高端液壓支架立柱千斤頂?shù)木S修及試壓試驗(yàn)改進(jìn)

王建國(guó)

（長(zhǎng)治市潞安漳村恒達(dá)工貿(mào)有限公司，山西長(zhǎng)治 046032）

0 引言

在國(guó)內(nèi)采煤工藝逐漸完善以及高端液壓支架需求逐漸增加的大環(huán)境下，中國(guó)高端液壓支架的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)技術(shù)得到了極大的提高，同時(shí)國(guó)產(chǎn)化的高端液壓支架也在實(shí)際應(yīng)用中得到了認(rèn)可。高端液壓支架大量應(yīng)用于生產(chǎn)的同時(shí)，維修工作量也日漸增加。液壓支架的構(gòu)造復(fù)雜、主次分明，立柱和千斤頂是液壓支架平衡頂部壓力和更換零件部位的重要構(gòu)件。通過(guò)與過(guò)去的液壓支架進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn)，高端液壓支架的優(yōu)點(diǎn)是立柱寬度長(zhǎng)、運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、千斤頂?shù)念?lèi)型多，缺點(diǎn)是維修難度系數(shù)高，尤其在試壓試驗(yàn)過(guò)程中，安全性要求更高[1]。

1 液壓支架立柱拆解及試壓試驗(yàn)存在問(wèn)題

（1）立柱導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)拆卸扳手和缸底端的擰緊扳手要求較為嚴(yán)格，因此需要額外制造一種特殊規(guī)格的扳手來(lái)作業(yè)。在實(shí)際作業(yè)中，這種規(guī)格差異極易造成工作量的加大，減慢操作效率。

（2）立柱的特點(diǎn)是雙向伸縮、寬度大、體積大，頻繁的安裝和拆卸過(guò)程都會(huì)加大工作難度，增加勞動(dòng)量。因此，如何簡(jiǎn)單地完成拆解是必須要衡量的因素。

（3）活柱在進(jìn)行拆卸時(shí)，底閥的拆卸過(guò)程耗時(shí)較久，需要設(shè)計(jì)合理的拆卸方案和方法，加大了作業(yè)量和作業(yè)時(shí)間。另外，在對(duì)立柱進(jìn)行試壓時(shí)需要操作人員完成柱體的扭轉(zhuǎn)，操作難度系數(shù)高，而且安全得不到保障[2]。

（4）目前試壓區(qū)域面積和液箱實(shí)際容積均不相同，需要額外增加可試壓立柱的個(gè)數(shù)，這就導(dǎo)致試壓時(shí)長(zhǎng)延長(zhǎng)，整體作業(yè)效率降低。

2 修理工藝改造及試壓試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 修理工藝改進(jìn)

依照過(guò)去的拆卸方法對(duì)液壓支架進(jìn)行拆解時(shí)，先將外層大缸的導(dǎo)向套拆除，露出中缸。在對(duì)中缸的導(dǎo)向套進(jìn)行拆解時(shí)，一般都會(huì)出現(xiàn)不可預(yù)知的難題，也就是目前存在的拆解方案不適用于獨(dú)立中缸的導(dǎo)向套拆除工作，同時(shí)焊接鋼板的拆除方法也會(huì)影響柱面的完整性。另外，立柱和工裝扳手的體積大，頻繁安裝和調(diào)整扳手類(lèi)型會(huì)增加勞動(dòng)強(qiáng)度。因此，新的解決方案充分發(fā)揮立柱本身的摩擦作用，先進(jìn)行中缸導(dǎo)向套的拆卸，再完成大缸導(dǎo)向套的拆卸[3]。

