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        液壓支架用乳化液泵站同步供液方案的優(yōu)化

        2021-09-28 23:37:40王軍平
        山西冶金 2021年4期
        關(guān)鍵詞:液閥供液乳化液

        王軍平

        (陽(yáng)煤集團(tuán)壽陽(yáng)開(kāi)元礦業(yè)有限責(zé)任公司,晉中 壽陽(yáng) 045400)

        液壓支架是煤礦井下支護(hù)作業(yè)的核心,其工作的穩(wěn)定性和可靠性直接決定了井巷道支護(hù)的安全性。液壓支架在工作過(guò)程中的移架、升架等動(dòng)作均由乳化液泵站控制,由于綜采面液壓支架組數(shù)量多、動(dòng)作頻繁,因此對(duì)乳化液泵站的供液需求要求高,目前常用的乳化液泵站的最大額定流量約為600 L/min,無(wú)法滿(mǎn)足井下多液壓支架同時(shí)動(dòng)作的需求,因此為了提高支架組動(dòng)作的一致性,通常將多個(gè)乳化液泵站進(jìn)行并聯(lián)供液。但在實(shí)際使用的過(guò)程中發(fā)現(xiàn),由于缺乏統(tǒng)一的控制系統(tǒng),導(dǎo)致兩個(gè)乳化液泵站在供液是存在著較大的隨意性,使液壓支架的調(diào)節(jié)流量波動(dòng)大、供液穩(wěn)定性極差,給井下的支護(hù)安全帶來(lái)了較大的隱患。

        本文結(jié)合開(kāi)元公司9714綜采工作面井下液壓支架的供液實(shí)際需求,提出了一種新的多泵站并聯(lián)供液方案,通過(guò)使電磁鐵推動(dòng)進(jìn)液閥在排液階段進(jìn)行一定的延遲,實(shí)現(xiàn)乳化液泵站在出口位置流量的主動(dòng)調(diào)節(jié),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)多泵站并聯(lián)供液時(shí)的自動(dòng)調(diào)節(jié),滿(mǎn)足供液穩(wěn)定性的需求,根據(jù)實(shí)際應(yīng)用表明,新的供液方案能夠?qū)⒐┮哼^(guò)程中的流量波動(dòng)降低57.1%,對(duì)于提升多乳化液泵站供液穩(wěn)定性、提升井下液壓支架運(yùn)行安全具有十分重要的意義。

        1 泵站同步供液方案

        在傳統(tǒng)的供液系統(tǒng)中,礦山生產(chǎn)企業(yè)只是將兩個(gè)泵站簡(jiǎn)單的進(jìn)行并聯(lián)并應(yīng)用于供液,因此無(wú)法對(duì)供液過(guò)程中兩個(gè)泵的供液流量進(jìn)行調(diào)節(jié),因此結(jié)合乳化液泵站的供液流程和實(shí)際需求,提出對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化,利用電磁鐵推動(dòng)進(jìn)液閥在排液初期進(jìn)行短暫的停頓,確保進(jìn)入到泵站柱塞腔的乳化液完全流回到油箱內(nèi),使流經(jīng)排液閥的乳化液流量降低,實(shí)現(xiàn)在泵站出口位置流量的自動(dòng)調(diào)節(jié),避免供液過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)大的波動(dòng)[1]。

        為了驗(yàn)證該供液方案的有效性,以開(kāi)元公司9714綜采工作面BRW400型乳化液泵站為研究對(duì)象,以AMESIM仿真分析軟件為基礎(chǔ),對(duì)不同供液方式下的供液穩(wěn)定性進(jìn)行研究,該供液系統(tǒng)仿真分析模型如圖1所示[2]。

        圖1 供液系統(tǒng)仿真分析結(jié)構(gòu)示意圖

        為了確保仿真分析結(jié)果的準(zhǔn)確性,系統(tǒng)在定義各元器件的參數(shù)時(shí),按照該乳化液泵站的實(shí)際參數(shù)來(lái)定義,活塞缸的直徑設(shè)置為40 mm,活塞桿的行程為66 mm,進(jìn)液閥的閥芯直徑為39 mm,閥芯的等效質(zhì)量為139g,彈簧剛度為1.4 N/mm,彈簧預(yù)壓縮量為0.5 mm,排液閥的閥芯直徑為34 mm,閥芯的的等效質(zhì)量為79g,彈簧剛度為27 N/mm,彈簧預(yù)壓縮量為2 mm,同時(shí)為了對(duì)供液過(guò)程中的供液情況進(jìn)行調(diào)整,在系統(tǒng)中設(shè)置了一個(gè)容積為25 L,預(yù)充氣壓力為8 MPa的囊式蓄能器。

