ZY3300/08/17掩護式液壓支架的優化設計

林敏橋

（河北天擇重型機械有限公司，河北邯鄲056200）

0 引言

煤炭工業是國民經濟重要的基礎產業。根據煤厚分類，薄煤層采高為0.5～1.3 m，我國的薄煤層資源豐富，薄煤層所占儲量為總采儲量的17.5%[1]。薄煤層一般煤質較好，但開采成本高、難度大。山西臨縣華燁煤業有限公司薄煤層工作面基本情況為：煤層厚度為0.9～1.3 m，工作面長度為130 m，工作面走向長度為1559 m，頂板大多數為泥巖，局部為砂質泥巖或粉砂巖，底板為泥巖或砂質泥巖。工作面傾角≤9°，采煤工藝為一次采全高，適用工作面采高范圍為1.0～1.5 m。工作面配套設備包括ZY3300/08/17液壓支架、MG210/485-PWD采煤機、SGZ630/264刮板輸送機。本套設備中液壓支架是我公司設計制作的，礦方在支架使用過程中提出了一些意見和建議，主要是抬底千斤頂容易損壞。針對用戶的反饋意見及現場實際情況，我們進行了深入分析，并與用戶進行了認真溝通，對該支架進行了優化設計。

1 問題的提出

ZY3300/08/17掩護式液壓支架在礦方初期使用時一切正常，用薄煤綜采方式代替原來的高檔普采方式，提高了生產效率，保障了操作者的安全，用戶較為滿意。采煤進行一段時間以后，工作面底板情況變得極為松軟破碎，支架底座下沉嚴重，這給支架前移帶來了很大困難。支架移架時，支架抬底機構使用比較頻繁，出現了抬底千斤頂損壞情況。

原工作面中部三機配套圖如圖1所示。

圖1 原工作面中部三機配套圖

液壓支架主要技術特征：支架型號為ZY3300/08/17，支撐高度為800～1700 mm，支架寬度為1450 mm，支架中心距為1500 mm，支架初撐力為2618 kN（P＝31.5 MPa），工作阻力為3300 kN（P＝39.7 MPa），支護強度為0.36 MPa(f=0.2)，移架步距為630 mm，泵站壓力為31.5 MPa，運輸尺寸(長×寬×高）為5440 mm×1450 mm×800 mm，操縱方式為鄰架手動操作。

2 原因分析及解決措施

該支架整體型式為兩柱掩護式液壓支架，穩定結構采用正四連桿機構，為雙前連桿、雙后連桿結構，頂梁為整體無活動側護板結構，分體式底座，抬底裝置布置于底座前部。因支架高度較低，設計抬底機構時，為了減小抬底機構占用空間，抬底千斤頂采用了缸筒內徑為80 mm的外進液千斤頂，如圖2所示。該千斤頂固定耳板布置于缸筒上，利用耳板與底座前部抬底耳座連接。需要抬起底座時，千斤頂活塞桿伸出頂在推桿上，使底座前端抬起，減小移架時的阻力。此結構優點是抬底結構占用空間較小，缺點是移架時活塞桿伸出頂在推桿上，移架過程中活塞桿與推桿在接觸摩擦中前進，抬底千斤頂缸口處的密封件容易損壞，缸口處導向套、缸筒上的連接耳板也易損壞。為了減少抬底千斤頂損壞情況發生，礦方在操作時需注意以下問題：移架前需清理架前浮煤，以緩解支架底座鉆底的深度，同時也可有效減少支架移架阻力；在進行拉架操作時，先進行降架操作，操作推移千斤頂進行拉架，在支架拉架過程中根據實際情況適當操作抬底千斤頂，以保證支架前移，在此操作期間嚴禁將操作閥抬底功能手柄一直處于進液狀態。同時，在完成拉架動作后嚴禁將抬底千斤頂伸出。我們從結構方面對抬底千斤頂進行改造。因為該支架現正在井下使用，不能影響正常生產，底座上的抬底千斤頂安裝結構不能改變，所以根據實際情況決定改造抬底千斤頂。將缸筒上連接耳板厚度加大，用來增加強度；在缸筒上加套環，用來減小千斤頂與底座耳座處的間隙，減小千斤頂在底座耳座處擺動量；活塞桿頭部加柱帽，用銷軸與活塞桿連接，活塞桿通過柱帽與推桿接觸。柱帽與推桿接觸面為球面，阻力較小。改造后抬底千斤頂如圖3所示。按以上措施實施后，礦方抬底千斤頂損壞情況減少了，保證了生產的正常進行。

