液压支架立柱千斤顶（精选八篇）
液压支架立柱千斤顶 篇1
1承受活塞杆收回时油缸内压产生的轴向作用力或其他轴向力, 这就要求导向套能提供必需的轴向连接强度。
2导向带和密封件安装于导向套上, 导向套通过导向带对活塞杆起导向作用, 也是起密封作用密封件的安装载体。对导向套的要求是导向套在各种工作载荷环境和条件下以及各种工作载荷环境和条件的变化过程中, 应保证密封所需要的活塞杆与密封面之间间隙或接触面之间角度变化最小, 以防止导向或密封失效。
1导向套常用连接方式
液压支架用立柱千斤顶上导向套与缸筒的连接一般分为以下三种连接方式:卡键连接、钢键连接和螺纹连接, 其中螺纹连接又分为三角螺纹连接和矩形螺纹连接两种[2]。见图1:
2导向套连接方式的研究
目前, 国内外千斤顶设计通常采用的是卡键连接和螺纹连接, 尤其是螺纹连接, 已逐步代替了卡键和钢键连接, 越来越多地成为设计中的首选。随着油缸设计的不断优化, 我们也注意到了在实践中经常出现漏液、导向套打出、拆装困难等现实问题, 为了解决这些问题, 我们就不得不对导向套连接方式进行更加细致的研究, 由于钢键和卡键连接的方式已逐步被取代, 在此我们主要对螺纹连接方式的优缺点进行了研究分析, 尤其是矩形螺纹与三角螺纹的优劣对比和选用方面。
2.1三角螺纹的特性及力学分析
2.1.1三角螺纹加工容易, 有成熟的加工方法、检验方法及国家标准规定, 这些都会有效保证螺纹的成品质量。
2.1.2三角螺纹 (尤其是细牙螺纹) 都具有较好的自锁性能, 在用于导向套连接时通常都不用再附加防松装置。对于一些结构受限制的千斤顶来说, 这点尤为重要。
2.1.3力学方面, 受三角形螺纹本身的结构特征决定, 其在承受轴向力作用的同时, 也会承受较大的径向分力, 如图2:
如上图, 径向分力与轴向分力的比值为1:sqrt (3) 。对于1 000KN的轴向力, 其径向力达到580KN, 如果这个径向力均匀作用于与导向套等厚的厚壁圆筒上, 其径向变形可以按厚壁圆筒承受外压计算如下:
以D=280mm、P=31.5MPa的导向套为例, 我们通过计算可以知道当第一圈螺纹承受1/5的轴向力时, 则其半径将减小0.3mm。如果其承受1/10的轴向力时, 则其径向将减小0.16mm。通过对国内外支架用千斤顶设计中导向套螺纹规格、有效长度的统计研究, 我们可以看出, 所有螺纹的第一圈所承受的轴向力均会超过1/10轴向力, 即其均匀变形量必将大于0.16mm。
以上是假设外压力均匀作用的情况, 但是, 在实际结构中, 螺纹牙的接触部位是不均匀的, 虽然总的径向力可能是不变的, 但具体到圆周上某个位置处的应力值, 却可能由于加工公差导致螺纹牙的接触部位和间隙, 形状位置度的不同和螺纹相对旋合位置的不同, 使圆周上的径向力和相应的径向变形不均匀。这种不均匀的径向力会造成导向套很大的径向变形, 如图4:
并且, 鉴于三角形螺纹受力特点, 这种径向力和径向变形会由于轴向力的不断变化而不断变化, 导致导向带和密封件与密封面的接触角度和间隙不断变化, 有时甚至会超出导向带和密封件的支撑弹性范围, 恶化密封条件, 而加速导向带和密封件的破坏。
2.2矩形螺纹的特性及力学分析
2.2.1导向套矩形螺纹与活塞杆之间径向无直接轴心定位。由于导向套与油缸杆均存在一定的不直度, 导向套和油缸杆本身也存在椭圆度, 结构装配后, 所承受的径向约束会由于螺纹牙无显著的轴心定位作用, 得到一定的释放和补偿, 而不会产生过大的径向力和由此造成径向的变形。
2.2.2矩形螺纹连接的自锁性能较差。在使用时一般需另设防松装置, 通常在导向套与缸筒端面设定位螺钉防松。对于结构受限制的结构, 如小缸径千斤顶其壁厚有限, 无法采用矩形螺纹。
2.2.3力学方面
假设螺纹牙展开为一端固定、一端自由的悬臂梁, 由于螺纹牙上载荷分布影响因素较多, 分布情况随机性较大, 一般按载荷作用在中径上进行强度分析。
在受到轴向力后各圈螺纹受力不均, 第一牙最大, 其次逐渐减小, 随着加工精度的降低不均匀性会更大。为保证计算的相对科学性和安全性, 推荐矩形螺纹设计时旋合长度不小于5圈, 假设受力的不均匀系数为1.5, 则螺纹牙最大受力为30%, 按此牙进行强度分析。受力如图5所示:
油缸活塞杆腔以31.5MPa的额定泵站压力供液, 导向套所受轴向载荷为
F=pi× (D2-d2) ×31.5/4
式中:
D——油缸缸筒直径
d——油缸活塞杆直径
矩形螺纹受载和载荷发生变化时, 由于其螺纹牙的两表面均与轴线垂直, 所以矩形螺纹无径向分力, 也就无径向分力导致的径向变形, 连接件的径向受力的变化以及径向变形都很小, 可以保证导向带和密封件的径向安装间隙和角度, 从而保证密封性能和密封件寿命。
3螺纹连接方式的选择
由使用经验结合研究分析可知, 千斤顶缸径较小时, 由于结构限制, 导向套与缸筒连接无法采用矩形螺纹或无法防松。而缸径较大时, 导向套与缸筒采用三角螺纹连接会由于牙型强度弱产生撸扣问题或由于径向分力而发生导向套被打出质量问题[3]。所以, 依据以上分析及实际情况, 我们对导向套与缸筒之间采用何种螺纹连接方式进行了归纳划分:
1缸筒内径小于等于125mm的千斤顶, 导向套与缸筒采用三角螺纹连接。
2缸筒内径大于等于140mm的千斤顶, 导向套与缸筒采用矩形螺纹连接。
参考文献
[1]王国法, 等.高端液压支架及先进制造技术[M].北京:煤炭工业出版社, 2010.
