浅谈煤矿用液压支架的设计制造要点

罗兵

摘 要:文章介绍了我国煤矿用液压支架的发展状况,简单介绍了液压支架的工作原理,探讨了煤矿中在用的液压支架存在的一些问题,针对这些问题,提出了其设计制造过程中需要注意的诸多事项,以保证生产的安全和顺利。

关键词:煤矿液压支架问题设计

中图分类号:TD3 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)05(c)-0067-01

1 引言

我国是煤炭大国,每年煤的生产和消耗量都很大。因为随着经济的发展速度加快,煤炭的供应量跟不上需求,所以实现煤矿开采的综合机械化,能够大幅度地提高我们的劳动生产率,也是加快我国煤炭产业的发展步伐,让煤炭工业实现现代化的一项重要战略措施。液压支架近些年来在采煤行业应用广泛,是实现综合机械化的采煤方法中非常重要一项设备。以液压支架为基础的综合机械化设备具有很高的生产效率,能够降低生产成本,减轻繁重的体力劳动,同时改善了作业环境,成为煤炭工业先进技术的重要发展方向。

2 液压支架介绍

2.1 我国液压支架的发展

我国的液压支架系统发展比较晚,从20世纪80年代中期才开始研制液压支架的电液控制系统。进入20世纪90年代以来,煤机产品呈现高技术化的特征。各个煤机企业坚持自主创新与引进技术、合作开发、合作制造相结合,跟随世界煤机技术的发展趋势,将先进适用的技术和工艺,逐步转化为国产技术,大力推进机电一体化。虽然近十几年来我们在液压支架的研究上取得了一些成绩,但是,跟国外的技术相比还有很多不足。要实现煤矿企业综采工作面的高产高效,液压支架的电液控制系统无疑是其中的关键设备,也必然成为今后的一个发展方向,因为这是煤炭行业集约化生产、高产高效发展的需要,也是我国国民经济快速发展的要求,是随着煤炭生产技术的发展进步而产生的必然结果。

2.2 液压支架的工作原理

液压支架有很多种类,但是其基本功能大多是相同的。其工作时的主要动作包括升降架﹑移架和输送机的推移。所有这些动作都是靠乳化液泵站所提供的一些高压液体,由液压控制系统来控制各种功能不同的液压缸来完成的。在工作时,工作面的主管路与各个支架的液压管路形成并联,组成各自相对独立的液压功能系统,其中的液控安全阀和单向阀都设在本架内,而操纵阀可以设在本架或邻架内,前者为本架操作,后者为邻架操作。

液压支架按其结构特点和与围岩的作用关系一般分可以分为三大类:支撑式支架、掩护式支架和支撑掩护式支架。而根据支架各个部件的功能和作用,其组成又可以分为四个部分:

一是顶梁、掩护梁、底座、连杆、尾梁等承载结构件,它的主要是用来承受并传递顶板以及垮落岩石所给的载荷;二是包括立柱及各种类型的千斤顶等在内的液压油缸,它的主要是为了使支架执行各种动作而产生所需要的液压动力;三是包括液压系统中的单向阀、操纵阀、安全阀等各种类型的阀门,以及电控元件、液压管路等控制元部件,它的主要是用来操作各个液压油缸的动作,并保证支架所需要的工作特性。四是一些辅助装置,包括护帮、推移、防倒防滑、伸缩梁等装置和活动的侧护板、连接件等,这些装置是为实现支架的某些动作或功能所必需的装置。

3 液压支架的设计制造

3.1 液压支架存在的问题

我国液压支架通过引进、消化和发展,现在已经具有了较高的设计制造水平,且架型多、品种全,适用于各种地质条件和各种采煤方法的支架都有,很多架型都处于国际领先水平。但是,也存在一些问题:一是由于具有平面受力分析和模拟压架三维有限元分析手段有限,支架设计水平与国外相比有一定差距,不过随着技术的进步,差距也在不断缩小;二是国外支架结构件大都采用70公斤级强度板或部份采用80公斤级强度板,国内近几年采用量也较多,但由于国内钢板曲强比太小;钢板综合机械性能与国外比差距很大,这个因素是影响支架重量的主要因素;三是国内高强度焊丝及焊缝成型与国外存在差距,使得支架的焊接性能不够好,使用中会产生一些问题。另外,用于各种液压油缸的密封件,国内虽然采用了聚氨脂,但聚氨脂的配方及可靠性比国外差,国外大量使用聚氨脂“O”形圈的密封效果更好,立柱、千斤顶密封都采用整体软硬不同的密封形式。在制造电液阀方面的技术欠缺,阀的加工及寿命在支架方面与国外差距很大,造成国内的液压支架市场竞争力远不如国外的产品。

3.2 设计要点分析

液压支架主要由以下几个基本部分组成:顶梁,掩护梁和四连杆机构,侧护板,底座,立柱,千斤顶。设计要遵从支护性能好、强度高、移架速度快、安全可靠等原则。液压支架是综采工作面支护设备,它的主要作用是支护采场顶板,维护安全作业空间,推移工作面采运设备。

用于液压支架的四连杆机构都是双摇杆机构,其底座是机架,前后的连杆是连架杆,而掩护梁则为连杆。四连杆机构控制着顶梁沿近似于双纽线的轨迹来运动,能够极大地缩小梁端距离的变化量,使得顶板的管理性能大大提高,它是液压支架中最为重要的连接部件。在煤矿的生产使用中,不同的地方使用的液压支架四连杆机构有所区别,因而,设计上也要区别对待,例如用在薄煤层中时,其设计与普通中厚煤层的液压支架是不同的,最主要区别就是在底座铰和前连杆接点位置的确定问题上。普通的液压支架四连杆机构在优化设计时,其目标主要在于重量轻并且附加力要小,但是薄煤层中的支架四连杆机构在设计中,要把握的重点在于支架的最小高度上,这个问题可以通过降低底座铰和前连杆接点、加长前连杆并减小掩护梁的背角来得以解决。又如,普通的支架掩护梁背角在60°～70°之间,并且前后连杆的长度相差也不大,但是薄煤层中,支架掩护的梁背角不能大于50°,而且前后连杆的长度比一般为1.2～1.4,在某些极薄的煤层中,这个比值甚至大于1.5。

3.3 改进的设计制造

液压支架在煤矿生产中具有重要的作用,是现代化的矿井中提供安全作业空间的支护设备,可以随着矿井中工作面的推进而机械化地移动,满足采煤时工作面的高产、高效和安全。所以在设计制造时要严格控制,以满足质量要求。首先是要求选用WCF-80优质板和部分进口板;其次是要保证焊前预热焊后热时效处理提高焊缝质量;再次是确保阀的加工全部在加工中心进行,并且采用锥刚性密封,关键的密封件进口,这样既能提高流量,又能保证精度;

另外,可以考虑电液阀及控制系统与国外联营,通过与别的国家合作,引进先进的技术,增强自身实力。

4结论

液压支架的设计和制造关乎着煤矿生产企业的安全和经济效益,对我国煤炭工业的发展具有重要意义,通过改进以前的设计缺陷,引用国外先进的技术,选用满足质量要求的钢材以及其他系统部件,注意根据现场的不同情况来设计支架,能为煤矿的生产带来很大的方便和效益。

参考文献

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[2] 王国法,赵志礼,李政.液压支架立柱和千斤顶密封技术研究[J].煤炭科学技术,2007(8):82～85.

[3] 张小燕.煤矿液压支架电液控制系统的应用现状研究[J].中国高新技术企业,2011.