CN219035158U - 一种用于煤矿综采工作面支架液压系统的蓄能装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于煤矿综采工作面支架液压系统的蓄能装置，包括管路接口、方向控制阀组、压力控制阀和流量控制阀；管路接口一端连接支架液压系统，管路接口另一端连接方向控制阀组的进出液端；方向控制阀组的出液端连接压力控制阀的进液端；压力控制阀的出液端通过并联方式连接有一个或多个蓄能组件，同时一个或多个蓄能组件出液端通过流量控制阀并联后与方向控制阀组的进液端连接；而方向控制阀组只允许液体从进出液端流向出液端和从进液端流向进出液端。在不改变原液压系统乳化液泵流量的前提下，优化液压系统结构，利用支架液压系统用液低谷从支架液压系统蓄积液体，节约用时，提高了移架速度、提高了生产效率、降低了生产成本。

Description

一种用于煤矿综采工作面支架液压系统的蓄能装置

技术领域

本实用新型涉及液压蓄能领域，具体涉及一种用于煤矿综采工作面支架液压系统的蓄能装置。

背景技术

目前国内各中大型煤矿综采工作面支架液压系统大多采用400/31.5MPa乳化液泵为工作面供液(400L/min)，且供液管路长，压力损失大，易造成工作面液压系统压力过低、支架动作慢、初撑力不够等问题，随着综采技术的不断提高，煤矿企业对综采工作面生产效率要求也随之提高；作为综采工作面支护设备的液压支架移架速度，成为制约煤矿高效生产的一个至关重要因素。

其中，现有的支架液压系统都存在着一个问题，执行元件用液量远大于液压系统泵站所提供的供液量，也就是说只要系统用液量大于额定供液量，系统压力就会下降，用液量越大，压力下降的越厉害，以至于影响拉架速度；在支架执行元件停止用液后，压力又瞬间达到卸载状态，大量的液体通过“卸载回路”白白的回到液箱。

现有煤矿综采工作面支架液压系统中没有专为提高流量的蓄能装置，只有乳化液泵底托上安装一个小容量蓄能器，直接连接在液压系统管路上，其作用是吸收乳化液泵产生的脉动(做滤波用)；因此任然存在煤矿支架液压系统压力不足的问题。

为了提高支架液压系统压力，各煤机厂家先后生产了大流量乳化液泵站(630L/min、800L/min、1000L/min)，这些大流量乳化液泵价格少则几百万；多则上千万，而且电能消耗也非常大，设备成本太高；因此，我们需要在不改变原液压系统乳化液泵流量的前提下，优化液压系统结构，实现系统流量倍增、提高了移架速度、降低系统压力脉动、提高液体洁净度、降低液压系统故障；为煤矿生产提高了效率、降低生产成本。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种用于煤矿综采工作面支架液压系统的蓄能装置，以解决煤矿支架液压系统压力不足的问题。

为此，本实用新型提出了一种用于煤矿综采工作面支架液压系统的蓄能装置，包括管路接口、方向控制阀组、压力控制阀和蓄能组件，所述蓄能组件包括依次连通的蓄能单元和蓄能流量控制阀；所述管路接口一端连接支架液压系统P，所述管路接口另一端连接所述方向控制阀组的进出液端A；所述方向控制阀组的出液端B连接所述压力控制阀的进液端，所述蓄能组件连接在所述压力控制阀的出液端与所述方向控制阀组的进液端C之间；其中，所述蓄能单元与所述压力控制阀的出液端连通，所述蓄能流量控制阀的出液端与所述方向控制阀组的进液端C连接；此外，所述方向控制阀组只允许液体从进出液端A流向出液端B和从进液端C流向进出液端A，实现所述蓄能单元的蓄能和释能。

进一步，所述管路接口与所述支架液压系统之间设有进出液截止阀和进液压力表，且所述进液压力表位于所述进出液截止阀出液端与所述方向控制阀组的A端之间，所述进液压力表用以检测所述支架液压系统的压力。

