分析液壓支架自動(dòng)增壓初撐系統仿真

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　　在MSC.EASY5中建立立柱液壓控制系統模型,在模型中用定量泵PH加溢流閥RF代替乳化液泵站,流量為200L/min,溢流閥開(kāi)啟壓力為31.5MPa。經(jīng)過(guò)仿真之后,得出立柱下腔壓力變化曲線(xiàn)及活柱位移曲線(xiàn)。通過(guò)應用EASY5仿真分析,發(fā)現應用這種自動(dòng)初撐力保證閥的立柱控制系統能夠有效地提高立柱下腔壓力,縮短初撐時(shí)間。 關(guān)鍵詞:自

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　　保證液壓支架初撐力一直是科研和生產(chǎn)使用中十分關(guān)心的問(wèn)題。生產(chǎn)實(shí)踐表明,低初撐力支架將導致直接頂的早期離層與破碎,從而失去對基本頂的有效控制,導致基本頂跨落,基本頂跨落時(shí)造成對支架的沖擊,同時(shí)也影響支架的穩定性,使支架不能通過(guò)直接頂傳遞來(lái)對老頂取得平衡。在支架的設計中,一般把初撐力設計為工作阻力的0.52—0.77倍,由泵站壓力來(lái)保證。免費。然而在工作面現場(chǎng),由于多種因素,會(huì )造成初撐力達不到設計要求的值,以致帶來(lái)各種不利影響[1,2]。

　　1.初撐力不足的原因分析

　　如圖1為立柱液壓控制回路,由泵站來(lái)的乳化液直接經(jīng)操縱閥,液控單向閥進(jìn)入立柱下腔,使立柱快速升柱,這時(shí)的立柱下腔壓力很小,一般不大于1MPa。當頂梁接觸頂板之后,假定頂板是剛性的,則活柱不再升高,進(jìn)入立柱下腔的液體流量急劇變小,其下腔壓力開(kāi)始升高,因為立柱缸體和下腔內的乳化液具有一定的壓縮率,尚需少量補液以使其達到初撐力要求。

　　圖1 立柱液壓控制系統

　　在MSC.EASY5中建立立柱液壓控制系統模型,在模型中用定量泵PH加溢流閥RF代替乳化液泵站,流量為200L/min,溢流閥開(kāi)啟壓力為31.5MPa;主進(jìn)、回液管路直徑為25mm,長(cháng)度為60m;操縱閥為三位四通換向閥,其工作位置由階躍信號控制;立柱缸徑/活塞桿直徑為250/230mm,行程為1000mm,假設負載恒定,為20KN。經(jīng)過(guò)仿真之后,得出立柱下腔壓力變化曲線(xiàn)及活柱位移曲線(xiàn)。

　　從仿真曲線(xiàn)可以看出,立柱在1s時(shí)開(kāi)始升柱,立柱下腔壓力較小,平均為0.8MPa立柱在15.7s的時(shí)候達到全行程(在此相當于頂梁接觸頂板的工況),從15.7s開(kāi)始下腔壓力逐漸升高,當達到18s的時(shí)候壓力31.2MPa,尚達不到泵站壓力,從下腔壓力曲線(xiàn)上還可以看出,即使操縱閥繼續開(kāi)啟為立柱供液10s,其壓力始終保持在31.4MPa,不會(huì )再升高。在生產(chǎn)實(shí)踐中檢測到的下腔壓力曲線(xiàn)升高的還要緩慢,甚至持續供液20s都達不到泵站壓力,主要原因是頂板具有一定的彈性,不是絕對的剛性頂板,即使在頂梁接頂之后,活柱依然會(huì )有微量上升的位移,加上缸體的彈性變形,即使繼續給下腔供液,下腔壓力無(wú)法達到泵站壓力,無(wú)法達到設計要求的初撐力。

　　2.自動(dòng)增壓閥工作原理

　　這種自動(dòng)增壓閥的工作原理圖如圖2所示,主要由增壓缸2、兩個(gè)單向閥(3、4)、和二位三通液控換向閥1組成。當自動(dòng)增壓閥的進(jìn)口壓力P1小于二位三通液控換向閥的調定控制壓力pz時(shí),從進(jìn)液管路來(lái)的液體進(jìn)增壓閥進(jìn)口、單向閥及增壓閥出口直接排出,增壓缸不起作用。當p1大于調定壓力時(shí),二位三通閥右位工作,由增壓缸的工作原理可知,增壓缸左右腔的壓力比為K=(D/d)2。增壓比的確定與泵站壓力,管路壓力損失和支架所需

