張學(xué)東，姬慶濤，王傳齊

兗礦東華重工有限公司 山東鄒城 273500

液壓支架是煤礦井工開采的重要支護(hù)設(shè)備，其工作性能及可靠性直接影響煤礦的生產(chǎn)安全。隨著煤炭高產(chǎn)高效及綠色安全開采技術(shù)的推廣，作為支護(hù)設(shè)備的液壓支架必然向大采高、高工作阻力、高性能、高壽命、高可靠性方向發(fā)展，設(shè)備性能日趨完善。隨著重型高端液壓支架的推廣應(yīng)用，在大工作阻力、高支護(hù)性能、高可靠性的要求下，液壓支架研發(fā)制造檢測(cè)技術(shù)取得長(zhǎng)足發(fā)展，裝備性能日趨完善[1]。

近年來(lái)，我國(guó)重點(diǎn)煤機(jī)制造企業(yè)實(shí)際執(zhí)行的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，已過渡到 GB 25974.1—2010《煤礦用液壓支架 第 1 部分：通用技術(shù)條件》和 MT/T 587—2011《液壓支架結(jié)構(gòu)件制造技術(shù)條件》，逐步與國(guó)際同類標(biāo)準(zhǔn)接軌[2-3]。產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、耐久性能等方面已接近國(guó)際先進(jìn)水平。隨著研發(fā)制造技術(shù)的不斷提升，國(guó)內(nèi)各液壓支架供應(yīng)商也不再僅僅滿足于國(guó)內(nèi)煤機(jī)市場(chǎng)，積極投身于全球的井工開采裝備市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中。目前，已經(jīng)順利出口至美國(guó)、俄羅斯、澳大利亞、印度、德國(guó)、烏克蘭、土耳其等多個(gè)煤炭生產(chǎn)大國(guó)。在這些出口的目的地，除俄羅斯和烏克蘭等獨(dú)聯(lián)體國(guó)家采用其獨(dú)有的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)外，其余多數(shù)國(guó)家均要求按照不低于歐洲標(biāo)準(zhǔn) EN1804 執(zhí)行 (取得 CE 認(rèn)證)，而美國(guó)和澳大利亞的客戶還可能會(huì)要求執(zhí)行更高的CONSOL 標(biāo)準(zhǔn)。

1 檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB 25974.1—2010《煤礦用液壓支架第 1 部分：通用技術(shù)條件》是在保留原煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MT 312—2000 部分內(nèi)容的基礎(chǔ)上，非等效采用了歐洲標(biāo)準(zhǔn) EN 1804.1—2001 的相關(guān)內(nèi)容制定的[4-5]。根據(jù)不同的用戶需求，將液壓支架分為 A 類和 B 類。A類主要對(duì)標(biāo)的是全球煤機(jī)市場(chǎng)，筆者主要將此部分內(nèi)容與其他標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比分析。

歐洲標(biāo)準(zhǔn) EN 1804.1—2010《液壓支架安全要求第一部分：支架和一般性要求》在歐共體范圍內(nèi)的各個(gè)國(guó)家具有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的地位，所有歐共體國(guó)家的液壓支架設(shè)備均執(zhí)行此標(biāo)準(zhǔn)。由于很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，歐洲作為全球井工開采高端裝備的來(lái)源地，全球多數(shù)國(guó)家均認(rèn)可通過 CE 認(rèn)證 (即通過歐洲標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè))的設(shè)備，也是目前我國(guó)設(shè)備出口到非獨(dú)聯(lián)體國(guó)家普遍執(zhí)行的一種標(biāo)準(zhǔn)。

