液压支架新型脚踏板装置研究 -.pdf

2 0 1 2年第 4期 煤炭工程 液压 支架新型脚 踏板装 置研 究 薛仁龙 ，侯 琦 ，朱庆波 ，闫 强 ，李云峰 1 ．三一重型综采成套装备有限公司，辽宁 沈阳 1 1 0 0 2 7 ； 2 ．中航工业沈 阳飞机工业 集 团 有限公司 ，辽宁 沈 阳1 1 0 8 5 0 摘要 针对 目前液压支架脚踏板主要结构形式的不足与缺 陷，设计 出一种新型液压 支架脚 踏板结构，并对其进行功能介绍和结构分析。该新型结构可以替代老的结构形式，适应多种不同 综采工作 面的倾斜 角度要求，对于液压支架脚踏板 ，能够得到较好的应用与推广。 关键词 液压支架；脚踏板 ；新型结构 ；刚性连接 中图分类号 T D 3 5 5 ． 4 文献标识码B 文章编号1 6 7 1 0 9 5 9 2 0 1 2 0 4 - 0 1 1 5 -03 Re s e a r c h o n Ne w Pe d a l De v i c e o f Hy d r a ul i c Po we r e d S up po r t X U E R e nl o n g ，H0 U Q i ，Z HU Q i n gb o ，Y A N Q i a n g z ，L I Y u nf e n g 1 ． S a n y H e a v y I n d u s t r y F u l l y Me c h a n i z e d Mi n i n g E q u i p me n t C o mp a n y ，S h e n y a n g 1 l o 2 7，C h i n a ； 2 ． A V I C S h e n y a n g A i r c r a f t C o r p o r a t i o n ，S h e n y a n g 1 1 0 8 5 0 ，C h i n a Ab s t r a c t Ac c o r d i n g t o t h e d i s a d v a n t a g e a n d s h o r t a g e s o f t h e ma i n s t r u c t u r e f o r m o f t h e p e d a l i n t h e p r e s e n t h y d r a u l i c p o w e r e d s u p p o r t ， a n e w p e d a l s t ru c t u r e o f t h e h y d r a u l i c p o w e r e d s u p p o rt wa s d e s i g n e d ． T h e f u n c t i o n a n d s t ruc t u r e o f t h e p e d a l wa s i n t r o d u c e d a n d a n a l y z e d ． T h e n e w s t ruc t u r e c o u l d b e a p p l i e d t o r e p l a c e t h e o l d s t r u c t u r e f o r m a n d c o u l d b e s u i t a b l e t o me e t t h e i n c l i n e d a n g l e r e q u i r e me n t s o f t h e d i f f e r e n t f u l l y me c h a n i z e d c o a l mi n i n g f a c e ． T h u s t h e p e d a l o f t h e h y d r a u l i c p o we r e d s u p p o rt c o u l d h a v e a g o o d a p p l i c a t i o n a n d p r o mo t i o n ． Ke y wo r d s h y d r a u l i c p o w e r e d s u p p o r t ； p e d a l ； n e w s t ruc t u r e ； r i g i d c o n n e c t i o n 1 概述 2脚踏板功能与常规结构分析 液压支架是综合机械化采煤工作面主要的技术装备之 一 ，一 般 ，操作人员在工作面进行工作和行走是通过设置 在液压支架底座上的脚踏板实现 的。然而，随着煤炭的大 量开采 ，煤层倾角水平或接近水平的工作面 日益减少，而 带倾角的工作面开采相应越来越多 ，尤其是大倾角工作面。 且对于同一工作面具有多倾角的工作面的作业 ，对液压支 架的脚踏板提出了更高的要求 ，能否具有改变相应角度的 能力 。 