康鑫

摘? 要：液壓支架再制造技術(shù)是在瀕臨報廢的液壓支架的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，滿足使用要求進(jìn)而提高工作效率。設(shè)計(jì)中最大程度地保留了原有主體部件，通過再制造技術(shù)進(jìn)行修復(fù)。該文對老舊液壓支架進(jìn)行再制造設(shè)計(jì)和加工技術(shù)進(jìn)行了分析，實(shí)現(xiàn)降本提效的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：液壓支架;再制造;降本提效;設(shè)計(jì)加工

中圖分類號：TD355 ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

隨著開灤集團(tuán)綜采技術(shù)的不斷發(fā)展，新建采面不斷增多，許多液壓支架因?yàn)闈M足不了復(fù)雜采面的特殊要求而面臨被淘汰趨勢。如果將所有無法滿足使用要求的液壓支架全部淘汰，顯然是不符合科學(xué)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型要求的。鐵拓公司憑借著大量的液壓支架設(shè)計(jì)、制造的積累，在對液壓支架的再制造方面也有很豐富的經(jīng)驗(yàn)。

1 再制造原型支架存在的問題

再制造支架的原型是開灤（集團(tuán)）東歡坨礦業(yè)分公司在用的ZY4000/10/23型掩護(hù)式液壓支架。該支架正在服役的數(shù)量已達(dá)到數(shù)百組，但多數(shù)支架年限超過8年，損壞嚴(yán)重，維修成本增高。根據(jù)該礦的煤層儲備情況，可開采的相近煤層儲量非?？捎^，對該型號的支架需求量很大。同時該礦的薄煤層采面條件不好，屬于軟底采面。ZY4000/10/23型液壓支架具有使用率高、結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)。與快速發(fā)展的綜采技術(shù)相比，該支架還是暴露出無法滿足開采效率的不足。1）推移千斤頂?shù)囊萍芰π。髁啃?，無法滿足高效率開采過程中的快拉架要求。2）該礦的薄煤層采面大多是下山開采，在快速移架的過程中存在頭重腳輕的載頭現(xiàn)象。3） 在軟底采面作業(yè)時，該支架的底座出現(xiàn)下陷的問題，無法實(shí)現(xiàn)正常移架。4）該支架的液壓系統(tǒng)管路復(fù)雜、操縱不便。綜上所述，光靠對該支架進(jìn)行維修已經(jīng)無法保證正常的開采銜接和開采效率。從設(shè)備采購的總體計(jì)劃以及項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性、工期要求等方面考慮，不具備做一套全新支架的條件。通過對支架狀態(tài)的分析以及滿足采面地質(zhì)條件的技術(shù)要求，經(jīng)過多次方案的討論、修改最終確定對ZY4000/10/23型液壓支架進(jìn)行再制造設(shè)計(jì)。

2 再制造設(shè)計(jì)與加工

2.1 分析原因

原型ZY4000/10/23支架的頂梁為整體式帶內(nèi)伸縮梁結(jié)構(gòu)，整體頂梁前端支撐力大，可以有效地支護(hù)機(jī)道上方的頂板，防止工作面片幫冒頂。但是頂梁的前端重，在移架過程中容易出現(xiàn)載頭現(xiàn)象。

底座是整體底座，整體底座是用鋼板焊接成的箱式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊、整體性強(qiáng)、穩(wěn)定性好，與底板接觸面積大，比壓小，但底座中部排矸性能較差。底座內(nèi)部推移機(jī)構(gòu)壓在底座底板上無法實(shí)現(xiàn)抬底座功能。并且底座的主筋高度不夠，也無法布置倒裝推移千斤頂[1]。