CONSOL 標(biāo)準(zhǔn)不是嚴(yán)格意義上的國(guó)家 (際)標(biāo)準(zhǔn)，因其最早主要是應(yīng)用于美國(guó) CONSOL Energy 公司使用的液壓支架設(shè)備上而得名。由于其要求嚴(yán)苛，逐步被一些其他礦業(yè)公司采用而在行業(yè)內(nèi)形成了一種認(rèn)知，通過 CONSOL 檢測(cè)的液壓支架也即代表了目前世界上最高端的設(shè)備研發(fā)和制造水平。當(dāng)然，由于其太過嚴(yán)苛，通過率極低，現(xiàn)在多數(shù)執(zhí)行的 CONSOL標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)高于 EN 1804.1—2010 的相對(duì)低配版本“CONSOL 歐洲標(biāo)準(zhǔn)”。因此，筆者在進(jìn)行對(duì)比時(shí)，將 CONSOL 標(biāo)準(zhǔn)按“CONSOL 歐洲”和“CONSOL Energy 美國(guó)”加以區(qū)分。

2 適用范圍

各類標(biāo)準(zhǔn)適用的液壓支架類型不同，具體對(duì)比如表 1 所列。

表1 不同標(biāo)準(zhǔn)適用的液壓支架類型Tab.1 Types of hydraulic support suitable for various standards

從表 1 可以看出，GB 25974.1 和 EN 1804.1 的適用范圍較為廣泛，這也是 2 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)家屬性所決定的，此類標(biāo)準(zhǔn)必須覆蓋所有可能使用的液壓支架類型；CONSOL 標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍則要窄得多，因?yàn)樵摌?biāo)準(zhǔn)更多的屬性是制造商和用戶間達(dá)成的某種協(xié)議性質(zhì)，只針對(duì)協(xié)議所涉及的具體液壓支架類型。

3 負(fù)載方式

液壓支架耐久試驗(yàn)循環(huán)加載的過程在不同標(biāo)準(zhǔn)間也有著較大的區(qū)別[5-7]，如圖 1 所示。在此將著重在負(fù)載載荷、負(fù)載循環(huán)和負(fù)載項(xiàng)目 3 個(gè)方面進(jìn)行對(duì)比說明。

圖1 液壓支架耐久試驗(yàn)循環(huán)加載過程Fig.1 Circulative loading process of durability test for hydraulic support

3.1 負(fù)載載荷

不同標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試過程加載的載荷詳細(xì)對(duì)比如表 2 所列。

表2 不同標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試的負(fù)載載荷對(duì)比Tab.2 Comparison of load tested according to various standards

從表 2 可以看出，GB 25974.1 和 EN 1804.1 耐久試驗(yàn)的載荷大小和變動(dòng)幅度均一致，而 CONSOL 標(biāo)準(zhǔn)中最大載荷試驗(yàn)壓力更大，且最大載荷與最小載荷間變化范圍更寬，對(duì)液壓支架整體的耐久性能要求更為嚴(yán)苛。

3.2 負(fù)載循環(huán)

不同標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試過程執(zhí)行的負(fù)載循環(huán)次數(shù) (最低要求)對(duì)比如表 3 所列。

由表 3 可以看出，GB 25974.1 中 2 種支架類型均比 EN 1804.1 要求多 1 000 次負(fù)載循環(huán)，這 1 000 次負(fù)載循環(huán)是 GB 25974.1 額外增加的柱窩加載試驗(yàn)；CONSOL 標(biāo)準(zhǔn)則均是不低于 30 000 次負(fù)載循環(huán)。單純從負(fù)載循環(huán)的次數(shù)上來(lái)講，幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大同小異，相差不大，細(xì)節(jié)上的不同將結(jié)合負(fù)載項(xiàng)目的對(duì)比詳細(xì)進(jìn)行分析。

表3 不同標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試的負(fù)載循環(huán)次數(shù) (最低要求)Tab.3 Load circulating times (minimum requirement)tested according to various standards

3.3 負(fù)載項(xiàng)目

不同標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試過程執(zhí)行的負(fù)載項(xiàng)目對(duì)比如表 4、5 所列。

表4 GB 25974.1 與 EN 1804.1 負(fù)載項(xiàng)目對(duì)比Tab.4 Comparison of GB25974.1 and EN1804.1 in load item

表5 CONSOL 標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載項(xiàng)目對(duì)比Tab.5 Comparison of CONSOL standard in load item

