液压支架总体结构设计（精选10篇）
液压支架总体结构设计 篇1
1 液压支架主要技术参数
根据山西焦煤正益的矿井特点, 研发了ZY4200/14.5/32型两柱掩护式液压支架。支架主要技术参数见表1。
支架总体设计方案:采用正四连杆结构型式, 支护方式采用及时支护;顶梁结构为整体顶梁带铰接前梁, 带护帮;底座为分体式刚性结构, 底座上配置抬底机构;立柱前方设置人行通道;推移装置采用倒装千斤顶长推杆结构。
2 确定液压支架变量
利用二次开发的Matlab软件对液压支架各设计变量进行优化设计。液压支架设计变量主要包括:顶梁与掩护梁的铰点变量L2、Y2;掩护梁前后连杆铰点变量Y0、Y1、Y5、Y6;底座前后连杆铰点变量Z1、Z2、Z3、Z4;前、后连杆长度变量G1、G2, 如图1所示。
变量优化满足以下几点要求:1) 支架由高到低双纽线轨迹始终向前, 并且摆动幅度不超过100mm, ;2) 掩护梁背角大于18°;3) 后连杆的水平夹角不超过85°;4) 前、后连杆力绝对值之和最小;5) 支架四连杆长度之和最小;6) 满足平均支护强度0.53MPa~0.6MPa, 底座前端比压1.6MPa~2.3MPa。综合考虑最终优化出一组参数。
3 三维建模
根据优化的参数和技术协议的要求进行Pro/E三维建模 (尽量选择骨架建模方式, 模型进行改动更方便快捷) 。模型建好后进行运动分析, 确保支架在最高和最低位置各零件间无干涉。
4 计算危险截面安全系数
应用Matlab软件分析摩擦系数f=0.2时顶梁、掩护梁、底座三大部件的最大弯矩和危险截面。利用Pro/E软件计算危险截面惯性矩和形心坐标。通过计算得出:顶梁柱冒处截面安全系数为1.26, 掩护梁危险截面安全系数为2.58, 底座柱窝处截面安全系数为1.20, 均符合MT/T556-1996《液压支架设计规范》等相关标准要求。
σ=…………Ⅰ
n=…………Ⅱ
式中:σ为危险截面处的屈服强度, MPa;M为最大弯矩, kN·mm;y为形心坐标, mm;Iz为截面惯性矩, mm4, [σ]为材料屈服极限, 460MPa, n为截面安全系数。
5 ANSYS有限元分析
根据MT-312《液压支架通用技术条件》中测试垫块位置的规定, 在支架Pro/E简化模型的相应位置加入垫块。在立柱内部加载, 底座底面和垫块表面添加位置约束, 并考虑零部件的重力作用。
完成上述操作后, 即可划分网格, 进行有限元分析。这里以顶梁扭转为例, 分析结果如图3所示。
顶梁扭转主要是考察顶梁的强度。从图中可以看出, 支架最大等效应力为1122.7MPa, 出现在顶梁与垫块接触位置, 这是由于顶梁的扭转变形使垫块尖角与顶梁顶板接触处出现的应力集中所致。除去因边界条件加载所造成的高应力区外, 顶梁其他部分的最大应力在412MPa以下, 未超出该支架所用材料Q460的屈服极限 (460MPa) , 因此顶梁结构在扭转情况下是安全的。同样, 采用其他加载方式分析掩护梁、前后连杆、底座都满足强度要求。
6 结论
本文以ZY4200/14.5/32型两柱掩护式液压支架为例, 通过Matlab软件优化铰点参数、Pro/E三维建模及运动分析、危险截面安全系数计算、ANSYS有限元分析等步骤进行液压支架总体结构设计, 其方法可为支架总体结构设计提供参考。
摘要：本文介绍了ZY4200/14.5/32型两柱掩护式液压支架总体结构设计方法。应用Matlab软件进行参数优化和弯矩计算, 利用Pro/E三维建模进行运动分析, 使用ANSYS软件对液压支架总体结构进行有限元分析。为液压支架总体结构设计提供参考。
关键词：液压支架,Matlab,Pro/E,安全系数,有限元
参考文献
[1]王国法, 徐亚军, 任怀伟, 等.高端液压支架及先进制造技术[M].北京:煤炭工业出版社, 2010.
[2]王国法.液压支架技术[M].北京:煤炭工业出版社, 1999.
[3]李兵.ANSYS Workbench设计、仿真与优化[M].北京:清华大学出版社, 2008.
液压支架总体结构设计 篇2
1、液压支架在工作面安装事项
（1）注意顶底板状态，防止顶板冒落；
（2）运送支架时要平稳，联接要牢固，支架下端不能站人；（3）支架整架安装时要降至最低高度；（4）支架要有防倒防滑的措施；（5）导向滑板要平整；
（6）安装后支架应立即支护顶板。
2、操作液压支架前的注意事项
在操作液压支架前，应先检查管路系统和支架各有关部件的动作是否有阻碍，要消除顶、底板的障碍物。注意软管不要被矸石挤压和卡住。管接头要用“U”形销插牢，液压系统不漏液不窜液。开始操作支架时，应提醒支架周围工作人员注意，以免发生事故。操作支架应观察顶板情况，发现问题及时处理。
3、液压支架在使用中的注意事项
（1）移架前必须做好准备工作。观察顶板、清除影响移架的障碍物，检查油管不得被矸石挤压和埋压，支架各部分状况是否良好。
（2）能立即支护的支架要及时支护，距采煤后滚筒不得超过3-5ｍ。如在采煤机前发生片帮，顶板暴露面积大，支架应超前支护。对破碎顶板要及时采取措施。移架时，顶梁不宜下降过多，可采用“擦顶移架”或“带压移架”。相邻两架支架不得同时进行降柱与移架，当支架移动速度跟不上采煤机前进速度时，可根据顶板情况进行隔架或分段移架，支架要接顶升紧达到初撑力。（3）综采工作面一般不允许放炮，如出现较硬夹石层、过断层或有火成岩侵入必须放炮时，需履行审批手续，采取可靠的掩护措施。放炮后，要加大风量，尽快排除有害气体和煤岩尘。
在支架内运送器材时，应注意防止擦伤、碰坏支架的部件。以免影响支架正常使用。
（4）在倾斜煤层中，支架的推移顺序一般要求从下向上进行，移架速度要快，随时调整支架，不得歪斜，并保持中心距相等，移架后必须使支架成一直线，支架要与顶板接触严密，如顶梁上有大量矸石，应予以清除。移架时，梁端距要符合要求。当发现支架受力不好或歪架、顶梁咬架时要及时处理。支架操作完毕、操作手把必须放到零位。
（5）在进行液压支架的液压系统故障处理时，应先关闭进、回液断路阀，以切断本架液压系统与主管路之间的连接通路。然后将系统中的高压液体卸压并放出，再进行故障处理；故障处理完毕后再打开断路阀，恢复供液。在需处理故障时，必须与泵站司机联系，待停泵后方可进行故障处理。
4、液压支架的完好标准