液壓系統(tǒng)為手動鄰架控制。該方式的特點(diǎn)是節(jié)省成本、維修方便。但該操縱系統(tǒng)配套的手動操縱閥體積大，所占空間大。鄰架控制系統(tǒng)需要配置支架多通塊，操縱閥實(shí)現(xiàn)每個功能的乳化液都需要通過膠管先進(jìn)入到相鄰支架的過架多通塊，然后還要通過膠管進(jìn)入相應(yīng)的千斤頂或控制閥內(nèi)。這樣的控制系統(tǒng)管路相當(dāng)復(fù)雜，不適宜用在本身空間就有限的薄煤層支架中。

受以上結(jié)構(gòu)形式和液壓系統(tǒng)的限制，該支架的推移千斤頂采用的是缸徑/桿徑為φ140/φ70 mm的正裝差動形式，移架力和推溜力分別為360 MPa和272 MPa。流量為200 L/min，無抬底座機(jī)構(gòu)。因此，就出現(xiàn)了前邊所說支架的移架力小、頭重腳輕、底座下陷和操縱不便的現(xiàn)象。

2.2 制定改造方案

經(jīng)過對支架結(jié)構(gòu)和存在問題的分析，在制定改造方案時還需要考慮再制造支架的經(jīng)濟(jì)性。通過三維建模的輔助進(jìn)行支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，可以更直觀地觀察支架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，可以更快速地找到改進(jìn)方案，更高效地對支架的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。最后通過理論計(jì)算進(jìn)行強(qiáng)度校核之后確定改造設(shè)計(jì)方案。通過分析，支架制新部分為底座、推桿、推移千斤頂、抬底千斤頂和頂架。其余結(jié)構(gòu)全部可以再制造后復(fù)用[2]。

底座改為分體式底座，該形式底座由左右2個部分組成。該結(jié)構(gòu)排矸性能好，對底板起伏不平的適應(yīng)性強(qiáng)。可以布置抬底座機(jī)構(gòu)，在軟底采面作業(yè)，支架底座下陷時可以利用抬底座機(jī)構(gòu)將底座前端抬起，底座的抬起量為109 mm，可以完全滿足薄煤層支架的正常移架?？梢圆贾玫寡b推移千斤頂結(jié)構(gòu)，推移頂采用缸徑/桿徑為φ140/φ70 mm的普通雙作用千斤頂，移架力和推溜力分別為485 MPa和212 MPa，移架力增大到原來的1.35倍，如圖1所示。

底座重新設(shè)計(jì)之后后端重量增加了800 kg，并且對前后連桿的鉸接點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整使支架整架的重心向后移動的105 mm，向下移動123 mm?？梢杂行П苊庠谙律介_采時快速移架的過程中出現(xiàn)頭重腳輕的載頭現(xiàn)象，如圖2所示。

液壓系統(tǒng)升級為手動鄰架多芯管先導(dǎo)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有系統(tǒng)簡單可靠、適應(yīng)性強(qiáng)、價格合理等優(yōu)點(diǎn)。并且該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊具有免拔管式優(yōu)點(diǎn)，所有部件均為插裝式便于維護(hù)，在連接上采用液路集成和多芯管連接技術(shù)，實(shí)現(xiàn)一根過架管。解決了支架多根膠管過架空間小、困難大、雜亂不易布置等問題，并將推移千斤頂?shù)牧髁吭黾拥?00 L/min，滿足了高效率開采過程中的快拉架要求。

2.3 復(fù)用部件再制造

根據(jù)設(shè)計(jì)方案的要求，支架除底座之外的全部金屬結(jié)構(gòu)件以及大部分的立柱千斤頂都需要經(jīng)過再制造后復(fù)用。

2.3.1 結(jié)構(gòu)件再制造修復(fù)