进一步，所述蓄能流量控制阀与所述方向控制阀组的进液端C之间还设有一个蓄能压力表。

进一步，所述方向控制阀组与所述压力控制阀之间设有高压过滤器。

进一步，所述高压过滤器与所述压力控制阀之间设有过滤压力表，所述过滤压力表用于监测经所述高压过滤器过滤后的液体压力。

进一步，所述方向控制阀组包括功能相同的单向阀一和单向阀二。

进一步，所述压力控制阀为先导式溢流阀。

进一步，每个所述蓄能单元均包括一个或多个蓄能器，多个所述蓄能器并联连接。

进一步，蓄能组件设置有一个或多个，而多个蓄能组件采用并联方式连接。

进一步，所述蓄能组件还包括蓄能进液截止阀，所述蓄能进液截止阀设置在所述蓄能单元与所述压力控制阀之间。

本实用新型提供的用于煤矿综采工作面支架液压系统的蓄能装置，在不改变原液压系统乳化液泵流量的前提下，优化液压系统结构，利用支架液压系统用液低谷从支架液压系统蓄积液体，节约用时，实现系统流量倍增、提高了移架速度、降低系统压力脉动、提高液体洁净度、降低液压系统故障；为煤矿生产提高了效率、降低了生产成本。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型的用于煤矿综采工作面支架液压系统的蓄能装置的液压原理图；

图2为本实用新型的用于煤矿综采工作面支架液压系统中液压支架的结构图一；

图3为本实用新型的用于煤矿综采工作面支架液压系统中液压支架的结构图二；

附图标记说明

1、管路接口；2、进出液截止阀；3、进液压力表；4、方向控制阀组；5、高压过滤器；6、过滤压力表；7、压力控制阀；8、蓄能进液截止阀；9、蓄能流量控制阀；10、蓄能单元；11、蓄能压力表；12、卸压截止阀；20、顶梁；21、立柱千斤顶；22、掩护梁；23、刮板运输机；24、推移千斤顶；25、推杆；26、底座。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

如图1所示，本实用新型的用于煤矿综采工作面支架液压系统的蓄能装置，利用蓄能装置将液压系统用液低谷的液体蓄积起来(液压系统卸载时)，在液压系统工作时向系统提供液体。其中，支架液压系统的蓄能装置包括管路接口1、进出液截止阀2、进液压力表3、方向控制阀组4、高压过滤器5、过滤压力表6、压力控制阀7、蓄能进液截止阀8、蓄能流量控制阀9、蓄能单元10、蓄能压力表11和卸压截止阀12。

具体地，管路接口1一端连接支架液压系统P，另一端连接进出液截止阀2进液端；进出液截止阀2出液端连接方向控制阀组4的进出液端A；方向控制阀组4的出液端B连接高压过滤器5的进液端D；高压过滤器5的出液端E连接压力控制阀7的进液端F；压力控制阀7的出液端G通过并联方式连接有一个或多个蓄能组件，同时多个蓄能组件出液端并联后与方向控制阀组4的进液端C连接，将蓄能组件中的液压能经过方向控制阀组4的进液端C和进出液端A释放出，向支架液压系统P供液；此外，蓄能组件出液端并联后还连接卸压截止阀12；维修时打开此阀将液体排回液箱。

其中，每个蓄能组件都包括蓄能进液截止阀8、蓄能单元10和蓄能流量控制阀9；蓄能进液截止阀8设置在压力控制阀7的出液端G与蓄能单元10的进液端H之间，蓄能流量控制阀9设置在蓄能单元10的出液端I与方向控制阀组4的进液端C之间；此外，蓄能流量控制阀9与方向控制阀组4的进液端C之间还设有一个蓄能压力表11。

根据上述结合附图作进一步说明：高压液体通过管路连接管路接口1，从管路接口1另一端进入方向控制阀组4的A端；方向控制阀组4包括单向阀一和单向阀二，所述单向阀一的进液端与单向阀二的出液端并联后形成所述方向控制阀组4的进出液端A；所述单向阀一的出液端连接高压过滤器5与所述压力控制阀7连通，所述单向阀二的进液端与所述蓄能流量控制阀9连通，使得方向控制阀组4只允许液体从A端流向B端和从C端流向A端。

因此，高压液体进入A端后只能从方向控制阀组4的B端流出；高压液体从B端流出后进入高压过滤器5的D端；高压液体经过高压过滤器5过滤后由E端进入压力控制阀7的F端。

其中，压力控制阀7为先导型溢流阀，其作用是：控制进液压力高于支架连续工作时，支架系统压力波动范围的最高值；也就是27.5MPa的压力；用以隔离蓄能单元10作为负载消耗系统流量；高压液体经压力控制阀7调压后由G端连接一个或多个蓄能进液截止阀8；高压液体由蓄能进液截止阀8另一端进入蓄能单元10的H端，蓄能单元10开始蓄液。

当支架液压系统开始用液时，管路接口1的P口压力低于蓄能单元10的I端压力；高压液体从一个或多个蓄能单元10的I端经一个或多个蓄能流量控制阀9进入方向控制阀组4的C端；高压液体进入方向控制阀组4的C端后从A端流出，向支架液压系统供液。

