基于流体传动的液压支架工作阻力分析

基于流体传动的液压支架工作阻力分析
[摘要] 本文从流体传动的角度，分析了液压元件的工作特性，说明了液压元件泄漏对液压支架工作阻力的影响。

强调在现场使用中，一定要保证液压元件的合理工作间隙。

[关键词] 液压支架液压元件工作阻力
[Abstrct] In this paper, analysis the working property of hydraulic element, point out the influence of work resistance of hydraulic flow-out on fluid transmission. Pay attention to: guarantee the work-distances of hydraulic element in working.
[Keywords] hydraulic supporthydraulic elementwork resistance
液压支架是综采工作面上的重要支护设备，其支护性能直接影响着综采工作面的安全，而液压支架的支护性能与其液压传动系统的特性有关，液压传动系统是由多个液压元件组成的，因此液压元件的工作性能直接影响着液压支架的支护性能。

本文从流体传动的角度，分析了液压元件的工作特性，说明了液压元件泄漏对液压支架工作阻力的影响。

1.支架的工作阻力
1.1立柱初撑力
立柱初撑力由式（1）来确定。

[1] （1）
式中：—立柱的初撑力，单位：kN；
—立柱内径，单位：m；
—泵站额定工作压力减去从泵站到支架沿程阻力损失后的值，单位：MPa。

1.2 立柱工作阻力
安全阀的调定压力由式（2）确定。

式中：—安全阀调定压力，单位：MPa；
—支架承受的理论支护阻力，单位：kN；
—每架支架立柱数；
—支架在最高位置时的立柱倾角，单位：度。

立柱工作阻力由式（4）来确定
当泵站和安全阀都选定后，立柱的初撑力和工作阻力便已经确定，液压支架的设计和使用中表明，初撑力和工作阻力之间应满足一定的关系，
2.液压系统的泄漏分析
图1为某液压支架的液压系统原理图，从液压支架的工作原理中知道，液压支架应该能够实现升架、降架、推溜、移架等若干个动作，其液压传动系统中包括若干个方向控制滑阀和若干个液压油缸，这些液压元件的工作性能直接影响着液压支架的支护性能。

2.1立柱
图2为液压支架液压缸的简化模型，文中以立柱为例进行说明。

在图2中，活塞与缸筒之间虽然有密封件进行密封，但缸筒与活塞是一对传动副，还是有一定的间隙x，由于活塞两边存在很高的压差，从高压腔到低压腔，不可避免地存在着泄漏，该泄漏为内泄漏。

1.活塞；
2.缸筒；
3.活塞杆
图2 立柱简化模型
2.2方向控制换向滑阀
图3为方向控制阀[2]，阀芯与阀体之间没有密封件，二者之间为间隙密封，同样在高压腔和低压腔之间不可避免的也存在内泄漏。

1.阀体；
2.阀芯
图3 方向控制阀
由图2和图3可知，不管是支架液压系统中的油缸，还是液压控制滑阀，其传动副之间都存在着内泄漏，泄漏间隙中的流动属于压差流和剪切流的叠加[3]，泄漏量为：
式中：—沿程阻力损失，单位：；
—缝隙两侧的压差，单位：；
—缝隙宽度，单位：m；
—缝隙的长度，单位：m；
—活塞的运动速度速度，单位：m/s；
—乳化液的动力粘度，单位：；
+ —表示活塞移动方向与乳化液流动方向相同；
- —表示活塞移动方向与乳化液流动方向相反。

由于液压支架在采掘面的作业环境比较恶劣，通风不畅，局部环境的温度相对较高，当温度升高时，乳化液的粘度会进一步的降低，由式（5）可知支架各类液压缸和控制滑阀的内泄漏会进一步的增加。

各液压元件内泄漏的存在，会使支架液压传动系统的容积效率降低，对于立柱而言，会使立柱大腔的流体压力降低，造成支架初撑力和工作阻力降低。

3.结论
液压元件内泄漏的存在，会造成支架初撑力和工作阻力降低，因此，在现场使用中，一定要保证液压元件合理的工作间隙。

参考文献：
[1] 丁绍南.液压支架设计[M].北京：世界图书出版公司，1991.
[2] 王积伟，张宏甲，黄谊.液压传动. [M].北京：机械工业出版社，2006.12.
[3] 龙天渝，蔡增基.流体力学. [M].北京：中国建筑工业出版社，2004.5.
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。