煤礦用液壓支架鑄鍛件的改進(jìn)和優(yōu)化

武保民

（河北天擇重型機(jī)械有限公司，河北邯鄲 056201）

0 引言

我國(guó)對(duì)于液壓支架的研究最開(kāi)始是在20世紀(jì)80年代，經(jīng)歷了20多年的迅速發(fā)展，已經(jīng)成為全世界放頂煤液壓支架發(fā)展最迅猛、數(shù)量最多的國(guó)家[1]。在放頂煤液壓支架和大傾角液壓支架中鏈環(huán)卡是支架防倒防滑穩(wěn)定性的重要保障部件，連接頭是支架移架不可或缺的。鏈環(huán)卡主要應(yīng)用在放頂煤液壓支架拉后溜處，其一端與拉后溜千斤頂鉸接連接，另一端將圓環(huán)鏈放置卡槽內(nèi)，通過(guò)壓板固定防止圓環(huán)鏈脫鏈，圓環(huán)鏈尾端與刮板機(jī)相連[2]，這樣就形成一個(gè)完整的拉后溜功能，保障后部刮板機(jī)與前部刮板機(jī)協(xié)同作業(yè)。支架頂梁防倒、刮板輸送機(jī)防滑功能與拉后溜結(jié)構(gòu)型式一樣，其功能根據(jù)礦方工作面具體情況配套使用，鏈環(huán)卡在其中都起到一個(gè)承上啟下的連接作用，其主要承受拉力。鏈環(huán)卡使用靈活、便捷、可調(diào)，實(shí)際使用中可有效調(diào)節(jié)圓環(huán)鏈的長(zhǎng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)支架的穩(wěn)定性和功能。連接頭的作用主要體現(xiàn)在液壓支架與刮板輸送機(jī)的連接作用，一端連接液壓支架上的推移桿，另一端與刮板輸送機(jī)相連，工作面的回采推進(jìn)都是通過(guò)連接頭進(jìn)行推拉移動(dòng)設(shè)備，而且連接頭連接比較靈活，可以適應(yīng)一定的上下左右錯(cuò)位的復(fù)雜工況條件，保護(hù)刮板輸送機(jī)和液壓支架設(shè)備，其屬于易損件類型。鏈環(huán)卡和連接頭其結(jié)構(gòu)雖不大，但是它在三機(jī)配套和工作面功能應(yīng)用上具有不可或缺的作用。

1 存在的問(wèn)題

鏈環(huán)卡、連接頭在液壓支架中的應(yīng)用比較早，經(jīng)歷了幾代的改進(jìn)和優(yōu)化[3]。鍛件的鏈環(huán)卡、連接頭結(jié)構(gòu)強(qiáng)度比較高，抗拉強(qiáng)度也比較大，很好地滿足了礦用的要求，但是鍛件結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，熱處理、加工成本高，加工工藝復(fù)雜，生產(chǎn)周期比較長(zhǎng)，整體成本較高，而且生產(chǎn)不可控因素太多，遇到工期較緊張時(shí)容易耽誤設(shè)備發(fā)貨期，并且鏈環(huán)卡和連接頭屬于易損件，經(jīng)長(zhǎng)期的調(diào)研和數(shù)據(jù)分析，根據(jù)本單位的實(shí)際生產(chǎn)情況，現(xiàn)改進(jìn)為焊接結(jié)構(gòu)型式，在滿足礦方使用強(qiáng)度要求條件下其性價(jià)比較高。

2 優(yōu)化和改進(jìn)

鏈環(huán)卡原始設(shè)計(jì)為鑄件，由于在使用過(guò)程中鑄件的質(zhì)量和特性等因素不能滿足使用要求，逐步被淘汰，后更改為鍛件，鍛件的鏈環(huán)卡結(jié)構(gòu)強(qiáng)度比較高，抗拉強(qiáng)度也比較大，很好地滿足了礦用的要求[4]，但是鍛件結(jié)構(gòu)的鏈環(huán)卡熱處理后加工成本太高，加工工藝復(fù)雜，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，整體上性價(jià)比太低，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的調(diào)研和井下設(shè)備使用工況分析，再根據(jù)本單位的實(shí)際生產(chǎn)條件和具體情況，鑄鍛件材質(zhì)的鏈環(huán)卡和連接頭優(yōu)化改進(jìn)成焊接結(jié)構(gòu)形式，焊接結(jié)構(gòu)形式的鏈環(huán)卡和連接頭在滿足礦方使用強(qiáng)度要求的前提下可以投入使用，同時(shí)鏈環(huán)卡和連接頭屬于易損件，不僅有連接和傳遞力的作用，還要在一定程度上保護(hù)井下刮板機(jī)或液壓支架整體設(shè)備的完整性和安全性，不能過(guò)度地追求強(qiáng)度和耐用性，只要滿足礦方正常生產(chǎn)使用需求即可。