（1）支架零部件齐全、完好、连接可靠；
（2）立柱与各种千斤顶的活柱与缸体镀层无严重锈蚀和脱落，动作可靠，无严重损坏和变形，密封良好；
（3）各种阀密封良好，不窜液，漏液，动作灵活可靠。安全阀动作值符合规定，过滤器完好，操作时无异常声响；
（4）金属结构件无影响使用的严重变形，焊缝无影响支架安全使用的裂纹；（5）软管与接头完整无缺、无漏液，排列整齐、连接正确，不受挤压，V形销安装正确完备；
（6）泵站供液压力符合要求，乳化液配比度符合标准。
5、液压支架常见故障和处理方法
液压支架在使用过程中，经常会发生的各种故障、产生原因及其处理方法见下表。
6、液压支架倾倒的预防措施和处理方法
支架倾倒的主要原因是超高回采、过断层和老硐、顶板破碎而端面冒顶；底软使底座下陷；移架时降柱过多，立柱自动卸载或误动作；支架歪斜后未及时调整等。所以预防支架倾倒的主要措施有：
（1）控制好下出口几组支架是整个工作面防倒的关键。要保证工作面最下端处于巷
道内呈水平状的第一架支架的架设质量；
（2）严格控制采高，使有效采高低于支架最大支撑高度200-300ｍｍ；（3）坚持顺序上行移架，带压移架、擦顶移架、移后调架的原则，要一次移够，不要反复升架，频繁调架，必要时可用邻架推移千斤顶支紧输送机槽后再移架，以保证移架行程；
（4）升架前一般将下侧护板伸出，使支架垂直顶板或有一定迎山，然后按顺序升柱，升架后检查相邻支架侧护板对齐即可；
（5）发现支架有倒、咬、歪现象时，要立即处理。处理措施有：
1、一旦支架发生倾倒，有防倒防滑装置的，应充分利用。也可用斜撑柱扶架，用柱子顶，移架前在支架倾倒方向顶梁下支一根斜撑柱子，并系 上安全绳，以防伤人；
2、用千斤顶校正支架。在支架上方用千斤顶拉顶梁，在下方用千斤顶向反方向拉底座；
3、用绞车拉正支架。当支架严重倾倒，而且是多架倾倒时，可用绞车逐架拉正。
液压支架及输送机下滑的预防及其处理措施
1、锚固输送机。利用工作面配用的锚固装置对输送机的机头、机尾进行锚固，以防止输送机沿工作面下滑，进而利用相互制约关系防止液压支架的下滑；
2、上行顺序推移。采用上行顺序推移工作面输送机和移架可有效肪止两者的下滑；
3、调斜工作面。将工作面调成伪斜，实行伪仰斜推进，是防止输送机和液压支架下滑的有效措施。
发现液压支架及输送机下滑后，要及时采取措施予以处理，主要措施有：调斜工作面或增大伪斜角度，上调支架及其向上牵引输送机。
7、液压支架压架的处理措施
1、附加初撑力法。在顶底板较松软或金属网假顶下，可用单体支柱设在被压“ 死”的支架的顶梁下方，并同时向这些支柱及被压支架供液，进行反复支撑；
2、挑顶法。在支架底座的前方底板打眼，装小药量放炮，放炮后将崩碎的岩块掏出，使支架底座下降；
3、松顶松底法。当支架上的矸石非常破碎或是金属网假顶时，可将顶梁上的破碎矸石挖掉，以求支架活动而移架，当支架有少量行程时，便可 操作移架；
4、防压环法。若支架上的支柱带有防压环装置，当支架压“死”后，应摘去防压环，活柱可有少量行程，便可直接移架。
8、撤除液压支架的一般步骤
（1）支设撤除液压支架所需的临时支护，清理杂物，固定好变向滑轮；（2）将被撤除的支架的邻架操作改为本架操作，缩回侧护板和伸缩梁；（3）降柱、解除主油管（应降至最小高度为止）；
（4）拴好钢丝绳与支架的连接装置，开动绞车，将支架牵引抽出并调向，然后运出工作面。
液压支架工安全操作规程
一、准备
（1）工具：扳子、钳子、螺丝刀、套管、小锤、手把等；
（2）备品配件：U形销、高低压密封圈、高低压管、常用接头、弯管等。
二、检查
（4）检查支架前端、架间有无冒顶、片帮的危险；
（2）检查支架有无歪斜、倒架、咬架，架间距离是否符合规定，顶梁与顶板接触是否严密，支架是否成一直线或甩头摆尾，顶梁与掩护梁工作状态是否正常等；
（3）检查结构件：顶梁、掩护梁、侧护板、千斤顶、立柱、推移杆、底座箱等是否开焊、断裂、变形，有无联结脱落，螺钉是否松动、压卡、扭歪等；（4）检查液压件：高低压胶管有无损伤、挤压、扭曲、拉紧、破皮断裂，阀组有无滴漏，操作手把是否齐全、灵活可靠、置于中间停止位置，管接头有无断裂，是否缺U形销子；
（5）千斤顶与支架、刮板输送机的联接是否牢固（严禁软联接）；（6）检查电缆槽（挡煤板）有无变形，槽内的电缆、水管、照明线、通讯线敷设是否良好，挡煤板、铲煤板与联接是否牢固，溜槽口是否平整，采煤机能否顺利通过；
（7）照明灯、信号闭锁、洒水喷雾装置等是否齐全、灵活可靠；（8）支架有无严重漏液卸载现象，有无立柱伸缩受阻使前梁不接顶现象；
（9）铺网工作面，网铺的质量是否影响移架，联网铁丝接头能否伤人；（10）坡度较大的工作面，端头的三组端头支架及刮板输送机防滑锚固装置是否符合质量要求。
三、处理
（1）顶板及煤帮存在问题，应及时向班长汇报或由支架工用自行接顶或超前撅顶等办法处理；
（1）支架有可能歪架、倒架、咬架而影响顶板管理的，应准备必要的调架千斤顶、短节锚链或单体支柱等，以备下一步移架时调整校正；
（2）更换、处理液压系统中损坏的软管、插牢# 形销；
（3）清理支架前及两侧的障碍物，将管、线、通讯设施吊挂、绑扎整齐；
（4）和班长、电钳工等积极处理上述存在问题，不得带“病”强行移架。
四、正常移架操作顺序
（1）收回伸缩梁、护帮板、侧护板；
（2）操作前探梁回转千斤顶，使前探梁降低，躲开前面的障碍物；（3）降柱使主顶梁略离顶板；
（4）当支架可移动时立即停止降柱，使支架移至规定步距；（5）调架使推移千斤顶与刮板输送机保持垂直，支架不歪斜，中心线符合规定，全工作面支架排成直线；
（6）升柱同时调整平衡千斤顶，使主顶梁与顶板严密接触约3-5秒，以保证达到初撑力；
（7）伸出伸缩梁使护帮板顶住煤壁，伸出侧护板使其紧靠相邻下方支架；
（8）将各操作手把扳到“零”位。
五、过断层、空巷、顶板破碎带及压力大时的移架操作顺序（1）按照过断层、空巷、顶板破碎带及压力大时的有关安全技术措施进行立即护顶或预先支护，尽量缩短顶板暴露时间及缩小顶板暴露面积；
（2）一般采用“带压移架”，即同时打开降柱及移架手把，及时调整降柱手把，使破碎矸石滑向采空区，移架到规定步距后立即升柱；
（3）过断层时，应按作业规程规定严格控制采高，防止压死支架；（4）过下分层巷道或溜煤眼时，除超前支护外，必须确认下层空巷、溜煤眼已充实后方准移架，以防通过时下塌造成事故；
