林敏橋

（河北天擇重型機(jī)械有限公司，河北邯鄲056200）

0 引言

煤炭工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)重要的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。根據(jù)煤厚分類，薄煤層采高為0.5～1.3 m，我國的薄煤層資源豐富，薄煤層所占儲量為總采儲量的17.5%[1]。薄煤層一般煤質(zhì)較好，但開采成本高、難度大。山西臨縣華燁煤業(yè)有限公司薄煤層工作面基本情況為：煤層厚度為0.9～1.3 m，工作面長度為130 m，工作面走向長度為1559 m，頂板大多數(shù)為泥巖，局部為砂質(zhì)泥巖或粉砂巖，底板為泥巖或砂質(zhì)泥巖。工作面傾角≤9°，采煤工藝為一次采全高，適用工作面采高范圍為1.0～1.5 m。工作面配套設(shè)備包括ZY3300/08/17液壓支架、MG210/485-PWD采煤機(jī)、SGZ630/264刮板輸送機(jī)。本套設(shè)備中液壓支架是我公司設(shè)計(jì)制作的，礦方在支架使用過程中提出了一些意見和建議，主要是抬底千斤頂容易損壞。針對用戶的反饋意見及現(xiàn)場實(shí)際情況，我們進(jìn)行了深入分析，并與用戶進(jìn)行了認(rèn)真溝通，對該支架進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 問題的提出

ZY3300/08/17掩護(hù)式液壓支架在礦方初期使用時一切正常，用薄煤綜采方式代替原來的高檔普采方式，提高了生產(chǎn)效率，保障了操作者的安全，用戶較為滿意。采煤進(jìn)行一段時間以后，工作面底板情況變得極為松軟破碎，支架底座下沉嚴(yán)重，這給支架前移帶來了很大困難。支架移架時，支架抬底機(jī)構(gòu)使用比較頻繁，出現(xiàn)了抬底千斤頂損壞情況。

原工作面中部三機(jī)配套圖如圖1所示。

圖1 原工作面中部三機(jī)配套圖

液壓支架主要技術(shù)特征：支架型號為ZY3300/08/17，支撐高度為800～1700 mm，支架寬度為1450 mm，支架中心距為1500 mm，支架初撐力為2618 kN（P＝31.5 MPa），工作阻力為3300 kN（P＝39.7 MPa），支護(hù)強(qiáng)度為0.36 MPa(f=0.2)，移架步距為630 mm，泵站壓力為31.5 MPa，運(yùn)輸尺寸(長×寬×高）為5440 mm×1450 mm×800 mm，操縱方式為鄰架手動操作。

2 原因分析及解決措施

該支架整體型式為兩柱掩護(hù)式液壓支架，穩(wěn)定結(jié)構(gòu)采用正四連桿機(jī)構(gòu)，為雙前連桿、雙后連桿結(jié)構(gòu)，頂梁為整體無活動側(cè)護(hù)板結(jié)構(gòu)，分體式底座，抬底裝置布置于底座前部。因支架高度較低，設(shè)計(jì)抬底機(jī)構(gòu)時，為了減小抬底機(jī)構(gòu)占用空間，抬底千斤頂采用了缸筒內(nèi)徑為80 mm的外進(jìn)液千斤頂，如圖2所示。該千斤頂固定耳板布置于缸筒上，利用耳板與底座前部抬底耳座連接。需要抬起底座時，千斤頂活塞桿伸出頂在推桿上，使底座前端抬起，減小移架時的阻力。此結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是抬底結(jié)構(gòu)占用空間較小，缺點(diǎn)是移架時活塞桿伸出頂在推桿上，移架過程中活塞桿與推桿在接觸摩擦中前進(jìn)，抬底千斤頂缸口處的密封件容易損壞，缸口處導(dǎo)向套、缸筒上的連接耳板也易損壞。為了減少抬底千斤頂損壞情況發(fā)生，礦方在操作時需注意以下問題：移架前需清理架前浮煤，以緩解支架底座鉆底的深度，同時也可有效減少支架移架阻力；在進(jìn)行拉架操作時，先進(jìn)行降架操作，操作推移千斤頂進(jìn)行拉架，在支架拉架過程中根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)操作抬底千斤頂，以保證支架前移，在此操作期間嚴(yán)禁將操作閥抬底功能手柄一直處于進(jìn)液狀態(tài)。同時，在完成拉架動作后嚴(yán)禁將抬底千斤頂伸出。我們從結(jié)構(gòu)方面對抬底千斤頂進(jìn)行改造。因?yàn)樵撝Ъ墁F(xiàn)正在井下使用，不能影響正常生產(chǎn)，底座上的抬底千斤頂安裝結(jié)構(gòu)不能改變，所以根據(jù)實(shí)際情況決定改造抬底千斤頂。將缸筒上連接耳板厚度加大，用來增加強(qiáng)度；在缸筒上加套環(huán)，用來減小千斤頂與底座耳座處的間隙，減小千斤頂在底座耳座處擺動量；活塞桿頭部加柱帽，用銷軸與活塞桿連接，活塞桿通過柱帽與推桿接觸。柱帽與推桿接觸面為球面，阻力較小。改造后抬底千斤頂如圖3所示。按以上措施實(shí)施后，礦方抬底千斤頂損壞情況減少了，保證了生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

