超輕型液壓支架的構造及滑動拖輪的改造應用

張業雷

（3703021981XXXX2113，山東 淄博 255000）

1 背景

美國1994年共有80個長壁工作面，其中有70個工作面是電液控制的工作面，占87.5%，使用柱掩護式支架73套，四柱支撐掩護式支架7套，兩柱掩護式支架占91.25%，普遍裝備大功率電牽引重型采煤，國外發達國家的煤礦采煤輔助設備已經采用新技術，綜采工作面優選世界各國最先進的重型高效裝備，實現一井一面，集中化生產。

反觀我國現有煤礦除了幾個大型煤業集團，其余大多數煤業公司是中、小型礦井，它們一般生產、運輸、提升能力都不高，有相當大一部分年產只有80～120萬噸的規模，運輸能力也不過200～350t/h，針對這一現狀，我國從1973年開始引進德國、俄羅斯等國家的設備，經歷了消化、吸收、提高的過程，目前我國已經形成了較完整的設計、制造的體系[1]。

2 ZH2800/15/25型整體頂梁液壓支架概述

ZH2800/15/25型整體頂梁液壓支架是于2010年設計的，這種支架是用于煤礦壁式采煤工作面的一種自移式輕型支架，即具有整體性好、安全可靠可自移的特點，又具有體積小、重量輕、運輸方便和造價低等特點。特別適宜沒有條件使用大型綜采設備的中小型煤礦使用，根據目前客戶使用的情況來看，完全適合年產270萬噸以下的煤礦，并且應用效果比較好。根據實際應用情況，可以發現這種支架大大降低了工人的勞動強度，提高工作效率，并且它要比綜采液壓支架輕便靈活、易于操作、價格便宜，是非常適合中小型煤礦的經濟架型。

整體頂梁滑移液壓支架主要是由整體頂梁以及與之相連接的尾梁、托梁機構、推移千斤頂和液壓系統構成。該支架只適用于較好地質條件、采高小于2.5m的緩傾斜煤層。該支架可用于一次采全高水平分層或水平分層的工作面。炮采，采煤高度為1.6～2.5m。

3 支架構成及結構特征

支架通過托梁機構將整個工作面連為一個整體，工作面整體抗沖擊能力強，提供安全操作環境；托梁機構是支架頂梁前移的導向與支撐機構，同時是整個工作面穩定的基礎；相鄰支架通過托梁互為支撐；頂梁為整體箱式結構，不鋪頂網；支架結構緊湊，底部空間大，以最小空間實現功能最大；本架操作；液控系統：液壓閥集中控制。

4 超輕型液壓支架的應用

由于液壓支架的應用是與井下環境息息相關的，每一套支架的設計數據都是根據井下環境盡可能相吻合，同樣型號的支架根據應用煤礦的不同也存在著差別。下面著重探討2010年為山西晉城楊莊煤礦設計并制作的ZH2800/15/25G整體頂梁滑移液壓支架的應用及改造，此支架結構分為兩大塊：分別是頂梁結構件及液壓部分。

4.1 頂梁結構件用于支撐頂板

該支架頂梁采用鋼板拼焊整體箱形結構，關鍵部位的鋼板采用δ20 Q460高強板。頂梁腔內裝有推移千斤頂。梁體內側各有2條δ20厚的鋼板，作為托梁機構滑移的導軌，并在后柱的柱帽處增加了一個柱帽，作為支架的臨時支撐點，以防頂板初次來壓過大增加支護強度。其作用主要有3點：①承接頂板巖石的載荷；②反復支撐頂板，可對比較堅硬的頂板起破碎作用；③為回采工作面提供足夠的安全空間。

4.2 液壓部分重要的液壓支柱

液壓支架的發展對立柱的長度、缸徑、密封、型式等諸多方面提出許多新的要求，促使立柱的結構更加合理和有了很大的發展。早期制定的有關標準已不能滿足實際需要，有的已經修改，制定了新的目標。

