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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

“卓越科学家”专题丨赵继云教授:液压支架大功率供液系统的现状与智能化发展趋势

2025-03-28
创新点

(1)面向液压支架供液系统的大功率发展趋势,深刻阐述了高产高效工作面供液系统智能化将对供液质量提升发挥的关键性作用,从系统构型原理、高水基控制阀、长管路动态特性、稳压控制方法、智能运维等方面概述了矿井智能供液亟待突破的理论瓶颈和核心技术。

(2)全面对比分析了现有液压支架供液系统的关键技术现状,分别从元件、系统及其控制层面,指出了导致当前大功率供液系统能效和可靠性矛盾日益突出的核心问题和根本原因。

(3)结合先进电液控制技术和液压支架供液系统发展需求,总结提出覆盖元件、系统及其控制层面的未来供液系统智能化发展的理论研究和技术研发着力点。


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液压支架大功率供液系统的现状与智能化发展趋势

作者:赵继云1,2, 曹超1,2, 王浩1, 泮延召1, 黄笛1, 韩静1,2, 苗运江1
单位:1. 中国矿业大学 机电工程学院;2. 智能采矿装备技术全国重点实验室
研究背景
 RESEARCH  BACKGROUND 

液压支架是为采煤工作面人员和设备提供安全空间的支护装备,其高水基动力由高压大流量乳化液泵组通过长管路供应。综采工作面液压支架多架成组动作时,支架端压力降低、瞬时流量不足,往往导致工作面移架速度过慢或丢架,影响采煤机正常运行,对自动跟机移架等自动化功能的实现也带来挑战。

近年来,随着煤矿开采技术快速发展,以超长、超高工作面为代表的千万吨工作面不断涌现,意味着综采工作面供液系统的工作能力、控制精度、响应速度和可靠性等供液质量方面的要求进一步提高。为了实现工作面稳定高质量供液,保证采煤工作面连续高效运行,相关文献主要从高压大流量泵站、关键元部件、液压系统构型、供液系统控制等方面进行了相关研究。这些研究表明,液压支架供液系统面临着强时变用液工况,系统控制特性复杂。为此,结合高端流体控制元件,应用先进电液控制技术,利用智能化监控方法,实时匹配液压支架用液需求,是智能供液领域目前研究的热点与难点问题,但供液质量的决定因素复杂,相关研究着力于突破单一元件性能或单纯改善压力冲击,液压系统技术发展仍需要全面分析限制系统控制性能突破的瓶颈和关键技术研发的不足。为此,笔者从构型原理、电液控制元件、长管路特性、稳压控制方法、运维技术等方面对液压支架供液系统研究现状进行了系统综述,并提出了未来技术发展方向,旨在为液压支架大功率供液系统智能化高效高可靠发展提供思路借鉴。

摘要
ABSTRACT
煤矿井下采煤工作面供液系统为液压支架提供高压大流量液压动力,其性能和可靠性是综采成套装备安全智能高效工作的关键。为进一步保障采煤工作面支护安全,保证液压支架跟机速度,总结供液系统发展现状、提炼智能供液关键技术需求和发展方向是实现大功率供液系统性能跃升的首要环节。以当前液压支架供液系统大功率化、智能化发展为背景,系统地归纳分析了液压支架大功率供液系统的构型和工作原理,论述并比较了多种泵控和阀控构型的稳压控制方法;着眼于大功率供液系统压力和流量连续控制需求,分析对比了相关研究中高压大流量高水基比例卸载阀和比例流量阀的先导驱动、结构原理、工作参数等方面的特点,指出了高压大流量高水基连续控制阀研发的重点难点;针对支撑按需供液精准控制的长管路动力传递环节建模和稳压控制方法,论述了液压支架长管路非恒定流动力学建模方法的现实意义,总结比较了面向液压支架周期复合动作的强时变供液系统稳压控制策略和方法;围绕系统安全可靠性保障需求,综述了包含监测和诊断的供液系统智能运维技术研究现状。聚焦综采工作面可靠高效应用需求和高水基液压系统智能化技术前沿,分析了限制供液系统控制性能突破的理论瓶颈,全面地总结了目前大功率供液系统关键技术研发的不足;论述了从元件和系统层面提升控制性能及其可靠性以支撑大功率液压支架供液系统智能化发展的必要性,并提出了液压支架供液系统的未来技术发展方向。
部分图表

图 1  液压支架供液系统关键技术

图 2  液压支架供液系统构型

图 3  新提出的供液系统构型

图 4  高水基比例卸载阀结构及工作原理

图 5  高水基比例流量阀结构及工作原理

图 6  稳压控制方法原理

图 7  供液系统典型监测界面

图 8  雷波Agilis智能控制集成

图 9  供液系统未来发展路径与方向



作者简介

赵继云,男,1966年10月生,江苏东海人,中共党员,中国矿业大学教授,博士生导师,江苏省“333高层次人才培养工程”中青年领军人才,1988年7月和1992年12月毕业于中国矿业大学,分获矿山机械设计与制造学士学位、流体传动及控制硕士学位,1999年7月毕业于上海交通大学,获机械电子工程博士学位,曾任中国矿业大学机电工程学院党委书记、院长。

研究方向

矿山机械重型装备流体传动与驱动、高水基元件及系统控制、水射流技术开发及应用

主要成果

面向矿山机械及工程机械重型装备流体传动与驱动、高水基元件及系统控制、高压水射流技术、危险环境机器人等领域,开展基础理论、关键技术和应用装备等的教学和科学研究工作。主持国家自然科学基金联合基金重点项目、国家重点研发计划课题、国家科技支撑计划课题、国家自然科学基金面上项目及企业委托课题30余项。相关研究成果获国家技术发明二等奖1项、教育部科技奖励一等奖1项、二等奖2项、江苏省科技奖励二等奖2项,相关行业协会科技奖励三等奖2项;在《机械工程学报》《煤炭学报》《Automation in Construction》等重要学术期刊上以第一或通讯作者发表论文90余篇,其中SCI检索论文53篇,EI检索论文14篇;授权中国发明专利76件,国际专利7件;出版专著1部,参编机械工程出版社《机械设计手册》(第二版)和煤炭工业出版社《中国煤炭工业百科全书》(机电卷)。


来源:

赵继云,曹超,王浩,等. 液压支架大功率供液系统的现状与智能化发展趋势[J]. 煤炭学报,2025,50(1):676−693.
ZHAO Jiyun,CAO Chao,WANG Hao,et al. Current situation and intelligent development trend of high power liquid supply system of hydraulic support[J]. Journal of China Coal Society,2025,50(1):676−693.


策划丨郭晓炜

责编丨刘雅清

编辑丨李莎

审核丨郭晓炜







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