进液压力表3是连接在进出液截止阀2出液端和方向控制阀组4的A端之间，用以检测支架液压系统压力；过滤压力表6连接在高压过滤器5的E端与压力控制阀7的F端之间，用于监测经高压过滤器5过滤后的液体压力，若过滤压力表6压力低于进液压力表3压力时，说明高压过滤器5滤芯有堵塞现象，应及时清洗滤芯或更换。

蓄能压力表11连接在方向控制阀组4的C端与蓄能流量控制阀9之间，用于检测一个或多个蓄能单元10压力变化，工作时与进液压力表3压力进行对比来判断一个或多个蓄能单元10的工作性能；卸压截止阀12用于维修时排空一个或多个蓄能单元10内部液体，确保维修安全。

高压过滤器5其作用是将进入蓄能装置的液体过滤成洁净的液体，提高了压力控制阀7和一个或多个蓄能单元10的工作可靠性和使用寿命，并向支架液压系统输送洁净的高压液体。

蓄能流量控制阀9其作用是控制蓄能单元10输出流量；因蓄能单元10蓄积着一定容量的高压液体，可瞬间向支架液压系统输送一定容量的高压液体，易造成支架动作速度过快，带来安全隐患，通过调整蓄能流量控制阀9达到最佳的工作效果，实际使用时，须将蓄能装置输出流量调整在6L/s以内。

根据上述：蓄能装置可满足支架液压系统不同工况下的用液裕度；该实用新型利用方向控制阀组4巧妙地将蓄能装置内部管路分成两路管路；一路完成：进液→过滤→压力控制→蓄能单元蓄能；另一路：从蓄能单元→流量控制阀→方向控制阀，两路管路在方向控制阀内部汇集成一路管路与系统P口连接。方向控制阀组4分别控制蓄能装置进液方向：进液→过滤→压力控制→蓄能单元蓄能；出液方向：蓄能单元→流量控制阀→向控制阀输出液体。高压过滤器5是将高压液体过滤，提高液体洁净度；提高了压力控制阀7和一个或多个蓄能单元10工作可靠性和使用寿命。

压力控制阀7是控制进入一个或多个蓄能单元10液体压力；只允许液体压力达到一定压力时才能进入一个或多个蓄能单元10“蓄能”；压力控制阀的调整压力应高于支架连续工作时，系统压力波动范围的最高值(27.5MPa)，以隔离一个或多个蓄能单元10作为负载消耗系统流量。一个或多个蓄能单元10出液流量控制阀是用来控制一个或多个蓄能单元10液体输出流量；因一个或多个蓄能单元10蓄积着一定容积“有效”高压液体，可在瞬间释放，若不限制流量会造成支架动作过快而带来安全隐患。

下面结合支架液压系统各参数，介绍将本实用新型的蓄能装置连接在煤矿综采工作面支架液压系统后，蓄能装置利用支架液压系统用液低谷(乳化液泵间隙卸载时段)从支架液压系统蓄积液体的体积的多少、以及节约用时的长短。

液压支架主要由：顶梁20、掩护梁22、底座26等结构件，还包括立柱千斤顶21、推移千斤顶24等执行元件；立柱千斤顶21下端连接着底座中部，上端连接顶梁20中部，掩护梁22两端分别连接底座26和顶梁20的后端，底座和顶梁20前端形成一个开口的空间作为工作面作业空间；推移千斤顶24一端连接底座前端，另一端通过推杆25连接煤壁方向的刮板运输机23，支架安装在工作面地板与顶板之间，当立柱千斤顶21油缸下腔给液立柱千斤顶21活柱升出，作用于底座与顶梁20之间的立柱千斤顶21活柱升出后使顶梁20与顶板接顶(接触顶板)，完成支护功能，目前国内液压支架工作阻力从两千多(KN)到两万多(KN)不等，在采煤过程中，液压支架主要做四个动作完成循环支护工作：推留，降柱、拉架、升柱。

下面根据ZY10000/20/40两柱掩护式液压支架设计参数；配置BRW400/31.5MPa乳化液泵供液系统作进一步量化说明：BRW400/31.5MP乳化液泵是一款定量柱塞泵，每分钟流量400L；换算后约6.67L/s；液压支架单根立柱千斤顶油缸上腔面积264.47cm²×2＝528.94cm²，即：两根立柱千斤顶油缸上腔面积为528.94cm²；单根立柱千斤顶油缸下腔面积1134.15cm²×2＝2268.3cm²，即：两根立柱千斤顶油缸下腔面积为2268.3cm²；推移千斤顶24油缸上腔面积141.36cm²，推移千斤顶24油缸下腔面积254.47cm²，推移千斤顶活塞杆长度100cm。