[2]丁绍南.采煤工作面液压支架设计[M].北京:世界图书出版公司, 1992.
液压支架立柱千斤顶 篇2
关键词液压支架；拆装机；液压系统
中图分类号TD35文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)081-0175-01
高产、高效的综采技术已经在我国煤矿开采上获得了广泛的应用。液压支架是综采工作面实现高产高效和保证安全的关键设备。液压支架立柱承受着所有的外部载荷，随着综采技术的迅速发展和机、电、液一体化技术的应用，对综采设备的安全可靠性的要求越来越高。
在煤矿的开采过程中，采完一个工作面必须对所有的液压支架进行检修。在检修过程中必然要遇到液压支架立柱端盖的拆卸与安装问题，通常所采用的都是人工拆卸与安装，这种方法工人劳动强度大，费时费力，且容易对液压支架立柱端盖造成结构上的损伤，不能严格保证安装质量，为以后的生产埋下了安全隐患。液压系统能够提供较大的驱动力，且运动平稳、均匀、可靠、控制方便，所以它广泛应用于机车、工程机械、压力机械等行业。
1液压支架立柱端盖拆装机的功能简述
1.1液压支架立柱端盖拆装机的特点
液压支架立柱端盖拆装机是维修综采设备时用来拆装液压支架立柱端盖的专用工装设备。它有夹紧力矩大，拆端盖效率高，维修质量好和减轻工人劳动强度等优点，能拆卸锈蚀严重，用现有设备很难拆卸的支柱端盖，基本上实现了机械化。由于它可以减轻工人劳动强度并提高工效，得到了广泛的应用。
液压支架是煤矿综采机械化设备的重要部分，对于检修液压支架工作的工区，必然遇到立柱拆装问题。考虑到这些问题，我们就更加应该实现机电一体化，实现机械自动化控制。从而就设计了一种新的机器，液压支架立柱端盖拆装机。
端盖拆装机主要有以下特点：
1）本机能完成端盖的拆装任务。
2）本机采用卡盘卡爪夹紧端盖，夹紧力大，操作方便，省力。
3）机械和液压夹紧相结合，基本实现拆装过程机械化。
1.2支柱拆装的工作原理
拆装立柱时，先将待拆装的立柱严格清洗，吊到底座的托辊上，然后启动电动机驱动油泵。操纵控制液压缸的换向阀使柱塞推出，固定盘推动立柱向左移动，同时操纵控制液压马达的换向阀使拆装卡盘按旋松立柱端盖的方向转动。当立柱螺纹端盖的凹口与拆装卡盘咬合后，立柱被限位，转动的卡盘即将立柱的螺紋端盖旋下。最后，将控制液压马达的转向的换向阀扳置中位，同时将控制液压缸的换向阀换向使柱塞收回，从而完成拆装过程。
立柱组装时的操作过程与拆装时类似，只要将已经检修好的活栓推入立柱的缸体内，然后操纵换向阀使液压马达反向转动即可完成。
采用拆装机拆装，不仅提高了劳动效率和工时利用率，而且提高了组装合格率和使用安全系数，同时大大降低了工人的劳动强度。
2液压系统的设计
2.1液压系统的设计
2.1.1液压系统的结构
液压系统要能正常工作，一般包括以下四个部分组成：
1）动力部分，油泵（包括其他属于能源的附件）用以将机械能传给液体，造成液体的压力能。
2）操纵机构，又称控制调节装置，包括压力阀，流量阀，方向阀等各种不同的阀类。通过它们来控制和调节液流的压力，流量（速度）及方向，以满足机器工作的性能要求。
3）执行机构：包括柱塞马达及液压缸，液压缸通常把液压能转换为机械能。拆装机的执行元件有两个，液压马达和液压缸。
4）辅助装置：包括油箱，油管，管接头蓄能器，冷却器，滤油器等控制仪器。
该液压系统为一混合系统，因功能要求，动作执行比较简单，初步定为单泵双执行元件的开式液压系统。
2.1.2液压系统的工作特点及其原理
1）该液压系统的特点：①采用开式液压系统；②油箱可以作为开式系统工作介质的吞吐和贮存场所；③油液可以在油箱中散热，冷却和沉淀杂质；④结构简单，不需要冷却。
2）液压系统的工作原理：（马达向上部分规定为反转，向下部分规定为正转）先启动泵，将清洗干净的立柱在工作台上安置好。泵通过滤油器从油箱中吸取油液。油液通过单向阀分别通向减压和溢流阀，以减小泵供给油缸的油压和使螺纹拆卸时，使油缸活塞同步移动。
油液通过调速阀通向换向阀。按启动按钮，电磁铁IY通电时，液压缸后退，带动立柱及滑移架一起后退；电磁铁2Y通电时，液压缸前进，立柱及滑移架随之一起前进。同时，液控单向阀13，14组成液压锁，使液压缸活塞两腔锁紧。两腔锁紧时，电磁铁3Y通电，马达正转，使马达有足够大的启动转矩，实现端盖的拆卸任务；电磁铁4Y通电，马达反转，实现马达的组装。电磁铁的运动如表1。
随着近代科学技术的发展，人类综合应用各方面的知识和技术，不断创造出各种新型的机器，一种用来转换或传递能量，物料和信息的，能执行机械运动的装置。液压支架是煤矿综采机械化设备的重要部分，对于检修液压支架工作的工区，必然遇到立柱拆装问题。液压支架立柱端盖拆装机是维修综采设备时用来拆装液压支架立柱端盖的专用工装设备。在操作和使用的过程中，机器要随着使用要求的改变不断更新，理论联系实际才能使其真正的发挥自己应有的功能。
参考文献
[1]陈立德.机械设计基础[M].北京:高等教育出版社,2004.
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[4]成大先.机械设计手册.单行本.液压传动[M].北京:化学工业出版社,2004.
[5]陈奎生.液压与气压传动[M].武汉:武汉理工出版社,2004.
