劉艷LIU Yan;邊彥勝BIAN Yan-sheng;楊文明YANG Wen-ming
(①河南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院,鄭州 450004;②鄭州煤礦機(jī)械集團(tuán)股份有限公司,鄭州 450013)
(①Henan Vocational and Technical College of Communicaitons,Zhengzhou 450004,China;②Zhengzhou Coal Mining Machinery Group Co.,Ltd.,Zhengzhou 450013,China)
立柱是液壓支架的關(guān)鍵部件和動力源泉,其性能關(guān)系到液壓支架的支撐能力和可靠性,直接影響著綜采工作面的安全性和生產(chǎn)效率[1]。隨著采煤工業(yè)的發(fā)展,對液壓支架和立柱的要求越來越高,立柱向著大缸徑、高可靠性、長壽命方面發(fā)展,同時立柱的設(shè)計(jì)制造成本也在大幅增加。為解決此矛盾,保證立柱的質(zhì)優(yōu)、價廉和高可靠性,本文將價值工程引入到液壓支架立柱的設(shè)計(jì)中。
價值工程是一種技術(shù)與經(jīng)濟(jì)相結(jié)合的現(xiàn)代管理技術(shù)。價值工程通過各相關(guān)領(lǐng)域的協(xié)作,對所研究對象的功能與費(fèi)用進(jìn)行系統(tǒng)分析,不斷創(chuàng)新。它的基本思想是在可靠地實(shí)現(xiàn)所需功能的前提下,努力尋求壽命周期成本最低的創(chuàng)新方案,以達(dá)到合理、有效地利用資源提高對象價值的目的,這就是價值工程的實(shí)質(zhì)。
1.1 功能需要原則 根據(jù)特定的地質(zhì)條件和煤礦客戶的特定要求,確定液壓支架的工作阻力和立柱缸徑。在滿足頂?shù)装灏踩那闆r下,增加立柱的必要功能,降低或消除立柱的不必要功能[2]。
1.2 可靠性原則 客戶對立柱可靠性的需要已經(jīng)不滿足于一般的功能保證,而是希望在長時間內(nèi)保持良好的性能和最低的全壽命周期成本。立柱的可靠性是通過設(shè)計(jì)、制造直至各個階段的共同努力保證的,其中設(shè)計(jì)是立柱可靠性的基礎(chǔ),是重中之重。立柱的可靠性主要通過合理的配比缸徑、柱徑,提高抗沖擊性能和連接可靠性來實(shí)現(xiàn)的。
1.3 系統(tǒng)最優(yōu)原則 從系統(tǒng)學(xué)的角度來說,部分最優(yōu)設(shè)計(jì)或部分價值最高未必是整體最優(yōu)化整體價值最高,基于價值工程的立柱設(shè)計(jì)應(yīng)追求立柱整體最優(yōu)化設(shè)計(jì)。
在煤礦生產(chǎn)過程中,立柱的失效問題比較突出。通過對神東礦區(qū)某綜采面型生產(chǎn)過程中和大修期間的跟蹤調(diào)研,立柱累積失效近40%,給煤礦的安全管理與正常生產(chǎn)帶來了不利影響。對失效立柱進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,發(fā)現(xiàn)立柱失效的主要形式是缸筒銹蝕和活柱鍍層脫落,這一部分占失效立柱的90%;密封失效占8%;其他原因?qū)е铝⒅У恼?%。立柱的具體失效形式如圖1 所示。
圖1 立柱的失效形式
立柱缸筒銹蝕和活柱鍍層脫落的主要原因是煤礦井下特殊環(huán)境所致。井下工作環(huán)境比較惡劣,工作面粉塵、瓦斯較大,環(huán)境相對濕度基本在75%以上,同時含有S2-、SO42-等強(qiáng)腐蝕性離子[3]。對于密封失效,究其原因是立柱缸筒銹蝕后工作面中的煤塵進(jìn)入到缸口中,立柱伸縮動作后造成密封失效。
為解決立柱鍍層失效問題,各個廠家采用不同缸筒、活柱鍍層形式,成本與效果也各不相同。本文從價值分析出發(fā),分析各種鍍層的成本和價值,以保證在立柱設(shè)計(jì)中選用最佳的鍍層方案。以某礦用250 缸徑立柱為對象,對立柱設(shè)計(jì)時選用的鍍層方案進(jìn)行價值分析,該立柱的具體參數(shù)如表1 所示,不同的鍍層方案如表2 所示。
表1 立柱基本參數(shù)
表2 立柱不同電鍍方案
3.1 功能系數(shù)的確定 根據(jù)立柱電鍍層的作用確定立柱用電鍍層的功能系數(shù)各評價指標(biāo),分別為鍍層的防銹性能、防護(hù)性能和再修復(fù)能力。對功能系數(shù)的評價采用歸一化處理方法,由聘請的專家組對功能系數(shù)的各評價指標(biāo)的重要程度予以評定,采用十分制進(jìn)行評價,滿分10 分。
3.2 成本系數(shù)的確定 把不同方案的成本相加得到成本總和,然后將不同方案的單個成本與成本總和相比較,即可得到各個方案的成本系數(shù)[4]。
3.3 功能價值評價 按照功能價值系數(shù)公式:功能價值系數(shù)=功能評價系數(shù)/功能成本系數(shù),計(jì)算出各個功能的價值系數(shù),如表3 所示。
表3 不同鍍層的價值分析
由表3 可知,方案2 的價值系數(shù)微大于1,說明該方案的成本和功能基本匹配,處于合理狀態(tài)。而方案3 價值系數(shù)遠(yuǎn)小于1,說明該方案成本過高功能較少。方案1 的價值系數(shù)遠(yuǎn)大于1,說明該方案中成本比重遠(yuǎn)小于功能比重,這其中可能有以下原因:第一是目前成本偏低,以至于不能完全評價對象所具有的功能;第二種是在成本計(jì)算時沒有考慮立柱使用及維修過程中的成本。從價值工程的角度出發(fā),方案1 和方案3 都屬于改進(jìn)的對象。綜上所述,方案2 是最優(yōu)方案。該方案已經(jīng)在實(shí)際的立柱設(shè)計(jì)中采用,從現(xiàn)場跟蹤和用戶反饋來看,采用該方案后立柱的使用壽命大幅提升,后期的維修成本降低60%左右。
在總結(jié)基于價值工程的立柱設(shè)計(jì)原則的基礎(chǔ)上,通過價值分析確定了立柱設(shè)計(jì)時不同鍍層方案的價值系數(shù),確定了最優(yōu)方案,并在井下工業(yè)性試驗(yàn)中得到了驗(yàn)證。由此可見,在立柱設(shè)計(jì)中引入價值工程是提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量、降低產(chǎn)品成本的一種行之有效的方法。
[1]王國法.高端液壓支架及先進(jìn)制造技術(shù)[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2010.
[2]黃白林,王運(yùn)海.價值工程在露天采煤機(jī)設(shè)計(jì)研究中的應(yīng)用[J].煤炭技術(shù),2002,21(12).
[3]段孟杰.液壓支架立柱腐蝕失效分析及防范措施[J].河北煤炭,2002,5:28-29.
[4]甄翠敏,張志禮,李巧玲.價值工程方案評價法選擇開拓方案[J].河北理工學(xué)院報(bào),1999,21(4):6-12.