　　圖2 自動(dòng)增壓閥工作原理

　　1液控二位三通閥 2增壓缸 3、4單向閥

　　a進(jìn)液口 b出液口

　　初撐力有關(guān)。在此選用增壓比為2,增壓缸小腔直徑d=70mm,增壓缸活塞桿行程為40mm,二位三通液控換向閥的調定壓力為23MPa,增壓閥一次可以供給的高壓乳化液容量為200ml,乳化液為95%的水和5%的液壓油組成的,按水的體積彈性模量3000MPa,要使下腔壓力達到32MPa,壓力增長(cháng)10MPa,所需乳化液容量為167ml,增壓閥一次排量為200ml,能達到初撐力要求。

　　3.自動(dòng)增壓初撐系統組成及工作原理

　　自動(dòng)增壓初撐力保證系統原理如圖3所示。本系統主要由操縱閥1、自動(dòng)增壓閥2、液控單向閥5、安全閥4組成。其特點(diǎn)就是在每個(gè)立柱的下腔進(jìn)液控制回路中并聯(lián)一個(gè)自動(dòng)增壓閥。當需要升柱時(shí),操縱換向閥使其右位工作,從進(jìn)液管路來(lái)的高壓乳化液通過(guò)操縱閥1,然后液控單向閥5直接給立柱下腔供液,另外還可以通過(guò)自動(dòng)增壓閥供液,這時(shí)由于立柱處于升柱狀態(tài),進(jìn)液口壓力比較低,增壓缸不動(dòng)作,立柱處于快速升柱狀態(tài);當頂梁接觸頂板,立柱下腔壓力開(kāi)始升高,當進(jìn)液口壓力大于液控二位三通閥的調定壓力時(shí),增壓缸開(kāi)始動(dòng)作,在極短的時(shí)間就可以達到40MPa的高壓。

　　圖3 自動(dòng)增壓系統原理圖

　　1操縱閥 2自動(dòng)增壓閥 3立柱 4安全閥 5液控單向閥

　　4.自動(dòng)增壓初撐系統的仿真分析

　　根據其原理圖在MSC.EASY5中建立自動(dòng)增壓初撐系統的模型[3],其模型就是在原來(lái)系統中并聯(lián)一個(gè)自動(dòng)增壓閥(模型中最上面部分)。。設置仿真參數開(kāi)始仿真,操縱閥在1s時(shí)打開(kāi)為立柱下腔供液,乳化液分兩路向立柱下腔供液,一路經(jīng)過(guò)液控單向閥,一路經(jīng)過(guò)自動(dòng)增壓閥,此時(shí),系統壓力為13MPa,經(jīng)過(guò)60m長(cháng)的進(jìn)液管,壓力損失一部分,到增壓缸小腔的壓力為2.3MPa,立柱下腔壓力約為0.8MPa,當15.6s時(shí),立柱達到全行程(1000mm),升柱時(shí)間為15.6s,與不加自動(dòng)增壓閥回路幾乎相同,可見(jiàn)此系統并不影響升柱速度。仿真結束時(shí)觀(guān)察立柱下腔壓力變化曲線(xiàn),從這個(gè)曲線(xiàn)上可以看出,在15.6s立柱停止運動(dòng)開(kāi)始,壓力急劇上升,在16.1s的時(shí)候即達到33MPa,超過(guò)泵站壓力,之后壓力不再升高�？梢钥闯龃俗詣�(dòng)增壓初撐系統反映迅速,當頂梁接觸頂板之后,能夠在很多時(shí)間內達到初撐力要求,操縱工人憑觀(guān)察看到頂梁接觸頂板后,稍作停頓,即可關(guān)閉操縱閥,也能達到初撐力要求,從而加快了移架速度。

　　5.結論

　　通過(guò)應用EASY5仿真分析,發(fā)現應用這種自動(dòng)初撐力保證閥的立柱控制系統能夠有效地提高立柱下腔壓力,縮短初撐時(shí)間。

　　參考文獻

　　[1]高郁.提高液壓支架初撐力的探討[J].煤炭技術(shù),2003.22(8).

　　[2]崔梅生,宗敏. 液壓支架初撐力保證系統[J].煤礦現代化,2003, 1.

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