掩护式液压支架平衡千斤顶损坏原因探讨
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摘要：通过对损坏原因进行分类，探讨二柱掩护式液压支架平衡千斤顶及其连接耳座损坏的各种因素，并提出改进措施。
关键词：掩护式支架；平衡千斤顶；损坏原因；防损措施
中图分类号：TD350
文献标识码：A
文章编号：1009-2374（2012）24-0073-03
二柱掩护式液压支架因其结构简单、操作方便、升降速度快、支护效率高、稳定性好以及对不稳定顶板的自适应强等特点，是目前国内在高工作阻力、大采高液压支架中最为广泛采用的架型。平衡千斤顶是掩护支撑式液压支架的关键部件之一。它主要是通过活塞杆的伸缩来调节顶梁与掩护梁的角度，以适应顶板的地质变化，从而达到顶梁的有效接顶。但在实际使用过程中，平衡千斤顶或其连接耳座均有不同程度的损坏现象。不仅掩护式支架平衡千斤顶失去了其特有的作用，而且直接影响了井下正常生产和矿工的安全。
平衡千斤顶耳座的损坏多是由于在综采过程中，平衡千斤顶活塞杆的伸出长度过多或过少时，顶板下沉来压，造成平衡千斤顶安全阀卸载，活塞杆全部伸出或缩回，致使平衡千斤顶由原来的液压连接变成刚性连接。此时，平衡千斤顶的受力会急剧增大，而原来按液压连接设计的平衡千斤顶结构就很难承受刚性连接所产生的载荷，从而使平衡千斤顶的活塞杆被迫从缸体拔出或者平衡千斤顶的上下连接耳座被压坏断裂。
淮南矿业集团潘二矿12125工作面安装ZY5000/8.5/17液压支架96架，于2008年7月份出现平衡千斤顶活塞杆销孔被拉断的情况，平衡千斤顶损坏数量30多根，影响工作面正常生产将近1周时间。由此可以看出，平衡千斤顶及其耳座的损坏对煤矿生产影响很大。
二柱掩护式液压支架平衡千斤顶及其连接耳座的损坏是多种原因综合作用的结果。根据平衡千斤顶及其连接耳座实际损坏的状况及理论分析的结果，可将其损坏的原因归纳为内部因素、外部因素和人为因素三大类，现结合现场情况具体分析损坏原因如下：
1 内部因素
1.1 平衡千斤顶定位尺寸设计不合理
支架顶梁与掩护梁间的极限夹角过大或过小，顶梁允许的抬头或低头角很小，会使得平衡千斤顶的伸和缩没有太大的柔性空间，容易造成刚性连接。掩护式支架顶梁与掩护梁间的夹角必须满足顶梁自由摆动角度的要求。否则必然导致平衡千斤顶变成刚性杆，由此形成比平衡千斤顶额定工作阻力还要大得多的拉力（压力），最终使平衡千斤顶及其连接耳座发生损坏。
1.2 平衡千斤顶活塞杆制造强度与刚度不足，质量差
从潘二矿平衡千斤顶损坏情况来看，几乎所有损坏的平衡千斤顶都是从活塞杆销孔处断裂。平衡千斤顶活塞杆质量差也是很重要的原因。
1.3 配合处产生的附加内力
平衡千斤顶与耳座间配合过紧，造成平衡千斤顶受附加内力作用。在正常情况下，平衡千斤顶通常只受单向拉（压）力作用，设计时也是按平衡千斤顶仅受单向拉（压）力来确定活塞杆等结构件的尺寸与强度。当平衡千斤顶与其连接耳座的铰点处于过盈配合状态时，一旦顶梁受偏载作用，平衡千斤顶活塞杆和耳座分别受附加的扭转和弯曲内力作用，这样，原来按单方向拉（压）力设计的活塞杆及耳座的强度就不能满足要求，最终导致平衡千斤顶活塞杆被拉（压）断或耳座被拉（压）坏。
2 外部因素
2.1 顶梁与掩护梁铰点处受外载荷作用
当铰接点受到外载荷的压力较大时，平衡千斤顶所受到的拉力会随支架工作高度的增加而增大，并最终造成最大拉力远远超过最大额定拉力。在顶梁与掩护梁不加设机械限位装置的前提下，当支架处于上述受力状态时，任何二柱掩护式支架仅靠平衡千斤顶都不可能保持支架的正常工作状态，其结果只能是损坏平衡千斤顶或其连接耳座。
2.2 掩护梁受较大载荷
掩护梁所受载荷过大时，造成掩护梁与顶梁的角度增大，致使平衡千斤顶的实际受力超出其正常工作阻力范围，最终造成平衡千斤顶或其连接耳座的损坏。
2.3 工作面地质条件
