硅谷杂志：ZY3800/8.5/19薄煤层液压支架的研制 |
| 2012-07-02 15:12 作者：高一芳 杨金勇 来源：硅谷网-《硅谷》杂志 HV： 编辑： 【搜索试试】
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摘要：详细介绍ZY3800/8.5/19型薄煤层液压支架的研制过程，给出支架的主要技术参数，对支架的主要结构件及立柱、千斤顶进行设计，计算得立柱及千斤顶的缸径、杆径及其行程。该支架采用pm32/vt简易电液控制系统作为其操作系统，实现正常、高效地安全生产。支架大部分结构采用Q460高强度钢板，部分盖板采用Q550高强度钢板。结构件在焊前进行预热，焊接时采用富氩气体保护，焊后进行回火处理，这样可以提高焊接结构的使用可靠性及寿命。介绍该支架设计的主要特点，ZY3800/8.5/19型液压支架具有广阔的应用前景。
关键词：液压支架；薄煤层；电液控制；
中图分类号：TD355文献标识码：A文章编号：1671—7597（2012）0120
【《硅谷》杂志2012年1月刊文】
0引言
煤炭工业是我国国民经济重要的基础产业，而综合机械化采煤是增加煤炭产量、提高经济效益的必经之路。我国煤炭资源丰富，薄煤层的储量占全部可采储量的五分之一，煤质好且分布面广。对于高瓦斯矿井来说，开采薄煤层还可以作为主采煤层的解放层[1]。为了有效利用这些煤炭资源，延长矿井的服务年限，针对这些矿井的煤层地质条件研究新型的薄煤层液压支架的非常必要的。高可靠性是薄煤层工作面对液压支架的要求之一，提高支架的可靠性，保持设备的功能、性能、寿命和成本的均衡，是提高薄煤层综采工作面长时间正常运转的关键[2]。
1ZY3800/8.5/19薄煤层液压支架的技术特征
通过计算得到的支架的主要技术特征如下表：
表1ZY3800/8.5/19薄煤层液压支架技术参数
部件 项目 技术参数 单位
支
架
总
体
性
能 工作阻力
初撑力
支护强度
对地板平均比压
支架高度
支架宽度
中心距
泵站压力
操作方法 3800
3040
0.71-0.74
1.3
0.85-1.9
1.4~1.6
1.5
31.5
邻架电液控制 KN
KN
MPa
MPa
m
m
m
MPa
2支架的主要结构设计
该支架的适用的采高为1.1-1.7m，由于薄煤层工作面的空间限制，支架要求在满足强度要求的条件下尽量的轻型化。本支架结构件主要采用Q460高强度钢板。
2.1顶梁
顶梁是与顶板直接接触的构件，除了需要满足一定的刚度和强度要求外，还要保证支护顶板的需要[3]。设计时，考虑到采煤机机身上方和支架顶梁前部需要有一定的间隙，在满足强度要求的情况下，将顶梁梁体的截面尺寸最小化。顶梁前端上翘41mm，可使顶梁与顶板更好的贴合。该顶梁具有伸缩梁，可有效的增强支架支护效果，在运输时可将伸缩梁收回以减小运输尺寸，使支架的运输更为便捷。顶梁为钢板焊接的箱形结构，钢板厚度一般为16～20mm，本支架的钢板厚度取20mm。上、下盖板之间焊有加强筋板，前梁部分由于载荷较少，按等强度原则，厚度逐渐减少。顶梁的部分盖板采用Q550高强度钢板。
2.2掩护梁
掩护梁采用由钢板焊接的整体直线形箱式结构，与前、后连杆铰接的耳座焊在其下部。设计有加强板焊在掩护梁的所有危险断面及危险焊缝处。该掩护梁的整体性好，结构强度也比较高，有利于矸石的滑落。
2.3前后连杆
本支架中，前连杆采用由钢板焊接而成的分体式箱形结构，尺寸较小、加工运输简单、稳定性较好。对称布置的两根前连杆，能够很好地提高掩护梁的掩护性能，并且能使掩护梁的受力状况得到一定的改善。后连杆采用由钢板焊接而成的整体式箱形结构，由于尺寸偏大，加工及运输都比较困难，但它具有良好的稳定性，可以增加支架的侧向稳定性和挡矸能力。
2.4立柱
为了提高支架的伸缩比，本支架在设计中采用双伸缩式立柱，立柱尺寸如下：外缸内径250mm，中缸外径235mm，中缸内径180mm，活柱外径160mm，行程为800mm。
2.5底座
在设计支架底座的长度时，考虑到如下方面：支架对底板的接触比压要小；支架内部应有足够的空间用于安装立柱、液压控制装置、推移装置和其他辅助装置；保证支架的稳定性[4]。本支架底座设计为中分式整体刚性底座，4条主筋焊接形成2个立柱安装空间，立柱柱窝前有过桥，小挡后部上方为箱形结构。设计时尽量减小了底座的前端尺寸以保证有足够的过人空间。为降低底座高度，底座和前后连杆的铰接点应尽可能低，并且采用水平过桥[5]。
2.6千斤顶
平衡千斤顶是保持顶梁平衡，调节合力作用点的关键部件，本支架设计有2个平衡千斤顶，缸径为140mm，杆径为85mm，行程取295mm。推力为485KN，拉力为376KN。
