淺談煤礦用液壓支架的設計制造要點

羅兵

摘 要:文章介紹了我國煤礦用液壓支架的發展狀況,簡單介紹了液壓支架的工作原理,探討了煤礦中在用的液壓支架存在的一些問題,針對這些問題,提出了其設計制造過程中需要注意的諸多事項,以保證生產的安全和順利。

關鍵詞:煤礦液壓支架問題設計

中圖分類號:TD3 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)05(c)-0067-01

1 引言

我國是煤炭大國,每年煤的生產和消耗量都很大。因為隨著經濟的發展速度加快,煤炭的供應量跟不上需求,所以實現煤礦開采的綜合機械化,能夠大幅度地提高我們的勞動生產率,也是加快我國煤炭產業的發展步伐,讓煤炭工業實現現代化的一項重要戰略措施。液壓支架近些年來在采煤行業應用廣泛,是實現綜合機械化的采煤方法中非常重要一項設備。以液壓支架為基礎的綜合機械化設備具有很高的生產效率,能夠降低生產成本,減輕繁重的體力勞動,同時改善了作業環境,成為煤炭工業先進技術的重要發展方向。

2 液壓支架介紹

2.1 我國液壓支架的發展

我國的液壓支架系統發展比較晚,從20世紀80年代中期才開始研制液壓支架的電液控制系統。進入20世紀90年代以來,煤機產品呈現高技術化的特征。各個煤機企業堅持自主創新與引進技術、合作開發、合作制造相結合,跟隨世界煤機技術的發展趨勢,將先進適用的技術和工藝,逐步轉化為國產技術,大力推進機電一體化。雖然近十幾年來我們在液壓支架的研究上取得了一些成績,但是,跟國外的技術相比還有很多不足。要實現煤礦企業綜采工作面的高產高效,液壓支架的電液控制系統無疑是其中的關鍵設備,也必然成為今后的一個發展方向,因為這是煤炭行業集約化生產、高產高效發展的需要,也是我國國民經濟快速發展的要求,是隨著煤炭生產技術的發展進步而產生的必然結果。

2.2 液壓支架的工作原理

液壓支架有很多種類,但是其基本功能大多是相同的。其工作時的主要動作包括升降架﹑移架和輸送機的推移。所有這些動作都是靠乳化液泵站所提供的一些高壓液體,由液壓控制系統來控制各種功能不同的液壓缸來完成的。在工作時,工作面的主管路與各個支架的液壓管路形成并聯,組成各自相對獨立的液壓功能系統,其中的液控安全閥和單向閥都設在本架內,而操縱閥可以設在本架或鄰架內,前者為本架操作,后者為鄰架操作。

液壓支架按其結構特點和與圍巖的作用關系一般分可以分為三大類:支撐式支架、掩護式支架和支撐掩護式支架。而根據支架各個部件的功能和作用,其組成又可以分為四個部分:

一是頂梁、掩護梁、底座、連桿、尾梁等承載結構件,它的主要是用來承受并傳遞頂板以及垮落巖石所給的載荷;二是包括立柱及各種類型的千斤頂等在內的液壓油缸,它的主要是為了使支架執行各種動作而產生所需要的液壓動力;三是包括液壓系統中的單向閥、操縱閥、安全閥等各種類型的閥門,以及電控元件、液壓管路等控制元部件,它的主要是用來操作各個液壓油缸的動作,并保證支架所需要的工作特性。四是一些輔助裝置,包括護幫、推移、防倒防滑、伸縮梁等裝置和活動的側護板、連接件等,這些裝置是為實現支架的某些動作或功能所必需的裝置。

3 液壓支架的設計制造

3.1 液壓支架存在的問題

我國液壓支架通過引進、消化和發展,現在已經具有了較高的設計制造水平,且架型多、品種全,適用于各種地質條件和各種采煤方法的支架都有,很多架型都處于國際領先水平。但是,也存在一些問題:一是由于具有平面受力分析和模擬壓架三維有限元分析手段有限,支架設計水平與國外相比有一定差距,不過隨著技術的進步,差距也在不斷縮小;二是國外支架結構件大都采用70公斤級強度板或部份采用80公斤級強度板,國內近幾年采用量也較多,但由于國內鋼板曲強比太小;鋼板綜合機械性能與國外比差距很大,這個因素是影響支架重量的主要因素;三是國內高強度焊絲及焊縫成型與國外存在差距,使得支架的焊接性能不夠好,使用中會產生一些問題。另外,用于各種液壓油缸的密封件,國內雖然采用了聚氨脂,但聚氨脂的配方及可靠性比國外差,國外大量使用聚氨脂“O”形圈的密封效果更好,立柱、千斤頂密封都采用整體軟硬不同的密封形式。在制造電液閥方面的技術欠缺,閥的加工及壽命在支架方面與國外差距很大,造成國內的液壓支架市場競爭力遠不如國外的產品。

3.2 設計要點分析

液壓支架主要由以下幾個基本部分組成:頂梁,掩護梁和四連桿機構,側護板,底座,立柱,千斤頂。設計要遵從支護性能好、強度高、移架速度快、安全可靠等原則。液壓支架是綜采工作面支護設備,它的主要作用是支護采場頂板,維護安全作業空間,推移工作面采運設備。

用于液壓支架的四連桿機構都是雙搖桿機構,其底座是機架,前后的連桿是連架桿,而掩護梁則為連桿。四連桿機構控制著頂梁沿近似于雙紐線的軌跡來運動,能夠極大地縮小梁端距離的變化量,使得頂板的管理性能大大提高,它是液壓支架中最為重要的連接部件。在煤礦的生產使用中,不同的地方使用的液壓支架四連桿機構有所區別,因而,設計上也要區別對待,例如用在薄煤層中時,其設計與普通中厚煤層的液壓支架是不同的,最主要區別就是在底座鉸和前連桿接點位置的確定問題上。普通的液壓支架四連桿機構在優化設計時,其目標主要在于重量輕并且附加力要小,但是薄煤層中的支架四連桿機構在設計中,要把握的重點在于支架的最小高度上,這個問題可以通過降低底座鉸和前連桿接點、加長前連桿并減小掩護梁的背角來得以解決。又如,普通的支架掩護梁背角在60°～70°之間,并且前后連桿的長度相差也不大,但是薄煤層中,支架掩護的梁背角不能大于50°,而且前后連桿的長度比一般為1.2～1.4,在某些極薄的煤層中,這個比值甚至大于1.5。

3.3 改進的設計制造

液壓支架在煤礦生產中具有重要的作用,是現代化的礦井中提供安全作業空間的支護設備,可以隨著礦井中工作面的推進而機械化地移動,滿足采煤時工作面的高產、高效和安全。所以在設計制造時要嚴格控制,以滿足質量要求。首先是要求選用WCF-80優質板和部分進口板;其次是要保證焊前預熱焊后熱時效處理提高焊縫質量;再次是確保閥的加工全部在加工中心進行,并且采用錐剛性密封,關鍵的密封件進口,這樣既能提高流量,又能保證精度;

另外,可以考慮電液閥及控制系統與國外聯營,通過與別的國家合作,引進先進的技術,增強自身實力。

4結論

液壓支架的設計和制造關乎著煤礦生產企業的安全和經濟效益,對我國煤炭工業的發展具有重要意義,通過改進以前的設計缺陷,引用國外先進的技術,選用滿足質量要求的鋼材以及其他系統部件,注意根據現場的不同情況來設計支架,能為煤礦的生產帶來很大的方便和效益。

參考文獻

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