ZF6200-16/32型大傾角低位放頂煤液壓支架應(yīng)用與改進(jìn)分析

孫建立

（開(kāi)灤集團(tuán)設(shè)備管理中心，河北 唐山 063000）

1 概述

隨著唐山礦的煤層賦存條件變化，煤層傾角變大，大傾角低位放頂煤技術(shù)的推廣、使用，拓寬了綜合機(jī)械化開(kāi)采厚煤層的適用范圍。當(dāng)然大傾角低位放頂煤支架在井下工作面生產(chǎn)工作過(guò)程中，也顯露出許多不足之處，現(xiàn)在加以改進(jìn)是保障其正常運(yùn)行和安全性要求的重要措施。

2 山礦T2292工作面ZF6200-16/32大傾角低位放頂煤液壓支架故障分析

2.1 使用過(guò)程中常見(jiàn)的液壓系統(tǒng)故障分析

現(xiàn)在在井下使用過(guò)程中經(jīng)常容易出現(xiàn)操縱閥高壓串液，立柱降柱慢、或不能降柱，推溜移架困難，放煤動(dòng)作不靈活等現(xiàn)象發(fā)生，之所以出現(xiàn)此類故障，是與系統(tǒng)供液流量不足，由此引發(fā)壓力下降，回液背壓高等關(guān)系較大。

2.1.1 造成操縱閥串液和部件動(dòng)作不靈活的原因

唐山礦在使用ZF6200-16/32型支架過(guò)程中，操縱閥高壓串液數(shù)量較多，這與操作閥的連接方式和每組操縱閥的數(shù)目多有直接關(guān)系，如果按流體力學(xué)分析，在液壓技術(shù)上，是受液壓沖擊現(xiàn)象過(guò)多所影響，該現(xiàn)象在水力學(xué)中稱水錘現(xiàn)象。操縱閥在操作過(guò)程中，通過(guò)操作閥管路的液體流速一定時(shí)，突然停止操作，關(guān)閉閥門，此時(shí)管道出口流速變?yōu)榱?，此處管道?nèi)的油液失去動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ芏钩隹趬毫E然升高，升高的壓力向閥的進(jìn)液口端傳遞，如此的循環(huán)往復(fù)，使管內(nèi)的壓力發(fā)生壓力震蕩，造成操縱閥和液壓元件的損壞，使操縱閥產(chǎn)生高壓串液而引發(fā)系統(tǒng)流量不足、壓力下降。

部件動(dòng)作不靈活主要表現(xiàn)在立柱降柱慢或不降柱（常見(jiàn)的是后立柱）、推溜和移架困難，其主要原因?yàn)椋阂皇遣僮鏖y串液數(shù)量多,使流量、壓力達(dá)不到要求；二是產(chǎn)生的回液背壓大，使立柱升柱緩慢、不降柱，移架移不動(dòng)等故障，原因是此立柱的升柱腔面積與立柱的環(huán)形腔面積比差為11：1如果要形成迫降，高壓液的壓力必須要超過(guò)升柱腔液體壓力（回液背壓）的11倍以上才能降柱。

式中：F1—升柱腔推力 P1—升柱腔油液壓力 A1—升柱腔面積 F2—環(huán)形腔推力 P2—環(huán)形腔油液壓力 A2—環(huán)形腔面積

2.1.2 造成系統(tǒng)流量不足和壓力降低的原因

圖1

系統(tǒng)流量、壓力達(dá)路有一定的系數(shù),液壓支架的供液、回液和架間的管路是固定的,采煤工作面的乳化液在管路中流動(dòng)呈紊流狀態(tài),在正常生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生沿程壓力損失和局部壓力損失。沿程壓力損失是由于管壁阻力和液體內(nèi)摩擦阻力,引起液流壓力沿流程逐漸降低而產(chǎn)生的。局部壓力損失是液流在通過(guò)各種連接零件、彎頭、閥體、過(guò)濾器等產(chǎn)生的。操縱閥、千斤頂油缸串液嚴(yán)重、管路漏液，造成的流量和壓力損失和回液背壓，即使增加增大乳化液泵站的供液流量也不能有效的解決上述故障。

造成供液系統(tǒng)流量不足和壓力降低的另一個(gè)原因，操作人數(shù)多,在正常采煤情況下,但必須具備相應(yīng)人員進(jìn)行移架、放煤等操作，常規(guī)為兩人操作推溜、移架，兩人操作放煤、落煤，如果是操作人數(shù)多，且四人同時(shí)操作，加之操縱閥串液嚴(yán)重，便造成系統(tǒng)流量嚴(yán)重不足、壓力降低、回液背壓增大。