（5）移架按正常移架顺序进行。
六、工作面端头的三架端头支架的移架顺序
（1）必须两人配合操作：一人负责前移支架，一人操作防倒、防滑千 斤顶；
（2）移架前将3根防倒、防滑千斤顶全部放松；（3）先移第三架，再移第一架，最后移第二架；
（4）移第二架时，应放松其底部防滑千斤顶，以防被顶坏。
七、移架操作注意事项
（1）每次移架前都先检查本架管线，不得刮卡，清除架前障碍物；（2）移架时，本架上下相邻两组支架推移千斤顶处于收缩状态；（3）带有伸缩前探梁的支架，割煤后应立即伸出前探梁支护顶板；（4）铺设顶网的工作面，必须先将网放下后再行移架；（5）采煤机的前滚筒到达前应先收回护帮板；
（6）降柱幅度低于邻架侧护板时，升架前应先收回邻架侧护板，待升柱后再伸出邻架侧护板；
（7）移架受阻达不到规定步距，要将操作阀手把置于断液位置，查出原因并处理后再继续操作；
（8）邻架操作时，应站在上一架支架内操作下一架支架；本架操作时必须站在安全地点，面向煤壁操作，严禁身体探入刮板输送机挡煤板内或脚蹬液压支架底座前端操作；
（9）移架的下方和前方不准有其他人员工作。移动端头支架时，除移架工外，其余人员一律撤到安全地点；
（10）假顶网下可采用“带压移架”：保持一定初撑力，紧贴或略脱离假顶网前移支架，要防止刮坏网或出现大网兜造成冒顶。
八、推移工作面刮板输送机
（1）先检查顶底板、煤帮，确认无危险后，再检查铲煤板与煤帮之间 无煤、矸石、杂物后方可进行推移工作；
（2）推移工作面刮板输送机与采煤机应保持12-15米距离，弯曲段不小于15米；
（3）可自上而下，自下而上或从中间向两头推移刮板输送机，不准由两头向中间推移；
（4）除刮板输送机机头、机尾可停机推移外，工作面内的溜槽要在刮板输送机运行中推移，不准停机推移；
（5）千斤顶必须与刮板输送机联结使用，以防止顶坏溜槽侧的管线；（6）移动机头、机尾时，要有专人（班长）指挥，专人操作。（7）慢速绞车移机头、机尾时，必须按回柱绞车司机有关操作规定执行；
（8）移设后的刮板输送机要做到：整机安设平稳，开动时不摇摆，机头、机尾和机身要平直，电动机和减速器的轴的水平度要符合要求；
（9）刮板输送机推移到位后，随即将各操作手把扳到停止位置。
九、工作面遇断层、硬煤、硬夹石层需要放炮时，必须把支架的立柱、千斤顶、管线、通讯设施等掩盖好，防止崩坏。移架前，必须把煤矸清理干净。
十、工作面冒顶的处理
（1）主顶梁前端顶板破碎局部冒顶时，将顶梁用半圆木刹顶，再升柱使其严密接顶；
（2）支架上方空顶有倒架危险时，应用木料支顶空间。处理时先在顶梁上打临时支柱护顶，人员站在安全地点，用方木或半圆木打木垛。木垛最下一层的两端要分别搭在相邻两支架顶梁上并与顶梁垂直。移架时注意 交替前移，以保持木垛完整；
（3）煤质松软片帮时，要在支架与煤壁间支棚刹顶帮，以防止继续片帮造成大冒顶；
（4）当支架上方与前方有较大面积的片帮冒顶时，可采用撞楔护顶方法处理：
①在冒顶两侧各架设2-3架棚子，棚子高度应大于支架高度，其中第一架应大于支架0.5米以上；
②棚子间距0.6-1.0米，要挖柱窝0.2-0.3米，迎山合适有劲，背实背牢，稳固；
③将削尖的半圆木平面朝下，从第二架梁下斜穿入第一架梁上打入，随打随用长钎子捅出前阻的煤矸，若大锤打击力不足，可采用0.2米直径的坑木用粗绳吊挂在棚梁上进行撞楔；
④撞楔间距约0.25米，撞楔间隙用木板背严。
（5）移架前应在煤帮侧打上抬棚托住棚梁，以便拆除阻碍移架的棚腿。
十一、割煤后，支架必须紧跟移设，不准留空顶。
十二、移完支架后，各操作手把都扳在停止位置。
十三、清理支架内的浮煤、矸石及煤尘、整理好架内的管线。
十四、班长、验收员验收，处理完毕存在问题，合格后方可收工，清点工具，放置好备品配件。
液压支架总体结构设计 篇3
关键词：工字钢；巷道支护；液压拆卸；手动方便；缓慢控制；安全拆卸
中图分类号：TD355.4 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 16-0000-01
一、现有巷道支护现状
我国现在巷道支护主要有以下几种支护方式：木支架支护、金属支架支护、石材支护、锚杆支护、锚索支护、喷射混凝土支护。
二、巷道拆卸工字钢支架的大体结构
（一）大体结构主要有以下几部分组成：底座、升降杆、顶梁、立柱、活动导向筒、调正千斤顶、升降爪、控制爪千斤顶、升降千斤顶、推移千斤顶、液压控制系统。如图所示：
图1 巷道拆卸工字钢支架简图
（二）巷道拆卸工字钢支架工作原理。该支架放置在巷道里，布置在端头支架的前部，底座一侧可以布置转载机，用于拆卸工作面巷道布置的工字钢，并支护顶板，防止拆卸工字钢后顶板冒落。此支架只适用于拆卸矩形或梯形巷道搭接布置工字钢。其基本过程如下，首先在顶梁不支撑顶板状态调整推移千斤顶，使升降爪大体处于要拆卸工字钢正下方，然后再升降顶梁。顶梁就带动升降杆上升支撑顶板，防止在拆卸工字钢后顶板冒落。在支撑顶板后调节控制爪千斤顶，使控制爪完全张开，再调节升降千斤顶使升降爪上升到工字钢附近，这时通过调节调正千斤顶，使控制爪完全对正工字钢后，再调节升降千斤顶上升到控制爪能完全夹住、夹稳工字钢状态。这时就可以调节控制爪千斤顶使控制爪夹稳并抓紧工字钢，等两个控制爪都抓稳后，人工拆卸掉两侧立撑的工字钢。
两侧立着的支撑腿工字钢拆卸完后，控制两个升降千斤顶使控制爪带着横梁工字钢缓慢降落，等降到人能够用肩膀扛得高度就停止下降，在有人扶着工字钢得同时调节控制爪千斤顶，使控制爪张开，此时就可以用一个人或者两人调整工字钢带出巷道。拆卸完这个后再调整一下为拆卸下一个做准备。等端头支架向前移架后就可以通过调节推移千斤顶向前推移拆卸工字钢支架，在移架过程中注意调节顶梁，若顶梁上方出现工字钢，使布置在顶梁正上方的工字钢落在顶梁上部凹槽内，然后再支撑好顶板，进行下一个拆卸工字钢作业。
三、巷道拆卸工字鋼支架的具体结构设计
（一）对巷道整体适应性设计。巷道拆卸工字钢支架布置在工作面巷道里，同时巷道里也有转载机，这样要留出转载机布置空间及人行通道。从图1俯视图中就可以看到，在顶梁正下方的位置布置升降杆，用于控制顶梁做上下运动时周圈限位，在升降杆两侧布置有单独控制两个活动导向筒的千斤顶，两个活动导向筒分别从底座右侧安装。在升降杆位置的最外侧布置有两个立柱，用于控制顶梁的上下运动。最后部外侧布置有两个独立的推移千斤顶，用来控制本支架的移架及位置调整。
