特厚煤层液压支架结构件的制造工艺探讨.pdf

特厚煤层液压支架结构件的制造工艺探讨 刘金玉 大同煤矿集团 机电装备公司中央机厂，山西 大同 037001 摘要 液压支架的结构件， 在支架使用过程中对支架的工作性能起着重要的作用。其制造工艺 直接影响到煤矿井下的安全生产。为提高特厚煤层放顶煤工作面液压支架结构件的制造工艺， 从 支架的备料过程， 组点过程及焊接加工等方面， 介绍了提高支架结构件制造质量的方法， 经现场使 用检测已取得较好的效果。 关键词 特厚煤层;放顶煤;液压支架结构件;制造工艺 中图分类号 TD355 ．44文献标识码 B文章编号 1001 －0874 2013 02 －0085 －03 Manufacture Technics of Hydraulic Support Parts in Super － Thick Seam Liu Jinyu Technic Center of Electro- Mechanical Equipment Company，Datong Mining Group Co． ，Ltd． ，Datong 037001，China Abstract The structure component of hydraulic supporting plays an important role on working perance of structure during operation process． The manufacture technics directly influence safe production at underground mine． In order to improve manufacture technics of extra- thick coal seam top coal surface hydraulic supportings，the s that improve structure component quality are introduced from forearming material process，jointing process and welding manufacture． The on site operation shows good effect． Keywords super thick seam;top coal;hydraulic support parts;manufacture technics 0引言 在 “十二五” 期间大同煤矿集团将建成十一座 千万吨级矿井， 这几座矿井可采的煤层储量大、 煤层 厚度也均达20 m 以上。近年来， 由于综采放顶煤开 采技术在安全、 高效生产等方面显现出明显的优越 性， 使得我国大多数煤矿特厚煤层开采基本上都抛 弃了以前采用的分层开采方式， 而将放顶煤开采作 为特厚煤层开采技术的首选， 为此， 用于特厚煤层工 作面的放顶煤液压支架的制造工艺已引起有关制造 厂家的密切关注。 1特厚煤层放顶煤液压支架的特点 特厚煤层放顶煤液压支架一般来说具有以下特 点 1支架工作阻力一般≥10 000 kN。 2支架自重通常≥30 t。 3采用的材质屈服强度均在 500 MPa 以上， 焊 接性能差， 焊后应力大。 2特厚煤层放顶煤液压支架结构件制造工艺 我厂从 2008 年以来先后曾制造过 ZF15000/ 27．5/42 型、 ZF13000/25/38 型和 ZF10000/23/35 型 液压支架， 对特厚煤层放顶煤液压支架曾采取以下 的制造工艺。 2． 1备料处理 2． 1． 1原材料的选用 加强对钢材、 铸钢件、 锻件的机械性能进行抽样 检查， 对焊接材料必须进行焊接工艺评定试验， 包括 化学成分的测定及拉伸试验、 弯曲试验、 冲击试验， 焊缝接头的拉伸试验、 弯曲试验、 金相试验等。 2． 1． 2原材料的下料要求 1切割下料严格控制切口宽度， 合理选用割 嘴， 即 对 δ 20 ～40 mm 的钢板， 选用 3 号割嘴， 割 缝宽度≤2 mm; 对 δ 40 ～60 mm 钢板， 选用 4 号割 嘴， 割缝宽度≤3 mm; 对 δ 60 ～100 mm 钢板， 选用 582013 年第 2 期煤矿机电 5 号割嘴， 割缝宽度≤5 mm。