淺析液壓支架不同檢測標準間的主要區(qū)別

張學(xué)東，姬慶濤，王傳齊

兗礦東華重工有限公司 山東鄒城 273500

液壓支架是煤礦井工開采的重要支護設(shè)備，其工作性能及可靠性直接影響煤礦的生產(chǎn)安全。隨著煤炭高產(chǎn)高效及綠色安全開采技術(shù)的推廣，作為支護設(shè)備的液壓支架必然向大采高、高工作阻力、高性能、高壽命、高可靠性方向發(fā)展，設(shè)備性能日趨完善。隨著重型高端液壓支架的推廣應(yīng)用，在大工作阻力、高支護性能、高可靠性的要求下，液壓支架研發(fā)制造檢測技術(shù)取得長足發(fā)展，裝備性能日趨完善[1]。

近年來，我國重點煤機制造企業(yè)實際執(zhí)行的產(chǎn)品標準，已過渡到 GB 25974.1—2010《煤礦用液壓支架 第 1 部分：通用技術(shù)條件》和 MT/T 587—2011《液壓支架結(jié)構(gòu)件制造技術(shù)條件》，逐步與國際同類標準接軌[2-3]。產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)強度、耐久性能等方面已接近國際先進水平。隨著研發(fā)制造技術(shù)的不斷提升，國內(nèi)各液壓支架供應(yīng)商也不再僅僅滿足于國內(nèi)煤機市場，積極投身于全球的井工開采裝備市場競爭中。目前，已經(jīng)順利出口至美國、俄羅斯、澳大利亞、印度、德國、烏克蘭、土耳其等多個煤炭生產(chǎn)大國。在這些出口的目的地，除俄羅斯和烏克蘭等獨聯(lián)體國家采用其獨有的認證標準外，其余多數(shù)國家均要求按照不低于歐洲標準 EN1804 執(zhí)行 (取得 CE 認證)，而美國和澳大利亞的客戶還可能會要求執(zhí)行更高的CONSOL 標準。

1 檢測標準簡介

國家標準 GB 25974.1—2010《煤礦用液壓支架第 1 部分：通用技術(shù)條件》是在保留原煤炭行業(yè)標準MT 312—2000 部分內(nèi)容的基礎(chǔ)上，非等效采用了歐洲標準 EN 1804.1—2001 的相關(guān)內(nèi)容制定的[4-5]。根據(jù)不同的用戶需求，將液壓支架分為 A 類和 B 類。A類主要對標的是全球煤機市場，筆者主要將此部分內(nèi)容與其他標準進行對比分析。

歐洲標準 EN 1804.1—2010《液壓支架安全要求第一部分：支架和一般性要求》在歐共體范圍內(nèi)的各個國家具有國家標準的地位，所有歐共體國家的液壓支架設(shè)備均執(zhí)行此標準。由于很長一段時間內(nèi)，歐洲作為全球井工開采高端裝備的來源地，全球多數(shù)國家均認可通過 CE 認證 (即通過歐洲標準檢測)的設(shè)備，也是目前我國設(shè)備出口到非獨聯(lián)體國家普遍執(zhí)行的一種標準。

CONSOL 標準不是嚴格意義上的國家 (際)標準，因其最早主要是應(yīng)用于美國 CONSOL Energy 公司使用的液壓支架設(shè)備上而得名。由于其要求嚴苛，逐步被一些其他礦業(yè)公司采用而在行業(yè)內(nèi)形成了一種認知，通過 CONSOL 檢測的液壓支架也即代表了目前世界上最高端的設(shè)備研發(fā)和制造水平。當(dāng)然，由于其太過嚴苛，通過率極低，現(xiàn)在多數(shù)執(zhí)行的 CONSOL標準是一個高于 EN 1804.1—2010 的相對低配版本“CONSOL 歐洲標準”。因此，筆者在進行對比時，將 CONSOL 標準按“CONSOL 歐洲”和“CONSOL Energy 美國”加以區(qū)分。

2 適用范圍

各類標準適用的液壓支架類型不同，具體對比如表 1 所列。

表1 不同標準適用的液壓支架類型Tab.1 Types of hydraulic support suitable for various standards

從表 1 可以看出，GB 25974.1 和 EN 1804.1 的適用范圍較為廣泛，這也是 2 個標準的國家屬性所決定的，此類標準必須覆蓋所有可能使用的液壓支架類型；CONSOL 標準的適用范圍則要窄得多，因為該標準更多的屬性是制造商和用戶間達成的某種協(xié)議性質(zhì)，只針對協(xié)議所涉及的具體液壓支架類型。

3 負載方式

液壓支架耐久試驗循環(huán)加載的過程在不同標準間也有著較大的區(qū)別[5-7]，如圖 1 所示。在此將著重在負載載荷、負載循環(huán)和負載項目 3 個方面進行對比說明。

圖1 液壓支架耐久試驗循環(huán)加載過程Fig.1 Circulative loading process of durability test for hydraulic support

