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【煤礦機(jī)械精選】液壓支架電液控制系統(tǒng)技術(shù)現(xiàn)狀分享

我國作為一個煤炭大國，薄煤層（采高為0.7～1.3m）的可采儲量約為60 多億噸，約占全國煤炭總儲量的18 %。薄煤層采煤機(jī)作為薄煤層開采機(jī)械，由于受其本身結(jié)構(gòu)的限制，0.8 m已是其開采下限，而且維修、操作不便，工人需在極低的工作面條件下跟機(jī)作業(yè)。因此，電液壓支架成為薄煤層的主要采煤設(shè)備。

       液壓支架是煤礦綜合機(jī)械化采煤工作面的支護(hù)設(shè)備，是綜采的關(guān)鍵設(shè)備。隨著近年來電子計(jì)算機(jī)和自動控制技術(shù)的發(fā)展，采煤技術(shù)設(shè)備的自動化也日趨成熟，液壓支架的電液控制也隨之發(fā)展起來。

       液壓支架電液控制系統(tǒng)使井下采煤實(shí)現(xiàn)由機(jī)械化向自動化轉(zhuǎn)變，被稱為采煤技術(shù)的第二次重大改革，是煤礦21世紀(jì)的高新技術(shù)。支架具有特殊的工況特點(diǎn)，介質(zhì)粘度低、工作壓力高、流量大、工作環(huán)境惡劣、介質(zhì)污染較嚴(yán)重等特點(diǎn)決定了液壓支架的發(fā)展方向，使其向高壓、大流量和采用電液控制方向發(fā)展。

       對單臺支架來說，首先根據(jù)采煤工藝的要求，通過支架控制箱選擇好控制方式，然后發(fā)出相應(yīng)控制命令（即給出電信號），使對應(yīng)的電液控制閥組內(nèi)的電磁先導(dǎo)閥動作，控制主閥開啟，向所連接的液壓缸供液，使支架作相應(yīng)的動作。支架工作狀態(tài)由壓力傳感器或位移傳感器反饋回控制箱，控制箱再根據(jù)傳感器提供的信號來決定支架的下一個動作。這就是電液控制系統(tǒng)的工作原理。

       液壓支架電液控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)綜采工作面高產(chǎn)高效的關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備。目前，國外液壓支架電液控制技術(shù)已發(fā)展到相當(dāng)成熟的階段，發(fā)展十分迅速。當(dāng)前國際上主流的液壓支架電液控制系統(tǒng)有：DBT公司的PM4、MARCO公司的PM31和JOY公司的RS20型3種。美國、澳大利亞、南非等國家的煤礦新裝備的綜采工作面幾乎全部采用電液控制的液壓支架。

       而我國液壓支架電液控制系統(tǒng)研制已經(jīng)歷了十幾年時(shí)間，至今卻仍未得到推廣。全國只有神華集團(tuán)神東礦區(qū)等為數(shù)不多的幾家礦區(qū)從國外引進(jìn)了電液控制的液壓支架。

       液壓支架用閥是保證液壓支架在煤礦井下正常工作的重要元部件，是支架中最精密、最關(guān)鍵的部位。液壓支架的可靠性主要依賴于液壓組件的可靠性，液壓支架在煤礦生產(chǎn)中的應(yīng)用是否成功，關(guān)鍵在于液壓組件的技術(shù)性能是否達(dá)到要求。閥的損壞將直接導(dǎo)致液壓支架失效或者誤動作，造成人身事故和工作面冒頂事故，甚至使工作面停產(chǎn)，所以要求閥具有良好的可靠性和較長的壽命。

       我國液壓支架用閥技術(shù)相對滯后。大多數(shù)先進(jìn)國家如德國、英國等液壓支架研制開發(fā)比較早，科研投入也比較大，不斷進(jìn)行高端產(chǎn)品開發(fā)和技術(shù)升級，現(xiàn)在其生產(chǎn)的液壓支架上多采用集成閥、電液閥技術(shù)，性能及自動化水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于我國閥類產(chǎn)品，電液控制系統(tǒng)的使用已成為潮流。例如美國使用電液控制的比例已接近于100%，澳大利亞、南非占60%左右，德國占30%。使用電液控制系統(tǒng)對液壓支架進(jìn)行控制，甚至已列入了部分國家的采煤作業(yè)規(guī)程中。因此，我國的閥類產(chǎn)品只有更新?lián)Q代才能促進(jìn)國內(nèi)液壓支架技術(shù)的發(fā)展。

       我國液壓支架與國外的差距相對而言較小，主要差距在電液控制系統(tǒng)。電液控制系統(tǒng)是液壓支架的核心，其性能的好壞直接影響支架的使用性能。電液控制閥組是電液控制系統(tǒng)的關(guān)鍵元件，其性能優(yōu)劣對系統(tǒng)工作性能有較大影響。

       國外已有多種結(jié)構(gòu)的電液控制閥組產(chǎn)品，以德國DBT公司為代表的金屬—塑料密封、浮動回液閥座結(jié)構(gòu)主閥和直動平面塑料密封的電磁先導(dǎo)閥；以德國Marco公司為代表的集金屬—塑料密封、浮動回液閥座結(jié)構(gòu)和差動功能閥芯于一體的插裝式主閥和放大杠桿推動的陶瓷密封結(jié)構(gòu)電磁先導(dǎo)閥；以美國JOY公司為代表的金屬—塑料軟密封滑閥結(jié)構(gòu)的插裝式直動控制主閥和直動式陶瓷密封結(jié)構(gòu)電磁先導(dǎo)閥及以德國Tiefenbach公司為代表的金屬—金屬硬密封對頂結(jié)構(gòu)的插裝式主閥和放大杠桿交叉推動的陶瓷結(jié)構(gòu)電磁先導(dǎo)閥[8]。而我國液壓支架的電液控制閥尚處于研發(fā)階段，國產(chǎn)的電液控制系統(tǒng)仍處在試驗(yàn)階段，而且目前采用引進(jìn)電液閥控制的液壓支架工作面也只有幾個。目前國內(nèi)使用的液壓支架主要有三種形式：進(jìn)口液壓支架配備進(jìn)口電液控制系統(tǒng)，國產(chǎn)液壓支架配備進(jìn)口電液控制系統(tǒng)，國產(chǎn)液壓支架配備大流量手動控制系統(tǒng)。

       支架電液控制系統(tǒng)中的核心元件即高水基乳化液介質(zhì)電液換向閥，該元件國外技術(shù)已經(jīng)非常成熟，而目前在國內(nèi)還是一片空白。此項(xiàng)目研發(fā)的目的就是要在吸取國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，對高水基電液換向閥進(jìn)行設(shè)計(jì)研發(fā)，并進(jìn)行理論分析及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，早日實(shí)現(xiàn)采煤支架電液控制系統(tǒng)的國產(chǎn)化，使綜采煤礦達(dá)到安全生產(chǎn)、增產(chǎn)增效的目的。從技術(shù)上說，我國開發(fā)電液控制系統(tǒng)是完全可行的，理論上也己不存在困難。難度在于可靠性，尤其是電液控制閥組的可靠性和電器元件的可靠性。研制安全、可靠的電液控制閥組就成為實(shí)現(xiàn)液壓支架自動控制的關(guān)鍵所在。