掩护式支架平衡千斤顶液压回路分析 篇3
掩护式液压支架的平衡千斤顶起着调节顶梁和掩护梁角度, 调整顶梁与顶板的接触状态, 调节顶梁合力支撑点的位置, 使支架处于合理的工作状态等作用。目前这种支架在实际使用过程中普遍存在着平衡千斤顶随立柱升起接顶压实时, 平衡千斤顶活塞腔增压使安全阀频繁开启现象。此外, 在实际操作中, 由于工人对平衡千斤顶操作方式不当, 导致平衡千斤顶两腔供液不足, 不能正常发挥支架的支护特性, 这也是平衡千斤顶及其连接耳座损坏的重要原因。
1平衡千斤顶浮动双向锁控制回路[1,2,3]
1.1 平衡千斤顶浮动双向锁控制回路的工作原理
神华集团神东矿区的ZY12000/25/50D液压支架最先使用浮动双向锁控制回路替代普通双向锁控制回路, 浮动双向锁控制回路如图1所示, 从立柱换向阀到单向锁间引出液控口, 把该液控口连接到双向锁外控口。浮动双向锁中低压锁的调定压力为18 MPa, 平衡千斤顶安全阀调定压力为46.2 MPa。当操纵立柱换向阀升立柱时, 其控制液同时打开浮动双向锁中的高压锁, 此时, 平衡千斤顶在浮动双向锁低压锁调定压力限下工作。立柱接顶压实过程中, 平衡千斤顶活塞腔增压, 当达到浮动双向锁调定压力时, 低压锁打开, 平衡千斤顶及时卸压, 这样在井下频繁升柱时, 平衡千斤顶安全阀就不会开启, 同时低压锁起作用, 浮动双向锁带压浮动, 确保平衡千斤顶具有一定的调整顶梁保持水平状态的作用力, 也防止了因操作原因而使支架“打高射炮”, 从而影响支架的支护性能。立柱水平接顶压实后, 来自立柱升柱控制液消失, 浮动双向锁维持普通双向锁功能。
1.2 平衡千斤顶浮动双向锁控制回路可行性分析
在AMESim仿真软件Sketch模式下分别构建普通双向锁和浮动双向锁控制回路模型, 仿真阶段为从立柱开始升柱到顶梁水平接顶压实过程。在此过程中, 换向阀处于中位, 高压锁打开, 因此普通双向锁模型中的双向锁用两个普通单向阀代替, 而在浮动双向锁模型中将高压锁去掉, 只连接低压锁。
在Parameters模式设定系统各元件参数如下:泵的流量为400 L/min;平衡千斤顶缸径和杆径分别为Φ230 mm和Φ160 mm;安全阀调定压力为46.2 MPa;低压锁调定压力为18 MPa;平衡千斤顶最大推力1 200 kN。在run模式下仿真运行, 得到安全阀阀口压力变化对比曲线, 如图2所示。从仿真结果可以看出, 在平衡千斤顶活塞腔增压过程中, 普通双向锁回路达到安全阀开启压力并卸载, 而浮动双向锁回路安全阀未达到开启压力。
2平衡千斤顶两腔自动补液控制回路
2.1 平衡千斤顶及其连接耳座损坏原因分析
到目前为止, 已有许多文献对二柱掩护式支架的支护特性及其平衡千斤顶的问题进行了论述, 但还是没有找到有效解决该问题的方法。从现有资料和现场实际中可以看出, 平衡千斤顶的损坏有多方面的原因, 如:平衡千斤顶的定位尺寸不合理, 造成平衡千斤顶的行程与采高不相匹配;平衡千斤顶连接耳座强度与刚度不足;支架操作工对平衡千斤顶的操作方式和维护也在很大程度上影响着平衡千斤顶的寿命。从平衡千斤顶液压控制回路来考虑, 现有平衡千斤顶的控制回路无法保证活塞腔和活塞杆腔自动充满压力液体, 从而导致平衡千斤顶难以形成足够的推拉力, 不能实现掩护式支架的设计支护特性。故有必要设计一种自动补液回路来解决该问题[4]。
2.2 平衡千斤顶两腔自动补液控制回路
自动补液控制回路如图3所示, 它是在原有平衡千斤顶控制回路基础上增设的一个自动补液控制系统, 该控制系统由一个液控三位三通换向阀和两个单向阀组成, 其工作原理如下:液控三位三通换向阀的调定压力与平衡千斤顶两腔安全阀调定压力相同, 当平衡千斤顶活塞腔受压, 安全阀开启卸载时, 液控三位三通换向阀处于左位, 高压液体经单向阀给平衡千斤顶活塞杆腔供液, 使之充满压力液体;当平衡千斤顶活塞腔安全阀关闭, 液控三位三通换向阀处于中位;反之, 当平衡千斤顶活塞杆腔安全阀开启, 液控三位三通换向阀处于右位, 高压液体经单向阀给平衡千斤顶活塞腔供液, 使之充满压力液体;当平衡千斤顶活塞杆腔安全阀关闭, 液控三位三通换向阀处于中位。该回路不影响平衡千斤顶液压回路的手动操作。
2.3 掩护式支架承载能力区模型的建立
液压支架的承载能力区, 是指在某一特定的工作高度下, 支架顶梁所承受的外载荷Q与其在顶梁上的作用位置x间的变化关系。通常选取顶梁与掩护梁的铰接点为坐标原点, 沿顶梁长度方向为横坐标轴, 以垂直于顶梁长度方向的外载荷Q为纵坐标轴, 建立液压支架承载能力区的平面曲线, 如图4所示。根据掩护式支架力学和运动学分析可得出掩护式支架承载能力区的方程式为[5]:
。 (1)
其中:Q1、Q2、Q3分别为平衡千斤顶受最大拉力、立柱受最大工作阻力、平衡千斤顶受最大压力时支架顶梁所承受的外载荷随其在顶梁上的作用位置x的变化关系;a1、a2为支架主平衡区起点和终点位置;RLmax、RTmax分别为平衡千斤顶最大拉力 (为负) 和最大推力 (为正) ;Rmax为立柱最大工作阻力的合力;L为顶梁长度;S1为掩护梁与顶梁铰接点P到平衡千斤顶的距离;S2为掩护梁与顶梁铰接点P到立柱的距离;S3为连杆瞬心O1到立柱的距离;L8为P点到顶梁的距离;μ为顶梁与顶板之间的摩擦系数;K为顶梁倾角系数。
2.4 平衡千斤顶两腔自动补液控制回路可行性分析
现以DBT24319支架为例分析平衡千斤顶两腔压力对二柱掩护式支架承载能力区的影响。
已知支架所处高度H=4 000 mm, 立柱最大工作阻力Rmax=8 638 kN, 根据运动学和力学计算公式并在MATLAB编程环境下编制CZNLQ.M程序进行仿真分析, 不同工况下的仿真结果如图5所示。不同工况条件下对主平衡区的影响见表1, 其中, 宽度和面积百分比均为与额定推拉力工况下主平衡区宽度和面积相比所得比值。
从以上分析结果可以看出, 支架在平衡千斤顶活塞腔和活塞杆腔没有充满压力液体情况下工作时, 其主平衡区宽度分别为额定主平衡区宽度的30.9%和41.2%, 主平衡区面积为额定主平衡区面积的31.1%和41.1%;而支架在平衡千斤顶自动补液系统下工作时, 主平衡区宽度可达到额定主平衡区宽度的69.9%, 而主平衡区面积可达到额定主平衡区面积的70%。由此可见, 在顶梁发生偏转之前保证平衡千斤顶两腔充满压力液体, 可以使支架对外载荷变化的适应性增强, 承载能力增大。
3结语
通过对平衡千斤顶安全阀频繁开启原因和平衡千斤顶及其连接耳座损坏原因分析, 分别在AMESim和MATLAB环境下对平衡千斤顶浮动双向锁控制回路和平衡千斤顶两腔自动补液控制回路两种优化设计方案进行了可行性分析, 为平衡千斤顶液压控制回路的优化改造提供了切实可行的依据。
参考文献
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[3]李聚领, 杨卫书.平衡补偿双向锁的可行性探讨[J].煤矿机械, 2009 (3) :68-170.