2.1.3 造成回液背壓增大的原因

ZF6200-16/32型液壓支架回液系統(tǒng)背壓大,與上述操縱閥串液、千斤頂油缸串液等因素引發(fā)的原因之一，管路內(nèi)徑的大小是可以改變回液背壓的大小,但是支架管路已經(jīng)決定回液通路,過(guò)流截面A已經(jīng)確定,如果要流量Q增大,其流速υ也跟增大,式υ=Q/A。因此回液產(chǎn)生背壓增大。多人操作也致使上式中流量Q增大，也會(huì)增大回液背壓。

2.2 使用過(guò)程中常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)件故障分析

大傾角放頂支架與普通放頂煤支架相比，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、使用材質(zhì)等要求較高，為此在使用過(guò)程中出現(xiàn)了抬底千斤頂出滑道、拉后溜耳軸折斷等問(wèn)題。

2.2.1 造成抬腳千斤頂出滑道、脫位的原因

在此工作面生產(chǎn)中抬腳千斤頂先后都出現(xiàn)了出滑道、脫位、定位螺絲掉的情況，通過(guò)分析，主要原因在于抬腳槍底套與軌道左右間間隙大。底套總長(zhǎng)為340mm，滑道間距離為370mm，即左右間隙為30mm，而兩側(cè)滑道寬度均為20mm，最大接觸面為10mm。底套前后寬度為50mm，軌道前后寬度為55mm，即前后間隙為5mm。在傾斜工作面移架過(guò)程中，先抬腳，后移架，抬腳頂受一定的扭轉(zhuǎn)力，由于間隙較大造成出滑道、脫位。在實(shí)際操作過(guò)程和定位螺絲損壞程度看是抬腳千斤頂先出滑道、脫位后，改變了滑動(dòng)軌跡，使其不但受到軸向力，還受到更大的徑向力，致使中間定位螺絲脫落甚至折斷。

2.2.2 造成拉后溜耳軸折斷的原因

拉后溜的耳軸在使用過(guò)程中不斷出現(xiàn)折斷問(wèn)題，首先是耳軸長(zhǎng)且不是圓弧面，在生產(chǎn)過(guò)程中容易相互擠壓折斷；其次是經(jīng)過(guò)分析和測(cè)試硬度是HRC35-40，材質(zhì)硬度高、韌性差；第三是上下兩個(gè)耳朵的連接部分的壁厚為27mm ，連接強(qiáng)度不夠。

3 ZF6200-16/32大傾角低位放頂煤液壓支架在生產(chǎn)實(shí)踐中改進(jìn)措施

3.1 液壓系統(tǒng)改進(jìn)措施

3.1.1 改造供液系統(tǒng)

根據(jù)上述情況分析，如果將該支架的供液管路系統(tǒng)進(jìn)行改造，現(xiàn)是雙供、雙回方式，供液管路為DN25、回液管路為DN32，將供液管路和回液管路分別加粗為DN32、DN40，這樣在流量一定的情況下增大過(guò)流面積，從而降低流速，減小回液阻力。

現(xiàn)是主、副閥共用一條供液、回液管路，將主閥、副閥分離，在整個(gè)工作面支架中鋪設(shè)兩條高壓膠管，一條φ20mm、一條φ25mm分別作為副閥的供液管路、回液管管路，形成副閥供液系統(tǒng)，將原來(lái)的供液系統(tǒng)僅供主閥使用，變成兩閥分別供液、回液的系統(tǒng)，減小閥組間的相互影響，避免水錘現(xiàn)象發(fā)生。

3.1.2 減小液壓沖擊，消除背壓阻力

在實(shí)際工作中，如果出現(xiàn)有使用的乳化液泵站流量偏小，且不能滿足支架在短時(shí)內(nèi)用液量大時(shí)，可在工作面的入口和出口加裝容量大些的蓄能器，如果支架和其他條件允許，亦可在每組操縱閥的高壓入口處加裝小容量蓄能器，一是能調(diào)節(jié)補(bǔ)充流量；二是減小并吸收由操縱閥關(guān)閉產(chǎn)生液壓沖擊現(xiàn)象帶來(lái)的壓力峰值，延長(zhǎng)操縱閥的使用壽命。