现有技术中液压支架的脚踏板的刚性安装结构已不能 适应现采煤环境 的需 求 ，给操 作人 员 的行走 与设备 带来 比 较大的不便 ，存在较大的人身安全隐患。而且，现有技术 中脚踏板 的连接 方式 为刚性连接 ，不容 易拆卸维 修及安装 ， 影 响作业效率 。 因此 ，提供一种液压支架的脚踏板结构 ，其能适应不 同工作面煤层倾角的需要，并且使用可靠、结构简单、容 易拆卸 ，这将是本领域的技术人员 目前需要解决的技术 问题 。 2 ． 1 脚踏 板 功能 在液压支架立柱前、后设计脚踏板 ，安装在底座上。 操作人员踩在脚踏板上操纵液压支架的操纵阀组 ，使液压 支架完成推溜、移架等活动，实现综采工作面的采煤功能。 现有技术中脚踏板的连接方式为刚性连接，不容易拆卸维 修及安装，影响作业效率。 2 ． 2常规 结构分 析 常规的液压支架脚踏板设计，多采用水平布置，附有 支撑耳板与支腿等结构形式 如图 1 所示 。 支撑耳座 防泔踏板 支腿 图 1 平铺脚 踏板 此类平铺踏板应用广泛，但是只能应用于水平或近水 平工作面。主要结构一般由底板即防滑踏板作为主要结构， 收稿 日期 2 0 1 1 0 51 9 作者简介薛仁龙 1 9 8 2一 ，男，辽宁丹东人，工程师 ，现在三一重型综采成套设备有 限公司从事液压支架设计工 作 。 1 1 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 煤炭工程 2 0 1 2年第 4期 支撑部分多以双耳板与双支腿结构形式，此类脚踏板结构 较简单 。另一类结 构为带 有倾 角 的脚 踏板 结构 ，主要 由支 撑耳座、底板、台阶踏板、支腿等组成，如图2所示。 与普通平铺脚踏板相比，该结构增加 了带有一定倾角 的台阶踏板 。该 脚踏板 工作 面的角度 平行 ，以至 于达到 最 好 的工作状态 。操作 人员 可 以在带有倾 角 的工作 面上进 行 行走 和维护设备 。 在实际使用过程中，台阶踏板上的平面结构将会与水 平面呈一定的工作角度，即工作人员站立后将与水平面平 行 ，这样可 以较好 的适应带有倾角 的工作面 。 以上两种脚 踏板 结构 形式 在煤层倾 角 变化不 大的 工作 面中应用，但是如果在煤层倾角较大或者煤层倾角变化较 大的工况下，就 已经显现出诸多的不便 ，例如操纵人员站 立不稳 、移 步困难 等。 有煤层倾角的工作面使用平铺脚踏板，操作人员行走 作业很不方便。如果倾斜角度增大，受重心、井下潮湿环 境影响，操作人员将站立不稳，容易发生摔倒等工伤事故。 倾斜脚踏板具有带一定倾斜角度的踏板，能够适应一 个固定的倾斜角度，一旦煤层倾角发生变化 ，或者工作面 支架布局成过渡模型进行布置，出现变化角度时 ，倾斜脚 踏板成为一种累赘 。 据统计，受 自然规律影响，在已经开采 的工作 面中， 工作面倾角多数为有起伏，角度并不固定。目前，煤矿安 全生产 已经成为煤 炭开 采行业 最为关 注 的问题 。鉴 于 以上 情况，文章就脚踏板结构能够适应工作面倾角的变化 ，进 行 了研究 。 3新 型结构 设计 新 型的液压 支架 的脚踏 板结 构 ，包括 可调踏 板 、固定 底板、驱动结构、自锁机构等 如图 3 、图 4所示 ，脚踏 板的一侧铰接于固定底板上。脚踏板结构包括能够驱动脚 踏板绕其与固定底板的铰点旋转的驱动结构，还包括锁定 或解锁脚踏板工作位置的锁定结构。 该新型结构的主要核心部件有推杆机构、驱动机构、 自锁机构。具体 的工作原理为驱动机构作为整个结构 的 动力部分，自身结构为非等半径的凸轮结构，通过 自身的 转动，使径向半径发生变化，从而传递到推杆机构，推杆 机构控制可调踏 板 ，可调 踏板从 而进行 角度 的调整 。 自锁 机构由棘轮与棘爪共同组成 ，行程单向的锁紧装置。驱动 机构在转动到合适的位置时，自锁机构通过棘轮与棘爪支 架的锁紧而进行锁定。 1 】 6 图 3 可调脚踏板 驱动装置 图 4 可调脚踏板局部放大视 图 可调脚踏板在运动调整时，通过人工确定所需要的合 适角度，从而驱动整个驱动结构 ，使推杆机构进行往复式 运动，继而使可调踏板相对于固定底板做往复式回转运动。 在运动到合适的位置时，驱动结构 中的自锁结构将进行 自 锁。自锁机构中由棘轮与棘爪组成，能够有效的进行 固定 限位 。 在实 际采煤工 况条件 下 ，可 以根据工 作 面与水平 面 之 间的夹角不同，调节脚踏板至与工作面相应的角度，理想 状态可 以调节倾斜角度为 0 。 ～ 9 0 。 。该 结构利用锁定结构将 其锁定在工作位置，可以固定在特定的工作角度，为操作 人员的行走和操作设备提供便利。 4 新型结构创新技术 1 新 型脚 踏板 结 构 中的踏 板 与踏 板之 间是 相 互平 行 的，可以通过调整踏板与底板的角度 ，适应工作面的倾角。 