[4]寇子明.液压支架动态特性分析与检测[M].北京:冶金工业出版社, 1996.
液压支架立柱表面修复技术的研究 篇4
关键词：液压支架立柱,激光熔覆,等离子熔覆
液压支架是煤矿综采面的核心设备, 能够安全可靠地支撑和控制整个回采工作面, 隔离开采区, 有效保证开采工作的安全顺利进行;立柱是液压支架的关键承载部件, 承载综采面顶板作用于液压支架的载荷并传递到底座上, 且长期在井下复杂恶劣的酸、碱性腐蚀介质中工作, 会出现腐蚀、划伤等缺陷而造成液压支架失效。因此, 研究液压支架立柱表面修复工艺, 全面提升立柱表面的耐磨、耐蚀、抗冲击性能, 延长立柱使用寿命, 具有较好的经济效益和社会价值。
目前, 国内液压支架立柱表面修复技术主要采用传统的电镀硬铬工艺, 但是该工艺修复后的立柱使用寿命较短、可修复次数少且存在环境污染危害身体健康等问题, 不符合国家当前倡导的节能、环保、减排的政策要求, 因此, 亟需一种绿色环保的立柱表面修复技术替代电镀技术。最近几年兴起的等离子熔覆技术和激光熔覆技术, 均具有熔覆层与基体结合牢固、组织致密等优点, 而且修复后的立柱性能远优于经电镀修复的立柱性能, 因而受到广泛的关注和大力的推广。本文对液压支架立柱等离子表面修复技术和激光表面修复技术进行了对比研究。
1 液压支架立柱失效形式分析
1.1 液压支架立柱材质
目前, 国内矿用液压支架立柱的材料为27Si Mn钢, 其主要化学成分见表1。
1.2 液压支架立柱失效形式
由于井下复杂特殊的工作环境:湿度大 (相对湿度75%以上) , 加上含S2-等腐蚀物质的粉尘较多以及井下空气中含有SO2、H2S等有毒有害气体, 形成了井下复杂特殊的酸、碱性腐蚀介质的工作环境, 立柱作为液压支架的主要承载部件, 在长期服役过程中, 其表面承受冲击和腐蚀等作用, 会出现不同程度的锈蚀、麻坑等缺陷, 影响密封性, 造成立柱在使用过程中失效;另外, 液压支架立柱在使用过程中, 因局部磕碰或煤渣颗粒使立柱表面磨损划伤而失效。因此, 腐蚀和磨损是煤矿用液压支架立柱失效的主要形式。
2 等离子熔覆和激光熔覆技术
等离子熔覆技术和激光熔覆技术工作原理类似, 利用高能离子束/激光束将基材表面金属和熔覆材料同时熔化, 并发生复杂的物理化学反应, 原位形成表面熔覆合金层。
2.1 修复工艺对比
对液压支架立柱表面分别采用等离子熔覆和激光熔覆技术进行耐磨处理, 耐磨熔覆层与立柱基材27Si Mn钢结合牢固, 均呈深度冶金结合, 且熔覆层组织紧密, 二者熔覆工艺如下:
(1) 等离子熔覆。 (1) 对立柱除锈去污, 去疲劳层; (2) 等离子熔覆; (3) 熔覆缺陷修补; (4) 立柱校直; (5) 机械车削加工。
(2) 激光熔覆。 (1) 清理立柱表面油污, 去表层; (2) 激光熔覆; (3) 熔覆缺陷修补; (4) 机械加工。
从工艺流程可看出, 液压支架立柱表面等离子熔覆工艺相比激光熔覆工艺, 多了一道对立柱校直处理的工序。这是由于等离子熔覆热输入量大, 立柱易变形, 如果不进行校直, 可能造成液压支架立柱与缸体装配不当, 甚至出现无法装配的现象, 因此必须对等离子熔覆处理的立柱进行校直处理。在熔覆过程中, 通过对立柱表面进行温度测定, 发现等离子熔覆中的立柱表面温度在250~350℃, 远远高于激光熔覆立柱表面的温度100~150℃, 充分表明激光熔覆技术热输入量小、工件不易变形的特点[1,2,3]。
2.2 熔覆层性能对比
分别利用等离子熔覆技术和激光熔覆技术对液压支架立柱表面进行强化处理, 所用熔覆材料为自主研发的铁基自熔性合金粉末, 对2种表面熔覆层分别进行硬度测试、磨损测试和腐蚀试验测试, 其硬度测试结果见表2。
HRC
磨损试验是以磨粒磨损方式进行测试, 试验参数为加载力45 N, 磨损2 000转, 转速200 r/min, 其磨损测试结果见表3。
腐蚀试验是在中性盐雾环境模拟试验条件下进行的, 盐雾试验箱试验参数:腐蚀溶液Na Cl为5%±1% (50 g/L) ;p H值为6.5~7.0;盐雾箱内温度为 (35±2) ℃;盐雾沉降率为1~2 m L/h, 腐蚀时间为72 h (表4) 。
由表2可看出采用2种熔覆技术熔覆层的硬度相差不大, 达到55 HRC左右, 比熔覆前立柱的硬度高, 说明采用这2种熔覆技术均能使合金粉末与基材冶金结合, 明显提高液压支架立柱表面的硬度。从表3磨损试验情况可知, 经2种熔覆技术强化的立柱表面耐磨性均得到显著提高, 熔覆层失重量显著减少, 而激光熔覆得到的熔覆层更加致密, 组织更加均匀, 耐磨性较等离子熔覆稍高, 其相对耐磨性分别是基材27Si Mn的1.028/0.112=9.18倍和1.028/0.120=8.57倍, 说明经这2种熔覆技术强化处理的液压支架立柱具有良好的耐磨性能, 对立柱使用过程中煤渣颗粒对其表面的磨损起到一定的防护作用。由表4熔覆层腐蚀试验可看出, 2种熔覆层的耐腐蚀性明显比基材27Si Mn的耐腐蚀性能好, 分别是基材27Si Mn的4.554倍和3.775倍, 对于液压支架立柱井下环境:酸、碱腐蚀介质具有很好的防腐蚀作用, 延长其使用寿命。
