液壓支架技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展思路

中國(guó)礦業(yè)大學(xué)ChinaUniversityof科研訓(xùn)練班級(jí): 姓名: 學(xué)號(hào): 2011年12月9日液壓支架技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展思路摘要:本文介紹了國(guó)內(nèi)液壓支架發(fā)展的歷程，分析了國(guó)內(nèi)外液壓支架在技術(shù)上的差距，并總結(jié)了未來(lái)液壓支架的發(fā)展思路。關(guān)鍵詞：液壓支架；技術(shù)現(xiàn)狀；發(fā)展思路工作面支護(hù)問(wèn)題始終是困擾煤礦生產(chǎn)安全、產(chǎn)量和效率的重要問(wèn)題。因此以液壓支架為主要設(shè)備的綜合機(jī)械化采煤（簡(jiǎn)稱綜采）的誕生和發(fā)展是煤礦生產(chǎn)發(fā)展史上的一次重大革命。液壓支架是以高壓液體為動(dòng)力，由液壓元件（油缸、閥件）與承載構(gòu)件組合而成的一種支撐和控制頂板的采煤工作面支護(hù)設(shè)備。具有強(qiáng)度高、移動(dòng)速度快、支護(hù)性能好、安全可靠等特性。液壓支架的應(yīng)用，不僅從根本上改善了勞動(dòng)和安全條件,也為工作面產(chǎn)量和效率的迅速提高奠定了基礎(chǔ)，使煤礦生產(chǎn)面貌徹底改變一、國(guó)內(nèi)液壓支架的發(fā)展我國(guó)液壓支架發(fā)展可以分為三個(gè)階段：1、學(xué)習(xí)起步階段我國(guó)從20世紀(jì)70年代初開(kāi)始液壓支架的研制工作，基礎(chǔ)條件很差。1964年由太原分院和鄭州煤機(jī)廠設(shè)計(jì)70型邁步式自移支架，從此開(kāi)始了液壓支架的國(guó)產(chǎn)化道路，先后研制出了垛式、節(jié)式及掩護(hù)式支架。盡管支架的性能及可靠性都較差，但為我國(guó)液壓的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，為以后液壓支架的研制積累了經(jīng)驗(yàn)。2、引進(jìn)發(fā)展階段20世紀(jì)80年代前后我國(guó)分三次大規(guī)模地引進(jìn)國(guó)外支架，其中的液壓支架主要以二柱掩護(hù)式和四柱支撐式為主，支架的參數(shù)和性能比以往進(jìn)口支架有明顯提高。1984年，北京開(kāi)采所、沈陽(yáng)所、鄭州煤機(jī)廠在沈陽(yáng)蒲河礦進(jìn)行我國(guó)第一套放頂煤液壓支架的工業(yè)性試驗(yàn)，繼而研制了多種低位、中位和高位放頂煤支架，成功地在緩傾斜厚煤層和急傾斜厚煤層水平分層工作面使用。通過(guò)消化吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，科研人員自主開(kāi)發(fā)了多種不同用途的液壓支架，具有代表性的支架有QY系列和ZY系列支架，其中QY31和ZY35支架在較大范圍內(nèi)得到了推廣使用。這一時(shí)期開(kāi)發(fā)出的支架重量普通較輕，支架的工作阻力也偏小。支架的可靠性比較差，壽命試驗(yàn)僅8000次，與國(guó)外的差距較大。在支架的控制方面，操縱閥主要以ZC片閥為主，流量只有80L/min。乳化液泵站流量一般為80?200L/min,支架的移架速度較慢，立柱千斤頂?shù)拿芊馊θ繛橄鹉z件，壽命較短。3、完善提高階段從上世紀(jì)90年代中期開(kāi)始，我國(guó)液壓支架進(jìn)入了快速發(fā)展階段，全國(guó)綜采工作面數(shù)量大幅度提高，液壓支架的性能、參數(shù)、可靠性有了明顯提高，架型不斷豐富。尤其是放頂煤開(kāi)采技術(shù)在我國(guó)的成功應(yīng)用，極大地推動(dòng)了放頂煤支架快速發(fā)展。架型按放煤位置分有高位、中位、低位放頂煤支架，按四連方向分有正四連桿和反四連桿放頂煤支架等。近五年來(lái)隨著國(guó)內(nèi)高端液壓支架需求量的不斷增加和液壓支架國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程的發(fā)展，國(guó)內(nèi)液壓支架進(jìn)入高速發(fā)展階段。