液压支架再制造设计与加工技术研究

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　　摘  要：液压支架再制造技术是在濒临报废的液压支架的基础上进行改进设计，满足使用要求进而提高工作效率。设计中最大程度地保留了原有主体部件，通过再制造技术进行修复。该文对老旧液压支架进行再制造设计和加工技术进行了分析，实现降本提效的目标。
　　关键词：液压支架;再制造;降本提效;设计加工
　　中图分类号：TD355   文献标志码：A
　　0 前言
　　随着开滦集团综采技术的不断发展，新建采面不断增多，许多液压支架因为满足不了复杂采面的特殊要求而面临被淘汰趋势。如果将所有无法满足使用要求的液压支架全部淘汰，显然是不符合科学发展和经济转型要求的。铁拓公司凭借着大量的液压支架设计、制造的积累，在对液压支架的再制造方面也有很丰富的经验。
　　1 再制造原型支架存在的问题
　　再制造支架的原型是开滦（集团）东欢坨矿业分公司在用的ZY4000/10/23型掩護式液压支架。该支架正在服役的数量已达到数百组，但多数支架年限超过8年，损坏严重，维修成本增高。根据该矿的煤层储备情况，可开采的相近煤层储量非常可观，对该型号的支架需求量很大。同时该矿的薄煤层采面条件不好，属于软底采面。ZY4000/10/23型液压支架具有使用率高、结构紧凑等特点。与快速发展的综采技术相比，该支架还是暴露出无法满足开采效率的不足。1）推移千斤顶的移架力小，流量小，无法满足高效率开采过程中的快拉架要求。2）该矿的薄煤层采面大多是下山开采，在快速移架的过程中存在头重脚轻的载头现象。3） 在软底采面作业时，该支架的底座出现下陷的问题，无法实现正常移架。4）该支架的液压系统管路复杂、操纵不便。综上所述，光靠对该支架进行维修已经无法保证正常的开采衔接和开采效率。从设备采购的总体计划以及项目的经济性、工期要求等方面考虑，不具备做一套全新支架的条件。通过对支架状态的分析以及满足采面地质条件的技术要求，经过多次方案的讨论、修改最终确定对ZY4000/10/23型液压支架进行再制造设计。
　　2 再制造设计与加工
　　2.1 分析原因
　　原型ZY4000/10/23支架的顶梁为整体式带内伸缩梁结构，整体顶梁前端支撑力大，可以有效地支护机道上方的顶板，防止工作面片帮冒顶。但是顶梁的前端重，在移架过程中容易出现载头现象。
　　底座是整体底座，整体底座是用钢板焊接成的箱式结构，结构紧凑、整体性强、稳定性好，与底板接触面积大，比压小，但底座中部排矸性能较差。底座内部推移机构压在底座底板上无法实现抬底座功能。并且底座的主筋高度不够，也无法布置倒装推移千斤顶[1]。
　　液压系统为手动邻架控制。该方式的特点是节省成本、维修方便。但该操纵系统配套的手动操纵阀体积大，所占空间大。邻架控制系统需要配置支架多通块，操纵阀实现每个功能的乳化液都需要通过胶管先进入到相邻支架的过架多通块，然后还要通过胶管进入相应的千斤顶或控制阀内。这样的控制系统管路相当复杂，不适宜用在本身空间就有限的薄煤层支架中。
　　受以上结构形式和液压系统的限制，该支架的推移千斤顶采用的是缸径/杆径为φ140/φ70 mm的正装差动形式，移架力和推溜力分别为360 MPa和272 MPa。流量为200 L/min，无抬底座机构。因此，就出现了前边所说支架的移架力小、头重脚轻、底座下陷和操纵不便的现象。
　　2.2 制定改造方案
　　经过对支架结构和存在问题的分析，在制定改造方案时还需要考虑再制造支架的经济性。通过三维建模的辅助进行支架的结构设计时，可以更直观地观察支架结构的特点，可以更快速地找到改进方案，更高效地对支架的结构进行优化。最后通过理论计算进行强度校核之后确定改造设计方案。通过分析，支架制新部分为底座、推杆、推移千斤顶、抬底千斤顶和顶架。其余结构全部可以再制造后复用[2]。