经等离子熔覆技术和激光熔覆技术强化的液压支架立柱, 其表面硬度、耐磨性、耐腐蚀性都得到强化, 对基材起到一定的保护作用, 由于激光熔覆高能量、热量集中的特性, 得到的熔覆层较等离子熔覆层更加致密均匀, 相对耐磨性及耐腐蚀性能都稍高于等离子熔覆层[4,5,6,7,8,9]。
液压支架立柱表面采用等离子熔覆和激光熔覆处理, 由于热源不同, 对基材影响也不同, 其熔覆层厚度及热影响如图1所示, 其具体数据见表5。
由图1和表5可看出, 采用激光熔覆及等离子熔覆技术对立柱表面进行强化处理, 由于激光具有能量高、升温快、能量集中等特点, 熔覆层厚度较等离子熔覆层薄, 后期机械车削量小, 节约熔覆材料, 降低熔覆成本, 且熔深浅, 过渡区域小, 立柱基材受热影响较小, 变形收缩量小, 对基材组织影响甚小, 立柱变形小[10,11]。
3 经济效益分析
在煤矿机械设备的表面修复强化领域中, 等离子熔覆技术的发展及应用较激光熔覆技术成熟, 由于激光熔覆设备投资成本及后期维修护理成本较高, 导致激光熔覆立柱表面强化成本是等离子熔覆成本近2倍。目前, 单位表面积等离子熔覆液压支架立柱价格为3 500元/m2, 而采用激光熔覆价格为6 000元/m2, 等离子熔覆设备及工艺在立柱表面修复强化领域还是比较成熟和稳定的, 其成本价格基本保持稳定, 下调的空间不大;而激光熔覆修复强化立柱是一种新型技术, 随着激光应用技术的不断发展及市场竞争的加剧, 激光熔覆设备的价格肯定会下降, 降低激光熔覆投入成本。另外, 随着市场的发展和客户要求的不断提高, 具有高能量密度以及对基材影响较小, 工件不易变形等特点的激光熔覆技术, 在立柱表面修复强化领域具有强大的竞争优势, 经济效益显著。因此, 从市场和客户的长远角度来看, 激光熔覆手段的技术优势强, 发展空间大, 是立柱表面修复技术发展的必然趋势。
4 结语
(1) 采用等离子熔覆和激光熔覆技术对液压支架立柱表面修复强化处理, 其硬度、耐磨性能和耐蚀性能均得到提高, 对立柱表面有效起到防护作用, 延长立柱使用寿命。
(2) 激光熔覆技术修复立柱表面的各方面综合性能均优于等离子熔覆技术, 在液压支架立柱表面修复领域竞争优势和应用前景大, 具有重要的技术革新意义。
参考文献
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液压支架立柱千斤顶 篇5
在放顶煤开采的过程中, 支架前端用采煤机开采的煤块较小较破碎, 支架后端则是在矿山的压力作用下自由放煤, 煤块或矸石体积往往较大, 放煤时插板伸出, 插板千斤顶的活塞杆裸露在外, 大块的煤块或矸石落下后部运输机上, 运输机在运煤过程中从支架尾梁下经过, 煤或矸石的棱角极易刮坏插板千斤顶活塞杆的表面镀层, 随着时间的加长, 插板千斤顶的不断伸缩工作, 最后导致插板千斤顶漏液。
1设计思路
现在对插板千斤顶的防护方法有采用可伸缩保护套的, 因为要实现保护套的可伸缩性材质大多为较软的塑料聚合物, 往往这种材质较软同时也不耐磨, 几次刮碰后就要更换, 起不到防护的作用。所以新设计的结构要有一定的强度, 能够满足长时间的碰撞而不变型。
井下的工作环境差, 维修困难, 所以新设计的结构要简单, 在不影响尾梁、插板机构正常工作的前提下要便于安装及拆卸。
1、小钢管2、弯板3、固定板
1尾梁、2插板千斤顶、3螺栓M24×40、4垫圈24、5销轴φ20X150、6防护门、7开口销4×36、8插板、
针对这以上难题设计了插板千斤顶防护装置。
2防护装置工作原理
如图1所示插板千斤顶防护装置由1~8个件组成, 序号6防护门为焊接组件, 对插板千斤起到防护作用, 工作原理为用两个φ20X150销轴及两个4×36开口销将尾梁与防护门连接在一起, 防护门可以围绕φ20X150销轴旋转, 使防护门实现打开和关闭两种状态, 在安装及拆卸插板千斤顶时将防护门打开, 支架在井下工作时, 将防护门关闭, 如图2所示位置为插板千斤伸出, 插板千斤活塞杆裸露在尾梁的中间档内, 这时防护门把大部分裸露在外的活塞杆遮挡住, 起到防护作用。
防护装置的主体结构防护门采用高强钢板, 在工作时遇到较大煤成碰撞时, 避免护板门的变形, 影响插板在尾梁中的正常伸缩。
结语
插板千斤顶防护装置组成结构及工作原理简单, 安装及拆卸方便, 对插板千斤活塞杆的防护作用及时可靠, 效果明显, 使支架插板千斤顶的维修频率大大降低, 提高了支架的生产效率。该结构现在在我公司的放顶煤产品中已经广泛应用, 从用户的反馈消息来看, 用户对插板千斤顶防护装置起到的作用都非常满意。
摘要：放顶煤液压支架后部放煤煤块较大时, 插板千斤顶非常容易被划伤, 最后导致插板千斤顶漏液, 从而设计了插板千斤顶防护装置保护插板千斤顶, 本文介绍了该防护装置的设计思路、工作原理、及拆装方法等。
关键词：放顶煤液压支架,插板千斤顶,防护装置
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液压支架立柱导向套拆装机的研制 篇6
液压支架是回采工作面支护设备, 用于支撑工作面顶板, 阻挡顶板冒落的岩石窜入作业空间, 以保证工作面内机器和人员安全。液压支架是以高压乳化液作为动力, 使支架的支撑、切顶、移架、和输送机推移等工序全部实现了机械化, 因而大大改善了回采工作面的作业环境。