結(jié)構(gòu)件的再制造工藝流程有4點(diǎn)。1）表面預(yù)處理，采用多噴頭全角度，覆蓋率在95%以上的專業(yè)設(shè)備對結(jié)構(gòu)件表面進(jìn)行100%噴砂除銹。2）焊縫探傷，采用磁粉+超聲波綜合探傷，不低于Ⅱ級焊縫要求，對主要焊縫進(jìn)行100%探傷。3）焊接修復(fù)，對焊縫有缺陷級輕微母材損傷的部位進(jìn)行等強(qiáng)匹配焊接，焊前預(yù)熱150 ℃～200 ℃，焊后保溫并整體消除應(yīng)力。4）鉸接孔修復(fù)，高溫堆焊后進(jìn)行整體鏜孔修復(fù)，對變形的鉸接孔實(shí)現(xiàn)100%修復(fù)，粗糙度不低于6.3，同軸度不低于0.5。5）外表面噴漆，修復(fù)后結(jié)構(gòu)件外表面噴一遍底漆2遍面漆，漆膜厚度大于100 μm。

2.3.2 立柱、千斤頂再制造修復(fù)

立柱、千斤頂?shù)脑僦圃旃に嚵鞒逃?點(diǎn)。1）外表面預(yù)處理，采用自旋轉(zhuǎn)式噴丸裝置，覆蓋率在98%以上，對缸體表面進(jìn)行100%噴砂除銹處理。2）內(nèi)孔絎磨，內(nèi)置壓力傳感器裝置精準(zhǔn)控制，內(nèi)孔100%進(jìn)行絎磨，粗糙度Ra0.4，尺寸公差H9。3）外圓熔覆，采用冶金結(jié)合技術(shù)對桿類零件外圓進(jìn)行再制造。4）缸口熔覆，對缸筒缸口密封面進(jìn)行再制造，所用的新型材料是防腐性能提高3倍[3]。

通過以上專業(yè)的技術(shù)、工藝與設(shè)備，對相關(guān)部件進(jìn)行的再制造修復(fù)，使其尺寸、形狀、壽命和性能等方面均不亞于制新產(chǎn)品。

3 再制造支架產(chǎn)生的效益

ZY4000/10/23再制造液壓支架總重14.5 t，其中支架的伸縮梁、頂梁及側(cè)護(hù)板、掩護(hù)梁及側(cè)護(hù)板、前后連桿等部件全部使用舊件經(jīng)過修復(fù)后復(fù)用，制新部分只有底座、推桿、小過橋以及推移千斤頂和抬底千斤頂。復(fù)用件總重9 t，占比62%。再制造液壓支架可以延長支架的使用壽命，提高產(chǎn)品技術(shù)性能和附加值，以最低的成本、最少的能源資源消耗完成產(chǎn)品的全壽命周期。該項(xiàng)目節(jié)能可達(dá)到60%以上，節(jié)材70%以上。最大限度地挖掘制造業(yè)產(chǎn)品的潛在價值，讓能源資源接近“零浪費(fèi)”。

液壓支架再制造項(xiàng)目符合大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、低碳經(jīng)濟(jì)，具體來說包括3個方面。1） 資源效益，減少原生資源的開采，減少能源的消耗。再制造項(xiàng)目在嚴(yán)格保證各結(jié)構(gòu)件的質(zhì)量的前提下，最大程度地利用舊部件。減少鋼板等原材料的用量，所需能源是新品所需的20%～25%。2） 環(huán)保效益。全球污染排放物70%來自制造業(yè)。美國對鋼鐵材料的統(tǒng)計(jì)，再制造比制造新產(chǎn)品減少大氣污染86%，水污染76%，固體廢物97%，節(jié)水40%，并大大減少二氧化碳等溫室氣體排放。3） 提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)競爭力。再制造不但可以為企業(yè)減少設(shè)備采購資金，而且可以大大減少因企業(yè)設(shè)備故障造成的減產(chǎn)、停產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 蘇磊.液壓支架綠色設(shè)計(jì)及關(guān)鍵零部件再制造技術(shù)研究[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2014（13）：1.

[2] 王國法.液壓支架技術(shù)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，1998.

[3]戰(zhàn)秋英.綜采液壓支架電業(yè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[J].淮南職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2013（1）：23.