煤矿用液压支架的轻量化设计讨论

侯立新/ 淮南矿业集团设备租赁分公司

煤矿用液压支架的轻量化设计讨论

侯立新/ 淮南矿业集团设备租赁分公司

随着我国经济不断发展，社会对于煤炭能源的需求不断增加，如何更好提升煤矿安全生产效率，成为当今社会发展的热点话题，液压支架的普遍应用不仅提高了采煤综合机械化率，而且提高了煤炭的开采效率与产量，并从根本上改善了劳动条件、保障了生产安全。鉴于此情况，本文针对煤矿用液压支架的轻量化设计进行相关情况阐述。

煤矿；液压支架；轻量化；讨论

引言

煤矿地质条件比较复杂，再加上国内专业的研发、设计和生产厂商较少，造成我国真正意义上的机械化综合采矿技术水平不高、生产效率低下、安全事故频发。由于液压支架在煤矿生产中发挥着非常重要的作用，因此液压支架的设计质量对长壁开采及煤矿企业的经济效益的实现息息相关。基于此情况，本作者将会结合自身工作经验，谈谈煤矿用液压支架的轻量化设计。

一、煤矿液压支架的概念及认识

煤矿液压支架主要是由支柱、底座、顶梁、掩护梁、前后连杆及挡矸板等组成的，并且是由钢板焊接成箱体的整体结构。它主要用于水平面和小于等于10度的缓倾斜厚煤层沿底板一次放顶煤采全高开采的长壁综采工作面，也适用于急倾斜特厚煤层水平分层放顶煤综采工作面。

煤矿液压支架是煤矿领域中综采设备的重要组成部分。它能可靠而有效地支撑和控制工作面的顶板，隔离采空区，防止矸石进入回采工作面和推进输送机。它与采煤机配套使用，实现采煤综合机械化，解决机械化采煤工作中顶板管理落后于采煤工作的矛盾，进一步改善和提高采煤和运输设备的效能，减轻煤矿工人的劳动强度，最大限度保障煤矿工人的生命安全。

另一方面，煤矿液压支架是外来物，也就是说我国开始是没有液压支架的，是国外发明的煤炭生产设备，然后才在我国兴起，并被矿山企业称为液压支架。

从液压支架的原文单词我们可以看出，这主要是做支护作用的，是利用液压传动的原理，实现各种运动来做顶板支护作用的一种设备。它主要作用是支护顶板，维护安全作业的空间等等。

二、轻量化液压支架的设计与制造

1.我国液压支架设计与制造存在的问题。

尽管我国的液压装备工业起步较晚，但经过相关设计制造技术的引进和再利用，整体的实力与最初相比有了很大的进步，但是由于具体的作业条件和作业环境的不同，需要依据实际情况设计制造出适应各种地质条件和作业方式的液压支架，这就造成了液压支架的品种多样、类型繁杂，尽管在有些类型方面液压支架的性能已经处于世界领先的水平，但由于分析手段的限制，液压支架的设计水平还有待提高，需进一步学习国外先进的平面力学分析和有限元分析方法。有限元法是最常使用的强度分析方法，利用计算数学和弹性理论相关原理，通过计算机软件把实际的工程问题转化成求解数理方程的数值分析问题，其广泛应用的原因是能够准确、高效地解决实际工程问题；通过有限元分析能够模拟液压支架在实际环境中的运转情况，同时通过计算应力应变分部，为后续的轻量化设计提供理论支撑。

其次，目前国际上普遍采用70公斤级甚至80公斤级的强度板用于支架结构的支撑，然而国内大多采用钢板弯曲强度比更小、综合机械性能差得多的国内钢板，其结果可想而知，远远谈不上液压支架的轻量化设计。