4.3 立柱的主要型式和應用

4.3.1 單伸縮雙作用立柱

結構簡單、可靠，屬液壓無級調高，調整高度方便，但調高范圍小，用在調高范圍不大的支架上，許多種放頂煤支架裝配單伸縮雙作用立柱。單伸縮雙作用帶機械加長桿立柱，結構比較簡單，調高范圍較大，有液壓無級和加長桿有級兩種調高方式，使用中經常用液壓無級調高。操作人員需根據采煤工作面煤層厚度的變化及時調整機械加長桿的高度（有級調高），以滿足支護要求。如果有級調高調整得不及時，會出現支架被壓死或頂空的問題。調整加長桿的高度費時、費力。本型立柱多用于煤層厚度變化較大的中厚煤層支架上。由于這種立柱各主要承載部件的強度匹配合理，近年來，一些厚煤層支架上也選用了本型立柱，適用范圍有所擴大。為進一步增大支架調高比，有的單伸縮雙作用立柱上加有兩個加長桿，但這種結構的立柱不多。

4.3.2 雙伸縮雙作用立柱

兩高范圍大，屬液壓無級調高，操作方便靈活，但結構復雜，加工要求高，成本高。本型立柱多用于薄煤層和大采高支架上。由于本型某些缸徑立柱的中缸強度裕度偏小，遇有采煤工作面基本頂壓力顯現強烈時中缸有時會出現鼓脹現象，損壞立柱。因此，在使用條件允許的情況下，大多選用單伸縮雙作用帶機械加長桿的立柱。

4.3.3 三伸縮雙作用立柱

一般為三級液壓無級調高，有的在雙伸縮立柱上加一段接長桿，主要是為增加立柱的調高范圍。國外較早使用了這種立柱，其調高范圍很大，但結構復雜，第三級缸內壓力很高，對材料和加工都滿足某些特殊結構支架對立柱增加調高的要求。

我們的設備采用的立柱為雙伸縮雙作用液壓支柱，供支撐頂梁用，其數量及最大高度可根據工作面的實際情況選定，一般每架4～5棵。

該支柱由球頭、導向套、活柱、柱塞、油缸、缸底構成。其活柱采用鍍鉻處理，該支柱的工作原理：升柱時，高壓液體由操縱閥控制，高壓液體流入下腔，柱塞升高，同時支柱上腔縮小，柱時頂梁頂緊工作面頂板后，此時支柱下腔液體壓力為支柱給予頂板初稱力；隨著支護時間的延長和頂板壓力的增加，支柱下腔液體壓力也隨之增高，當壓力超過支柱的額定工作阻力時，單項鎖中的安全閥打開，液體外溢，支柱下縮，壓力降低，當其壓力降至額定工作阻力以下時，安全閥關閉，因而其工作阻力始終保持在工作阻力范圍內，故稱恒阻式支柱。提柱時，由操縱閥控制隨著上腔壓力的增加，支柱的油缸及缸底相對于活柱體及頂梁上移，而下腔液體則通過液控單項鎖回到主管路，這樣，支柱便被提起。

托梁連接機構是整體頂梁滑移液壓支架的靈魂，支架性能的好壞取決于托梁機構是否安全可靠。支架運作時靠固定在托梁后端的后托梁上的千斤頂，來推動支架頂梁整體朝前移動，而托梁與頂梁的連接是靠四套滑動輪機構完成托梁機構與頂梁的相對活動，托架里的滑動輪與四件彈簧相配合，增加了托架與頂梁之間的上下調節性。

原設計滑動輪是由2個上下疊加的輪子穿在一起用一個φ10的銷軸固定，現設計是由完整的一個鑄造輪外加槽型螺母固定。原設計在工作現場使用過程中大輪與小輪經常自動分開，造成小輪卡在軌道上，受力過大將φ10的銷軸卡斷發生脫軌事故。而采用改進后的滑動輪后，就不會發生這樣的狀況。改革后的滑動輪結構大輪的直徑要比軌道寬58mm，小輪要比軌道窄10mm，因此，滑動輪無論如何也不會發生脫落的問題，而采用槽型螺母的固定，更是使滑動輪上下活動的可調性增加了10mm，通過楊莊煤礦、毛則渠煤業集團、山西上榆泉煤礦、高家莊煤礦的實際應用，改造獲得了成功。

5 結語

以上改進是筆者根據這幾年公司生產的整體頂梁滑移支架在生產及應用中發生的問題進行的改進，如有不當之處，希望各位領導和同事批評指正。