高端液壓支架立柱千斤頂?shù)木S修及試壓試驗改進

王建國

（長治市潞安漳村恒達工貿(mào)有限公司，山西長治 046032）

0 引言

在國內(nèi)采煤工藝逐漸完善以及高端液壓支架需求逐漸增加的大環(huán)境下，中國高端液壓支架的設計和生產(chǎn)技術得到了極大的提高，同時國產(chǎn)化的高端液壓支架也在實際應用中得到了認可。高端液壓支架大量應用于生產(chǎn)的同時，維修工作量也日漸增加。液壓支架的構造復雜、主次分明，立柱和千斤頂是液壓支架平衡頂部壓力和更換零件部位的重要構件。通過與過去的液壓支架進行比較后發(fā)現(xiàn)，高端液壓支架的優(yōu)點是立柱寬度長、運行時間長、千斤頂?shù)念愋投?，缺點是維修難度系數(shù)高，尤其在試壓試驗過程中，安全性要求更高[1]。

1 液壓支架立柱拆解及試壓試驗存在問題

（1）立柱導向套結構復雜，對拆卸扳手和缸底端的擰緊扳手要求較為嚴格，因此需要額外制造一種特殊規(guī)格的扳手來作業(yè)。在實際作業(yè)中，這種規(guī)格差異極易造成工作量的加大，減慢操作效率。

（2）立柱的特點是雙向伸縮、寬度大、體積大，頻繁的安裝和拆卸過程都會加大工作難度，增加勞動量。因此，如何簡單地完成拆解是必須要衡量的因素。

（3）活柱在進行拆卸時，底閥的拆卸過程耗時較久，需要設計合理的拆卸方案和方法，加大了作業(yè)量和作業(yè)時間。另外，在對立柱進行試壓時需要操作人員完成柱體的扭轉，操作難度系數(shù)高，而且安全得不到保障[2]。

（4）目前試壓區(qū)域面積和液箱實際容積均不相同，需要額外增加可試壓立柱的個數(shù)，這就導致試壓時長延長，整體作業(yè)效率降低。

2 修理工藝改造及試壓試驗系統(tǒng)設計

2.1 修理工藝改進

依照過去的拆卸方法對液壓支架進行拆解時，先將外層大缸的導向套拆除，露出中缸。在對中缸的導向套進行拆解時，一般都會出現(xiàn)不可預知的難題，也就是目前存在的拆解方案不適用于獨立中缸的導向套拆除工作，同時焊接鋼板的拆除方法也會影響柱面的完整性。另外，立柱和工裝扳手的體積大，頻繁安裝和調整扳手類型會增加勞動強度。因此，新的解決方案充分發(fā)揮立柱本身的摩擦作用，先進行中缸導向套的拆卸，再完成大缸導向套的拆卸[3]。

綜合以上問題，提出了新的拆解方法，依據(jù)導向套和缸底結構的差異性，設計了合理的拆解扳手。將新的大缸導向套拆卸扳手代替舊扳手與棘輪粘貼在一起，在扳手的左右兩邊增加2個擋塊，用于固定中缸導向套的拆卸扳手。利用這個新方案將中缸導向套成功拆卸之后，拿掉固定用的扳手，將拆缸機整體前移，進行接下來外層大缸導向套的拆卸工作。如此一來，降低了頻繁安裝和調整扳手勞動強度。工裝按照柱底部的通液槽和螺孔的特殊設計，合理利用扳手進行缸機的拆卸。適用于拆解中缸拆卸工作的設計方案如圖1所示。

圖1 拆解中缸專用的拆解工裝

對活柱進行拆解時，判斷底閥的取出難度共制作了兩種拆解工裝。第一種是適用于底閥短時間內(nèi)取出時的拆解工裝，如圖2所示。

圖2 底閥可取出時拆解工裝

工裝和接頭座連接在一起，利用壓強分開活柱和中缸。第二種適用于部分底閥取出難度較大，利用的拆解工裝方案如圖3所示。

圖3 底閥不可取出時拆解工裝

工裝首先擰緊固定用螺塞的螺孔，然后使用擠壓底閥頂部的桿管將其打開。在工裝的最底部裝置有接頭座，可以插各種類型的液管。這種工裝能夠解決不取出底閥的同時也能實現(xiàn)活柱和中缸的拆分，從而將取底閥工作簡單化[4]。

以過去拆解速率為例，8名工作人員每天只能拆解4根立柱，要拆解60架240根的立柱就要耗時3個月，應用新技術的工裝和工具后，只需3周。這種方法大大降低了拆解成本，節(jié)省了大約21萬元。

