液壓系統應用——礦山（一）
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    采煤工作面是直接開采地下煤層的場所。技術先進的現代采煤方式是采用綜合機械化的工作面，圖4.8-1為一個綜合機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工作面裝設，排列成一條可以向垂直于L方向推進的“鋼鐵長廊”。如果L =150m，液壓支架的頂梁（或底座）寬度為1.5m，那末這個工作面就需要裝設100架液壓支架。一架支架通常具有10個左右的液壓缸（亦稱千斤頂），因此，在這一個工作面上約有1000個液壓缸在工作。
  在“鋼鐵長廊”下鋪設有刮板輸送機，采煤機騎在輸送機上沿L方向往復運動，同時裝有截齒的滾筒作旋轉運動，將煤壁上的煤炭連續地切割下來（落煤），然后經刮板輸送機、轉載機和皮帶輸送機運出采煤工作面。
    液壓支架是綜采工作面的支護設備，它支護和控制采煤機落煤以后所暴露的頂板，形成一個安全可靠的采煤機工作空間。
    液壓支架除了必須完成支撐頂板、推移輸送機和自身推進動作以外，還應具有防止煤壁垮落（片幫）、實現超前支護（即支護在采煤機落煤之后，輸送機和支架尚未推進時所暴露的頂板）、防止相鄰兩支架之間漏落矸石，以及當煤層傾斜角較大（一般為a≥15°）時防止支架下滑等功能。
    液壓支架的支護功能是通過兩個前柱液壓缸8和兩個后柱液壓缸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接觸之后液壓系統壓力增加，達到額定工作壓力時液壓缸產生的總推力稱為支架的初撐力。隨著時間的推移，煤層頂板下沉，液壓系統達到安全閥的調定壓力時，前后柱液壓缸產生的總推力稱為支架的工作阻力。支架系統壓力為15MPa時，初撐力為188t，安全閥調定壓力為31.8MPa，工作阻力為400t。

 

圖4.8-1  綜合機械化長壁采煤工作面示意圖

    液壓支架手動操作的工作循環：隨著采煤機沿運動方向的位移，液壓支架應完成相應的動作。每當采煤機經過一架支架，要有四架支架在不同的位置完成不同的動作。①當采煤機趨近第k架支架時，為了讓采煤機通過并順利截煤，應操縱護幫液壓缸2，收回護幫機構1；②操縱第（k-l）架的前梁液壓缸3，將前梁14伸出，進行超前支護；③操縱第（k-m）架的推移液壓缸10，將刮板輸送機11推移一個步距；④操縱第（k-r）架，同時完成降下支柱，將支架向前推進一個步距，再升起支柱，重新達到初撐力。整個工作面的全部液壓支架均需隨著采煤機的移動順序地完成上述四個操作，以保證采煤機往返運動連續采煤。
    圖4.8-3為液壓支架的液壓系統圖。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，對應的電動機功率分別為75kW和55kW。工作介質是3%～5%的乳化油和97%～95%的水配制成的乳化液。國產液壓支架專用乳化油有M-4、SM-10和MDT三種牌號，蓄能器2用來吸收泵流量的脈動和減輕液壓沖擊。因為液壓支架是間歇工作的有自動卸載閥3，它由主閥3.1，先導閥3.2和單向閥組成，并和手動卸荷閥4裝在一個閥體內。先導閥的調定壓力即泵的額定工作壓力。當系統不需要液體壓力超過先導閥3.2的調定值時，乳化液經主閥3.1溢流。安全閥5的調定壓力比泵的額定壓力高
10%左右。用手動卸荷閥4使泵空載啟動，泵站并聯著兩套泵和自動卸載閥。6為兩個前柱液壓缸，7為兩個后柱液壓缸。分別由手動換向閥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為護幫液壓缸。掩護梁側推液壓缸13和頂梁液壓缸14用于調整相鄰支架的間隙，防止矸石漏落入采煤機的工作空間。當工作面煤層傾角a >15°時，應當用防滑液壓缸15將全部支架依次連接起來，經常進行調整以防止它們下滑。16為前梁液壓缸，17為推移液壓缸。各液壓缸的動作均靠手動換向閥控制。
圖4.8-2液壓支架結構示意圖
    支架液壓系統的特點：系統本身很簡單，但是由于其工作介質是含水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：
    1)乳化液泵：目前國內外絕大多數都采用臥式柱塞泵，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；
    2)各種液壓缸及其零件需要進行表面防銹蝕處理；
    3)對各種操縱、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構；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質工程塑料；也有用平面密封式轉閥作先導閥，進行液控操作，可以很方便地實現多位多通職能；
    4)在采用液壓先導控制的操作系統中，為減少操作管路，簡化系統結構，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，性能優良，工作可靠，壽命長。
    當前對支架液壓系統研究的兩個主要方面是：①研制先導控制的電液操縱閥，實現全工作面支架系統的計算機控制；②進一步研制適用于高水基高壓系統的液壓元件，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圖

本文標題：液壓系統應用——礦山（一）

分類：液壓行業知識
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