淺談ZC8500/22/40充填液壓支架樣機制作的設(shè)計改造

栗懷鋒，許 秀

(山西潞安機械有限責(zé)任公司，山西 長治 046204)

充填液壓支架作為充填工作面的關(guān)鍵設(shè)備，不僅為割煤、充填作業(yè)提供有效空間，同時抵抗充填漿料側(cè)向壓力、密封頂、底板與支架的間隙，保障人員安全，其質(zhì)量好壞直接影響充填工作面實施效果和充填效率。潞安機械公司為高河能源設(shè)計制作了ZC8500/22/40型充填液壓支架，但在樣機制作和評議過程中存在一些問題，為此進行了改動設(shè)計，滿足了充填操作性能和強度性能要求。

1 頂梁、上連桿結(jié)構(gòu)調(diào)整

樣機完成后用支架試驗臺對充填支架樣機進行了新產(chǎn)品出廠試驗。

如圖1所示，在頂梁進行偏載試驗(載荷10 200 kN)時，發(fā)現(xiàn)頂梁與上連桿鉸接耳板剛度和強度不滿足試驗要求，頂梁與上連桿鉸接耳板出現(xiàn)變形損壞，擋銷板撕裂損壞。

原因分析：該充填液壓支架受結(jié)構(gòu)尺寸限制，四連桿機構(gòu)布置在立柱中間，寬度尺寸比常規(guī)液壓支架小得多，上連桿主體結(jié)構(gòu)寬度只有380 mm，在模擬工作面受力試驗，最不利的頂梁偏心加載條件下，充填液壓支架上連桿受力比普通綜采支架掩護梁要大許多。頂梁為雙耳懸臂式結(jié)構(gòu)，耳板厚度60 mm，材質(zhì)Q550，上連桿為整體箱式結(jié)構(gòu)，安裝在頂梁耳板之間，支架進行頂梁偏心加載試驗時，頂梁與上連桿鉸接處受力最大，頂梁耳板強度不夠，導(dǎo)致耳板變形。

解決方案：提出在頂梁耳板兩側(cè)增加橫向支撐筋板，同時將頂梁雙耳結(jié)構(gòu)改為三耳板結(jié)構(gòu)，增大頂梁耳板對上連桿的防變形作用力，上連桿由整體箱式結(jié)構(gòu)變?yōu)殡p耳箱式結(jié)構(gòu)等整改措施，重新制作了頂梁和上連桿，試驗后此處結(jié)構(gòu)件沒有發(fā)生變形，頂梁-上連桿耳板外側(cè)增加橫向筋板加強剛度強度作用有效，該耳板在頂梁偏心加載試驗中保持完好。如圖2所示。

2 三級隔離機構(gòu)調(diào)整

圖3為充填支架原來的三級隔離機構(gòu)，一級隔離板、二級隔離板、三級隔離板為整體箱式插裝結(jié)構(gòu)，其中一級、二級隔離板通過隔離連接桿進行機械高度調(diào)節(jié)，三級隔離板高度通過三級隔離千斤頂進行液壓伸縮調(diào)節(jié)(三級隔離千斤頂根據(jù)需求可以固定在一級隔離板或者二級隔離板)。三級隔離機構(gòu)整體通過抬升千斤頂、抬升連接桿與頂梁連接，下端整體搭接在支架底座上。在進行生產(chǎn)制作和樣機評議時，發(fā)現(xiàn)如下問題：

圖3 三級隔離機構(gòu)原結(jié)構(gòu)

1) 二級隔離板外側(cè)與一級隔離板配合，內(nèi)部與三級隔離板配合，在制作過程中外部尺寸負公差、內(nèi)部尺寸正公差，配合尺寸無法精確控制，同時受結(jié)構(gòu)影響，焊接過程中無法選擇有效的支撐點，焊后二級隔離板容易變形，影響裝配性能。

2) 二級隔離板高度調(diào)節(jié)為機械調(diào)節(jié)，采高發(fā)生變化時，需先將二級隔離板落地，隔離連接桿不受力后利用支架高度的調(diào)整進行二級隔離板的伸縮調(diào)節(jié)，拆裝隔離連接桿銷軸不方便，調(diào)節(jié)困難。

3) 三級隔離機構(gòu)整體重量大，隔離板梁體之間間隙大，整體不容易調(diào)節(jié)，且容易自落；同時支架頂梁與底座不平行時，三級隔離機構(gòu)下部容易與底座后端底板干涉，造成別卡不容易閉合，無法進行隔離密封。

結(jié)合上述問題分析，對三級隔離機構(gòu)重新進行機械結(jié)構(gòu)仿真設(shè)計，對比隔離機構(gòu)受力強度和操作性能，如圖4所示對三級隔離機構(gòu)做出如下調(diào)整：

圖4 三級隔離機構(gòu)改后結(jié)構(gòu)

1) 為減輕三級隔離機構(gòu)在頂梁上懸掛重量，提高隔離機構(gòu)操作性能。將三級隔離機構(gòu)按照上部、下部分開設(shè)計，一級、二級隔離板與頂梁連接。三級隔離板單獨設(shè)計，與充填支架底座連接，機構(gòu)簡單操作方便。

2) 一級、二級隔離板之間增加二級隔離千斤頂進行液壓行程調(diào)節(jié)，行程1 000 mm，最大限度滿足二級隔離板伸縮行程要求，同時在一級隔離板上增加隔離擺動千斤頂，及時調(diào)節(jié)隔離板的前后擺動量，保證隔離板機構(gòu)上部和下部的緊密貼合，移架時操縱隔離擺動千斤頂能夠讓隔離機構(gòu)脫離充填漿料，便于及時移架。

3) 三級隔離板單獨與底座相連，底座后端設(shè)置三級隔離板滑動軌道，在三級隔離千斤頂作用下，三級隔離板沿底座滑道上下滑動，底座設(shè)置三級隔離板限位塊，極限位置三級隔離板低于底座底板240 mm，保證在底板不平整情況下能夠密封底面，有效隔離。

3 立柱中心距的調(diào)整

頂梁偏載過程中上連桿與前連桿鉸接孔處擋銷板與立柱貼合，立柱承受徑向載荷，可能導(dǎo)致立柱密封失效。如圖5所示。

圖5 擋銷板與立柱貼合

原因分析：高河充填支架上連桿窄，在頂梁偏心加載條下，上連桿受力較大，結(jié)構(gòu)變形產(chǎn)生的水平偏移量也較大，圖6為頂梁偏載上連桿偏移量與所受載荷關(guān)系，由圖6可知，上連桿最大偏移量約40 mm，當(dāng)前設(shè)計的充填支架上連桿擋銷板與立柱間隙為12.5 mm，不能滿足實際要求。解決頂梁偏載上連桿擋銷板與立柱干涉問題，難以通過進一步減小上連桿寬度解決，所以考慮加大立柱中心距，和減小擋銷板厚度調(diào)整立柱和擋銷板的間隙。立柱中心到支架中心距離加大30 mm，由395 mm變?yōu)?25 mm，把擋銷座厚度從30 mm減少到14 mm，將上連桿與立柱之間的間隙從12.5 mm調(diào)整到58.5 mm。

圖6 頂梁偏載上連桿偏移量與載荷關(guān)系

4 結(jié) 語

通過對充填支架所存在問題進行改進，保證了充填液壓支架的強度和隔離密封效果，重新制作樣機試驗后送北京安標檢測中心進行型式檢驗，強度和耐久性試驗等各項技術(shù)指標符合要求，可以滿足工作面生產(chǎn)需要。