ZY3200-7.5-16型掩护式液压支架改制研究与应用.docx

ZY3200/7.5/16型掩护式液压支架改制研究与应用 王东伟 薛焕焕 曹文明（山东塔高矿业机械装备制造有限公司 山东 泰安 271411）摘要：为了使得ZY3200/7.5/16型掩护式液压支架在煤矿井下使用一段时间后，通过支架改制能够增加液压支架的采高范围，本文提出了将此支架改制为ZY3200/9.5/19的具体方法：使用南京迈实液压支架分析系统对ZY3200/7.5/16液压支架进行建模分析，模拟计算四连杆参数及运动状态，得出了调整液压支架前连杆和后连杆的中心距，并且在立柱柱头处增加立柱机械加长节以提高液压支架最大高度的改制方法本文通过对比分析液压支架改制前后的稳定性以及安全性能，得出ZY3200/9.5/19型掩护式液压支架顶梁前端部横向摆幅曲线为标准S形曲线，摆幅为60mm的结果，使用40000KN液压支架压架实验平台对ZY3200/9.5/19支架压架试验，结果显示结构件变形量符合要求、油缸无漏液现象关键词：液压支架；仿真建模；横向摆幅；强度校核；压架试验0 引言液压支架是一种利用液体压力产生支撑力并实现自动前移来进行顶板支护和管理的一种液压动力装置，是煤矿长壁开采工作面的主要设备之一。

液压支架技术水平是反映国家高效生产的因素之一，具有高强度、移动速度快、支护性能好和安全可靠等优点在综合机械化采煤过程中，液压支架不仅用于支撑管理顶板，隔离采空区，维修采煤作业空间，并能有效提高工效保护生产管理人员和设备的安全，可为煤矿获得很高的经济效益为了更好发挥科学液压支架中加长杆立柱的使用性能，通过对传统液压支架加长杆立柱的结构及受力优缺点进行分析研究，结合实际及其他领域设计经验，设计出一种新型的液压支架用机械加长杆立柱，试验结果表明该新型结构的机械加长杆立柱是由传统结构加长杆立柱，有很好的应用前景还有一种用于液压支架的机械加长杆立柱，即时在受过大拉力时也只是将卡环的薄弱环节处弯曲断裂，不会造成活柱缸口处的损坏，提高了开口活柱的强度和机械加长杆立柱的可靠性，解决了开口活柱缸口损坏而造成的机械加长杆立柱的实效问题ZY3200/7.5/16型掩护式液压支架在井下工作面采掘完成后升井，通过支架改制的方式提高液压支架的采高范围，以适应其他中厚煤层工作面的开采，不但提高工作面设备的生产效率，而且能够大大节约投入的成本现对ZY3200/7.5/16液压支架改制为ZY3200/9.5/19型掩护式液压支架进行理论分析，为了能够最大化控制液压支架改制成本，采取简洁有效的方法对ZY3200/7.5/16液压支架进行改制，且对改制后ZY3200/9.5/19型液压支架进行压架试验，对支架改制方案进行验证和考核。

1 理论分析通过南京迈实液压支架分析系统建模，将ZY3200/7.5/16型液压支架以及改制后ZY3200/9.5/19型液压支架建立模型，根据液压支架四连杆参数对支架的运动轨迹进行仿真，实时、动态地模拟支架在升降过程中的运动情况，对比分析支架四连杆参数对顶梁前端横向摆幅稳定性等数据的影响，具体如下：1.1 ZY3200/7.5/16液压支架运动仿真模拟（改制前）将ZY3200/7.5/16液压支架四连杆参数进行仿真模拟，分析在液压支架运动过程中顶梁前端部横向摆幅数值ZY3200/7.5/16型掩护式液压支架顶梁前端部的横向摆幅曲线为前凸型，梁端距最大变化值为80mm1.2 ZY3200/9.5/19液压支架运动仿真模拟（改制后）将ZY3200/9.5/19液压支架四连杆参数进行仿真模拟，分析在液压支架运动过程中顶梁前端部横向摆幅数值ZY3200/9.5/19型掩护式液压支架顶梁前端部的横向摆幅曲线为S型，梁端距最大变化值为60mm1.3 数据对比分析在最大程度利用原ZY3200/7.5/16液压支架零部件，以“少改动”为原则的基础上，将支架改制为ZY3200/9.5/19液压支架需要加大前、后连杆的中心距，即连杆需要全部重新制作。

