大采高液压支架液控系统分析研究.pdf

大采高液压支架液控系统分析研究 作者姓名蓬盘盟入学时间2 Q 曼至生窆月 专业名称狃越皇王王程研究方向速佳佳边皇控剑 指导教师苴整民职 称副夔援 论文提交日期 论文答辩日期 授予学位日期 2 Q 曼量生量且 2 Q 至量生旦 A N A L Y S I SA N DR E S E A R C H o N T H EH Y D R A U L I C C o N T R o LS Y S T E Mo FL A R G EM I N I N GH E I G H T H Y D R A U L I CS U P P O R T AD i s s e r t a t i o ns u b m i t t e di n 如W d l m e n to f t h er e q u i r e m e n t so ft h ed e g r e eo f M A S T E Ro FE N G I N E E R 矾G f r o m 』I l lI l l l l lll lI l l lI II IJ Y 缝4 4 3 7 S h a n d o n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y C h e nW e i y a n g S u p e r v i s o r A s s o c i a t eP r o f e s s o rC a o L i a n m i n C o l l e g eo fM e c h a n i c a l a n dE l e c t r o n i cE n g i n e e r i n g M a y 2 0 1 5 声明 本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文，除了所列参考文献和世所公认的文 献外，全部是本人在导师指导下的研究成果．该论文资料尚没有呈交于其它任何学术机 关作鉴定。 硕士生签名懒d 日 期及- 哆．舌．f A F F Ⅱ孙枷I o N Id e c l a r et h a tt h i sd i s s e r t a t i o n ，s u b m i t t e di nf u l f d l m e n to ft h er e q u i r e m e n t sf o rt h e a w a r do fM a s t e ro fP h i l o s o p h yi nS h a n d o n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，i s w h o l l ym yo w nw o r ku n l e s sr e f e r e n c e do fa c k n o w l e d g e ．T h ed o c u m e n th a sn o tb e e n s u b m i t t e df o rq u a l i f i c a t i o na ta n yo t h e ra c a d e m i ci n s t i t u t e ． S i g n a t u r e ；c 1 1 t 卜慨煳 D a t e ． 又口哆，6 、 山东科技大学硕士学位论文摘要 摘要 近年来，我国厚煤层工作面的装备水平在高产高效矿井建设过程中得到了大力提高， 综采工作面配套设备正不断向大功率、高强度、高可靠性方向发展，但与国外先进水平 相比，厚煤层工作面大采高液压支架特别是液控系统仍存在可靠性差、故障率高和使用 寿命短等问题，这些实际存在的问题成为阻碍复杂条件下综采开采发展的关键因素。 论文首先结合大采高液压支架的项板特征与采高对载荷的影响规律，对适用于厚煤 层大采高等复杂条件的液压支架进行分析，研究其结构特征并分析支架的支护特点，依 据支架的要求提出了与其相适应的泵站的布置方式以及供回液方式，并完成了液压支架 液控系统总体方案设计，总结了大采高液压支架液控系统的特点；第二，针对前文关于 供液回路的分析，通过理论计算与软件仿真分析验证所采用的供液方式的合理性；第三， 应用A M E S i m 仿真软件对大采高液压支架中电磁先导阀、电液换向主阀、液控单向阀和 安全阀进行仿真分析，结合仿真结果针对前文提出的问题提出相应的改进方案；最后， 对立柱控制回路、推移控制回路、平衡控制回路、护帮控制回路以及侧推控制回路进行 仿真分析，进一步研究液压系统各控制回路的特性。 论文针对厚煤层的复杂开采条件，研究与之相适应的厚煤层工作面综采液压支架控 制系统，利用仿真软件实现对液压系统的仿真研究，结合仿真结果提出相应的改进方案， 解决控制系统中阀类元件及主要控制回路的关键问题，促进大采高液压支架液控系统工 作特性的进一步研究。 关键词综采工作面，大采高，液压支架，液控系统 山东科技大学硕士学位论文摘要 A B S T R A C T W i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h en a t i o n a le c o n o m ya n dm o d e mi n d u s t r y , c o a la st h em a i n e n e r g ys o u r c eo ft h en a t i o n a le c o n o m y , h a sa l li n c r e a s i n g l ys t r a t e g i cp o s i t i o n ．I nr e c e n ty e a r s ， t h el e v e lo fe q u i p m e n tt h i c kc o a lh a sb e e ng r e a t l yi m p r o v e di nt h ey i e l da n de f f i c i e n t _ m i n e c o n s t r u c t i o np r o c e s s ．M e c h a n i z e dm i n i n gf a c e e q u i p m e n t i s c o n s t a n t l yd e v e l o p i n g t o l l i g h p o w e r , h i g h s t r e n g t h ，h i 啦r e l i a b i l i t yd i r e c t i o n ．H o w e v e r c o m p a r e dw 汕f o r e i g n a d v a n c e dl e v e l ，t h i c kc o a ls e a mf a c el a r g em i n i n gh e i g h th y d r a u l i cs u p p o r ti np a r t i c u l a r h y d r a u l i cc o n t r o ls y s t e mi ss t i l le x i s t i n gp o o rr e l i a b i l i t y , h i g hf a i l u r er a t ea n ds h o r tl i f ei s s u e s i nd o m e s t i cw o r k i n gf a c ee q u i p m e n t ．