（二）底座具体结构设计。本支架的底座结构简图如图2。该支架底座大体成船型，前后设置成滑撬结构，减小移架阻力。底板为整个钢板，上面焊接有链接各个部件的附属结构。在底座的中间是焊接的供升降杆上下运动的板式导向筒。导向筒两侧即底座的边侧是供安装立柱的柱窝，底座前部中外侧是两个安装调正千斤顶的耳板，调正千斤顶另一侧安装在活动导向筒上，底座后部两侧为活动导向筒设计的导向槽，活动导向筒的下部是一块钢板，钢板正好在导向槽内运动。导向槽外侧，是焊接的脚踏板，由于工字钢在被控制爪放下后有的还有很高的高度，人不便向下拆卸，此时工作人员就可以到脚踏板上拆卸。在底座最后部的两侧是布置的连接推移千斤顶的耳板，用来通过销轴连接推移千斤顶
图2 底座简图 图3 顶梁及升降杆简图
（三）顶梁和升降杆的结构设计。本支架的顶梁及升降杆结构简图如图3，该支架顶梁的设计主要考虑到与顶板的适应性，在设计时采用可以使顶梁左右摆动的铰接销轴连接方式与升降杆相连，顶梁采用箱型结构设计，顶板为了避让还没有拆卸的工字钢预留出一凹槽，这样既可以支护顶板又可以适应因工字钢布置间隙不同带来的不便。顶梁前后由于受到销轴和升降杆的限位作用不能摆动，其上端通过铰接销轴与顶梁连接，下端安装在底座的板式导向筒内。升降杆与顶梁铰接销轴连接处采用舌板连接方式，可有效减小销轴受力，增加销轴的使用寿命。
（四）活动导向筒及升降爪的结构设计。活动导向筒及升降爪的结构图见图1。活动导向筒是一个套筒焊接在下面的一块钢板上，并套筒和钢板之间用筋板连接，筋板加强的同时也作为安装调正千斤顶的耳板，通过调节调正千斤顶来调整活动导向筒的左右位置。活动导向筒内部安装升降千斤顶，升降千斤顶下部通过销轴固定在活动导向筒内部，升降千斤顶的上部通过销轴连接升降爪，控制升降爪的上下移动。升降爪的张开与闭合靠控制爪千斤顶控制。
四、控制系统
该支架的液压控制系统采用本架手动控制，为了方便操作和控制，所有的立柱千斤顶都采用独立换向阀控制，这样更用力于支架的灵活操作，使用更方便。
五、结束语
目前，支架的前期设计工作已经完成。该支架的使用可以大幅度提高拆卸工字钢的效率，增加工作人员的安全性，可以有效减小顶板冒落，减小操作工人的劳动强度，快速安全的拆除工作面前部巷道里工字钢。
参考文献：
[1]孙广义.采煤概论[M].徐州：中国矿业大学出版社，2007.
[2]王国法.液压支架技术[M].北京：煤炭工业出版社，1999.
浅析充填液压支架的设计 篇4
关键词：充填液压支架,结构特点,设计,主要参数
1充填液压支架
充填液压支架属于采煤工作面支护设备, 其动力来源主要以高压液体为主, 由若干液压元件及金属结构连接而成。结构件主要有前梁组体、顶梁组体、底座、尾梁及推杆等, 属于支架承载元件。在液压支架支护过程中, 主要承载部件为立柱千斤顶, 在充填液压支架中立柱采用的是大缸径机械加长杆千斤顶。由于充填液压支架对工作阻力具有较高的要求, 而且需要立柱伸缩比较大, 但采用大缸径立柱时, 由于其伸缩比较小, 这就导致与立柱伸缩比大之间存在一定的矛盾, 所以在设计上具有较大的难度。
2充填液压支架结构的特点
2.1充填液压支架顶梁铰接而且能够上下摆动, 要能够与顶板良好的进行接触。伸缩梁属于滑移部件, 需要套装在前梁上, 其最大伸缩量宜以70cm为宜。由于护帮板需要与伸缩梁铰接, 动作控制由护帮千斤顶来完成。
2.2顶梁前部和后部分别与前梁和尾梁组件进行铰接, 在顶梁箱体内需要进行套筒的焊接, 以三处为宜, 并将侧推弹簧装在其内部, 将侧推千斤顶装设在外侧两套筒内, 利用侧推导杆与左右侧护板进行连接。将阀架焊接在顶梁两前柱窝中间, 并设置一组主操纵阀组。在顶梁的后端装设有后伸缩梁, 这样充填空间较大, 而伸缩量则由设在顶梁后端的限位块和千斤顶来进行控制。
2.3掩护梁属于箱形结构, 由钢板焊接而成, 掩护梁的上端与顶梁的后端进行铰接, 下部则与前后连杆进行铰接, 将固定和活动侧护板装置在掩护梁的两侧。
2.4四连杆机构由前连杆、后连杆、后连杆侧护板和侧护千斤顶组成。四连杆机构承受全部水平力和抗扭力, 改善了支架受力条件。后连杆为整体焊接部件, 承受拉力和很大的扭矩, 可阻挡采空区的研石窜入支架内部。后连杆侧护板的作用是密封采空区, 防止窜歼, 在工作面倾角大时对支架起调节和导向作用。
2.5底座为整体箱形结构, 前端做成滑撬形, 以减少移架阻力, 前后设有四个柱窝以设置立柱, 中部和后部与前连杆和后连杆连接, 前部设置一桥板, 上面设有连接推移千斤顶的耳板, 并在中部设置空槽, 用来设置推移装置。
2.6侧护板分为固定和活动两种, 保证支架之间具有良好的接触, 调节架间距离, 防止架间漏煤漏歼, 并起防倒作用。活动侧护板最大伸缩量为170。侧护板收拢后的支架宽度小于1450。
2.7需要选择正拉式短移推杆, 通过推移千斤顶的伸缩来带动推杆的移动, 实现推溜和移架。
3充填液压支架设计时主要参数的确定
3.1支架高度。采煤工作面机采高度以满足作业人员操作和设备对空间进行维护来人为进行确定。为了实现资金的节约, 及避免工作量重量过大, 则在确定工作面机采高度时不宜过大。一旦工作面采高过大, 则会导致煤壁片帮问题的产生, 同时也会加大架关漏顶的可能性。所以在充填液压支架设计时, 为了能够有效的发挥出支架的作用, 则需要根据煤矿的自然条件及支架所应有的通用性来选取支架的最大结构高度。
3.2支架宽度。在充填式液压支架宽度确定时, 由于各矿井的具体情况都会有所差异, 所以在设计时可以利用弹簧套筒与侧推千斤顶合二为一, 这样支架的宽度就能够实现有效的调整, 而且在支架宽度确定时还要充分的考虑到正常运输和安装的要求。
3.3侧挡板装置。对于充填支架在设计时, 侧档板与支架的连接是设计上的一大难点, 通常在侧档板装置设计时, 会采用插接式定位销与千斤顶共存的连接方式, 这样不仅有利于安装、运输和使用, 而且确保了支架的通用性, 能够满足用户的使用性要求。
3.4底座。在底座设计时, 通常会采用开底式, 在底座上增加导向方箱, 确保支架顶梁具有较强的稳定性, 而且导向方箱与底座合为一体, 可以为侧档案板装置安装的固定点, 为侧档板装置的安装提供了较好的便利性。