我國(guó)液壓支架架型的發(fā)展：1、薄煤層液壓支架1.3m以下的薄煤層和1.7m以下的較薄煤層的安全高效開(kāi)采是制約煤礦開(kāi)采的重大技術(shù)難題，由于采高小，機(jī)械和人員作業(yè)困難，通風(fēng)和瓦斯治理都成為制約生產(chǎn)的難題。薄煤層長(zhǎng)壁開(kāi)采有兩種配套模式，一是采用刨煤機(jī)配套的長(zhǎng)壁工作面，二是采用滾筒式采煤機(jī)配套的長(zhǎng)壁工作面，前者適用于0.8—1.6m煤層，后者適用于1.0m以上煤層。刨煤機(jī)開(kāi)采液壓支架應(yīng)采用電液控制定量推移，可實(shí)現(xiàn)工作面自動(dòng)化開(kāi)采。滾筒式采煤機(jī)開(kāi)采薄煤層，由于受配套尺寸的限制，最小采高小于1m將難于實(shí)現(xiàn)，當(dāng)采用大功率滾筒式采煤時(shí)，最小采高需大于1.3m以上。。2、 中厚煤層和大采高液壓支架中厚煤層是最適合長(zhǎng)壁高效開(kāi)采的煤層，中厚煤層液壓支架是較成熟的架型，發(fā)展趨勢(shì)是大工作阻力、整體頂梁簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、提高可造性和電液控制。3、 大傾角液壓支架當(dāng)液壓支架用于中厚煤層傾角超過(guò)35°和大采高煤層傾角超過(guò)25°時(shí)，被稱為大傾角支架。大傾角煤層長(zhǎng)壁綜采支護(hù)是最大技術(shù)難題，大傾角支架的適應(yīng)性是關(guān)鍵。我國(guó)在大傾角長(zhǎng)壁綜采裝備技術(shù)研究和實(shí)踐方面一直處于世界領(lǐng)先地位。北京開(kāi)采研究所對(duì)大傾角長(zhǎng)壁綜采和液壓支架進(jìn)行了長(zhǎng)期研究，發(fā)明了大傾角支架防倒防滑、安全防護(hù)和端頭錨固等新結(jié)構(gòu)和新技術(shù)。4、 端頭支護(hù)技術(shù)工作面兩端頭是工作面與工作面平巷的連接處，是工作面的安全出口。我國(guó)現(xiàn)已開(kāi)發(fā)了多種型式的端頭液壓支架，并在國(guó)內(nèi)外首次設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了工作面平巷超前支護(hù)液壓支架。采用端頭液壓支架和超前支護(hù)液壓支架，實(shí)現(xiàn)了工作面端頭平巷的超前機(jī)械化支護(hù)，取消了單體支柱和金屬頂梁支護(hù)工序。工作面端頭超前支護(hù)系統(tǒng)分別用于工作面運(yùn)輸巷和軌道巷。端頭支架與超前支架超前支護(hù)系統(tǒng)的推移為“半卸載”支護(hù)。二、我國(guó)液壓支架的技術(shù)現(xiàn)狀雖然我國(guó)在液壓支架技術(shù)方面取得了可喜的進(jìn)步，但與世界發(fā)達(dá)國(guó)家相比，還存在一些不足，主要表現(xiàn)在：首先，我國(guó)綜采比例低，落后的生產(chǎn)技術(shù)與世界產(chǎn)煤大國(guó)的地位極不相稱。世界主要產(chǎn)煤國(guó)家的綜采比例都是全國(guó)煤炭井工生產(chǎn)的比例。如俄羅斯是85.7％，波蘭是92％，而美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)、日本都是99％以上。據(jù)1998年統(tǒng)計(jì)，我國(guó)國(guó)有重點(diǎn)煤礦綜采比例是49.32％；地方煤礦和鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦比例遠(yuǎn)低于此數(shù)，初步統(tǒng)計(jì)，若按全國(guó)井工生產(chǎn)的煤炭來(lái)算，綜采比例只有23％左右。第二，液壓支架制造技術(shù)水平落后。我國(guó)在支架材料、加工工藝、性能和使用壽命等方面與世界先進(jìn)國(guó)家相比還有很大差距。例如，1979年引進(jìn)100套綜采支架期間，德國(guó)支架結(jié)構(gòu)材料是ST52，屈服極限5000左右。而我國(guó)基本上長(zhǎng)期使用16Mn,屈服極限3000左右的支架結(jié)構(gòu)材料。這樣技術(shù)質(zhì)量水平的支架在國(guó)內(nèi)高產(chǎn)工作面及在國(guó)際上卻是沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)力的。第三，液壓支架控制系統(tǒng)的研究處于落后狀態(tài)，嚴(yán)重制約支架移架速度的提高和綜采經(jīng)濟(jì)效益的發(fā)揮。