立柱是液压支架中最重要的液压元件, 用于承受顶板载荷, 并调节支架高度。它主要由缸体、活柱、导向套和密封件等零部件组成。其主要失效形式是密封件损坏、缸体锈蚀。为了更换密封件, 修复缸体, 必须将导向套从缸体上拆下来, 然后修复缸体, 再重新组装导向套。目前国内液压支架中, 立柱导向套与缸体的连接形式主要有卡键式和螺纹式2种, 并以螺纹连接居多[1]。
由于煤矿井下工作条件十分恶劣, 工作一段时间后, 导向套与缸体之间的螺纹便产生锈蚀。国内拆装机大多数采用卧式车床结构, 拆解时由于拆解力矩过大, 很容易把机身损坏, 或者导向套损坏;组装时, 往往由于立柱自重等原因, 容易造成轴线不对中, 从而产生了导向套螺纹损坏, 缸体拉伤, 密封件压坏等[2,3]。为了解决这一问题, 成功研制了液压支架立柱导向套拆装机。
2 组装机的组成及工作原理
2.1 液压系统
液压系统采用变量泵-定量马达开式调速方式, 效率高。其中驱动系统采用低速大扭矩马达直接驱动卡盘。由于立柱有两个大小不同的导向套, 他们的拧紧力矩也不相同, 所以利用一个电磁阀和两个不同压力的安全阀, 使系统具有两种工作压力可以满足不同扭矩的要求。利用五个收到换向阀分别控制摆臂、拆装、升降、左夹紧、右夹紧等五个动作, 具体液压原理如图1所示。
2.2 机械结构及工作原理
机械结构采用摆臂式, 如图2所示, 该结构简单, 还可以满足现场使用要求, 制作方便。组装工作原理:首先升降油缸11升出到位, 然后摆臂油缸12收回, 这时机架10向后摆动45°, 接着用吊链把立柱1吊入工位中, 夹紧装置2动作, 夹紧立柱, 然后摆臂油缸12升出, 机架10重新回到竖直位置, 升降油缸11慢慢收回, 使驱动头马达8带着弹簧6、卡盘5整体下降, 下降至弹簧压紧, 这时就相当于给导向套3施加向下的预压力, 使它在旋转的过程中不容易向上弹起, 这时开启马达, 马达8旋转带动卡盘5、导向套一起旋转, 导向套旋入缸体内, 完成组装。
1立柱2夹紧装置3导向套4工装5卡盘6弹簧7马达水平导轨8马达9竖直导轨10机架11升降油缸12摆臂油缸13底座
由于立柱1自身重量大约两吨多, 这样夹紧时, 很难保证立柱1与驱动头马达8的垂直度, 立柱中心轴线与驱动头马达轴线同心度, 所以, 驱动头采用浮动设计, 即马达可以在水平马达导轨7中移动, 这样即使立柱中心轴线与驱动头马达轴向不同心, 拧紧导向套的过程也不会对导向套造成伤害, 并且两边夹紧机构2独立控制, 这样正好能够达到了立柱与马达所要求的垂直度、同心度。这样就解决了卧式结构的定位不准确, 容易产生侧向力矩, 损害导向套密封件的问题。
导向套和立柱缸体间是螺纹连接, 装配导向套时, 导向套和立柱缸体之间要产生轴向位移。为了解决导向套螺纹轴向位移问题, 采用两根弹簧及导向销, 开始组装时, 升降油缸11收回, 驱动马达8下降, 给弹簧一定的向下预压力, 随着马达的转动, 卡盘自动向下运动, 弹簧回复变形, 弹力不断减小。这样, 既可以防止卡盘与工装分离, 又补偿了导向套螺纹的轴向位移。
拆立柱, 将换向阀置于“拆”位, 使马达逆时针旋转, 其他同装立柱。
3 经济效益
该拆装机自从2009年研制成功以来, 已经拆装立柱大约1300根, 创造产值700余万元, 并且节约了大量的人力, 使劳动效率提高了十几倍。该拆装机还填补了神东煤炭集团液压支架检修领域的一项空白, 使支架检修机械化水平上了一个台阶。
2009年大修及项修液压支架为37套, 而且每年的大修量也在不断增加, 针对如此大的维修量, 随着该设备的投入使用, 既节约人工, 又提高劳动效率, 将会带来巨大的经济效益。
4 结束语
煤矿井下条件恶劣, 立柱导向套的螺纹连接部分易产生锈蚀, 而锈蚀的导向套若采用人工拆卸, 费时费力, 并且容易造成导向套损坏。因此有必要研制一种拆装机进行机械化拆卸。该拆装机可以拆、装立柱, 具有结构简单、操纵方便、安全可靠等优点。
该设备融合国内外先进设备优点, 既有继承, 又有提升, 本设备的设计本着实用、可靠、简约的原则, 体现了“赢在设计”的设计理念。根据现场使用情况, 本设备完全符合设计要求, 可显著减轻工人的劳动强度, 提高工效而受到维修现场的欢迎。
摘要：针对立柱导向套拆装机使用过程中存在的问题, 例如, 立柱中心轴线与驱动马达轴线不同心造成密封件损坏、缸体拉伤等等, 设计了一种摆臂式结构导向套拆装机。其驱动马达采用浮动结构设计, 可以避免由于不同心而造成的导向套损害。由于导向套和立柱缸体间是螺纹连接, 所以在机构中增加两根弹簧及导向销。这样, 既可以防止卡盘与工装分离, 又补偿了导向套螺纹的轴向位移。
关键词：立柱,导向套,组装机,摆臂式
参考文献
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液压支架立柱千斤顶 篇7
螺纹连接的可靠性和维修拆装时的便利性较卡环结构优良,且传动效率较其他螺纹高,因而立柱、千斤顶缸口和导向套结构趋于采用螺纹连接,且多采用矩形螺纹结构。但其强度比同螺距的其他螺纹要低,且制造较困难,对中精度低,磨损后造成轴向和径向间隙较大,因而一般用于力的传递,例如千斤顶、小型压力机等[1,2,3,4,5]。