通過(guò)多方面的研究和調(diào)研，從整體方面考慮對(duì)鏈環(huán)卡和連接頭可采用高強(qiáng)板焊接結(jié)構(gòu)型式。鏈環(huán)卡和連接頭均采用高強(qiáng)板加固式箱體或板式結(jié)構(gòu)，其外形結(jié)構(gòu)尺寸與鍛件差距較小，互換性好。從設(shè)計(jì)上盡量保持與原鍛件尺寸一致，不能影響連接部件的改變，保持與鍛件的通用性。盡量采用較厚高強(qiáng)板進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過(guò)火焰切割機(jī)下料，鉚對(duì)焊接，整體加工，保持安裝尺寸與鍛件相同，使用方式相同。

2.1 鏈環(huán)卡的改進(jìn)

鏈環(huán)卡由鍛件（如圖1）優(yōu)化改進(jìn)成高強(qiáng)鋼板組焊件（如圖2），焊接工藝流程：鋼板下料→去除毛刺→矯正→對(duì)接鉚固→焊接→退火去除內(nèi)應(yīng)力→機(jī)加工→噴砂→刷漆→檢驗(yàn)→入庫(kù)。

圖1 鍛件結(jié)構(gòu)鏈環(huán)卡

圖2 焊接結(jié)構(gòu)鏈環(huán)卡

組焊件鏈環(huán)卡在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度方面雖然在一定程度上后退了，但是其使用性能方面更為簡(jiǎn)便，它采用銷軸連接固定鏈環(huán)，比鍛件螺栓壓板形式更為便捷。一端連接銷軸固定圓環(huán)鏈防止脫鏈，另一端銷軸連接后溜千斤頂或防倒耳板等部件[5]，其銷軸均采用30CrMnTi材質(zhì)，整體結(jié)構(gòu)緊湊，使用便捷。

焊接結(jié)構(gòu)形式的鏈環(huán)卡具有以下特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、拆卸更加便捷，抗拉強(qiáng)度高、工藝簡(jiǎn)單、加工生產(chǎn)容易、生產(chǎn)周期短、成本低、生產(chǎn)可控性高等。

2.2 連接頭的改進(jìn)

連接頭由鍛件（如圖3）優(yōu)化改進(jìn)成高鋼板組焊件（如圖4），焊接工藝流程：鋼板下料→去除毛刺→矯正→對(duì)接鉚固→電焊→退火去除內(nèi)應(yīng)力→機(jī)加工→噴砂→刷漆→檢驗(yàn)→入庫(kù)。

圖3 鍛件結(jié)構(gòu)連接頭

圖4 焊接結(jié)構(gòu)連接頭

圖5 鏈環(huán)卡試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)圖片

組焊件連接頭在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度上弱于鍛件結(jié)構(gòu)，但是經(jīng)過(guò)多個(gè)煤礦工作面的試驗(yàn)，其從使用性能和強(qiáng)度方面完全滿足礦方的使用要求，工作面正常推進(jìn)生產(chǎn)，使用狀況良好。

焊接結(jié)構(gòu)形式的連接頭具有以下特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng)，抗拉強(qiáng)度高、工藝簡(jiǎn)單、加工生產(chǎn)容易、生產(chǎn)周期短、成本低，生產(chǎn)可控性高。

3 鏈環(huán)卡的拉力試驗(yàn)

用φ125/φ85-900（QGEK128590B1A7）后溜千斤頂進(jìn)行試驗(yàn)，要求連接后溜千斤頂、鏈環(huán)卡子、鏈子，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 焊接結(jié)構(gòu)鏈環(huán)卡拉力試驗(yàn)數(shù)據(jù)

根據(jù)礦方使用條件，模擬綜采、綜放工作面的各種工況條件和礦方使用方式、習(xí)慣，依據(jù)GB 25974.1—2010《煤礦用液壓支架》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了多次的拉力、保壓、超額載荷試驗(yàn)，經(jīng)過(guò)多次加載試驗(yàn)得出結(jié)論：該焊接結(jié)構(gòu)鏈環(huán)卡在各種工況和條件下試驗(yàn)結(jié)果均表現(xiàn)良好，焊接結(jié)構(gòu)鏈環(huán)卡整體結(jié)構(gòu)無(wú)較大變形、焊縫開(kāi)焊、焊縫撕裂等現(xiàn)象，由此得出焊接結(jié)構(gòu)鏈環(huán)卡可滿足礦方使用要求。

