ZY6000/24/50型大采高掩护式液压支架的研制

2010-01-23李冬

山西焦煤科技 2010年1期

关键词：护板顶梁连杆

李冬

李冬①

(山西焦煤西山煤电集团公司机电总厂)

介绍了为满足厚煤层开采需要而设计生产的大采高液压支架的技术要求、技术参数、主要机构的设计,分析了支架设计的创新点和市场前景。

大采高;液压支架;设计;技术要求

液压支架是综采工作面的核心设备,它担负着控制管理顶板、维护正常工作空间、推移工作面设备、保护人员及设备安全的重要任务,是现代煤矿实现采煤、运输和支护等所有工序全部机械化的重要环节,它的适应性和可靠性是决定综采设备成败的关键因素之一。

ZY6000/24/50型掩护式液压支架是为满足厚煤层开采需要而设计生产的大采高液压支架。大采高液压支架用于一次采全高工作面,是一种经济合理的综采支护设备,一次采全高减少了巷道掘进和工作面铺网等工作量,降低了开采成本,提高了资源回收率,同时,大采高提高了单刀割煤量,为提高工作面生产能力创造了条件。

1 大采高液压支架设计的技术要求

大采高液压支架设计的重要技术要求是应保证支架的稳定性和对大采高煤层的适应性。因此,大采高支架设计应满足以下技术要求：

1)支架四连杆机构与销孔配合间隙是影响支架横向稳定性的重要因素。因此,根据目前工艺水平,要求四连杆机构销轴与销孔最大间隙小于1.7 mm。在空载条件下,支架处于最大高度时,顶梁水平状态相对底座中心线最大偏移量应小于80 mm。

2)大采高液压支架必须设置防倒调架装置或预留连接耳座。

3)大采高液压支架一般应设置可调的顶梁和掩护梁活动侧护板,侧推力应大于支架重力。侧护板弹簧筒应有足够的推力,以保证大采高支架受横向水平力时保持相邻顶梁之间的正常距离。

4)大采高液压支架应设置底座调架机构。

5)当支架最大高度大于4.5 m时,在矿井运输和配套条件允许的情况下,在底座宽度保证移架时不咬架的前提下,应尽可能加宽底座宽度,以提高支架的横向稳定性。底座宽度一般为中心距减去100～150 mm。

6)大采高支架必须设置护帮装置,护帮高度不小于800 mm。必要时可设置二级护帮板,最大护帮高度可达2 m以上。

2 液压支架总体设计

根据大采高液压支架的设计要求,在总结国内外综采技术成果,分析研究各种大采高掩护式支架特点和使用经验的基础上,研制出了ZY6000/24/50新型大采高掩护式液压支架。液压支架型号含义见图1。

图1 液压支架型号示意图

1)液压支架主要技术参数及配套

型式：两柱掩护式液压支架

高度(最低/最高)：2 400/5 000 mm

宽度(最小/最大)：1 430/1 600 mm

中心距：1 500 mm

初撑力(P=31.5 MPa)：5 064 k N

工作阻力(P=37.3 MPa)：6 000 k N

对底板比压(平均)：1.94 MPa

支护强度：(平均)：0.8～0.84 MPa

泵站压力：31.5 MPa

操作方式：本架手动控制

配套设备：

M G500/1140-GWD型电牵引采煤机

SGZ-900/1050型刮板输送机

2)液压支架主要机构及其设计。ZY6000/24/50型掩护式液压支架主要由一、二级护帮板、顶梁、顶梁侧护板、掩护梁、掩护梁侧护板、底座、前后连杆、推移杆、液压系统、立柱、各种千斤顶等组成。其机构与配套设备见图2。

图2 支架机构与配套设备示意图

a)护帮板。由于支架的最大高度为5 m,为了能对煤壁进行及时支护,有效抑制架前片帮,在支架的顶梁上设有一级护帮板和二级护帮板,一级护帮高度为1 245 mm,最大护帮高度为1 905 mm。b)顶梁。为了适应软顶板,支架顶梁应尽可能短,顶梁短,可以减少对顶板反复支撑次数,减轻其破碎度,使顶梁不易冒空。本支架顶梁采用钢板拼焊箱形变断面结构。4条主筋形成整个顶梁外形,为了提高顶梁前端的支顶能力,顶梁前端上翘55 mm。c)掩护梁。在掩护梁的设计中,掩护梁长度和夹角的设计十分重要,首先要具有调整顶梁上合力作用点位置的能力,还要考虑掩护梁上要堆积一定量矸石,以求调整底板比压,同时也要考虑掩护梁上滑矸的能力。本支架的掩护梁为整体箱形变断面结构,用钢板拼焊而成,为保证掩护梁有足够的强度,在它与顶梁、前后连杆连接部位都焊有加强板,在相应的危险断面和危险焊缝处也都有加强板。d)侧护板。设置侧护板,可提高支架掩护和防矸性能,操作侧推千斤顶,用侧护板调架,对支架防倒有一定作用。本支架顶梁和掩护梁设有单侧活动侧护板,顶梁和掩护梁活动侧护板分别由2个弹簧套筒和2个千斤顶控制。弹簧套筒是由导杆、弹簧组成,侧护板是由钢板直角对焊的结构。e)底座。底座是支架的基础,必须具有足够的强度和刚度,底座还起传力作用,合力作用点位置对支架性能尤为重要,因为它决定底板比压的分布规律。减少底座前端对底板的比压是底座设计的重要之处。本支架底座为分体式底座,四条主筋形成左右两个立柱安装空间,中间通过前端大过桥、后部箱形结构把左右两部分连为一体,具有很高的强度和刚度。f)前、后连杆。前、后连杆上下分别与掩护梁和底座铰接,共同形成四连杆机构,前、后连杆的结构形式可以是整体,也可以是分体。本支架前、后连杆均为分体式双连杆,为钢板焊结的箱形结构,这种结构不但有很强的抗拉抗压性能,而且有很强的抗扭性能。g)推移机构。支架的推移机构包括：推移杆、连接头、推移千斤顶和销轴等组成,主要作用是推移运输机和拉架,本支架采用整体箱形长推杆结构,结构强度高。

4)本支架设计主要创新点。

a)控顶距小,顶梁较短,对顶板的反复支撑次数少,减少了对直接顶板的破坏。b)顶梁和底座较短,稳定性较好,便于运输、安装和拆卸。c)本支架顶梁设计有辅助柱帽,在支架下井运往工作面运输过程中,把立柱从顶梁柱窝中取出,放入前端辅助柱帽中,可使液压支架最低高度降到2 000 mm,更方便了支架下井运输。支架运输状态示意图见图3。d)采用长推杆机构,充分发挥了推移千斤顶的能力,而且确保了推移杆的可靠性。e)为了在软底板条件下支架能正常行走,且尽可能减少底板比压,本支架在设计时,增加了抬底装置。抬底装置采用压推移杆式提底座装置,即如果支架底座前端出现扎底,在移架时,利用抬底千斤顶将支架抬起,从而减小移架阻力。抬底装置机构见图4。