液压支架用乳化液泵站同步供液方案的优化

2021-09-28王军平

山西冶金 2021年4期

王军平

（阳煤集团寿阳开元矿业有限责任公司，晋中寿阳 045400）

液压支架是煤矿井下支护作业的核心，其工作的稳定性和可靠性直接决定了井巷道支护的安全性。液压支架在工作过程中的移架、升架等动作均由乳化液泵站控制，由于综采面液压支架组数量多、动作频繁，因此对乳化液泵站的供液需求要求高，目前常用的乳化液泵站的最大额定流量约为600 L/min，无法满足井下多液压支架同时动作的需求，因此为了提高支架组动作的一致性，通常将多个乳化液泵站进行并联供液。但在实际使用的过程中发现，由于缺乏统一的控制系统，导致两个乳化液泵站在供液是存在着较大的随意性，使液压支架的调节流量波动大、供液稳定性极差，给井下的支护安全带来了较大的隐患。

本文结合开元公司9714综采工作面井下液压支架的供液实际需求，提出了一种新的多泵站并联供液方案，通过使电磁铁推动进液阀在排液阶段进行一定的延迟，实现乳化液泵站在出口位置流量的主动调节，从而实现对多泵站并联供液时的自动调节，满足供液稳定性的需求，根据实际应用表明，新的供液方案能够将供液过程中的流量波动降低57.1%，对于提升多乳化液泵站供液稳定性、提升井下液压支架运行安全具有十分重要的意义。

1 泵站同步供液方案

在传统的供液系统中，矿山生产企业只是将两个泵站简单的进行并联并应用于供液，因此无法对供液过程中两个泵的供液流量进行调节，因此结合乳化液泵站的供液流程和实际需求，提出对控制系统进行优化，利用电磁铁推动进液阀在排液初期进行短暂的停顿，确保进入到泵站柱塞腔的乳化液完全流回到油箱内，使流经排液阀的乳化液流量降低，实现在泵站出口位置流量的自动调节，避免供液过程中出现过大的波动[1]。

为了验证该供液方案的有效性，以开元公司9714综采工作面BRW400型乳化液泵站为研究对象，以AMESIM仿真分析软件为基础，对不同供液方式下的供液稳定性进行研究，该供液系统仿真分析模型如图1所示[2]。

图1 供液系统仿真分析结构示意图

为了确保仿真分析结果的准确性，系统在定义各元器件的参数时，按照该乳化液泵站的实际参数来定义，活塞缸的直径设置为40 mm，活塞杆的行程为66 mm，进液阀的阀芯直径为39 mm，阀芯的等效质量为139g，弹簧刚度为1.4 N/mm，弹簧预压缩量为0.5 mm，排液阀的阀芯直径为34 mm，阀芯的的等效质量为79g，弹簧刚度为27 N/mm，弹簧预压缩量为2 mm，同时为了对供液过程中的供液情况进行调整，在系统中设置了一个容积为25 L，预充气压力为8 MPa的囊式蓄能器。

在仿真分析时，在曲轴和柱塞之间设置一个线性速度传感信号[3]，然后再进液阀发现的左侧增加一个电磁阀控制器，用于控制进液阀芯能够按不同的速度进行关闭，从而模拟泵站供液时的延迟供液，实现对供液稳定性的智能调节。

2 同步供液方案仿真

为了对不同供液方案下的供液稳定性进行验证，利用AMESIM仿真分析软件[4]，对两种不同供液方案进行验证，假设液压支架组所需的供液量为200 L/min，方案I是传统情况下两者等量供液（每个泵站均按100 L/min）方案，方案II为新的流量自调节供液方案。方案I供液情况下的仿真分析结果如图2所示。

图2 等量供液方案下仿真分析结果

由图2分析结果可知，在等量供液方案下，2台乳化液泵站的平均供液流量为100.52 L/min，能够满足液压支架的供液需求，但2台泵的瞬时供液流量在84~112L/min之间变化，存在着较大的波动，因此会导致供液系统出现较大的振动冲击，影响供液安全性。

流量自调节方案下的供液方案仿真分析结果如图3所示。

图3 流量自调节方案下仿真分析结果

由图3分析结果可知，在流量自调节控制下系统的总供液量约为200.24 L/min，满足9714综采工作面液压支架的供液需求，泵1和泵2的进液阀进行了延迟控制，使泵1的平均输出流量为123.62 L/min，泵2的平均输出流量约为76.46 L/min，由于两种供液流量存在着一定的差异，使油液在流动过程中的冲击显著降低，提升支架调节时的稳定性。

两种供液方案下的供液总量变化情况如图4所示。

图4 不同供液方案下流量变化曲线

由图4可知，在方案2的情况下输出的瞬时流量在196.5~202.5 L/min之间波动，而方案1情况下输出的瞬时流量在192.5L/min~206.5L/min之间波动，由此可知，在新的控制方案下，能够将供液过程中的流量波动降低57.1%，对于提升多乳化液泵站供液稳定性、提升井下液压支架运行安全具有十分重要的意义。