薄煤層液壓支架側推裝置設計

穆璇，曾金保，曹文明

(山能重裝恒圖科技有限公司，山東 泰安 271222)

0 引言

薄煤層液壓支架側護板是液壓支架的重要組成部分，具有擋矸、密封和支撐作用，當支架升架、降架和移架時，側護板起導向作用，且具有防倒、調架的作用，對支架的工作性能影響很大[1]。側護板在實際應用中的結構有很多形式，不同的設計形式影響著側護板的制造難度及其使用性能[2]。特別是薄煤層工作面，需要大傾角支架解決支護問題，由于支架空間有限，普通側推布置方式無法實現，這就需要尋求一種新型結構來滿足側護板設計需要。

1 液壓支架側護板的工作原理

側護板一般由高強度鋼材焊接而成，通過側推千斤頂、彈簧套筒、導桿與頂梁(掩護梁)連接在一起，如圖1所示。支架按工作面中心距布置完成后，根據協議要求，拔掉左側(右側)銷軸后操作操縱閥時，側推千斤頂下腔進入液壓油，活塞桿伸出，側護板打開；千斤頂上腔供液，活塞桿收回，側護板收回。操縱閥處于中位時，在彈簧的作用力下側護板彈出[3-4]。

2 常規型液壓支架側護板結構方法分析

常規型雙活單側護板結構如圖2所示，頂梁有4個套筒，布局有3種方式：

1) 1、4處為伸縮千斤頂，2、3處為彈簧，側護板平行頂梁平穩回收或一端先到位時，另一端后到位。

2) 1、4處為彈簧，2、3處為伸縮千斤頂，側護板收回時，在側推千斤頂收力和彈簧的彈力作用下，側護板平穩回收。

3) 1、3處為伸縮千斤頂，2、4處為彈簧，即千斤頂與彈簧交錯布置時，側護板總是以千斤頂在前, 彈簧筒在后, 斜線式收回[5]。

活動側護板橫向斷面圖如圖1所示，彈簧纏繞在導桿上，彈簧導桿一側與導桿通過銷軸連接，另一側與側護板上的座相連；千斤頂導桿一側與千斤頂相連，另一側通過銷軸側護板上的座連接。頂梁活動側護板與頂梁通過2個側推千斤頂、2個彈簧套筒、4個導桿相連。掩護梁活動側護板與掩護梁通過1個側推千斤頂、2個彈簧套筒、3個導桿相連。

(a)

(b)

1,2,3,4-套筒位置

針對雙活單側護板型結構，在使用過程中，通過調整伸縮千斤頂的方向，和鎖銷固定位置來調整左右側護板。該側推結構應用于頂梁空間大，可以放開4個套筒的情況。但對于薄煤層液壓支架而言，頂梁空間有限，只能放置2個套筒，若繼續使用此結構只能放置1個彈簧，1個千斤頂，不僅單個彈簧受力小，無法回彈，且千斤頂單方向回收的力矩過小、易產生卡蹩現象。

3 新型側推裝置結構設計

3.1 外形結構

為滿足薄煤層支架大伸縮比的要求和增大行人空間，在設計薄煤層支架時，需要加長頂梁，同時為增大行人空間，頂梁前端設計1個薄長頂板結構，還需縮短箱體空間，支架整體形式如圖3所示。經過反復論證以及試驗后，將千斤頂與彈簧導桿設計成合二為一結構，既減少套筒數量，滿足設計要求，又能方便地進行維修、調試、安裝。

