液压支架控制技术培训讲义

中煤平朔集团井工一矿

“刘伟”创新工作室内部讲义液压支架控制技术培训

授课人：刘伟

日期：2015.5.8

目录

1 液压支架工作过程分析 (1)

2 液压支架立柱的工作阶段及工作特性曲线 (2)

2.1 液压支架立柱的工作阶段 (2)

2.2 液压支架工作特性曲线—支架支撑力与时间的关系 (3)

2.3 液压支架的基本参数 (4)

3 液压支架控制系统基本原理 (8)

4 多伸缩立柱工作过程 (9)

5 常用乳化液泵站液压系统 (10)

5.1 泵站装置组成 (10)

5.2 XRB2B型常用乳化液泵站液压系统 (14)

5.3 乳化液泵站控制元件 (15)

1 液压支架工作过程分析

升架、架、移架和推镏实际生产中，液压支架的四个基本动作的顺序，应根据回采工艺的具体工序来确定。

2 液压支架立柱的工作阶段及工作特性曲线

2.1 液压支架立柱的工作阶段

液压支架立柱的一个完整的工作循环可分为四个阶段：

（1）初撑增阻阶段：

当顶梁接触顶板，立柱下腔的压力达到泵站的工作压力后，把操纵阀置于中间位置，液控单向阀关闭，从而立柱下腔的液体被封闭，这就是支架的初撑阶段。

初撑力：初撑阶段终了时，立柱和支架对顶板产生的支撑力。

立柱：fc=πD2pb/4

支架：Fc=nfcη

pb——泵站的额定压力

η——支撑效率，与架型有关。

（2）承载增阻阶段：

支架初撑后，进入承载阶段。随着顶板的缓慢下沉，顶板对支架的压力不断增加，但液体的压缩量极微，一般视为不可压缩。因此立柱下腔被封闭的液体压力将随之迅速升高，液压支架受到弹性压缩，并由于立柱缸壁的弹性变形而使之产生弹性扩张。

工作阻力：该阶段末了，支架和立柱呈现出的支撑力称为工作阻力。

立柱：fz=D2pa

支架: FZ=nfzη

pa——安全阀的调定压力

（3）承载恒阻阶段

立柱和支架达到工作阻力后，随着顶板的下沉，立柱下腔内压力进一步增大的液体最终使得安全阀开启溢流，立柱回缩。于是，立柱下腔的压力降低。当压力降低到安全阀的调定压力后，安全阀关闭。如此反复，始终保持立柱下腔的压力基本不变，即保证支架和立柱的工作阻力基本不变，处于恒阻支撑状态。

