液壓支架再制造設計與加工技術研究

康鑫

摘? 要：液壓支架再制造技術是在瀕臨報廢的液壓支架的基礎上進行改進設計，滿足使用要求進而提高工作效率。設計中最大程度地保留了原有主體部件，通過再制造技術進行修復。該文對老舊液壓支架進行再制造設計和加工技術進行了分析，實現降本提效的目標。

關鍵詞：液壓支架;再制造;降本提效;設計加工

中圖分類號：TD355 ? 文獻標志碼：A

0 前言

隨著開灤集團綜采技術的不斷發展，新建采面不斷增多，許多液壓支架因為滿足不了復雜采面的特殊要求而面臨被淘汰趨勢。如果將所有無法滿足使用要求的液壓支架全部淘汰，顯然是不符合科學發展和經濟轉型要求的。鐵拓公司憑借著大量的液壓支架設計、制造的積累，在對液壓支架的再制造方面也有很豐富的經驗。

1 再制造原型支架存在的問題

再制造支架的原型是開灤（集團）東歡坨礦業分公司在用的ZY4000/10/23型掩護式液壓支架。該支架正在服役的數量已達到數百組，但多數支架年限超過8年，損壞嚴重，維修成本增高。根據該礦的煤層儲備情況，可開采的相近煤層儲量非常可觀，對該型號的支架需求量很大。同時該礦的薄煤層采面條件不好，屬于軟底采面。ZY4000/10/23型液壓支架具有使用率高、結構緊湊等特點。與快速發展的綜采技術相比，該支架還是暴露出無法滿足開采效率的不足。1）推移千斤頂的移架力小，流量小，無法滿足高效率開采過程中的快拉架要求。2）該礦的薄煤層采面大多是下山開采，在快速移架的過程中存在頭重腳輕的載頭現象。3） 在軟底采面作業時，該支架的底座出現下陷的問題，無法實現正常移架。4）該支架的液壓系統管路復雜、操縱不便。綜上所述，光靠對該支架進行維修已經無法保證正常的開采銜接和開采效率。從設備采購的總體計劃以及項目的經濟性、工期要求等方面考慮，不具備做一套全新支架的條件。通過對支架狀態的分析以及滿足采面地質條件的技術要求，經過多次方案的討論、修改最終確定對ZY4000/10/23型液壓支架進行再制造設計。

2 再制造設計與加工

2.1 分析原因

原型ZY4000/10/23支架的頂梁為整體式帶內伸縮梁結構，整體頂梁前端支撐力大，可以有效地支護機道上方的頂板，防止工作面片幫冒頂。但是頂梁的前端重，在移架過程中容易出現載頭現象。

底座是整體底座，整體底座是用鋼板焊接成的箱式結構，結構緊湊、整體性強、穩定性好，與底板接觸面積大，比壓小，但底座中部排矸性能較差。底座內部推移機構壓在底座底板上無法實現抬底座功能。并且底座的主筋高度不夠，也無法布置倒裝推移千斤頂[1]。

液壓系統為手動鄰架控制。該方式的特點是節省成本、維修方便。但該操縱系統配套的手動操縱閥體積大，所占空間大。鄰架控制系統需要配置支架多通塊，操縱閥實現每個功能的乳化液都需要通過膠管先進入到相鄰支架的過架多通塊，然后還要通過膠管進入相應的千斤頂或控制閥內。這樣的控制系統管路相當復雜，不適宜用在本身空間就有限的薄煤層支架中。

受以上結構形式和液壓系統的限制，該支架的推移千斤頂采用的是缸徑/桿徑為φ140/φ70 mm的正裝差動形式，移架力和推溜力分別為360 MPa和272 MPa。流量為200 L/min，無抬底座機構。因此，就出現了前邊所說支架的移架力小、頭重腳輕、底座下陷和操縱不便的現象。

2.2 制定改造方案

經過對支架結構和存在問題的分析，在制定改造方案時還需要考慮再制造支架的經濟性。通過三維建模的輔助進行支架的結構設計時，可以更直觀地觀察支架結構的特點，可以更快速地找到改進方案，更高效地對支架的結構進行優化。最后通過理論計算進行強度校核之后確定改造設計方案。通過分析，支架制新部分為底座、推桿、推移千斤頂、抬底千斤頂和頂架。其余結構全部可以再制造后復用[2]。