支架工作流程：

推留：支架一字排开安装在工作面上，由于支架顶梁“接顶”(接触顶板)，且支护压力约1000t；可以看作为支架是固定不动，推留时需要“成组推留”，约有10架左右的推移千斤顶上腔顺序给液(为获得更大的拉架力，推移千斤顶采用倒置安装:推移千斤顶活塞杆收缩动作为推留动作、推移千斤顶活塞杆升出动作为拉架动作)；推移千斤顶活塞杆长度100cm，推移千斤顶上腔面积141.36cm²，单个推移千斤顶完成一个推留动作需要液体141.36L(141.36×100＝14137ml＝14.136L)。

如完成一组“成组推留”动作需要用液141.36L(141.36×100＝14137ml＝14.136L，14.136×10＝141.36L)，按支架系统供液能力6.67/秒，完成一组“成组推留”动作用时约21.19秒(141.36÷6.67≈21.19秒)。

在支架操作中，推留这一工序应预先完成，让支架与刮板运输机23保持一个移架步距，移架工序须连续完成：降柱、拉架、升柱。

降柱：降柱时，立柱千斤顶油缸上腔给液(由于顶板形状各异、高低不平，立柱千斤顶活柱须降柱5-20cm之间或更多)，在支架顶梁自重的下压力，加上降柱这一动作没有外部载荷，所以立柱千斤顶油缸上腔面积较小(不需要多大的力)，两根立柱千斤顶油缸上腔面积为528.94cm²，按降柱20cm高度，降柱需液体528.94×20＝10578.8≈10.6L，按系统每秒6.67L供液量，所需时长约1.59秒(10.6÷6.67≈1.59秒)。

拉架：拉架时推移千斤顶油缸下腔给液，活塞腔面积254.47cm²，完成拉架动作需要推动活塞行程100cm，需要液体254.47×100＝25.447L，按系统每秒6.67L供液量所需时长约3.81秒(25.44÷6.67≈3.81秒)，拉架是以刮板运输机23为支点拉动一个重达35吨左右的支架移动，这一动作速度在整个移架过程中最为关键；因为，有些“破碎顶板”在支架顶梁下降时(降柱时)“破碎顶板”也会随之垮塌下降，若移架速度过慢会造成再升柱时不能升到原来的支护高度，造成工作面高度不够而影响生产；由于顶板高低不平(顶板浮矸)、底座塌陷、地板浮煤、“顶板、底板仰角或倾角”系统压力波动等原因，拉架速度则远大于理论用时。

升柱：升柱时，两根立柱千斤顶油缸下腔(活塞腔)给液，两根立柱千斤顶油缸下腔面积为2268.3cm²，完成升柱接顶需要行程20cm，及需要用液45.36L(2268.3×20＝45.36L)，需要用时约6.8秒(45.36÷6.67≈6.8秒)。

根据上述：支架完成一个“移架”过程(降柱、拉架、升柱)所需时间约12.2秒(1.59+3.81+6.8＝12.2秒)；此“移架”用时是按理论计算，在实际工况时则远远大于理论计算用时，主要原因如下：①、乳化液泵自身的内泄漏造成达不到理论输出流量；②、系统多达几千个液压元件会有少量的微泄漏点；③、长距离输液管路输液造成压力损失(压力滞后)；④、工作面存在多点用液情况造成系统压力低。

通过现场实测，支架液压系统在连续用液的工况下，压力波动范围在22-27.5MPa之间变化；当支架执行元件停止工作时液压系统压力瞬间达到峰值，如此大范围压力变化冲击整个系统内的液压元件，易造成液压元件损坏，通过观察工作面采煤过程中支架液压系统用液情况，液压支架几乎每一个动作都存在用液间隙，支架操作人员需要在支架间走来走去操作支架，因此，产生了用液低谷；估算约有30％左右的时间乳化液泵处于卸载状态。

根据上述参数按十架支架计算：“成组推留”10架推移千斤顶油缸上腔给液需要液体141.37L，一架支架移架连续完成：降柱、拉架、升柱动作需要用液81.37L，按十架支架移架需要用液813.74L；合计用液813.74+141.37＝955.11L，按400L/min乳化液泵供液6.67L/s，需要用时143.19秒，在实际生产中乳化液泵约有30％的时间处于间隙卸载状态，也就是说，完成十架支架移架和“成组推留”用时143.19×1.3＝186.15秒，同理：即每次完成十架支架作业，蓄能装置利用用液低谷(乳化液泵间隙卸载时段)从支架液压系统蓄积约286.56L液体(186.15-143.19)×6.67L＝286.56L，节约用时约42.96秒(186.15-143.19＝42.96)。

