液压支架的发展与前瞻

潘集区潘二煤矿 采煤一队 王忠宝

液压支架的发展与前瞻

潘集区潘二煤矿 采煤一队 王忠宝

一、国内外液压支架发展概述

液压支架是以高压液体为动力，由若干个液压元件与一些金属构件组合而成的一种支撑和控制顶板的采煤工作面设备。自20世纪50年代以来，液压支架已逐步成为采煤工作面核心设备，目前，世界上已生产制造出数百种架型和上万种型号的液压支架，以适应各类煤层开采支护需要。

20世纪60年代，我国也曾开发了10余种液压支架，但液压支架一直处于研制、实验阶段；20世纪70年代先后从国外引进数10余套液压支架。经不断地探索、总结，制造出各种类型的支架；80年代液压支架研发处于创新提高阶段，相续开发出30余种新架型，并广泛用于国有大中型煤矿，取得良好的经济效益；20世纪90年代特种液压支架的研制获得迅速发展，各种新型支架相继问世；21世纪随着计算机技术、自动化技术的普及与应用，液压支架的控制逐步向程序控制、数字控制、遥控和自动化控制迈进。

二、国内外液压支架差异

国产支架在制造技术、材质性能、加工工艺、控制系统及密封性能上与国外先进国家相比还存在很大差距。

1.加工制造方面。据有关综采工程技术人员反映，国产液压支架到目前为止尚未达到1979年引进100套支架的技术水平。如结构材料，德国采用ST52材料其屈服极限为500 MPa，而我国使用16 Mn材料屈服极限仅为350 MPa；阀类，国外一直用铜合金阀壳和高强度不锈钢阀芯，我国则是45钢加表面热处理；在加工工艺上，国外油缸内壁是复镀，国产则为不镀。

2.控制系统方面。国外20世纪60年代采用手动直控制操作系统；20世纪70年代采用先导控制系统，随之英国首先提出研制电液控制系统，20世纪90年代道梯公司研制出全工作面电液控制系统，紧随其后威斯特伐利亚-贝瑞特公司研制出更为先进的P-M 3、P-M 4电液控制系统。现美国、德国、英国、澳大利亚等国家基本上全是可编程电液控制，而我国仍多采用手动控制系统。

3. 液压元件方面。液压支架的可靠性主要依赖于液压元件的可靠性，液压支架在煤矿生产中应用是否成功，关键在于液压元件的技术性能是否达到要求。国外目前多采用大流量安全阀、液控单向阀、截止阀、初撑力保持阀及立柱快速回液阀。而我国对此类液压元件研发较为滞后，目前仍沿用20世纪80年代的产品，没有形成液压元件通用化、系列化、标准化。

三、液压支架发展前景展望

鉴于科学技术的高速发展，新技术、新工艺、新方法、新材料的不断应用及计算机技术的空前扩展，液压支架的未来具有十分诱人的发展前景。

1.设计理念的更新，液压支架发展的一场革命。由于液压支架的工作条件恶劣，人、机环境的相互关系问题显得更加重要。绿色设计是将材料选择、产品结构、工艺方法、外观造型和色彩搭配按照一定规律，采取艺术的方法加以巧妙融合，充分体现人机环境系统的和谐统一。这种绿色设计，它不仅考虑环境和资源既要满足经济发展需要，又要满足人类生存发展需要，是人类可持续发展战略在支架设计中的体现。如：液压支架在设计过程中采用多目标模糊化设计，要求支撑力大、移架速度快、重量轻、用料少等，每个目标确定一个函数，即得多个设计目标函数，然后组合优化，确定最佳方案。

2.采取纯水液压技术，液压支架将成为绿色机械。纯水液压技术是液压领域的发展前沿。它不仅有良好的抗燃性、散热性、而且价格也便宜，无污染，长久以来液压支架在地表层下工作，由于使用工作介质是乳化液，并有许多添加剂，对地表以下环境污染严重。所以，液压支架使用纯水液压技术，对降低煤矿的生产成本，保护环境是有益的，并可改善矿井的工作和安全条件。随着社会不断进步，时代的要求呼唤着水压传动（起源于1605年发现帕斯卡定律）这一古老又崭新的技术复出。目前，西方国家集中力量研究该项目技术，并取得突破性进展。如：润滑磨损问题，合理选用摩擦副材料，如工程塑料、结构陶瓷、高分子材料、防锈防腐镀层等。结构陶瓷因具有良好的耐磨性、抗气蚀性及化学稳定性，较低的摩擦系数等特征，备受青眯。在液压元件在用结构陶瓷代替部分金属材料，大大改善了其性能。总之，新材料的成功研制与应用，精密加工技术的不断进步，以及各种型结构液压元件的制成，使得液压支架采用纯水液压技术进入严格的无污染领域，具有十分诱人的应用发展前景。

3.高科技的应用，液压支架趋于智能化。先进的科学技术应用是将各种技术相互渗透，相互结合的基础上相互辅助，扬长避短，使组合后的整体功能大于组成整体的各个部分功能之和的综合性交叉学科。多种技术向“机械母体–液压支架”不断渗透，包括机、电、液、光、磁等技术的伺服器系统。具体说，是以液压支架输出的力、速度为目的，构成了从输出到输入的闭环系统，涉及传感技术、计算机控制技术、信号处理技术、机械传动技术、液压传动技术等。同时，故障诊断技术（包括信号检测，故障判断，故障检测，故障分析等）将随着高科技的发展理论（如小波技术，神经网络，人工智能）介入液压支架的早期诊断，以预防和减少事故的发生、维护的盲目性和维修时间，延长支架服务年限，提高生产效率。