浅谈ZC8500/22/40充填液压支架样机制作的设计改造

栗怀锋，许 秀

(山西潞安机械有限责任公司，山西 长治 046204)

充填液压支架作为充填工作面的关键设备，不仅为割煤、充填作业提供有效空间，同时抵抗充填浆料侧向压力、密封顶、底板与支架的间隙，保障人员安全，其质量好坏直接影响充填工作面实施效果和充填效率。潞安机械公司为高河能源设计制作了ZC8500/22/40型充填液压支架，但在样机制作和评议过程中存在一些问题，为此进行了改动设计，满足了充填操作性能和强度性能要求。

1 顶梁、上连杆结构调整

样机完成后用支架试验台对充填支架样机进行了新产品出厂试验。

如图1所示，在顶梁进行偏载试验(载荷10 200 kN)时，发现顶梁与上连杆铰接耳板刚度和强度不满足试验要求，顶梁与上连杆铰接耳板出现变形损坏，挡销板撕裂损坏。

原因分析：该充填液压支架受结构尺寸限制，四连杆机构布置在立柱中间，宽度尺寸比常规液压支架小得多，上连杆主体结构宽度只有380 mm，在模拟工作面受力试验，最不利的顶梁偏心加载条件下，充填液压支架上连杆受力比普通综采支架掩护梁要大许多。顶梁为双耳悬臂式结构，耳板厚度60 mm，材质Q550，上连杆为整体箱式结构，安装在顶梁耳板之间，支架进行顶梁偏心加载试验时，顶梁与上连杆铰接处受力最大，顶梁耳板强度不够，导致耳板变形。

解决方案：提出在顶梁耳板两侧增加横向支撑筋板，同时将顶梁双耳结构改为三耳板结构，增大顶梁耳板对上连杆的防变形作用力，上连杆由整体箱式结构变为双耳箱式结构等整改措施，重新制作了顶梁和上连杆，试验后此处结构件没有发生变形，顶梁-上连杆耳板外侧增加横向筋板加强刚度强度作用有效，该耳板在顶梁偏心加载试验中保持完好。如图2所示。

2 三级隔离机构调整

图3为充填支架原来的三级隔离机构，一级隔离板、二级隔离板、三级隔离板为整体箱式插装结构，其中一级、二级隔离板通过隔离连接杆进行机械高度调节，三级隔离板高度通过三级隔离千斤顶进行液压伸缩调节(三级隔离千斤顶根据需求可以固定在一级隔离板或者二级隔离板)。三级隔离机构整体通过抬升千斤顶、抬升连接杆与顶梁连接，下端整体搭接在支架底座上。在进行生产制作和样机评议时，发现如下问题：

图3 三级隔离机构原结构

1) 二级隔离板外侧与一级隔离板配合，内部与三级隔离板配合，在制作过程中外部尺寸负公差、内部尺寸正公差，配合尺寸无法精确控制，同时受结构影响，焊接过程中无法选择有效的支撑点，焊后二级隔离板容易变形，影响装配性能。

2) 二级隔离板高度调节为机械调节，采高发生变化时，需先将二级隔离板落地，隔离连接杆不受力后利用支架高度的调整进行二级隔离板的伸缩调节，拆装隔离连接杆销轴不方便，调节困难。

3) 三级隔离机构整体重量大，隔离板梁体之间间隙大，整体不容易调节，且容易自落；同时支架顶梁与底座不平行时，三级隔离机构下部容易与底座后端底板干涉，造成别卡不容易闭合，无法进行隔离密封。

结合上述问题分析，对三级隔离机构重新进行机械结构仿真设计，对比隔离机构受力强度和操作性能，如图4所示对三级隔离机构做出如下调整：

图4 三级隔离机构改后结构

1) 为减轻三级隔离机构在顶梁上悬挂重量，提高隔离机构操作性能。将三级隔离机构按照上部、下部分开设计，一级、二级隔离板与顶梁连接。三级隔离板单独设计，与充填支架底座连接，机构简单操作方便。

2) 一级、二级隔离板之间增加二级隔离千斤顶进行液压行程调节，行程1 000 mm，最大限度满足二级隔离板伸缩行程要求，同时在一级隔离板上增加隔离摆动千斤顶，及时调节隔离板的前后摆动量，保证隔离板机构上部和下部的紧密贴合，移架时操纵隔离摆动千斤顶能够让隔离机构脱离充填浆料，便于及时移架。

3) 三级隔离板单独与底座相连，底座后端设置三级隔离板滑动轨道，在三级隔离千斤顶作用下，三级隔离板沿底座滑道上下滑动，底座设置三级隔离板限位块，极限位置三级隔离板低于底座底板240 mm，保证在底板不平整情况下能够密封底面，有效隔离。

3 立柱中心距的调整

顶梁偏载过程中上连杆与前连杆铰接孔处挡销板与立柱贴合，立柱承受径向载荷，可能导致立柱密封失效。如图5所示。

图5 挡销板与立柱贴合

原因分析：高河充填支架上连杆窄，在顶梁偏心加载条下，上连杆受力较大，结构变形产生的水平偏移量也较大，图6为顶梁偏载上连杆偏移量与所受载荷关系，由图6可知，上连杆最大偏移量约40 mm，当前设计的充填支架上连杆挡销板与立柱间隙为12.5 mm，不能满足实际要求。解决顶梁偏载上连杆挡销板与立柱干涉问题，难以通过进一步减小上连杆宽度解决，所以考虑加大立柱中心距，和减小挡销板厚度调整立柱和挡销板的间隙。立柱中心到支架中心距离加大30 mm，由395 mm变为425 mm，把挡销座厚度从30 mm减少到14 mm，将上连杆与立柱之间的间隙从12.5 mm调整到58.5 mm。

图6 顶梁偏载上连杆偏移量与载荷关系

4 结 语

通过对充填支架所存在问题进行改进，保证了充填液压支架的强度和隔离密封效果，重新制作样机试验后送北京安标检测中心进行型式检验，强度和耐久性试验等各项技术指标符合要求，可以满足工作面生产需要。