目前液压支架导向套矩形螺纹牙型尚未标准化,且加工刀具也尚未标准化,因而致使刀具商提供的刀具参数参差不齐。在矩形螺纹加工过程中,刀具存在切削断屑性能不佳(不断屑,缠刀)、前刀面磨损较快(黏刀,月牙洼磨损)、崩刃、后刀面磨损(沟槽磨损)等问题,致使刀具使用寿命偏低,刀具损耗量较大,加工效率较低,在一定程度上制约了生产的正常进行。
切削用量是金属切削过程中的重要因素。它不仅关系到生产效率、生产成本和加工质量,而且还关系到切削力的变化。且上述各因素之间也存在着相互影响和制约的关系。所以,切削用量的选择需综合考虑多方面因素,合理调节或控制各种制约切削用量的因素,并使之达到最佳组合。基于以上原因,从矩形螺纹加工刀具切削参数匹配和性能优化等方面进行研究,以求选用到合适的切削参数和加工刀具,从而提高矩形螺纹加工效率,降低其加工成本。
1 存在问题及原因分析
待加工的矩形螺纹导向套如图1所示,材质为27Si Mn,热处理状态为调质。
导向套常用材质为27Si Mn、30Cr Mo、42Cr Mo和40Cr等。由于塑性较好,因而在矩形螺纹加工中均存在不断屑、缠刀的现象,在刀尖位置易产生积屑瘤,加速刀具磨损,缩短刀具寿命。同时矩形螺纹的加工还存在其他情况(表1)。
为避免积屑瘤产生,减少刀具的非正常磨损,提高刀具寿命,应该从刀具的选择、切削参数的匹配和改善材质切削性能等方面着手分析[6,7,8,9,10]。
2 切削参数匹配
以单因素法调整A、B刀片进给量和转速,并制订适应矩形螺纹加工的槽宽及牙型标准(图2)。
A刀片在转速70 r/min、轴向进给量0.1 mm时,加工矩形螺纹最为稳定。再提高转速,槽底表面会出现颤纹(图3)。
B刀片在转速70 r/min、进给量为0.2 mm时,表面质量逐渐变差;然后当转速提高到140 r/min、进给量为0.1 mm时,表面质量开始下降,出现颤纹。切削速率提高5%,刀具寿命会锐减20%。经过多次调整,综合考虑生产节拍和加工成本等因素,确定了加工导向套矩形螺纹的最佳切削参数:转速120 r/min、进给量0.12 mm,表面加工质量较为光滑(图4)。
3 涂层及切削参数计算
3.1 刀片涂层
A刀片涂层为Ti N,颜色为金黄色,涂层厚度为8~12μm,涂层硬度比Ti C低,但导热性好,摩擦因数比Ti C小,抗月牙磨损性能较好,较之Ti C不易产生脆性相,涂层较厚。
B刀片涂层为Ti Al N,颜色紫黑色,耐热性能优越,高温硬度好,涂层材料开始分解的温度比其他涂层高[11,12,13]。
通过试验对比,B刀片在切削加工中性能优越,除了在刀面上显示出热波纹和正常的机械磨损外,前刀面和后刀面没有出现涂层的剥落和刀片基体的挤压崩刃现象。其切削质量和加工效率明显优于A矩形螺纹刀片。
3.2 材料切除率、切削力及切削功率
材料切除率在一定程度上反映了切削加工的效率,且在一定的切削厚度下,材料切除率越高,所消耗的功率也越大。已知切削功率,可按下列公式计算材料切除率Q、切削功率PC和切削力FC[14,15]:
切削厚度:
材料切除率:
切削功率:
切削力:
式中,Q为材料切除率;νC为切削速度。
已知切削参数:①两刀片主偏角均为92°。②车削直径为315 mm的合金钢工件外圆。③切削用量。ap=0.1 mm,f=0.1 mm/r,n=70 r/min;ap=0.12 mm,f=0.1 mm/r,n=120 r/min。
按式(1)、(2)、(3)、(4)及已知条件求解得:
切削厚度:hD1=0.1 mm,hD2=0.12 mm;材料切除率:Q1=692.5 mm3/min;Q2=1 424.6 mm3/min。
查图5[15],以hD1=0.1 mm切削厚度时,切削功率为(7.2~10.2)×10-5k W·min/mm3,考虑到材料为中等强度,故取pC1=8.7×10-5k W·min/mm3,于是切削功率PC1=pC1×Q1=0.063 k W。
以hD2=0.12 mm切削厚度时,切削功率为(6.8~9.8)×10-5k W·min/mm3,考虑到工件为中等强度,故取pC2=8.3×10-5k W·min/mm3,于是切削功率PC2=pC2×Q2=0.118 k W。
计算切削力:
经计算,FC1=54.57 N;FC2=59.62 N。
计算表明矩形螺纹刀片B提高至最佳切削速度120 r/min(转速再提高会因机床刚度不足,造成表面质量降低),切削力增加9%,材料切除率提高105.7%,提高了矩形螺纹的加工效率。
实测A刀片加工矩形螺纹时间为325 s,B刀片加工矩形螺纹时间为193 s,缩短了132 s,效率提高40.6%,与理论计算结果吻合。
4 评价结果
设备型号为长城CKS7950,材质为27Si Mn,毛料状态为调质,具体评价结果见表2。
(1)由表2可知,B刀片价格比A刀片低65元/片;B刀片加工数量比A刀片多24件/片;B刀片加工成本比A刀片降低48.3%,B刀片生产效率比A刀片提高40.6%。
(2)以单因素法确定加工矩形螺纹的最佳切削参数:A刀片转速70 r/min、轴向进给量0.1 mm;B刀片转速120 r/min、进给量0.12 mm。
5 结语
液压支架立柱千斤顶 篇8
近几年, 随着煤炭产量的提高和采煤工作面的下行延伸, 尤其是大同地区侏罗系煤层枯竭后, 石炭二叠系煤层工作面成为了承担煤炭产量的主要阵地。而石炭二叠系工作面围岩地质条件复杂、多变、恶劣, 给综采设备使用与维护带来了新的难题。
