浅析液压支架的设计和制造工艺

曹从磊　桑　梓（卡特彼勒（郑州）有限公司，河南 郑州 450103）

浅析液压支架的设计和制造工艺

曹从磊桑梓
（卡特彼勒（郑州）有限公司，河南 郑州 450103）

在煤矿企业综采工作面作业过程中，液压支架作为不可或缺的设备，其对综采工作面生产效率和安全性的提高具有直接的影响。由于液压支架具有较好的有效性和可靠性，所以在当前矿井机械化开采技术中已占据非常重要的位置。本文从液压支架的工作原理入手，对液压支架设计与制造过程中存在的问题进行了分析，并进一步对液压支架的设计要点及设计制造工艺的优化进行了具体的阐述。

液压支架；工作原理；设计要点；制造工艺

液压支架作为煤矿工作面开采过程中非常重要的一项设备，其占整体设备投资的较大比例，由于液压支架具有较好的可靠性，所以对工作面生产效率和安全的提升起到了十分重要的作用。通过对液压支架技术水平的不断提升，对推动机械化综采水平和技术的进步起到了有效的促进作用。所以需要加快提升液压支架设计和制造工艺的水平，确保煤矿综合机械化开采水平的提高。

1 液压支架的工作原理

目前液压支架要在应用过程中其技术也得以不断发展和完善，目前液压支架具有较多的种类，但在基本共用方面并没有多大的差异。在液压支架应用过程中，其需要由乳化液泵站为其提供高压液体作为液压支架的动力，在移架、升降及转移等常规动作时则需要由液压系统通过控制液压缸来实现。在综采工作面进行应用过程中，主要是通过主管路和各支架将多个独立的液压功能系统并联在一起，在液压支架结构中设置控单向阀和安全阀，同时在邻架上进行操作阀的设置。

目前较为常用的液压支架通常可以分为三种，即掩护式支架、支撑式支架和支撑掩护式支架。根据支架部件的作用和功能的不同，还可以进行如下划分：

（1）承载结构部件，如掩护梁、顶梁、连杆、尾梁及底座等，可以承受和传递顶板及垮浇岩石所产生的载荷。

（2）液压动力系统，这是支架中核心部分，主要包括各种液压油缸，为支架动作时提供动力支持。

（3）保障部件，如液压管路、电控元件、单向阀、安全阀及操作阀等。通过这些部件来控制和操作液压油缸的各种动作，确保支架能够正常的进行工作。

（4）配套装置，如推移、伸缩梁、防倒防滑及连接件、侧护板等，这些装置可以确保支架部分动作和功能得到实现。

2 液压支架设计与制造过程中存在的问题

我国液压支架设计工艺的整体水平与发达国家还存在一定的差距，但经过多年的不懈努力，目前我国已能够独立进行设计和制造能够适应各种复杂煤矿开采条件的多种架型和品种的液压支架，而且在部分液压支架的设计和制造上已处于世界领先水平。但在当前液压支架设计和制造过程中还存在着一些不足之处。

（1）目前在液压支架设计过程中，由于模拟压架三维有限元和平面受力等分析上还存在不完善的地方，从而导致当前我国液压支架在设计上还存在较大的缺陷；

（2）液压支架设计和制造过程中所使用的钢板无论是强度还是综合机械性能方面都与国外相关工艺存在较大的差距。目前我国液压支架采用的钢板曲强度较小，无法达到优秀支架构件制造工艺的要求，同时钢板综合机械化性能相对也较差。

（3）目前在液压支架设计和制造过程中焊接工艺和技术水平还存在不足之处，特别是焊缝成型技术在高强度焊丝缺乏的情况下导致其技术发展较为迟缓。

（4）由于液压油缸在密封上还采用聚氨酯材料，可靠性较差，达不到良好的密封效果，对产柱和千斤顶的密封技术水平不高，在密封操作中效果并不显著。

（5）由于电液阀制造技术的限制，我国液压支架中使用的阀门无论是加工技术还是使用寿命都得不到有效的保障，在国际市场中缺乏竞争力。

3 液压支架的设计要点

液压支架的组成包括顶梁、掩护梁、立柱、底座、四连杆机构、千斤顶、侧护板等基本部分，要遵从强度高、支护性显著、移架操作便捷、安全性强等设计原则。在长壁采集的工作面当中，液压支架作为重要的支护设备，要对采集现场的顶板起到支护作用，使得作业空间能够得到基本有效维护，并推移工作面的采运设备。

目前在液压支架的四连杆机构应用方面，均首选双摇杆技术，即以机架为底座，前后连杆即掩护梁均为连架杆，其通过对顶梁进行双纽线轨迹的运动控制，约束梁端距离的变化量，使得顶板的管理性能得到加强与提高，为重要的连接部件之一。

在实际工作的应用当中，不同环境与条件下所使用的不同液压支架在四连杆机构方面也会存在根本上的不同，因此要进行区分设计，例如薄煤层的开采工作时，采用的液压支架在前连杆与底座铰接点位置上与其他煤层所使用的液压支架具有较大区别。大多数液压支架在对四连杆机构进行设计时，将减轻液压支架的重量以及缩小附加力作为设计方向，但是薄煤层开采所使用的液压支架在设计时，要重点考虑四连杆机构的最小高度设计，目前解决方法为降低前连杆与底座铰接点，增加前连杆的长度以及缩小掩护梁的背角。

4 设计制造工艺的优化

液压支架在煤矿企业综采工作面作业过程中发挥非常重要的作用，可能为开采作业提供一个较为安全的空间环境，而且在工作面推进过程中设备能够相应的随之进行移动，有效的确保开采工作的高效性和安全性。这就需要在液压支架设计制造过程中，需要严格对其质量进行控制，合理选择原料，同时还要做好焊前预热及焊后的热时效处理工作，有效的确保焊缝质量的提升。在密封方面，可以采用锥刚性密封，对于一些较为重要的密封件则可以直接选择进口材料，从而有效的提高阀门的质量，确保阀门的使用性能。另外，还要根据作业现场施工面的具体情况来加强对个性化液压支架的设计工作，从而确保液压支架在应用过程中能够更好的与开采环境适应，确保开采效率提高，有效的提升能源的开采率。

结语

液压支架主要用于煤矿企业综采工作面作业中，所以液压支架的设计和制造工艺的好坏与煤矿生产企业的效益息息相关，因此需要在液压支架的设计制造过程中加快引进国外先进技术，对设计上的缺陷进行改进，选择优质的材料，确保液压支加功效和使用寿命的延长，从而更好的推动液压支架技术的快速发展。

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