3.1 負載載荷

不同標準測試過程加載的載荷詳細對比如表 2 所列。

表2 不同標準測試的負載載荷對比Tab.2 Comparison of load tested according to various standards

從表 2 可以看出，GB 25974.1 和 EN 1804.1 耐久試驗的載荷大小和變動幅度均一致，而 CONSOL 標準中最大載荷試驗壓力更大，且最大載荷與最小載荷間變化范圍更寬，對液壓支架整體的耐久性能要求更為嚴苛。

3.2 負載循環(huán)

不同標準測試過程執(zhí)行的負載循環(huán)次數(shù) (最低要求)對比如表 3 所列。

由表 3 可以看出，GB 25974.1 中 2 種支架類型均比 EN 1804.1 要求多 1 000 次負載循環(huán)，這 1 000 次負載循環(huán)是 GB 25974.1 額外增加的柱窩加載試驗；CONSOL 標準則均是不低于 30 000 次負載循環(huán)。單純從負載循環(huán)的次數(shù)上來講，幾個標準大同小異，相差不大，細節(jié)上的不同將結(jié)合負載項目的對比詳細進行分析。

表3 不同標準測試的負載循環(huán)次數(shù) (最低要求)Tab.3 Load circulating times (minimum requirement)tested according to various standards

3.3 負載項目

不同標準測試過程執(zhí)行的負載項目對比如表 4、5 所列。

表4 GB 25974.1 與 EN 1804.1 負載項目對比Tab.4 Comparison of GB25974.1 and EN1804.1 in load item

表5 CONSOL 標準負載項目對比Tab.5 Comparison of CONSOL standard in load item

由表 4、5 結(jié)合表 3 可以看出，GB 25974.1 與 EN 1804.1 負載項目基本一致，只在額外增加了 1 000 次負載循環(huán)，專門針對柱窩進行加載試驗；且自第 7 項之后，均為單項加載模式 (底座和頂梁不同時放置試驗墊塊)。CONSOL 歐洲和 CONSOL Energy 美國 2 個標準中的負載項目、加載形式完全一致，均為復(fù)合加載模式 (底座和頂梁同時加試驗墊塊)。雖然加載循環(huán)次數(shù)上相差無幾，但在負載項目和加載形式上，CONSOL 標準的測試條件明顯更為苛刻，對液壓支架整體的疲勞壽命要求更高。

4 驗收標準

不同標準對液壓支架測試后合格與否的判定標準對比如表 6 所列。

在液壓支架測試后的驗收標準中，各標準不僅對原材料和焊縫的要求有所不同，對一些重點部位的殘余變形也有著不同的規(guī)定。

表6 不同標準測試后的合格判定要求Tab.6 Qualification requirements of various standards

從表 6 可以直觀看出，所有標準對于原材料出現(xiàn)的裂紋均是零容忍，只要出現(xiàn)原材料的破壞，則液壓支架本次測試的結(jié)果即為不合格。而對于焊縫和殘余變形的要求則不盡相同，GB 25974.1 對焊縫裂紋和殘余變形雖然有量化的要求，但相對于 CONSOL 歐洲和 CONSOL Energy 美國則較為寬松；EN 1804.1 中雖對焊縫和殘余變形均沒有做量化的規(guī)定，但在實際中則是執(zhí)行 CONSOL 歐洲標準的相關(guān)要求，還是要高于 GB 25974.1 的要求；CONSOL Energy 美國不僅要求焊縫不得出現(xiàn)裂紋，且殘余變形也是這幾個標準中最小的，整體要求最為嚴苛，也最不容易達到，是目前國內(nèi)外液壓支架檢測標準中的最高等級。

5 結(jié)語

從各標準對比可以看出，目前液壓支架產(chǎn)品國內(nèi)執(zhí)行的 GB 25974.1 標準與國外的相關(guān)標準尚未完全接軌，而且國內(nèi)液壓支架的研發(fā)制造關(guān)注點仍停留在通過了多少次負載測試循環(huán)上，對于測試載荷的幅度和過載系數(shù)的關(guān)注度明顯不足，這也是國內(nèi)液壓支架的疲勞壽命和耐久性能仍未達到世界最高水平的重要原因之一。

此外，國內(nèi)液壓支架的研發(fā)制造仍過于保守，支架的總體質(zhì)量較國外同類支架重約 10%～20%，局部安全系數(shù)很大，但整體結(jié)構(gòu)的疲勞壽命并沒有有效提高。國外支架可實現(xiàn) 90 000 次壽命循環(huán)，國內(nèi)目前還沒有一家設(shè)備供應(yīng)商敢于承諾設(shè)備滿足 90 000 次壽命循環(huán)。因此，只有通過提高液壓支架研發(fā)制造單位對國內(nèi)外標準間不同要求的認識，找準差距，努力創(chuàng)新，促進國內(nèi)標準與國際標準的完全接軌，才能推進液壓支架研發(fā)及制造質(zhì)量的全面提升，達到或超越世界最高水平，更好地滿足全球用戶對液壓支架輕量化、高可靠性、更長使用壽命的預(yù)期，促進行業(yè)的蓬勃發(fā)展。