高端液压支架立柱千斤顶的维修及试压试验改进

2020-05-14王建国

机电工程技术 2020年3期

王建国

（长治市潞安漳村恒达工贸有限公司，山西长治 046032）

0 引言

在国内采煤工艺逐渐完善以及高端液压支架需求逐渐增加的大环境下，中国高端液压支架的设计和生产技术得到了极大的提高，同时国产化的高端液压支架也在实际应用中得到了认可。高端液压支架大量应用于生产的同时，维修工作量也日渐增加。液压支架的构造复杂、主次分明，立柱和千斤顶是液压支架平衡顶部压力和更换零件部位的重要构件。通过与过去的液压支架进行比较后发现，高端液压支架的优点是立柱宽度长、运行时间长、千斤顶的类型多，缺点是维修难度系数高，尤其在试压试验过程中，安全性要求更高[1]。

1 液压支架立柱拆解及试压试验存在问题

（1）立柱导向套结构复杂，对拆卸扳手和缸底端的拧紧扳手要求较为严格，因此需要额外制造一种特殊规格的扳手来作业。在实际作业中，这种规格差异极易造成工作量的加大，减慢操作效率。

（2）立柱的特点是双向伸缩、宽度大、体积大，频繁的安装和拆卸过程都会加大工作难度，增加劳动量。因此，如何简单地完成拆解是必须要衡量的因素。

（3）活柱在进行拆卸时，底阀的拆卸过程耗时较久，需要设计合理的拆卸方案和方法，加大了作业量和作业时间。另外，在对立柱进行试压时需要操作人员完成柱体的扭转，操作难度系数高，而且安全得不到保障[2]。

（4）目前试压区域面积和液箱实际容积均不相同，需要额外增加可试压立柱的个数，这就导致试压时长延长，整体作业效率降低。

2 修理工艺改造及试压试验系统设计

2.1 修理工艺改进

依照过去的拆卸方法对液压支架进行拆解时，先将外层大缸的导向套拆除，露出中缸。在对中缸的导向套进行拆解时，一般都会出现不可预知的难题，也就是目前存在的拆解方案不适用于独立中缸的导向套拆除工作，同时焊接钢板的拆除方法也会影响柱面的完整性。另外，立柱和工装扳手的体积大，频繁安装和调整扳手类型会增加劳动强度。因此，新的解决方案充分发挥立柱本身的摩擦作用，先进行中缸导向套的拆卸，再完成大缸导向套的拆卸[3]。

综合以上问题，提出了新的拆解方法，依据导向套和缸底结构的差异性，设计了合理的拆解扳手。将新的大缸导向套拆卸扳手代替旧扳手与棘轮粘贴在一起，在扳手的左右两边增加2个挡块，用于固定中缸导向套的拆卸扳手。利用这个新方案将中缸导向套成功拆卸之后，拿掉固定用的扳手，将拆缸机整体前移，进行接下来外层大缸导向套的拆卸工作。如此一来，降低了频繁安装和调整扳手劳动强度。工装按照柱底部的通液槽和螺孔的特殊设计，合理利用扳手进行缸机的拆卸。适用于拆解中缸拆卸工作的设计方案如图1所示。

图1 拆解中缸专用的拆解工裝

对活柱进行拆解时，判断底阀的取出难度共制作了两种拆解工装。第一种是适用于底阀短时间内取出时的拆解工装，如图2所示。

图2 底阀可取出时拆解工装

工装和接头座连接在一起，利用压强分开活柱和中缸。第二种适用于部分底阀取出难度较大，利用的拆解工装方案如图3所示。

图3 底阀不可取出时拆解工装

工装首先拧紧固定用螺塞的螺孔，然后使用挤压底阀顶部的杆管将其打开。在工装的最底部装置有接头座，可以插各种类型的液管。这种工装能够解决不取出底阀的同时也能实现活柱和中缸的拆分，从而将取底阀工作简单化[4]。

