丁超群 王亮

陜西陜煤黃陵礦業(yè)有限公司機(jī)電公司機(jī)電總廠，中國(guó)·陜西 延安 727307

1 引言

液壓支架是某煤礦綜采工作面主要的支撐掩護(hù)設(shè)備。本套支架因曾服務(wù)過多工作面，鋼件損壞較為嚴(yán)重，在井下服務(wù)了一個(gè)工作面后提前進(jìn)入大修周期。由于本套支架部分鋼件損壞較嚴(yán)重，如果按一般性的大修對(duì)待，下個(gè)一個(gè)工作面取不到良好的效果，因此在不改變?cè)O(shè)備原有整體性能的前提下，對(duì)支架易變性損壞件進(jìn)行加固改造維修，提高支架整體性能。

2 抬底座改造

2.1 抬底座改造原因

在支架正常工作時(shí)，抬底座起到承受抬底千斤頂反作用力，使支架抬起，完成支架前行的動(dòng)作，但支架支撐受力過大后，造成抬底座承受的力超過其承受極限，使抬底座銷軸孔變形或撕裂，使抬底座不再能承受高載荷或失去作用。

2.2 抬底座承載力析

抬底座原有壁厚為15.5mm，采用的材料為16Mn，液壓支架系統(tǒng)由乳化泵提給高壓液，泵站的額定壓力為31.5MPa，最大壓力為39.8MPa，所承受的核實(shí)如下：

Nmax為最大作用力，單位N；Pmax為最大壓力，單位MPa；S 為缸筒內(nèi)壁截面積，單位mm2；A 為受力點(diǎn)截面積，單位mm2；σmax為最大工作應(yīng)力，單位MPa；σs為材料的許用應(yīng)力，343MPa。

經(jīng)計(jì)算，抬底座單邊受到應(yīng)力為：σmax=240MPa ＜σs。

應(yīng)力值在受力范圍內(nèi)，但抬底座銷軸孔處仍超過屈服點(diǎn)，存在塑性變形等情況。分析認(rèn)為，在推溜槽或移架時(shí)，支架晃動(dòng)或抬底千斤頂受徑向力憋卡卡拌等情況造成此現(xiàn)象[1]。

2.3 改造方案及核算

將抬底座的筒座在原有尺寸上直徑厚度上增加10mm，銷軸孔軸向受力方增加10mm 厚度，增加其安全系數(shù)n；若n ≥2，那么抬底座的筒座的單邊銷軸孔承受的應(yīng)力值可承受抬底千斤頂?shù)淖畲蠊ぷ鲬?yīng)力，核算如下：

Nmax＝Pmax×S

經(jīng)計(jì)算：σmax=146.08MPa，，σmax≤[σ]。

其中，n 為安全系數(shù)；[σ]為許用應(yīng)力，單位MPa；

通過核算，n ＞2，改造完全滿足屈服應(yīng)力要求。同時(shí)在改造過程中，添加加筋板焊接，處理后，提高抬底座載荷承受能力。抬底座改造前后對(duì)比圖如圖1所示。

圖1 抬底座改造前后對(duì)比圖

3 前推移桿改造

3.1 前推移桿改造原因

在支架正常工作時(shí)，前推移桿承受抬底千斤頂作用力，使推移桿與地面的靜摩擦力增大，支架前端抬起，減少接觸支架接觸面積，降低支架摩擦力，完成支架前行的動(dòng)作。但推移桿承受的力超過其承受極限，造成推移桿向下塑性變形10mm 以上，使支架底座與地面整體接觸過大，很容易造成前行動(dòng)作“失靈”。

3.2 前推移桿承載力析

推移上表面壁厚為16mm，前推移桿承受抬底千斤頂最大載荷為298kN，接觸面為弧面，采用集中載荷計(jì)算，所承受的核實(shí)如下：

σ＝c×P/h2

P 為集中載荷，單位MN；h 為厚度，單位m；c 為根據(jù)16Mn 材料可查表得，c=0.7542；σ為工作應(yīng)力，單位MPa；σs為材料的許用應(yīng)力，343MPa。

經(jīng)計(jì)算，推移與抬底千斤頂接觸點(diǎn)的受到應(yīng)力為：σ=877.9MPa ＞σs。

已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出應(yīng)力值在受力范圍內(nèi)，需屈服變形后降低集中載荷力來解決這一問題，但現(xiàn)塑性變形在10mm 以上，影響其使用性能，因此需對(duì)其改造[2]。