圖2 原抬底千斤頂（缸徑為80 mm的外進液千斤頂）

3 優化設計方案

為了使該型支架更好地適應煤礦生產需要，綜合礦方生產實際情況，對本支架進行了優化設計。

圖3 改造后抬底千斤頂（缸徑為80 mm的外進液千斤頂）

1）抬底千斤頂結構優化。原抬底千斤頂缸徑為80 mm，桿徑為60 mm，推力為158 kN（P＝31.5 MPa），使用過程中抬底力夠用，但抬底千斤頂容易損壞。為了減少抬底千斤頂的損壞，需增加抬底千斤頂的強度。一方面是加大抬底千斤頂缸徑規格。考慮到原抬底千斤頂推力足夠，同時由于安裝空間限制，缸徑不需增加太多。液壓支架用千斤頂缸徑80 mm以上的規格有100、110、125 mm等，其中110 mm規格不常用，125 mm規格占用空間較大，沒有必要，所以選擇將缸徑加大到100 mm，桿徑加大到70 mm，推力為247 kN（P＝31.5 MPa），推力及強度都增加了；二是使用內進液千斤頂結構，使用時活塞桿固定，缸筒伸出。這種內進液抬底千斤頂占用空間較大，結構如圖4所示。為了盡可能減小抬底千斤頂占用的空間，改變了活塞桿固定孔位置，由原來位于螺紋接頭上方改到兩側位置，如圖5所示。因抬底千斤頂結構變化，底座上抬底耳座的結構重新進行了設計。抬底千斤頂缸徑增大，加大了千斤頂抬底力，同時增加了千斤頂強度。由于抬底座時這種結構的千斤頂是缸筒伸出與推桿接觸，千斤頂不易發生損壞。

圖4 內進液抬底千斤頂（缸徑為100 mm的內進液千斤頂）

圖5 優化后抬底千斤頂（缸徑為100 mm的內進液千斤頂）

2）頂梁及掩護梁加裝活動側護板。由于原頂梁為整體頂梁不帶側護板結構，支架寬度為1450 mm，支架中心距為1500 mm，支架之間有間隙，支架之間頂板支護不完整，而且在工作面傾角較大時，不利于調整支架的姿勢。加裝活動側護板，在彈簧彈力作用下，使活動側護板緊貼鄰架側護板，架間基本沒有間隙，提高了支架的掩護和擋矸功能。可以利用活動側護板進行調架，還有防止支架傾倒的用途。在支架頂梁和掩護梁上都可以加裝活動側護板，支架活動側護板組件主要由頂梁（掩護梁）側護板、側護千斤頂、彈簧、導桿和連銷等構成。支架常用的活動側護板形式主要有3種：直角式單側活動側護板，直角式雙側可調活動側護板，折頁式單側活動側護板[1]。折頁式活動側護板的千斤頂布置在梁體的外部，拆裝和維護方便，但只能安裝于頂梁，而且擋矸性及導向性差，現在已經基本淘汰；直角式單側活動側護板結構型式為一側是固定側護板，另一側是活動側護板，有較好的掩護和擋矸功能，而且導向性較好，適用于工作面傾角較小的煤層，但不能滿足工作面傾角方向變化需要；直角式雙側活動側護板克服了直角式單側活動側護板不適應工作面傾角方向變化的缺陷，可根據工作面傾角方向的變化，隨時調整活動側護板方向，適應性強，缺點是相對單側活動側護板而言，制作成本較高，強度稍差。綜合考慮以上各種結構的優缺點，決定本支架頂梁和掩護梁上均增設直角式雙側可調的活動側護板。頂梁側護板由2個彈簧套筒和2個側護千斤頂控制，掩護梁側護板由2個彈簧套筒和1個側護千斤頂控制。側護板是由鋼板直角對焊的結構，頂梁側護板結構如圖6所示，掩護梁側護板結構如圖7所示。

圖6 頂梁側護板

3）考慮到臨時炮采時起保護作用的需要，在頂梁前部加裝液壓式護板，需要時伸出護板千斤頂，打開護板起保護作用。平時不用時收回護板千斤頂。因本支架為薄煤層支架，頂梁前部不能太厚，需要在頂梁前部箱體內開口，將護板千斤頂布置于頂梁箱體內。護板千斤頂采用缸徑為63 mm、桿徑為45 mm、行程為170 mm的千斤頂。出于安全考慮，護板千斤頂需配備雙向鎖及安全閥，并在雙向鎖處加裝節流接頭，用來降低護板千斤頂伸出及收回速度，以確保安全。

圖7 掩護梁側護板

4）優化后液壓支架主要技術特征。支架型號為ZY3300/08/17，支撐高度為800～1700 mm，支架寬度為1430～1600 mm，支架中心距為1500 mm，支架初撐力為2618 kN（P＝31.5 MPa），工作阻力為3300 kN（P＝39.7 MPa），支護強度為0.43 MPa(f=0.2)，移架步距為630 mm，泵站壓力為31.5 MPa，運輸尺寸(長×寬×高）為5150 mm×1430 mm×800 mm，操縱方式為鄰架手動操作。

支架優化后該工作面中部三機配套圖如圖8所示。

圖8 優化后工作面中部三機配套圖

4 應用情況

按上述方案我們對該支架進行了優化設計，優化了抬底機構，頂梁及掩護梁上加裝了側護板，頂梁前部加裝了護板。優化后的支架抬底機構使用正常，加裝側護板后工作面支護效果得到了很大改善，調整支架較為方便，人員安全得到了有效保障。

5 結論

本次ZY3300/08/17掩護式液壓支架的優化設計，改進了原架型的幾處缺點，提高了支架的適應性和操作人員的安全性，對其它類似情況具有一定的參考意義。