淺談ZC8500/22/40充填液壓支架樣機制作的設計改造

栗懷鋒，許 秀

(山西潞安機械有限責任公司，山西 長治 046204)

充填液壓支架作為充填工作面的關鍵設備，不僅為割煤、充填作業提供有效空間，同時抵抗充填漿料側向壓力、密封頂、底板與支架的間隙，保障人員安全，其質量好壞直接影響充填工作面實施效果和充填效率。潞安機械公司為高河能源設計制作了ZC8500/22/40型充填液壓支架，但在樣機制作和評議過程中存在一些問題，為此進行了改動設計，滿足了充填操作性能和強度性能要求。

1 頂梁、上連桿結構調整

樣機完成后用支架試驗臺對充填支架樣機進行了新產品出廠試驗。

如圖1所示，在頂梁進行偏載試驗(載荷10 200 kN)時，發現頂梁與上連桿鉸接耳板剛度和強度不滿足試驗要求，頂梁與上連桿鉸接耳板出現變形損壞，擋銷板撕裂損壞。

原因分析：該充填液壓支架受結構尺寸限制，四連桿機構布置在立柱中間，寬度尺寸比常規液壓支架小得多，上連桿主體結構寬度只有380 mm，在模擬工作面受力試驗，最不利的頂梁偏心加載條件下，充填液壓支架上連桿受力比普通綜采支架掩護梁要大許多。頂梁為雙耳懸臂式結構，耳板厚度60 mm，材質Q550，上連桿為整體箱式結構，安裝在頂梁耳板之間，支架進行頂梁偏心加載試驗時，頂梁與上連桿鉸接處受力最大，頂梁耳板強度不夠，導致耳板變形。

解決方案：提出在頂梁耳板兩側增加橫向支撐筋板，同時將頂梁雙耳結構改為三耳板結構，增大頂梁耳板對上連桿的防變形作用力，上連桿由整體箱式結構變為雙耳箱式結構等整改措施，重新制作了頂梁和上連桿，試驗后此處結構件沒有發生變形，頂梁-上連桿耳板外側增加橫向筋板加強剛度強度作用有效，該耳板在頂梁偏心加載試驗中保持完好。如圖2所示。

2 三級隔離機構調整

圖3為充填支架原來的三級隔離機構，一級隔離板、二級隔離板、三級隔離板為整體箱式插裝結構，其中一級、二級隔離板通過隔離連接桿進行機械高度調節，三級隔離板高度通過三級隔離千斤頂進行液壓伸縮調節(三級隔離千斤頂根據需求可以固定在一級隔離板或者二級隔離板)。三級隔離機構整體通過抬升千斤頂、抬升連接桿與頂梁連接，下端整體搭接在支架底座上。在進行生產制作和樣機評議時，發現如下問題：

圖3 三級隔離機構原結構

1) 二級隔離板外側與一級隔離板配合，內部與三級隔離板配合，在制作過程中外部尺寸負公差、內部尺寸正公差，配合尺寸無法精確控制，同時受結構影響，焊接過程中無法選擇有效的支撐點，焊后二級隔離板容易變形，影響裝配性能。

2) 二級隔離板高度調節為機械調節，采高發生變化時，需先將二級隔離板落地，隔離連接桿不受力后利用支架高度的調整進行二級隔離板的伸縮調節，拆裝隔離連接桿銷軸不方便，調節困難。

3) 三級隔離機構整體重量大，隔離板梁體之間間隙大，整體不容易調節，且容易自落；同時支架頂梁與底座不平行時，三級隔離機構下部容易與底座后端底板干涉，造成別卡不容易閉合，無法進行隔離密封。

結合上述問題分析，對三級隔離機構重新進行機械結構仿真設計，對比隔離機構受力強度和操作性能，如圖4所示對三級隔離機構做出如下調整：

圖4 三級隔離機構改后結構

1) 為減輕三級隔離機構在頂梁上懸掛重量，提高隔離機構操作性能。將三級隔離機構按照上部、下部分開設計，一級、二級隔離板與頂梁連接。三級隔離板單獨設計，與充填支架底座連接，機構簡單操作方便。

2) 一級、二級隔離板之間增加二級隔離千斤頂進行液壓行程調節，行程1 000 mm，最大限度滿足二級隔離板伸縮行程要求，同時在一級隔離板上增加隔離擺動千斤頂，及時調節隔離板的前后擺動量，保證隔離板機構上部和下部的緊密貼合，移架時操縱隔離擺動千斤頂能夠讓隔離機構脫離充填漿料，便于及時移架。

3) 三級隔離板單獨與底座相連，底座后端設置三級隔離板滑動軌道，在三級隔離千斤頂作用下，三級隔離板沿底座滑道上下滑動，底座設置三級隔離板限位塊，極限位置三級隔離板低于底座底板240 mm，保證在底板不平整情況下能夠密封底面，有效隔離。

3 立柱中心距的調整

頂梁偏載過程中上連桿與前連桿鉸接孔處擋銷板與立柱貼合，立柱承受徑向載荷，可能導致立柱密封失效。如圖5所示。

圖5 擋銷板與立柱貼合

原因分析：高河充填支架上連桿窄，在頂梁偏心加載條下，上連桿受力較大，結構變形產生的水平偏移量也較大，圖6為頂梁偏載上連桿偏移量與所受載荷關系，由圖6可知，上連桿最大偏移量約40 mm，當前設計的充填支架上連桿擋銷板與立柱間隙為12.5 mm，不能滿足實際要求。解決頂梁偏載上連桿擋銷板與立柱干涉問題，難以通過進一步減小上連桿寬度解決，所以考慮加大立柱中心距，和減小擋銷板厚度調整立柱和擋銷板的間隙。立柱中心到支架中心距離加大30 mm，由395 mm變為425 mm，把擋銷座厚度從30 mm減少到14 mm，將上連桿與立柱之間的間隙從12.5 mm調整到58.5 mm。

圖6 頂梁偏載上連桿偏移量與載荷關系

4 結 語

通過對充填支架所存在問題進行改進，保證了充填液壓支架的強度和隔離密封效果，重新制作樣機試驗后送北京安標檢測中心進行型式檢驗，強度和耐久性試驗等各項技術指標符合要求，可以滿足工作面生產需要。