ZF1500型大采高放顶煤液压支架的研制.pdf

116 第 38 卷 2010 年第 21 期 经 验 本栏目编辑 杨 健 上实时显示调速系统的各种故障原因，便于及时维护 与维修。 系统采用西门子 S7-300、S7-200 可编程序控制 器，利用 PROFIBUS-DP 主从站结构对提升机主控联 锁部分进行控制，以提高设备技术装配水平及控制能 力。 通过 PLC 按照工艺要求对液压站进行控制和状 态检测，确保控制的可靠性；对制动闸盘进行实时温 度检测报警。液压站控制具有二级制动控制，以及欠 压、超压、残压保护和双回路控制功能。 在提升机卷筒外侧加装空心光电式码盘测速装 置，以较准确地计算提升机的位置和运行速度，参与 减速控制和各种给定速度下的限速保护。在提升机卷 筒外侧钢丝绳处加装微型导轮，并安装绝对式光电式 编码器和增量式编码器，用于分别计算和检测提升机 的实际运行速度和实际位置；对钢丝绳的打滑状况、 直径变化情况等进行检测，以对二、三级限速和位置 进行控制保护。同时与滚筒外侧编码器进行比较，对 码盘的运行状况进行检测，在某一编码器损坏或出现 异常时，在触摸屏显示器上自动显示故障报警信号， 通知人员及时处理，以保证设备的正常安全运行。 采用华北工控机及大显示触摸屏组成机位控制系 统，将提升机各种工艺运行参数、设备运行情况及速 度、位置、电流和液压系统运行参数等信号，通过画 面进行显示和控制，系统主要环节故障时自动显示故 障点，自动记录参数的历史情况。 系统具有当 PLC 系统发生异常时的强制低速运 行功能、国家矿山安全规程规定的必备保护功能和信 号发送功能。 1.2.2 信号系统 利用西门子 S7-200PLC 组成各中段车场控制系 统，车场 PLC 作为 PROFIBUS-DP 从站，通过双屏蔽 绞线与主站 PLC 进行通信联锁控制，控制系统具有 工艺要求的信号、信号连锁、紧急停车、允许开车和 慢上慢下等控制功能，各中段 共分 10 个中段水平， 分别为 65 m 井口，26 m 平硐口，-185 m、-285 m、-335 m、-385 m、-445 m、-505 m、-565 m 和 -625 m 水平 要罐信号在操作台显示器上显示。 1.2.3 电视安全监控系统 采用 1 台 21 英寸彩色监视器，通过工控机实现 对整个系统多画面分割监控和切换监控。摄像监控装 置采用 24 路工控机网络中心，智能监控控制系统， 内置 1 台 21 英寸主画面监视器，通过工控机在显示 器上进行画面分割显示、切割显示和报警提示等功 能。前端摄像头及传送装置采用 50 m 红外线、防水 防尘 1/3 SONY、480 线高清晰度的摄像产品，具有 极高的成像清晰度及色彩补差度；考虑到信号传送距 离较远，采用中间加视频放大器方式处理，以保证信 号的高清晰度。 2 改造后对提升速度的要求 2.1 提升速度 ① 第一速度 8 m/s 主要用于提矿、提物；② 第 二速度 6.59 m/s 主要用于提升人员上下；③ 慢上、 慢下速度 0.5 m/s 主要用于对罐；④ 验绳速度 0.3 m/s 主要用于钢丝绳及井筒装备的检查。系统同时具备手 动和自动提升操作装置，手动操作时可实现 0～8 m/s 速度的任意调节。 2.2 提升加速度 提升加减速度为 0.7 m/s2，满足国家有关规程不 得大于 0.75 m/s2 的要求，并实现了 S 形曲线的提升 加减速度，提高了提运人员的舒适感和安全性。 3 结语 整个提升系统节能改造总投资为 200 万元，改造 后，系统的运行稳定性、控制系统的功能等得到了很 大的提高，有效地抑制了整流脉冲，并降低了电网的 谐波，功率因数由原最大 0.67 提高到 0.83。预计每年 可节电 60 万 kW h，按 0.7 元/kW h 计算，每年可 节约电费 42 万元，5 a 即可收回全部投资。总之，绍 兴平铜 集团 有限公司提升系统的改造达到了预期的 目标。□ 收稿日期2010-03-31 修改稿日期2010-07-14 论文编号1001-3954201021-0116-03 ZF15000/27.5/42 型 大采高放顶煤液压 支架的研制 范智欣 大同煤矿集团中央机厂技术中心 山西大同 037001 我 国是世界上厚煤层储量最大的国家之一，在全 国统配煤矿中，厚度在 3.5 m 以上的煤层约占总 储量的 43。以大同煤矿集团公司（以下简称同煤集 团）为例，随着采煤技术的不断发展，开采厚度 5 m 以上的煤层将成为同煤集团若干年的主采煤层，为了 适应这种需要，同煤集团拟兴建 6 个千万吨级矿井。 