崔貝貝

(山西晉城煤業(yè)集團(tuán) 金鼎公司，山西 晉城 048006)

1 護(hù)幫機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究背景

6.2 m高端液壓支架是山西晉城煤業(yè)集團(tuán)金鼎公司自主研發(fā)的國內(nèi)先進(jìn)的大采高支架，它具備高可靠性，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于一次采全高的大型礦井，并獲得了使用者的一致好評(píng)。6.2 m高端液壓支架重要組成部分伸縮梁位于支架頂梁的前端，主要用于防止工作面煤壁上方頂煤冒落。在最近的一批修理支架中，發(fā)現(xiàn)有部分的伸縮梁與托板連接處的耳板彎曲變形嚴(yán)重，如果進(jìn)行修理，則需將變形的耳板割下，再重新進(jìn)行下料、拼裝和焊接，但由于塞焊孔無法焊接的緣故，這樣盡管修理完成，但遠(yuǎn)達(dá)不到原先的強(qiáng)度。因此，需要重新更換伸縮梁，從而造成了成本的嚴(yán)重浪費(fèi)，且耗時(shí)較長(zhǎng)，影響生產(chǎn)進(jìn)度。

為解決6.2 m高端液壓支架在井下支護(hù)過程中受地理環(huán)境等不可控因素影響導(dǎo)致的支架頂梁前端受力不均勻，從而造成伸縮梁與托板連接處耳板變形嚴(yán)重的問題，本文對(duì)其伸縮護(hù)幫機(jī)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)研究。

2 耳板變形問題原因分析

6.2 m液壓支架的伸縮梁位于頂梁前端內(nèi)部，具有可伸縮性，而托板一端與伸縮梁耳板處鉸接，另一端浮動(dòng)在頂梁滑道中。護(hù)幫板與伸縮梁鉸接，托板通過兩個(gè)液壓缸與護(hù)幫板連接，進(jìn)而來控制護(hù)幫板的轉(zhuǎn)動(dòng)。在采煤支護(hù)過程中影響托板受力不均勻的原因有：

(1) 采煤過程中，托板受到護(hù)幫處傳來的力，而護(hù)幫受到煤壁傳來的力，由于煤壁處傳來的力本身是不均勻的，導(dǎo)致托板受力不均勻，從而會(huì)在軌道中出現(xiàn)左右偏移，對(duì)連接耳板造成沖擊。

(2) 采煤支護(hù)過程中，經(jīng)常收、打護(hù)幫，也會(huì)對(duì)托板造成沖擊。

(3) 在供液和停液瞬間，受液體或是膠管長(zhǎng)短等客觀因素影響，雙液壓缸存在不同時(shí)性，同樣也會(huì)造成托板受力的不均勻。

當(dāng)出現(xiàn)上述這幾種情況時(shí)，一旦耳板處受到的不均勻力超過耳板的抗彎強(qiáng)度，就會(huì)導(dǎo)致耳板變形彎曲。

3 護(hù)幫機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 初始設(shè)計(jì)思路與方案

為提高變形耳板的屈服強(qiáng)度，初始設(shè)計(jì)思路是在選用材料方面考慮使用強(qiáng)度更高一級(jí)的高強(qiáng)板，可是更換材質(zhì)后，依然不能從根本上解決連接耳板的變形問題。因?yàn)?，煤層條件為不可控因素，即使更換了高強(qiáng)板，只是會(huì)降低耳板變形的可能性，并不能徹底消除這一現(xiàn)象，當(dāng)出現(xiàn)大塊頂煤落下時(shí)，依然會(huì)突破耳板屈服極限，出現(xiàn)變形問題。所以還是需要通過優(yōu)化設(shè)計(jì)來解決連接耳板變形問題。

3.2 護(hù)幫機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)思路與方案

針對(duì)連接耳板變形問題，我們建立了液壓支架護(hù)幫機(jī)構(gòu)系統(tǒng)組件模型，如圖1所示。

圖1 液壓支架護(hù)幫機(jī)構(gòu)系統(tǒng)組件模型

圖1的液壓支架護(hù)幫機(jī)構(gòu)系統(tǒng)組件模型清楚地描述了系統(tǒng)中的組件都有哪些，以及它們之間的相互關(guān)系。經(jīng)分析研究考慮了以下幾個(gè)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案：

(1) 考慮將托板滑板滑道更改為滾珠滑道，這樣就可以直接利用液壓缸來控制伸縮梁在頂梁滑道內(nèi)的伸縮，從而避免了耳板變形。

(2) 考慮增焊加強(qiáng)筋，即在耳板變形側(cè)增焊加強(qiáng)筋，這在一定程度上抵御了托板處傳來的不均勻力，改善了耳板變形。

(3) 利用反向作用原理考慮增焊彎蓋板，即在耳板變形內(nèi)側(cè)增焊一彎板，通過添加反向支撐徹底抵消耳板變形。

3.2.1 方案評(píng)估

針對(duì)上述3個(gè)方案分析如下：

方案(1)：一定程度上解決了耳板變形問題，但改動(dòng)范圍大，改進(jìn)后的托板受力不如原來，考慮伸縮護(hù)幫機(jī)構(gòu)主要是用于支護(hù)，所以支護(hù)強(qiáng)度是首要考慮的問題，為此，排除方案(1)。

方案(2)：可以解決耳板變形問題，改動(dòng)范圍小，且強(qiáng)度增強(qiáng)了。但是由于耳板連接處間隙太小，焊接工藝難以得到很好解決，只能焊接一小部分的加強(qiáng)筋，這樣加強(qiáng)筋在井下較容易撞掉，為此，也排除方案(2)。

方案(3)：可以徹底解決耳板變形問題，改動(dòng)范圍小，且在一定程度加強(qiáng)了連接強(qiáng)度，同時(shí)也不存在焊接困難，選擇此方案。

3.2.2 方案實(shí)施

通過校核和三維仿真設(shè)計(jì)，得出了護(hù)幫機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，如圖2所示。

4 大高差巷道支護(hù)機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新點(diǎn)及推廣應(yīng)用前景

該優(yōu)化設(shè)計(jì)充分利用了反向作用原理，徹底改善了不可控因素帶來的有害變形，進(jìn)一步提升了該液壓支架的性能。

通常情況下，支架耳板變形就需要更換伸縮梁，一件6.2 m的支架伸縮梁造價(jià)約3.5萬元，而一塊彎板所有工序加在一起合計(jì)500元。由此可見，此次優(yōu)化設(shè)計(jì)取得的經(jīng)濟(jì)效益非常顯著，大約每架支架在伸縮梁修理方面可節(jié)約34 500元。

圖2 護(hù)幫機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

本優(yōu)化設(shè)計(jì)從根本上解決了掩護(hù)式大采高液壓支架伸縮護(hù)幫機(jī)構(gòu)耳板變形問題，為該系列支架的伸縮護(hù)幫機(jī)構(gòu)提供了有效支持，預(yù)計(jì)未來推廣前景良好。

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