矿用步进式液压拔销装置的研制

巩 明，宋金虎，徐艳红

（兖矿东华重工有限公司，山东邹城 273500）

0 引 言

液压支架是一种靠销轴连接的四连杆机构。随着液压支架规格型号越来越大，各个部件之间的连接销轴规格也越来越大。截止目前，我公司制造的ZFY21000/35.5/70D 两柱掩护式放顶煤液压支架的销轴最大规格达φ199.2mmx748mm。

该类大型液压支架从制造到井下工作面全寿命周期内，需解体过程主要发生在制造厂和井下。一般在制造厂解体时，空间和设备相对充裕，销轴的拆卸相对容易；在井下解体时，由于硐室空间有限，同时缺少地面行车等设备的协助，销轴的拆卸往往成为一个棘手的问题。特别是对综采面的液压支架，其回撤速度直接与煤矿的安全生产和经济效益相关，决定回撤速度的关键之一就是液压支架的解体速度，而液压支架的解体速度取决于拔销的快慢。

1 工况分析

图1 销轴在液压支架中的位置

如图1 所示，液压支架顶梁、掩护梁、底座、前后连杆之间靠销轴连接，在制造、装配、运输、下井、返修、维护等过程中，这些销轴根据不同的工况需求需要全部或部分的拆卸。销轴结构如图2 所示，其中心一般加工有不同规格的内丝孔，用于拆卸。

图2 销轴结构示意图

图3 井下液压支架拆解硐室示意图

图3 为井下液压支架拆解硐室示意图。从图中可以看出，液压支架两侧1.25m 空间可以利用，考虑安全距离因素，拔销装置外形最大尺寸不宜超过1m，重量控制在50Kg，这样两人配合就能完成拔销过程。

一般井下解体液压支架拔销时，人工使用手拉葫芦、撞锤、起吊锚杆和改向滑轮相互配合拔销，所需材料详见表1。在拔销过程中受结构件之间配合间隙的影响，液压支架部分部件位置不好控制，需反复调整多次，同时存在锚杆容易脱落、钢丝绳弹跳伤人、起重链断链等不安全因素。这种拔销方法速度慢、安全隐患多、效率低，一般一个班组每班拔销20 个左右，严重影响工作面的回撤速度。

表1 1 个班组人工拔销材料表

2 方案设计

结合工况分析，拔销装置方案的设计要借鉴成熟的机械结构，并尽量利用井下已有设备，原则上要安全可靠、简单高效。由于销轴长度748mm，如果采用一次拔出方案，势必造成拔销油缸行程很大，从而增大拔销装置的体积和重量，总长会超过1m，无法在拆解硐室使用。因此采用步进式拔销方案，利用油缸伸出，缩回，再伸出，再缩回将销轴一步一步的拔出。拔销动力利用井下管道内高压乳化液（31.5MPa），利用双作用中空油缸实现步进功能。

拔销所需拉力计算，按目前我公司制造最重顶梁13440kg 计算，考虑极限工况，钢材之间无润滑摩擦系数取0.15：

式中：K 为钢材之间无润滑摩擦系数；G 为重力，n。

拔销装置的拉力要不小于20.16kN，选用结构成熟的油缸并考虑便携性，得到表2 所示参数：

表2 拔销装置参数表

3 结构和原理

图4 拔销装置结构图

如图4 所示，拔销装置主要由导向环、套筒、拔销链、中空油缸等组成。通过导向环保证拔销销轴与拔销装置的同轴度，液压系统中液控单向阀和安全阀保证了装置在操作中的安全性。通过匹配不同规格的导向环和拔销头，可以满足不同型号支架的拔销要求，产品实现系列化和标准化。

图5 拔销装置液压原理图

图5 为拔销装置液压原理图，为了工作系统的安全和稳定性，设置了液控单向阀和安全阀，防止控制压力过高或过低对系统稳定性造成严重的影响。液控单向阀控制压力与控制口活塞面积与锥阀阀口面积比、高压口压力、进液口压力、高压口弹簧力有关，在设计时充分考虑。

拔销装置工作原理如下：

1）首先将拔销链前端的M30 高强螺栓和导向环配合后拧入销轴内；

2）将套筒与导向环配合插入护帮板的孔内；

3）拔销链从中空油缸内部抽出，穿过挡链板，插上链条截止条；

4）将中空油缸的进回液口连接到井下乳化液管道；

5）如结构图所示，中空油缸右侧进液，将内部活塞杆向左推动，活塞杆带动挡链环和链条截止条，将销轴向左拔出一个活塞杆行程；

6）活塞杆到达最左端后，左侧进液口进液，将油缸复位，重复步骤5，销轴拔出后进入套筒内，防止销轴滑落伤人。

4 结 语

该拔销装置主要优点是结构紧凑，操作方便，简单实用。特别适用于井下狭窄空间拆解支架。总重只有48 千克，拉销力达到126kN，一般情况下只要销轴没产生塑性变形，都能顺利将销轴拉出。只需操控操纵阀和链条截止条，两人配合轻松完成拔销工作，安全高效。

以金鸡滩煤矿108 工作面为例，该工作面共有支架180 架，表3 为该拔销装置应用后的数据统计，原本一个班组需要一个半月完成的工作量，利用拔销装置仅需9 天即可完成，有效保障了煤矿生产的连续性，该装置的应用得到用户的认可，具有一定的推广和应用价值。