工作面地质条件发生变化造成顶板冒空，当支架处于顶板前端冒空、后端冒空、顶梁过台阶、顶梁未接顶或高射炮等工况下工作时，都将导致平衡千斤顶或其连接耳座承受巨大的拉力，并最终损坏。根据损坏支架工作面顶板条件、顶梁与掩护梁间夹角状况以及平衡千斤顶受力变化的分析，伪顶或直接顶的冒空使支架顶梁抬头或低头有了空间，从而可进一步扩大顶梁与掩护梁间的夹角。老顶的活动迫使支架顶梁和掩护梁承受载荷力增大以及偏向运动，造成合力作用点处在平衡千斤顶受压工作区，导致平衡千斤顶上腔长时间开启。最终导致平衡千斤顶及其连接耳座发生损坏。
3 人为因素
人为因素是指支架工操作二柱掩护式支架的工况状态对平衡千斤顶及其连接耳座损坏的影响。正确操作二柱掩护式支架的原则应该是顶梁与被支撑的顶板进行充分接触，以达到支架的支护效果最佳。严禁出现“高射炮”或“屋脊”状。
从潘二矿12125工作面平衡千斤顶损坏现场分析得，知造成支架平衡千斤顶耳座拉断的人为因
素有：
3.1 平衡千斤顶已伸至最大行程
当平衡千斤顶已经最大行程，其连接方式已由柔性连接变成刚性连接，当受到顶板及老塘侧冲击压力时，平衡千斤顶受拉力突然增大的影响，容易致使平衡千斤顶耳子拉断。
3.2 工作面俯采，顶梁与掩护梁的夹角变大
直接顶是伪顶，比较破碎，工人升支架接顶，造成顶梁上翘；底座平面与水平面夹角－16°，即使顶梁看起来水平，实际已经上翘。顶梁与掩护梁的夹角偏大，增加了掩护梁所受压力，间接加大了平衡千斤顶所受拉力。
3.3 支架立柱行程太短，没有升到理想高度
如果支架高度理想，平衡千斤顶的伸出量会比较适中，来压时，在安全阀调定压力状况下，立柱下降释放压力，亦不会造成平衡千斤顶拉坏。
从现场情况来看，支柱平衡千斤顶损坏的原因既有支架本身的原因，也有外界压力及人为管理失误的原因。平衡千斤顶定位尺寸设计不合理以及活塞杆和连接耳质量差是造成平衡千斤顶损坏的内部因素；工作面地质条件恶劣以及二柱掩护式液压支架工况状态差是其外部因素；过断层或顶板冒空时，平衡千斤顶操作不当，是其人为因素。总之，在来压前，液压支架状态没有调整好状态。“高射炮”容易造成压力后移，以顶梁柱窝为支点，顶梁后部承受较大压力，加重顶梁上翘；立柱行程短，来压时支架没有多余空间释放压力，使支架与掩护梁受较大压力，平衡千斤顶所受拉力加大；平衡千斤顶已达最大行程，再继续增大拉力的情况下，势必造成平衡千斤顶销孔或缸筒套损坏；销子受剪切应力拉断或拉弯；顶梁及掩护梁与平衡千斤顶连接的耳座拉断。损坏情况受材质影响，从目前来看，所有损坏件全部为平衡千斤顶销孔。
4 平衡千斤顶及连接耳座的防损措施
通过分析发现，为了防止掩护式支架平衡千斤顶及其连接耳座发生损坏，从设计角度来讲，可采取下列改进与防损措施：平衡千斤顶定位尺寸的优化设计。在提高支架承载能力的前提下，确定顶梁与掩护梁间的最大夹角在170°～180°之间。增大平衡千斤顶上耳座在顶梁上的水平和垂直定位尺寸，不仅可以提高支架的承载能力，有利于梁端顶板的维护，而且可增加平衡千斤顶的行程和顶梁与掩护梁间的夹角，使得平衡千斤顶的行程及顶梁与掩护梁间的极限夹角有一定的余量，避免平衡千斤顶成为刚性连接。提高平衡千斤顶活塞杆及连接耳座的强度和刚度，特别是要保证耳座连接处焊缝的质量，防止因焊接质量差而被拉脱。采用机械限位装置，限制支架顶梁与掩护梁间的极限夹角。支架工作状态调整，严禁出现“高射炮”及“屋
脊”状。
另外从劳动组织及顶板因素考虑，还应采取以下措施：加快工作面推进速度，减缓顶板压力影响的因素；对拉架困难的支架采取卧底加以单体辅助方式进行移架；在推进过程中，在顶梁后部加以单体辅助支撑，争取尽快把支架调整到正常的工作状态。
总之，为防止平衡千斤顶损坏主要是在来压前调整好平衡千斤顶状态，防止因顶梁上翘，造成与掩护梁夹角过大，来压冲击致使平衡千斤顶超出其行程，造成耳子断裂。另外还应在劳动组织等方面加快工作面进度，减小因长期推而不进造成顶板压力过大，造成死架后损坏千斤顶等现象的发生。
参考文献
[1] 王国法．液压支架技术[M]．北京：煤炭工业出版社，1999．
[2] 鲁忠良．液压支架设计使用安全辨析[M]．北京：煤炭工业出版社，2006．
作者简介：刘伟（1984-），男，山东德州人，淮南矿业集团潘二煤矿采煤三队助理工程师，研究方向：煤矿机械。