3.5安全过机空间。在进行充填液压支架设计时, 尽量确保支架结构具有较好的紧凑性, 而且在顶梁箱形断面的设计上, 采用高强度的钢材, 尽量控制其厚度, 从而确保具有较大的安全过机空间。
3.6立柱千斤顶。在液压支架系统中, 立柱千斤顶作相符合同粸支护的重要核心所在, 在对其进行选择时, 需要选择大缸径和长伸缩比结构的立柱千斤顶, 需要选择单进回液口的结构形式, 这样可以确保结构具有较好的紧凑性, 同时在增大立柱的伸缩比时宜采用机械加长杆来进行, 还可以进一步减小立柱的外部尺寸, 优化立柱各零件的受力情况, 从而有效的确保千斤顶的强度和可靠性能够进一步提升。
3.7液压阀。由于充填液压支架在使用上具有特殊性, 所以为了便于安装及简化结构, 设计带有通道的阀接板, 并将外缸上下腔的进液口集中在一个阀板上, 利用板式液控单向阀, 使其与立柱的上下腔连接, 进一步对结构和管路系统进行简化, 确保其可靠性的提升。
3.8液压支架液压系统。在充填液压支架液压系统的设计中, 一个阀组、一条胶管的布置都变得非常困难, 优化充填液压支架液压系统尤为重要。液压系统采用配以板式连接液控单向阀的单进口伸缩立柱后, 立柱的进回液仅需2根高压胶管即可;侧护挡板采用浮动活塞千斤顶;液压系统经过一系列优化措施后, 管路系统变得尤为简洁。
结语
充填液压支架由于结构较为简单, 整体性和充填性较好, 具有较好的经济性和安全性, 目前充填液压支架的市场前景非常广阔。在具体煤层开采过程中应用, 有效的提高了煤炭资源的回收率, 而且有效的控制了地表的变形, 有效的实现了对煤矿周边环境及地下水资源的保护, 可以实现矿区资源的有效保护, 有利于矿井服务年限的延长, 对矿区的可持续性发展具有极为重要的意义。
参考文献
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[2]王少飞.填充支架使用电液控制可行性分析[J].科技创业家, 2012 (18) .
液压支架总体结构设计 篇5
关键词：特厚煤层；开采；选型；设计
中图分类号：TD823.523文献标识码：A文章编号：1000-8136(2009)23-0021-02
大同煤矿集团经过2000年7月改制为国有独资公司，2003年12月重组为包含晋北主要煤炭生产和销售企业的大型煤炭集团及2005年底实行债转股的三次改制重组，已初步构建成跨地区、跨行业、跨所有制的亿吨级煤炭集团，目前产销规模国内排名第二、国际排名第六。
为了实现“做强同煤、造福员工”的奋斗目标和“心齐人和、重建扩源、创新提升、共同富裕”的发展方略，改善现有矿井开采难度大、面临大接替的现状，同煤集团在“十一五”期间将新建6个千万吨级矿井，正在筹建的马道头矿井就是其中一座年产千万吨级的矿井。
纵观这几座矿井有一个显著的共同特点，就是可采储量大，煤层厚度大可达10 m-20 m，所以作为综合机械化、高产高效工作面的主要设备之一的液压支架的选型，便成为矿井能否安全、高效生产的一个重要课题。
1液压支架架型选择
厚煤层开采的液压支架，大体可分为以下3类：①一次采全高液压支架，俗称大采高液压支架；②顶煤冒落法液压支架。俗称放顶煤液压支架；③分层开采的液压支架，俗称铺网液压支架。
根据大同煤田新建的几座矿井的实际情况煤层厚度在10m～20m之间，若采用一次采全高技术，对采煤机、液压支架研制难度大，且运输、安装及支架管理方面也存在很大困难；若采用分层开采技术，下分层开采金属网假顶的管理将成为影响安全生产的一道难题，一旦发生撕网现象，势必造成事故。而采用顶煤冒落法开采已成为近年来厚煤层开采的一个发展趋势，在国际国内得到了迅速发展和广泛普及。
同时，放顶煤液压支架的设计先后经历了高位、中位、低位的3个发展阶段，其中，采用顶梁开“天窗”的高位放顶煤液压支架对复杂煤层的适应性差，并且在结构上存在：①放煤口位置距离煤壁较近，对煤层冒放性要求较高，一方面要求粱端距顶煤完整，不冒顶、不片帮，另一方面要求顶粱后端放煤口处顶煤破碎、能顺利放出；②放煤时，正常人行通道基本上被切断，减少了工作面安全出口等不可克服的缺陷，已很少使用。采用掩护粱开“天窗”的中位放顶煤液压支架，虽然克服了高位放顶煤支架的一些缺点，但是由于受放顶煤口尺寸的限制，架与架之间有三角煤放不下来，形成“脊背损失”，且放煤口易被大块煤堵塞，致使放煤效率低；同时掩护梁不能摆动，二次破煤能力差，极易发生运输机卡死现象。
采用尾粱插板式结构的低位放顶煤液压支架具有以下特点：①尾梁可摆动，且摆动角度大，造成放煤空间大，有利于顶煤的冒落，放煤效率高；②煤壁到放煤处距离长，且经过顶板来压和顶梁的反复支撑，使顶煤破碎较充分、极易放煤；③适应性强。在急倾斜煤层和缓倾斜中硬煤层，软煤层都取得了成功。故笔者认为，大同煤田新建矿的液压支架架型以低位放顶煤液支架为宜。
2液压支架主要参数的确定
2.1采、放比的确定
考虑到大同煤田属于坚硬顶板、坚硬煤层的“两硬”地质条件，煤壁较稳定，顶板易管理，且为了使前后部运输机运量尽可能协调平衡，顶煤放煤效率尽可能高，以实现高产高效生产，而割煤速度通常大于放顶煤速度，故采放比应以1：1.5～1：2为宜，所以支架的机采高度一般选取4.5 m～5 m。
2.2工作阻力及初撑力的确定
由于大同煤田属于坚硬顶板，顶板不易冒落，直接顶或老顶悬顶时间长，切顶线在顶梁后方或煤壁里，如果工作阻力较低。可能造成支架向煤壁移动，使整个工作面垮落，所以应选用较大工作阻力和较大支护强度。塔山煤矿10 000 kN、13 000 kN两套液压支架短时间损坏，改用15 000 kN支架便是有力的例证。
同时，考虑到大同煤田顶煤比较硬，为了有利于顶煤破碎、提高放煤效率，初撑力应约等于工作阻力的80％～85％为宜。
2.3支架中心距和支架宽度的确定
厚煤层开采液压支架最大高度一般大于3.5 m，稳定性较差，所以为了防止支架倾斜应选用宽系列中心距，即L=1.75。和较大宽度，顶梁宽度应大于1.65 m，活动侧护板伸出时，支架宽度应达到1.85m～1.88m为宜。
2.4梁端距确定
大采高高产高效工作面一般选用采煤机较大、截割滚筒直径大于2 m，为了防止由于工作面底板不平和采煤机垂直分力使摇臂和滚筒向支架倾斜，造成割顶梁现象，故梁端距应选用较大值350mm～480nm。
