淺析液壓支架的設(shè)計和制造工藝

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淺析液壓支架的設(shè)計和制造工藝

曹從磊桑梓
（卡特彼勒（鄭州）有限公司，河南 鄭州 450103）

在煤礦企業(yè)綜采工作面作業(yè)過程中，液壓支架作為不可或缺的設(shè)備，其對綜采工作面生產(chǎn)效率和安全性的提高具有直接的影響。由于液壓支架具有較好的有效性和可靠性，所以在當(dāng)前礦井機(jī)械化開采技術(shù)中已占據(jù)非常重要的位置。本文從液壓支架的工作原理入手，對液壓支架設(shè)計與制造過程中存在的問題進(jìn)行了分析，并進(jìn)一步對液壓支架的設(shè)計要點及設(shè)計制造工藝的優(yōu)化進(jìn)行了具體的闡述。

液壓支架；工作原理；設(shè)計要點；制造工藝

液壓支架作為煤礦工作面開采過程中非常重要的一項設(shè)備，其占整體設(shè)備投資的較大比例，由于液壓支架具有較好的可靠性，所以對工作面生產(chǎn)效率和安全的提升起到了十分重要的作用。通過對液壓支架技術(shù)水平的不斷提升，對推動機(jī)械化綜采水平和技術(shù)的進(jìn)步起到了有效的促進(jìn)作用。所以需要加快提升液壓支架設(shè)計和制造工藝的水平，確保煤礦綜合機(jī)械化開采水平的提高。

1 液壓支架的工作原理

目前液壓支架要在應(yīng)用過程中其技術(shù)也得以不斷發(fā)展和完善，目前液壓支架具有較多的種類，但在基本共用方面并沒有多大的差異。在液壓支架應(yīng)用過程中，其需要由乳化液泵站為其提供高壓液體作為液壓支架的動力，在移架、升降及轉(zhuǎn)移等常規(guī)動作時則需要由液壓系統(tǒng)通過控制液壓缸來實現(xiàn)。在綜采工作面進(jìn)行應(yīng)用過程中，主要是通過主管路和各支架將多個獨立的液壓功能系統(tǒng)并聯(lián)在一起，在液壓支架結(jié)構(gòu)中設(shè)置控單向閥和安全閥，同時在鄰架上進(jìn)行操作閥的設(shè)置。

目前較為常用的液壓支架通?？梢苑譃槿N，即掩護(hù)式支架、支撐式支架和支撐掩護(hù)式支架。根據(jù)支架部件的作用和功能的不同，還可以進(jìn)行如下劃分：

（1）承載結(jié)構(gòu)部件，如掩護(hù)梁、頂梁、連桿、尾梁及底座等，可以承受和傳遞頂板及垮澆巖石所產(chǎn)生的載荷。

（2）液壓動力系統(tǒng)，這是支架中核心部分，主要包括各種液壓油缸，為支架動作時提供動力支持。

（3）保障部件，如液壓管路、電控元件、單向閥、安全閥及操作閥等。通過這些部件來控制和操作液壓油缸的各種動作，確保支架能夠正常的進(jìn)行工作。

（4）配套裝置，如推移、伸縮梁、防倒防滑及連接件、側(cè)護(hù)板等，這些裝置可以確保支架部分動作和功能得到實現(xiàn)。

2 液壓支架設(shè)計與制造過程中存在的問題

我國液壓支架設(shè)計工藝的整體水平與發(fā)達(dá)國家還存在一定的差距，但經(jīng)過多年的不懈努力，目前我國已能夠獨立進(jìn)行設(shè)計和制造能夠適應(yīng)各種復(fù)雜煤礦開采條件的多種架型和品種的液壓支架，而且在部分液壓支架的設(shè)計和制造上已處于世界領(lǐng)先水平。但在當(dāng)前液壓支架設(shè)計和制造過程中還存在著一些不足之處。

（1）目前在液壓支架設(shè)計過程中，由于模擬壓架三維有限元和平面受力等分析上還存在不完善的地方，從而導(dǎo)致當(dāng)前我國液壓支架在設(shè)計上還存在較大的缺陷；

（2）液壓支架設(shè)計和制造過程中所使用的鋼板無論是強(qiáng)度還是綜合機(jī)械性能方面都與國外相關(guān)工藝存在較大的差距。目前我國液壓支架采用的鋼板曲強(qiáng)度較小，無法達(dá)到優(yōu)秀支架構(gòu)件制造工藝的要求，同時鋼板綜合機(jī)械化性能相對也較差。

