综采工作面整组液压支架起吊装置的研制

白思思 ，刘 佳 ，崔志刚

（1.河北能源职业技术学院，河北 唐山 063000；2.开滦集团钱家营矿业分公司，河北 唐山 063331）

0 引言

煤矿井下机械化设备的使用，大大提高煤矿开采效率，这就要求综采工作面接续时间越来越短[1-2]。作为综采设备重要组成部分的液压支架，尺寸大、质量大、数量多，再加上受井下空间和巷道的限制，其移动和装卸车困难，直接影响综采工作面的回撤时间。以前普遍采用的将支架解体后再拉到顺槽装车的回撤方法，已经不能适应现代化煤矿开采。采用新方法、新工艺和新设备完成液压支架的回撤，保证实现高效安全生产，提高经济效益是目前煤矿井下搬家倒面工作亟待解决的问题[3]。

综采工作面液压支架的回撤要求操作方便、安全、高效。本着上述要求，研发了整组液压支架起吊装置。起吊装置利用高强度、大推力的液压缸实现整组液压支架的起吊和对正工作。解决了以前整组液压支架在工作面因没有起吊设备无法进行起吊，及起吊以后与平车固定的4条螺栓孔难以对正的难题。

1 结构设计

综采工作面整组液压支架起吊装置机械结构图如图1所示，主要结构包括：机械结构件和液压传动件两部分。机械结构件按照作用可以分为：中间轨道大底和支撑底座、起吊组件、对正组件等几部分；液压件包括拉紧千斤顶、立柱、侧推千斤顶以及操纵阀组和液压回路等。机械结构件之间全部靠销轴相互连接、液压件与结构件之间也靠销轴连接、链轮的固定全部靠螺栓进行连接，可靠性高。

图1 综采工作面整组液压支架起吊装置机械结构图

如图1所示，装置各部件为：1、操纵阀组；2、柱顶滑轮连接件；3、上层起吊链；4、大底连接件；5、平车；6、拉杠；7、支撑底座；8、拉紧千斤顶滑轮连接件；9、中间轨道大底；10、底座连接轴；11、下层起吊链；12、立柱；13、拉紧千斤顶；14、滑轮组件；15、侧推千斤顶。

（1）中间轨道大底和支撑底座

中间轨道大底为运输平车提供了行走轨道，两侧支撑底座为各千斤顶提供了安放平台，两侧支撑底座任意码放在两侧即可，没有左右方向问题，利用大底连接件和连接轴，将两侧支撑底座与中间轨道大底连接起来即可使用。在一个循环过程中，当五组支架连续装车完成后，拆除中间轨道连接部分，利用拉杠和绞车与支撑座连接，操作绞车拉动起吊装置到下一个位置进行新一轮的整组支架装车工作。

（2）起吊组件

起吊组件是由四组拉紧千斤顶、四组立柱、起吊链以及对应的滑轮组件组成；四组拉紧千斤顶采用横向布置方式，每两组拉紧千斤顶采用上下层布置，这种布置方式可降低综采工作面整组液压支架起吊装置的整体高度，以满足井下有限高度的巷道要求。拉紧千斤顶、滑轮组件及上层起吊链或下层起吊链组成整组液压支架起吊装置，当起吊高度不够时可以由立柱来补充起吊高度到合适位置。

（3）对正组件

四组侧推千斤顶沿水平方向布置在支撑座的合适高度位置处，起到整个装置对液压支架在平车上的固定对正的作用。整组支架落下装车时并不能保证螺栓孔的位置完美对正，这时侧推千斤顶在支架未落到位之前向外伸出，通过两侧侧推千斤顶的伸出对支架的左右位置进行调整，达到使支架螺栓孔和平车螺栓孔对正的目的。

（4）液压传动件部分

整台装置液压传动部分的动力源来自于井下工作面乳化液泵站，采用全液压控制，操作简单、动作平稳、承载能力高。每台千斤顶均由对应的控制阀来操纵动作，整个系统回路中每台液压千斤顶采用并联连接方式，每台千斤顶控制均是利用液压锁控制的锁紧回路和手动换向阀控制的换向回路。锁紧回路可以使每台千斤顶在任意位置停留，从而可以在支架吊起时，当左右高度不一致时，通过操纵对应千斤顶的启停来调节左右高度，达到防止偏转的目的。

