液压可移式组装站的研制与应用

黄利军

摘 要：最近几年，随着科学的不发展，人类的不断进步，煤炭企业也在不断利用科技创新来改变自身最原始的面貌，多上设备少上人的理念也在九矿根深蒂固，自从2009年10月份，九矿第一个综采放顶煤工作面正式投产以来，九矿就在不断更新采煤工作面综采设备的投入。

关键词：液压支架组装；设计与制作；安全

中图分类号： V233.91 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）20-174-2

1 液压支架组装技术的现状和趋势

国内目前很多矿井在液压支架组装技术上也有了很多的研究成果。

开滦集团研制的矿用大型液压支架组装平台的工作原理为：

下井前，将支架解体成三部分，即顶梁与前梁、底座与立柱，掩护梁与连杆，分三车下井。

①将第一车（顶梁和前梁） 通过组装平台运至5m远处等待安装，前梁朝工作面侧。

②将第二车（底座与立柱，立柱朝工作面侧） 运至四柱顶梁下面，用四柱顶梁上面的吊钩，通过升四根立柱吊起底座，把底座下的平板车换成矮平车。

③将第三车（掩护梁与连杆） 运至两柱顶梁下，用钢丝通过顶梁掩护梁铰接孔将掩护梁与连杆拴紧，再用链条固定平板车。用两柱顶梁上的吊钩钩住掩护梁尾部起吊孔，操作拉紧千斤顶将钢丝绳拉紧，同时操纵立柱和推移千斤顶，和连杆离开平板车后停止操作，并将平板车移走。

④收回两柱顶梁推移千斤顶，并将四柱顶梁落下后，伸出四柱顶梁推移千斤顶，用四柱顶梁。前两个吊钩钩住掩护梁前端起吊孔，操作四柱顶梁立柱和推移千斤顶，当掩护梁移至适当位置时停止操作。

⑤将装有底座的平板车推至掩护梁下对接。先对接后连杆，将销轴固定好后再对接前连杆，完成后将前连杆与掩护梁之间加垫木。

⑥将四柱顶梁降下并移走吊钩，操作推移千斤顶，使之全部收回。

⑦将顶梁与前梁运至四柱顶梁下面，通过吊钩吊起，当高度升至能够与掩护梁对接高度时停止操作。

⑧操作两个推移千斤顶，对接顶梁与掩护梁、支架立柱与顶梁。

⑨组装完成后摘下所有吊钩，并运出支架。

新集煤矿顺槽工作面液压支架组装平台的工作原理为：

该设施主要由底座平台、提升油缸、导向装置、锚固支柱、承重梁、起吊钢丝绳等组成，立柱固定在底座平台上，由工作面液压泵站提供液压动力，1 排/个单体液压支柱将底座锚固于巷道底板，起吊钢丝绳一端固定在底座上，另一端穿过底座和立柱上的动定滑轮以及承载梁上的滑车缠绕导向后作为悬吊，其中与重物直接相连的是一组动滑轮，当油缸活塞杆上升时，通过钢丝绳将重物提起，到达组装位置后开始安装。当换向阀置于降柱位置，活塞杆回缩，实现一次装配循环，这些设计都在液压支架组装方面取得了很好的成效。

2 液压可移式组装站设计方案

目前九矿井下使用的液压支架为ZF3200-14.4/26型液压支架，该液压支架运输时需将后尾梁组体与支架底座进行分离运输，经罐笼运输至井底车场，然后组装、安装，组装时采用人工配合手拉葫芦进行组装，组装强度大，进度慢。而即将投入使用的ZF5600/18/32型液压支架外形尺寸比原使用的ZF3200-14.4/26型液压支架在单间重量上和外观体积上都要大，必须进行解体，然后分装装运。

针对上述问题，九矿采取两种方案进行解决。

方案一：继续延用以前的组装工艺，在井底车场进行液压支架的组装，然后运输至安装工作面进行安装、调试。

方案二：在工作面顺槽合适位置进行组装，然后直接转入工作面进行安装、调试。

经过讨论，方案一存在如下缺点：

①原有的施工工艺效率低，单班组装最多只能保证组装成功一架，满足不了工作面的正常安装。

②施工过程中工人劳动强度大。参与组装的施工人员频繁拽拉手动葫芦进行液压支架各销轴孔的对正，施工过程和施工工艺，费人费时费力，存在许多不安全因素。

③组装好的液压支架在运输过程中对沿线的运输巷道、运输轨道、运输绞车等要求严格。ZF5600/18/32型液压支架组装好后的重量为21.3t，这增大了液压支架沿线运输途中的机电运输安全管理。

