分析液壓支架自動增壓初撐系統仿真

分析液壓支架自動增壓初撐系統仿真

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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,溢流閥開啟壓力為31.5MPa。經過仿真之后,得出立柱下腔壓力變化曲線及活柱位移曲線。通過應用EASY5仿真分析,發現應用這種自動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,縮短初撐時間。 關鍵詞:自

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　　保證液壓支架初撐力一直是科研和生產使用中十分關心的問題。生產實踐表明,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,基本頂跨落時造成對支架的沖擊,同時也影響支架的穩定性,使支架不能通過直接頂傳遞來對老頂取得平衡。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,由泵站壓力來保證。免費。然而在工作面現場,由于多種因素,會造成初撐力達不到設計要求的值,以致帶來各種不利影響[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,由泵站來的乳化液直接經操縱閥,液控單向閥進入立柱下腔,使立柱快速升柱,這時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,進入立柱下腔的液體流量急劇變小,其下腔壓力開始升高,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,溢流閥開啟壓力為31.5MPa;主進、回液管路直徑為25mm,長度為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。經過仿真之后,得出立柱下腔壓力變化曲線及活柱位移曲線。

　　從仿真曲線可以看出,立柱在1s時開始升柱,立柱下腔壓力較小,平均為0.8MPa立柱在15.7s的時候達到全行程(在此相當于頂梁接觸頂板的工況),從15.7s開始下腔壓力逐漸升高,當達到18s的時候壓力31.2MPa,尚達不到泵站壓力,從下腔壓力曲線上還可以看出,即使操縱閥繼續開啟為立柱供液10s,其壓力始終保持在31.4MPa,不會再升高。在生產實踐中檢測到的下腔壓力曲線升高的還要緩慢,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,下腔壓力無法達到泵站壓力,無法達到設計要求的初撐力。

　　2.自動增壓閥工作原理

　　這種自動增壓閥的工作原理圖如圖2所示,主要由增壓缸2、兩個單向閥(3、4)、和二位三通液控換向閥1組成。當自動增壓閥的進口壓力P1小于二位三通液控換向閥的調定控制壓力pz時,從進液管路來的液體進增壓閥進口、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,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進液口 b出液口

　　初撐力有關。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.自動增壓初撐系統組成及工作原理

　　自動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、自動增壓閥2、液控單向閥5、安全閥4組成。其特點就是在每個立柱的下腔進液控制回路中并聯一個自動增壓閥。當需要升柱時,操縱換向閥使其右位工作,從進液管路來的高壓乳化液通過操縱閥1,然后液控單向閥5直接給立柱下腔供液,另外還可以通過自動增壓閥供液,這時由于立柱處于升柱狀態,進液口壓力比較低,增壓缸不動作,立柱處于快速升柱狀態;當頂梁接觸頂板,立柱下腔壓力開始升高,當進液口壓力大于液控二位三通閥的調定壓力時,增壓缸開始動作,在極短的時間就可以達到40MPa的高壓。

　　圖3 自動增壓系統原理圖

　　1操縱閥 2自動增壓閥 3立柱 4安全閥 5液控單向閥

　　4.自動增壓初撐系統的仿真分析

　　根據其原理圖在MSC.EASY5中建立自動增壓初撐系統的模型[3],其模型就是在原來系統中并聯一個自動增壓閥(模型中最上面部分)。。設置仿真參數開始仿真,操縱閥在1s時打開為立柱下腔供液,乳化液分兩路向立柱下腔供液,一路經過液控單向閥,一路經過自動增壓閥,此時,系統壓力為13MPa,經過60m長的進液管,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,立柱達到全行程(1000mm),升柱時間為15.6s,與不加自動增壓閥回路幾乎相同,可見此系統并不影響升柱速度。仿真結束時觀察立柱下腔壓力變化曲線,從這個曲線上可以看出,在15.6s立柱停止運動開始,壓力急劇上升,在16.1s的時候即達到33MPa,超過泵站壓力,之后壓力不再升高�？梢钥闯龃俗詣釉鰤撼鯎蜗到y反映迅速,當頂梁接觸頂板之后,能夠在很多時間內達到初撐力要求,操縱工人憑觀察看到頂梁接觸頂板后,稍作停頓,即可關閉操縱閥,也能達到初撐力要求,從而加快了移架速度。

　　5.結論

　　通過應用EASY5仿真分析,發現應用這種自動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,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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