關于礦用液壓支架頂梁翻轉平臺的研制與應用

張 杰

（晉能控股裝備制造集團大同機電裝備力泰公司山西大同037001）

0 引言

液壓支架是現代采煤綜采工作面保障采煤安全的重要機械之一。液壓支架頂梁作為其中的重要結構件，承載著煤層頂板。在礦用液壓支架頂梁裝配時首先需通過橋式起重機將裝配后的頂梁由柱帽面翻轉至頂梁面，后通過吊裝將頂梁扣到立柱上，原有采用順著頂梁軸對稱長端翻轉的方法，導致在裝配過程中的安全性有一定的影響，采用頂梁翻轉平臺從側面翻轉可提高安全性。

1 液壓支架頂梁翻轉平臺組成結構

在液壓支架大修裝配中，頂梁組件180°的翻轉一直存在以下幾個問題:首先在橋式起重機頂梁組件翻轉過程中，橋式起重機的起吊過程中頂梁組件重心有了一定的調整，在重心變化中，頂梁隨之存在較大的沖擊力，對橋式起重機的使用壽命和操作人員的安全性有一定不利影響；在頂梁組件重心調整后，需要人工整理頂梁上的液壓膠管，以防止頂梁在下放過程中切斷液壓膠管，此過程對人員存在較大的安全隱患。

由于頂梁組件從側面翻轉無吊裝孔，并且重心不宜測算，因此在頂梁組件在用橋式起重機翻轉時只能采取順著頂梁翻轉，以ZZ13000液壓支架為例，頂梁組件順長方向長度近7 m，接近或超過了車間橋式起重機的最大起吊高度，橋式起重機起吊翻轉存在安全隱患。在原有基礎上我們從以下幾個方面考慮改進：

（1）改變頂梁—掩護梁組裝時頂梁立式翻轉現狀，改為頂梁側面翻轉;

（2）消除立式翻轉存在的不安全隱患;

（3）有利于天車使用時的安全操作和設備使用完好率的提升。

根據思路，所設計的液壓支架頂梁翻轉平臺有三大部分，在結構件上有：（1）底座（2）翻轉平臺（3）接應平臺；在動力部分上有：（1）泵站（2）壓力操作系統；在推動支撐部位上有：推動油缸（利用ZYB4400 支架報廢的推移千斤頂）。具體結構如圖1所示。

圖1 液壓支架頂梁翻轉平臺結構示意圖

2 液壓支架頂梁翻轉平臺技術參數

該液壓支架頂梁翻轉平臺，設計尺寸為6 565×5 020×1 180 mm，通過315 MPa 泵站提供壓力，支撐式、支撐掩護式（一級側護板和二級側護板）、放頂煤式液壓支架頂梁均可適配，底座作為支撐平臺的框架與地面固定，在4根千斤頂的推動作用下，將翻轉平臺和接應平臺翻轉，實現對頂梁的翻轉與接應。

該翻轉平臺可對ZZ8000、ZZ10000、ZF10000、ZZ13000、ZF13000、ZF15000、ZF17000 等型號高端液壓支架的頂梁進行翻轉，翻轉平臺自重與頂梁重量為40 t，根據圖2受力分析與由式（1）可得。

圖2 頂梁翻轉平臺受力示意圖

其中G=40t；L=1 870 mm；l=375 mm；初始θ 為30°，通過計算求得F=199.46 t。

3 液壓支架頂梁翻轉平臺工作原理

針對頂梁組件順著頂梁軸對稱方向翻轉180°一直存在的問題，我們采取機械翻轉平臺的方式對頂梁組件進行翻轉，通過兩個翻轉平臺接力的方式，翻轉平臺先使頂梁組件翻轉90°，然后接應平臺再將頂梁組件翻轉90°達到頂梁平穩翻轉180°的目的。

（1）該液壓支架頂梁翻轉平臺在初始位置時，翻轉平臺、接應平臺兩者呈水平位置；

（2）在位置1階段，在翻轉平臺上可通過裝配相應零部件后，將頂梁組件水平放置在翻轉平臺上，固定的頂梁側護板一側緊貼翻轉平臺支撐板一側；

（3）在位置2階段，頂梁接應平臺千斤在乳化液泵站壓力的作用下伸長，將頂梁接應平臺推起呈90°；

（4）在位置3階段，頂梁翻轉平臺由泵站壓力下千斤伸長，將翻轉平臺以及頂梁組件推起呈90°；將頂梁組件在翻轉平臺底部千斤頂的推力下置于接應平臺側梁上。動力驅動翻轉常用于大型零件的裝配工藝上，相比手動翻轉具備方便快捷、翻轉速度較快等優點[1]，該翻轉系統采用液壓動力翻轉，相應壓力操作系統部位見圖3；

圖3 壓力操作系統控制部位

（5）在位置4 階段，翻轉平臺千斤繼續伸長，翻轉平臺底面繼續推頂梁組件，使裝配后的頂梁組件與接應平臺相互貼合；

（6）在位置5階段，翻轉平臺千斤頂收縮呈90°，接應平臺千斤收縮（有安全閥固定座），控制其相應下降速度，使接應平臺以及頂梁組件平穩翻轉到水平位置；

（7）在位置6階段，翻轉平臺千斤收縮使翻轉平臺呈初始位置，頂梁組件通過橋式起重機吊離接應平臺，頂梁組件180°翻轉結束。

4 應用效果

與同類機構相比，其主要優勢在于在翻轉頂梁組件時不需要固定，利用其自重以及其自身特點進行翻轉，在翻轉過程中，翻轉平臺和接應平臺實現互相進行保護，保證頂梁組件在翻轉過程中安全可靠，實體安裝如圖4所示。

圖4 液壓支架頂梁翻轉平臺實體圖

該翻轉平臺已應用于力泰公司液壓一車間，經過對安裝在公司車間的該裝置在對ZZ8000 與ZZ13000液壓支架進行多次對比試驗，通過分析計算，得出該頂梁翻轉平臺在裝配完畢后，從開啟平臺運行到平臺翻轉完成后，ZZ8000 液壓支架頂梁翻轉平均耗時100 s，ZZ13000 液壓支架頂梁翻轉平均耗時120 s，相比日常采用橋式起重機用吊裝孔先通過安裝吊裝鏈，安全員與天車工的指揮與起吊工作，后續翻轉等相應操作，節省將近300 s～320 s，社會效益上保障了操作人員作業安全，經濟效益上相比原有操作方式提升1.5倍左右。

5 結語

該液壓支架頂梁翻轉平臺已實際應用于公司的日常生產工作當中，對實際的生產效率有很大的作用，尤其是在液壓支架頂梁翻轉時的安全系數有一定保障，并且減少了人員配置，提高了生產工作當中的效率。