煤礦用液壓支架鑄鍛件的改進和優化

武保民

（河北天擇重型機械有限公司，河北邯鄲 056201）

0 引言

我國對于液壓支架的研究最開始是在20世紀80年代，經歷了20多年的迅速發展，已經成為全世界放頂煤液壓支架發展最迅猛、數量最多的國家[1]。在放頂煤液壓支架和大傾角液壓支架中鏈環卡是支架防倒防滑穩定性的重要保障部件，連接頭是支架移架不可或缺的。鏈環卡主要應用在放頂煤液壓支架拉后溜處，其一端與拉后溜千斤頂鉸接連接，另一端將圓環鏈放置卡槽內，通過壓板固定防止圓環鏈脫鏈，圓環鏈尾端與刮板機相連[2]，這樣就形成一個完整的拉后溜功能，保障后部刮板機與前部刮板機協同作業。支架頂梁防倒、刮板輸送機防滑功能與拉后溜結構型式一樣，其功能根據礦方工作面具體情況配套使用，鏈環卡在其中都起到一個承上啟下的連接作用，其主要承受拉力。鏈環卡使用靈活、便捷、可調，實際使用中可有效調節圓環鏈的長度來實現支架的穩定性和功能。連接頭的作用主要體現在液壓支架與刮板輸送機的連接作用，一端連接液壓支架上的推移桿，另一端與刮板輸送機相連，工作面的回采推進都是通過連接頭進行推拉移動設備，而且連接頭連接比較靈活，可以適應一定的上下左右錯位的復雜工況條件，保護刮板輸送機和液壓支架設備，其屬于易損件類型。鏈環卡和連接頭其結構雖不大，但是它在三機配套和工作面功能應用上具有不可或缺的作用。

1 存在的問題

鏈環卡、連接頭在液壓支架中的應用比較早，經歷了幾代的改進和優化[3]。鍛件的鏈環卡、連接頭結構強度比較高，抗拉強度也比較大，很好地滿足了礦用的要求，但是鍛件結構較為復雜，熱處理、加工成本高，加工工藝復雜，生產周期比較長，整體成本較高，而且生產不可控因素太多，遇到工期較緊張時容易耽誤設備發貨期，并且鏈環卡和連接頭屬于易損件，經長期的調研和數據分析，根據本單位的實際生產情況，現改進為焊接結構型式，在滿足礦方使用強度要求條件下其性價比較高。

2 優化和改進

鏈環卡原始設計為鑄件，由于在使用過程中鑄件的質量和特性等因素不能滿足使用要求，逐步被淘汰，后更改為鍛件，鍛件的鏈環卡結構強度比較高，抗拉強度也比較大，很好地滿足了礦用的要求[4]，但是鍛件結構的鏈環卡熱處理后加工成本太高，加工工藝復雜，生產周期長，整體上性價比太低，經過長時間的調研和井下設備使用工況分析，再根據本單位的實際生產條件和具體情況，鑄鍛件材質的鏈環卡和連接頭優化改進成焊接結構形式，焊接結構形式的鏈環卡和連接頭在滿足礦方使用強度要求的前提下可以投入使用，同時鏈環卡和連接頭屬于易損件，不僅有連接和傳遞力的作用，還要在一定程度上保護井下刮板機或液壓支架整體設備的完整性和安全性，不能過度地追求強度和耐用性，只要滿足礦方正常生產使用需求即可。

通過多方面的研究和調研，從整體方面考慮對鏈環卡和連接頭可采用高強板焊接結構型式。鏈環卡和連接頭均采用高強板加固式箱體或板式結構，其外形結構尺寸與鍛件差距較小，互換性好。從設計上盡量保持與原鍛件尺寸一致，不能影響連接部件的改變，保持與鍛件的通用性。盡量采用較厚高強板進行設計，通過火焰切割機下料，鉚對焊接，整體加工，保持安裝尺寸與鍛件相同，使用方式相同。

2.1 鏈環卡的改進

鏈環卡由鍛件（如圖1）優化改進成高強鋼板組焊件（如圖2），焊接工藝流程：鋼板下料→去除毛刺→矯正→對接鉚固→焊接→退火去除內應力→機加工→噴砂→刷漆→檢驗→入庫。

圖1 鍛件結構鏈環卡

圖2 焊接結構鏈環卡

組焊件鏈環卡在結構強度方面雖然在一定程度上后退了，但是其使用性能方面更為簡便，它采用銷軸連接固定鏈環，比鍛件螺栓壓板形式更為便捷。一端連接銷軸固定圓環鏈防止脫鏈，另一端銷軸連接后溜千斤頂或防倒耳板等部件[5]，其銷軸均采用30CrMnTi材質，整體結構緊湊，使用便捷。