其中，将蓄能装置输出流量调整在6.67L/s以内具体操作步骤如下：第一步，关闭进出液截止阀2，按“成组推留”10架推移千斤顶油缸上腔给液，记录完成“成组推留”用时多少秒；第二步，打开进出液截止阀2，让蓄能压力表11压力与进液压力表3压力一致(约31.5MPa)；按“成组推留”10架推移千斤顶油缸上腔给液，蓄能装置连接后用时控制在记录用时的50％以内；为了降低因输液管路过长造成的压力损失，建议将蓄能装置安装、连接在支架液压系统供液末端，实现支架液压系统双向供液，达到流量倍增的效果。

本实用新型的蓄能装置除了上述有益效果，还具有以下优点：

1、提高支架液压系统流量、使泵站工作效率最大化；2、降低支架液压系统卸载阀工作频率、提高了卸载阀的使用寿命；3、降低支架液压系统脉动、稳定液压系统压力、提高了液压系统各种液压元件使用寿命、降低液压系统的故障率；4、降低工作面生产用电能耗；5、本实用新型在不改变原支架液压系统乳化液泵流量的前提下，实现系统流量倍增、提高了移架速度、降低系统压力脉动、提高液体洁净度、降低了支架液压系统故障；为煤矿生产提高了效率、降低了成本。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于煤矿综采工作面支架液压系统的蓄能装置，其特征在于，包括管路接口(1)、方向控制阀组(4)、压力控制阀(7)和蓄能组件，所述蓄能组件包括依次连通的蓄能单元(10)和蓄能流量控制阀(9)；

所述管路接口(1)一端连接支架液压系统P，所述管路接口(1)另一端连接所述方向控制阀组(4)的进出液端A；所述方向控制阀组(4)的出液端B连接所述压力控制阀(7)的进液端，所述蓄能组件连接在所述压力控制阀(7)的出液端与所述方向控制阀组(4)的进液端C之间；

其中，所述蓄能单元(10)与所述压力控制阀(7)的出液端连通，所述蓄能流量控制阀(9)的出液端与所述方向控制阀组(4)的进液端C连接；此外，所述方向控制阀组(4)只允许液体从进出液端A流向出液端B和从进液端C流向进出液端A，实现所述蓄能单元(10)的蓄能和释能。

2.根据权利要求1所述的用于煤矿综采工作面支架液压系统的蓄能装置，其特征在于，所述管路接口(1)与所述支架液压系统之间设有进出液截止阀(2)和进液压力表(3)，且所述进液压力表(3)位于所述进出液截止阀(2)出液端与所述方向控制阀组(4)的A端之间，所述进液压力表(3)用以检测所述支架液压系统的压力。

3.根据权利要求2所述的用于煤矿综采工作面支架液压系统的蓄能装置，其特征在于，所述蓄能流量控制阀(9)与所述方向控制阀组(4)的进液端C之间还设有一个蓄能压力表(11)。

4.根据权利要求1所述的用于煤矿综采工作面支架液压系统的蓄能装置，其特征在于，所述方向控制阀组(4)与所述压力控制阀(7)之间设有高压过滤器(5)。

5.根据权利要求4所述的用于煤矿综采工作面支架液压系统的蓄能装置，其特征在于，所述高压过滤器(5)与所述压力控制阀(7)之间设有过滤压力表(6)，所述过滤压力表(6)用于监测经所述高压过滤器(5)过滤后的液体压力。

6.根据权利要求1所述的用于煤矿综采工作面支架液压系统的蓄能装置，其特征在于，所述方向控制阀组(4)包括功能相同的单向阀一和单向阀二。

7.根据权利要求1所述的用于煤矿综采工作面支架液压系统的蓄能装置，其特征在于，所述压力控制阀(7)为先导式溢流阀。

8.根据权利要求1所述的用于煤矿综采工作面支架液压系统的蓄能装置，其特征在于，每个所述蓄能单元(10)均包括一个或多个蓄能器，多个所述蓄能器并联连接。

9.根据权利要求1所述的用于煤矿综采工作面支架液压系统的蓄能装置，其特征在于，所述蓄能组件设置有一个或多个，而多个所述蓄能组件采用并联方式连接。

10.根据权利要求1所述的用于煤矿综采工作面支架液压系统的蓄能装置，其特征在于，所述蓄能组件还包括蓄能进液截止阀(8)，所述蓄能进液截止阀(8)设置在所述蓄能单元(10)与所述压力控制阀(7)之间。

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