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(cè)護(hù)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(dāng)支架升架、降架和移架時，側(cè)護(hù)板起導(dǎo)向作用，且具有防倒、調(diào)架的作用，對支架的工作性能影響很大[1]。側(cè)護(hù)板在實際應(yīng)用中的結(jié)構(gòu)有很多形式，不同的設(shè)計形式影響著側(cè)護(hù)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(hù)問題，由于支架空間有限，普通側(cè)推布置方式無法實現(xiàn)，這就需要尋求一種新型結(jié)構(gòu)來滿足側(cè)護(hù)板設(shè)計需要。

1 液壓支架側(cè)護(hù)板的工作原理

側(cè)護(hù)板一般由高強(qiáng)度鋼材焊接而成，通過側(cè)推千斤頂、彈簧套筒、導(dǎo)桿與頂梁(掩護(hù)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(jù)協(xié)議要求，拔掉左側(cè)(右側(cè))銷軸后操作操縱閥時，側(cè)推千斤頂下腔進(jìn)入液壓油，活塞桿伸出，側(cè)護(hù)板打開；千斤頂上腔供液，活塞桿收回，側(cè)護(hù)板收回。操縱閥處于中位時，在彈簧的作用力下側(cè)護(hù)板彈出[3-4]。

2 常規(guī)型液壓支架側(cè)護(hù)板結(jié)構(gòu)方法分析

常規(guī)型雙活單側(cè)護(hù)板結(jié)構(gòu)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(cè)護(hù)板平行頂梁平穩(wěn)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(cè)護(hù)板收回時，在側(cè)推千斤頂收力和彈簧的彈力作用下，側(cè)護(hù)板平穩(wěn)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(cè)護(hù)板總是以千斤頂在前, 彈簧筒在后, 斜線式收回[5]。

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

(a)

(b)

1,2,3,4-套筒位置

針對雙活單側(cè)護(hù)板型結(jié)構(gòu)，在使用過程中，通過調(diào)整伸縮千斤頂?shù)姆较颍玩i銷固定位置來調(diào)整左右側(cè)護(hù)板。該側(cè)推結(jié)構(gòu)應(yīng)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(xù)使用此結(jié)構(gòu)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(chǎn)生卡蹩現(xiàn)象。

3 新型側(cè)推裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 外形結(jié)構(gòu)

為滿足薄煤層支架大伸縮比的要求和增大行人空間，在設(shè)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(shè)計1個薄長頂板結(jié)構(gòu)，還需縮短箱體空間，支架整體形式如圖3所示。經(jīng)過反復(fù)論證以及試驗后，將千斤頂與彈簧導(dǎo)桿設(shè)計成合二為一結(jié)構(gòu)，既減少套筒數(shù)量，滿足設(shè)計要求，又能方便地進(jìn)行維修、調(diào)試、安裝。

新型側(cè)推裝置結(jié)構(gòu)如圖4所示，由側(cè)護(hù)板、彈簧導(dǎo)桿圖、內(nèi)進(jìn)液側(cè)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(yīng)的頂梁箱體孔內(nèi)。側(cè)推千斤頂采用內(nèi)進(jìn)液形式，在缸體外側(cè)焊接一方形擋塊，此擋塊可插入套筒凹槽內(nèi)。千斤頂活塞桿與側(cè)護(hù)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(dǎo)桿鉸接在一起。 彈簧導(dǎo)桿一端徑向打孔，孔的直徑與側(cè)護(hù)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(nèi)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(jié)構(gòu)圖

1-側(cè)護(hù)板；2-彈簧導(dǎo)桿；3-螺桿；4-套筒細(xì)件；5-千斤頂

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

使用時，操作操縱閥時，側(cè)推千斤頂下腔進(jìn)入液壓油，缸體向外伸出，帶動螺桿和彈簧導(dǎo)桿外伸，側(cè)護(hù)板打開；千斤頂上腔供液，缸體收回，側(cè)護(hù)板收回。側(cè)護(hù)板使用的是直角式，接觸面積大，密封性能及導(dǎo)向性能較好。該裝置在移架過程中側(cè)護(hù)板調(diào)整力大、導(dǎo)向好，增強(qiáng)了支架的扶正能力，更容易防止支架傾倒。側(cè)護(hù)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(shù)。

3.2 彈簧力計算

側(cè)推彈簧的作用是，當(dāng)受到擠壓變窄的支架去除外力后，由彈簧力將活動側(cè)護(hù)板推至極限位置，使支架寬度達(dá)到最大尺寸[6]。壓縮彈簧隨壓縮變形增加彈力，當(dāng)側(cè)推彈簧在整個工作行程中，需要克服的阻力基本不變，故設(shè)計側(cè)推彈簧主要是正確確定能將側(cè)護(hù)板推動的最小推力。推動側(cè)護(hù)板需要克服側(cè)護(hù)板在運(yùn)動過程中受到的摩擦阻力和拉動側(cè)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(cè)護(hù)板自重所帶來的摩擦力，還有側(cè)推千斤頂?shù)拈_啟壓力。即Ft>Fm+Fk，其中Ft為彈簧回彈力，F(xiàn)m為摩擦力，F(xiàn)k為彈簧開啟壓力。彈簧計算如圖5所示。液壓支架側(cè)護(hù)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(guī)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(cè)護(hù)板，故取側(cè)護(hù)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(shù)0.2；G為側(cè)護(hù)板自身重力。

所以，F(xiàn)m+Fk=0.082+2.5=2.582 kN

(3)

由計算可知，圖5中Ft=6.09，F(xiàn)t>Fm+Fk，故彈簧設(shè)計合理。

4 應(yīng)用情況

新型側(cè)推裝置首次應(yīng)用于田莊煤礦的ZY2600/06/13兩柱掩護(hù)式液壓支架。在山東能源臨礦集團(tuán)田莊煤礦15層煤工作面，從生產(chǎn)安裝到使用維護(hù)，達(dá)到了預(yù)期效果。證實雙向活動側(cè)護(hù)板在薄煤層液壓支架中具有操作簡單、靈活，支架導(dǎo)向能力強(qiáng)，支架側(cè)推力大，扶正支架能力強(qiáng)，保證了礦井的產(chǎn)量，具有一定的推廣應(yīng)用價值。

5 結(jié)論

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

新型側(cè)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(cè)護(hù)板無法回彈等問題，不僅提高了勞動效率，而且降低了生產(chǎn)成本。