3液压支架主要结构件型式的确定
3.1顶粱型式的确定
放顶煤工作面，顶梁支护表面为顶煤，其稳定性远远低于岩层顶板，所以为了确保支护性能，应选用切顶性能好的整体顶梁，以保证支架对顶煤的平衡能力，提高支架支护覆盖率。同时。为了便于割煤后可以直接支护暴露部分，防止片帮煤的产生，顶梁应配置内伸式伸缩梁结构，伸缩量一般等于采煤机截深。其次，为了适应左右工作面的开采，顶梁选用直角式双侧可调侧护板结构。
3.2掩护梁型式的确定
由于大同煤田属于坚硬顶板，顶板悬顶时间长，而且大采高支架高度较大、稳定性较差，故应尽可能在满足支架工作需要的情况下，缩短掩护梁长度，增大掩护梁与后连杆夹角，以提高掩护梁抗扭能力。
3.3底座型式的选择
为了满足放顶煤和大采高的要求，底座应采用刚性分体底座。即采用中分式底板，使推移装置直接落在底板上，保证浮煤、碎矸随支架移架时从后端推到采空区，同时应尽可能加大底座长度和宽度，以提高支架的稳定性。一般底座宽度应为中心距减100 mm～150 mm。即在1 600 mm～1 650 mm，长度取移架步距的4倍，即3 200mm左右。
3.4推移装置型式的选择
由于厚煤层工作面，液压支架长度大、重量大，前推移装置选用长推移杆倒拉式推移装置，具有千斤顶大腔力拉架，小腔力推溜及拉架力大的特点，且拉架时，推移千斤顶作用力对底座前端产生垂直向上的分力，可将底座前端上抬，有助于顺利移架。另外，为了解决长推杆拆装更换不方便的问题，可采用铰接式长推移杆，即前后两端箱式结构件通过十字连接头连接。见图1。
对于后部运输机推移装置，由于支架采放比为1：1.5～1：2，一般停放工作面后部运输机运量大于前部运输机，且不受采煤机配套限制，与支架的连接可采取更加灵活的连接方式，所以为了克服由于输送机的自重大，可能产生的推移装置或推移千斤顶活塞杆弯曲变形，导致移溜困难，宜用柔性链条连接代替刚性连杆连接。见图2。
3.5护帮装置的选择
由于厚煤层开采，片帮冒顶的危险增大，所以必须加设护帮装置，而且为了保证护帮面积满足要求，应选用二级护帮装置。当煤壁发生片帮以后，且伸缩梁伸出仍不能及时支护时，可将一级护帮打成水平，作为伸缩梁的延伸段，及时支护前方裸露的顶煤：二级护帮放下，与一级护帮形成90。夹角(见图3)，护住已发生片帮的煤壁，防止片帮进一步扩展而引起冒顶。
4结束语
掩护式液压支架的优化设计 篇6
关键词：液压支架,四连杆,粒子群算法,优化设计
引言
液压支架是综采工作面的支护设备, 主要作用是支护采场顶板, 维护安全作业空间。掩护式液压支架的掩护梁、底座和前后连杆构成了四杆机构, 它决定了支架在升降过程中顶梁前端的运动轨迹。对其四杆机构进行优化设计, 可以有效的控制轨迹变化的宽度, 有利于支架对顶板的支控和管理。
1 液压支架运动学模型
如图1所示, O点是底座与后连杆的铰点, A点是底座与前连杆的铰点, B点是掩护梁与前连杆的铰点, C点是掩护梁与后连杆的铰点, E是顶梁与掩护梁的铰点。L1是后连杆的长度, L2为前后连杆与掩护梁铰点B和C之间的长度, L4是前连杆的长度, L3为前连杆与掩护梁的铰点B到掩护梁与顶梁的铰点E之间的长度, L5是前连杆与底座铰点A的高度, L6是前连杆与底座铰点A与后连杆与底座铰点B的水平距离, d是铰点A与铰点C之间的距离, α为掩护梁与水平方向的夹角, β为后连杆与水平方向的夹角, ε是前连杆与AO之间的夹角, e是铰点E轨迹变化的长度, H是支架的高度。以O点为坐标原点, 根据几何关系得到下式:
2 混沌粒子群优化算法
混沌粒子群算法是一种集群智能优化算法, 其主要思想是:当粒子陷入局部最优点时, 首先产生一初始混沌变量, 然后利用混沌映射函数产生混沌序列, 并把每维变量变换到优化变量的取值区间, 替代原粒子, 然后继续进行混沌搜索, 直到满足迭代条件为止[1]。根据对环境的适应度将群体中的个体移动到好的区域。在每一次迭代中, 粒子通过跟踪两个“极值”来更新自己。第一就是粒子本身所找到的最优解, 即个体极值pbest;另一个极值是整个种群中所找到的最优解, 即全局极值gbest。在找到这两个最优值时, 粒子根据如下公式来更新自己的速度和位置:
式中:t是当前的迭代次数;c1, c2是加速系数;r1, r2是 (0, 1) 之间的随机数;ω是惯性权值;x (t) , v (t) 是迭代到第t次时微粒的位置和速度;pbest (t) 是微粒的个体极值解;gbest (t) 是整个种群的全局极值解。
采用Logistic映射构造混沌变量, 其迭代式为:
式中:μ为控制参量, 当μ=4, 0≤Zi≤1时, Logistic处于混沌状态, Zi为取介于0-1之间的一组随机数, 由任意初始值Z0可以迭代产生一确定的时间序列Z1, Z2, Z3, ……。
3 液压支架的优化设计
根据上述液压支架的结构尺寸和几何关系, 选取各杆长度参数L1、L2、L3、L4、L5、L6为设计变量, 即:
以铰点E的轨迹变化最小为目标函数, 则有:
支架由高到低运动, 所采用的约束条件为:
(1) 满足式 (1) ~ (8) 的要求;
(2) 支架高度范围满足Hmax≤H≤Hmin;
(3) 顶梁与掩护梁铰点E轨迹呈双纽线应满足e≤30mm;
(4) 支架由高到低运动, 夹角α应满足25°≤α≤52~62°, 夹角β应满25~30°≤β≤75~85°[2];
(5) 长度比应满足:
以ZY6000型号液压支架为例, 运动最高高度3200mm, 最低高度1700mm, 顶梁与掩护梁铰点到顶梁面距离250mm, 底座与后连杆铰点到底面距离660mm, 使顶梁前端在工作范围内水平偏移量最小, 采用混沌粒子群算法, 取c1=0.2, c2=0.3, ω=0.3, 种群规模50, 最大迭代次数200, 在Matlab软件上运行计算, 结果见表1。
4 结论
液压支架对顶板的管理能力由其四连杆结构参数所决定。本文应用混沌智能群算法对四连杆机构进行了优化设计, 提高了承载能力, 并减小了运动偏移量, 优化结果合理可靠, 为液压支架的设计方法提供了一种新的参考。
参考文献
[1]高健, 汪勇.混沌最优化算法在结构优化设计中的应用[J].合肥工业大学学报:自然科学版, 2006, 29 (6) :751-754.
