礦用液壓支架操作閥閉鎖裝置優化設計

楊 斌

（山西新景礦煤業有限責任公司，山西 陽泉 045000）

1 現場概況

以陽煤集團新景礦8507綜采工作面和8505綜采工作面使用的ZZS5600/14/28型液壓支架為研究對象。此型號的液壓支架的操作閥把手未采用防護設計，而且巷道采用液壓支架支護后空間狹小，工作人員在巷道內行走時極易刮蹭到支架的操作把手，導致誤操作而使人員和設備受到傷害。

通過對兩個工作面ZZS5600/14/28型液壓支架操作閥發生的誤操作、造成設備損壞和人員傷害情況進行統計發現，操作閥出現誤操作率占45%(除去不正規操作)，操作閥發生損壞率占36%，造成人身傷害5起。因此，亟待對礦用液壓支架操作閥閉鎖裝置進行優化，實現煤礦的安全高效生產。

2 操作閥閉鎖裝置的設計

2.1 設計原則

通過對ZZS5600/14/28型液壓支架的結構進行深入研究發現，此型號液壓支架的操作閥是由多個帶把手的單片閥依靠螺栓進行串聯固定，形成閥組連接到液壓支架的閥座之上。因此，對液壓支架操作閥閉鎖裝置進行優化必須以操作閥組的結構為基礎進行設計，才能在緊湊的巷道空間環境下達到支架工操作方便，設備安全可靠，利于工作人員對支架進行管理的目標。即設計方案應遵循結構簡單、實用性強的原則。

2.2 初次設計

2.2.1 插銷式設計

結合煤礦綜采面現場實際情況和液壓支架的結構特征，首先嘗試插銷式閉鎖的設計。插銷式閉鎖裝置部件的示意圖如圖1和圖2所示，插銷式閉鎖裝置包括支撐固定架和限位插銷兩部分。

圖3為插銷式閉鎖裝置的安裝示意圖。插銷式閉鎖裝置依靠安裝孔與操作閥緊密連接，通過將插銷插入可以對操作閥的把手進行固定限位。在支架工需要對操作閥的把手進行操作時，拔出插銷就可對支架進行解鎖，操作完成后再將插銷插入。

2.2.2 現場驗證

將插銷式閉鎖裝置按設計的圖紙加工制造完成后，安裝在8507綜采工作面和8505綜采工作面使用的ZZS5600/14/28型液壓支架上。經過1個月的現場試驗，發現插銷式閉鎖裝置雖然可以實現對操作把手進行閉鎖保護避免誤操作的功能，但也發現了以下缺點：（1）支架工每次操控液壓支架都需要拔出插銷，操作完成后又得將插銷插回才能實現安全閉鎖的功能。這種操作方式大大延長了支架工的工作時間，不利于實現高效生產；（2）沒有設計插銷存放處，插銷在支架工拔出后極易出現丟失的情況。為期1個月的現場試驗，插銷式閉鎖裝置的插銷丟失率達到了47%。基于以上因素，有必要對液壓支架操作閥閉鎖裝置進行二次改進設計，達到結構簡單、實用性強的要求。

圖1 支撐固定架

圖2 插銷

圖3 安裝示意圖

2.3 二次改進

2.3.1 擋板合頁式設計

根據插銷式閉鎖設計在現場驗證顯現出的缺陷，考慮將初始的插銷閉鎖更換為擋板式閉鎖，通過合頁將閉鎖裝置固定在支撐架上。設計的擋板合頁式閉鎖裝置包括固定板、鎖板、合頁和支撐桿四個部分[3]。擋板合頁式閉鎖裝置通過固定板在操作閥上固定，開啟鎖板就可對操作閥的把手實現閉鎖的功能。在支架工需要對液壓支架進行操作時將鎖板掀起，就可解鎖操作操作閥的把手控制支架的升降。在不需要操作支架或操作完成后，放下鎖板就可實現對操作閥的安全閉鎖。并且在每塊鎖板上可以印上對應閉鎖把手的功能，就可進一步避免支架工出現誤操作的情況[4]。圖4為擋板合頁式閉鎖裝置示意圖。

圖4 擋板合頁式閉鎖裝置示意圖

相較于插銷式閉鎖，擋板合頁式閉鎖具有如下優點：

（1）合頁式閉鎖的原理結構簡單，安裝簡單，可行性高。

（2）裝置通過固定板固定在支架上，不用擔心部件丟失。

（3）通過掀起擋板實現解鎖，安全可靠。

（4）制作原料廉價易得，加工方便，投入成本低。

（5）鎖板上印有對應把手功能，可大幅降低支架工誤操作的概率，而且美觀，是精細化管理的體現。

2.3.2 工作原理

圖5為合頁式閉鎖裝置的安裝示意圖。合頁式閉鎖裝置依靠安裝孔固定在液壓支架的操作閥上。在需要操作液壓支架時首先掀起擋板，就可實現操作閥的解鎖，隨后操作把手控制支架的升降。在完成對液壓支架的操作后，放下擋板就能對操作閥實現安全閉鎖。

3 現場安裝與效果評價

3.1 現場安裝

按圖4所示的擋板合頁式閉鎖裝置圖進行批量制造加工后安裝在8507綜采工作面和8505綜采工作面使用的ZZS5600/14/28型液壓支架上。對閉鎖裝置進行安裝時需要預先在液壓支架的操作閥上鉆一個安裝孔，通過安裝孔來對設計的閉鎖裝置進行固定限位，依靠支撐架和合頁把閉鎖裝置各個部件組裝到一起。安裝的順序從左到右依次為操作閥、螺栓、支撐架和合頁。

3.2 應用效果評價

經過1個月的現場試驗發現，相較于插銷式閉鎖裝置，改進后的合頁式閉鎖具有更高的實用性，操作更加方便，將操作閥最初45%的誤操作率降到了5%，操作閥最初36%的損壞率降到了12%，并且在試驗期間沒有發生任何一起人身傷害事故。因此設計的擋板合頁式閉鎖裝置更加安全可靠，有利于工作面的精細化管理。

在工作面的液壓支架上安裝擋板合頁式閉鎖裝置可以有效降低因工人誤操作導致液壓支架的液管、操作閥和聯結頭等組件發生損壞的情況；能有效地消除工作面的液壓支架發生誤操作的安全隱患以及造成的人員傷害事故。經過現場試驗發現，擋板合頁式閉鎖裝置會頻繁開啟導致合頁部位發生嚴重的磨損，一旦合頁失效就無法繼續實現對操作閥閉鎖的功能，就得對閉鎖裝置進行更換。因此，新加工的擋板合頁式閉鎖裝置應選用高強度的合頁進行加工，并定期在轉軸部位添加潤滑油，以延長合頁式閉鎖裝置的使用壽命。經過改進的高強度合頁閉鎖裝置已在該礦的其他工作面進行了全面安裝應用，現場使用效果良好。

圖5 合頁式閉鎖裝置安裝示意圖

4 結論

本文針對液壓支架易出現誤操作的情況，先后設計了插銷式閉鎖裝置和合頁式閉鎖裝置，并進行現場應用試驗。經過現場試驗證明，最初設計的插銷式閉鎖裝置雖然能實現對液壓支架操作把手的安全閉鎖功能，但是會導致操作不便而且存在設計的整體性不好的缺點。因此對閉鎖裝置進行二次改進，改成合頁式閉鎖設計。經過現場調研，合頁式閉鎖設計在實現液壓支架安全閉鎖的同時，保證裝置安全可靠、操作簡便和管理方便。