基于价值工程的液压支架立柱的设计

2014-11-29刘艳LIUYan边彦胜BIANYansheng杨文明YANGWenming

价值工程 2014年32期

刘艳LIU Yan；边彦胜BIAN Yan-sheng；杨文明YANG Wen-ming

（①河南交通职业技术学院，郑州 450004；②郑州煤矿机械集团股份有限公司，郑州 450013）

（①Henan Vocational and Technical College of Communicaitons，Zhengzhou 450004，China；②Zhengzhou Coal Mining Machinery Group Co.，Ltd.，Zhengzhou 450013，China）

0 引言

立柱是液压支架的关键部件和动力源泉，其性能关系到液压支架的支撑能力和可靠性，直接影响着综采工作面的安全性和生产效率[1]。随着采煤工业的发展，对液压支架和立柱的要求越来越高，立柱向着大缸径、高可靠性、长寿命方面发展，同时立柱的设计制造成本也在大幅增加。为解决此矛盾，保证立柱的质优、价廉和高可靠性，本文将价值工程引入到液压支架立柱的设计中。

价值工程是一种技术与经济相结合的现代管理技术。价值工程通过各相关领域的协作，对所研究对象的功能与费用进行系统分析，不断创新。它的基本思想是在可靠地实现所需功能的前提下，努力寻求寿命周期成本最低的创新方案，以达到合理、有效地利用资源提高对象价值的目的，这就是价值工程的实质。

1 基于价值工程的立柱设计原则

1.1 功能需要原则根据特定的地质条件和煤矿客户的特定要求，确定液压支架的工作阻力和立柱缸径。在满足顶底板安全的情况下，增加立柱的必要功能，降低或消除立柱的不必要功能[2]。

1.2 可靠性原则客户对立柱可靠性的需要已经不满足于一般的功能保证，而是希望在长时间内保持良好的性能和最低的全寿命周期成本。立柱的可靠性是通过设计、制造直至各个阶段的共同努力保证的，其中设计是立柱可靠性的基础，是重中之重。立柱的可靠性主要通过合理的配比缸径、柱径，提高抗冲击性能和连接可靠性来实现的。

1.3 系统最优原则从系统学的角度来说，部分最优设计或部分价值最高未必是整体最优化整体价值最高，基于价值工程的立柱设计应追求立柱整体最优化设计。

2 立柱失效形式

在煤矿生产过程中，立柱的失效问题比较突出。通过对神东矿区某综采面型生产过程中和大修期间的跟踪调研，立柱累积失效近40%，给煤矿的安全管理与正常生产带来了不利影响。对失效立柱进行统计分析，发现立柱失效的主要形式是缸筒锈蚀和活柱镀层脱落，这一部分占失效立柱的90%；密封失效占8%；其他原因导致立柱失效的占2%。立柱的具体失效形式如图1 所示。

图1 立柱的失效形式

立柱缸筒锈蚀和活柱镀层脱落的主要原因是煤矿井下特殊环境所致。井下工作环境比较恶劣，工作面粉尘、瓦斯较大，环境相对湿度基本在75%以上，同时含有S2-、SO42-等强腐蚀性离子[3]。对于密封失效，究其原因是立柱缸筒锈蚀后工作面中的煤尘进入到缸口中，立柱伸缩动作后造成密封失效。

3 功能分析

为解决立柱镀层失效问题，各个厂家采用不同缸筒、活柱镀层形式，成本与效果也各不相同。本文从价值分析出发，分析各种镀层的成本和价值，以保证在立柱设计中选用最佳的镀层方案。以某矿用250 缸径立柱为对象，对立柱设计时选用的镀层方案进行价值分析，该立柱的具体参数如表1 所示，不同的镀层方案如表2 所示。

表1 立柱基本参数

表2 立柱不同电镀方案

3.1 功能系数的确定根据立柱电镀层的作用确定立柱用电镀层的功能系数各评价指标，分别为镀层的防锈性能、防护性能和再修复能力。对功能系数的评价采用归一化处理方法，由聘请的专家组对功能系数的各评价指标的重要程度予以评定，采用十分制进行评价，满分10 分。

3.2 成本系数的确定把不同方案的成本相加得到成本总和，然后将不同方案的单个成本与成本总和相比较，即可得到各个方案的成本系数[4]。

3.3 功能价值评价按照功能价值系数公式：功能价值系数=功能评价系数/功能成本系数，计算出各个功能的价值系数，如表3 所示。

表3 不同镀层的价值分析

由表3 可知，方案2 的价值系数微大于1，说明该方案的成本和功能基本匹配，处于合理状态。而方案3 价值系数远小于1，说明该方案成本过高功能较少。方案1 的价值系数远大于1，说明该方案中成本比重远小于功能比重，这其中可能有以下原因：第一是目前成本偏低，以至于不能完全评价对象所具有的功能；第二种是在成本计算时没有考虑立柱使用及维修过程中的成本。从价值工程的角度出发，方案1 和方案3 都属于改进的对象。综上所述，方案2 是最优方案。该方案已经在实际的立柱设计中采用，从现场跟踪和用户反馈来看，采用该方案后立柱的使用寿命大幅提升，后期的维修成本降低60%左右。