西方主要采煤大國(guó)液壓支架在20世紀(jì)70年代中后期廣泛采用液壓多芯管先導(dǎo)控制系統(tǒng)。從80年代開(kāi)始，大力著手電液先導(dǎo)程序控制的研究和使用，因此，現(xiàn)在美、德、英、日等基本全是可編程電液控制。而我國(guó)國(guó)產(chǎn)液壓支架的控制方式仍然停留在跟機(jī)手把單向鄰架控制或本架控制水平。這種控制方式存在嚴(yán)重缺點(diǎn)：工人勞動(dòng)條件差、安全性差；移架速度慢，影響采煤機(jī)效率的發(fā)揮；通風(fēng)條件差，支架故障率高；支架支護(hù)效能的發(fā)揮程度與操作人員的經(jīng)驗(yàn)多少和技能高低有密切關(guān)系。此外，我國(guó)大部分支架的整機(jī)可靠性與國(guó)外差距比較大；液壓元件的研發(fā)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于液壓支架發(fā)展的需要；制造工藝方面我國(guó)也整體落后于西方發(fā)達(dá)國(guó)家。三、液壓支架研究發(fā)展思路隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展,新技術(shù)、新方法、新材料的不斷應(yīng)用，微機(jī)和計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)一步普及，為液壓支架的發(fā)展提供了有利的條件。目前，液壓支架研究發(fā)展思路主要有以下幾個(gè)方面：1、更新設(shè)計(jì)理念和方法設(shè)計(jì)理念創(chuàng)新是液壓支架技術(shù)創(chuàng)新的根本。應(yīng)通過(guò)積極消化吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，改變傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念，把可靠性作為首要目標(biāo)；采用現(xiàn)代優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，三維CAD動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)三維CAD參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)；進(jìn)一步開(kāi)發(fā)支架結(jié)構(gòu)分析計(jì)算軟件系統(tǒng)，完善結(jié)構(gòu)有限元分析軟件系統(tǒng)及實(shí)用化、完善液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，加強(qiáng)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)。進(jìn)一步加強(qiáng)支架—圍巖相互作用關(guān)系的研究，采用相似材料模擬試驗(yàn)等手段進(jìn)行綜合研究，對(duì)支架的適應(yīng)性進(jìn)行理論解析，從而合理確定支架的結(jié)構(gòu)和支護(hù)參數(shù)。2、完善標(biāo)準(zhǔn)體系建立完善的煤礦支護(hù)設(shè)備技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系是技術(shù)發(fā)展的重要任務(wù)。隨著技術(shù)的進(jìn)步和WTO國(guó)際經(jīng)濟(jì)一體化，急需制定新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行建立液壓支架國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)體系的研究。如北京開(kāi)采研究所已基本完成了《煤礦用液壓支架安全性要求》系列國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的起草。新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)將與CENl804等國(guó)際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)接軌，這必將對(duì)我國(guó)液壓支架的技術(shù)進(jìn)步產(chǎn)生重大影響。