劉艷LIU Yan；邊彥勝BIAN Yan-sheng；楊文明YANG Wen-ming

（①河南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，鄭州 450004；②鄭州煤礦機(jī)械集團(tuán)股份有限公司，鄭州 450013）

（①Henan Vocational and Technical College of Communicaitons，Zhengzhou 450004，China；②Zhengzhou Coal Mining Machinery Group Co.，Ltd.，Zhengzhou 450013，China）

0 引言

立柱是液壓支架的關(guān)鍵部件和動(dòng)力源泉，其性能關(guān)系到液壓支架的支撐能力和可靠性，直接影響著綜采工作面的安全性和生產(chǎn)效率[1]。隨著采煤工業(yè)的發(fā)展，對(duì)液壓支架和立柱的要求越來(lái)越高，立柱向著大缸徑、高可靠性、長(zhǎng)壽命方面發(fā)展，同時(shí)立柱的設(shè)計(jì)制造成本也在大幅增加。為解決此矛盾，保證立柱的質(zhì)優(yōu)、價(jià)廉和高可靠性，本文將價(jià)值工程引入到液壓支架立柱的設(shè)計(jì)中。

價(jià)值工程是一種技術(shù)與經(jīng)濟(jì)相結(jié)合的現(xiàn)代管理技術(shù)。價(jià)值工程通過(guò)各相關(guān)領(lǐng)域的協(xié)作，對(duì)所研究對(duì)象的功能與費(fèi)用進(jìn)行系統(tǒng)分析，不斷創(chuàng)新。它的基本思想是在可靠地實(shí)現(xiàn)所需功能的前提下，努力尋求壽命周期成本最低的創(chuàng)新方案，以達(dá)到合理、有效地利用資源提高對(duì)象價(jià)值的目的，這就是價(jià)值工程的實(shí)質(zhì)。

1 基于價(jià)值工程的立柱設(shè)計(jì)原則

1.1 功能需要原則 根據(jù)特定的地質(zhì)條件和煤礦客戶的特定要求，確定液壓支架的工作阻力和立柱缸徑。在滿足頂?shù)装灏踩那闆r下，增加立柱的必要功能，降低或消除立柱的不必要功能[2]。

1.2 可靠性原則 客戶對(duì)立柱可靠性的需要已經(jīng)不滿足于一般的功能保證，而是希望在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持良好的性能和最低的全壽命周期成本。立柱的可靠性是通過(guò)設(shè)計(jì)、制造直至各個(gè)階段的共同努力保證的，其中設(shè)計(jì)是立柱可靠性的基礎(chǔ)，是重中之重。立柱的可靠性主要通過(guò)合理的配比缸徑、柱徑，提高抗沖擊性能和連接可靠性來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

1.3 系統(tǒng)最優(yōu)原則 從系統(tǒng)學(xué)的角度來(lái)說(shuō)，部分最優(yōu)設(shè)計(jì)或部分價(jià)值最高未必是整體最優(yōu)化整體價(jià)值最高，基于價(jià)值工程的立柱設(shè)計(jì)應(yīng)追求立柱整體最優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2 立柱失效形式

在煤礦生產(chǎn)過(guò)程中，立柱的失效問(wèn)題比較突出。通過(guò)對(duì)神東礦區(qū)某綜采面型生產(chǎn)過(guò)程中和大修期間的跟蹤調(diào)研，立柱累積失效近40%，給煤礦的安全管理與正常生產(chǎn)帶來(lái)了不利影響。對(duì)失效立柱進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)立柱失效的主要形式是缸筒銹蝕和活柱鍍層脫落，這一部分占失效立柱的90%；密封失效占8%；其他原因?qū)е铝⒅У恼?%。立柱的具體失效形式如圖1 所示。

圖1 立柱的失效形式

立柱缸筒銹蝕和活柱鍍層脫落的主要原因是煤礦井下特殊環(huán)境所致。井下工作環(huán)境比較惡劣，工作面粉塵、瓦斯較大，環(huán)境相對(duì)濕度基本在75%以上，同時(shí)含有S2-、SO42-等強(qiáng)腐蝕性離子[3]。對(duì)于密封失效，究其原因是立柱缸筒銹蝕后工作面中的煤塵進(jìn)入到缸口中，立柱伸縮動(dòng)作后造成密封失效。

