武志峰

(西山煤電(集團(tuán))有限責(zé)任公司 機(jī)電廠，山西 太原 030053)

針對(duì)華晉公司明珠礦現(xiàn)有ZY4800/20/40型掩護(hù)式液壓支架在使用過(guò)程中存在較嚴(yán)重的“栽頭”現(xiàn)象，特別是下山開(kāi)采過(guò)程中尤為明顯,同時(shí)由于操作不便,經(jīng)常出現(xiàn)人員受傷情況。根據(jù)礦方提供的液壓支架總圖、使用說(shuō)明書(shū)等技術(shù)資料及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物察看，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)模擬演示及計(jì)算，對(duì)上述現(xiàn)象進(jìn)行分析并制定了改造方案。

1 ZY4800/20/40液壓支架概況

1.1 主要技術(shù)參數(shù)

型式： ZY4800/20/40型掩護(hù)式液壓支架

高度： 2.0～4.0 m

中心距 1 500 mm

寬度:1 430～1 600 mm

初撐力(P=31.5 MPa)：3 876 kN

工作阻力(P=39 MPa)：4 800 kN

支護(hù)強(qiáng)度:0.73～0.78 MPa

底板比壓:0.23～2.35 MPa

移架步距:600 mm

重量:16.9 t

1.2 支架整體結(jié)構(gòu)及適用條件

該支架為兩柱掩護(hù)式液壓支架，采用整體頂梁前帶一級(jí)護(hù)幫機(jī)構(gòu)，掩護(hù)梁與雙前連桿、整體后連桿、底分式剛性底座組成了四連桿機(jī)構(gòu)，底座前端設(shè)有抬底機(jī)構(gòu)，見(jiàn)圖1。

圖1 原設(shè)計(jì)圖

適用條件：

1) 適用工作面采高范圍：2.2～3.8 m。

2) 適用煤層傾角≤15°。

3) 配套刮板運(yùn)輸機(jī)為SGZ-764/400，采煤機(jī)MGTY300/700-1.1D。

2 支架參數(shù)計(jì)算與分析

2.1 支架運(yùn)動(dòng)仿真

依據(jù)支架主要參數(shù)，利用液壓支架分析系統(tǒng)，對(duì)該支架進(jìn)行四連桿分析和運(yùn)動(dòng)仿真，ZY4800/20/40 型液壓支架運(yùn)動(dòng)連桿參數(shù)圖見(jiàn)圖2，液壓支架運(yùn)動(dòng)模擬圖見(jiàn)圖3，液壓支架橫向擺幅圖見(jiàn)圖4。

圖2 ZY4800/20/40型液壓支架運(yùn)動(dòng)連桿參數(shù)圖

圖3 ZY4800/20/40型液壓支架運(yùn)動(dòng)模擬圖

圖4 ZY4800/20/40型液壓支架橫向擺幅圖

由圖2～4可知：該支架適用工作面采高范圍為2.2～3.8 m，根據(jù)支架運(yùn)動(dòng)仿真數(shù)據(jù)及橫向擺幅曲線可知，支架橫向擺幅較小，為55 mm，但支架高度在2.7～3.7 m時(shí)，支架橫向擺幅曲線向后，當(dāng)頂板來(lái)壓時(shí)，立柱讓壓下縮，使頂梁有后移的趨勢(shì)，此時(shí)頂梁與頂板的摩擦力朝前，使整個(gè)支架產(chǎn)生逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)，但這不是支架“栽頭”的主要原因，因此，四連桿機(jī)構(gòu)基本可行。

2.2 實(shí)體建模分析

根據(jù)現(xiàn)有資料，西山機(jī)電廠進(jìn)行了實(shí)體模擬，具體步驟如下：

1) 依據(jù)總圖和使用說(shuō)明書(shū)，計(jì)算出支架各大部件的體積及重量。

2) 根據(jù)各大部件體積及重心位置，用實(shí)體設(shè)計(jì)軟件把各大部件模型進(jìn)行組裝、分析，確定支架不同采高時(shí)重心位置；最終得出支架理論工作狀態(tài)下，支架在平面和傾斜15°情況下的重心位置。原支架重心模擬見(jiàn)圖5。

從圖5可以看出，在最大高度狀態(tài)下，支架重心雖然在底座右端，但是重心卻在底座柱窩左端，特別是在支架傾斜15°情況下，重心位置越靠左，支架整體受力朝前，加大了轉(zhuǎn)動(dòng)力矩。

