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高安全性能6.2m大采高支架的研制

文檔作者：趙光明文檔來源：山西晉城煤業(yè)集團(tuán)金鼎公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年05月21日
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第５ 期（總第２０４ 期）
２０１７ 年１０ 月
機(jī)械工程與自動(dòng)化
MECHANICAL _ ENGINEERING _ &amp;amp; _ AUTOMATION
No ．５
Oct ．
文章編號(hào)：１６７２‐６４１３（２０１７）０５‐０２１２‐０２
高安全性能６. ２ m 大采高支架的研制
趙光明
（山西晉城煤業(yè)集團(tuán)金鼎公司，山西_ 晉城_ ０４８００６）
摘要： 簡(jiǎn)單介紹了６.２ m 大采高支架的使用條件和工作面配套設(shè)備，重點(diǎn)介紹了液壓支架的主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、
其他結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)以及液壓支架的制造工藝，為大采高支架的研制和推廣使用提供參考。
關(guān)鍵詞： 液壓支架； 大采高支架； 高安全性；研制
中圖分類號(hào)： TD３５５ ＋ .４ _ _ _ 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B
收稿日期： ２０１７‐０２‐１７ ； 修訂日期： ２０１７‐０７‐０４
作者簡(jiǎn)介： 趙光明（１９７４‐） ， 男， 山西平遙人， 高級(jí)工程師， 本科， 現(xiàn)從事支架設(shè)計(jì)與制造。
0 _ 引言
晉煤集團(tuán)主采３ 號(hào)煤層平均厚度在５ ．８ m 左右，
煤層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定在傾角１０°以內(nèi)。晉煤集團(tuán)在３ 號(hào)煤層
于２００９ 年在國(guó)內(nèi)最早成功進(jìn)行了高瓦斯條件下３００ m 加長(zhǎng)大采高綜采工作面試驗(yàn)，并開發(fā)制造了高安全性
能６ ．２ m 大采高支架，達(dá)到了高質(zhì)量、高可靠性的生
產(chǎn)目標(biāo)，目前已制造使用１ ５００ 余架。
1 _ 綜采工作面設(shè)備配套
工作面支架（包括排頭架、過渡架和基本架）均為
兩柱掩護(hù)式電液控制支架。根據(jù)支架所在位置，過渡
架和基本架頂梁為整體頂梁、帶８００ mm 行程的內(nèi)伸
縮梁、伸縮梁前端帶可折疊二級(jí)護(hù)幫的結(jié)構(gòu)型式；排
頭、排尾架頂梁采用整體頂梁帶一級(jí)護(hù)幫的結(jié)構(gòu)型式，
并帶有底調(diào)裝置；其余支架的底座一側(cè)預(yù)留有底調(diào)裝
置的連接耳座。所有支架的工作阻力均為１２ ０００ kN 。
過渡架數(shù)量按配套需要以保證人行道暢通。排頭架和
過渡架的頂梁尺寸按配套確定，并保證支架側(cè)護(hù)板高
度使支架在降架過程中避免干涉。全面布置了中間架
１１０ 架、過渡架４ 架、排頭和排尾架６ 架，共１２０ 臺(tái)支架。
支架支撐高度從工作面中部６ ．２ m 過渡到兩端
的３ ．８ m ，相鄰支架間的高度差３００ mm（側(cè)護(hù)板高度
為７６５ mm） ，鄰架間側(cè)護(hù)板搭接量為４６５ mm ，以避免
降架過程中出現(xiàn)相互脫開咬架的情況。過渡段長(zhǎng)度約
１５ ．７５ m ，頂板角度１０ ．９° 。機(jī)頭和機(jī)尾各３ 臺(tái)排頭架，
采用加長(zhǎng)的頂梁，能滿足刮板輸送機(jī)傳動(dòng)部的支護(hù)要
求。采煤機(jī)為SL５００ 型，刮板輸送機(jī)為SGZ１０００／２ *
８５５ 型運(yùn)輸機(jī)，架前通道為３６８ mm ，中間通道為６０２ mm 。
2 _ 支架總體設(shè)計(jì)指標(biāo)
按MT３１２ — ２０００ 標(biāo)準(zhǔn)和歐洲EN 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行復(fù)合
加載型式試驗(yàn)４０ ０００ 次，其主要結(jié)構(gòu)件壽命大于６
年，立柱千斤頂壽命大于３ 年，控制系統(tǒng)、閥壽命大于
４ 年。為確保滿足單面年產(chǎn)８００ 萬(wàn)噸～ １ ０００ 萬(wàn)噸以上
的設(shè)計(jì)能力，支架大修期過煤量指標(biāo)超過１ ５００ 萬(wàn)噸。