新型側推裝置結構如圖4所示，由側護板、彈簧導桿圖、內進液側推千斤頂圖 、彈簧套筒圖組成。其兩段長度相等的彈簧套筒中間焊接1個圓形中空限位塊，彈簧套筒一端割1個凹槽，凹槽對稱分布在圓形中空限位塊兩段且方向一致。此彈簧套筒組件焊接在對應的頂梁箱體孔內。側推千斤頂采用內進液形式，在缸體外側焊接一方形擋塊，此擋塊可插入套筒凹槽內。千斤頂活塞桿與側護板上的座相連，缸體與螺桿通過銷軸鉸接。螺桿上纏繞彈簧和墊圈，螺桿一端帶有凸臺，凸臺上徑向打孔，孔的直徑與千斤頂缸體的孔直徑保持一致，另一端帶有螺紋與彈簧導桿鉸接在一起。 彈簧導桿一端徑向打孔，孔的直徑與側護板座上的直徑保持一致，并通過銷軸鉸接，另一端外圓小于套筒內徑，保證能夠穿入套筒，并在軸向中心絞制螺紋。

圖3 薄煤層液壓支架整體結構圖

1-側護板；2-彈簧導桿；3-螺桿；4-套筒細件；5-千斤頂

安裝時，螺桿與千斤頂通過銷軸鉸接后，從一側伸入到套筒組焊件內。彈簧通過另一側放入并纏繞在螺桿上。螺桿與彈簧導桿通過螺紋連接時，為了防止千斤頂跟著轉動，在千斤頂缸筒外側焊接一限位塊，卡在套筒凹槽內。

使用時，操作操縱閥時，側推千斤頂下腔進入液壓油，缸體向外伸出，帶動螺桿和彈簧導桿外伸，側護板打開；千斤頂上腔供液，缸體收回，側護板收回。側護板使用的是直角式，接觸面積大，密封性能及導向性能較好。該裝置在移架過程中側護板調整力大、導向好，增強了支架的扶正能力，更容易防止支架傾倒。側護板動作同步順暢，起到很好的密封作用，可有效地阻擋下落煤塊及矸石，提高工人在操作空間的安全系數。

3.2 彈簧力計算

側推彈簧的作用是，當受到擠壓變窄的支架去除外力后，由彈簧力將活動側護板推至極限位置，使支架寬度達到最大尺寸[6]。壓縮彈簧隨壓縮變形增加彈力，當側推彈簧在整個工作行程中，需要克服的阻力基本不變，故設計側推彈簧主要是正確確定能將側護板推動的最小推力。推動側護板需要克服側護板在運動過程中受到的摩擦阻力和拉動側推千斤頂活塞桿伸出的阻力。

但若想使彈簧回彈，不僅克服側護板自重所帶來的摩擦力，還有側推千斤頂的開啟壓力。即Ft>Fm+Fk，其中Ft為彈簧回彈力，Fm為摩擦力，Fk為彈簧開啟壓力。彈簧計算如圖5所示。液壓支架側護板千斤頂制造對開啟壓力提出了特殊要求，即啟動壓力為0.7 MPa。針對本文千斤頂規格缸徑/桿徑(65/43)，計算出千斤頂開啟壓力為2.5 kN。

圖5 彈簧力計算圖

由于2個彈簧推1個側護板，故取側護板自身重力的一半來計算，即：

G=mg=82×10/1 000/2=0.41 kN

(1)

Fm=f·G=0.2×0.41=0.082 kN

(2)

式中：f為摩擦因數0.2；G為側護板自身重力。

所以，Fm+Fk=0.082+2.5=2.582 kN

(3)

由計算可知，圖5中Ft=6.09，Ft>Fm+Fk，故彈簧設計合理。

4 應用情況

新型側推裝置首次應用于田莊煤礦的ZY2600/06/13兩柱掩護式液壓支架。在山東能源臨礦集團田莊煤礦15層煤工作面，從生產安裝到使用維護，達到了預期效果。證實雙向活動側護板在薄煤層液壓支架中具有操作簡單、靈活，支架導向能力強，支架側推力大，扶正支架能力強，保證了礦井的產量，具有一定的推廣應用價值。

5 結論

該新型側推裝置由原先的分體式改為整體式，即將側推千斤頂與彈簧合二為一，變成結構更簡單的整體式，合理利用了頂梁箱體的空間。

新型側推裝置適合于薄煤層頂梁箱體較短的支架，可以解決空間受限、彈簧受力不均、側護板無法回彈等問題，不僅提高了勞動效率，而且降低了生產成本。