3、 架型發(fā)展隨著高產(chǎn)高效礦井建設(shè)的不斷發(fā)展，對(duì)長(zhǎng)壁綜采設(shè)備生產(chǎn)能力和可靠性的要求越來(lái)越高，支架向大工作阻力、高可靠性方向發(fā)展。一次采全高普通支架繼續(xù)向著兩柱掩護(hù)式發(fā)展，并將進(jìn)一步擴(kuò)大適用范圍。大傾角支架、薄煤層支架、6m?7m特厚煤層一次采全高支架、三軟難采煤層支架等將不斷發(fā)展新架型結(jié)構(gòu)。兩柱式放頂煤支架將逐漸發(fā)展成為主導(dǎo)架型之一。端頭支護(hù)和工作面平巷超前支護(hù)等特殊支架將得到廣泛重視和發(fā)展。同時(shí)，我國(guó)許多地方中小煤礦將大力發(fā)展長(zhǎng)壁機(jī)械化開(kāi)采，適應(yīng)這些礦井使用條件的輕型液壓支架和配套設(shè)備將得到較快發(fā)展。4、 材料的升級(jí)換代隨著支架向大工作阻力和高可靠性要求的發(fā)展，支架質(zhì)量也不斷增加，給運(yùn)輸、搬運(yùn)和安裝等環(huán)節(jié)帶來(lái)了很大困難。如何在保證強(qiáng)度的前提下，減輕支架重量是支架設(shè)計(jì)中迫切需要解決的問(wèn)題，采用高強(qiáng)度鋼材是最有效的途徑。國(guó)際先進(jìn)液壓支架結(jié)構(gòu)用鋼已以ab^700MPa?1000MPa高強(qiáng)度焊接結(jié)構(gòu)為主。近年來(lái),材料的升級(jí)換代已初見(jiàn)成效，基本上解決了高強(qiáng)度板材的生產(chǎn)、加工與焊接問(wèn)題，并在支架設(shè)計(jì)中得到廣泛應(yīng)用，效果顯著。此外，還需要對(duì)材料的焊接性進(jìn)行試驗(yàn)研究，優(yōu)化焊接工藝，提高焊接接頭的綜合機(jī)械性能與承載能力，以滿足高可靠性支架設(shè)計(jì)需要。5、 應(yīng)用高科技使液壓支架趨于智能化先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用是在各種技術(shù)相互滲透、相互結(jié)合的基礎(chǔ)上相互輔助、相互促進(jìn)和提高，充分利用各種相關(guān)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，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)，是涉及傳感技術(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。液壓支架應(yīng)用功能不斷擴(kuò)大，對(duì)礦井煤層地質(zhì)條件適應(yīng)性不斷增強(qiáng)，生產(chǎn)效益對(duì)設(shè)備的依賴性程度愈來(lái)愈大，工作可靠性更加重要。故障診斷技術(shù)(包括信號(hào)檢測(cè)、故障判斷、故障檢測(cè)、故障分析等內(nèi)容)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)、人工智能等)進(jìn)入液壓支架的早期診斷，預(yù)防和減少事故的發(fā)生、維修的盲目性和維修時(shí)間，延長(zhǎng)支架服務(wù)年限，提高生產(chǎn)效率。液壓支架目前發(fā)展的主要趨勢(shì)是:二柱掩護(hù)式架型，提高液壓支架強(qiáng)度、設(shè)計(jì)系數(shù)、移架速度，改進(jìn)個(gè)別部件的結(jié)構(gòu)(整體頂梁、寬中心距等)，液壓閥件系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化，高工作阻力，高可靠性，用微電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)電液一體化的數(shù)字采集、工況監(jiān)測(cè)、故障診斷和自動(dòng)控制。四、結(jié)語(yǔ)工作面支護(hù)問(wèn)題始終是圍繞煤礦生產(chǎn)安全、質(zhì)量、效率的重要問(wèn)題。目前，國(guó)外高產(chǎn)高效綜采工作面正向“設(shè)備重型化、工作面大型化”的方向發(fā)展，我國(guó)許多大型煤炭能源集團(tuán)公司也正在發(fā)展超大型綜采工作面，液壓支架全部進(jìn)口，對(duì)企業(yè)的發(fā)展極為不利。因此，我國(guó)必須加大