确保内置筋板宽度方 向和高度方向允差为 0 ～ －2 mm，外露筋板宽度方 向和高度方向允差为 0 ～ －2 mm。 2切割表面的偏斜度 对厚度为 δ 20 ～ 40 mm 钢板， 偏斜度≤1 mm; 对 δ 40 ～60 mm 钢板， 偏 斜度≤1． 5 mm; 对 δ 60 ～100 mm 钢板， 偏斜度≤2 mm。表面粗糙度≤50 μm。对于重要构件， 下料后 必须对结合面进行刀检。主筋板及重要筋板下料 后， 必须进行矫正、 矫直， 在 1 m 范围内其平面度和 直线度允差≤1 mm。弯曲件压弯前， 温度必须保持 在10 ℃ 以上， 以防止压弯过程中产生纤维状微裂， 压弯方向尽量和钢板纹络方向垂直。 2． 2组点成型 组点成型是液压支架结构件制造的关键工序之 一。组点前， 必须保证各零件检验合格， 并且按尺寸 进行分组， 保证每一档筋板尺寸的一致性。 内置筋板与主筋板组点时根部间隙必须≤2 mm， 以保证组点尺寸及间隙。结构件盖板类零件一 般要比内置筋板宽度小 1． 5 ～ 2 mm， 便于结构件盖 面工序的顺利进行。 对于易产生焊角变形的焊缝， 应处于自由状态 下施焊， 冷却后测出其焊接变形量作为反变形的依 据， 之后， 采用反变形的措施， 制作反变形工装样板 进行组点。 对于顶梁、 底座、 掩护梁等大型结构件关键铰接 处， 在盖板以下部位增加断面为 30 mm 30 mm 的 直支撑， 支撑间距为 350 mm ～ 400 mm。这样既可 保证铰接尺寸的准确性， 又便于盖板顺利组点。 对于伸缩梁、 插板、 护帮板等断面较薄的构件， 采用 “背对背” 组点方式， 以增加构件的刚性， 减少 焊接变形。 2． 3焊接 为防止焊缝出现裂纹， 对于 Q550 以上高强板 焊接时通常选择低一级强度的焊丝; 对于 Q460 以 下板材， 焊接时采取等强匹配的焊接方式。为了尽 量减少热值的输入， 防止热影响区材质脆化， 我们采 取了细焊丝， 小电流的焊接参数， 即焊丝直径为 1． 2 mm， 焊接电流 300 A 10 A， 收到了良好的效 果。 保护气体采用了二氧化碳和氩气混合气体保护 的方式， 即 80 Ar 20 CO2气体， 有效地减少了 焊接飞溅， 使焊道高温状态下有效隔绝空气不被氧 化， 且使焊道成型美观。 预热温度， 我们根据碳当量的大小确定液压支 架的预热温度和预热方式， 即 对于碳当量 ＜5 时， 在室温下可得到良好的焊接接头， 不预热; 当碳当量 ＞5时， 需预热 75 ℃ 左右; 当碳当量接近 0． 6 时， 需预热 100 ℃ ～ 150 ℃。在实践中， 我们对 Q420、 Q460 板材为主制作的结构件一般不进行预 热; 对 Q5500 板材为主制作的结构件采取了氧乙 炔火焰， 对焊道周围 80 mm ～ 100 mm 范围进行预 热， 预热温度为 80 ℃ ～100 ℃; 对 Q690 板为主制作 的结构件即采取了入加热炉整体预热的方法， 既保 证了焊接质量， 又改善了焊工的工作环境， 降低了生 产成本， 而且预热温度一般不超过 250℃， 有效地防 止了热影响区性能的恶化和机械性能的下降。 我厂对液压支架主要结构件焊接应力采取多层 多道焊过程中自动回火、 层间锤击焊缝、 对焊道进行 疏展与焊后热处理相结合的方式， 即对 Q460 板材 为主制作的构件不专门进行焊后热处理， 而是采取 焊后避风避热自然冷却的方式; 对于 Q550 以上板 材制作的构件焊后热处理消除应力的方式加热温度 为 500 ℃ ～550 ℃， 保温 2 h， 出炉避风避热自然冷 却。 2． 4镗孔 我厂在液压支架结构件制造时， 为了保证各部 件铰接的准确性， 采取了以控制焊接变形为主， 辅以 机加工定型保证的原则， 即主筋板上的铰接孔数控 下料单边留余量 7 ～8 mm， 校正整形后进行预镗孔， 单边留 4 ～5 mm 的精镗量， 组点焊接后再进行整体 镗孔。这样， 组点拼装时， 以预镗孔为基准进行组 点， 提高了组点的准确程度， 焊后整体镗孔又可以弥 补焊接变形， 保证铰接孔的同轴度。对于安装弹簧 套筒的几排孔， 则采取了切割时预割出弹簧套筒孔， 单边留余量 7 ～8 mm， 组点拼装时， 分别以一组长弹 簧套筒孔及预镗的铰接孔为基准进行组点， 同时， 组 点过程中允许对其它弹簧套筒孔尺寸误差进行修整 量小于 2 mm 的修整， 然后进行施焊， 焊接完毕再进 行整体镗孔。 