研制适应这种厚煤层的大采高液压支架及配套设备， 研究大采高工作面支护技术、生产工艺以及实现安 全高效生产，成为煤机生产行业的一项极其重要的课 题。 117 经 验 本栏目编辑 杨 健 第 38 卷 2010 年第 21 期 1 支架结构及主要技术参数 ZF15000/27.5/42 型低位放顶煤支架由北京煤科 院开采研究所设计，同煤集团中央机厂、北京煤机厂 和郑州煤机厂共同制造。 支架采用低位小插板放顶煤架型，主要部件有顶 梁、掩护梁、底座、前梁、尾梁、插板、伸缩梁、前 后连杆、护帮装置、推移装置、护壁装置四连杆机构 以及 φ360 mm 单伸缩立柱、φ180 mm 推移千斤顶、 φ180 mm 前梁千斤顶、φ180 mm 尾梁千斤顶、φ140 mm 拉后溜千斤顶、φ125 mm 抬底千斤顶、φ125 mm 护帮千斤顶、φ100 mm 插板千斤顶、φ100 mm 伸缩千 斤顶、φ80 mm 侧推千斤顶等，如图 1 所示。主要技 术参数如表 1 所列。 1.护邦板 2.长杆 3.短杆 4.伸缩千斤顶 5.前梁 6.前梁千斤顶 7.顶梁 8.立柱 9.底座 10.推杆 11.前连杆 12.后连杆 13.掩护 梁 14.尾梁千斤顶 15.尾梁 16.插板 17.插板千斤顶 18.连接头 图 1 ZF15000/27.5/42 型液压支架结构 表 1 ZF15000/27.5/42 型液压支架的主要技术参数 型式支撑掩护式低位放顶煤支架 高度 最低/最高/mm2 750/4 200 宽度 最小/最大/mm1 660/1 860 宽度 最小/最大/mm1 660/1 860 中心距/mm1 750 初撑力 P＝31.4 MPa/kN12 778 工作阻力 P＝36.86 MPa/kN15 000 底板平均比压/MPa2.48～3.26 支护强度/MPa1.46 泵站压力/MPa31.4 操纵方式本架操纵 2 支架的设计 2.1 材料的选择 大同煤田坚硬顶板基本顶初次来压强度随采 高的增加而明显增加，来压时往往产生极强烈的冲 击载荷。因此，大采高支架应具有较高的支护强度 和工作阻力，应能承受顶板的冲击载荷。据此， ZF15000/27.5/42 型液压支架使用的母材 60 以上屈 服强度为 690 MPa、30 以上屈服强度为 550 MPa 以 上的超高强度低合金结构钢。 2.2 安全阀的选择 基本顶周期来压步距随着采高的增加而减小， 周期来压强度随之不断增大，但一般小于初次来压强 度。由于周期来压步距小，间隔时间短，导致显现频 繁，多数立柱安全阀开启率高。因此，选用了 1 000 L 的大流量高强度安全阀，以减少安全阀的开启次数。 2.3 结构设计 ZF15000/27.5/42 型液压支架除了采用内置式伸 缩梁、尾梁和插板等结构外，其他结构的设计如下 1顶梁机构 随着采高的增加，煤壁压力随之 增加，片帮加剧，易引发冒顶。因此，将顶梁机构设 计为可满足超前支护的整体顶梁加内伸式伸缩梁结 构，同时设置了护帮装置。 2护臂装置 采用长、短连杆构成小四连杆的 结构形式，挑起力矩大，长、短连杆可将千斤顶的推 力有效地传递到煤壁和顶板上。 3侧护板形式 基于大同煤田“两硬”的条 件，采用一侧可调、一侧固定的侧护板形式，便于加 工制造。 3 加工工艺 [1-3] 根据液压支架的作用及本套支架的主要特点，在 制造过程中重点抓了立柱机加工和结构件焊接 2 个关 键环节。 3.1 立柱的制作 为了满足大工作阻力的要求，柱管及缸筒均选用 σ s≥700 MPa 的 27SiMn 高强度厚壁无缝钢管，调质 硬度为 HB 260～280，导向套、柱塞均选用 27SiMn 圆钢锻造制造，调质硬度为 HB 240～260。 活柱密封选用能双向密封、拆装方便的鼓形密封 圈，其耐压强度可达 60 MPa ；缸口密封采用单向密 封的蕾形密封圈，配合用聚甲醛材质制作的起防挤作 用的挡圈。 为了保证钢筒的质量，采取了以外径找正加工 架口和深孔镗所需夹口 包括工艺扣、工艺坡口 的 方式。活柱精加工时必须使用固定顶尖；深孔镗加工 装卡缸筒时，必须以架口找正；镗后的缸筒加工缸口 时，必须以内孔找正，并保证缸口内径与缸筒内径同 心度要求，必要时需采取先修正架口、后加工缸口及 焊接坡口的工艺方法，以保证立柱的密封性能。 3.2 焊接工艺 超高强低合金结构钢热影响区的淬硬倾向大，热 影响区组织中马氏体组织比例增大，在焊接接头处很 可能产生冷裂纹、热裂纹和再热裂纹等致命的焊接缺 陷，为此采取了以下措施。 