一種用于液壓支架立柱拆裝的吊裝機械臂設計

(天津工業大學機械工程學院 天津 300387)

礦山機械是煤礦安全生產的必要保證，特別是支護設備，其使用率高，要求安全系數大。由于工作條件惡劣，設備磨損快等因素的影響，為保證設備的正常運轉，保障安全生產，必須對其進行強制檢修。液壓支架是為煤炭綜采工作提供支撐防護和安全保障的關鍵設備，立柱是液壓支架的主要承載部件，承受并傳遞來自綜采頂板的主要載荷。其中，液壓支架的拆裝，尤其是立柱與支架的分離組裝，是在整個檢修過程最先開始且極為重要的環節。

一、綜采機械化設備概況

綜合機械化采煤是煤礦開采技術現代化的重要標志，而液壓支架是綜采設備中十分重要的組成部分。它能可靠而有效地支撐和控制工作面的頂板，隔離采空區，維護安全作業空間，防止矸石進入回采工作面和推進采運設備。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，提高工作效率。同時大大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，保障綜采工作的安全進行。

液壓支架按其結構特點和圍巖的作用關系一般分為三大類，即支撐式、掩護式、支撐掩護式。(1)支撐式：支撐式支架的特點就是頂梁比較長，并且是垂直支撐，支架的后部設有復位裝置以及擋矸裝置，可以利用平衡水平推力和防止矸石串入支架工作的范圍內；(2)掩護式：由于掩護式支架有一個比較寬的掩護梁來遮擋采空區的矸石進入作業的工作范圍，因此支撐力比較小；(3)支撐掩護式：此種支架是結合了以上兩種支架的優點而發明的一種支架，所以支撐掩護式支架擁有它們共同的特點，適用于各種頂板條件。

二、液壓支架的結構組成

液壓支架由立柱、承載結構件、推移裝置、控制系統和其它輔助裝置組成。(1)立柱：支撐在底座和頂梁或掩護梁之間調節支架高度并承載的液壓缸，要求有較高的抗壓抗彎強度和密封性能；(2)頂梁：直接與頂板接觸，傳遞支撐力并起護頂作用的承載構件；(3)底座：直接與底板接觸傳遞支撐力并用于支托立柱和其它部件的承載構件；(4)掩護梁：連接頂梁和底座，承受支架水平力和垮落頂板巖石壓力，防止采空區冒落矸石進入支架的構件。

三、吊裝機械臂設計

圖3 吊裝機械臂工作況圖

(一)吊臂的整體結構

立柱在與支架分離組裝時面臨一些問題：(1)現行的立柱拆裝是將頂梁拆下后，利用行車起吊進行拆裝。這種方式操作復雜，且拆裝過程晃動較為嚴重，危險系數大；(2)有些情況下，僅需要維修立柱而對其拆裝，傳統方式下需將頂梁拆下后，才可進行立柱的拆裝。

為了解決以上問題，提高立柱拆裝過程的工作效率、安全穩定性，進行吊裝機械臂的設計，其中，機構主要由三個部分組成：(1)立柱起吊機構；(2)變幅吊臂；(3)移動底座。在進行立柱拆裝時，僅需使用支架拆裝設備將頂梁吊起，然后吊裝機械臂移動到工作區域對立柱進行吊裝，靠變幅吊臂的運動來實現立柱的拆裝。

(二)吊臂截面形式的選擇

圖4 吊臂截面圖

現在常用的吊臂截面形式主要有多邊形、橢圓形、U形這幾種。

四邊形截面是目前吊臂中最為常見的截面形式，其抗彎特性良好，制造工藝相對簡單，適用于強度較低的材料。

橢圓形截面的截面積從下至上逐漸減小，其良好的結構特點使吊臂質量得以優化，抗扭性能明顯增強。但制造工藝復雜，成本高，從而限制了其大面積推廣。

U形截面的上下彎板分別為大圓角槽型和U形槽型，既能有效地減小吊臂質量，同時最大程度地提高材料使用的機械性能，從而大大提高起重機的可靠性和穩定性。較橢圓形截面而言，制造工藝更為簡單，成本也低很多。

隨著技術的發展，曲線形狀吊臂成為主要的發展方向，綜合考慮制造工藝、工作性能、成本等因素，當前U形截面都是最為理想的起重吊臂截面形式。

四、結語

用于立柱與支架分離組裝的吊裝機械臂解決了傳統的立柱拆裝過程中面臨的作業難度大、安全穩定性低等問題，同時設備可用于井下巷道、井上車間等多種環境，大大節約了企業的生產成本。立柱拆裝專用吊臂的設計，擺脫了傳統的行車、叉車等非專業拆裝設備的使用，簡化了工藝流程，促進了礦井生產朝著更加專業化、規范化的方向發展。