綜合以上問(wèn)題，提出了新的拆解方法，依據(jù)導(dǎo)向套和缸底結(jié)構(gòu)的差異性，設(shè)計(jì)了合理的拆解扳手。將新的大缸導(dǎo)向套拆卸扳手代替舊扳手與棘輪粘貼在一起，在扳手的左右兩邊增加2個(gè)擋塊，用于固定中缸導(dǎo)向套的拆卸扳手。利用這個(gè)新方案將中缸導(dǎo)向套成功拆卸之后，拿掉固定用的扳手，將拆缸機(jī)整體前移，進(jìn)行接下來(lái)外層大缸導(dǎo)向套的拆卸工作。如此一來(lái)，降低了頻繁安裝和調(diào)整扳手勞動(dòng)強(qiáng)度。工裝按照柱底部的通液槽和螺孔的特殊設(shè)計(jì)，合理利用扳手進(jìn)行缸機(jī)的拆卸。適用于拆解中缸拆卸工作的設(shè)計(jì)方案如圖1所示。

圖1 拆解中缸專(zhuān)用的拆解工裝

對(duì)活柱進(jìn)行拆解時(shí)，判斷底閥的取出難度共制作了兩種拆解工裝。第一種是適用于底閥短時(shí)間內(nèi)取出時(shí)的拆解工裝，如圖2所示。

圖2 底閥可取出時(shí)拆解工裝

工裝和接頭座連接在一起，利用壓強(qiáng)分開(kāi)活柱和中缸。第二種適用于部分底閥取出難度較大，利用的拆解工裝方案如圖3所示。

圖3 底閥不可取出時(shí)拆解工裝

工裝首先擰緊固定用螺塞的螺孔，然后使用擠壓底閥頂部的桿管將其打開(kāi)。在工裝的最底部裝置有接頭座，可以插各種類(lèi)型的液管。這種工裝能夠解決不取出底閥的同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)活柱和中缸的拆分，從而將取底閥工作簡(jiǎn)單化[4]。

以過(guò)去拆解速率為例，8名工作人員每天只能拆解4根立柱，要拆解60架240根的立柱就要耗時(shí)3個(gè)月，應(yīng)用新技術(shù)的工裝和工具后，只需3周。這種方法大大降低了拆解成本，節(jié)省了大約21萬(wàn)元。

2.2 試壓試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.2.1 試壓試驗(yàn)框架的設(shè)計(jì)

在實(shí)際分析后發(fā)現(xiàn)，高端液壓支架的立柱結(jié)構(gòu)一般是雙伸縮式，這種結(jié)構(gòu)缸徑大、千斤頂類(lèi)型廣，但維修過(guò)程繁瑣，不僅需要多種類(lèi)的試壓試驗(yàn)框架，而且成本支出也較大。因此，設(shè)計(jì)研發(fā)出分體式試壓試驗(yàn)構(gòu)圖，滿足所有種類(lèi)的立柱和千斤頂?shù)脑噳涸囼?yàn)要求極其重要。分體式試壓框架如圖4所示。

圖4 分體式試壓框架

（1）外部結(jié)構(gòu)

分體式試壓框架的外部結(jié)構(gòu)如圖4（a）所示。外部主體結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，一般屬于同一框架——分體式試壓框架，作用是平衡試壓試驗(yàn)時(shí)的結(jié)構(gòu)壓力。目前常見(jiàn)的體積最大液壓支架是ZTZ20000/25/3 8型液壓支架[5]。這種支架的立柱作業(yè)阻力達(dá)到了3 250 kN。壓強(qiáng)的計(jì)算公式是：

p=F/S

式中：p為工作壓強(qiáng)，MPa；F為立柱操作阻力，3 250 kN；S為球面局部面積，0.033 m2。

經(jīng)計(jì)算p=98 MPa。

支架整體結(jié)構(gòu)的連接依靠厚度為30 mm的Q345鋼板，這種構(gòu)造含有的屈服強(qiáng)度比目前體積最大的液壓支架立柱壓強(qiáng)大好幾倍，因此適用于此項(xiàng)試壓試驗(yàn)方案。

（2）內(nèi)部結(jié)構(gòu)