支架總體技術(shù)參數(shù)如下：支架高度２ ．８ m ～ ６ ．２ m ；
支架寬度１ ６６０ mm ～ １ ８６０ mm ；中心距１ ７５０ mm ；支護(hù)
強(qiáng)度１ ．３６ MPa～ １ ．４ MPa ；支護(hù)工作阻力１２ ０００ kN ；支
架對(duì)底板比壓為２ ．８ MPa ～ ２ ．８６ MPa 。
3 _ 支架的設(shè)計(jì)特點(diǎn)
３ ．１ _ 主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
基本架在２ ．８ m ～ ６ ．２ m 時(shí)的梁端距變化范圍為
５４２ mm ～ ５９６ mm ，總變化量為５４ mm ，支架高５ ．５ m 時(shí)梁端距為５４７ mm 。在支架的頂梁和掩護(hù)梁一側(cè)帶
有與梁體一體的固定側(cè)護(hù)板，另外一側(cè)配活動(dòng)側(cè)護(hù)板，
使支架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、強(qiáng)度好。伸縮梁帶有鉸接式兩級(jí)護(hù)
幫機(jī)構(gòu)，護(hù)幫機(jī)構(gòu)均采用小四連桿機(jī)構(gòu)控制，在一級(jí)護(hù)
幫收回時(shí)、二級(jí)護(hù)幫能完全折疊在一級(jí)護(hù)幫內(nèi)，護(hù)幫機(jī)
構(gòu)的回轉(zhuǎn)半徑小，能適應(yīng)煤層厚度大的變化。支架前
連桿為兩個(gè)單體連桿，后連桿為整體箱型結(jié)構(gòu)，以提高
支架的側(cè)向抗扭性能。支架的底座采用整體半剛性結(jié)
構(gòu)，底座兩邊箱體通過前部過橋和后部箱體連接成整
體，底板完全開檔，以確保底座排煤通暢；底座過橋厚
度為１２０ mm ，采用鋼板拼焊結(jié)構(gòu)，過橋下面距底板高
３８０ mm 。運(yùn)輸機(jī)推出后，鉸接點(diǎn)處可以上擺４００ mm ，
底座前端可以下擺３２０ mm ，適應(yīng)性強(qiáng)。支架底座前
端設(shè)計(jì)為R１５０ 圓弧過渡，底座過橋后設(shè)有抬底千斤
頂，利于支架在軟底板上前移。四連桿機(jī)構(gòu)和頂梁與
掩護(hù)梁間的連接軸采用基孔制間隙配合，保證四連桿
機(jī)構(gòu)的銷孔間隙在０ ．４ mm ～ ０ ．７５ mm 之間，最大不超
過０ ．７５ mm ；四連桿機(jī)構(gòu)連接處的橫向間隙在４ mm ～
８ mm 范圍內(nèi)變化，最大不超過８ mm 。通過間隙控
制，提高了支架的穩(wěn)定性。
３ ．２ _ 其他結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
在運(yùn)輸機(jī)中心線附近的支架頂梁上設(shè)有兩個(gè)起吊
重量不低于５ t 的吊環(huán)，方便輸送機(jī)的安裝。在其余
結(jié)構(gòu)件和立柱、千斤頂?shù)纫簤涸?，也相?yīng)設(shè)有起吊
環(huán)或起吊孔，方便安裝和維護(hù)。所有起吊環(huán)均按圓環(huán)
鏈的標(biāo)準(zhǔn)制造。
當(dāng)頂梁和掩護(hù)梁間夾角在１７５°時(shí)才有機(jī)械限位
裝置，此時(shí)平衡千斤頂尚有一定的富裕液壓行程，使平
衡千斤頂不會(huì)受到過度機(jī)械力的拉伸，保護(hù)了平衡千
斤頂及其連接耳板；支架升到最高、頂梁下擺１５°時(shí)，
頂梁和掩護(hù)梁間有機(jī)械限位裝置；當(dāng)支架降到最低時(shí)，
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
底座和前連桿之間有機(jī)械限位裝置。
支架頂梁后部和掩護(hù)梁鉸接處采用“屋檐式”設(shè)
計(jì)，從而保證支架頂梁與掩護(hù)梁之間連接處不漏煤；并
確?；顒?dòng)側(cè)護(hù)板伸出時(shí)的側(cè)向密封，頂梁和掩護(hù)梁側(cè)
護(hù)板上的安裝工藝孔均有擋板封閉。支架的頂梁端板
前端上面焊有Φ３０ mm 的通長(zhǎng)圓鋼，伸縮梁前端有
R５０ mm 的圓弧，掩護(hù)梁背面的壓板等有倒角，以確保
支架前移時(shí)不刮頂網(wǎng)。在底座前端上部的人行通道設(shè)
為水平，其上部設(shè)有防滑花紋鋼板，以利于人員行走，
立柱后部的腳踏板上設(shè)有防滑花紋鋼板和防滑膠墊。
支架立柱中間設(shè)有伸縮護(hù)網(wǎng)，防止碎煤傷人。
推移裝置中，在連接頭與推移桿的垂直連接銷軸
上帶應(yīng)力槽，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)推移裝置中各部分的機(jī)械保
護(hù)作用；在設(shè)計(jì)抬底裝置與底座連接銷軸時(shí)，要確保抬
