潘集區(qū)潘二煤礦 采煤一隊(duì) 王忠寶

液壓支架的發(fā)展與前瞻

潘集區(qū)潘二煤礦 采煤一隊(duì) 王忠寶

一、國(guó)內(nèi)外液壓支架發(fā)展概述

液壓支架是以高壓液體為動(dòng)力，由若干個(gè)液壓元件與一些金屬構(gòu)件組合而成的一種支撐和控制頂板的采煤工作面設(shè)備。自20世紀(jì)50年代以來(lái)，液壓支架已逐步成為采煤工作面核心設(shè)備，目前，世界上已生產(chǎn)制造出數(shù)百種架型和上萬(wàn)種型號(hào)的液壓支架，以適應(yīng)各類煤層開(kāi)采支護(hù)需要。

20世紀(jì)60年代，我國(guó)也曾開(kāi)發(fā)了10余種液壓支架，但液壓支架一直處于研制、實(shí)驗(yàn)階段；20世紀(jì)70年代先后從國(guó)外引進(jìn)數(shù)10余套液壓支架。經(jīng)不斷地探索、總結(jié)，制造出各種類型的支架；80年代液壓支架研發(fā)處于創(chuàng)新提高階段，相續(xù)開(kāi)發(fā)出30余種新架型，并廣泛用于國(guó)有大中型煤礦，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益；20世紀(jì)90年代特種液壓支架的研制獲得迅速發(fā)展，各種新型支架相繼問(wèn)世；21世紀(jì)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)的普及與應(yīng)用，液壓支架的控制逐步向程序控制、數(shù)字控制、遙控和自動(dòng)化控制邁進(jìn)。

二、國(guó)內(nèi)外液壓支架差異

國(guó)產(chǎn)支架在制造技術(shù)、材質(zhì)性能、加工工藝、控制系統(tǒng)及密封性能上與國(guó)外先進(jìn)國(guó)家相比還存在很大差距。

1.加工制造方面。據(jù)有關(guān)綜采工程技術(shù)人員反映，國(guó)產(chǎn)液壓支架到目前為止尚未達(dá)到1979年引進(jìn)100套支架的技術(shù)水平。如結(jié)構(gòu)材料，德國(guó)采用ST52材料其屈服極限為500 MPa，而我國(guó)使用16 Mn材料屈服極限僅為350 MPa；閥類，國(guó)外一直用銅合金閥殼和高強(qiáng)度不銹鋼閥芯，我國(guó)則是45鋼加表面熱處理；在加工工藝上，國(guó)外油缸內(nèi)壁是復(fù)鍍，國(guó)產(chǎn)則為不鍍。

2.控制系統(tǒng)方面。國(guó)外20世紀(jì)60年代采用手動(dòng)直控制操作系統(tǒng)；20世紀(jì)70年代采用先導(dǎo)控制系統(tǒng)，隨之英國(guó)首先提出研制電液控制系統(tǒng)，20世紀(jì)90年代道梯公司研制出全工作面電液控制系統(tǒng)，緊隨其后威斯特伐利亞-貝瑞特公司研制出更為先進(jìn)的P-M 3、P-M 4電液控制系統(tǒng)。現(xiàn)美國(guó)、德國(guó)、英國(guó)、澳大利亞等國(guó)家基本上全是可編程電液控制，而我國(guó)仍多采用手動(dòng)控制系統(tǒng)。

3. 液壓元件方面。液壓支架的可靠性主要依賴于液壓元件的可靠性，液壓支架在煤礦生產(chǎn)中應(yīng)用是否成功，關(guān)鍵在于液壓元件的技術(shù)性能是否達(dá)到要求。國(guó)外目前多采用大流量安全閥、液控單向閥、截止閥、初撐力保持閥及立柱快速回液閥。而我國(guó)對(duì)此類液壓元件研發(fā)較為滯后，目前仍沿用20世紀(jì)80年代的產(chǎn)品，沒(méi)有形成液壓元件通用化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化。

三、液壓支架發(fā)展前景展望

鑒于科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，新技術(shù)、新工藝、新方法、新材料的不斷應(yīng)用及計(jì)算機(jī)技術(shù)的空前擴(kuò)展，液壓支架的未來(lái)具有十分誘人的發(fā)展前景。