3.3 改造方案及核算

將前推移桿上板（與抬底千斤頂接觸板）在原有尺寸的基礎(chǔ)上增加10mm，以降低其載荷能力，核算如下：

σ＝c×P/h2

經(jīng)計(jì)算：σ=332.5MPa ＜σs。

通過核算，改造完全滿足板材抗壓強(qiáng)度要求。同時(shí)在改造過程中，添加筋板焊接數(shù)量（如下圖），進(jìn)一步提高了對(duì)推移桿載荷承受能力，提高推移桿強(qiáng)度。前推移桿改造前后對(duì)比圖如圖2所示。

圖2 前推移桿改造前后對(duì)比圖

4 增設(shè)頂梁弧形護(hù)板

4.1 改造原因

頂梁主要承接頂板巖石的載荷，掩護(hù)梁主要增強(qiáng)支架的抗扭性能，而頂梁與掩護(hù)梁為鉸接鏈接的方式，之間間隙約有10～20mm。在降架、移架、升架過程中，粉塵透過縫隙落到下方工作空間內(nèi)的操縱閥組上，侵蝕閥組或影響支架操作；若粉塵將間隙堵死，影響支架正常作業(yè)。

4.2 改造方案

因此在頂梁處焊接弧形護(hù)板（略低于頂梁板），遮擋頂梁與掩護(hù)梁縫隙，同時(shí)弧度可使粉塵在升架期間自動(dòng)滑移脫落，且不影響降架空間（降價(jià)時(shí)，弧形護(hù)板不得觸碰掩護(hù)梁面）。

5 推移十字頭連接孔修復(fù)

5.1 前推移桿改造原因

十字頭連接孔原尺寸φ52mm，基本上磨損為橢圓長(zhǎng)條孔，磨損至57～62mm，方銷座開焊脫落，失去功能，若是繼續(xù)使用會(huì)造成該孔撕裂，推移桿失去功能。

5.2 改造方案

采用坡口，高強(qiáng)度補(bǔ)焊的方式修復(fù)

①火焰切割橢圓坡口，坡口為30°，切割后切割面修磨氧化層至光滑；上下孔按上述單邊切割坡口。

②自制堵板（材質(zhì)銅），將堵板至于待補(bǔ)孔下方，并采用高強(qiáng)度焊絲SX.MG50-6 補(bǔ)焊，焊接孔不大于φ50mm。

③焊接前用槍烤200～250 ℃，補(bǔ)焊采用80% AR+20%C02氣體保護(hù)，電流300～330A，電壓28～33V，焊道長(zhǎng)度30mm，間隔150mm，焊后烤槍烘烤焊縫，焊接溫度達(dá)300℃必須停止補(bǔ)焊。

④為防止工件溫度下降，打底、填充、蓋面施焊要求連續(xù)焊接。

⑤每遍焊接完成后，必須用鋼刷清理氧化層后方可進(jìn)行下一遍施焊。

⑥焊接完成后，快速用干燥沙整體覆蓋掩埋，埋深200mm，時(shí)間4～6h。

⑦6h 后取出，清理飛濺、氧化層及灰塵，自然冷卻，注意不得澆水。

⑧為防止冷裂，48h 后做焊縫檢測(cè)。使用探傷儀對(duì)焊縫進(jìn)行檢測(cè)，焊縫發(fā)現(xiàn)有裂紋、氣泡等超標(biāo)準(zhǔn)的缺陷，用碳弧氣刨進(jìn)行刨除，刨除后重新加熱焊接。

⑨焊縫檢測(cè)合格，采用鏜銑床鏜銑至φ52mm。

5.3 修復(fù)方案及核算

經(jīng)檢測(cè)，母材硬度為343HL，補(bǔ)焊硬度為421HL 滿足使用要求[3]。

6 結(jié)語

在本次設(shè)備大修中，通過以上幾點(diǎn)改造，解決了液壓支架因服務(wù)過多個(gè)工作面后暴露的性能問題，提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性，降低了故障率，節(jié)約了后續(xù)大修的材料消耗，避免了人工浪費(fèi)，使設(shè)備進(jìn)入良性循環(huán)。