        在仿真分析時(shí),在曲軸和柱塞之間設(shè)置一個(gè)線(xiàn)性速度傳感信號(hào)[3],然后再進(jìn)液閥發(fā)現(xiàn)的左側(cè)增加一個(gè)電磁閥控制器,用于控制進(jìn)液閥芯能夠按不同的速度進(jìn)行關(guān)閉,從而模擬泵站供液時(shí)的延遲供液,實(shí)現(xiàn)對(duì)供液穩(wěn)定性的智能調(diào)節(jié)。

        2 同步供液方案仿真

        為了對(duì)不同供液方案下的供液穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)證,利用AMESIM仿真分析軟件[4],對(duì)兩種不同供液方案進(jìn)行驗(yàn)證,假設(shè)液壓支架組所需的供液量為200 L/min,方案I是傳統(tǒng)情況下兩者等量供液(每個(gè)泵站均按100 L/min)方案,方案II為新的流量自調(diào)節(jié)供液方案。方案I供液情況下的仿真分析結(jié)果如圖2所示。

        圖2 等量供液方案下仿真分析結(jié)果

        由圖2分析結(jié)果可知,在等量供液方案下,2臺(tái)乳化液泵站的平均供液流量為100.52 L/min,能夠滿(mǎn)足液壓支架的供液需求,但2臺(tái)泵的瞬時(shí)供液流量在84~112L/min之間變化,存在著較大的波動(dòng),因此會(huì)導(dǎo)致供液系統(tǒng)出現(xiàn)較大的振動(dòng)沖擊,影響供液安全性。

        流量自調(diào)節(jié)方案下的供液方案仿真分析結(jié)果如圖3所示。

        圖3 流量自調(diào)節(jié)方案下仿真分析結(jié)果

        由圖3分析結(jié)果可知,在流量自調(diào)節(jié)控制下系統(tǒng)的總供液量約為200.24 L/min,滿(mǎn)足9714綜采工作面液壓支架的供液需求,泵1和泵2的進(jìn)液閥進(jìn)行了延遲控制,使泵1的平均輸出流量為123.62 L/min,泵2的平均輸出流量約為76.46 L/min,由于兩種供液流量存在著一定的差異,使油液在流動(dòng)過(guò)程中的沖擊顯著降低,提升支架調(diào)節(jié)時(shí)的穩(wěn)定性。

        兩種供液方案下的供液總量變化情況如圖4所示。

        圖4 不同供液方案下流量變化曲線(xiàn)

        由圖4可知,在方案2的情況下輸出的瞬時(shí)流量在196.5~202.5 L/min之間波動(dòng),而方案1情況下輸出的瞬時(shí)流量在192.5L/min~206.5L/min之間波動(dòng),由此可知,在新的控制方案下,能夠?qū)⒐┮哼^(guò)程中的流量波動(dòng)降低57.1%,對(duì)于提升多乳化液泵站供液穩(wěn)定性、提升井下液壓支架運(yùn)行安全具有十分重要的意義。

        3 結(jié)論

        針對(duì)開(kāi)元公司9714綜采工作面液壓支架用乳化液泵站組并聯(lián)供液時(shí)所存在的流量波動(dòng)大、供液穩(wěn)定性差的現(xiàn)狀,提出了一種新的多泵站并聯(lián)供液新方案,根據(jù)仿真分析表明:

        1)利用電磁鐵推動(dòng)進(jìn)液閥在排液初期進(jìn)行短暫的停頓,確保進(jìn)入到泵站柱塞腔的乳化液完全流回到油箱內(nèi),使流經(jīng)排液閥的乳化液流量降低,能夠?qū)崿F(xiàn)在泵站出口位置流量的自動(dòng)調(diào)節(jié),避免供液過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)大的波動(dòng)。

        2)方案1和方案2均能夠保證液壓支架工作過(guò)程中的總供液量,但方案1瞬時(shí)流量變化大,因此會(huì)對(duì)供液系統(tǒng)產(chǎn)生較大的沖擊,影響供液穩(wěn)定性。

        3)新的供液方案能夠?qū)⒐┮哼^(guò)程中的流量波動(dòng)降低57.1%,對(duì)于提升多乳化液泵站供液穩(wěn)定性、提升井下液壓支架運(yùn)行安全具有十分重要的意義。

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