液壓系統(tǒng)應(yīng)用——礦山（一）
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    采煤工作面是直接開采地下煤層的場所。技術(shù)先進(jìn)的現(xiàn)代采煤方式是采用綜合機(jī)械化的工作面，圖4.8-1為一個(gè)綜合機(jī)械化長壁采煤工作面的示意圖。工作面長度L一般為100～200m。自移式液壓支架沿整個(gè)工作面裝設(shè)，排列成一條可以向垂直于L方向推進(jìn)的“鋼鐵長廊”。如果L =150m，液壓支架的頂梁（或底座）寬度為1.5m，那末這個(gè)工作面就需要裝設(shè)100架液壓支架。一架支架通常具有10個(gè)左右的液壓缸（亦稱千斤頂），因此，在這一個(gè)工作面上約有1000個(gè)液壓缸在工作。
  在“鋼鐵長廊”下鋪設(shè)有刮板輸送機(jī)，采煤機(jī)騎在輸送機(jī)上沿L方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)裝有截齒的滾筒作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，將煤壁上的煤炭連續(xù)地切割下來（落煤），然后經(jīng)刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)和皮帶輸送機(jī)運(yùn)出采煤工作面。
    液壓支架是綜采工作面的支護(hù)設(shè)備，它支護(hù)和控制采煤機(jī)落煤以后所暴露的頂板，形成一個(gè)安全可靠的采煤機(jī)工作空間。
    液壓支架除了必須完成支撐頂板、推移輸送機(jī)和自身推進(jìn)動(dòng)作以外，還應(yīng)具有防止煤壁垮落（片幫）、實(shí)現(xiàn)超前支護(hù)（即支護(hù)在采煤機(jī)落煤之后，輸送機(jī)和支架尚未推進(jìn)時(shí)所暴露的頂板）、防止相鄰兩支架之間漏落矸石，以及當(dāng)煤層傾斜角較大（一般為a≥15°）時(shí)防止支架下滑等功能。
    液壓支架的支護(hù)功能是通過兩個(gè)前柱液壓缸8和兩個(gè)后柱液壓缸7將其前后立柱升起，使頂梁12頂住頂板13，防止工作面的頂板垮落。頂粱12和頂板13接觸之后液壓系統(tǒng)壓力增加，達(dá)到額定工作壓力時(shí)液壓缸產(chǎn)生的總推力稱為支架的初撐力。隨著時(shí)間的推移，煤層頂板下沉，液壓系統(tǒng)達(dá)到安全閥的調(diào)定壓力時(shí)，前后柱液壓缸產(chǎn)生的總推力稱為支架的工作阻力。支架系統(tǒng)壓力為15MPa時(shí)，初撐力為188t，安全閥調(diào)定壓力為31.8MPa，工作阻力為400t。

 