通过迈实软件优化四连杆参数，ZY3200/9.5/19液压支架前、后连杆中心距分别为856mm和701mm，数据如下：①ZY3200/9.5/19液压支架顶梁前端部横向摆幅范围为60mm＜80mm(原ZY3200/7.5/16支架摆幅范围)，其运动轨迹相比原支架曲线更接近“一根垂直线”的理想运动轨迹因此，改制后的ZY3200/9.5/19液压支架结构更加稳定，而且对井下环境的适应性更强；②液压支架高度发生变化后原立柱不能实现最大高度1900mm，因此需要将立柱增加机械加长节，通过计算立柱机械加长节中心距为240mm（见表1），此时液压支架能够实现最小高度为1220mm；若将立柱机械加长节拆除后，改制后液压支架能够实现最小高度为950mm，此高度对液压支架在井下运输时对巷道的高度要求更低，适应能力更强表1 ZY3200/9.5/19液压支架压架试验报告1.4 液压支架整体维修随着我国支护设备的不断更新和改造，液压支架以安全稳定、机械化效率高等优点成为煤矿工业重要的支护设备，液压支架在应用过程中经常会出现一系列问题，这些问题产生后会对煤矿的安全生产产生影响ZY3200/9.5/19液压支架改制后需要对支架整体进行维修，包括液压支架整体拆解清洗、整形加固，油缸除锈处理及打压试验，液压阀密封性能试验等具体过程，液压支架整体维修后能够有效地发挥好综采液压支架的支护作用。

2 改制方案2.1 ZY3200/7.5/16液压支架改制必换件及增加件ZY3200/7.5/16液压支架改制为ZY3200/9.5/19型掩护式液压支架需要更换新制前、后连杆，增加立柱机械加长节、固定销轴及垫圈等新件2.2 受力分析2.2.1 立柱机械加长节抗拉强度校核立柱机械加长节选用材质为矿用液压支架立柱常用材质27SiMn，其抗拉强度σb为980MPa，单根立柱的受压力取极限值1600KN，立柱加长节投影半径R=115mmS投影=πr2=3.141152=41526.5mm2；σb=F/S=1600KN/41526.5mm2=39MPa由上述计算不难看出，立柱加长节所受抗拉强度σb=38.5MPa＜980MPa，所以符合液压支架设计标准2.2.2 前连杆强度校核选取前连杆最小截面计算连杆安全系数，前连杆高度尺寸172mm，宽度尺寸268mm，主筋厚度为30mm取截面所受轴向力极限最大值3139.7KN时，计算得出前连杆最小截面安全系数范围1.211-2.585，符合液压支架设计标准2.2.3 后连杆强度校核选取后连杆最小截面计算连杆安全系数，后连杆高度尺寸172mm，宽度尺寸268mm，主筋厚度为30mm。

取截面受到轴向力极限最大值2324.2KN时，计算得出后连杆最小截面安全系数范围1.272-4.873，符合液压支架设计标准2.3 ZY3200/9.5/16改制液压支架底座柱窝加工使用南京迈实分析系统建模验证，当ZY3200/9.5/19液压支架升至最大高度1900mm时，立柱相比原支架倾斜角度更大，此时立柱通液管底部与底座柱窝需要加工斜面，以避免两者干涉，并且将尖棱、尖角部分倒钝R5-103 ZY3200/9.5/19型液压支架压架试验报告按照上述改制方案，将一架ZY3200/7.5/16型掩护式液压支架改制为ZY3200/9.5/19型掩护式液压支架，使用40000KN液压支架压力平台对改制后支架进行压架试验依据MT312-2000《液压支架通用技术条件》及图纸制造要求，对支架的外观质量、操作性能、支护性能及强度等项目进行试验，检测结果如表1所示4 结语①ZY3200/7.5/16型掩护式液压支架改制为ZY3200/9.5/19液压支架，改制后液压支架顶梁前端部横向摆幅为60mm，相比液压支架改制前顶梁前端部横向摆幅80mm更小，结构更加稳定，井下适用高度范围更大；②将ZY3200/7.5/16液压支架改制为ZY3200/9.5/19型掩护式液压支架需要新制前、后连杆，增加立柱机械加长节、固定销轴及垫圈等部件。

并且需要将底座柱窝部分加工斜面，避免立柱通液管底部与柱窝干涉；③ZY3200/9.5/19液压支架改制后整体维修，增加液压支架在井下的使用寿命通过对ZY3200/9.5/19型掩护式液压支架进行压架试验等项目检测，检验结果符合MT312-2000《液压支架通用技术条件》标准参考文献：[1]王国法.液压支架技术体系研究与实践[J].煤炭学报,2010(11).[2]孙长春.液压支架的现状与发展思路[J].科技情报开发与经济,2009(19).[3]张丽丽,李吉堂.新型机械加长杆立柱的设计[J].煤矿机械,2011(12).-全文完-。