淺析液壓支架的設計和制造工藝

曹從磊　桑　梓（卡特彼勒（鄭州）有限公司，河南 鄭州 450103）

淺析液壓支架的設計和制造工藝

曹從磊桑梓
（卡特彼勒（鄭州）有限公司，河南 鄭州 450103）

在煤礦企業綜采工作面作業過程中，液壓支架作為不可或缺的設備，其對綜采工作面生產效率和安全性的提高具有直接的影響。由于液壓支架具有較好的有效性和可靠性，所以在當前礦井機械化開采技術中已占據非常重要的位置。本文從液壓支架的工作原理入手，對液壓支架設計與制造過程中存在的問題進行了分析，并進一步對液壓支架的設計要點及設計制造工藝的優化進行了具體的闡述。

液壓支架；工作原理；設計要點；制造工藝

液壓支架作為煤礦工作面開采過程中非常重要的一項設備，其占整體設備投資的較大比例，由于液壓支架具有較好的可靠性，所以對工作面生產效率和安全的提升起到了十分重要的作用。通過對液壓支架技術水平的不斷提升，對推動機械化綜采水平和技術的進步起到了有效的促進作用。所以需要加快提升液壓支架設計和制造工藝的水平，確保煤礦綜合機械化開采水平的提高。

1 液壓支架的工作原理

目前液壓支架要在應用過程中其技術也得以不斷發展和完善，目前液壓支架具有較多的種類，但在基本共用方面并沒有多大的差異。在液壓支架應用過程中，其需要由乳化液泵站為其提供高壓液體作為液壓支架的動力，在移架、升降及轉移等常規動作時則需要由液壓系統通過控制液壓缸來實現。在綜采工作面進行應用過程中，主要是通過主管路和各支架將多個獨立的液壓功能系統并聯在一起，在液壓支架結構中設置控單向閥和安全閥，同時在鄰架上進行操作閥的設置。

目前較為常用的液壓支架通常可以分為三種，即掩護式支架、支撐式支架和支撐掩護式支架。根據支架部件的作用和功能的不同，還可以進行如下劃分：

（1）承載結構部件，如掩護梁、頂梁、連桿、尾梁及底座等，可以承受和傳遞頂板及垮澆巖石所產生的載荷。

（2）液壓動力系統，這是支架中核心部分，主要包括各種液壓油缸，為支架動作時提供動力支持。

（3）保障部件，如液壓管路、電控元件、單向閥、安全閥及操作閥等。通過這些部件來控制和操作液壓油缸的各種動作，確保支架能夠正常的進行工作。

（4）配套裝置，如推移、伸縮梁、防倒防滑及連接件、側護板等，這些裝置可以確保支架部分動作和功能得到實現。

2 液壓支架設計與制造過程中存在的問題

我國液壓支架設計工藝的整體水平與發達國家還存在一定的差距，但經過多年的不懈努力，目前我國已能夠獨立進行設計和制造能夠適應各種復雜煤礦開采條件的多種架型和品種的液壓支架，而且在部分液壓支架的設計和制造上已處于世界領先水平。但在當前液壓支架設計和制造過程中還存在著一些不足之處。

（1）目前在液壓支架設計過程中，由于模擬壓架三維有限元和平面受力等分析上還存在不完善的地方，從而導致當前我國液壓支架在設計上還存在較大的缺陷；

（2）液壓支架設計和制造過程中所使用的鋼板無論是強度還是綜合機械性能方面都與國外相關工藝存在較大的差距。目前我國液壓支架采用的鋼板曲強度較小，無法達到優秀支架構件制造工藝的要求，同時鋼板綜合機械化性能相對也較差。

（3）目前在液壓支架設計和制造過程中焊接工藝和技術水平還存在不足之處，特別是焊縫成型技術在高強度焊絲缺乏的情況下導致其技術發展較為遲緩。

（4）由于液壓油缸在密封上還采用聚氨酯材料，可靠性較差，達不到良好的密封效果，對產柱和千斤頂的密封技術水平不高，在密封操作中效果并不顯著。

（5）由于電液閥制造技術的限制，我國液壓支架中使用的閥門無論是加工技術還是使用壽命都得不到有效的保障，在國際市場中缺乏競爭力。

3 液壓支架的設計要點

液壓支架的組成包括頂梁、掩護梁、立柱、底座、四連桿機構、千斤頂、側護板等基本部分，要遵從強度高、支護性顯著、移架操作便捷、安全性強等設計原則。在長壁采集的工作面當中，液壓支架作為重要的支護設備，要對采集現場的頂板起到支護作用，使得作業空間能夠得到基本有效維護，并推移工作面的采運設備。

目前在液壓支架的四連桿機構應用方面，均首選雙搖桿技術，即以機架為底座，前后連桿即掩護梁均為連架桿，其通過對頂梁進行雙紐線軌跡的運動控制，約束梁端距離的變化量，使得頂板的管理性能得到加強與提高，為重要的連接部件之一。

在實際工作的應用當中，不同環境與條件下所使用的不同液壓支架在四連桿機構方面也會存在根本上的不同，因此要進行區分設計，例如薄煤層的開采工作時，采用的液壓支架在前連桿與底座鉸接點位置上與其他煤層所使用的液壓支架具有較大區別。大多數液壓支架在對四連桿機構進行設計時，將減輕液壓支架的重量以及縮小附加力作為設計方向，但是薄煤層開采所使用的液壓支架在設計時，要重點考慮四連桿機構的最小高度設計，目前解決方法為降低前連桿與底座鉸接點，增加前連桿的長度以及縮小掩護梁的背角。

4 設計制造工藝的優化

液壓支架在煤礦企業綜采工作面作業過程中發揮非常重要的作用，可能為開采作業提供一個較為安全的空間環境，而且在工作面推進過程中設備能夠相應的隨之進行移動，有效的確保開采工作的高效性和安全性。這就需要在液壓支架設計制造過程中，需要嚴格對其質量進行控制，合理選擇原料，同時還要做好焊前預熱及焊后的熱時效處理工作，有效的確保焊縫質量的提升。在密封方面，可以采用錐剛性密封，對于一些較為重要的密封件則可以直接選擇進口材料，從而有效的提高閥門的質量，確保閥門的使用性能。另外，還要根據作業現場施工面的具體情況來加強對個性化液壓支架的設計工作，從而確保液壓支架在應用過程中能夠更好的與開采環境適應，確保開采效率提高，有效的提升能源的開采率。

結語

液壓支架主要用于煤礦企業綜采工作面作業中，所以液壓支架的設計和制造工藝的好壞與煤礦生產企業的效益息息相關，因此需要在液壓支架的設計制造過程中加快引進國外先進技術，對設計上的缺陷進行改進，選擇優質的材料，確保液壓支加功效和使用壽命的延長，從而更好的推動液壓支架技術的快速發展。

[1]戰秋英.綜采液壓支架電業控制系統設計與研究[J].淮南職業技術學院學報，2013（01）.

[2]郭磊.試述液壓支架合理選型設計[J].中國新技術新產品，2013（02）.

[3]劉娜.對液壓支架設計的探討[J].中國新技術新產品，2012（22）.

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