有关液压支架系统的分析优化技术探索

2016-11-30平顶山平煤机煤矿机械装备有限公司河南平顶山467000

中国新技术新产品 2016年13期

张衡周豹（平顶山平煤机煤矿机械装备有限公司，河南平顶山 467000）

有关液压支架系统的分析优化技术探索

张衡周豹
（平顶山平煤机煤矿机械装备有限公司，河南平顶山 467000）

摘要：随着中国科技与能源经济的高速发展，液压支架技术已经涉及到煤矿开采的方方面面，在原煤开采中起着举足轻重的作用，同时，人们对液压支架的研发设计也提出了更高的要求。然而目前存在一定数目的煤矿企业还是通过人工调节参数的传统方式来对四连杆参数进行改良优化，这样就会导致液压支架研发设计人员设计出的液压支架的顶梁轨迹摆幅过大，并且研发设计人员对液压支架进行后续优化花费的时间比较长。本文介绍了液压支架系统研发设计的相关技术，提出了对支架液压系统进行优化的具体方案以及相应的建议。

关键词：液压支架系统；优化设计；综合分析模型；多目标

伴随着现代科学技术日新月异的发展，我国现代工业生产得到了极大地提升，人们平时的生活质量相较以前有了质的改变。同时，社会的工业生产以及人们的日常生活对能量供应的需求也是与日俱增。目前我国最常用的能源是化石能源，其中世界原油储量已经不容乐观，石油开采的成本越来越大。所以人们首选的能源为煤炭。煤炭储量庞大，并且煤矿开采经济成本相较石油开采更加便宜，加之煤炭无论是井下开采还是露天开采其开采难度都相较石油的陆地或者海上开采难度要低得多。综上所述，煤炭资源已经成为目前中国主要的能源。

从改革开放开始，我国的煤炭开采量年年上升，我国各大煤炭矿场都一直对大型煤炭综合开采机械设备以及相关的配套技术有大量的需求。大型煤炭综合开采机械设备以及相关的配套技术在我国乃至世界市场上已经达到了供不应求的地步。大型煤炭综合开采机械设备进行快速高效率的采煤作业离不开一种关键的设备——液压支架。实现液压支架作为型煤炭综合开采机械设备的关键设备同样有着巨大的经济价值以及发展前景。

液压支架的能量来源为具有很大压力的液体，它主要由金属材质的零部件以及一些液压器件构成，同采煤机以及刮板运输机共同组成了煤炭综采设备。液压支架与其他煤炭综合开采机械设备一同用于煤炭开采作业，能够完成采煤作业过程中的关键工艺流程。本文为了克服传统液压支架设计中存在的工艺繁多、花费时间很长、浪费大量的人力资源以及自然资源、复用性能差以及最为关键的使用时间太短等缺陷，研发设计出一种计算应用平台。本平台专门用于通过对液压之间的参数分析来对液压支架进行优化设计，有效地解决了在现实煤矿采煤作业中液压支架存在的一些问题与不足。

1. 液压支架系统优化的具体要求

在煤矿企业得到广泛应用的液压支架从结构以及围岩关系上考虑，主要包括下面三大类：

（1）支撑式液压支架

支撑式液压支架详细来分，又包括节式支架与垛式支架。其中，节式支架一般指的是两个或两个以上数目的机械连接形成架节，各个架节依次依靠与自己相邻的架节做为移动的支点依次进行运动前进的支撑式液压支架；而垛式支架一般指的是呈箱形的底座含有起到稳固作用的4个支柱，内部则是复位相关设施机构的支撑式液压支架。

（2）掩护式液压支架

掩护式液压支架与其他液压支架的不同之处在于掩护式液压支架含有掩护梁。

（3）支撑掩护式液压支架

支撑掩护式液压支架因为含有顶梁与掩护梁，也就是同时含有支撑式液压支架与掩护式液压支架的关键结构，具有支撑式液压支架与掩护式液压支架双方的优点。支撑掩护式液压支架是一种近几年来从支撑式液压支架与掩护式液压两者的基础上新发展起来的液压支架。正因如此，支撑掩护式液压支架工程环境适应能力强。

