分析液压支架自动增压初撑系统仿真
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在MSC.EASY5中建立立柱液压控制系统模型,在模型中用定量泵PH加溢流阀RF代替乳化液泵站,流量为200L/min,溢流阀开启压力为31.5MPa。经过仿真之后,得出立柱下腔压力变化曲线及活柱位移曲线。通过应用EASY5仿真分析,发现应用这种自动初撑力保证阀的立柱控制系统能够有效地提高立柱下腔压力,缩短初撑时间。 关键词:自
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保证液压支架初撑力一直是科研和生产使用中十分关心的问题。生产实践表明,低初撑力支架将导致直接顶的早期离层与破碎,从而失去对基本顶的有效控制,导致基本顶跨落,基本顶跨落时造成对支架的冲击,同时也影响支架的稳定性,使支架不能通过直接顶传递来对老顶取得平衡。在支架的设计中,一般把初撑力设计为工作阻力的0.52—0.77倍,由泵站压力来保证。免费。然而在工作面现场,由于多种因素,会造成初撑力达不到设计要求的值,以致带来各种不利影响[1,2]。
1.初撑力不足的原因分析
如图1为立柱液压控制回路,由泵站来的乳化液直接经操纵阀,液控单向阀进入立柱下腔,使立柱快速升柱,这时的立柱下腔压力很小,一般不大于1MPa。当顶梁接触顶板之后,假定顶板是刚性的,则活柱不再升高,进入立柱下腔的液体流量急剧变小,其下腔压力开始升高,因为立柱缸体和下腔内的乳化液具有一定的压缩率,尚需少量补液以使其达到初撑力要求。
图1 立柱液压控制系统
在MSC.EASY5中建立立柱液压控制系统模型,在模型中用定量泵PH加溢流阀RF代替乳化液泵站,流量为200L/min,溢流阀开启压力为31.5MPa;主进、回液管路直径为25mm,长度为60m;操纵阀为三位四通换向阀,其工作位置由阶跃信号控制;立柱缸径/活塞杆直径为250/230mm,行程为1000mm,假设负载恒定,为20KN。经过仿真之后,得出立柱下腔压力变化曲线及活柱位移曲线。
从仿真曲线可以看出,立柱在1s时开始升柱,立柱下腔压力较小,平均为0.8MPa立柱在15.7s的时候达到全行程(在此相当于顶梁接触顶板的工况),从15.7s开始下腔压力逐渐升高,当达到18s的时候压力31.2MPa,尚达不到泵站压力,从下腔压力曲线上还可以看出,即使操纵阀继续开启为立柱供液10s,其压力始终保持在31.4MPa,不会再升高。在生产实践中检测到的下腔压力曲线升高的还要缓慢,甚至持续供液20s都达不到泵站压力,主要原因是顶板具有一定的弹性,不是绝对的刚性顶板,即使在顶梁接顶之后,活柱依然会有微量上升的位移,加上缸体的弹性变形,即使继续给下腔供液,下腔压力无法达到泵站压力,无法达到设计要求的初撑力。
2.自动增压阀工作原理
这种自动增压阀的工作原理图如图2所示,主要由增压缸2、两个单向阀(3、4)、和二位三通液控换向阀1组成。当自动增压阀的进口压力P1小于二位三通液控换向阀的调定控制压力pz时,从进液管路来的液体进增压阀进口、单向阀及增压阀出口直接排出,增压缸不起作用。当p1大于调定压力时,二位三通阀右位工作,由增压缸的工作原理可知,增压缸左右腔的压力比为K=(D/d)2。增压比的确定与泵站压力,管路压力损失和支架所需
图2 自动增压阀工作原理
1液控二位三通阀 2增压缸 3、4单向阀
a进液口 b出液口
初撑力有关。在此选用增压比为2,增压缸小腔直径d=70mm,增压缸活塞杆行程为40mm,二位三通液控换向阀的调定压力为23MPa,增压阀一次可以供给的高压乳化液容量为200ml,乳化液为95%的水和5%的液压油组成的,按水的体积弹性模量3000MPa,要使下腔压力达到32MPa,压力增长10MPa,所需乳化液容量为167ml,增压阀一次排量为200ml,能达到初撑力要求。
3.自动增压初撑系统组成及工作原理
自动增压初撑力保证系统原理如图3所示。本系统主要由操纵阀1、自动增压阀2、液控单向阀5、安全阀4组成。其特点就是在每个立柱的'下腔进液控制回路中并联一个自动增压阀。当需要升柱时,操纵换向阀使其右位工作,从进液管路来的高压乳化液通过操纵阀1,然后液控单向阀5直接给立柱下腔供液,另外还可以通过自动增压阀供液,这时由于立柱处于升柱状态,进液口压力比较低,增压缸不动作,立柱处于快速升柱状态;当顶梁接触顶板,立柱下腔压力开始升高,当进液口压力大于液控二位三通阀的调定压力时,增压缸开始动作,在极短的时间就可以达到40MPa的高压。
图3 自动增压系统原理图
1操纵阀 2自动增压阀 3立柱 4安全阀 5液控单向阀
4.自动增压初撑系统的仿真分析
根据其原理图在MSC.EASY5中建立自动增压初撑系统的模型[3],其模型就是在原来系统中并联一个自动增压阀(模型中最上面部分)。。设置仿真参数开始仿真,操纵阀在1s时打开为立柱下腔供液,乳化液分两路向立柱下腔供液,一路经过液控单向阀,一路经过自动增压阀,此时,系统压力为13MPa,经过60m长的进液管,压力损失一部分,到增压缸小腔的压力为2.3MPa,立柱下腔压力约为0.8MPa,当15.6s时,立柱达到全行程(1000mm),升柱时间为15.6s,与不加自动增压阀回路几乎相同,可见此系统并不影响升柱速度。仿真结束时观察立柱下腔压力变化曲线,从这个曲线上可以看出,在15.6s立柱停止运动开始,压力急剧上升,在16.1s的时候即达到33MPa,超过泵站压力,之后压力不再升高。可以看出此自动增压初撑系统反映迅速,当顶梁接触顶板之后,能够在很多时间内达到初撑力要求,操纵工人凭观察看到顶梁接触顶板后,稍作停顿,即可关闭操纵阀,也能达到初撑力要求,从而加快了移架速度。
5.结论
通过应用EASY5仿真分析,发现应用这种自动初撑力保证阀的立柱控制系统能够有效地提高立柱下腔压力,缩短初撑时间。
参考文献
[1]高郁.提高液压支架初撑力的探讨[J].煤炭技术,2003.22(8).
[2]崔梅生,宗敏. 液压支架初撑力保证系统[J].煤矿现代化,2003, 1.
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