ZZ10000/17/35型支撐掩護(hù)式液壓支架的優(yōu)化與設(shè)計(jì)

李慧敏

（大同煤礦集團(tuán)機(jī)電裝備公司中央機(jī)廠， 山西 大同 037001）

引言

ZZ10000/17/35型液壓支架是為大斗溝煤業(yè)有限公司綜采工作面設(shè)計(jì)制造的四柱支撐掩護(hù)式液壓支架。該支架承載能力較強(qiáng)，切頂性能好，適合較堅(jiān)硬、穩(wěn)定頂板的煤層開采工作面。在研制的過程中，需強(qiáng)化“三機(jī)配套”的尺寸關(guān)系，尤其是梁端距。

這套液壓支架主要配套SGZ800/800型刮板輸送機(jī)、MG300/700-AWD型采煤機(jī)，采煤機(jī)過機(jī)高度為1 505 mm，支架支撐高度為2.1 m。通過對(duì)圖紙發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行分析，對(duì)支架進(jìn)行結(jié)構(gòu)性優(yōu)化[1]，以適應(yīng)煤礦工作面最佳采高2.2 m，滿足過機(jī)高度。

1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化及設(shè)計(jì)

認(rèn)真核對(duì)“三機(jī)配套”相關(guān)尺寸要求，在計(jì)算機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論的基礎(chǔ)上，對(duì)支架總體及各部件結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化計(jì)算和設(shè)計(jì)，重點(diǎn)對(duì)頂梁、掩護(hù)梁、底座進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[2]，改善了支架的受力狀況、裝配關(guān)系、結(jié)構(gòu)性能，提高了支架的使用壽命。

1.1 頂梁

為了滿足過機(jī)要求，支架在2.1 m支護(hù)高度時(shí)，護(hù)幫板最低位置與采煤機(jī)機(jī)面之間的距離不小于200 mm，如果采用傳統(tǒng)的頂梁加鉸接前梁的結(jié)構(gòu)，那么前梁部位的總體厚度大約為455 mm，這樣就無法滿足過機(jī)要求。所以，經(jīng)過論證，采用整頂梁帶內(nèi)嵌式伸縮梁的頂梁結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

頂梁前端的端板邊框?qū)挾确謩e是30 mm、35 mm、50 mm，而端板的設(shè)計(jì)板厚為60 mm，如圖2所示。按照火焰切割的要求來講，如果切割60 mm厚度的鋼板，熱影響非常寬，至少在45 mm以上。一方面切割變形嚴(yán)重，另一方面熱影響區(qū)寬度大，尺寸無法保證，無法滿足下料過程。

從設(shè)計(jì)的角度來說，端板一般為單邊受力，厚度40 mm左右即可，沒有必要設(shè)計(jì)為60 mm厚。按照工藝要求，將端板設(shè)計(jì)成為40 mm厚，從設(shè)計(jì)和工藝角度解決了這個(gè)問題[3]。

圖1 頂梁結(jié)構(gòu)圖

圖2 眼鏡框（單位：mm）

頂梁端面的加強(qiáng)彎板設(shè)計(jì)圖樣如圖3-1所示。頂梁前部蓋板為彎板，該件無法實(shí)現(xiàn)點(diǎn)焊組裝，無法實(shí)現(xiàn)壓彎。加強(qiáng)端面彎板的作用是防止伸縮梁受壓力時(shí)將頂梁前端壓開，但是由于工藝和設(shè)計(jì)都不能滿足要求，將端面加強(qiáng)彎板調(diào)整為兩件，如圖3-2所示。

圖3 彎板修改前后示意圖

這種頂梁結(jié)構(gòu)形式，控頂距較大，頂梁整體剛性完好，可靠性高。并且滿足頂梁前部過機(jī)位置箱梁厚度比較小的要求。另外頂梁采用雙活動(dòng)側(cè)護(hù)板，使用時(shí)一側(cè)用鎖緊銷鎖緊，另一側(cè)可以活動(dòng)。雙活側(cè)左右工作面可以互換，確保活側(cè)永遠(yuǎn)指向順槽巷。頂梁與掩護(hù)梁鉸接處設(shè)置擋煤板，防止漏矸。

1.2 掩護(hù)梁

掩護(hù)梁采用短掩護(hù)梁箱型結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，加工簡(jiǎn)單且工藝性好，工作狀態(tài)下，其頂板背角范圍較大，約19°～50°，能夠使背矸和背煤順利滑下，有效地降低掩護(hù)梁背煤、背矸造成的前后連桿連桿力太高的情況發(fā)生，同時(shí)也降低了頂梁-掩護(hù)梁鉸接銷軸及前后連桿相關(guān)鉸接銷軸的剪切力。

掩護(hù)梁包板處為填平焊縫，如圖4所示，這樣的設(shè)計(jì)沒有大的問題，但是從工藝的角度來講，該處彎板為Q550板，在折彎成形方面，折彎工裝胎具不完善，并且超高強(qiáng)度板存在折彎回彈的問題，不能完全滿足要求。將包頭板內(nèi)縮5 mm，設(shè)計(jì)為圖4-2所示的結(jié)構(gòu)形式可以很好地解決這一問題。

圖4 包板修改前后示意圖

該掩護(hù)梁的擋板為半月板，如圖5-1所示，無法實(shí)現(xiàn)鏜床鏜孔工藝要求。因?yàn)闆]有讓開足夠的鏜桿空間，將擋板結(jié)構(gòu)改為圖5-2所示，一方面提高了箱梁強(qiáng)度，另一方面解決了鏜孔問題。

由于煤層厚度變化比較明顯，局部有留頂煤的情況，為了更好地預(yù)防頂煤垮下后進(jìn)入工作機(jī)道，影響綜采工作，掩護(hù)梁采用雙活動(dòng)側(cè)護(hù)板形式，使用時(shí)起到密封工作面和調(diào)架性能。

1.3 底座

考慮到排矸，把底座采用分體式整體底座，如圖6所示。這種結(jié)構(gòu)形式能夠更好地適應(yīng)底板起伏不平的狀況。設(shè)計(jì)抬底裝置后，可以有效防止底座前端陷入底板或者底煤情況的發(fā)生。為了降低底座前端對(duì)底比壓同時(shí)防止提高連桿力，在優(yōu)化支架結(jié)構(gòu)時(shí)，使后立柱適當(dāng)后傾1°～3°。

結(jié)合工藝優(yōu)化，對(duì)腳踏板開孔，一方面有效利用材料，另一方面有效對(duì)其減重，便于安裝與運(yùn)輸。

圖5 擋板修改前后示意圖

圖6 底座

2 結(jié)論

通過本次研究設(shè)計(jì)，對(duì)一次采全高工作面，尤其是煤層厚度變化比較大的工作面提供了設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，以更好地滿足大同煤田邊緣地區(qū)煤層工作面的綜合機(jī)械化采煤。