薄煤层液压支架侧推装置设计

穆璇，曾金保，曹文明

(山能重装恒图科技有限公司，山东 泰安 271222)

0 引言

薄煤层液压支架侧护板是液压支架的重要组成部分，具有挡矸、密封和支撑作用，当支架升架、降架和移架时，侧护板起导向作用，且具有防倒、调架的作用，对支架的工作性能影响很大[1]。侧护板在实际应用中的结构有很多形式，不同的设计形式影响着侧护板的制造难度及其使用性能[2]。特别是薄煤层工作面，需要大倾角支架解决支护问题，由于支架空间有限，普通侧推布置方式无法实现，这就需要寻求一种新型结构来满足侧护板设计需要。

1 液压支架侧护板的工作原理

侧护板一般由高强度钢材焊接而成，通过侧推千斤顶、弹簧套筒、导杆与顶梁(掩护梁)连接在一起，如图1所示。支架按工作面中心距布置完成后，根据协议要求，拔掉左侧(右侧)销轴后操作操纵阀时，侧推千斤顶下腔进入液压油，活塞杆伸出，侧护板打开；千斤顶上腔供液，活塞杆收回，侧护板收回。操纵阀处于中位时，在弹簧的作用力下侧护板弹出[3-4]。

2 常规型液压支架侧护板结构方法分析

常规型双活单侧护板结构如图2所示，顶梁有4个套筒，布局有3种方式：

1) 1、4处为伸缩千斤顶，2、3处为弹簧，侧护板平行顶梁平稳回收或一端先到位时，另一端后到位。

2) 1、4处为弹簧，2、3处为伸缩千斤顶，侧护板收回时，在侧推千斤顶收力和弹簧的弹力作用下，侧护板平稳回收。

3) 1、3处为伸缩千斤顶，2、4处为弹簧，即千斤顶与弹簧交错布置时，侧护板总是以千斤顶在前, 弹簧筒在后, 斜线式收回[5]。

活动侧护板横向断面图如图1所示，弹簧缠绕在导杆上，弹簧导杆一侧与导杆通过销轴连接，另一侧与侧护板上的座相连；千斤顶导杆一侧与千斤顶相连，另一侧通过销轴侧护板上的座连接。顶梁活动侧护板与顶梁通过2个侧推千斤顶、2个弹簧套筒、4个导杆相连。掩护梁活动侧护板与掩护梁通过1个侧推千斤顶、2个弹簧套筒、3个导杆相连。

(a)

(b)

1,2,3,4-套筒位置

针对双活单侧护板型结构，在使用过程中，通过调整伸缩千斤顶的方向，和锁销固定位置来调整左右侧护板。该侧推结构应用于顶梁空间大，可以放开4个套筒的情况。但对于薄煤层液压支架而言，顶梁空间有限，只能放置2个套筒，若继续使用此结构只能放置1个弹簧，1个千斤顶，不仅单个弹簧受力小，无法回弹，且千斤顶单方向回收的力矩过小、易产生卡蹩现象。

3 新型侧推装置结构设计

3.1 外形结构

为满足薄煤层支架大伸缩比的要求和增大行人空间，在设计薄煤层支架时，需要加长顶梁，同时为增大行人空间，顶梁前端设计1个薄长顶板结构，还需缩短箱体空间，支架整体形式如图3所示。经过反复论证以及试验后，将千斤顶与弹簧导杆设计成合二为一结构，既减少套筒数量，满足设计要求，又能方便地进行维修、调试、安装。