為解決降柱慢問(wèn)題，在立柱的進(jìn)液上加裝定向交替閥使降柱回液不經(jīng)過(guò)操作閥而直接進(jìn)回液，減小了操作閥的液壓沖擊，解決了立柱的背壓?jiǎn)栴}。

3.1.3 改進(jìn)操作，加強(qiáng)液壓系統(tǒng)管理

優(yōu)化操作工序，分段操作，減少同時(shí)操作，加強(qiáng)檢修，及時(shí)更換串液、漏液的閥組、各種千斤頂，盡可能的減少流量和壓力損失。

按有關(guān)液壓支架的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，如工作面系統(tǒng)允許泵站應(yīng)盡量安裝在下順槽，使回液管路總是保持敞開(kāi)的，以便千斤頂、立柱回縮而來(lái)的工作液能暢通回流，如果回流阻力每增加1MPa，那么高壓液的壓力要相應(yīng)提高幾倍以上，才能使支架正常工作。受工作面布置影響T2292工作面泵站位置比較合理，但有的工作面泵站位置與工作面支架位置落差很大，如T1452工作面，可在回液管路低點(diǎn)加裝多級(jí)泵或循環(huán)泵，來(lái)減小回液阻力，從而減小回液背壓。

3.2 結(jié)構(gòu)件改進(jìn)措施

3.2.1 改進(jìn)抬腳千斤頂?shù)牡滋缀透鼡Q定位螺絲

經(jīng)過(guò)分析論證造成此問(wèn)題原因在于抬腳槍底套與軌道左右間間隙大，將原底套總長(zhǎng)為340mm，加長(zhǎng)到360mm，左右間隙縮短為10mm，間隙縮小20mm,將最大接觸面增大到30mm；底套前后寬度保持不變。定位螺絲由目前的為M24×80的螺絲更換成M30×80的螺絲，增加鏈接強(qiáng)度。

3.2.2 改進(jìn)拉后溜耳軸材質(zhì)，增加厚度

改進(jìn)后耳軸材質(zhì)仍然選用較好的30CrMnTi，將其硬度降低、增強(qiáng)韌性，硬度由HRC35-40降到HB240-320，耳軸縮短30mm，并采用圓弧端面，上下兩個(gè)耳朵的連接部分的壁厚在保持安裝移溜頂?shù)目字行木嗖蛔兊那闆r下加厚，由原來(lái)的27mm加厚到45mm，改進(jìn)前與改進(jìn)后如圖1。

4 改進(jìn)后效果

供液系統(tǒng)改進(jìn)后，實(shí)現(xiàn)主、副操縱閥操作互不不影響，有效的解決了操縱閥串液、液壓件動(dòng)作不靈活、流量不足、背壓大等故障，避免了降柱慢、推溜移架困難、放煤動(dòng)作不靈活等工作，同時(shí)也減少因操縱閥操作帶來(lái)的液壓沖擊現(xiàn)象的擴(kuò)大，使操縱閥和其他液壓零件的損壞率將下降，也使維修更方便，更安全。自改造液壓系統(tǒng)后，運(yùn)轉(zhuǎn)六個(gè)月未發(fā)生原來(lái)的故障，故障率降低了80%以上，更換液壓件頻率也大大降低。

通過(guò)加長(zhǎng)抬腳千斤頂?shù)牡滋缀透鼡Q定位螺絲后，有效的避免了其出滑道、脫位的問(wèn)題；耳軸改進(jìn)后，由原來(lái)的每天壞14個(gè)的記錄，下降到每月壞1-2個(gè)，折斷率也大大降低。

結(jié)語(yǔ)

綜采工作面正常的工作及其生產(chǎn)能力的發(fā)揮受液壓支架的故障影響極大，而且頂板事故也可能會(huì)伴隨著液壓支架故障發(fā)生而發(fā)生，這樣就會(huì)嚴(yán)重阻礙安全生產(chǎn)。在以后的工作中不斷的加強(qiáng)對(duì)液壓支架故障的各種原因分析、控制，并對(duì)其進(jìn)行總結(jié)，提出了一些常用有效的液壓支架故障的處理方法，以便開(kāi)采工作快速、安全、有效地開(kāi)展，真正達(dá)到安全高效生產(chǎn)。

[1]王國(guó)法，等.高效綜合機(jī)械化采煤成套裝備技術(shù)[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2008.

[2]大傾角厚煤層走向長(zhǎng)壁綜放面頂煤破碎及移動(dòng)規(guī)律[J].煤炭工程，2009（04）.