　　底座改为分体式底座，该形式底座由左右2个部分组成。该结构排矸性能好，对底板起伏不平的适应性强。可以布置抬底座机构，在软底采面作业，支架底座下陷时可以利用抬底座机构将底座前端抬起，底座的抬起量为109 mm，可以完全满足薄煤层支架的正常移架。可以布置倒装推移千斤顶结构，推移顶采用缸径/杆径为φ140/φ70 mm的普通双作用千斤顶，移架力和推溜力分别为485 MPa和212 MPa，移架力增大到原来的1.35倍，如图1所示。
　　底座重新设计之后后端重量增加了800 kg，并且对前后连杆的铰接点进行调整使支架整架的重心向后移动的105 mm，向下移动123 mm。可以有效避免在下山开采时快速移架的过程中出现头重脚轻的载头现象，如图2所示。
　　液压系统升级为手动邻架多芯管先导控制系统。该系统具有系统简单可靠、适应性强、价格合理等优点。并且该系统结构紧凑具有免拔管式优点，所有部件均为插装式便于维护，在连接上采用液路集成和多芯管连接技术，实现一根过架管。解决了支架多根胶管过架空间小、困难大、杂乱不易布置等问题，并将推移千斤顶的流量增加到400 L/min，满足了高效率开采过程中的快拉架要求。
　　2.3 复用部件再制造
　　根据设计方案的要求，支架除底座之外的全部金属结构件以及大部分的立柱千斤顶都需要经过再制造后复用。
　　2.3.1 结构件再制造修复
　　结构件的再制造工艺流程有4点。1）表面预处理，采用多喷头全角度，覆盖率在95%以上的专业设备对结构件表面进行100%喷砂除锈。2）焊缝探伤，采用磁粉+超声波综合探伤，不低于Ⅱ级焊缝要求，对主要焊缝进行100%探伤。3）焊接修复，对焊缝有缺陷级轻微母材损伤的部位进行等强匹配焊接，焊前预热150 ℃～200 ℃，焊后保温并整体消除应力。4）铰接孔修复，高温堆焊后进行整体镗孔修复，对变形的铰接孔实现100%修复，粗糙度不低于6.3，同轴度不低于0.5。5）外表面喷漆，修复后结构件外表面喷一遍底漆2遍面漆，漆膜厚度大于100 μm。
　　2.3.2 立柱、千斤顶再制造修复
　　立柱、千斤顶的再制造工艺流程有4点。1）外表面预处理，采用自旋转式喷丸装置，覆盖率在98%以上，对缸体表面进行100%喷砂除锈处理。2）内孔绗磨，内置压力传感器装置精准控制，内孔100%进行绗磨，粗糙度Ra0.4，尺寸公差H9。3）外圆熔覆，采用冶金结合技术对杆类零件外圆进行再制造。4）缸口熔覆，对缸筒缸口密封面进行再制造，所用的新型材料是防腐性能提高3倍[3]。
　　通过以上专业的技术、工艺与设备，对相关部件进行的再制造修复，使其尺寸、形状、寿命和性能等方面均不亚于制新产品。
　　3 再制造支架产生的效益
　　ZY4000/10/23再制造液压支架总重14.5 t，其中支架的伸缩梁、顶梁及侧护板、掩护梁及侧护板、前后连杆等部件全部使用旧件经过修复后复用，制新部分只有底座、推杆、小过桥以及推移千斤顶和抬底千斤顶。复用件总重9 t，占比62%。再制造液压支架可以延长支架的使用寿命，提高产品技术性能和附加值，以最低的成本、最少的能源资源消耗完成产品的全寿命周期。该项目节能可达到60%以上，节材70%以上。最大限度地挖掘制造业产品的潜在价值，让能源资源接近“零浪费”。
　　液压支架再制造项目符合大力发展循环经济、低碳经济，具体来说包括3个方面。1） 资源效益，减少原生资源的开采，减少能源的消耗。再制造项目在严格保证各结构件的质量的前提下，最大程度地利用旧部件。减少钢板等原材料的用量，所需能源是新品所需的20%～25%。2） 环保效益。全球污染排放物70%来自制造业。美国对钢铁材料的统计，再制造比制造新产品减少大气污染86%，水污染76%，固体废物97%，节水40%，并大大减少二氧化碳等温室气体排放。3） 提升传统产业竞争力。再制造不但可以为企业减少设备采购资金，而且可以大大减少因企业设备故障造成的减产、停产。
　　参考文献
　　[1] 苏磊.液压支架绿色设计及关键零部件再制造技术研究[J].中国高新技术企业，2014（13）：1.
　　[2] 王国法.液压支架技术[M].北京：煤炭工业出版社，1998.
　　[3]战秋英.综采液压支架电业控制系统设计与研究[J].淮南职业技术学院学报，2013（1）：23.
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