以过去拆解速率为例，8名工作人员每天只能拆解4根立柱，要拆解60架240根的立柱就要耗时3个月，应用新技术的工装和工具后，只需3周。这种方法大大降低了拆解成本，节省了大约21万元。

2.2 试压试验系统设计

2.2.1 试压试验框架的设计

在实际分析后发现，高端液压支架的立柱结构一般是双伸缩式，这种结构缸径大、千斤顶类型广，但维修过程繁琐，不仅需要多种类的试压试验框架，而且成本支出也较大。因此，设计研发出分体式试压试验构图，满足所有种类的立柱和千斤顶的试压试验要求极其重要。分体式试压框架如图4所示。

图4 分体式试压框架

（1）外部结构

分体式试压框架的外部结构如图4（a）所示。外部主体结构较为简单，一般属于同一框架——分体式试压框架，作用是平衡试压试验时的结构压力。目前常见的体积最大液压支架是ZTZ20000/25/3 8型液压支架[5]。这种支架的立柱作业阻力达到了3 250 kN。压强的计算公式是：

p=F/S

式中：p为工作压强，MPa；F为立柱操作阻力，3 250 kN；S为球面局部面积，0.033 m2。

经计算p=98 MPa。

支架整体结构的连接依靠厚度为30 mm的Q345钢板，这种构造含有的屈服强度比目前体积最大的液压支架立柱压强大好几倍，因此适用于此项试压试验方案。

（2）内部结构

内部结构如图4（b）所示，主要包括底座、底板、行程支撑挡板和球型挡板四部分。底座大小不一，负责平衡所有的立柱和千斤顶，行程支撑挡板负责减少试压试验过程中立柱和千斤顶的所耗时程，目的在于整体提高试压试验技术水平[6]。

不同类型的内部结构均适用于被试件长度1 500～4 000 mm，中心高度100～360 mm以及5 000 kN的内加载力，完成了一机多用的目标。

2.2.2 试压系统的设计

综合当前高端液压支架立柱和千斤顶的所有技术要素，在满足实际生产需要的基础上，选择速率为125 L/min的柱塞泵来减少试压试验所耗时间，提高试验压力。

（1）电动机的选用标准。利用以下公式计算出电动机的功率为：

式中：Pi为液压泵的输入功率，kW；p为承载的作业压力，31.5×106 Pa；q为系统输出流量的理论值，125 L/min；η为液压泵的运行效率，0.9。

将以上数据代入公式后计算所得：Pi=72.92 kW。因此，选用电动机功率为75 kW，能够适用柱塞泵的运行。

（2）增压缸的材料。在充分分子增压缸的维修支出之后，选择ZZSX6000型液压支架双伸缩立柱作为应用材料[7]。

另外，在保证系统安全运行的基础上，将控制功能和动作的阀调至大流量，便于柱塞泵能够发挥最佳作用，高效率地进行试压试验工作。

主要参数如下：柱塞泵的固定压力为31.5 MPa；流通速率为125 L/min；增压缸的压力比值为6.5；乳化液的组成为95%水和5%乳化油；液箱容积为1 000 L；电动机的发动功率为75 kW；压力表的精确度级别为1.6级；换向阀的流通速率为500 L/min、固定压力为40 MPa；液控单向阀的流通速率是350 L/min、固定压力为50 MPa；低压封闭试验压力为2 MPa。高压封闭试验压力的数据参照技术标准。

2.2.3 改造后试压试验系统的特点

改造后的试压试验系统能够顺利完成低速开启压力、空载行程、活塞腔封闭性能和活塞杆腔封闭性能等一系列试验工作。优点是流通速率高，充液和增加压力的速度快；提高了多种径向类型接头，完成了一机多用的功能，满足各种类型立柱和千斤顶的试压试验；在应用大流量的控制阀后，较好地平衡了充液、增加压力、拆卸以及调换方向过程中产生的分液压力[8]；在保证后期调整和维修便利上，系统结构的每部分都做到了细化，不仅操作简单，而且线路连接也去除了复杂节点。