焊接結構形式的鏈環卡具有以下特點：結構設計簡單、拆卸更加便捷，抗拉強度高、工藝簡單、加工生產容易、生產周期短、成本低、生產可控性高等。

2.2 連接頭的改進

連接頭由鍛件（如圖3）優化改進成高鋼板組焊件（如圖4），焊接工藝流程：鋼板下料→去除毛刺→矯正→對接鉚固→電焊→退火去除內應力→機加工→噴砂→刷漆→檢驗→入庫。

圖3 鍛件結構連接頭

圖4 焊接結構連接頭

圖5 鏈環卡試驗臺試驗現場圖片

組焊件連接頭在結構強度上弱于鍛件結構，但是經過多個煤礦工作面的試驗，其從使用性能和強度方面完全滿足礦方的使用要求，工作面正常推進生產，使用狀況良好。

焊接結構形式的連接頭具有以下特點：結構設計簡單、通用性強，抗拉強度高、工藝簡單、加工生產容易、生產周期短、成本低，生產可控性高。

3 鏈環卡的拉力試驗

用φ125/φ85-900（QGEK128590B1A7）后溜千斤頂進行試驗，要求連接后溜千斤頂、鏈環卡子、鏈子，試驗數據如表1所示。

表1 焊接結構鏈環卡拉力試驗數據

根據礦方使用條件，模擬綜采、綜放工作面的各種工況條件和礦方使用方式、習慣，依據GB 25974.1—2010《煤礦用液壓支架》標準進行了多次的拉力、保壓、超額載荷試驗，經過多次加載試驗得出結論：該焊接結構鏈環卡在各種工況和條件下試驗結果均表現良好，焊接結構鏈環卡整體結構無較大變形、焊縫開焊、焊縫撕裂等現象，由此得出焊接結構鏈環卡可滿足礦方使用要求。

4 成本對比

4.1 鏈環卡成本對比

鍛件成本：毛料成本（質量約44 kg，市場價約8元/kg）+加工成本（切割銑槽費用約20 元/件+鉆孔費用約12 元/件）+熱處理成本（熱處理費用約12 元/件）+設備損耗及耗材（費用約15 元）=44×8+32+12+15=411元（含水電費和工時費）。

組焊件成本：材料成本（高強板質量約21 kg，市場價約6.4 元/ kg）+點對、鉚焊成本（55 元/件）+加工成本（下料費用約35 元，整體鉆孔費用約13 元/件）+退火消除內應力費用（費用約10 元/件）+噴漆（費用約3 元/件）+設備損耗及耗材（費用約52 元）=21×6.4+55+48+10+3+52=302.4 元（含水電費和工時費）。

經成本核算對比，組焊件結構鏈環卡較鍛件結構便宜約411 元/件-302.4 元/件=108.6 元/件。

4.2 連接頭成本對比

鍛件成本：毛料成本（質量約124 kg，市場價約8元/kg）+加工成本（切割費用約18 元/件+鉆孔費用約17 元/件）+設備損耗及耗材（費用約16 元）=124×8+35+16=1043 元（含水電費和工時費）。

組焊件成本：材料成本（高強板質量約55 kg，市場價約6.4 元/kg）+點對、鉚焊成本（62 元/件）+加工成本（下料費用約32 元，刀檢、打坡口費用約16 元/件，整體鉆孔費用約15 元/件）+退火消除內應力費用（費用約10 元/件）+噴漆（費用約3 元/件）+設備損耗及耗材（費用約48 元）=55×6.4+62+63+10+3+48=538元（含水電費和工時費）。

經成本核算對比，組焊件結構鏈環卡較鍛件結構便宜約1043 元/件-538 元/件=505 元/件。

5 結語

通過本次對液壓支架用鏈環卡、連接頭部件的優化和改進，并經過在試驗臺多次的試驗，初次在ZF5200/16/28放頂煤液壓支架的后溜和推移上進行局部使用，經過礦方的反饋使用效果良好，能夠很好地滿足工作面設備的正常推進使用，該項目的試驗成功，為冀中能源峰峰集團各礦的應用推廣提供了良好的示范。

經過目前階段性試驗的成功，并通過多次論證和探討，該組焊結構型式的鏈環卡和連接頭推薦在工作阻力6000 kN以下的液壓支架上配套使用。目前該項目已在各礦適合的液壓支架架型（如ZFB3200/16/28、ZF4000/16/28、ZF5200/16/28、ZFG5400/18/29等液壓支架）上投入配套使用，累計配套支架約700余架，共節約成本達429 100 元。組焊結構鏈環卡、連接頭的普遍使用能夠為公司節省大量成本和資金，也帶動了支架結構件的優化進程，不斷降低設備生產成本。