底油缸損壞前提前切斷并便于現(xiàn)場(chǎng)安裝和更換。推移
千斤頂與底座的連接采用擋塊加橫銷的結(jié)構(gòu)型式，使
得抬底裝置安裝和拆卸空間加大，使立柱、推移千斤頂
和抬底裝置等均能獨(dú)立安裝拆卸、互不影響，方便井下
設(shè)備的檢修和維護(hù)。為了井下方便更換推移千斤頂位
移傳感器，將推移千斤頂?shù)母椎咨咸Ф溆噙B接部位
不拆，即可直接更換有故障的位移傳感器；推移千斤頂
收回后，千斤頂與推桿之間的固定銷軸與壓塊均暴露
在箱體外面，拆卸方便。
在支架頂梁的前部腹板上設(shè)有向下的架內(nèi)噴霧裝
置，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)噴霧；在支架掩護(hù)梁和后連桿上各設(shè)有
兩個(gè)朝向老塘的噴霧裝置，可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)噴霧，增加了老
塘矸石的濕度，減小了移架后矸石粉塵。
4 _ 支架的制造工藝
支架在加工時(shí)嚴(yán)格按照原材料的相關(guān)加工工藝進(jìn)
行，特別是要采用通過焊接工藝評(píng)定以及井下驗(yàn)證過
的焊接工藝方法，合理確定焊接工藝參數(shù)、選擇焊材。
針對(duì)支架高工作阻力的要求，選擇了Q８９０ 、Q６９０ 等高
強(qiáng)度合金鋼板，對(duì)鋼材進(jìn)行相應(yīng)的抗裂性能試驗(yàn)、焊接
性能試驗(yàn)及與焊接工藝規(guī)范相關(guān)的試驗(yàn)，并進(jìn)行了相
關(guān)焊接材料的研究，確定了預(yù)熱溫度、層間溫度、回火
溫度、保護(hù)氣體的種類。采用了零件預(yù)鏜孔、組焊并時(shí)
效處理后整體加工孔、焊后對(duì)結(jié)構(gòu)件進(jìn)行探傷和去應(yīng)
力以及整體噴砂的工藝方案。
5 _ 支架使用情況
該大采高支架在地質(zhì)特征為頂板有淋頭水、底板
有滲水、煤質(zhì)松軟、工作面斷層、陷落柱出現(xiàn)較多、巷道
底板松軟的條件下保證滿足大采高工藝的使用要求。
支架能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)頂板主動(dòng)有效的支撐管理，保證了沿
頂沿底的全煤厚開采，實(shí)現(xiàn)了礦井效益最大化。
Development of ６ ．２ m Large Mining Height Support with High Safety Performance
ZHAO Guang‐ming
（Shanxi Jincheng Anthracite Mining （Group） Kingding Mining and Machinery Co ．，Ltd ．，Jincheng ０４８００６ ，China）
Abstract ：This paper introduces the support condition and corollary equipment of ６ ．２ m large mining height hydraulic supports ， well as the design and manufacturing of the major structure and other structrues ．This work may provide a reference for the developmenats and promotion of large mining height supports ．
Key words ：hydraulic support ；large mining height ；high safety performance ；development
（上接第２１１ 頁(yè)）
３ ．３ _ 定義物理矛盾
（１） 分析：在這個(gè)問題中，對(duì)于一軸的要求是軸的
強(qiáng)度要高，軸的表面既要硬又要軟。
（２） 物理矛盾：軸既要硬又要軟，這顯然是違反物
理規(guī)律的。
（３） 詳細(xì)的矛盾：考慮到軸本身也會(huì)產(chǎn)生磨損，所
以軸硬度要高，但這會(huì)導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)密封的磨損也加大，故
要求軸在整體面上是硬的，但在接觸的局部可以是軟的。
可以考慮利用系統(tǒng)分離產(chǎn)生解決方案：在整體上
保證軸本身及表面的硬度，同時(shí)在微觀上可在軸表面
形成一個(gè)個(gè)微小的貯油坑，以便能形成穩(wěn)定的油膜，減
小對(duì)旋轉(zhuǎn)密封的磨損。
4 _ 最終解決方案
結(jié)合由物場(chǎng)模型、技術(shù)矛盾與物理矛盾的分析得
出的解決方案，得出最終解決方案如下：
在選擇滲碳淬火工藝保證軸硬度的前提下不完全