T h e s ep r a c t i c a lp r o b l e m sa r eb e c o m i n gt h ek e yf a c t o r s t h a th i n d e r i n gt h ed e v e l o p m e n to ff u l l ym e c h a n i z e dc o a lm i n i n gi nc o m p l e xc o n d i t i o n s ． F i r s t l y , c o m b i n e d w i t l l l a r g em i n i n gh e i g h th y d r a u l i cs u p p o r tt o pf e a t u r e s a n d h i g h i m p a c tm i n i n gl a wo fl o a d s ．a n a l y z e dh y d r a u l i cs u p p o r tf o rt h i c kc o a ls e a ma n dl a r g e m i n i n gh e i g h t , t os t u d yt h es t r u c t u r a lc h a r a c t e r i s t i c sa n da n a l y s i st h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h e h y d r a u l i cs u p p o r t ．A c c o r d i n gt ot h er e q u i r e m e n t s ，p r o p o s e da r r a n g e m e n tt oa d a p ti t sp u m p i n g s t a t i o n sa n ds u p p l y r e t u r nf l u i dw a y ．A n dc o m p l e t e dt h eh y d r a u l i cs u p p o r th y d r a u l i cc o n t r o l o v e r a l ls y s t e md e s i g n ，s u m m e du pt h eb i gm i n i n gh e i g h th y d r a u l i cs u p p o r th y d r a u l i cc o n t r o l s y s t e mf e a t u r e s ．S e c o n d l y , t h ep a p e rs t u d i e st h es t r u c t u r a lc h a r a c t e r i s t i c so fh y d r a u l i cs u p p o r t ， p r o v i d e sas t r o n gt h e o r e t i c a ls u p p o r tf o rt h em a i nf l u i dc o n t r o lc o m p o n e n t sa n dt h em a i np i l o t l o o po fh y d r a u l i cs u p p o r tm o d e l i n ga n a l y s i s ．T h i r d l y , t a k i n ga p p l i c a t i o no fA M E S i m s i m u l a t i o ns o f t w a r et os i m u l a t i o na n a l y s i sf o rl a r g em i n i n gh e i g h th y d r a u l i cs u p p o r ts o l e n o i d p i l o tv a l v e s ，e l e c t r o h y d r a u l i cc o m m u t a t o rt h em a i nv a l v e ，p i l o to p e r a t e dc h e c kv a l v e sa n d s a f e t yv a l v ea n do t h e rk e yh y d r a u l i cc o m p o n e n t sa n dc o l u m nc o n t r o ll o o p ，f l a m es h i f tc o n t r o l l o o p ，b a l a n c ec o n t r o ll o o p , r e t a i n i n gc o a lw a l lc o n t r o ll o o pa n dl a t e r a l p u s hc o n v e y o rc o n t r o l l o o p ，t of u r t h e rs t u d yt h ec h a r a c t e r i s t i c so fh y d r a u l i cs y s t e mo fe a c hc o n t r o ll o o p ．． A i m i n ga tt h ec o m p l e xt h i c ks e a mm i n i n gc o n d i t i o n s ，t h ep a p e rs t u d i e sw h i c ha d a p t sw i t h t h i c kc o a lh y d r a u l i cs u p p o r tc o n t r o ls y s t e m ，r e s e a r c ho nt h eu s eo fs i m u l a t i o ns o f t w a r eo ft h e h y d r a u l i cs y s t e m ．C o m b i n e dw i t hs i m u l a t i o nr e s u l t s ，p r o p o s ea p p r o p r i a t ei m p r o v e m e n t s ．