煤礦用液壓支架的輕量化設計討論

侯立新/ 淮南礦業集團設備租賃分公司

煤礦用液壓支架的輕量化設計討論

侯立新/ 淮南礦業集團設備租賃分公司

隨著我國經濟不斷發展，社會對于煤炭能源的需求不斷增加，如何更好提升煤礦安全生產效率，成為當今社會發展的熱點話題，液壓支架的普遍應用不僅提高了采煤綜合機械化率，而且提高了煤炭的開采效率與產量，并從根本上改善了勞動條件、保障了生產安全。鑒于此情況，本文針對煤礦用液壓支架的輕量化設計進行相關情況闡述。

煤礦；液壓支架；輕量化；討論

引言

煤礦地質條件比較復雜，再加上國內專業的研發、設計和生產廠商較少，造成我國真正意義上的機械化綜合采礦技術水平不高、生產效率低下、安全事故頻發。由于液壓支架在煤礦生產中發揮著非常重要的作用，因此液壓支架的設計質量對長壁開采及煤礦企業的經濟效益的實現息息相關。基于此情況，本作者將會結合自身工作經驗，談談煤礦用液壓支架的輕量化設計。

一、煤礦液壓支架的概念及認識

煤礦液壓支架主要是由支柱、底座、頂梁、掩護梁、前后連桿及擋矸板等組成的，并且是由鋼板焊接成箱體的整體結構。它主要用于水平面和小于等于10度的緩傾斜厚煤層沿底板一次放頂煤采全高開采的長壁綜采工作面，也適用于急傾斜特厚煤層水平分層放頂煤綜采工作面。

煤礦液壓支架是煤礦領域中綜采設備的重要組成部分。它能可靠而有效地支撐和控制工作面的頂板，隔離采空區，防止矸石進入回采工作面和推進輸送機。它與采煤機配套使用，實現采煤綜合機械化，解決機械化采煤工作中頂板管理落后于采煤工作的矛盾，進一步改善和提高采煤和運輸設備的效能，減輕煤礦工人的勞動強度，最大限度保障煤礦工人的生命安全。

另一方面，煤礦液壓支架是外來物，也就是說我國開始是沒有液壓支架的，是國外發明的煤炭生產設備，然后才在我國興起，并被礦山企業稱為液壓支架。

從液壓支架的原文單詞我們可以看出，這主要是做支護作用的，是利用液壓傳動的原理，實現各種運動來做頂板支護作用的一種設備。它主要作用是支護頂板，維護安全作業的空間等等。

二、輕量化液壓支架的設計與制造

1.我國液壓支架設計與制造存在的問題。

盡管我國的液壓裝備工業起步較晚，但經過相關設計制造技術的引進和再利用，整體的實力與最初相比有了很大的進步，但是由于具體的作業條件和作業環境的不同，需要依據實際情況設計制造出適應各種地質條件和作業方式的液壓支架，這就造成了液壓支架的品種多樣、類型繁雜，盡管在有些類型方面液壓支架的性能已經處于世界領先的水平，但由于分析手段的限制，液壓支架的設計水平還有待提高，需進一步學習國外先進的平面力學分析和有限元分析方法。有限元法是最常使用的強度分析方法，利用計算數學和彈性理論相關原理，通過計算機軟件把實際的工程問題轉化成求解數理方程的數值分析問題，其廣泛應用的原因是能夠準確、高效地解決實際工程問題；通過有限元分析能夠模擬液壓支架在實際環境中的運轉情況，同時通過計算應力應變分部，為后續的輕量化設計提供理論支撐。

其次，目前國際上普遍采用70公斤級甚至80公斤級的強度板用于支架結構的支撐，然而國內大多采用鋼板彎曲強度比更小、綜合機械性能差得多的國內鋼板，其結果可想而知，遠遠談不上液壓支架的輕量化設計。