3 功能分析

為解決立柱鍍層失效問(wèn)題，各個(gè)廠家采用不同缸筒、活柱鍍層形式，成本與效果也各不相同。本文從價(jià)值分析出發(fā)，分析各種鍍層的成本和價(jià)值，以保證在立柱設(shè)計(jì)中選用最佳的鍍層方案。以某礦用250 缸徑立柱為對(duì)象，對(duì)立柱設(shè)計(jì)時(shí)選用的鍍層方案進(jìn)行價(jià)值分析，該立柱的具體參數(shù)如表1 所示，不同的鍍層方案如表2 所示。

表1 立柱基本參數(shù)

表2 立柱不同電鍍方案

3.1 功能系數(shù)的確定 根據(jù)立柱電鍍層的作用確定立柱用電鍍層的功能系數(shù)各評(píng)價(jià)指標(biāo)，分別為鍍層的防銹性能、防護(hù)性能和再修復(fù)能力。對(duì)功能系數(shù)的評(píng)價(jià)采用歸一化處理方法，由聘請(qǐng)的專(zhuān)家組對(duì)功能系數(shù)的各評(píng)價(jià)指標(biāo)的重要程度予以評(píng)定，采用十分制進(jìn)行評(píng)價(jià)，滿分10 分。

3.2 成本系數(shù)的確定 把不同方案的成本相加得到成本總和，然后將不同方案的單個(gè)成本與成本總和相比較，即可得到各個(gè)方案的成本系數(shù)[4]。

3.3 功能價(jià)值評(píng)價(jià) 按照功能價(jià)值系數(shù)公式：功能價(jià)值系數(shù)=功能評(píng)價(jià)系數(shù)/功能成本系數(shù)，計(jì)算出各個(gè)功能的價(jià)值系數(shù)，如表3 所示。

表3 不同鍍層的價(jià)值分析

由表3 可知，方案2 的價(jià)值系數(shù)微大于1，說(shuō)明該方案的成本和功能基本匹配，處于合理狀態(tài)。而方案3 價(jià)值系數(shù)遠(yuǎn)小于1，說(shuō)明該方案成本過(guò)高功能較少。方案1 的價(jià)值系數(shù)遠(yuǎn)大于1，說(shuō)明該方案中成本比重遠(yuǎn)小于功能比重，這其中可能有以下原因：第一是目前成本偏低，以至于不能完全評(píng)價(jià)對(duì)象所具有的功能；第二種是在成本計(jì)算時(shí)沒(méi)有考慮立柱使用及維修過(guò)程中的成本。從價(jià)值工程的角度出發(fā)，方案1 和方案3 都屬于改進(jìn)的對(duì)象。綜上所述，方案2 是最優(yōu)方案。該方案已經(jīng)在實(shí)際的立柱設(shè)計(jì)中采用，從現(xiàn)場(chǎng)跟蹤和用戶反饋來(lái)看，采用該方案后立柱的使用壽命大幅提升，后期的維修成本降低60%左右。

4 結(jié)論

在總結(jié)基于價(jià)值工程的立柱設(shè)計(jì)原則的基礎(chǔ)上，通過(guò)價(jià)值分析確定了立柱設(shè)計(jì)時(shí)不同鍍層方案的價(jià)值系數(shù)，確定了最優(yōu)方案，并在井下工業(yè)性試驗(yàn)中得到了驗(yàn)證。由此可見(jiàn)，在立柱設(shè)計(jì)中引入價(jià)值工程是提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量、降低產(chǎn)品成本的一種行之有效的方法。

[1]王國(guó)法.高端液壓支架及先進(jìn)制造技術(shù)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2010.

[2]黃白林，王運(yùn)海.價(jià)值工程在露天采煤機(jī)設(shè)計(jì)研究中的應(yīng)用[J].煤炭技術(shù)，2002，21（12）.

[3]段孟杰.液壓支架立柱腐蝕失效分析及防范措施[J].河北煤炭，2002，5:28-29.

[4]甄翠敏，張志禮，李巧玲.價(jià)值工程方案評(píng)價(jià)法選擇開(kāi)拓方案[J].河北理工學(xué)院報(bào)，1999，21（4）：6-12.