2． 5结构件表面抛丸除锈 结构件整体焊接完毕， 对所有结构件进行抛丸 除锈， 使结构件除锈等级达到 Sa2 1 2 级， 以提高工件 涂装的吸附能力; 通过抛丸的强力高频冲击对焊缝 进行舒展及应力释放， 以减少或消除构件中的焊接 应力。 68煤矿机电2013 年第 2 期 3结语 几年来， 由我厂制造的几批特厚煤层放顶煤液 压支架都取得了较理想的效果， 实践证明 液压支架 生产过程中， 结构件品质控制的关键在于从下料、 组 点、 加工、 表面处理等全过程各个因素采取措施加以 控制， 只要采取科学、 合理、 有效的控制措施， 生产出 高质量的液压支架是可行的。 参考文献 ［ 1］潘绪全． 浅谈液压支架结构件生产的过程控制［J］ ． 工业技术， 2009 10 99- 100． ［ 2］李晓桦． 煤矿用液压支架的工艺制定及作用［J］ ，科技情报开 发与经济， 2011 23 219- 220． ［ 3］宋刚， 丁付强． 低温时效工艺在液压支架结构件上的应用［J］． 煤矿机械， 2011 1 113- 115． ［ 4］胡春平． 煤矿液压支架结构件焊接工艺研究［J］． 科技与企 业， 2012 10 153- 154． ［ 5］丁剑伟， 王敬源． 基于疲劳强度的焊接结构设计与分析［J］． 煤 矿机电， 2012 3 92- 95． 作者简介刘金玉 1974 － ， 女， 工程师。2009 年毕业于太原理工 大学机械工程及自动化专业。现在大同煤矿集团机电装备中央机厂 技术中心从事技术工作。 收稿日期 2012 －10 －12; 责任编辑 陈锡强 檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿 上接第 84 页 图 1 12 脉波变频器原理图 6研发了 3 300 V 矿用隔爆变频器水冷却装 置， 解决大功率变频器在煤矿井下应用散热和隔爆 问题。 3井下运行试验情况 该变频器于 2012 年 5 月 20 日起在济宁三号煤 矿 183上04 综采工作面的 SGZ1000/1400 型刮板输 送机上做工业性试验， 其工作面主要配套设备见表 1。 表 1183上 04 工作面主要配套设备 设备名称规格型号装机功率电压等级 液压支架ZY6800/16． 5/33 采煤机MG400/920- WD920 kW3 300 V 刮板输送机SGZ1000/14002 700 kW3 300 V 移动变电站KBSGZYTY- 25002 500 kVA1 903 V 变频器BPJV- 1400/3．35 MVA3 300 V 转载机SZZ- 1000/400400 kW1 140 V 破碎机PLM2000160 kW1 140 V 带式输送机DSJ120/180/4 3154 315 kW1 140 V 在工业性试验期间， 采煤机的采高控制在 2 800 ～3 000 mm， 割底 ＜100 mm。实际试验表明， BPJV- 1400/3． 3 矿用隔爆兼本质安全型高压变频器 运行工况显示起动电流小， 运行电流平稳， 变频器所 提供可靠的总线以及外部控制端口， 便于接入集团 环网， 实现自动化控制， 降低了工人的劳动强度， 试 验期间工作面共推进468． 5 m， 完成产量 418 647 t， 未出现任何事故。 4结语 BPJV- 1400/3． 3 矿用隔爆兼本质安全型高压变 频器经济宁三号煤矿工业性试验实践， 其先进的软 启动控制技术， 大大减少了系统的启动冲击， 降低了 输送机的机械损耗， 避免其经常发生的卡链、 断链、 脱齿、 底链落道及跑出溜槽等严重故障， 故障率明显 降低， 大大延长了刮板输送机的使用寿命。同时， 该 高压变频器的拖动系统大大提高了自动化水平， 运 行安全可靠、 运行成本低、 具有广阔的推广、 应用前 景。 作者简介张纯 1965 － ， 男， 高级工程师。1988 年毕业于山东矿 业学院工业电气自动化专业 硕士学位 ， 现任兖州煤业股份公司综 机管理中心副总工程师， 发表论文 20 余篇。 收稿日期 2012 －10 －22; 责任编辑 姚克 782013 年第 2 期煤矿机电