石炭二叠系工作面埋深深, 大同地区一般为380~500m埋深。煤层厚 (一般6~20 m) 占有可采煤层比例73.4%, 夹矸层较多而且较厚。工作面直接顶和老顶多为粗砂岩、砂砾岩、粉砂岩、泥岩、炭质泥岩等岩性岩石构成, 比较坚硬, 难于垮落。大同地区石炭二叠系工作面多采用放顶煤工艺, 同煤集团放顶煤工作面主要以单伸缩立柱放顶煤液压支架为主, 目前形成了ZF7500/22/35型、ZF10000/23/35型、ZF13000/25/38型、ZF15000/27.5/42型等系列主体放顶煤架型为主的放顶煤工作面支护设备。特别是一些特厚煤层的放顶煤工作面, 对液压支架的支护强度要求非常高, 尤其是在大顶来压瞬间, 对支架冲击损坏非常严重。往往以顶梁柱帽压裂压穿为常见案例。
本文主要以同煤集团某矿使用的放顶煤液压支架ZF10000/23/35型为例, 重点分析介绍探究顶梁压穿后的处理方案。
1 研究内容
1.1 顶梁损坏原因分析
该矿属于同煤集团建井比较早的煤矿, 初期建设煤炭产量大约300 t/a, 其主要运输巷道的断面尺寸比较小。所以在近几年延伸到石炭二叠系后, 虽然选型的液压支架工作阻力提高了, 但是支架的运输高度和支架的宽度无法提高, 如果拆开入井, 井下巷顶围岩状况不允许形成组装硐室, 所以, 只能选择架间距1.5 m的大工作阻力液压支架。根据液压支架立柱的设计标准规范和液压支架结构件设计规范要求, 当支架架间距为1.5 m时, 立柱缸径不宜超过280 mm, 即液压支架最大工作阻力不宜超过10 000 k N。最终选择了ZF10000/23/35型放顶煤液压支架, 该支架为四柱式单伸缩立柱液压支架, 立柱行程为1205 mm。支架支撑高度范围为2.3~3.5 m, 回采过程中的理论支护高度范围2.6~3.2 m, 合理行程范围在600 mm以内, 有效支撑高度范围比较小, 即立柱有效压缩行程比较小, 支架容易被压死 (立柱无行程状态) , 致使液压支架成为刚性支撑构件。大顶来压或者周期来压时尤为突出, 这种条件下, 支架顶梁由于是与顶煤直接接触, 顶煤较软易碎, 在支架让压过程中, 顶煤往往带着压力随支架同步下沉, 造成液压支架让压失效, 在压到无行程状态时依然有很大的压力。另外, 该工作面煤层处于山西组4#层一块煤区的边缘地带, 煤层发育呈现倾斜纹理状态, 在下沉移近过程中, 形成一个水平方向的推力, 导致液压支架侧倾受力, 也就是说, 液压支架4根立柱一般都是单侧两根受压力较明显。在侧压和刚性状态下的液压支架顶梁无法让压被压穿[1]。
根据支架的设计结构分析, 一般顶梁结构件中最薄弱的部位是在前柱帽处, 所以顶梁压穿主要体现在前柱帽损坏上, 如图1所示。
1.2 处理方案
1) 由于发生顶梁压穿事故的液压支架都位于工作面中间部位, 顶煤较破碎, 无法对这些支架进行更换或者出井大修, 工作面走向回采800 m, 尚有1600 m未采。考虑到这些情况, 我们经过现场分析研究, 在现有支架顶梁柱帽部位设计安装了一套新的柱帽结构, 将原有的柱帽处封堵成为整体箱梁, 提高该处的断面强度。如图1所示。
新柱帽承压部位是100 mm厚的低合金结构钢板, 一般选择Q345, 其塑性和整体强度较好。在与顶梁体焊接后, 将顶梁原有柱帽处封堵, 形成完整的箱体, 大大提高了该部位的抗弯强度。而且, 在受到侧压时, 单侧柱帽的抗压强度非常高, 可以很好地适应该工作面煤层倾斜发育地条件。
新柱帽考虑到立柱的稳定性, 仿照原有柱帽的连接耳板焊接形成了新的穿销固定耳板, 并且在100 mm帽体钢板上加工出SR105半径的球窝, 完全适合立柱柱头的固定。
2) 立柱处理方法。由于增加新柱帽后, 顶梁柱帽处的安装厚度变厚350 mm, 这给液压支架的升降高度带来困惑。如果仍然使用原有的单伸缩立柱, 当液压支架被再次压死时, 首先换帽处的立柱首先没有了行程, 这样就造成液压支架单腿受力, 假设压力超越了底座柱窝的抗压强度, 底座将损坏。为此, 我们重新设计了新的双伸缩立柱, 来代替原有单伸缩立柱。立柱的总行程为1205 mm, 固定部位的中心距比原有的单伸缩立柱缩短350 mm[2]。
这样, 就确保了液压支架在升降过程中四连杆的运动轨迹未发生变化。新旧立柱图如图3~图4所示。
改进设计后液压支架使用状态下的状况图, 如图5所示.
2 结语
通过这次液压支架损坏后的处理, 该工作面顺利推进了1000 m, 成文前仅剩300 m左右的可采部分。在处理后使用过程中, 高强度抗压柱帽的效果体现的比较优良, 方案合理, 给未来的新工作面提供了一套完善合理的维护方法。这套处理方案在另外一个ZF13000/25/38型液压支架工作面使用后, 同样取得了良好的效果。
摘要：介绍了某矿综放工作面液压支架由于工作面围岩条件而造成损坏, 通过一系列设计改造方法, 尤其是对柱帽部位的加强加固和立柱配套改造设计, 实现了损坏条件下维持工作面回采。这套方案可以适应多种情况的综采液压支架的损坏, 形成了一套比较合理的维护方案。
关键词：单伸缩立柱,双伸缩立柱,抗压柱帽,液压支架
参考文献
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