④针对新投入的ZF5600/18/32型液压支架，在运输过程中增加了大量沿线巷道的落底、整修轨道的工程量，费事费人，还需投入大量的施工资金。

但方案二完全解决了上述存在的缺点。方案二将采取在工作面顺槽合适位置通过建造组装站完成液压支架的组装工作。

该方案的优点在于：

①按照现场实际条件，利用顺槽进行建造，避免其他矿井在建造时重新开掘硐室或巷道的工程量。

②整个组装过程中无须投入大量的施工人员和其他辅助绞车等机电设备的投入。

③采用液压系统作为动力源，安全系数高。

3 液压可移式组装站的设计及制作

3.1 设计的总体要求

该液压可移式组装站整体结构分为三大部分：

①支撑结构：该组装站的支撑结构为10棚U36三心拱棚作为整体的支撑结构，为达到支撑强度的要求，U型棚还焊接有其他辅助支撑部件；为方便安装和拆卸，U型棚的棚梁与棚腿之间采用厚度为30mm的钢板专门加工的卡板，每处卡板配备高强度的M30螺栓与U型棚进行固定。

②起吊和行走结构：起吊和行走结构为该可移式组装站的核心部件，它既要完成液压支架相关部件的起吊、组装，还要辅助完成起吊部件在空间的移动。该结构的主体结构由矿用工字钢、槽钢焊接而成，其他辅助结构都为高强度螺栓进行紧固连接。起吊设施是在伸缩液压缸上安设两组滑轮组，一组为定滑轮，与伸缩缸连接；另一组可以来回滑动。钢丝绳绕过滑轮组并与相应的起吊钩头连接。

③液压系统。液压系统作为该组装站的动力源，它分布于该组装站的全身，首先起吊和行走结构上，布置有4组液压伸缩缸组成的起吊设施，和2组液压伸缩缸组成的移动装置，并配备于其相应的高压胶管、液压锁、组合操作阀等。

3.2 液压可移式组装站主要部位的选型设计

首先，该液压可移式组装站的设计是针对九矿即将投入使用的ZF5600/18/32型液压支架，该支架主要相关参数如下：

初撑力：5236kN

支架高度：1.8-3.2m

支架重量：21.3t

工作阻力：5600kN

支架中心距：1.5m

该支架降到最低并装入专用盘车后的高度为2.25m，九矿目前的运输线路可运输的有效最大高度为2.1m，因此该支架在入井前需将其解体为三部分，它们分别为：支架底座、顶梁组件和尾梁组件。其中支架底座最大重量为8549kg，拆卸后的有效高度为1.65m。

3.2.1 液压伸缩缸的选型

液压伸缩缸的选择：

本着“修旧利废，节支降耗”的原则，该液压可移式组装站所用液压伸缩缸全部采用回收上井的ZF3200-14.4/26型液压支架前探梁伸缩千斤顶，该伸缩梁千斤顶参数如下：

缸径/杆径：Ф80mm/Ф60mm

有效行程：750mm

推力/拉力：220/140kN

由于伸缩缸配备有两组动滑轮，通过动滑轮的特点，即使用动滑轮能省一半力，费距离。则该伸缩缸的有效起吊距离3000mm，有效起吊拉力为560kN。而起吊的液压支架最大起吊重量为5426kg。经验算，该伸缩千斤顶完全符合起吊重量。

3.2.2 钢丝绳的选型

为保证具备较好的起吊效果，该液压可移式组装站所选用的起吊钢丝绳为高强度软钢丝绳。钢丝绳需用6×37 -17.5软钢丝绳，该钢丝绳比较软，伸缩性好，韧性好，承受交变应力性能好，但抗磨性能较差。

该型号的钢丝绳破断拉力计算如下：

式中： F0 ——钢丝绳最小破断拉力，kN；

D——钢丝绳公称直径，mm；

R0 ——钢丝绳公称抗拉强度，MPa；

K——某一指定结构钢丝绳的最小破断拉力系数。

经计算，该钢丝绳最小破断拉力为17.2t。考虑该钢丝绳作为起吊用，因此为保证安全，所以必须除以4—8倍的安全系数，即单个吊钩有效起吊重物为3.44t。符合起吊所承载的拉力。

3.2.3轴承的选择

轴承主要用于滑轮组，根据轴承选择和应用原则，需用深沟球轴承，它的结构简单，使用方便。主要用来承受径向载荷，但当增大轴承径向游隙时，具有一定的角接触球轴承的性能，可以承受径、轴向联合载荷。在转速较高又不宜采用推力球轴承时，也可用来承受纯轴向载荷。与尺寸相同的其他类型轴承比较，此类轴承摩擦系数小，极限转速高，但不耐冲击，不适宜承受重载荷。

至此，整个液压可以是组装站从加工制作到井下安装试运行算全面完工。