还有焊接工艺的差距，国内高强度的焊丝与焊缝成型性能水平低于国外的水平，焊接性能比较低，在作业时常常出现这样那样的问题。其他的配套措施方面，由于整体工业水平的差距，国外聚氨酯的配方决定了各种液压油缸的密封件比国内的可靠性强。而且，国外还可以做到不同的油缸采用不同硬度的密封圈类型。另外，电液阀技术的不成熟造成阀门的加工和使用寿命都不及国外同等的液压支架产品，这就造成国内的液压支架产品竞争力低下的现象。

2.液压支架的设计要点。

在对液压支架设计过程中，对于组成液压支架的各基本部分在设计时要遵守强度高、支护性强、移架便捷及安全性好的原则，这样才能有效的发挥液压支架在长壁采集工作面中对现场顶板的支护作用，有效的实现对作业空间的维护，完成推移工作面的工作。在液压支架四连杆机构应用方面通常会选择双摇杆技术，主要是以机架作为底座，以掩护梁作为连架杆，通过控制顶梁的双纽线轨迹，从而实现对梁上君端距离的变化量进行约束，进一步强化对顶板的性能。在煤矿开采过程中，由于所处环境和条件不同，所使用的液压支架也会存在差异，这也使液压支架四连杆机构也会存在根本上的不同，这就需要在设计时在给予充分的重视。

当液压支架在薄煤层开采工作中进行应用时，液压支加在前连杆与底座铰接点位置上会与其他煤层所使用的液压支架存在较大的区别，在设计时要对四连杆机构的最小高度重点考虑，通常需要降低前连杆与底座铰接点，增加前连杆长度，并缩小掩护梁的背角。在现代快节奏高效率的煤矿开采作业中，液压支架发挥了重要的作用，因为随着开采进度的推进，液压支架能够进行随之而移动，充分的保证了煤矿开采作业在空间方面的安全性，有效的促进了工作效率的提升。为了进一步保证液压支架工作的有效性和高效性，在设计工作中，应该严格控制材料的质量，切实保证液压支架的设计质量。

由于液压支架需要从事高强度的运行，所以在设计过程中，应该做好密封方面的控制工作，对于焊接以及密封件的处理一定要到位。由于各个煤矿的开采环境不同，所以对液压支架的要求不同，为了便于液压支架更好的发挥自身的优势，可以根据实际工作所需，进行个性化设计，能够更有效的提高工作效率，为提高煤矿的生产经济效率奠定良好的基础。

3.液压支架设计制造的改进措施。

液压支架的改进无论是从制造业在国民经济中的地位还是从经济效益方面来讲都是必要的。一方面，高度机械化的液压设备可以提升作业的生产效率，创造更高的经济收益；另一个方面，还可以降低作业工人的劳动强度，在采煤作业时更加安全高产。所以，优良的液压支架在设计时必须要遵循严格的技术要求，并且保证先进的设计理念。轻量化设计在结构设计中主要有三个实现途径。

（1）基体材料的轻量化，此种方式成本造价昂贵，主要是通过更换使用强度更高的合金或复合材料。

（2）制造工艺改进，此种方法对于技术的要求较高，同时增加了相应的设备成本。

（3）基于结构设计的轻量化，此种方法通过改变形状、结构，还可以减少相应部位材料的使用量，在保证结构性能的情况下，性价比较高。

三、结语

上文中，我们对煤矿用液压支架的轻量化设计作出了初步地分析。鉴于自身能力、工作经验的限制，本文可能对煤矿用液压支架的轻量化设计论述的还不够彻底、全面。整个论述过程中，甚至可能出现某些不恰当的观点或问题。而要避免这些，必然需要各个同行们的批评和建议。希望广大的相关从业者们，能够立足于自身实践，从思想、行动上对煤矿用液压支架的轻量化设计做出创新。

[1]燕晓宇.煤矿用液压支架的轻量化设计与研究[J].现代工业经济和信息化,2017

[2]程智虎,王京涛,陆金桂,王怡祖,顾春雷.基于可靠性视角下的液压支架顶梁的轻量化设计[J].矿业研究与开发,2017

[3]罗兵.浅谈煤矿用液压支架的设计制造要点[J].科技创新导报,2012