新型侧推装置结构如图4所示，由侧护板、弹簧导杆图、内进液侧推千斤顶图 、弹簧套筒图组成。其两段长度相等的弹簧套筒中间焊接1个圆形中空限位块，弹簧套筒一端割1个凹槽，凹槽对称分布在圆形中空限位块两段且方向一致。此弹簧套筒组件焊接在对应的顶梁箱体孔内。侧推千斤顶采用内进液形式，在缸体外侧焊接一方形挡块，此挡块可插入套筒凹槽内。千斤顶活塞杆与侧护板上的座相连，缸体与螺杆通过销轴铰接。螺杆上缠绕弹簧和垫圈，螺杆一端带有凸台，凸台上径向打孔，孔的直径与千斤顶缸体的孔直径保持一致，另一端带有螺纹与弹簧导杆铰接在一起。 弹簧导杆一端径向打孔，孔的直径与侧护板座上的直径保持一致，并通过销轴铰接，另一端外圆小于套筒内径，保证能够穿入套筒，并在轴向中心绞制螺纹。

图3 薄煤层液压支架整体结构图

1-侧护板；2-弹簧导杆；3-螺杆；4-套筒细件；5-千斤顶

安装时，螺杆与千斤顶通过销轴铰接后，从一侧伸入到套筒组焊件内。弹簧通过另一侧放入并缠绕在螺杆上。螺杆与弹簧导杆通过螺纹连接时，为了防止千斤顶跟着转动，在千斤顶缸筒外侧焊接一限位块，卡在套筒凹槽内。

使用时，操作操纵阀时，侧推千斤顶下腔进入液压油，缸体向外伸出，带动螺杆和弹簧导杆外伸，侧护板打开；千斤顶上腔供液，缸体收回，侧护板收回。侧护板使用的是直角式，接触面积大，密封性能及导向性能较好。该装置在移架过程中侧护板调整力大、导向好，增强了支架的扶正能力，更容易防止支架倾倒。侧护板动作同步顺畅，起到很好的密封作用，可有效地阻挡下落煤块及矸石，提高工人在操作空间的安全系数。

3.2 弹簧力计算

侧推弹簧的作用是，当受到挤压变窄的支架去除外力后，由弹簧力将活动侧护板推至极限位置，使支架宽度达到最大尺寸[6]。压缩弹簧随压缩变形增加弹力，当侧推弹簧在整个工作行程中，需要克服的阻力基本不变，故设计侧推弹簧主要是正确确定能将侧护板推动的最小推力。推动侧护板需要克服侧护板在运动过程中受到的摩擦阻力和拉动侧推千斤顶活塞杆伸出的阻力。

但若想使弹簧回弹，不仅克服侧护板自重所带来的摩擦力，还有侧推千斤顶的开启压力。即Ft>Fm+Fk，其中Ft为弹簧回弹力，Fm为摩擦力，Fk为弹簧开启压力。弹簧计算如图5所示。液压支架侧护板千斤顶制造对开启压力提出了特殊要求，即启动压力为0.7 MPa。针对本文千斤顶规格缸径/杆径(65/43)，计算出千斤顶开启压力为2.5 kN。

图5 弹簧力计算图

由于2个弹簧推1个侧护板，故取侧护板自身重力的一半来计算，即：

G=mg=82×10/1 000/2=0.41 kN

(1)

Fm=f·G=0.2×0.41=0.082 kN

(2)

式中：f为摩擦因数0.2；G为侧护板自身重力。

所以，Fm+Fk=0.082+2.5=2.582 kN

(3)

由计算可知，图5中Ft=6.09，Ft>Fm+Fk，故弹簧设计合理。

4 应用情况

新型侧推装置首次应用于田庄煤矿的ZY2600/06/13两柱掩护式液压支架。在山东能源临矿集团田庄煤矿15层煤工作面，从生产安装到使用维护，达到了预期效果。证实双向活动侧护板在薄煤层液压支架中具有操作简单、灵活，支架导向能力强，支架侧推力大，扶正支架能力强，保证了矿井的产量，具有一定的推广应用价值。

5 结论

该新型侧推装置由原先的分体式改为整体式，即将侧推千斤顶与弹簧合二为一，变成结构更简单的整体式，合理利用了顶梁箱体的空间。

新型侧推装置适合于薄煤层顶梁箱体较短的支架，可以解决空间受限、弹簧受力不均、侧护板无法回弹等问题，不仅提高了劳动效率，而且降低了生产成本。