分析液壓支架自動增壓初撐系統(tǒng)仿真
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在MSC.EASY5中建立立柱液壓控制系統(tǒng)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(jīng)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(yīng)用EASY5仿真分析,發(fā)現(xiàn)應(yīng)用這種自動初撐力保證閥的立柱控制系統(tǒng)能夠有效地提高立柱下腔壓力,縮短初撐時間。 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)心的問題。生產(chǎn)實踐表明,低初撐力支架將導(dǎo)致直接頂?shù)脑缙陔x層與破碎,從而失去對基本頂?shù)挠行Э刂?導(dǎo)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(wěn)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(shè)計中,一般把初撐力設(shè)計為工作阻力的0.52—0.77倍,由泵站壓力來保證。免費(fèi)。然而在工作面現(xiàn)場,由于多種因素,會造成初撐力達(dá)不到設(shè)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(jīng)操縱閥,液控單向閥進(jìn)入立柱下腔,使立柱快速升柱,這時的立柱下腔壓力很小,一般不大于1MPa。當(dāng)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,其下腔壓力開始升高,因為立柱缸體和下腔內(nèi)的乳化液具有一定的壓縮率,尚需少量補(bǔ)液以使其達(dá)到初撐力要求。
圖1 立柱液壓控制系統(tǒng)
在MSC.EASY5中建立立柱液壓控制系統(tǒng)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(jìn)、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(shè)負(fù)載恒定,為20KN。經(jīng)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(dá)到全行程(在此相當(dāng)于頂梁接觸頂板的工況),從15.7s開始下腔壓力逐漸升高,當(dāng)達(dá)到18s的時候壓力31.2MPa,尚達(dá)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(xù)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(chǎn)實踐中檢測到的下腔壓力曲線升高的還要緩慢,甚至持續(xù)供液20s都達(dá)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(xù)給下腔供液,下腔壓力無法達(dá)到泵站壓力,無法達(dá)到設(shè)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?fù)Q向閥1組成。當(dāng)自動增壓閥的進(jìn)口壓力P1小于二位三通液控?fù)Q向閥的調(diào)定控制壓力pz時,從進(jìn)液管路來的液體進(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(dāng)p1大于調(diào)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(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?fù)Q向閥的調(diào)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(dá)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(dá)到初撐力要求。
3.自動增壓初撐系統(tǒng)組成及工作原理
自動增壓初撐力保證系統(tǒng)原理如圖3所示。本系統(tǒng)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(jìn)液控制回路中并聯(lián)一個自動增壓閥。當(dāng)需要升柱時,操縱換向閥使其右位工作,從進(jìn)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(tài),進(jìn)液口壓力比較低,增壓缸不動作,立柱處于快速升柱狀態(tài);當(dāng)頂梁接觸頂板,立柱下腔壓力開始升高,當(dāng)進(jìn)液口壓力大于液控二位三通閥的調(diào)定壓力時,增壓缸開始動作,在極短的時間就可以達(dá)到40MPa的高壓。
圖3 自動增壓系統(tǒng)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(tǒng)的仿真分析
根據(jù)其原理圖在MSC.EASY5中建立自動增壓初撐系統(tǒng)的模型[3],其模型就是在原來系統(tǒng)中并聯(lián)一個自動增壓閥(模型中最上面部分)。。設(shè)置仿真參數(shù)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(jīng)過液控單向閥,一路經(jīng)過自動增壓閥,此時,系統(tǒng)壓力為13MPa,經(jīng)過60m長的進(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(dāng)15.6s時,立柱達(dá)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(tǒng)并不影響升柱速度。仿真結(jié)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(yùn)動開始,壓力急劇上升,在16.1s的時候即達(dá)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(tǒng)反映迅速,當(dāng)頂梁接觸頂板之后,能夠在很多時間內(nèi)達(dá)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(guān)閉操縱閥,也能達(dá)到初撐力要求,從而加快了移架速度。
5.結(jié)論
通過應(yīng)用EASY5仿真分析,發(fā)現(xiàn)應(yīng)用這種自動初撐力保證閥的立柱控制系統(tǒng)能夠有效地提高立柱下腔壓力,縮短初撐時間。
參考文獻(xiàn)
[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(tǒng)[J].煤礦現(xiàn)代化,2003, 1.
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