ZY4800/20/40型掩护式液压支架的改造

武志峰

(西山煤电(集团)有限责任公司 机电厂，山西 太原 030053)

针对华晋公司明珠矿现有ZY4800/20/40型掩护式液压支架在使用过程中存在较严重的“栽头”现象，特别是下山开采过程中尤为明显,同时由于操作不便,经常出现人员受伤情况。根据矿方提供的液压支架总图、使用说明书等技术资料及现场实物察看，经过计算机模拟演示及计算，对上述现象进行分析并制定了改造方案。

1 ZY4800/20/40液压支架概况

1.1 主要技术参数

型式： ZY4800/20/40型掩护式液压支架

高度： 2.0～4.0 m

中心距 1 500 mm

宽度:1 430～1 600 mm

初撑力(P=31.5 MPa)：3 876 kN

工作阻力(P=39 MPa)：4 800 kN

支护强度:0.73～0.78 MPa

底板比压:0.23～2.35 MPa

移架步距:600 mm

重量:16.9 t

1.2 支架整体结构及适用条件

该支架为两柱掩护式液压支架，采用整体顶梁前带一级护帮机构，掩护梁与双前连杆、整体后连杆、底分式刚性底座组成了四连杆机构，底座前端设有抬底机构，见图1。

图1 原设计图

适用条件：

1) 适用工作面采高范围：2.2～3.8 m。

2) 适用煤层倾角≤15°。

3) 配套刮板运输机为SGZ-764/400，采煤机MGTY300/700-1.1D。

2 支架参数计算与分析

2.1 支架运动仿真

依据支架主要参数，利用液压支架分析系统，对该支架进行四连杆分析和运动仿真，ZY4800/20/40 型液压支架运动连杆参数图见图2，液压支架运动模拟图见图3，液压支架横向摆幅图见图4。

图2 ZY4800/20/40型液压支架运动连杆参数图

图3 ZY4800/20/40型液压支架运动模拟图

图4 ZY4800/20/40型液压支架横向摆幅图

由图2～4可知：该支架适用工作面采高范围为2.2～3.8 m，根据支架运动仿真数据及横向摆幅曲线可知，支架横向摆幅较小，为55 mm，但支架高度在2.7～3.7 m时，支架横向摆幅曲线向后，当顶板来压时，立柱让压下缩，使顶梁有后移的趋势，此时顶梁与顶板的摩擦力朝前，使整个支架产生逆时针转动的趋势，但这不是支架“栽头”的主要原因，因此，四连杆机构基本可行。

2.2 实体建模分析

根据现有资料，西山机电厂进行了实体模拟，具体步骤如下：

1) 依据总图和使用说明书，计算出支架各大部件的体积及重量。

2) 根据各大部件体积及重心位置，用实体设计软件把各大部件模型进行组装、分析，确定支架不同采高时重心位置；最终得出支架理论工作状态下，支架在平面和倾斜15°情况下的重心位置。原支架重心模拟见图5。

从图5可以看出，在最大高度状态下，支架重心虽然在底座右端，但是重心却在底座柱窝左端，特别是在支架倾斜15°情况下，重心位置越靠左，支架整体受力朝前，加大了转动力矩。

图5 原支架重心模拟图

2.3 分析结果

由图1可以看出，该支架行人通道位于立柱与过桥之间，行人通道仅为380 mm,而且立柱前倾不利于人员通行，是导致安全事故频发的主要原因；掩护式液压支架由于顶梁悬伸在底座前端之前，顶梁柱窝在底座柱窝之前，因此，有一个自然转动力矩的趋势。而该支架底座柱窝在底座中间位置，与常规架型相比，支撑点靠后，加大了转动力矩，使支架有向前转动的一个趋势，特别是支架在下山开采过程中存在倒架危险，顶梁与底座柱窝位置设计不合理是导致支架工作过程中出现“头重脚轻”的主要原因。

3 改造方案

通过分析，对该型支架存进行改造。

3.1 支架主体改造

在保证原配套设备和掩护梁、前后连杆等部件不变的基础上，重新设计制造顶梁部分和底座部分，在原顶梁与底座主体结构不变基础上，对顶梁和底座进行改造，主要针对柱窝位置进行调整，同时改进与柱窝相关零件，从而大大减小支架的转动力距，并使支架重心后移，提高了支架的适应性，同时增加安全可靠的行人通道。改造后总图见图6。

图6 改造后总图

具体改进措施如下：

1) 对所有要求改造支架，清理干净各个部位的煤面。

2) 对支架进行大解体，拆解顶梁和底座。

3) 对掩护梁和前后连杆铰接处进行测绘，控制四联杆机构轴孔间隙，保证支架的稳定性及可靠性。

4) 本方案主要针对支架主体性能进行改进，液压部分及其它相关件可根据矿方要求及检修标准要求配置。

3.2 顶梁部分

对顶梁部分进行改进设计并重新制造，主要包括如下内容：

1) 新设计顶梁为整体顶梁，前端采用两级护帮板结构。

2) 顶梁柱窝在原有基础上前移300 mm，即距顶掩孔距离由1 020 mm改为1 320 mm。

3) 顶梁预留防倒装置连接位置，满足特殊工况调架要求。

4) 重新设计顶梁与一级护帮板连接部分，一级护帮千斤顶由1件改为2件。

5) 新设计一、二级护帮板机构，加强支架对煤壁的防护能力，一级护帮板设计长约900 mm，二级护帮板设计长约700 mm，一、二级护帮千斤顶主要参数见表1。

3.3 底座部分

对底座部分进行改进设计并重新制造，主要包括如下内容：

1) 底座柱窝在原有基础上前移300 mm，即距底座前端距离由1 270 mm改为970 mm。

2) 重新设计脚踏板及其连接方式，改造后支架行人通道达710 mm，满足设计规范(净宽度不小于0.5 m)的要求。

3) 重新设计操纵阀的安装位置及方式，可实现操纵阀的上下及前后调节，方便支架操作。

表1一、二级护帮千斤顶主要参数表

4 结 论

通过ZY4800/20/40型液压支架的改造，在保证主要技术参数不变的前提下，改善了该支架的受力状况，解决了液压支架“头重脚轻”的缺陷，加强了支架对煤壁的防护能力，提高了支架的适应性，增加了后部人行通道，保证了行人安全，方便了支架操作，实现了煤矿安全生产。

参 考 文 献

[1]王国法.液压支架技术[M].北京：煤炭工业出版社，1999：125-127.

[2]刘新华.大采高强力液压支架结构分析[D].北京：煤炭科学研究总院，2008.

[3]刘建英，张 超.液压支架内部参数设计的原则[J].煤矿机械，2012，33(3)：14-16.