磨掉滲碳層，并對(duì)其進(jìn)行鍍鉻處理從而達(dá)到減緩一軸
磨損、延長(zhǎng)壽命的作用，同時(shí)增加噴丸處理，在強(qiáng)化材料
的同時(shí)形成貯油的微洞，從而形成微型動(dòng)壓油膜結(jié)構(gòu)，
在密封間隙中形成穩(wěn)定的油膜，減小油封唇口的磨損。
為此我們對(duì)采煤機(jī)一軸的工藝加工路線改進(jìn)為：
粗車— 探傷— 調(diào)質(zhì)— 車工（齒頂車成） — 滾齒— 滲碳—
車工（裝密封處碳層留合適） — 淬火— 車工— 磨工— 鍍
鉻（裝密封處鍍鉻） — 磨工— 磨齒— 車工（切掉加長(zhǎng)部
分） — 插齒— 檢驗(yàn)— 噴丸— 鉗工。
5 _ 總結(jié)
通過新工藝方案的實(shí)施，改善了驅(qū)動(dòng)軸系統(tǒng)的密
封性能，同時(shí)通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，隨著油封線速度的增
加，對(duì)軸表面的光潔度要求也提高，但并不是越高越
好，太光滑的表面存不住潤(rùn)滑油膜，將會(huì)使橡膠體與軸
直接產(chǎn)生干摩擦，反而會(huì)縮短油封使用壽命；增加噴丸
處理不僅可強(qiáng)化材料而且還可形成微型動(dòng)壓油膜結(jié)
構(gòu)，對(duì)維持密封間隙中穩(wěn)定的油膜、減小油封唇口的
磨損是有利的。
一般來講，軸的表面粗糙度不要超過Ra０ ．２ μm ，
否則會(huì)使密封效果變差。為了安裝油封時(shí)不損壞油封
唇口，應(yīng)對(duì)軸進(jìn)行合理的倒角，并且還要保證無(wú)毛刺和
劃痕。軸的倒角一般為１５° ～ ３０° 。軸的尺寸精度對(duì)密
封性能影響不大，但一般不超過h１１（GB１３０１） 。國(guó)外
對(duì)于無(wú)壓油封一般為h９ ～ h１１ ，但對(duì)于有壓油封大都
采用h８ 。
6 _ 改進(jìn)產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益
通過利用TRIZ 創(chuàng)新方法對(duì)此次采煤機(jī)驅(qū)動(dòng)軸系
統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化及工藝改進(jìn)，有效提高了驅(qū)動(dòng)軸系統(tǒng)的
密封性能，解決了系統(tǒng)的漏油問題，延長(zhǎng)了系統(tǒng)的使用
壽命，提高了采煤機(jī)的整機(jī)質(zhì)量，保障了采煤機(jī)連續(xù)生
產(chǎn)，并為后續(xù)生產(chǎn)加工提供了新的思路和方案。
Improvement of Seal Reliability of Coal Winning Machine Drive Shaft
LIU Chun‐jiang
（Technology Center of Taiyuan Heavy Mining Machinery Co ．，Ltd ．，Taiyuan ０３００３２ ，China）
Abstract ：To the problem of vibration and oil leakage caused by bad wear in working process of the first drive shaft system of coal winning machine ，we apply TRIZ innovative method to the innovation design of the coal winning machine ．Based on the field model ，
sthhraoftugshysttheme daenfidniptiroonceosfs pimhypsriocvaelmcoennttra，dwicetieofnfescttoivefilnydiminpnroovvaetitvheemseeatlhaobdilsity，soufcthheasdrthiveeosphtaifmtiszyatsitoenmof，acnodalswolivnenitnhge mpraocbhlienme odfrioviel leakage ，prolong the service life of the system ，improve the quality of the coal winning machine ．
Key words ：drive shaft ；seal ；coal winning machine
２０１７ 年第５期_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 機(jī)械工程與自動(dòng)化_ · ２１３ ·

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