（3）目前在液壓支架設(shè)計和制造過程中焊接工藝和技術(shù)水平還存在不足之處，特別是焊縫成型技術(shù)在高強(qiáng)度焊絲缺乏的情況下導(dǎo)致其技術(shù)發(fā)展較為遲緩。

（4）由于液壓油缸在密封上還采用聚氨酯材料，可靠性較差，達(dá)不到良好的密封效果，對產(chǎn)柱和千斤頂?shù)拿芊饧夹g(shù)水平不高，在密封操作中效果并不顯著。

（5）由于電液閥制造技術(shù)的限制，我國液壓支架中使用的閥門無論是加工技術(shù)還是使用壽命都得不到有效的保障，在國際市場中缺乏競爭力。

3 液壓支架的設(shè)計要點

液壓支架的組成包括頂梁、掩護(hù)梁、立柱、底座、四連桿機(jī)構(gòu)、千斤頂、側(cè)護(hù)板等基本部分，要遵從強(qiáng)度高、支護(hù)性顯著、移架操作便捷、安全性強(qiáng)等設(shè)計原則。在長壁采集的工作面當(dāng)中，液壓支架作為重要的支護(hù)設(shè)備，要對采集現(xiàn)場的頂板起到支護(hù)作用，使得作業(yè)空間能夠得到基本有效維護(hù)，并推移工作面的采運(yùn)設(shè)備。

目前在液壓支架的四連桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用方面，均首選雙搖桿技術(shù)，即以機(jī)架為底座，前后連桿即掩護(hù)梁均為連架桿，其通過對頂梁進(jìn)行雙紐線軌跡的運(yùn)動控制，約束梁端距離的變化量，使得頂板的管理性能得到加強(qiáng)與提高，為重要的連接部件之一。

在實際工作的應(yīng)用當(dāng)中，不同環(huán)境與條件下所使用的不同液壓支架在四連桿機(jī)構(gòu)方面也會存在根本上的不同，因此要進(jìn)行區(qū)分設(shè)計，例如薄煤層的開采工作時，采用的液壓支架在前連桿與底座鉸接點位置上與其他煤層所使用的液壓支架具有較大區(qū)別。大多數(shù)液壓支架在對四連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計時，將減輕液壓支架的重量以及縮小附加力作為設(shè)計方向，但是薄煤層開采所使用的液壓支架在設(shè)計時，要重點考慮四連桿機(jī)構(gòu)的最小高度設(shè)計，目前解決方法為降低前連桿與底座鉸接點，增加前連桿的長度以及縮小掩護(hù)梁的背角。

4 設(shè)計制造工藝的優(yōu)化

液壓支架在煤礦企業(yè)綜采工作面作業(yè)過程中發(fā)揮非常重要的作用，可能為開采作業(yè)提供一個較為安全的空間環(huán)境，而且在工作面推進(jìn)過程中設(shè)備能夠相應(yīng)的隨之進(jìn)行移動，有效的確保開采工作的高效性和安全性。這就需要在液壓支架設(shè)計制造過程中，需要嚴(yán)格對其質(zhì)量進(jìn)行控制，合理選擇原料，同時還要做好焊前預(yù)熱及焊后的熱時效處理工作，有效的確保焊縫質(zhì)量的提升。在密封方面，可以采用錐剛性密封，對于一些較為重要的密封件則可以直接選擇進(jìn)口材料，從而有效的提高閥門的質(zhì)量，確保閥門的使用性能。另外，還要根據(jù)作業(yè)現(xiàn)場施工面的具體情況來加強(qiáng)對個性化液壓支架的設(shè)計工作，從而確保液壓支架在應(yīng)用過程中能夠更好的與開采環(huán)境適應(yīng)，確保開采效率提高，有效的提升能源的開采率。

結(jié)語

液壓支架主要用于煤礦企業(yè)綜采工作面作業(yè)中，所以液壓支架的設(shè)計和制造工藝的好壞與煤礦生產(chǎn)企業(yè)的效益息息相關(guān)，因此需要在液壓支架的設(shè)計制造過程中加快引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)，對設(shè)計上的缺陷進(jìn)行改進(jìn)，選擇優(yōu)質(zhì)的材料，確保液壓支加功效和使用壽命的延長，從而更好的推動液壓支架技術(shù)的快速發(fā)展。

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