圖5 原支架重心模擬圖

2.3 分析結(jié)果

由圖1可以看出，該支架行人通道位于立柱與過(guò)橋之間，行人通道僅為380 mm,而且立柱前傾不利于人員通行，是導(dǎo)致安全事故頻發(fā)的主要原因；掩護(hù)式液壓支架由于頂梁懸伸在底座前端之前，頂梁柱窩在底座柱窩之前，因此，有一個(gè)自然轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的趨勢(shì)。而該支架底座柱窩在底座中間位置，與常規(guī)架型相比，支撐點(diǎn)靠后，加大了轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，使支架有向前轉(zhuǎn)動(dòng)的一個(gè)趨勢(shì)，特別是支架在下山開(kāi)采過(guò)程中存在倒架危險(xiǎn)，頂梁與底座柱窩位置設(shè)計(jì)不合理是導(dǎo)致支架工作過(guò)程中出現(xiàn)“頭重腳輕”的主要原因。

3 改造方案

通過(guò)分析，對(duì)該型支架存進(jìn)行改造。

3.1 支架主體改造

在保證原配套設(shè)備和掩護(hù)梁、前后連桿等部件不變的基礎(chǔ)上，重新設(shè)計(jì)制造頂梁部分和底座部分，在原頂梁與底座主體結(jié)構(gòu)不變基礎(chǔ)上，對(duì)頂梁和底座進(jìn)行改造，主要針對(duì)柱窩位置進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)改進(jìn)與柱窩相關(guān)零件，從而大大減小支架的轉(zhuǎn)動(dòng)力距，并使支架重心后移，提高了支架的適應(yīng)性，同時(shí)增加安全可靠的行人通道。改造后總圖見(jiàn)圖6。

圖6 改造后總圖

具體改進(jìn)措施如下：

1) 對(duì)所有要求改造支架，清理干凈各個(gè)部位的煤面。

2) 對(duì)支架進(jìn)行大解體，拆解頂梁和底座。

3) 對(duì)掩護(hù)梁和前后連桿鉸接處進(jìn)行測(cè)繪，控制四聯(lián)桿機(jī)構(gòu)軸孔間隙，保證支架的穩(wěn)定性及可靠性。

4) 本方案主要針對(duì)支架主體性能進(jìn)行改進(jìn)，液壓部分及其它相關(guān)件可根據(jù)礦方要求及檢修標(biāo)準(zhǔn)要求配置。

3.2 頂梁部分

對(duì)頂梁部分進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)并重新制造，主要包括如下內(nèi)容：

1) 新設(shè)計(jì)頂梁為整體頂梁，前端采用兩級(jí)護(hù)幫板結(jié)構(gòu)。

2) 頂梁柱窩在原有基礎(chǔ)上前移300 mm，即距頂掩孔距離由1 020 mm改為1 320 mm。

3) 頂梁預(yù)留防倒裝置連接位置，滿足特殊工況調(diào)架要求。

4) 重新設(shè)計(jì)頂梁與一級(jí)護(hù)幫板連接部分，一級(jí)護(hù)幫千斤頂由1件改為2件。

5) 新設(shè)計(jì)一、二級(jí)護(hù)幫板機(jī)構(gòu)，加強(qiáng)支架對(duì)煤壁的防護(hù)能力，一級(jí)護(hù)幫板設(shè)計(jì)長(zhǎng)約900 mm，二級(jí)護(hù)幫板設(shè)計(jì)長(zhǎng)約700 mm，一、二級(jí)護(hù)幫千斤頂主要參數(shù)見(jiàn)表1。

3.3 底座部分

對(duì)底座部分進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)并重新制造，主要包括如下內(nèi)容：

1) 底座柱窩在原有基礎(chǔ)上前移300 mm，即距底座前端距離由1 270 mm改為970 mm。

2) 重新設(shè)計(jì)腳踏板及其連接方式，改造后支架行人通道達(dá)710 mm，滿足設(shè)計(jì)規(guī)范(凈寬度不小于0.5 m)的要求。

3) 重新設(shè)計(jì)操縱閥的安裝位置及方式，可實(shí)現(xiàn)操縱閥的上下及前后調(diào)節(jié)，方便支架操作。

表1一、二級(jí)護(hù)幫千斤頂主要參數(shù)表

4 結(jié) 論

通過(guò)ZY4800/20/40型液壓支架的改造，在保證主要技術(shù)參數(shù)不變的前提下，改善了該支架的受力狀況，解決了液壓支架“頭重腳輕”的缺陷，加強(qiáng)了支架對(duì)煤壁的防護(hù)能力，提高了支架的適應(yīng)性，增加了后部人行通道，保證了行人安全，方便了支架操作，實(shí)現(xiàn)了煤礦安全生產(chǎn)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]王國(guó)法.液壓支架技術(shù)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，1999：125-127.

[2]劉新華.大采高強(qiáng)力液壓支架結(jié)構(gòu)分析[D].北京：煤炭科學(xué)研究總院，2008.

[3]劉建英，張 超.液壓支架內(nèi)部參數(shù)設(shè)計(jì)的原則[J].煤礦機(jī)械，2012，33(3)：14-16.