从安全阀第一次开启至支架泄载降柱时的这一阶段称为承载恒阻阶段。（4）降柱移架阶段

随工作面的推进，支架需要前移。移架前需要将支架的立柱卸载收缩，使支架撤出支撑状态。

从开始卸载降柱到下一次开始升柱，此阶段称为降柱移架阶段。

2.2 液压支架工作特性曲线—支架支撑力与时间的关系

液压支架的四个阶段以及支架在各阶段呈现出的特性如图9-3所示的曲线。

（1）工作特性曲线：横坐标表示时间，纵坐标表示支撑力。

t0——升柱至液控单向阀关闭时的初撑急增阻阶段；

t1——初撑结束至安全阀开启时的缓增阻阶段；

t2——安全阀出现脉动卸载时的恒阻阶段；

t3——卸载降柱、移架阶段；

（2）工作特性曲线的意义：

增阻性——折线表示支架具有增阻性；

恒阻性——波纹线的水平特征表示支架具有恒阻性；

可缩性——波纹线的波动现象表示支架具有可缩性；

增阻性取决于液控单向阀和立柱的密封性；恒阻性和可缩性主要靠安全阀来实现和保证。

安全阀、液控单向阀以及立柱是保证液压支架工作性能的三个关键元件。

2.3 液压支架的基本参数

反映液压支架支撑能力和使用性能的基本参数有：

（一）初撑力Fc

初撑力是液压支架在初撑增阻阶段未了时对顶板的支撑力。

作用：减缓顶板的下沉，避免顶板过早剥离，增加顶板的稳定性，使立柱尽快进入恒阻状态。

大小：取决于泵站的额定压力，立柱的数目和立柱缸体的内径。

初撑力的合理选择对液压支架的支护性能影响很大。

液压支架的初撑力应与其支护的顶板类别及岩性相适应，如：

对坚硬、中硬的顶板，宜采用较高的初撑力，以期减缓顶板的下沉，避免顶板的过早剥离，改善支架对顶板的管理；

对较软的顶板，应采用较小的初撑力，其大小应控制在顶板岩石极限强度所允许的范围之内，以期维持顶板较长时间的完整性，避免因过早破碎而使得对顶板的管理变的困难。

（二）工作阻力Fz

工作阻力是液压支架在承载初撑增阻阶段末了时所呈现出的最大支撑力。

它的大小取决于安全阀的调定压力、立柱数目、缸体的内径等参数。它反映了液压支架承受顶板压力的最大允许值。

选择液压支架时必须根据矿山地质条件和矿山压力大小来确定工作阻力值。

（三）支护强度q

支护强度是液压支架单位支护面积上的支撑力，即液压支架的工作阻力与其支护面积的比值。它是用来衡量各种不同规格和型号液压支架支撑能力大小的一个参数。

工作阻力虽然可以反映一架液压支架的支撑能力的大小，但由于各种型号的支架其结构参数不同，即使工作阻力相同的支架，在实际工作中所表现出不同的支撑能力和支撑效果，在选型中无法确定用哪一种支架。即不同种类、不同规格和型号的液压支架的工作阻力不具有可比性。

因支护强度把支撑力限定在单位面积上来讨论比较，这样用它来衡量和评价

诸支架的能力就比较科学、准确。

（四）支架高度H

液压支架的高度是其在支撑方向上的垂直高度，有最大高度和最小高度之分。

1.最小高度Hmin——是指其立柱完全缩回（如有机械加长杆的，加长杆须完全缩回）后支架的垂直高度。

Hmin= mmin-s-g-e

式中 mmin——煤层最小开采厚度；

s——液压支架后排立柱处顶板的下沉量；

g——浮煤、浮矸厚度；

e——移架时液压支架的最小回缩量。

2.最大高度Hmax——是指立柱完全伸出（如有机械加长杆的，加长杆须完全伸出）后支架的垂直高度。

Hmax=mmax+(200～300)

式中 mmax——煤层最大开采厚度；

200～300——考虑到顶板有伪顶冒落或局部冒落，为使支架仍能及时支撑到顶板所需增加的高度，mm。

3.调高比——支架的最大高度与最小高度之比。它反映支架对煤层开采厚度变化的适应能力。其值越大说明其适应能力越强。一般薄煤层支架的调高比为2.5～3.0；中厚煤层支架的调高比为1.4～1.6。

（五）平均接触比压qj

液压支架底座与底板接触面积内的压强平均值称之为液压支架的平均接

触比压。它是衡量液压支架工作性能以及适应能力的又一参数，其值为：

式中 qj——液压支架的平均接触比压；

A——液压支架底座的底面积。

若平均接触比压较大而底板较软，底座有可能陷入底板内，移架困难，增大顶板的下沉量，降低液压支架的支撑能力，恶化顶板状况。

液压支架的平均接触比压必须和底板的岩性及抗压强度相适应。

3 液压支架控制系统基本原理

4 多伸缩立柱工作过程

一级缸筒2-一级活塞

二级缸筒4-二级活塞

5 常用乳化液泵站液压系统

5.1 泵站装置组成

乳化液泵站是采煤工作面支护设备及推移装置的动力源。主要由乳化液泵组（一般由2台乳化液泵组成、一台工作，一台备用）、乳化液箱、以及必要的控制、保护、监视等元件及连接管路。

（1）乳化液泵

国产各种型号的柱塞式乳化液泵结构大同小异，主要由箱体和泵头两部分组成。

电动机经齿轮减速箱传动曲轴1，曲轴1有三曲拐，互成120°。两端由双列向心球面滚子轴承支承。连杆2的大端为剖分式结构，内装钢背高锡铝合金轴瓦，具有良好的承载、抗疲劳和耐磨性能。连杆小端内装钢套，与滑块3用销轴铰接。滑块与滑道孔之间由活塞环密封，以防止曲轴箱润滑油外漏。

一般每个乳化液泵站应配置两台乳化液泵，两泵可并联供液或转换工作。

（2）乳化液箱

乳化液箱是储存、回收、过滤和沉淀乳化液的设备。XRXTA型乳化液箱。

吸液管8接泵的吸液口，泵排出的压力液经排液管9、自动卸荷阀10

和交替双进液阀18到通往工作面的主供液箱7。从支架返回的乳化液经主回液管16依次流过沉淀室1、消泡室2、磁性过滤室3、过滤网槽14，除去乳化液中的悬浮微粒、泡沫和铁磁物质，进入工作液室4。

