高端液压支架关键技术研究与产业化科学进步奖答辩的课件

1、高端液压支架关键技术研究与产业化汇报内容一、立项背景和目的二、关键技术三、创新点四、与国内外同类技术对比五、推动技术进步的作用和推广效果六、经济效益和社会效益2022/8/122一 、立项背景和目的高端液压支架是指具有国际先进和领先技术水平，用于高效开采工作面的高可靠性液压支架，主要技术特征是高工作阻力、高可靠性、高支护质量、电液控制、采用高强度材料制成，满足工作面安全高效自动化生产要求 液压支架是煤矿重大装备，其投资占采掘装备总投资的60以上大采高和放顶煤高可靠性液压支架是典型高端液压支架 2022/8/123一 、立项背景和目的2003年前，我国神华集团、晋城煤业集团等现代化大型高效矿井所

2、使用的高端液压支架全部依赖进口，先后进口了几十套高端液压支架，行成了国外公司垄断我国高端液压支架市场的局面。进口液压支架价格昂贵，备件和使用成本更高。国内煤机企业只能生产中低端液压支架，低水平竞争，产业难以发展。2022/8/124一 、立项背景和目的高端液压支架技术难题及产业化难度1. 大采高、超大采高条件下支架-围岩关系变化，稳定性与围岩控制难度大。2. 高端支架要求高可靠性设计，而现有设计理念、方法和手段不适应。3. 大采高支架重量与可靠性矛盾突出，要求高强度材料，而国产材料难以达到(材料差距几代)，且材料强度越高焊接难度越大，关键制造工艺达不到要求，现有材料的焊接冷裂、 低周疲劳突出。

3、2022/8/125一 、立项背景和目的高端液压支架技术难题及产业化难度4.大缸径抗冲击立柱和电液控制等元部件的关键可靠性问题难以解决，密封等关键元部件技术“瓶颈”制约。5.现有实验条件无法满足高端支架试验要求6.支架的整体可靠性差，无故障运行时间短，寿命只15000次工作循环与欧标30000次差一半。2022/8/126一 立项背景 目的 总体目标本项目通过对高端液压支架核心技术的攻关，实现技术突破，形成高端液压支架技术体系和产业化，以完全取代进口，并使我国液压支架制造产业跃居世界领先行列。2022/8/1275-7m系列高端液压支架研制与应用二 、关键技术总体思路高端液压支架与围岩耦合适应

4、性研究电液控制系统开发研制40000KN液压支架试验台研制参数化力学计算及有限元优化控制系统设计、可靠性分析高强度结构钢（Q550-Q1000）开发与焊接性研究基于围岩耦合的三维动态设计 液压支架焊接机器人研制与应用 高端液压支架焊接工艺研究及残余应力分析消除密封技术与无模加工高可靠性密封件研制2022/8/128二、 关键技术 高端液压支架与围岩耦合适应性研究施加作用力防片帮冒顶适应围岩下沉良好的防护性能良好的支撑性能可伸缩性2022/8/129二 、关键技术 高端液压支架与围岩耦合适应性研究研究顶板垮落 机理及规律良好的防护性能良好的支撑性能为确定支护强度提供理论支持研究工作面片帮冒顶机理

5、为护帮机构设计提供理论；可伸缩性 研究顶板 下沉特征 为支架立柱优化提供理论支持 支架围岩耦合关系理论支架优化设计2022/8/1210二 、关键技术 高端液压支架设计核心技术研究 支架整体结构动态优化设计基于支架围岩耦合原理和虚拟现实技术，开发了“自顶向下”（TopDown）三维动态设计 系统，实现由传统二维设计向三维动态设计的跨越2022/8/1211二、 关键技术 高端液压支架设计核心技术研究 多工况有限元整架仿真分析三维动态设计的突出优点是实现支架与围岩最佳耦合，总体参数和结构的最佳化，解决大采高支架的稳定性问题，材料最有效利用，使支架的寿命由15000次工作循环，提高到50000次。

6、2022/8/1212二 、关键技术 高强度焊接结构钢（Q690Q1000）开发与焊接性研究针对高端支架强度和减重要求，开发了液压支架用Q690Q1000高强度钢板，实现材料强度和性能上的突破，抗冷裂、焊接性能良好，达到国际领先指标不同领域主要设备结构材料强度等级对比2022/8/1213二 、关键技术 高端强度钢焊接工艺研究 “0.75mm工程”，提高四连杆销孔加工精度，最大间隙由2mm提高到0.75mm开发陶瓷电阻预热和低温焊接新工艺和混合气体保护焊接工艺2022/8/1214二 、关键技术 高端液压支架焊接残余应力分析与消除掩护梁残余应力测试现场 顶梁残余应力测点布置图 88#顶梁中部残

7、余应力 焊缝残余应力是造成支架结构开裂的重要因素，为找出消除残余应力的有效措施，在国内外首次进行支架大结构件残余应力测试，得出焊接工艺参数与产生残余应力的关系和分布规律，开发了振动时效和不完全退火消除残余应力的工艺技术。2022/8/1215二 、关键技术 焊接机器人研制与应用焊接机器人一次焊接 焊接机器人二次焊接 成功研制十一轴联动柔性焊接机器人，开发了双丝焊接；双丝电弧跟踪及轨迹重现，焊缝寻位技术，实现大结构件自动焊接。2022/8/1216二、关键技术 液压支架高可靠性立柱千斤顶及密封件研制开发研制了360、380、400、420、440、500系列大缸径抗冲击立柱,填补了国内空白，发明