3.2.1 焊接材料的选用 1 采用富氩混合 80Ar20CO2 气体保护 焊。 118 第 38 卷 2010 年第 21 期 经 验 本栏目编辑 杨 健 2 用 Q690 钢板制造的结构件，包括顶梁、掩 护梁、前后连杆和底座等，其主要焊缝为①顶梁、 掩护梁箱体顶板与主肋板焊接；② 主肋板与盖板焊 接；③ 前后连杆主肋板与箱体顶板、盖板焊接；④ 底座主肋板与箱体底板、过桥板焊接。为了保证焊后 结构件有足够的强度，采用等强匹配原则，选用 φ1.6 mm GH80S 焊丝。对于其他次要焊缝，为了使焊缝 有较好的塑性和延展性，防止焊接裂纹的产生，采用 低强匹配原则，即焊接材料比母材强度低一个强度等 级，选用 φ1.6 mm GH70S 焊丝。 3 用 Q550 钢板制造的结构件，包括前梁、伸缩 梁、护帮装置四连杆机构和推移装置，重要焊缝 如主 肋板、箱体顶板和盖板焊缝 选用 φ1.6 mm GH70S 焊 丝，肋板焊缝等次要焊缝选用 φ1.6 mm GH60S 焊丝。 4 用 Q460 钢板制造的结构件，如尾梁、插板和 侧护板等，由于母材焊接性能较好，所有焊缝全部采 用等强匹配原则，选用 φ1.2 mm GH60S 焊丝。 3.2.2 焊接温度及热处理 焊接参数对低合金高强结构钢 Q460 的焊接有着 直接的影响，当选择较大工艺参数时，则热输入大， 焊缝冷却速度小；反之，选择较小的工艺参数时，则 冷却速度大。所以，一般低合金结构钢焊接多采用较 大的焊接参数，以提高过热区温度，减小过热区的淬 硬倾向。 Q690、Q550 钢材由于含 Cr、Mo、V 等稀有元 素较多，属于过热敏感类钢材，所以焊接时选用了较 小的焊接参数，以减小焊缝热影响范围，减少焊件在 高温停留的时间；同时，为了减少热影响区的淬硬倾 向，采取了焊前预热和焊后热处理措施 1 Q690 钢板采用入炉预热 150～250℃ 工艺， 且每隔 90～100 min 检查一次焊件层间温度，低于 100℃ 时，必须重新加热至 150℃ 左右； 2 Q550、Q460 钢板采取氧-乙炔火焰焊接工 艺，对始焊焊缝 2 m 长范围内两侧 （100 mm 左右） 加热至 150℃ 以上后，开始施焊，每隔 90～100 min 检查一次层间温度，低于 80℃ 时，须重新预热至规 定温度。 3 Q690、Q550 钢板每道工序焊接后，均须入炉 加热至 550～600℃ 进行焊后热处理，以消除焊接残 余应力，改善热影响区的显微组织，使残留在焊缝中 的氢能够溢出。 3.2.3 焊缝形式 焊接采用多层多道焊，如图 2 所示 序号 1～15 为焊接道数。打底焊 5 mm，填充焊每层 4～5 mm， 盖面焊 3 mm 。 为了防止焊缝接头处产生应力集中，采取了以下 措施 1 拐弯处焊缝要求圆滑过渡，并压住立缝； 2 主肋板端头角焊 缝要求连续且圆滑过渡， 不得有接头和断点； 3 任意 800 mm 焊 缝长度只允许存在一个接 头，且接头必须交错，不 得在同一位置； 4 弯盖板焊接时要 求宽度方向的焊缝压住长 度方向的焊缝； 5 为了防止和避免 焊接变形，采取了先焊短 焊缝、后焊长焊缝，先焊 纵焊缝、后焊横焊缝的焊 接顺序，并加焊 30 mm 30 mm 肋板，以保证结构 尺寸的准确性。 4 结语 ZF15000/27.5/42 型 液压支架顺利通过了国家 支护中心进行的检验。通 过对 ZF15000/27.5/42 型 液压支架的研制，得出以下经验 1 超高强度低合金结构钢的焊接，采用等强匹 配与低强匹配相结合的方法是可行的； 2 在保证强度的前提下，降低一级焊接材料的 低匹配原则，对于防止焊接裂纹、增强焊缝塑韧性和 延展性是十分有效的。 参 考 文 献 [1] 王国法，史元伟，陈忠恕，等. 液压支架技术 [M]. 北京煤 炭工业出版社，1999. [2] 成大先. 机械设计手册 [M]. 北京化学工业出版社，1993. [3] 黄文哲. 焊工手册 [M]. 北京机械工业出版社，1992. □ 收稿日期2010-06-17 修改稿日期2010-08-24 论文编号1001-3954201021-0118-02 下运大倾角带式输送机 安全运行问题探讨 曹 英 吕金明 任立庆 铁法煤业集团大明矿 辽宁调兵山 112700 通 常情况下，下运带式输送机运送原煤时，允许 倾角为 15。因为当倾角大于 15 时，原煤在 图 2 焊缝形式