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液压支架结构件焊接分析 篇7
液压支架是煤矿采掘工作重要的支护设备, 其结构件形式为多腔室箱体梁结构, 焊缝分布错综复杂, 对焊接直接有着较高的要求。液压支架在使用过程中常出现结构件开裂与焊接变形问题, 如掩护梁盖板与主筋开裂、掩护梁开裂等问题, 而开裂与变形问题多由焊接缺陷造成[1]。控制焊接工艺, 降低焊接缺陷, 是保证液压直接焊接可靠性与使用性能的重要保障。
1 液压支架结构件常见焊接缺陷
1.1 裂纹
液压支架结构件裂纹多为焊缝疲劳断裂, 如图1所示。焊接裂纹的发生最先由焊缝材料内部开始发生, 并逐渐延伸至焊缝表面, 呈现出连续波浪形发生状态。此种焊接缺陷的发生主要由于焊缝结晶接近固相线时, 此时的参与液相不足使得晶体内部发生收缩变形, 并沿着晶体表面发生开裂。如焊材与结构件钢材性能不匹配、材料内含有较多杂质、工艺参数设定不合理等情况, 容易导致此类裂纹的产生。
1.2 气孔
液压支架结构件焊接过程中常采用CO2、Ar等保护气体, 如保护气流参数设定不合理, 就容易造成空气进入熔池内形成焊接气孔, 见图2。除保护气体参数之外, 造成焊接气孔的原因还包括焊材与焊缝清理不彻底、电弧多长或保护不好等。气孔的存在降低了焊缝的致密性, 破坏焊接质量与可靠性。
1.3 未熔合
焊接未熔合情形按发生位置不同分为2种, 即焊缝根部与道间, 如图3所示。根部未熔合发生的原因多是由施工参数设定不合理与施工操作不严谨造成的, 如拼装间隙偏小、焊道清理不彻底、焊接电流偏低、焊接速度过快等, 使得液态金属不能与焊缝根据充分熔合[2]。
2 液压支架结构件焊接质量要求
矿井地下工程对所使用的液压支架结构件焊接质量有着较高要求, 其技术要求与质量标准关乎支架工作性能的正常发挥。液压支架结构件焊接质量要求主要包括以下几方面的内容:a) 铰接处4孔洞轴向偏差应控制在2 mm以内;b) 结构平面度应符合设计要求, 如未标注公差值, 则按照焊接位置周围1 m内的平整高差不超过2 mm;c) 焊接位置禁止出现尖角、毛刺、焊瘤等问题;d) 焊接品质应达到液压支架结构件使用要求, 焊接处区域应力应符合MT 312—2000 液压支架通用技术条件技术标准, 焊缝抗拉强度不小于550 Pa, 焊缝误差应符合表1要求;e) 严禁气孔、裂缝等焊接缺陷情况的出现[3]。
毫米
3 液压支架焊接工艺
分析上述焊接缺陷出现的原因可知, 焊接缺陷的出现多由焊接工艺参数设定不合理、过程不规范造成的, 保证焊接质量应从整个焊接工艺入手。
3.1 准备工作
结构件焊接真正实施前, 应做好相关准备, 这是保证工作顺利开展与焊接品质的重要前提。液压支架结构件焊接施工前的准备内容主要包括以下几项:a) 通过喷砂方式清理与粗化所使用的结构件钢板, 改善其表面的机械性能;b) 结构件坡口应进行相应处理, 加工方式有热切割与机械切割两种, 按照设计要求加工成正、反坡口;不论使用何种加工方式, 加工完成后应进行相关处理, 不应使切割操作对后续焊接工序造成影响;焊坡口加工完成后, 应采用CO2气体对其进行保护, 焊坡口钝边与角度偏差应控制在2 mm与5°以内;c) 考虑结构件钢板较为厚重、抗拉强度大, 焊接实施前应对结构件进行预热处理, 降低焊缝应力发育程度, 抑制裂纹、未融合等缺陷的产生。预热处理过程中供应保证整个加工结构均匀受热, 预热处理温度一般在150 ℃~200 ℃;如需采用氧乙炔对结构件钢材局部进行预热, 预热温度应控制在一合理范围内, 避免局部温度过高而使得整个母材性能发生变化, 定位焊缝尺寸规格长×高为40 mm~60 mm×6 mm~8 mm, 各焊缝之间距离控制在300 mm。同时, 为避免定位焊缝出现裂缝与变形等情况, 焊接材料性能的选择应与结构件材料相近或相同, 焊道与周围应处理至施工要求[4]。
3.2 分析结构件特性
液压支架结构件特性分析也是焊接施工的重要工序, 其对焊接材料与焊接工艺选择有着直接影响。液压支架使用过程中需承载较大的重力, 其结构件通常具备很高的强度。就现阶段而言, 国内矿井液压支架钢结构应用较多的为Q690, 此种材料具有非常强的结构强度, 但材料的热处理难度也较大。液压支架钢结构材料冶炼过程中加入Si等合金元素 (含量1%~3%) 与C元素 (含量约0.2%) , 焊接性能良好。
3.3 选择焊接方法
焊接方法的确定应结合焊缝与结构特点, 理想的焊接方式应保证良好的焊接品质, 不出现未融合、裂缝等焊接缺陷。现阶段应用较多的焊接方法为CO2气体保护焊, 此种方式具备良好的抗冷裂能力, 焊接简便快速, 不会出现熔渣;焊接熔池具备很高的可见度, 便于工人施工操作;所使用的CO2保护气体能减少热量的扩散, 热量高度集中, 降低焊接变形的可能性与接头处H元素含量, 提升焊接品质。
3.4 选择焊材与工艺参数
Q690钢板焊接材料常用SLD-80高锰中硅, 焊丝直径为1.2 mm。对于焊缝不同焊接抗拉强度, 应选择不同材质焊丝。焊接设备为CO2气体保护焊机, 焊接电流选择直流形式。焊接工艺参数可参照表2, 具体可根据实际情况进行调整。
3.5 焊接过程细节控制