還有焊接工藝的差距，國內高強度的焊絲與焊縫成型性能水平低于國外的水平，焊接性能比較低，在作業時常常出現這樣那樣的問題。其他的配套措施方面，由于整體工業水平的差距，國外聚氨酯的配方決定了各種液壓油缸的密封件比國內的可靠性強。而且，國外還可以做到不同的油缸采用不同硬度的密封圈類型。另外，電液閥技術的不成熟造成閥門的加工和使用壽命都不及國外同等的液壓支架產品，這就造成國內的液壓支架產品競爭力低下的現象。

2.液壓支架的設計要點。

在對液壓支架設計過程中，對于組成液壓支架的各基本部分在設計時要遵守強度高、支護性強、移架便捷及安全性好的原則，這樣才能有效的發揮液壓支架在長壁采集工作面中對現場頂板的支護作用，有效的實現對作業空間的維護，完成推移工作面的工作。在液壓支架四連桿機構應用方面通常會選擇雙搖桿技術，主要是以機架作為底座，以掩護梁作為連架桿，通過控制頂梁的雙紐線軌跡，從而實現對梁上君端距離的變化量進行約束，進一步強化對頂板的性能。在煤礦開采過程中，由于所處環境和條件不同，所使用的液壓支架也會存在差異，這也使液壓支架四連桿機構也會存在根本上的不同，這就需要在設計時在給予充分的重視。

當液壓支架在薄煤層開采工作中進行應用時，液壓支加在前連桿與底座鉸接點位置上會與其他煤層所使用的液壓支架存在較大的區別，在設計時要對四連桿機構的最小高度重點考慮，通常需要降低前連桿與底座鉸接點，增加前連桿長度，并縮小掩護梁的背角。在現代快節奏高效率的煤礦開采作業中，液壓支架發揮了重要的作用，因為隨著開采進度的推進，液壓支架能夠進行隨之而移動，充分的保證了煤礦開采作業在空間方面的安全性，有效的促進了工作效率的提升。為了進一步保證液壓支架工作的有效性和高效性，在設計工作中，應該嚴格控制材料的質量，切實保證液壓支架的設計質量。

由于液壓支架需要從事高強度的運行，所以在設計過程中，應該做好密封方面的控制工作，對于焊接以及密封件的處理一定要到位。由于各個煤礦的開采環境不同，所以對液壓支架的要求不同，為了便于液壓支架更好的發揮自身的優勢，可以根據實際工作所需，進行個性化設計，能夠更有效的提高工作效率，為提高煤礦的生產經濟效率奠定良好的基礎。

3.液壓支架設計制造的改進措施。

液壓支架的改進無論是從制造業在國民經濟中的地位還是從經濟效益方面來講都是必要的。一方面，高度機械化的液壓設備可以提升作業的生產效率，創造更高的經濟收益；另一個方面，還可以降低作業工人的勞動強度，在采煤作業時更加安全高產。所以，優良的液壓支架在設計時必須要遵循嚴格的技術要求，并且保證先進的設計理念。輕量化設計在結構設計中主要有三個實現途徑。

（1）基體材料的輕量化，此種方式成本造價昂貴，主要是通過更換使用強度更高的合金或復合材料。

（2）制造工藝改進，此種方法對于技術的要求較高，同時增加了相應的設備成本。

（3）基于結構設計的輕量化，此種方法通過改變形狀、結構，還可以減少相應部位材料的使用量，在保證結構性能的情況下，性價比較高。

三、結語

上文中，我們對煤礦用液壓支架的輕量化設計作出了初步地分析。鑒于自身能力、工作經驗的限制，本文可能對煤礦用液壓支架的輕量化設計論述的還不夠徹底、全面。整個論述過程中，甚至可能出現某些不恰當的觀點或問題。而要避免這些，必然需要各個同行們的批評和建議。希望廣大的相關從業者們，能夠立足于自身實踐，從思想、行動上對煤礦用液壓支架的輕量化設計做出創新。

[1]燕曉宇.煤礦用液壓支架的輕量化設計與研究[J].現代工業經濟和信息化,2017

[2]程智虎,王京濤,陸金桂,王怡祖,顧春雷.基于可靠性視角下的液壓支架頂梁的輕量化設計[J].礦業研究與開發,2017

[3]羅兵.淺談煤礦用液壓支架的設計制造要點[J].科技創新導報,2012