支架为电液控制，选用带有位移传感器的推移千斤顶。采用了正装差动连接以保证推移千斤顶的移架力大于推溜力，其缸径为140mm，杆径为85mm，行程取750mm。移架力为306KN，推溜力为178KN。
侧推千斤顶为内注液式，缸径为63mm，杆径为65mm，行程取170mm。推力为98KN，拉力为46KN。
伸缩梁千斤顶缸径为80mm，杆径为60mm，行程取600mm。推力为158KN，拉力为69KN。
3支架操作系统的设计
电液控制是新一代薄煤层液压支架的主要控制方式。本支架采用pm32/vt简易电液控制系统。系统配置有液压主阀、按键型驱动器、附属设备（电源箱，耦合器，邻架电缆）。该系统可以完成支架上所有的液压功能，同时还可以进行单键单动作、组合动作以及进行成组推溜和拉架。根据操作人员的井下观察，通过按键对液压主阀进行控制。发生异常时，该系统能够实现急停、报警、本架闭锁和故障诊断等功能。
简易控制系统能大幅度降低工人的劳动强度，将从前的手动操作片阀，变成简单的按键操作，显著的提高了支架的动作速度，提高了采煤机的割煤速度，从而增加生产效率。在提高效率的同时，也减少支架操作人员的人数，为安全生产提供保证。通过和左右邻架相连的电缆，对左右邻架以及再相邻的邻架进行控制，即可以对四个支架进行直接的控制，大幅度的提高了控制的效率。在目前的很多井下综采工作面上，支架操作人员通过直接的观察对支架进行控制。简易控制系统的程序可以为手动模式，进行邻架控制，组合动作以及成组推溜，这就满足了绝大多数井下采煤的要求。简易型控制系统的成本仅为标准电液控制系统的50%，而且增加控制器后，可以方便的将简易型控制系统转化成成标准电液控制系统[6]。
4工艺控制
顶梁、掩护梁、底座等大结构件的各种铰接孔采用专用4-6轴镗床进行整体加工，确保结构件孔的同轴度和配合间隙，同轴度可达0.5mm，有效保证了支架的稳定性，保证了结构件各孔中心距公差的一致性和互换性。
利用NX100数控智能机器人进行坡口加工，保证坡口外观及焊接质量。
结构件在焊前进行预热处理，防止焊缝产生裂纹，焊后进行回火处理，松弛或消除焊接应力，防止、延迟裂纹的产生和发展，提高焊接结构的使用可靠性和寿命[7]。
采用富氩气体保护焊焊接，首先打底焊6～8mm，然后采用“立->横->纵”的顺序焊接，这样做可以减小变形及应力[8]；结构件全部采用超声波和磁粉探伤技术。
进行喷丸处理可以消除表面应力，强化表面强度和提高表面质量。喷丸后，在流水线上按“喷底漆→电热→风烘干→喷面漆→烘干”的顺序完成喷漆，提高油漆表面质量和劳动效率。
5设计主要特点
ZY3800/8.5/19薄煤层液压支架的主要特点如下：
1）考虑到薄煤层采煤工作面作业空间有限，该支架设计结构紧凑，构件薄型化，没有使用活动测护板，便于人行和通风；
2）为了提高支架的可靠性与使用寿命，该支架立柱和千斤顶的密封件均采用进口的高性能产品；
3）该支架采用邻架电液控制系统，大幅度降低了工人的劳动强度，显著的提高支架动作速度，提高采煤机的割煤速度，从而增加生产效率；
4）移架过程中实现了恒压带压移架，十分有利于保护顶板围岩的稳定。
6结论
ZY3800/8.5/19薄煤层液压支架成功地运用了电液控制系统，增强了支架的适应性，提高了可靠性，使操作更为简便，并且加快了移架速度。该支架适用于采高范围为1.1~1.7m、工作面长度为200m、中等稳定顶板的开采工作面，配套的采煤机型号为MG2×70/300-BWD，刮板输送机型号为SGZ-730/500。ZY3800/8.5/19薄煤层液压支架在井下得到了良好的应用，在其他具有类似条件的煤矿中也具有广阔的推广应用前景。
参考文献：
[1]《综采技术手册》编委会，综采技术手册，北京：煤炭工业出版社，2000.
[2]王国法，液压支架技术[M].北京：煤炭工业出版社，1999.
[3]丁绍南，液压支架设计[M].北京：世界图书出版社，2008.
[4]赵世来、柯昌青、王旭、孙博、杨飞远，液压支架新要求和设计方面的注意事项[J].煤矿机械，2010，31（12）：21-22.
[5]王翠芬，ZY3500/08/15（17）D薄煤液压支架的研究[J].机电产品开发与创新，2010，23（4）：55-56.
[6]李保朝，液压支架电液控制技术研究与应用[J].中州煤炭，2006，2：7-8.
[7]王罡，浅析煤矿液压支架结构件焊接工艺[J].煤，2008，01：32-33.
[8]刘安民、闫琳，ZY2800/8.5/16掩护式薄煤层支架焊接工艺[J].山东煤炭科技，2004，4：6.
作者简介：
高一芳（1986-），女，汉族，山西吕梁人，现就读于中国矿业大学机电学院机械工程专业，研究方向：薄煤层液压支架的设计及关键技术的研究。（注：本文版权归作者本人和硅谷杂志所有，禁止他人未经授权转载）
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