，经常会出现液压系统紊乱的现象，这种现象是因为内部管道的设计不够合理，也没有有效的监测机制。其中，液压支架主要管道的胶管长度不够合理，架内部的胶管相互交错与挤压，造成了作业不够流畅，内部处理不够美观的现象。在优化过程之中，首先应该确定胶管的设计规格，根据矿区开采的实际作业情况以及工作时胶管的压力和流量进行改造，各方面的参数应该经过精确的计算，进而得出胶管应该采用的实际长度。在样机的装配过程之中，一旦发生参数不准确的情况，应该进行及时的上报信息，严格禁止私自更换胶管参数的现象。同时由于我国在之前进行矿用液压支架的设计时，设计大多采用与国外的液压内部管道，设计人员的经验欠缺，导致了管道内部出现配置布局不够合理的现象，因此优化过程之中，设计人员应该考虑到胶管的整体走向，并在定位过程之中，充分考虑到管路的连接以及安装空间布局，尽量减少因为胶管相互交叉造成的拥挤现象。在进行内部管道的布置和优化时，设计人员应该摒弃过往的设计思路，根据操纵阀的位置和千斤顶胶管的接口方向来确定胶管的整体走向，同时在进行设计的过程之中，应该将胶管走向明确标注在设计图纸之上，各个经过的管夹也应该做出明确说明，建立完善的液压系统布置数据库，将多种设计模板收录于数据库之中，为今后的设计和优化提供有效的参考[4]。

四、结束语

综上所述，矿用液压支架的主要结构包括主体结构、执行元件、控制元件以及辅助装置，对其进行优化设计，主要是减少液压之间作业循环流程时间，对内部管道的布置进行优化，进而提升液压支架的稳定性和作业效率，满足当前矿区生产作业对于液压支架的使用需求。

参考文献：

[1]裴志毅，周玉乾，李书臣.液压支架底座优化设计[J].中州煤炭，2012，（6）：24-25.

[2]刘真祥，曾湘黔，刘应文.液压支架模拟测试系统模型[J].贵州大学学报（自然科学版），1999，（4）：288-291.

[3]徐佳佳.液压支架液压系统的优化设计研究[J].能源与节能，2017，（6）：138-139.

[4]徐佳佳.液压支架液压系统的优化设计研究[J].能源与节能，2017，（6）：138-139.