T o s o l v ek e yi s s u e si nv a l v ec o m p o n e n t sa n dt h em a i nc o n t r o ll o o po ft h ec o n t r o ls y s t e m ． P r o m o t e l a r g em i n i n gh e i g h th y d r a u l i cs u p p o r th y d r a u l i cc o n t r o ls y s t e m o p e r a t i n g 山东科技大学硕士学位论文 摘要 c h a r a c t e r i s t i c sf u r t h e rr e s e a r c h ． K e yw o r d s M e c h a n i z e dm i n i n gf a c e ，l a r g em i n i n gh e i g h t ，h y d r a u l i cs u p p o r t ，h y d r a u l i c c o n t r o ls y s t e m 山东科技大学硕士学位论文 目录 目录 1绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 ．1选题背景⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．2 国内外研究现状及发展趋势⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 1 ．3 研究目的及意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 1 ．4 论文主要研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 2 厚煤层大采高液压支架液控系统方案设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．8 2 ．1 厚煤层大采高液压支架顶板特征研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 2 ．2 厚煤层大采高液压支架结构研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l l 2 ．3 厚煤层大采高液压支架液控系统技术研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 3 2 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 6 3 大采高液压支架主供回液系统研究分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。⋯⋯一1 7 0 1 主供液系统方案设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 7 3 ．2 主供液系统压力损失分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 7 3 ．3 主供回液系统仿真分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 2 3 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 5 4 大采高液压支架主要液控元件特性分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 6 4 ．1电液换向阀仿真分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 6 4 ．2 液控单向阀仿真分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 2 4 ．3 安全阀仿真分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 5 4 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 8 5 大采高液压支架主要液控回路仿真分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 9 5 ．1 大采高液压支架立柱控制回路仿真研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 9 5 ．2 大采高液压支架推移控制回路仿真研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 5 5 ．3 大采高液压支架平衡控制回路仿真研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 2 5 ．4 大采高液压支架护帮控制回路仿真研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 4 5 ．5 大采高液压支架侧推控制回路仿真研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 7 5 ．6 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 0 山东科技大学硕士学位论文目录 6 总结与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 l 6 ．1 工作总结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 1 6 ．2 工作展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 2 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 3 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 4 山东科技大学硕士学位论文 目录 C o n t e n t s 1I n t r o d u c t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．2R e s e a r c hs t a t u sa n dd e v e l o p m e n tt r e n d ⋯．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．⋯．．．．2 1 ．3 P u r p o s ea n ds i g n i f i c a n c e ．．．．．．．．．．．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6 1 ．4T h em a i nr e s e a r c hc o n t e n t s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 2 S t u d yo nS u p p o r tP e r f o r m a n c eo fT h i c kC o a lS e a mF a c eL a r g eM i n i n gH e i g h t H y d r a u H cS u p p o r t ⋯⋯⋯．．