2 新型脚踏板结构中可调角度是可以任意调节的，角 度一般不超过9 O 。 。驱动机构结构为凸轮形式，能够进行径 向的尺寸变化 ，从而驱动推杆机构进行调整踏板角度。 3 在工作面实际操作中，可随时根据不同位置的倾角 而进行实地的调整，方便易行，可操作性极强。 4 充分利用了四连杆机构的稳定性与良好的传递功 能 。 5 棘轮与棘爪的之间通过弹簧拨片进行连接，可以对 整个倾斜角度进行控制，防止角度无法定位情况出现，使 其具有 良好的锁定功能 。 5结语 液压支架中的脚踏板 已经逐渐被人们所重视起来，由 于它的使用频率较高 ，一旦出现问题 ，将直接影响到操作 人员的人身安全。 文章分析了新型结构与老结构的对 比分 下转第 1 1 9页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 2年第 4期 煤炭工程 P ． D 一 d“ P，d D4一 d“ 已知喷嘴出 口直径 为 d0 ． 6 m m，假若磨损后 d 0 ． 6 5 m m，则P 。 0 ． 7 2 6 p l ；假若进一步磨损至 d 0 ． 7 m m， 则P O ． 5 4 p 。所以由压力表可以明显观察出喷嘴是否已 有较大磨损 ，以提示更换新喷 嘴。 一 般而言，喷嘴磨损后不会是规则的圆形 ，实际磨损 情况是沿某一方向磨损严重，喷嘴出口变为异形，这样的 喷嘴产生的射流不再是圆柱射流，射流扩散加大，切割性 能受到很大的影响。另外 ，压力下降也影响着磨料水射流 的切割性能 。 3 ． 2 ． 2 对磨料用量的监测 在 3 5 MP a 压力下，单纯的清水射流对钢材的切割损耗 非常小，而磨料水射流则可以轻松的对钢材进行切割。所 以监测磨料罐内是否还有磨料至关重要。通过压力表的示 值进行监测，不仅简单易行 ，而且减少了其它监测手段带 来的复杂的系统。 在短时间内，磨料对喷嘴的磨损量极微小 ，可忽略不 计。所以，有无磨料的情况下，射流的密度分别为P ，P ； 则磨料损耗完毕前后的系统压力变化为 P一1 。例如 ，以 pl p 密度为 3 5 0 0 k g ／ i n 的石榴石为磨料 ，并且磨料组分为2 0 ％， 磨料损耗完毕后压力为 P 0 ． 6 6 7 p ；磨料组分为 1 0 ％时， 磨料耗损完毕后P 0 ． 8 p 。由此可见当磨料损耗完毕时， 系统压力骤降，所以通过压力表可以明显观测到磨料是否 损耗完毕，以便及时加注磨料。 4结论 1 磨料水射流切割技术是一种 “ 冷”切割 ，不会产生 明火 ，不会引发瓦斯燃爆。是一种可以应用于煤矿井下生 产的安全有效的切割技术。便携式磨料水射流切割机实现 了煤矿井下的安全切割。 2 便携式磨料水射流切割机的主机车体可以方便 的运 移至井下工作地点 ，现场只有一根高压管需要连接；由于 井下切割作业对切口质量要求不高，采用手持式切割可以 有效的完成工作需要 ，简捷方便。 3 便携式煤矿井下磨料水射流切割机对系统的监测简 单有效 ，通过控制部分的压力表便可判断系统是否有磨料、 喷嘴是否磨损、系统是否有泄漏等。 水射流技术在煤矿井下的应用领域不断的扩大，实践 证明了它的有效性，特别是其 “ 冷”切割特性，为煤矿井 下生产安全提供了新的技术方向。为了保证煤矿生产的安 全，提高煤矿生产效率，还需不断的进行研究，优化磨料 水射 流切 割设 备。 参考文献 [ 1 ] 国家 煤 矿 安 全 监 察 局． h t t p ／ ／ m e d i a c h i n a s a f e t y ． g o v ． c n 8 0 9 0 ／i S y s t e m／s h i g u ma i n． [ 2] 王世 鹏．煤矿瓦斯爆 炸事 故鱼 刺 图分 析 [ J ] ．煤 矿安全 ， 2 0 1 1 ， O 2 1 1 3～1 1 6 ． [ 3 ] 夏爽 ， 郭楚文，吴楠楠．煤矿井下磨料水射流切割剩余 能量 的研究 [ J ] ．煤炭工程 ，2 0 1 0 ， 3 7 7～ 7 9 ． [ 4 ] 尤 明庆 ，张海 ，崔漠慎 ，等．前混 合式磨料射 流及切割特 性 [ J ] ． 中国安全科学学 报 ，1 9 9 5 ， 7 6 0～ 6 5 ． 【 5 ] 郭楚 文 ，徐晓东．空化磨料 水射流粉碎 技术 [ M] ．北京 中国科学文化 出版社 ，2 0 0 2 ． [ 6 ] 邹正龙 ．摆振磨料水射流落 煤机理 与工 艺研究 [ J ] ．煤炭 工程 ，2 0 1 0， 0 9 7 0～ 7 3 ． [ 7 ] 王从东 ．高压水 射流 技术在煤 矿安全 生产 中的应 用 [ J ] ． 煤矿机械 ，2 0 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