2.2 試壓試驗系統(tǒng)設計

2.2.1 試壓試驗框架的設計

在實際分析后發(fā)現(xiàn)，高端液壓支架的立柱結構一般是雙伸縮式，這種結構缸徑大、千斤頂類型廣，但維修過程繁瑣，不僅需要多種類的試壓試驗框架，而且成本支出也較大。因此，設計研發(fā)出分體式試壓試驗構圖，滿足所有種類的立柱和千斤頂?shù)脑噳涸囼炓髽O其重要。分體式試壓框架如圖4所示。

圖4 分體式試壓框架

（1）外部結構

分體式試壓框架的外部結構如圖4（a）所示。外部主體結構較為簡單，一般屬于同一框架——分體式試壓框架，作用是平衡試壓試驗時的結構壓力。目前常見的體積最大液壓支架是ZTZ20000/25/3 8型液壓支架[5]。這種支架的立柱作業(yè)阻力達到了3 250 kN。壓強的計算公式是：

p=F/S

式中：p為工作壓強，MPa；F為立柱操作阻力，3 250 kN；S為球面局部面積，0.033 m2。

經(jīng)計算p=98 MPa。

支架整體結構的連接依靠厚度為30 mm的Q345鋼板，這種構造含有的屈服強度比目前體積最大的液壓支架立柱壓強大好幾倍，因此適用于此項試壓試驗方案。

（2）內(nèi)部結構

內(nèi)部結構如圖4（b）所示，主要包括底座、底板、行程支撐擋板和球型擋板四部分。底座大小不一，負責平衡所有的立柱和千斤頂，行程支撐擋板負責減少試壓試驗過程中立柱和千斤頂?shù)乃臅r程，目的在于整體提高試壓試驗技術水平[6]。

不同類型的內(nèi)部結構均適用于被試件長度1 500～4 000 mm，中心高度100～360 mm以及5 000 kN的內(nèi)加載力，完成了一機多用的目標。

2.2.2 試壓系統(tǒng)的設計

綜合當前高端液壓支架立柱和千斤頂?shù)乃屑夹g要素，在滿足實際生產(chǎn)需要的基礎上，選擇速率為125 L/min的柱塞泵來減少試壓試驗所耗時間，提高試驗壓力。

（1）電動機的選用標準。利用以下公式計算出電動機的功率為：

式中：Pi為液壓泵的輸入功率，kW；p為承載的作業(yè)壓力，31.5×106 Pa；q為系統(tǒng)輸出流量的理論值，125 L/min；η為液壓泵的運行效率，0.9。

將以上數(shù)據(jù)代入公式后計算所得：Pi=72.92 kW。因此，選用電動機功率為75 kW，能夠適用柱塞泵的運行。

（2）增壓缸的材料。在充分分子增壓缸的維修支出之后，選擇ZZSX6000型液壓支架雙伸縮立柱作為應用材料[7]。

另外，在保證系統(tǒng)安全運行的基礎上，將控制功能和動作的閥調至大流量，便于柱塞泵能夠發(fā)揮最佳作用，高效率地進行試壓試驗工作。

主要參數(shù)如下：柱塞泵的固定壓力為31.5 MPa；流通速率為125 L/min；增壓缸的壓力比值為6.5；乳化液的組成為95%水和5%乳化油；液箱容積為1 000 L；電動機的發(fā)動功率為75 kW；壓力表的精確度級別為1.6級；換向閥的流通速率為500 L/min、固定壓力為40 MPa；液控單向閥的流通速率是350 L/min、固定壓力為50 MPa；低壓封閉試驗壓力為2 MPa。高壓封閉試驗壓力的數(shù)據(jù)參照技術標準。

2.2.3 改造后試壓試驗系統(tǒng)的特點

改造后的試壓試驗系統(tǒng)能夠順利完成低速開啟壓力、空載行程、活塞腔封閉性能和活塞桿腔封閉性能等一系列試驗工作。優(yōu)點是流通速率高，充液和增加壓力的速度快；提高了多種徑向類型接頭，完成了一機多用的功能，滿足各種類型立柱和千斤頂?shù)脑噳涸囼灒辉趹么罅髁康目刂崎y后，較好地平衡了充液、增加壓力、拆卸以及調換方向過程中產(chǎn)生的分液壓力[8]；在保證后期調整和維修便利上，系統(tǒng)結構的每部分都做到了細化，不僅操作簡單，而且線路連接也去除了復雜節(jié)點。

3 結束語

本文對實際應用情況作出調整和優(yōu)化之后，試壓試驗系統(tǒng)的技術工藝得到了提高，不僅操作簡單、便利、穩(wěn)定，而且降低了工作人員的勞動強度，減少了維修支出。同時，在保障安全生產(chǎn)的基礎上，也使得高端液壓支架得到了更廣泛的應用。