⋯．⋯．．⋯⋯．．．⋯．⋯．⋯．⋯⋯．⋯．⋯．．⋯⋯．．．⋯⋯．⋯⋯．．．⋯．⋯⋯．．8 2 ．1C h a r a c t e r i s t i c so f r o o f a b o u tt h i c kc o a ls e a mf a c el a r g em i n i n gh e i g h th y d r a u l i cs u p p o r t ⋯⋯⋯⋯．8 2 ．2S t r u c t u r eo f t h i c kc o a ls e a mf a c el a r g em i n i n gh e i g h th y d r a u l i cs u p p o r t ⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．11 2 ．3 H y d r a u l i cc o n t r o ls y s t e mt e c h n o l o g yr e s e a r c ho ft h i c kc o a ls e a mf a c el a r g em i n i n gh e i g h t h y d r a u l i cs u p p o r t ．．．．⋯⋯．．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯．⋯⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．⋯．⋯．．⋯⋯1 3 2 ．4 C h a p t e rS u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 6 3 S t u d yo nM a i nS u p p l yR e t u r nL i q u i dS y s t e mo fL a r g eM i n i n gH e i g h tH y d r a u l i c S u p p o M ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 7 3 ．1 P r o g r a md e s i g no f m a i ns u p p l yr e t u r nl i q u i ds y s t e m ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 7 3 ．2P r e s s u r el o s sa n a l y s i so f m a i ns u p p l yr e t u r nl i q u i ds y s t e m ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．1 7 3 ．3M o d e l i n ga n dS i m u l a t i o no f m a i ns u p p l yr e t u r nl i q u i ds y s t e m ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．⋯⋯⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 2 3 ．4 C h a p t e rS u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 5 4C h a r a c t e r i s t i cA n a l y s i st h eM a i nF l u i dC o n t r o lC o m p o n e n t so fL a r g e M i n i n gH e i g h t H y d r a u f i cS u p p o r t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 6 4 ．1 E l e c t r o - h y d r a u l i cv a l v es i m u l a t i o na n a l y s i s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 6 4 ．2P i l o to p e r a t e dc h e c kv a l v e ss i m u l a t i o na n a l y s i s ．．．．．．．．．．⋯⋯⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯⋯．．．．．．．．．．．．．⋯．⋯⋯⋯．．．．．3 2 4 ．3 S a f e t yv a l v es i m u l a t i o na n a l y s i s ．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．⋯⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．⋯．．．．．．．．．．．．⋯．⋯．．．．．．．．．3 5 4 ．4 C h a p t e rS u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 8 5T h eM a i nP H o tC i r c u i tS i m u l a t i o nA n a l y s i so fL a r g eM i n i n gH e i g h tH y d r a u f i c S u p p o r t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 9 5 ．1S i m u l a t i o no f c o l u m nc o n t r o ll o o p ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 9 山东科技大学硕士学位论文 目录 5 ．2S i m u l a t i o no f p u l l - s u p p o r ta n dp u s h - s c r a p e rc o n t r o ll o o p ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．4 5 5 ．3S i m u l a t i o no f b a l a n c ec o n t r o ll o o p 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．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6 4 山东科技大学硕士学位论文 绪论 1 绪论 1 ．