底座改為分體式底座，該形式底座由左右2個部分組成。該結構排矸性能好，對底板起伏不平的適應性強。可以布置抬底座機構，在軟底采面作業，支架底座下陷時可以利用抬底座機構將底座前端抬起，底座的抬起量為109 mm，可以完全滿足薄煤層支架的正常移架。可以布置倒裝推移千斤頂結構，推移頂采用缸徑/桿徑為φ140/φ70 mm的普通雙作用千斤頂，移架力和推溜力分別為485 MPa和212 MPa，移架力增大到原來的1.35倍，如圖1所示。

底座重新設計之后后端重量增加了800 kg，并且對前后連桿的鉸接點進行調整使支架整架的重心向后移動的105 mm，向下移動123 mm。可以有效避免在下山開采時快速移架的過程中出現頭重腳輕的載頭現象，如圖2所示。

液壓系統升級為手動鄰架多芯管先導控制系統。該系統具有系統簡單可靠、適應性強、價格合理等優點。并且該系統結構緊湊具有免拔管式優點，所有部件均為插裝式便于維護，在連接上采用液路集成和多芯管連接技術，實現一根過架管。解決了支架多根膠管過架空間小、困難大、雜亂不易布置等問題，并將推移千斤頂的流量增加到400 L/min，滿足了高效率開采過程中的快拉架要求。

2.3 復用部件再制造

根據設計方案的要求，支架除底座之外的全部金屬結構件以及大部分的立柱千斤頂都需要經過再制造后復用。

2.3.1 結構件再制造修復

結構件的再制造工藝流程有4點。1）表面預處理，采用多噴頭全角度，覆蓋率在95%以上的專業設備對結構件表面進行100%噴砂除銹。2）焊縫探傷，采用磁粉+超聲波綜合探傷，不低于Ⅱ級焊縫要求，對主要焊縫進行100%探傷。3）焊接修復，對焊縫有缺陷級輕微母材損傷的部位進行等強匹配焊接，焊前預熱150 ℃～200 ℃，焊后保溫并整體消除應力。4）鉸接孔修復，高溫堆焊后進行整體鏜孔修復，對變形的鉸接孔實現100%修復，粗糙度不低于6.3，同軸度不低于0.5。5）外表面噴漆，修復后結構件外表面噴一遍底漆2遍面漆，漆膜厚度大于100 μm。

2.3.2 立柱、千斤頂再制造修復

立柱、千斤頂的再制造工藝流程有4點。1）外表面預處理，采用自旋轉式噴丸裝置，覆蓋率在98%以上，對缸體表面進行100%噴砂除銹處理。2）內孔絎磨，內置壓力傳感器裝置精準控制，內孔100%進行絎磨，粗糙度Ra0.4，尺寸公差H9。3）外圓熔覆，采用冶金結合技術對桿類零件外圓進行再制造。4）缸口熔覆，對缸筒缸口密封面進行再制造，所用的新型材料是防腐性能提高3倍[3]。

通過以上專業的技術、工藝與設備，對相關部件進行的再制造修復，使其尺寸、形狀、壽命和性能等方面均不亞于制新產品。

3 再制造支架產生的效益

ZY4000/10/23再制造液壓支架總重14.5 t，其中支架的伸縮梁、頂梁及側護板、掩護梁及側護板、前后連桿等部件全部使用舊件經過修復后復用，制新部分只有底座、推桿、小過橋以及推移千斤頂和抬底千斤頂。復用件總重9 t，占比62%。再制造液壓支架可以延長支架的使用壽命，提高產品技術性能和附加值，以最低的成本、最少的能源資源消耗完成產品的全壽命周期。該項目節能可達到60%以上，節材70%以上。最大限度地挖掘制造業產品的潛在價值，讓能源資源接近“零浪費”。

液壓支架再制造項目符合大力發展循環經濟、低碳經濟，具體來說包括3個方面。1） 資源效益，減少原生資源的開采，減少能源的消耗。再制造項目在嚴格保證各結構件的質量的前提下，最大程度地利用舊部件。減少鋼板等原材料的用量，所需能源是新品所需的20%～25%。2） 環保效益。全球污染排放物70%來自制造業。美國對鋼鐵材料的統計，再制造比制造新產品減少大氣污染86%，水污染76%，固體廢物97%，節水40%，并大大減少二氧化碳等溫室氣體排放。3） 提升傳統產業競爭力。再制造不但可以為企業減少設備采購資金，而且可以大大減少因企業設備故障造成的減產、停產。

參考文獻

[1] 蘇磊.液壓支架綠色設計及關鍵零部件再制造技術研究[J].中國高新技術企業，2014（13）：1.

[2] 王國法.液壓支架技術[M].北京：煤炭工業出版社，1998.

[3]戰秋英.綜采液壓支架電業控制系統設計與研究[J].淮南職業技術學院學報，2013（1）：23.