煤礦井下分體式液壓支架起吊裝置應(yīng)用分析

吳海亮

（山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)鹿臺(tái)山煤業(yè)有限公司， 山西 晉城 048200）

1 分體式液壓支架起吊裝置架構(gòu)組成

由于液壓支架體積和巷道空間大小的不同，分體式液壓支架起吊裝置的結(jié)構(gòu)也不盡相同，典型的分體式液壓支架起吊裝置主要由兩根支撐梁、4 根起吊油缸、8 根單體液壓支柱、操作臺(tái)、油泵等組成[1]，見圖1。每根支撐梁兩端各有2 根單體液壓支柱支撐，并且支撐梁兩端各有一個(gè)耳孔，通過鉸接的方式和起吊油缸連接。通過油泵產(chǎn)生的壓力提供給起吊油缸的起吊力，在4 根起吊油缸共同的作用力下，來完成液壓支架的起吊裝車工作，而油缸尾部向下的拉力通過支撐梁由單體液壓支柱的支撐力來平衡。

圖1 分體式液壓支架起吊裝置機(jī)構(gòu)

1.1 支撐梁

支撐梁是整個(gè)分體式液壓支架起吊裝置的中間連接部分，起著撐上拉下的作用。傳統(tǒng)的液壓支架起吊裝置的支撐部分從外形看主要是一個(gè)整體四方框架結(jié)構(gòu)，四角用4 個(gè)液壓立柱支撐，以起到固定作用，這種液壓支架起吊裝置體積過大，整體性強(qiáng)，安裝固定時(shí)對(duì)空間、頂板完好平整度要求太高，然而煤礦井下綜采工作面巷道空間狹窄，由于頂板壓力作用，頂板的平整度差，在安裝固定時(shí)工作量特別大并且特別麻煩；而本設(shè)計(jì)采用分體式支撐梁的方式，共需2 根支撐梁，每根支撐梁采用，1 根長(zhǎng)2 m 的11 號(hào)礦工鋼和2 個(gè)長(zhǎng)500 mm、寬200 mm、厚20 mm 的槽鋼焊接組成，兩端2 個(gè)槽鋼中間各橫向焊接一組耳孔，用于連接起吊油缸。本設(shè)計(jì)的支撐梁制作簡(jiǎn)單，安裝方便，適應(yīng)性強(qiáng)，能更好地應(yīng)用于井下空間狹窄、頂板平整度差的綜采工作面。

1.2 起吊油缸

起吊油缸是整個(gè)分體式液壓支架起吊裝置的動(dòng)力部分，由油泵提供的壓力來驅(qū)動(dòng)起吊油缸對(duì)液壓支架作用起吊力，本設(shè)計(jì)采用四根起吊油缸，每根起吊油缸長(zhǎng)度為1 000 mm，缸筒直徑為100 mm，活塞桿直徑70 mm，每根油缸最大起吊力為126 kN；4 根起吊油缸分別通過根部的圓孔與支撐梁兩端的耳孔以鉸接的方式進(jìn)行連接，4 根起吊油缸通過操作臺(tái)上的4 個(gè)遠(yuǎn)控調(diào)壓閥操作分別動(dòng)作，這樣可以更好地調(diào)節(jié)起吊液壓支架時(shí)的平穩(wěn)性，極大地增加了起吊裝運(yùn)液壓支架的安全高效性。

1.3 單體液壓支柱

單體液壓支柱是整個(gè)分體式液壓支架起吊裝置的基礎(chǔ)支撐部分，其通過支撐梁給動(dòng)力部分的起吊油缸提供固定作用，根據(jù)井下綜采工作面的巷高和液壓支架重量等情況，可以選用不同型號(hào)的單體液壓支柱，而本設(shè)計(jì)采用的是8 根型號(hào)為DW3.15m 的單體液壓支柱，每根單體液壓支柱的初撐力不小于120 kN。

1.4 操作臺(tái)