4 成本對(duì)比

4.1 鏈環(huán)卡成本對(duì)比

鍛件成本：毛料成本（質(zhì)量約44 kg，市場(chǎng)價(jià)約8元/kg）+加工成本（切割銑槽費(fèi)用約20 元/件+鉆孔費(fèi)用約12 元/件）+熱處理成本（熱處理費(fèi)用約12 元/件）+設(shè)備損耗及耗材（費(fèi)用約15 元）=44×8+32+12+15=411元（含水電費(fèi)和工時(shí)費(fèi)）。

組焊件成本：材料成本（高強(qiáng)板質(zhì)量約21 kg，市場(chǎng)價(jià)約6.4 元/ kg）+點(diǎn)對(duì)、鉚焊成本（55 元/件）+加工成本（下料費(fèi)用約35 元，整體鉆孔費(fèi)用約13 元/件）+退火消除內(nèi)應(yīng)力費(fèi)用（費(fèi)用約10 元/件）+噴漆（費(fèi)用約3 元/件）+設(shè)備損耗及耗材（費(fèi)用約52 元）=21×6.4+55+48+10+3+52=302.4 元（含水電費(fèi)和工時(shí)費(fèi)）。

經(jīng)成本核算對(duì)比，組焊件結(jié)構(gòu)鏈環(huán)卡較鍛件結(jié)構(gòu)便宜約411 元/件-302.4 元/件=108.6 元/件。

4.2 連接頭成本對(duì)比

鍛件成本：毛料成本（質(zhì)量約124 kg，市場(chǎng)價(jià)約8元/kg）+加工成本（切割費(fèi)用約18 元/件+鉆孔費(fèi)用約17 元/件）+設(shè)備損耗及耗材（費(fèi)用約16 元）=124×8+35+16=1043 元（含水電費(fèi)和工時(shí)費(fèi)）。

組焊件成本：材料成本（高強(qiáng)板質(zhì)量約55 kg，市場(chǎng)價(jià)約6.4 元/kg）+點(diǎn)對(duì)、鉚焊成本（62 元/件）+加工成本（下料費(fèi)用約32 元，刀檢、打坡口費(fèi)用約16 元/件，整體鉆孔費(fèi)用約15 元/件）+退火消除內(nèi)應(yīng)力費(fèi)用（費(fèi)用約10 元/件）+噴漆（費(fèi)用約3 元/件）+設(shè)備損耗及耗材（費(fèi)用約48 元）=55×6.4+62+63+10+3+48=538元（含水電費(fèi)和工時(shí)費(fèi)）。

經(jīng)成本核算對(duì)比，組焊件結(jié)構(gòu)鏈環(huán)卡較鍛件結(jié)構(gòu)便宜約1043 元/件-538 元/件=505 元/件。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本次對(duì)液壓支架用鏈環(huán)卡、連接頭部件的優(yōu)化和改進(jìn)，并經(jīng)過(guò)在試驗(yàn)臺(tái)多次的試驗(yàn)，初次在ZF5200/16/28放頂煤液壓支架的后溜和推移上進(jìn)行局部使用，經(jīng)過(guò)礦方的反饋使用效果良好，能夠很好地滿足工作面設(shè)備的正常推進(jìn)使用，該項(xiàng)目的試驗(yàn)成功，為冀中能源峰峰集團(tuán)各礦的應(yīng)用推廣提供了良好的示范。

經(jīng)過(guò)目前階段性試驗(yàn)的成功，并通過(guò)多次論證和探討，該組焊結(jié)構(gòu)型式的鏈環(huán)卡和連接頭推薦在工作阻力6000 kN以下的液壓支架上配套使用。目前該項(xiàng)目已在各礦適合的液壓支架架型（如ZFB3200/16/28、ZF4000/16/28、ZF5200/16/28、ZFG5400/18/29等液壓支架）上投入配套使用，累計(jì)配套支架約700余架，共節(jié)約成本達(dá)429 100 元。組焊結(jié)構(gòu)鏈環(huán)卡、連接頭的普遍使用能夠?yàn)楣竟?jié)省大量成本和資金，也帶動(dòng)了支架結(jié)構(gòu)件的優(yōu)化進(jìn)程，不斷降低設(shè)備生產(chǎn)成本。