8、了用不锈钢材料包覆立柱活柱的新工艺，有效提高了立柱的防腐蚀性能和可修复性。2022/8/1217二 、关键技术 液压支架高可靠性立柱千斤顶及密封件研制发明了新型带切口单体密封圈、复合密封圈和密封结构 ，无模切削加工新工艺，研制了新型聚氨酯密封组件，提高了密封可靠性，寿命提高5倍。2022/8/1218控制器和电磁换向阀是电液控制系统核心技术，一直难以攻克，本项目发明了将驱动电路融合到控制器，采用支架控制器与人机操作界面分离技术使难题得以解决；创新研发出高效的成形刀加工方法和工艺，成功研发FHD500/31.5Z型大流量电液换向阀。二 、关键技术 高端液压支架电液控制系统开发2022/8/121

9、9二 、关键技术 高端液压支架电液控制系统开发创新开发了国内首套具有自主知识产权的高端液压支架电液控制系统，形成这一高新技术产业。已推广应用30多套。电液控制系统成套设备2022/8/1220开发研制了综采工作面集成供液系统研制本安型泵站电磁卸荷阀和PLC智能化控制系统，该系统整体性能和性价比优于国外同类产品。二 、关键技术 高端液压支架电液控制系统开发2022/8/1221二 、关键技术 试验系统研制研制世界最大的40000kN支架试验台顶梁上平台主梁门架梁调高油缸下平台插拔销油缸图9-5 试验台主体结构图水平活动平台垂直活动平台固定底座梁水平活动油缸垂直活动油缸 下平台结构2022/8/1

10、222二 、关键技术 试验系统研制研制首台17000kN立柱试验台研发了电液控制系统换向阀性能自动检测系统试验系统研制为高端支架研制和产业化提供检测和试验手段2022/8/1223二 、关键技术 系列高端液压支架研制与应用 ZY12000/28/65D大采高综采液压支架ZY12000/28/65D型大采高液压支架满足年产千万吨配套，柠条塔、碾盘梁等矿使用。首创二级护帮，微隙准刚性四连杆机构；50000次工作循环寿命2022/8/1224二 、关键技术 高端液压支架研制与应用ZY17000/32/70D型特大采高液压支架 首创世界最大工作阻力、最大支撑高度，三级协动护帮机构的7m一次采全高液压支

11、架。2022/8/1225二 、关键技术 高端液压支架研制与应用ZF15000/27/42型四柱大采高放顶煤高端液压支架 世界最大工作阻力、最大采高放顶煤液压支架，发明双前后连杆中通式结构，强扰动放煤机构2022/8/1226二 、关键技术 高端液压支架研制与应用成功研制57m 系列高端液压支架，满足高效矿井生产要求，完全替代进口，大采高和放顶煤支架跃居世界领先水平。序号型号序号型号1ZY10000/24/50D6ZY17000/32/70D2ZY10000/26/55D7ZF15000/27/423ZY11000/27/58D8ZFY10200/27/424ZY10800/28/63D9ZF

12、H13000/20/385ZY12000/28/65D10ZF15000/32/522022/8/1227二 、关键技术 高端液压支架技术标准研究本项目研究制订了四个国家标准七项行业标准2022/8/1228三 、主要创新点首创11轴联动液压支架结构件柔性焊接机器人，支架结构件整体自动焊接技术，填补国内空白。 3首创液压支架围岩耦合三维动态优化设计方法体系和软件系统，67m系列高端液压支架设计研制。1发明高端液压支架用高强度焊接结构钢及低温焊接新工艺，首次提出了支架结构件焊接应力的形成规律和消除措施22022/8/1229三 、主要创新点发明液压支架新型密封结构和密封组件，无模加工工艺高可靠性

13、密封件和大缸径双伸缩抗冲击立柱不锈钢包覆新工艺5发明了新型支架控制器技术和高效成形刀加工方法，国内首套高端液压支架电液控制系统和产业化先进制造技术。 46研发了世界最大40000kN液压支架试验台和高端液压支架试验系统2022/8/1230三 、主要创新点 知识产权本项目共获得发明专利11 项，实用新型专利 30 项。论文48篇，著作4部。 序号授权（申请）项目名称知识产权类别国（区）别授 权 号1一种工作面支架控制装置发明专利中国ZL2007101184892一种由CAN总线构成的支架控制器发明专利中国ZL200710118488.83一种工作面支架控制器使用的耦合器发明专利中国ZL2007

14、10118487.34屈服强度800Mpa级低焊接裂纹敏感性钢板及其制造方法发明专利中国ZL200710094177.25屈服强度690级低焊接裂纹敏感性钢板及其制造方法发明专利中国ZL200710094178.76屈服强度550级低焊接裂纹敏感性钢板及其制造方法发明专利中国ZL200710093978.77不锈钢材料包覆圆柱体的方法发明专利中国ZL200710081446.18一种超大采高液压支架发明专利中国200810106373.12022/8/1231四、与国外同类技术对比指标项本项目指标国际指标对比大采高支架及稳定性控制技术高度：7m工作阻力17000KN工作面产量1000万吨高度：6m工作阻力10000KN工作面产量400万吨放顶煤支架15000KN无电液控制8s/架8s/架可靠性5000050000性价比33.512022/8/1232五、推动技术进步的作用和推广效果本项目实现液压支架技术的跨越式发展，产业化发展，完全替代进口，并越居世界领先，彻底改变了我国高端液压支架依靠进口的局面，带动了相关产业