蔡永倫，張治華

(重慶松藻礦山機械廠， 重慶 401420)

0 引言

液壓支架是一種針對性很強的綜采設備，一直以來都是“以銷定產(chǎn)”。液壓支架高度是根據(jù)井下運輸條件和煤層厚度(采高)、頂板等具體地質(zhì)條件及立柱伸縮比確定的，若最大高度不足，則必須放棄一部分頂煤或底煤地開采，不但造成資源浪費，有時甚至給支架正常工作造成困難。若最小高度超高，則只能采取割頂板或底板的方式，從而影響采煤的質(zhì)量，同時也會導致采煤機截齒磨損或損壞。制造新支架周期長，費用高，同時造成浪費[1]。

西南某礦ZY4000/10/24型掩護式支架在工作面轉(zhuǎn)場時，由于新工作面煤層厚度增加，使用原有支架必須留頂煤或底煤，造成資源浪費。因此，需要對現(xiàn)有支架進行改造，為了節(jié)省支架改造費用，要求在盡量利用原有頂梁、底座、掩護梁的情況下，將ZY4000/10/24型支架改造為ZY4000/10/26.5型，以滿足新工作面的使用要求。

1 ZY4000/10/24型支架及四連桿運動分析與受力分析

首先對ZY4000/10/24型掩護式支架原有四連桿進行運動分析與受力分析。由于掩護梁長度設計是根據(jù)支架最大高度按比例選取的，所以掩護梁長度及其前后連桿鉸接位置成為能否利用原有頂梁、底座、掩護梁部件進行改造的關(guān)鍵。

圖1為ZY4000/10/24型支架四連桿機構(gòu)圖。

圖1 ZY4000/10/24型四連桿機構(gòu)

根據(jù)圖1四連桿結(jié)構(gòu)尺寸，經(jīng)過運動分析計算，ZY4000/10/24型支架高度1 000～2 400 mm的運動分析相關(guān)計算結(jié)果如表1所示[2]。

表1 ZY4000/10/24型支架的四連桿運動分析

根據(jù)計算結(jié)果可以看出，原設計四連桿運動軌跡值在使用高度1 300～2 200 mm范圍內(nèi)的最大變化值為44.7 mm，空頂距范圍348.5～393.2 mm，數(shù)據(jù)均在合理范圍內(nèi)。從表1可以看出，在最高位置時，其后連桿與水平方向夾角偏小,僅為70.2°(設計規(guī)范要求不大于85°)，所以從運動分析角度來看，具備改造條件。

經(jīng)過受力分析計算，在平衡千斤頂受拉，摩擦因數(shù)f=0.2時，前連桿受力值為2 075～3 052 kN，后連桿受力為2 414～4 832 kN，處于合理范圍之內(nèi)[3]。

圖2、圖3和圖4分別為ZY4000/10/24型支架掩護梁、前后連桿、立柱的相關(guān)尺寸。

圖2 ZY4000/10/24型支架掩護梁

(a) 前連桿

圖4 ZY4000/10/24型支架立柱

2 改造后ZY4000/10.5/26.5型支架的運動和受力分析

根據(jù)上述分析結(jié)果，由于原設計掩護梁長度偏長，在不改變掩護梁原有長度及鉸接孔位置的前提下，為了降低改造工作量及改造費用，計劃通過增加前后連桿長度尺寸和增加立柱可拆卸加長帽，將支架最大高度按2650 mm進行改造。

在對原四連桿進行分析的基礎上，按照盡量利用原支架零部件的原則，經(jīng)過反復琢磨、調(diào)整運算，重新設計出的ZY4000/10/26.5型支架四連桿機構(gòu)如圖5所示。

圖5 ZY4000/10/26.5型支架四連桿機構(gòu)

根據(jù)圖5四連桿尺寸進行運動分析計算，ZY4000/10/26.5型支架高度1 000～2 650 mm的運動分析相關(guān)參數(shù)計算結(jié)果如表2所示。

表2 ZY4000/10/26.5型支架的四連桿運動分析

從表2計算結(jié)果可以看出，改進后四連桿運動軌跡在使用高度1 300～2 450 mm范圍內(nèi)口最大變化值僅為19.4 mm，運動軌跡更好，空頂距變化范圍383.7～398.9 mm，均在合理范圍內(nèi)。后連桿在最高位置與水平線夾角增加到82.2°，受力更加合理。因立柱位于最大高度時長度不足，所以需要增加228 mm加長帽。從運動分析結(jié)果可知，在不改變原有掩護梁和底座相關(guān)尺寸的前提下可以實現(xiàn)將最大高度增加到2 650 mm。

經(jīng)過受力分析計算，在平衡千斤頂受拉，摩擦因數(shù)f=0.2時，前連桿受力2 048～3 016 kN，后連桿受力2 308～4 647 kN，與原設計受力差距不大，均處在合理范圍內(nèi)。從綜合分析來看，按該方案進行改造可以實現(xiàn)。

3 改造后的ZY4000/10.5/26.5型掩護式支架

按照上述四連桿改造設計方案，經(jīng)過三維制圖校核，支架在最低位置仰頭時的極限位置頂梁與掩護梁出現(xiàn)干涉，需要對掩護梁頂板前端進行維修，同時對前、后連桿進行改造處理(前連桿加長69 mm，后連桿加長90 mm)，立柱增加228 mm加長帽，同時經(jīng)過立柱穩(wěn)定性計算保證使用要求[4]，其他部分利用原支架零部件即可。

按照GB 25974.1—2010標準相關(guān)要求進行三維作圖校核，支架處于最大高度位置時其適應性能滿足頂梁俯角要求，最低位加300 mm時能滿足標準規(guī)定的仰角要求[5]。

圖6和圖7分別為改造后的掩護梁和前、后連桿，圖8為改造后的立柱，圖9為改造完成后的ZY4000/10/26.5型液壓支架。

圖6 改造后的ZY4000/10/26.5型支架掩護梁

(a) 前連桿

圖8 改造后的ZY4000/10/26.5型支架立柱

圖9 改造完成后的ZY4000/10/26.5型掩護式液壓支架

4 結(jié)論

方案改造利用原設計掩護梁尺寸選擇過長的弊端，通過增大前后連桿尺寸改變四連桿運動軌跡，實現(xiàn)了在利用原ZY4000/10/24型支架頂梁、掩護梁和底座的條件下，將支架參數(shù)改造成ZY4000/10/26.5型的目標。在改造過程中，只需對掩護梁頂板前端進行整改，對前、后連桿進行加長處理并增加立柱加長帽，實現(xiàn)了預期改造目標，為煤礦節(jié)省了改造費用，節(jié)約了資源，可滿足支架在新工作面的使用要求。