圖4.8-1  綜合機(jī)械化長壁采煤工作面示意圖

    液壓支架手動(dòng)操作的工作循環(huán)：隨著采煤機(jī)沿運(yùn)動(dòng)方向的位移，液壓支架應(yīng)完成相應(yīng)的動(dòng)作。每當(dāng)采煤機(jī)經(jīng)過一架支架，要有四架支架在不同的位置完成不同的動(dòng)作。①當(dāng)采煤機(jī)趨近第k架支架時(shí)，為了讓采煤機(jī)通過并順利截煤，應(yīng)操縱護(hù)幫液壓缸2，收回護(hù)幫機(jī)構(gòu)1；②操縱第（k-l）架的前梁液壓缸3，將前梁14伸出，進(jìn)行超前支護(hù)；③操縱第（k-m）架的推移液壓缸10，將刮板輸送機(jī)11推移一個(gè)步距；④操縱第（k-r）架，同時(shí)完成降下支柱，將支架向前推進(jìn)一個(gè)步距，再升起支柱，重新達(dá)到初撐力。整個(gè)工作面的全部液壓支架均需隨著采煤機(jī)的移動(dòng)順序地完成上述四個(gè)操作，以保證采煤機(jī)往返運(yùn)動(dòng)連續(xù)采煤。
    圖4.8-3為液壓支架的液壓系統(tǒng)圖。圖中1為乳化液壓泵，是定量三柱塞泵，額定流量為80L/min，額定壓力有35MPa和20MPa兩種，對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)功率分別為75kW和55kW。工作介質(zhì)是3%～5%的乳化油和97%～95%的水配制成的乳化液。國產(chǎn)液壓支架專用乳化油有M-4、SM-10和MDT三種牌號(hào)，蓄能器2用來吸收泵流量的脈動(dòng)和減輕液壓沖擊。因?yàn)橐簤褐Ъ苁情g歇工作的有自動(dòng)卸載閥3，它由主閥3.1，先導(dǎo)閥3.2和單向閥組成，并和手動(dòng)卸荷閥4裝在一個(gè)閥體內(nèi)。先導(dǎo)閥的調(diào)定壓力即泵的額定工作壓力。當(dāng)系統(tǒng)不需要液體壓力超過先導(dǎo)閥3.2的調(diào)定值時(shí)，乳化液經(jīng)主閥3.1溢流。安全閥5的調(diào)定壓力比泵的額定壓力高
10%左右。用手動(dòng)卸荷閥4使泵空載啟動(dòng)，泵站并聯(lián)著兩套泵和自動(dòng)卸載閥。6為兩個(gè)前柱液壓缸，7為兩個(gè)后柱液壓缸。分別由手動(dòng)換向閥8、9控制它們升降。10為液控單向閥。11為起安全作用的溢流閥。12為護(hù)幫液壓缸。掩護(hù)梁側(cè)推液壓缸13和頂梁液壓缸14用于調(diào)整相鄰支架的間隙，防止矸石漏落入采煤機(jī)的工作空間。當(dāng)工作面煤層傾角a >15°時(shí)，應(yīng)當(dāng)用防滑液壓缸15將全部支架依次連接起來，經(jīng)常進(jìn)行調(diào)整以防止它們下滑。16為前梁液壓缸，17為推移液壓缸。各液壓缸的動(dòng)作均靠手動(dòng)換向閥控制。
圖4.8-2液壓支架結(jié)構(gòu)示意圖
    支架液壓系統(tǒng)的特點(diǎn)：系統(tǒng)本身很簡單，但是由于其工作介質(zhì)是含水95%以上的高水基工作液，不能使用通用的液壓元件。因此具有以下一些特點(diǎn)：
    1)乳化液泵：目前國內(nèi)外絕大多數(shù)都采用臥式柱塞泵，而ICHY-4型乳化液泵站中使用了BHP-32/20型閥式配流徑向柱塞泵，效果也不錯(cuò)；
    2)各種液壓缸及其零件需要進(jìn)行表面防銹蝕處理；
    3)對(duì)各種操縱、控制閥的密封性能要求很高。因此很少采用滑閥，而多采用座閥或平面密封式閥類。如安全閥和液控單向閥多為橡膠墊的平面密封結(jié)構(gòu)；換向閥則為球閥或錐閥式的組合閥，其閥座材料常用尼龍等優(yōu)質(zhì)工程塑料；也有用平面密封式轉(zhuǎn)閥作先導(dǎo)閥，進(jìn)行液控操作，可以很方便地實(shí)現(xiàn)多位多通職能；
    4)在采用液壓先導(dǎo)控制的操作系統(tǒng)中，為減少操作管路，簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，常采用“印刷板”式油路和多芯軟管等元件；
    5)支架液壓缸專用的鼓形和蕾形橡膠密封圈，性能優(yōu)良，工作可靠，壽命長。
    當(dāng)前對(duì)支架液壓系統(tǒng)研究的兩個(gè)主要方面是：①研制先導(dǎo)控制的電液操縱閥，實(shí)現(xiàn)全工作面支架系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制；②進(jìn)一步研制適用于高水基高壓系統(tǒng)的液壓元件，以提高支架的初撐力和工作阻力。
圖4.8-3液壓支架的液壓系統(tǒng)圖

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