內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4（b）所示，主要包括底座、底板、行程支撐擋板和球型擋板四部分。底座大小不一，負(fù)責(zé)平衡所有的立柱和千斤頂，行程支撐擋板負(fù)責(zé)減少試壓試驗(yàn)過(guò)程中立柱和千斤頂?shù)乃臅r(shí)程，目的在于整體提高試壓試驗(yàn)技術(shù)水平[6]。

不同類(lèi)型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)均適用于被試件長(zhǎng)度1 500～4 000 mm，中心高度100～360 mm以及5 000 kN的內(nèi)加載力，完成了一機(jī)多用的目標(biāo)。

2.2.2 試壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

綜合當(dāng)前高端液壓支架立柱和千斤頂?shù)乃屑夹g(shù)要素，在滿足實(shí)際生產(chǎn)需要的基礎(chǔ)上，選擇速率為125 L/min的柱塞泵來(lái)減少試壓試驗(yàn)所耗時(shí)間，提高試驗(yàn)壓力。

（1）電動(dòng)機(jī)的選用標(biāo)準(zhǔn)。利用以下公式計(jì)算出電動(dòng)機(jī)的功率為：

式中：Pi為液壓泵的輸入功率，kW；p為承載的作業(yè)壓力，31.5×106 Pa；q為系統(tǒng)輸出流量的理論值，125 L/min；η為液壓泵的運(yùn)行效率，0.9。

將以上數(shù)據(jù)代入公式后計(jì)算所得：Pi=72.92 kW。因此，選用電動(dòng)機(jī)功率為75 kW，能夠適用柱塞泵的運(yùn)行。

（2）增壓缸的材料。在充分分子增壓缸的維修支出之后，選擇ZZSX6000型液壓支架雙伸縮立柱作為應(yīng)用材料[7]。

另外，在保證系統(tǒng)安全運(yùn)行的基礎(chǔ)上，將控制功能和動(dòng)作的閥調(diào)至大流量，便于柱塞泵能夠發(fā)揮最佳作用，高效率地進(jìn)行試壓試驗(yàn)工作。

主要參數(shù)如下：柱塞泵的固定壓力為31.5 MPa；流通速率為125 L/min；增壓缸的壓力比值為6.5；乳化液的組成為95%水和5%乳化油；液箱容積為1 000 L；電動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)功率為75 kW；壓力表的精確度級(jí)別為1.6級(jí)；換向閥的流通速率為500 L/min、固定壓力為40 MPa；液控單向閥的流通速率是350 L/min、固定壓力為50 MPa；低壓封閉試驗(yàn)壓力為2 MPa。高壓封閉試驗(yàn)壓力的數(shù)據(jù)參照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.3 改造后試壓試驗(yàn)系統(tǒng)的特點(diǎn)

改造后的試壓試驗(yàn)系統(tǒng)能夠順利完成低速開(kāi)啟壓力、空載行程、活塞腔封閉性能和活塞桿腔封閉性能等一系列試驗(yàn)工作。優(yōu)點(diǎn)是流通速率高，充液和增加壓力的速度快；提高了多種徑向類(lèi)型接頭，完成了一機(jī)多用的功能，滿足各種類(lèi)型立柱和千斤頂?shù)脑噳涸囼?yàn)；在應(yīng)用大流量的控制閥后，較好地平衡了充液、增加壓力、拆卸以及調(diào)換方向過(guò)程中產(chǎn)生的分液壓力[8]；在保證后期調(diào)整和維修便利上，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的每部分都做到了細(xì)化，不僅操作簡(jiǎn)單，而且線路連接也去除了復(fù)雜節(jié)點(diǎn)。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)實(shí)際應(yīng)用情況作出調(diào)整和優(yōu)化之后，試壓試驗(yàn)系統(tǒng)的技術(shù)工藝得到了提高，不僅操作簡(jiǎn)單、便利、穩(wěn)定，而且降低了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了維修支出。同時(shí)，在保障安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，也使得高端液壓支架得到了更廣泛的應(yīng)用。