超轻型液压支架的构造及滑动拖轮的改造应用

2019-01-28张业雷

中小企业管理与科技 2019年3期

张业雷

（3703021981XXXX2113，山东淄博 255000）

1 背景

美国1994年共有80个长壁工作面，其中有70个工作面是电液控制的工作面，占87.5%，使用柱掩护式支架73套，四柱支撑掩护式支架7套，两柱掩护式支架占91.25%，普遍装备大功率电牵引重型采煤，国外发达国家的煤矿采煤辅助设备已经采用新技术，综采工作面优选世界各国最先进的重型高效装备，实现一井一面，集中化生产。

反观我国现有煤矿除了几个大型煤业集团，其余大多数煤业公司是中、小型矿井，它们一般生产、运输、提升能力都不高，有相当大一部分年产只有80～120万吨的规模，运输能力也不过200～350t/h，针对这一现状，我国从1973年开始引进德国、俄罗斯等国家的设备，经历了消化、吸收、提高的过程，目前我国已经形成了较完整的设计、制造的体系[1]。

2 ZH2800/15/25型整体顶梁液压支架概述

ZH2800/15/25型整体顶梁液压支架是于2010年设计的，这种支架是用于煤矿壁式采煤工作面的一种自移式轻型支架，即具有整体性好、安全可靠可自移的特点，又具有体积小、重量轻、运输方便和造价低等特点。特别适宜没有条件使用大型综采设备的中小型煤矿使用，根据目前客户使用的情况来看，完全适合年产270万吨以下的煤矿，并且应用效果比较好。根据实际应用情况，可以发现这种支架大大降低了工人的劳动强度，提高工作效率，并且它要比综采液压支架轻便灵活、易于操作、价格便宜，是非常适合中小型煤矿的经济架型。

整体顶梁滑移液压支架主要是由整体顶梁以及与之相连接的尾梁、托梁机构、推移千斤顶和液压系统构成。该支架只适用于较好地质条件、采高小于2.5m的缓倾斜煤层。该支架可用于一次采全高水平分层或水平分层的工作面。炮采，采煤高度为1.6～2.5m。

3 支架构成及结构特征

支架通过托梁机构将整个工作面连为一个整体，工作面整体抗冲击能力强，提供安全操作环境；托梁机构是支架顶梁前移的导向与支撑机构，同时是整个工作面稳定的基础；相邻支架通过托梁互为支撑；顶梁为整体箱式结构，不铺顶网；支架结构紧凑，底部空间大，以最小空间实现功能最大；本架操作；液控系统：液压阀集中控制。

4 超轻型液压支架的应用

由于液压支架的应用是与井下环境息息相关的，每一套支架的设计数据都是根据井下环境尽可能相吻合，同样型号的支架根据应用煤矿的不同也存在着差别。下面着重探讨2010年为山西晋城杨庄煤矿设计并制作的ZH2800/15/25G整体顶梁滑移液压支架的应用及改造，此支架结构分为两大块：分别是顶梁结构件及液压部分。

4.1 顶梁结构件用于支撑顶板

该支架顶梁采用钢板拼焊整体箱形结构，关键部位的钢板采用δ20 Q460高强板。顶梁腔内装有推移千斤顶。梁体内侧各有2条δ20厚的钢板，作为托梁机构滑移的导轨，并在后柱的柱帽处增加了一个柱帽，作为支架的临时支撑点，以防顶板初次来压过大增加支护强度。其作用主要有3点：①承接顶板岩石的载荷；②反复支撑顶板，可对比较坚硬的顶板起破碎作用；③为回采工作面提供足够的安全空间。

4.2 液压部分重要的液压支柱

液压支架的发展对立柱的长度、缸径、密封、型式等诸多方面提出许多新的要求，促使立柱的结构更加合理和有了很大的发展。早期制定的有关标准已不能满足实际需要，有的已经修改，制定了新的目标。