下面将分别介绍优化液压支架系统的具体要求及相关建议：

1.1 优化液压支架系统时，采用集成化的设计方法

设计人员通过集成化的设计方案来对液压支架系统进行研发设计，尽最大可能使用板式、叠加式以及块式的综合集成化设计，进一步将管路的长度降到最短，进一步降低管接头的数目。这样做的目的有两点：一是通过进一步将管路的长度降到最短是为了进一步降低机械作业时的压力损耗；二是通过进一步降低管接头的数目是为了进一步降低机械作业时的压力损耗以及进一步降低失效环节的数目。设计人员通过集成化的设计方案来对液压支架系统进行研发设计能够使整个液压支架系统运动更加的灵活，工作效率大大提升，进一步提高了液压支架系统的稳定性，降低了液压支架系统的复杂度。

1.2 优化液压支架系统时，系统的流量应尽量大

液压支架作为煤炭综采设备中的关键设备，其移动速度能够对煤矿企业中原煤开采的产量以及采煤效率产生直接的影响。特别需要指出的是，液压支架移动速度的决定性因素为移驾花费的时间，移驾花费的时间相较采煤机通过液压支架花费的时间要小一些。当缸径相等的情况下，液压支架移动速度取决于液压支架系统的流量大小，这就是设计人员在设计液压支架系统时为什么系统的流量应尽量大的原因。

1.3 优化液压支架系统时，应考虑各个元件的使用范围相匹配

在液压支架系统负载一定的情况下，为了充分保证液压支架系统设计的成本、液压支架系统的科学性以及可靠性，设计人员必须严格对液压支架系统的供液压力进行甄选。当液压支架系统的供液压力过小时，那么执行器件的规格则要增加，液压支架系统如果想要完成规定的移动速率，就不得不加大液压支架系统的供液流量；当液压支架系统的供液压力过大时，那么执行器件的密封则要增加，加大了液压支架系统的成本。工作人员应严格控制液压支架系统的供液压力，各个设备都有属于自己的适宜压力以及流量的范围，假如工作环境中的压力大于这个压力范围将会造成液压支架系统性能下降，甚至降低液压支架系统的使用寿命的严重后果。因此，设计人员对液压支架系统进行研发设计时要充分考虑到其他设备的适宜压力以及流量的范围，确保每个设备的工作环境都在自己适宜压力以及流量的范围内，以免造成液压支架系统性能下降。

1.4 优化液压支架系统时，要求安全阀流量大

支架采高与对应的支架供液阻力呈正比例关系。当支架采高数值很小时，对应的支架供液压力就越小；当支架采高数值变大时，对应的支架供液压力就相应变大。在液压支架系统进行作业时，顶板对支架施加压力，这时候立柱必须马上泄液，这样做的目的就是为了充分保证液压支架的安全性。那么这样就对安全阀的流量提出了进一步的要求，安全阀流量必须大到能够迅速泄液。在一些冲击地压比较大的作业区域，液压支架立柱以及起平衡作用的千斤顶的安全阀应该能够迅速泄液。冲击来的速度与退的速度都很快，这就必须要求安全阀具有极大的流量，对冲击做出反应的时间应该十分的短。抵消冲击地压的安全法应安装在液压支架立柱缸体的上面，这样做的原因是冲击到来时液体不能够完全将压力传递出去，导致液压支架立柱缸体上部分承受的冲击地压要大于液压支架立柱缸体下部分。这样的设计使液压支架立柱内的平均压力值变小，减小了冲击对液压支架的损耗。

1.5 优化液压支架系统时，还应该考虑经济效益

随着我国科学技术的高速发展以及自主创新能力的不断提升，国产的液压元件质量越来越高，国产的液压元件变得越来越可靠，整体素质与国外进口的液压元件相比差距越来越小。而设计优化液压支架系统时如果采用国外进口的液压元件，就会大大增加液压支架系统的设计生产成本，考虑到成本因素，设计人员有必要在条件允许的情况下尽量选择国产的液压元件，有利于进一步增强我国自护研发的能力以及对国产液压元件的自信心。

液压元件的密封性能直接决定着液压支架系统工作运行的效率以及可靠性。目前，为了提高液压支架系统工作运行的效率以及可靠性，一部分矿区都是采用的国外进料口的工作面密封件，研发使用成本相当高，严重影响了煤炭开采产业的发展。我国对密封性液压元件的研发虽然取得了举世瞩目的进步，同国外最新的研发成果相比还是有一段差距，这就要求我们必须加大对密封性液压元件的研发力度，进一步提高液压元件的密封性。