箱体19侧面有液位观察窗20，左下方有一溢流管21，可排除箱内过多的液体。在箱体另一端的下部，设有清渣盖17，用于清除沉淀室中的沉淀物。每个分隔室有放液塞。更换乳化液时，拧开放液塞放尽箱内乳化液。后端板左上角有一个回液接头，工作时总是与总回液管相接。吸液断路器、交替双进液阀、高压过滤器安装在面板上。卸荷阀安装在乳化液泵出口处，在其后端部安装了连通断路器。配液阀是乳化液与中性水溶液的混合装置，安装在乳化油室和盖板上，可与供水接头配合使用。

5.2 XRB2B型常用乳化液泵站液压系统

液压系统原理图：

泵站液压系统应满足如下要求：

（1）当支架动作时，系统能即时供给高压液体；当支架不动作时，泵仍照常运转，但自动卸载；当支架动作受阻、工作液体压力升高超过允许值时，能限压保护。为此，泵站系统中必须装设自动卸载装置。

（2）要设手动卸载阀，以实现泵的空载启动。

泵站液压系统应满足如下要求：

（3）系统中要装单向阀，以防止停泵时液体倒流。

（4）为能在拆除支架或检修支架管路时泄出管路中的液体，应加手动泄液阀。（5）应设有缓冲减振的蓄能器。

系统分类：

由于工作面支架的立柱和千斤顶所需的液压力不同，需要泵站供给不同的压力液。据此，泵站分有高压泵液压系统、高压-低压泵液压系统和高压泵-减压阀液压系统。

XRB2B型泵站液压系统工作过程：

启动前先打开手动卸载阀e、使泵空载启动，这时泵排出的乳化液经手动卸载阀直接回乳化液箱；

启动后，关闭手动卸载阀，从泵排出的高压乳化液经单向阀a向工作面供液；当工作面不用液或用液量很小时，压力上升，至打开先导阀c和自动卸载阀d，实现自动卸载。

系统过载，安全阀2开启溢流，实现过载保护。交替双进液阀6的作用是保证任一台泵工作都能通过一条管路向工作面供液。

5.3 乳化液泵站控制元件

（1）泵用安全阀

国产乳化液泵的安全阀均采用直动式，来自乳化液泵的高压乳化液作用于阀座，并经阀芯、弹簧座作用于弹簧上。当乳化液压力小于安全阀的调定压力时，在弹簧作用下，安全阀关闭；当乳化液压力大于安全阀调定压力时，液压力克服弹簧的作用力，将阀打开，泵自动卸载。为防止阀芯因黏结及静摩擦而引起开启压力的超调，采用浮动装配方法，在高压开启前，阀芯先行移动，避免蹩卡，调

整弹簧作用力即能改变安全阀开启压力。

（2）吸液断路器

乳化液箱的乳化液经吸液断路器过滤后进入泵。如需拆下泵检修，则断路器关闭乳化液箱。故吸液断路器又是导通和封闭吸液通路的装置。吸油断路器由吸液过滤器和二个断路阀组成。工作时，由吸液软管顶开断路阀芯，使箱和泵连接起来。如果把吸液软管拆下来，阀芯在弹簧作用下复位，使乳化液封闭在箱中。

只有经常清洗过滤器，才能保证吸液管道的畅通无阻。在拆了吸液过滤器清洗时，断路阀芯在弹簧的作用下复位，封闭乳化液的通路。

(3)交替双进液阀

当一台泵工作，一台泵备用时，由于液压作用，备用泵通液口被钢球堵死，形成一台泵单独供液。如果二台泵同时工作，钢球两面均受液压作用，若一面压力高，一面压力低，钢球必然向压力低的方向移动。这样一面通液口减小，阻力增加，钢球位置反向移动。只有当钢球两面压力相等时才能平衡、稳定地工作。利用液压平衡原理可使用两种不同压力以不同流量向液压支架供液。以20MPa泵站为例说明。一台泵的调定工作压力为20MPa(高压泵)，另一台泵的调定工作。

（ 4）高压过滤器

高压乳化液从入口进入过滤器，经滤芯到通道从出口排出，保证了出口供给清洁的工作液体。当滤芯外表面杂质逐渐增多时，产生压差，由堵塞指示器指出堵塞情况。当压差增加到0.5～0.6MPa时，阀杆克服弹簧力和密封圈摩擦力向左移至警戒线。此时必须及时清洗过滤器，当压差增高到0.6～0.7MPa时，旁路阀打开，乳化液不经过滤芯直接进入系统，保护了滤芯不被过大压差击穿。

（5）自动卸荷阀

当供液系统压力超过调定压力，卸荷阀动作，将泵排出的乳化液直接排回乳化液箱。当供液系统低于调定压力时，泵站就会重新恢复供液。