4.3 立柱的主要型式和应用

4.3.1 单伸缩双作用立柱

结构简单、可靠，属液压无级调高，调整高度方便，但调高范围小，用在调高范围不大的支架上，许多种放顶煤支架装配单伸缩双作用立柱。单伸缩双作用带机械加长杆立柱，结构比较简单，调高范围较大，有液压无级和加长杆有级两种调高方式，使用中经常用液压无级调高。操作人员需根据采煤工作面煤层厚度的变化及时调整机械加长杆的高度（有级调高），以满足支护要求。如果有级调高调整得不及时，会出现支架被压死或顶空的问题。调整加长杆的高度费时、费力。本型立柱多用于煤层厚度变化较大的中厚煤层支架上。由于这种立柱各主要承载部件的强度匹配合理，近年来，一些厚煤层支架上也选用了本型立柱，适用范围有所扩大。为进一步增大支架调高比，有的单伸缩双作用立柱上加有两个加长杆，但这种结构的立柱不多。

4.3.2 双伸缩双作用立柱

两高范围大，属液压无级调高，操作方便灵活，但结构复杂，加工要求高，成本高。本型立柱多用于薄煤层和大采高支架上。由于本型某些缸径立柱的中缸强度裕度偏小，遇有采煤工作面基本顶压力显现强烈时中缸有时会出现鼓胀现象，损坏立柱。因此，在使用条件允许的情况下，大多选用单伸缩双作用带机械加长杆的立柱。

4.3.3 三伸缩双作用立柱

一般为三级液压无级调高，有的在双伸缩立柱上加一段接长杆，主要是为增加立柱的调高范围。国外较早使用了这种立柱，其调高范围很大，但结构复杂，第三级缸内压力很高，对材料和加工都满足某些特殊结构支架对立柱增加调高的要求。

我们的设备采用的立柱为双伸缩双作用液压支柱，供支撑顶梁用，其数量及最大高度可根据工作面的实际情况选定，一般每架4～5棵。

该支柱由球头、导向套、活柱、柱塞、油缸、缸底构成。其活柱采用镀铬处理，该支柱的工作原理：升柱时，高压液体由操纵阀控制，高压液体流入下腔，柱塞升高，同时支柱上腔缩小，柱时顶梁顶紧工作面顶板后，此时支柱下腔液体压力为支柱给予顶板初称力；随着支护时间的延长和顶板压力的增加，支柱下腔液体压力也随之增高，当压力超过支柱的额定工作阻力时，单项锁中的安全阀打开，液体外溢，支柱下缩，压力降低，当其压力降至额定工作阻力以下时，安全阀关闭，因而其工作阻力始终保持在工作阻力范围内，故称恒阻式支柱。提柱时，由操纵阀控制随着上腔压力的增加，支柱的油缸及缸底相对于活柱体及顶梁上移，而下腔液体则通过液控单项锁回到主管路，这样，支柱便被提起。

托梁连接机构是整体顶梁滑移液压支架的灵魂，支架性能的好坏取决于托梁机构是否安全可靠。支架运作时靠固定在托梁后端的后托梁上的千斤顶，来推动支架顶梁整体朝前移动，而托梁与顶梁的连接是靠四套滑动轮机构完成托梁机构与顶梁的相对活动，托架里的滑动轮与四件弹簧相配合，增加了托架与顶梁之间的上下调节性。

原设计滑动轮是由2个上下叠加的轮子穿在一起用一个φ10的销轴固定，现设计是由完整的一个铸造轮外加槽型螺母固定。原设计在工作现场使用过程中大轮与小轮经常自动分开，造成小轮卡在轨道上，受力过大将φ10的销轴卡断发生脱轨事故。而采用改进后的滑动轮后，就不会发生这样的状况。改革后的滑动轮结构大轮的直径要比轨道宽58mm，小轮要比轨道窄10mm，因此，滑动轮无论如何也不会发生脱落的问题，而采用槽型螺母的固定，更是使滑动轮上下活动的可调性增加了10mm，通过杨庄煤矿、毛则渠煤业集团、山西上榆泉煤矿、高家庄煤矿的实际应用，改造获得了成功。