1.設(shè)計(jì)理念的更新，液壓支架發(fā)展的一場(chǎng)革命。由于液壓支架的工作條件惡劣，人、機(jī)環(huán)境的相互關(guān)系問(wèn)題顯得更加重要。綠色設(shè)計(jì)是將材料選擇、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、工藝方法、外觀造型和色彩搭配按照一定規(guī)律，采取藝術(shù)的方法加以巧妙融合，充分體現(xiàn)人機(jī)環(huán)境系統(tǒng)的和諧統(tǒng)一。這種綠色設(shè)計(jì)，它不僅考慮環(huán)境和資源既要滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要，又要滿足人類生存發(fā)展需要，是人類可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略在支架設(shè)計(jì)中的體現(xiàn)。如：液壓支架在設(shè)計(jì)過(guò)程中采用多目標(biāo)模糊化設(shè)計(jì)，要求支撐力大、移架速度快、重量輕、用料少等，每個(gè)目標(biāo)確定一個(gè)函數(shù)，即得多個(gè)設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)，然后組合優(yōu)化，確定最佳方案。

2.采取純水液壓技術(shù)，液壓支架將成為綠色機(jī)械。純水液壓技術(shù)是液壓領(lǐng)域的發(fā)展前沿。它不僅有良好的抗燃性、散熱性、而且價(jià)格也便宜，無(wú)污染，長(zhǎng)久以來(lái)液壓支架在地表層下工作，由于使用工作介質(zhì)是乳化液，并有許多添加劑，對(duì)地表以下環(huán)境污染嚴(yán)重。所以，液壓支架使用純水液壓技術(shù)，對(duì)降低煤礦的生產(chǎn)成本，保護(hù)環(huán)境是有益的，并可改善礦井的工作和安全條件。隨著社會(huì)不斷進(jìn)步，時(shí)代的要求呼喚著水壓傳動(dòng)（起源于1605年發(fā)現(xiàn)帕斯卡定律）這一古老又嶄新的技術(shù)復(fù)出。目前，西方國(guó)家集中力量研究該項(xiàng)目技術(shù)，并取得突破性進(jìn)展。如：潤(rùn)滑磨損問(wèn)題，合理選用摩擦副材料，如工程塑料、結(jié)構(gòu)陶瓷、高分子材料、防銹防腐鍍層等。結(jié)構(gòu)陶瓷因具有良好的耐磨性、抗氣蝕性及化學(xué)穩(wěn)定性，較低的摩擦系數(shù)等特征，備受青瞇。在液壓元件在用結(jié)構(gòu)陶瓷代替部分金屬材料，大大改善了其性能?？傊?，新材料的成功研制與應(yīng)用，精密加工技術(shù)的不斷進(jìn)步，以及各種型結(jié)構(gòu)液壓元件的制成，使得液壓支架采用純水液壓技術(shù)進(jìn)入嚴(yán)格的無(wú)污染領(lǐng)域，具有十分誘人的應(yīng)用發(fā)展前景。

3.高科技的應(yīng)用，液壓支架趨于智能化。先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)應(yīng)用是將各種技術(shù)相互滲透，相互結(jié)合的基礎(chǔ)上相互輔助，揚(yáng)長(zhǎng)避短，使組合后的整體功能大于組成整體的各個(gè)部分功能之和的綜合性交叉學(xué)科。多種技術(shù)向“機(jī)械母體–液壓支架”不斷滲透，包括機(jī)、電、液、光、磁等技術(shù)的伺服器系統(tǒng)。具體說(shuō)，是以液壓支架輸出的力、速度為目的，構(gòu)成了從輸出到輸入的閉環(huán)系統(tǒng)，涉及傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)、液壓傳動(dòng)技術(shù)等。同時(shí)，故障診斷技術(shù)（包括信號(hào)檢測(cè)，故障判斷，故障檢測(cè)，故障分析等）將隨著高科技的發(fā)展理論（如小波技術(shù)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，人工智能）介入液壓支架的早期診斷，以預(yù)防和減少事故的發(fā)生、維護(hù)的盲目性和維修時(shí)間，延長(zhǎng)支架服務(wù)年限，提高生產(chǎn)效率。