2 工作方式

以一组液压支架的装车过程为例：

首先，在工作面下部液压支架顶梁下面，将起吊装置进行组装。用绞车将整组液压支架拉入综采工作面整组液压支架起吊装置内部，将两侧4个起吊勾挂在支架底座的起吊孔上，操作对应换向阀使4棵拉紧千斤顶13伸出，千斤顶推动滑轮并带动起吊勾移动，逐步使整组液压支架升起，期间如果整组支架出现左右高度不一致的情况，通过启停拉紧千斤顶的伸出运动，调节高度至一致。

当拉紧千斤顶13全部伸出而起吊高度不够用时，操纵对应换向阀使4棵立柱12伸出，带动液压支架继续上升，直到整组液压支架高度具备装车高度时停止升高立柱，整体升降高度可达500mm。

将平车推放到轨道大底，液压支架下面，如果支架和平车上的螺栓固定孔没有对正，此时操作对应换向阀使侧推千斤顶15伸出，调整支架与平车固定孔，当支架底座固定孔与平车上固定孔对正时，停止侧推千斤顶15的动作。

操作换向阀使立柱12和拉紧千斤顶13分别收缩，实现整组液压支架降落装车，用4条螺栓将支架与平车连接固定，再将两侧4个起吊勾摘下，用绞车拉出装好车的液压支架运送到另一个新的工作面，以上是一组支架的装车过程。如此反复操作，完成全部液压支架的搬家倒面工作。

3 液压千斤顶的选型

该设备每组起吊组件中包括一个拉紧千斤顶和一个立柱，整个起吊装置包括四组拉紧千斤顶和四组立柱，在选择千斤顶时，必须考虑我们经常使用的采高最大的液压千斤顶的重量。

3.1 拉紧千斤顶推力的选择

由于立柱主要作用是补充起吊高度用的，所以在起吊高度足够时，主要使用四组拉紧千斤顶的配合作用，实现整组液压支架的起吊。单个千斤顶起吊结构示意图2所示：在起吊时是靠千斤顶的推移力带动起吊圆环链起吊液压支架的，且四棵拉紧千斤顶是同时动作，所以只计算出一根拉紧千斤顶的推移力大于整组液压支架的1/4重量就能满足作业需求。此设备设计时考虑到满足1.75m高端液压支架装车工作，所以计算时使用1.75m高端液压支架的重量约355740N。

图2 单个千斤顶起吊结构示意图

（1）推力计算

查表得拉紧千斤顶的推力是801000N，由动滑轮原理公式得

F推—拉紧千斤顶的最大工作推力；

将F推=801000N代入公式（1）得：

F起吊=400500N；

将F起吊=400500N，代入公式（2）得：

F总= 1602000N＞355740N

该千斤顶能够满足起吊要求。

3.2 拉紧千斤顶行程的选择

在选择拉紧千斤顶的行程时，主要考虑的是平车和中间轨道组件的整体高度，若支架起吊高度超过总高度，支架就可以放在平车上，将其运走。如图3所示，平车和中间轨道组件的总高度是420mm左右，综采工作面整组液压支架起吊装置上有立柱来补充起吊高度，故将需要的起吊高度设置在400mm左右，按照此高度选择拉紧千斤顶的行程。当立柱固定时，起吊装置只有一个动滑轮，因此，根据动滑轮原理得知拉紧千斤顶的行程是：

图3 平车及中间轨道组件高度示意图

L-拉紧千斤顶的行程；

L1-圆环链的起吊高度；

将圆环链最大起吊高度400mm代入式（3）得：

L=200mm

查表1得知，我们所选用的拉紧千斤顶的行程大于200mm。综合上述两个条件，所选的拉紧千斤顶能够满足起吊要求。因选用的立柱，各项参数大于拉紧千斤顶的各项参数，不再对其计算。

表1 拉紧千斤顶的技术参数

4 结语

（1）该装置采用井下工作面乳化液泵站作为动力源，全液压控制，操作方便、平稳；

（2）该装置各部件采用销轴联接，结构简单、安装快捷，便于安装、运输；

（3）该装置的使用，可以实现整体支架就地起吊装车，改变了以往需要将支架解体后搬家倒面的操作，由原来4个人三小时装一车，提高到两个人一小时装一车，明显降低了工人劳动强度，提高了工作效率；

（4）通过调整大底连接件即可改变两支撑底座的中心距，使其不但适用于1.5m普通支架，还适用于1.75m高端液压支架的装车固定工作。