圖2 原抬底千斤頂（缸徑為80 mm的外進(jìn)液千斤頂）

3 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

為了使該型支架更好地適應(yīng)煤礦生產(chǎn)需要，綜合礦方生產(chǎn)實(shí)際情況，對本支架進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。

圖3 改造后抬底千斤頂（缸徑為80 mm的外進(jìn)液千斤頂）

1）抬底千斤頂結(jié)構(gòu)優(yōu)化。原抬底千斤頂缸徑為80 mm，桿徑為60 mm，推力為158 kN（P＝31.5 MPa），使用過程中抬底力夠用，但抬底千斤頂容易損壞。為了減少抬底千斤頂?shù)膿p壞，需增加抬底千斤頂?shù)膹?qiáng)度。一方面是加大抬底千斤頂缸徑規(guī)格?？紤]到原抬底千斤頂推力足夠，同時由于安裝空間限制，缸徑不需增加太多。液壓支架用千斤頂缸徑80 mm以上的規(guī)格有100、110、125 mm等，其中110 mm規(guī)格不常用，125 mm規(guī)格占用空間較大，沒有必要，所以選擇將缸徑加大到100 mm，桿徑加大到70 mm，推力為247 kN（P＝31.5 MPa），推力及強(qiáng)度都增加了；二是使用內(nèi)進(jìn)液千斤頂結(jié)構(gòu)，使用時活塞桿固定，缸筒伸出。這種內(nèi)進(jìn)液抬底千斤頂占用空間較大，結(jié)構(gòu)如圖4所示。為了盡可能減小抬底千斤頂占用的空間，改變了活塞桿固定孔位置，由原來位于螺紋接頭上方改到兩側(cè)位置，如圖5所示。因抬底千斤頂結(jié)構(gòu)變化，底座上抬底耳座的結(jié)構(gòu)重新進(jìn)行了設(shè)計(jì)。抬底千斤頂缸徑增大，加大了千斤頂抬底力，同時增加了千斤頂強(qiáng)度。由于抬底座時這種結(jié)構(gòu)的千斤頂是缸筒伸出與推桿接觸，千斤頂不易發(fā)生損壞。

