基于價值工程的液壓支架立柱的設計

劉艷LIU Yan；邊彥勝BIAN Yan-sheng；楊文明YANG Wen-ming

（①河南交通職業技術學院，鄭州 450004；②鄭州煤礦機械集團股份有限公司，鄭州 450013）

（①Henan Vocational and Technical College of Communicaitons，Zhengzhou 450004，China；②Zhengzhou Coal Mining Machinery Group Co.，Ltd.，Zhengzhou 450013，China）

0 引言

立柱是液壓支架的關鍵部件和動力源泉，其性能關系到液壓支架的支撐能力和可靠性，直接影響著綜采工作面的安全性和生產效率[1]。隨著采煤工業的發展，對液壓支架和立柱的要求越來越高，立柱向著大缸徑、高可靠性、長壽命方面發展，同時立柱的設計制造成本也在大幅增加。為解決此矛盾，保證立柱的質優、價廉和高可靠性，本文將價值工程引入到液壓支架立柱的設計中。

價值工程是一種技術與經濟相結合的現代管理技術。價值工程通過各相關領域的協作，對所研究對象的功能與費用進行系統分析，不斷創新。它的基本思想是在可靠地實現所需功能的前提下，努力尋求壽命周期成本最低的創新方案，以達到合理、有效地利用資源提高對象價值的目的，這就是價值工程的實質。

1 基于價值工程的立柱設計原則

1.1 功能需要原則 根據特定的地質條件和煤礦客戶的特定要求，確定液壓支架的工作阻力和立柱缸徑。在滿足頂底板安全的情況下，增加立柱的必要功能，降低或消除立柱的不必要功能[2]。

1.2 可靠性原則 客戶對立柱可靠性的需要已經不滿足于一般的功能保證，而是希望在長時間內保持良好的性能和最低的全壽命周期成本。立柱的可靠性是通過設計、制造直至各個階段的共同努力保證的，其中設計是立柱可靠性的基礎，是重中之重。立柱的可靠性主要通過合理的配比缸徑、柱徑，提高抗沖擊性能和連接可靠性來實現的。

1.3 系統最優原則 從系統學的角度來說，部分最優設計或部分價值最高未必是整體最優化整體價值最高，基于價值工程的立柱設計應追求立柱整體最優化設計。

2 立柱失效形式

在煤礦生產過程中，立柱的失效問題比較突出。通過對神東礦區某綜采面型生產過程中和大修期間的跟蹤調研，立柱累積失效近40%，給煤礦的安全管理與正常生產帶來了不利影響。對失效立柱進行統計分析，發現立柱失效的主要形式是缸筒銹蝕和活柱鍍層脫落，這一部分占失效立柱的90%；密封失效占8%；其他原因導致立柱失效的占2%。立柱的具體失效形式如圖1 所示。

圖1 立柱的失效形式

立柱缸筒銹蝕和活柱鍍層脫落的主要原因是煤礦井下特殊環境所致。井下工作環境比較惡劣，工作面粉塵、瓦斯較大，環境相對濕度基本在75%以上，同時含有S2-、SO42-等強腐蝕性離子[3]。對于密封失效，究其原因是立柱缸筒銹蝕后工作面中的煤塵進入到缸口中，立柱伸縮動作后造成密封失效。

3 功能分析

為解決立柱鍍層失效問題，各個廠家采用不同缸筒、活柱鍍層形式，成本與效果也各不相同。本文從價值分析出發，分析各種鍍層的成本和價值，以保證在立柱設計中選用最佳的鍍層方案。以某礦用250 缸徑立柱為對象，對立柱設計時選用的鍍層方案進行價值分析，該立柱的具體參數如表1 所示，不同的鍍層方案如表2 所示。

表1 立柱基本參數

表2 立柱不同電鍍方案

3.1 功能系數的確定 根據立柱電鍍層的作用確定立柱用電鍍層的功能系數各評價指標，分別為鍍層的防銹性能、防護性能和再修復能力。對功能系數的評價采用歸一化處理方法，由聘請的專家組對功能系數的各評價指標的重要程度予以評定，采用十分制進行評價，滿分10 分。

3.2 成本系數的確定 把不同方案的成本相加得到成本總和，然后將不同方案的單個成本與成本總和相比較，即可得到各個方案的成本系數[4]。

3.3 功能價值評價 按照功能價值系數公式：功能價值系數=功能評價系數/功能成本系數，計算出各個功能的價值系數，如表3 所示。

表3 不同鍍層的價值分析

由表3 可知，方案2 的價值系數微大于1，說明該方案的成本和功能基本匹配，處于合理狀態。而方案3 價值系數遠小于1，說明該方案成本過高功能較少。方案1 的價值系數遠大于1，說明該方案中成本比重遠小于功能比重，這其中可能有以下原因：第一是目前成本偏低，以至于不能完全評價對象所具有的功能；第二種是在成本計算時沒有考慮立柱使用及維修過程中的成本。從價值工程的角度出發，方案1 和方案3 都屬于改進的對象。綜上所述，方案2 是最優方案。該方案已經在實際的立柱設計中采用，從現場跟蹤和用戶反饋來看，采用該方案后立柱的使用壽命大幅提升，后期的維修成本降低60%左右。

4 結論

在總結基于價值工程的立柱設計原則的基礎上，通過價值分析確定了立柱設計時不同鍍層方案的價值系數，確定了最優方案，并在井下工業性試驗中得到了驗證。由此可見，在立柱設計中引入價值工程是提高產品設計質量、降低產品成本的一種行之有效的方法。

[1]王國法.高端液壓支架及先進制造技術[M].北京：煤炭工業出版社，2010.

[2]黃白林，王運海.價值工程在露天采煤機設計研究中的應用[J].煤炭技術，2002，21（12）.

[3]段孟杰.液壓支架立柱腐蝕失效分析及防范措施[J].河北煤炭，2002，5:28-29.

[4]甄翠敏，張志禮，李巧玲.價值工程方案評價法選擇開拓方案[J].河北理工學院報，1999，21（4）：6-12.