由表 4、5 結(jié)合表 3 可以看出，GB 25974.1 與 EN 1804.1 負(fù)載項(xiàng)目基本一致，只在額外增加了 1 000 次負(fù)載循環(huán)，專門針對(duì)柱窩進(jìn)行加載試驗(yàn)；且自第 7 項(xiàng)之后，均為單項(xiàng)加載模式 (底座和頂梁不同時(shí)放置試驗(yàn)墊塊)。CONSOL 歐洲和 CONSOL Energy 美國(guó) 2 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中的負(fù)載項(xiàng)目、加載形式完全一致，均為復(fù)合加載模式 (底座和頂梁同時(shí)加試驗(yàn)墊塊)。雖然加載循環(huán)次數(shù)上相差無(wú)幾，但在負(fù)載項(xiàng)目和加載形式上，CONSOL 標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試條件明顯更為苛刻，對(duì)液壓支架整體的疲勞壽命要求更高。

4 驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

不同標(biāo)準(zhǔn)對(duì)液壓支架測(cè)試后合格與否的判定標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比如表 6 所列。

在液壓支架測(cè)試后的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)中，各標(biāo)準(zhǔn)不僅對(duì)原材料和焊縫的要求有所不同，對(duì)一些重點(diǎn)部位的殘余變形也有著不同的規(guī)定。

表6 不同標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試后的合格判定要求Tab.6 Qualification requirements of various standards

從表 6 可以直觀看出，所有標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于原材料出現(xiàn)的裂紋均是零容忍，只要出現(xiàn)原材料的破壞，則液壓支架本次測(cè)試的結(jié)果即為不合格。而對(duì)于焊縫和殘余變形的要求則不盡相同，GB 25974.1 對(duì)焊縫裂紋和殘余變形雖然有量化的要求，但相對(duì)于 CONSOL 歐洲和 CONSOL Energy 美國(guó)則較為寬松；EN 1804.1 中雖對(duì)焊縫和殘余變形均沒有做量化的規(guī)定，但在實(shí)際中則是執(zhí)行 CONSOL 歐洲標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求，還是要高于 GB 25974.1 的要求；CONSOL Energy 美國(guó)不僅要求焊縫不得出現(xiàn)裂紋，且殘余變形也是這幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中最小的，整體要求最為嚴(yán)苛，也最不容易達(dá)到，是目前國(guó)內(nèi)外液壓支架檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中的最高等級(jí)。

5 結(jié)語(yǔ)

從各標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比可以看出，目前液壓支架產(chǎn)品國(guó)內(nèi)執(zhí)行的 GB 25974.1 標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)外的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)尚未完全接軌，而且國(guó)內(nèi)液壓支架的研發(fā)制造關(guān)注點(diǎn)仍停留在通過了多少次負(fù)載測(cè)試循環(huán)上，對(duì)于測(cè)試載荷的幅度和過載系數(shù)的關(guān)注度明顯不足，這也是國(guó)內(nèi)液壓支架的疲勞壽命和耐久性能仍未達(dá)到世界最高水平的重要原因之一。

此外，國(guó)內(nèi)液壓支架的研發(fā)制造仍過于保守，支架的總體質(zhì)量較國(guó)外同類支架重約 10%～20%，局部安全系數(shù)很大，但整體結(jié)構(gòu)的疲勞壽命并沒有有效提高。國(guó)外支架可實(shí)現(xiàn) 90 000 次壽命循環(huán)，國(guó)內(nèi)目前還沒有一家設(shè)備供應(yīng)商敢于承諾設(shè)備滿足 90 000 次壽命循環(huán)。因此，只有通過提高液壓支架研發(fā)制造單位對(duì)國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)間不同要求的認(rèn)識(shí)，找準(zhǔn)差距，努力創(chuàng)新，促進(jìn)國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的完全接軌，才能推進(jìn)液壓支架研發(fā)及制造質(zhì)量的全面提升，達(dá)到或超越世界最高水平，更好地滿足全球用戶對(duì)液壓支架輕量化、高可靠性、更長(zhǎng)使用壽命的預(yù)期，促進(jìn)行業(yè)的蓬勃發(fā)展。