圖4 內(nèi)進(jìn)液抬底千斤頂（缸徑為100 mm的內(nèi)進(jìn)液千斤頂）

圖5 優(yōu)化后抬底千斤頂（缸徑為100 mm的內(nèi)進(jìn)液千斤頂）

2）頂梁及掩護(hù)梁加裝活動側(cè)護(hù)板。由于原頂梁為整體頂梁不帶側(cè)護(hù)板結(jié)構(gòu)，支架寬度為1450 mm，支架中心距為1500 mm，支架之間有間隙，支架之間頂板支護(hù)不完整，而且在工作面傾角較大時，不利于調(diào)整支架的姿勢。加裝活動側(cè)護(hù)板，在彈簧彈力作用下，使活動側(cè)護(hù)板緊貼鄰架側(cè)護(hù)板，架間基本沒有間隙，提高了支架的掩護(hù)和擋矸功能?？梢岳没顒觽?cè)護(hù)板進(jìn)行調(diào)架，還有防止支架傾倒的用途。在支架頂梁和掩護(hù)梁上都可以加裝活動側(cè)護(hù)板，支架活動側(cè)護(hù)板組件主要由頂梁（掩護(hù)梁）側(cè)護(hù)板、側(cè)護(hù)千斤頂、彈簧、導(dǎo)桿和連銷等構(gòu)成。支架常用的活動側(cè)護(hù)板形式主要有3種：直角式單側(cè)活動側(cè)護(hù)板，直角式雙側(cè)可調(diào)活動側(cè)護(hù)板，折頁式單側(cè)活動側(cè)護(hù)板[1]。折頁式活動側(cè)護(hù)板的千斤頂布置在梁體的外部，拆裝和維護(hù)方便，但只能安裝于頂梁，而且擋矸性及導(dǎo)向性差，現(xiàn)在已經(jīng)基本淘汰；直角式單側(cè)活動側(cè)護(hù)板結(jié)構(gòu)型式為一側(cè)是固定側(cè)護(hù)板，另一側(cè)是活動側(cè)護(hù)板，有較好的掩護(hù)和擋矸功能，而且導(dǎo)向性較好，適用于工作面傾角較小的煤層，但不能滿足工作面傾角方向變化需要；直角式雙側(cè)活動側(cè)護(hù)板克服了直角式單側(cè)活動側(cè)護(hù)板不適應(yīng)工作面傾角方向變化的缺陷，可根據(jù)工作面傾角方向的變化，隨時調(diào)整活動側(cè)護(hù)板方向，適應(yīng)性強(qiáng)，缺點(diǎn)是相對單側(cè)活動側(cè)護(hù)板而言，制作成本較高，強(qiáng)度稍差。綜合考慮以上各種結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，決定本支架頂梁和掩護(hù)梁上均增設(shè)直角式雙側(cè)可調(diào)的活動側(cè)護(hù)板。頂梁側(cè)護(hù)板由2個彈簧套筒和2個側(cè)護(hù)千斤頂控制，掩護(hù)梁側(cè)護(hù)板由2個彈簧套筒和1個側(cè)護(hù)千斤頂控制。側(cè)護(hù)板是由鋼板直角對焊的結(jié)構(gòu)，頂梁側(cè)護(hù)板結(jié)構(gòu)如圖6所示，掩護(hù)梁側(cè)護(hù)板結(jié)構(gòu)如圖7所示。

圖6 頂梁側(cè)護(hù)板

3）考慮到臨時炮采時起保護(hù)作用的需要，在頂梁前部加裝液壓式護(hù)板，需要時伸出護(hù)板千斤頂，打開護(hù)板起保護(hù)作用。平時不用時收回護(hù)板千斤頂。因本支架為薄煤層支架，頂梁前部不能太厚，需要在頂梁前部箱體內(nèi)開口，將護(hù)板千斤頂布置于頂梁箱體內(nèi)。護(hù)板千斤頂采用缸徑為63 mm、桿徑為45 mm、行程為170 mm的千斤頂。出于安全考慮，護(hù)板千斤頂需配備雙向鎖及安全閥，并在雙向鎖處加裝節(jié)流接頭，用來降低護(hù)板千斤頂伸出及收回速度，以確保安全。

圖7 掩護(hù)梁側(cè)護(hù)板

4）優(yōu)化后液壓支架主要技術(shù)特征。支架型號為ZY3300/08/17，支撐高度為800～1700 mm，支架寬度為1430～1600 mm，支架中心距為1500 mm，支架初撐力為2618 kN（P＝31.5 MPa），工作阻力為3300 kN（P＝39.7 MPa），支護(hù)強(qiáng)度為0.43 MPa(f=0.2)，移架步距為630 mm，泵站壓力為31.5 MPa，運(yùn)輸尺寸(長×寬×高）為5150 mm×1430 mm×800 mm，操縱方式為鄰架手動操作。

支架優(yōu)化后該工作面中部三機(jī)配套圖如圖8所示。

圖8 優(yōu)化后工作面中部三機(jī)配套圖

4 應(yīng)用情況

按上述方案我們對該支架進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化了抬底機(jī)構(gòu)，頂梁及掩護(hù)梁上加裝了側(cè)護(hù)板，頂梁前部加裝了護(hù)板。優(yōu)化后的支架抬底機(jī)構(gòu)使用正常，加裝側(cè)護(hù)板后工作面支護(hù)效果得到了很大改善，調(diào)整支架較為方便，人員安全得到了有效保障。

5 結(jié)論

本次ZY3300/08/17掩護(hù)式液壓支架的優(yōu)化設(shè)計(jì)，改進(jìn)了原架型的幾處缺點(diǎn)，提高了支架的適應(yīng)性和操作人員的安全性，對其它類似情況具有一定的參考意義。