1 选题背景 随着工业的发展，煤炭的需求量日益增加，煤炭开采特别是厚煤层的开采对工艺的 改进提出了更高的要求。实践证明，对于厚煤层采煤工作面，大采高液压支架具有支护 性能好、结构强度高、安全可靠等优点，与配套的刮板输送机和滚筒式采煤机，组成厚 煤层工作面综合机械化采煤设备，能够明显提高工作面的产量。作为厚煤层综采工作面 机械化和自动化的主要设备，大采高液压支架的适应性与可靠性是决定综采成败的关键 因素之一【l J 。 我国通过投入大量人力物力来进行大采高液压支架的技术攻关，历经引进仿制、研 制实验、及改革创新阶段，直到独立设计和制造阶段。通过几十年、几代人的努力，特 别是在液压支架的架型和结构件的设计研究领域达到了国外同期先进水平。但是应该清 醒的认识到在液压支架特别是液控系统的动态特性、电液控制技术以及计算机辅助设计 等方面与世界先进国家还有不小的差距，尤其是支架液压系统方面存在的液压元件故障 率高、控制回路稳定性差、供液管路所提供的油液压力达不到支架工作要求等问题，严 重制约着液压支架整体的发展【2 】o 随着高产高效综合采煤技术的不断发展以及激烈的国 际市场的竞争，对液压支架的研发设计水平提出了更高的要求。不仅对液压支架的各个 动作的功能，更对支架液控系统的稳定性提出了更高的要求。基于此，深入研究大采高 液压支架及其液控系统具有重要的现实意义。 目前，仿真技术的发展日新月异，因其能够提高科研水平、缩短研究周期、降低科 研成本及风险等优势被应用于各个科学领域，促进了不同领域的融合、加速科研成果向 生产力的转化进程。因此，将仿真技术应用于大采高液压支架液控系统中液压元件、控 制回路以及支架的主供回液管路的研究已经成为了一种趋势【7 ，8 ～。 本文通过采用仿真软件，针对大采高液压支架液控系统中电磁先导阀、电液换向阀、 液控单向阀、安全阀等阀类元件与立柱控制回路、推移控制回路、平衡控制回路、护帮 控制回路、侧推控制回路以及支架主供回液管路创建仿真模型，实现对液压系统的仿真 研究，验证所提出的泵站的布置与主供回液管路的布置方案的合理性，对于液压元件及 控制回路提出相应的改进方案，对大采高液压支架液控系统工作特性的进一步研究具有 I 山东科技大学硕士学位论文 绪论 重要意义。 1 ．2 国内外研究现状及发展趋势 厚煤层一次采全高是一种经济合理的开采方式，一次采全高减少了巷道掘进和工作 面铺网等工作量，降低了开采成本，提高了资源回收率。同时，大采高提高了单刀割煤 量，为提高工作面生产能力创造了条件。但是，产量和效率并不总是与采高成正比，在 很大程度上取决于工作面的地质条件和液压支架的适应性[ 3 1 。此外，高效综采发展主要 体现在以下两个方面一是综采工作面生产能力大幅提高，采区范围不断扩大，出现“一 矿一面”年产超千万吨煤炭的高产高效和集约化生产模式；二是高效综采装备和开采工 艺不断完善，推广使用范围不断扩大，实现了综采工作面生产过程自动化，大型综采矿 井技术经济指标已经达到大型先进露天矿水平。鉴于我国煤炭需求快速增长及世界能源 结构的变化，高效综采成为能源开发技术重要的竞争领域。 1 ．2 ．1国外大采高液压支架的研究现状 国外自7 0 年代中期开始发展大采高液压支架，1 9 8 0 年前西德赫姆夏特公司开发出 最大高度为6 m 的掩护式支架，采用三伸缩立柱，工作阻力4 5 0 0 k N ，支护强度O ．7 - 4 ．8 M p a ， 伸缩梁长6 5 0 m m ，前端支撑力5 1 7 k N ，可翻转护帮板长达1 ．5 m ，端部支撑力可达2 0 k N 。 支架装有支撑力自保先导阀，四连杆机构的前连杆用两个液压短柱代替，可防止大采高 支架在各种工况下损坏构件。此支架在复杂工况下使用，证明能可靠的控制顶板，保证 工作面的正常生产。近年来德国的大采高支架技术又有了较大的发展，支架结构进一步 完善，采用了高可靠性设计和先进的电液控制技术[ 4 1 。我国神府矿区大柳塔煤矿引进了 德国研制的一款两柱掩护式大采高支架，最大高度4 ．5 m ，工作阻力6 7 5 0 k N ，中心距 1 ．7 5 m ，采用电液控制系统。 波兰有不少厚煤层储量，7 0 年代末设计开发了P 1 0 M A 系列二柱掩护大采高液压支 架，高度2 ．4 4 ．7 m ，工作阻力4 0 0 0 k N 。近年来波兰新研发生产的大采高液压支架最大 高度达到了6 m ，支护强度1 ．6 M p a 【5 】。 美国3 m 以上厚煤层探明储量1 1 3 0 亿吨，主要分布在西部各州，1 9 8 3 年开始在怀俄 明州卡帮县l 号矿用长壁综采开采特厚煤层，顶板为灰质页岩，抗压强度2 5 M p a ，煤层 抗压强度9 ．5 M p a ，煤层厚度7 ．6 m ，倾角变化较大，留顶煤沿底板伪斜开采，采高4 ．5 4 ．6 m ， ’ 山东科技大学硕士学位论文绪论 工作面长1 8 3 m ，走向长2 1 3 0 m ，使用德国产二柱掩护式支架，高度2 ．3 ／4 ．7 m ，工作阻力 4 ．9 M N ，整体顶梁带侧护板和护帮板，顶梁前端支撑力可达5 0 0 k N 。该工作面每班配备 1 0 个工人。单班生产日产量为3 6 0 0 吨，两班生产日产量为5 0 0 0 吨，三班生产日产量为 6 2 0 0 吨，工作面工效达2 1 0 ～3 6 0 吨／工，实现了高产高效。 法国著名的高产高效矿井拉乌费矿，1 9 8 6 年开始进行一次采全高综采，采高4 ．3 m ， 工作倾角5 。～1 5 。，工作面长2 0 0 m ，使用二柱掩护式大采高支架，工作阻力4 ．4 M N ， 高度可达4 ．5 m ，采用双伸缩立柱，项梁带伸缩梁和护帮板，配套的采煤机电机功率 5 0 0 k W ，最大采高4 ．4 m ，摇臂长2 2 5 0 m m ，滚筒尺寸4 2 ．3 r e xo ．7 5 m ，液压无链牵引。输 送机输送能力1 7 5 0 t ／h 。1 9 8 8 年该大采高工作面平均日产6 1 6 5 吨，最高日产1 7 0 0 0 吨。 除上述各国外，南非、澳大利亚等主要采煤国大采高综采试验，取得成功。所用的 大采高支架多数是引进德、英等国的产品。 1 ．2 ．2 我国大采高液压支架技术的研究现状 我国是世界上厚煤层储量最大的国家之一，在全国统配煤矿中，厚度在3 ．5 m 以上的 煤层约占总储量的4 3 ％。山西、山东、河北、河南、辽宁、内蒙等矿区，平均厚度3 ．5 ～5 m 的煤层为主采煤层。研制适应这种厚煤层一次采全高的大采高液压支架及配套设备，研 究大采高工作面支护技术、生产工艺以实现安全高效生产成为一项极其重要的课题【6 】。 “七五”以来，我国投入较大的人力和物力，组织了较大规模的技术攻关，取得了重要 成果。 开滦矿区早在7 0 年代末就试验4 m 左右煤层综采一次采全高，1 9 7 9 年范各庄煤矿综 采队利用从德国引进的G 3 2 0 ．2 3 ／4 5 二柱掩护式支架，配套E D W - 3 0 0 L H 双滚筒采煤机、 E K F 3 ／7 4 V 工作面输送机，试采3 ．3 4 ．3 m 厚煤层取得成功，平均月产达到7 0 8 1 9 吨，最 高月产为9 4 9 9