操作臺(tái)是整個(gè)分體式液壓支架起吊裝置的控制部分，由4 個(gè)遠(yuǎn)控調(diào)壓閥組成的閥組，通過4 個(gè)遠(yuǎn)控調(diào)壓閥分別調(diào)節(jié)起吊油缸的起吊力和下放力，由于4根起吊油缸的分別動(dòng)作，可以更好地保證起吊和下放液壓支架時(shí)的平穩(wěn)性，根據(jù)本設(shè)計(jì)中操作臺(tái)的應(yīng)用，大大提高了起吊裝運(yùn)液壓支架的工作效率，保證了井下搬家到面作業(yè)的安全。

2 分體式液壓支架起吊裝置的施力和受力分析

分體式液壓支架起吊裝置起吊液壓支架的時(shí)候，對(duì)液壓支架施加4 個(gè)作用力。分別是4 根起吊油缸提供的 4 個(gè)拉力 F1、F2、F3、F4，同時(shí)支撐梁受到 4根起吊油缸的 4 個(gè)拉力 T1、T2、T3、T4和簡(jiǎn)化的 4 個(gè)單體液壓支柱的支撐力 N1、N2、N3、N4。起吊油缸通過油泵提供的壓力對(duì)液壓支架作用起吊力F，在起吊力F 的作用下，液壓支架被平穩(wěn)地抬高，同時(shí)起吊油缸根部對(duì)支撐梁作用拉力T，來平衡起吊油缸的起吊力F，而單體液壓支柱對(duì)支撐梁作用的支撐力N來平衡起吊油缸根部對(duì)支撐梁作用拉力T，也就是說當(dāng)單體液壓支柱提供的支撐力N 和油泵提供給起吊油缸的起吊力F 大于等于液壓支架的重力G時(shí)就能滿足完成液壓支架起吊裝車工作。

2.1 分體式液壓支架起吊裝置最大起吊力計(jì)算

分體式液壓支架起吊裝置最大起吊力作用于液壓支架時(shí)，其值為：

式中：F 為分體式液壓支架起吊裝置最大起吊力；α為拉力作用角度，本計(jì)算取84°。代入數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算：F=（126+126+126+126）×sin84°=501.2 kN。

起吊液壓支架所需起吊力的驗(yàn)證：

式中：m 為液壓支架的質(zhì)量，本計(jì)算取18 000 kg；g為重力加速度，本計(jì)算取9.8 N/kg。經(jīng)計(jì)算得G=176.4 kN≤F=501.2 kN，滿足起吊要求。

2.2 分體式液壓支架起吊裝置最大起吊時(shí)支撐梁的受力分析

分體式液壓支架起吊裝置最大起吊時(shí)，支撐梁I受起吊油缸根部的垂直拉力計(jì)算，其值為：

式中：T 為支撐梁受四根起吊油缸的垂直拉力；T1、T2為2 根起吊油缸對(duì)支撐梁的2 個(gè)拉力；α 為拉力作用角度，本計(jì)算取84°。代入數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算：T=（T1+T2）sinα=（126+126）×sin84°=250.6 kN。

支撐梁II 受起吊油缸根部的垂直拉力和支撐梁I 相等，同為250.6 kN。

單體液壓支柱對(duì)支撐梁提供的支撐力的驗(yàn)證計(jì)算，其值為：

式中：N 為4 根單體液壓支柱提供給支撐梁的最大支撐力。代入數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算：N=120×2+120×2=480 kN≥T=250.6 kN，滿足支撐要求。

3 結(jié)語

經(jīng)對(duì)分體式液壓支架起吊裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行闡述，并對(duì)起吊油缸和支撐梁施力和受力情況進(jìn)行了分析研究，結(jié)果表明：當(dāng)分體式液壓支架起吊裝置在最大起吊拉力下完全滿足起吊相應(yīng)液壓支架的條件，大大提高了井下綜采工作面搬家到面中液壓支架起吊裝車工作的安全性和高效性。