a) 材料检查复验。焊接材料入场后应采用相应的检测方法对其质量进行抽查, 入厂后应通过成分、熔敷金属力学性能实验等手段对产品质量进行复验, 明确标注材料规格与性能。使用再次复验材料牌号, 确保使用的焊材质量符合设计要求;b) 备料。数控机床切割下料, 应提前对钢材表面与平整度进行处理。下料完成后应再次对钢材平整度进行矫正, 避免钢材产生变形与应力集中现象;c) 清理焊道。各层各道焊接施工前都应进行焊道清理工序, 清理范围包括焊道本身及其周围2 cm内的杂物, 内容包括氧化渣皮、灰尘、油污、水分等, 尽可能降低边缘熔合不良与气孔出现的可能性;d) 结构件拼装。结构件拼装应按照设计要求进行, 在施工平台上可采用顶板画线或专用胎具方式, 将拼装结构件拼装成型。拼装过程中应预留出一定的安全尺寸, 避免焊接变形情况的出现;定位焊缝尺寸应严格按照设计要求进行, 可运用点固刚性拉筋进行辅助加固, 但焊接施工完毕后需及时清除, 并铲磨拉筋焊接处至原有平整度;e) 温度控制。焊接温度应力也是产生焊接裂纹出现的一重要因素。液压支架结构件焊接前后温度变化过快, 会造成残余应力与焊接变形问题的出现, 因此, 焊接过程前后一段时间内需保证焊接室的温度, 一般控制在5 ℃~40 ℃;f) 焊接顺序。焊接过程应事先确定合理的焊接顺序, 保证焊接施工有序进行, 同时也可有效避免结构件焊接变形问题出现。焊接顺序应遵循“先主后辅、先内后外、先横后纵”的原则, 并按照对称交错的方式依次进行施工;g) 焊角控制。处理好收弧点和引弧点位置, 确保二者夹角距离超过50 cm, 避免在应力集中区域进行收弧或引弧。角焊缝焊角尺寸应符合设计要求, 一般焊角尺寸K应达到12 mm~18 mm。焊接施工完成后, 应进行焊接质量自检, 不合理之处及时采取补救措施。
4 结语
结构件焊接质量问题对液压支架性能的发挥造成严重影响, 焊接工艺中应禁止出现裂纹、气泡、未融合等焊接缺陷。为此, 企业应严格遵守液压支架结构件焊接技术标准与质量要求, 优化与改进整个焊接工艺, 注重焊接质量, 控制结构件变形, 从而从根本保证液压支架的制造质量。
摘要：以Q690钢高端液压支架结构件焊接为例, 分析了结构件中常见的焊接缺陷及其产生原因, 介绍了液压支架结构件焊接质量要求, 并从焊接工艺出发阐述了各工序的质量控制手段, 望对类似结构件焊接有所借鉴。
关键词：液压支架,结构件,焊接,缺陷,工艺
参考文献
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矸石充填液压支架的设计探讨 篇8
矸石井下充填是矸石处理利用的有效途径, 该技术可以用矸石置换出煤矿“三下”永久煤柱的煤炭资源, 有效减少地面沉陷, 而且可以实现矸石不上井、地面不建矸石山, 节省矸石山占地;消除矸石山的灰尘、固体颗粒、有害气体、自燃发热对周围环境污染的问题, 以达到综合治理煤矿矸石的目的。
2 充填液压支架
图1所示液压支架为一种矸石充填液压支架, 该支架是邢台机械厂针对冀中能源股份有限公司邢东矿的具体地质条件和生产要求而设计的。
矸石充填液压支架是煤矿井下机械化采煤工作面支护设备, 用于维护采煤工作面顶板稳定, 为采煤机、输送机和工作人员提供安全的工作空间, 并能推动工作面输送机向煤壁方向移动, 同时还可以以输送机为支点, 实现支架的自移, 从而实现综合机械化采煤;同时, 利用输送机输送的矸石对采空区进行充填并夯实。
支架设计参数及受力:
2.1 支架前端四连杆主要参数组成
2.2 支架结构主要特点
(1) 支架采用正四连杆机构, 上连杆为Y型连杆, 前连杆为单连杆, 后连杆为单连杆, 上连杆上铰接点与前后顶梁铰接点重合。
(2) 采用倒装整体推杆的设计。
(3) 支架底座为全开档式。
(4) 底座后面带单伸缩能摆动的捣实机构, 捣实机构落料距不小于150mm;捣实机构框板下沿增加耐磨层, 并保证加工质量。
(5) 支架各主要铰接销轴的轴孔配合间隙为1mm, 并采用淬火销, 固定销轴的方式采用高强度挡板式结构。
(6) 充填刮板机接链环考虑采用新结构, 缩短连接尺寸, 并可以调整长度。
2.3 支架受力技术参数
(1) 技术参数【摩擦系数:0.2, 平衡千斤工作阻力:-1242KN】
(2) 顶梁
立柱处最大弯矩:6908.5KN*m【摩擦系数:0.3;支架高度:5000mm;工况:顶梁前端扭转】
顶梁最大扭矩:1260.3KN*m【摩擦系数:0.3;支架高度:5000mm;工况:顶梁前端扭转】
(3) 掩护梁
前连杆处最大弯矩:2859.4KN*m【摩擦系数:0.3;支架高度:5000mm;工况:顶梁偏载】
掩护梁最大扭矩:2592.3KN*m【摩擦系数:0;支架高度:3000mm;工况:顶梁偏载】
(4) 连杆
前连杆最大轴向力:-8056.5KN【摩擦系数:0.3;支架高度:5000mm;工况:顶梁偏载】
前连杆最大扭矩:1668.2KN*m【摩擦系数:0.3;支架高度:3000mm;工况:顶梁偏载】
后连杆最大轴向力:8559.7KN【摩擦系数:0.3;支架高度:5000mm;工况:顶梁偏载】
后连杆最大扭矩:1676.4KN*m【摩擦系数:0.3;支架高度:3000mm;工况:顶梁偏载】
(5) 底座
立柱处最大弯矩:3565.3KN*m【摩擦系数:0;支架高度:4610mm;工况:底座前端扭转】
底座最大扭矩:2426.4KN*m【摩擦系数:0;支架高度:4660mm;工况:底座前端扭转】
2.4 受力分析
通过计算, 该型号矸石充填液压支架顶梁、底座的安全系数能满足大于1, 上连杆、前后连杆的安全系数能满足大于1.3, 总体安全性满足邢东矿的实际要求。
3 总结
该矸石充填支架, 不仅提高了煤炭资源回收率, 也为煤炭企业治理矸石提供了切实可行的办法, 对建设绿色、环保矿山具有重大意义。
摘要：随着人们对雾霾、环境污染的认识, 矸石山的存在滞缓了煤炭企业的生产, 它不仅占用大量的土地资源, 而且经常发生自燃、滑坡等事故, 造成了严重的环境破坏。
液压支架设计现状及三维建模技术 篇9
一、目前我国液压支架设计研究现状
我国在液压支架CAD研究方面取得了很大的进展。在扭转强度计算方面提出了一些可行有效的方法, 对四连杆机构的CAD进行了较多的研究, 而且主要集中在运动受力和应力分析以及强度校核上。我国制订的缓倾斜工作面顶板分类及其他研究成果为支架设计、选型和使用提供了有力的指导依据。我国目前具有液压支架设计能力的单位主要有4家, 即北京开采所、北京煤机厂、郑州煤机及沈阳煤研所。北京开采所支架设计水平代表了国内液压支架设计水平, 目前已实现了液压支架设计CAD绘图, 并开发出了具有国际先进水平的液压支架模拟仿真系统和支架参数优化设计软件系统。尽管我国液压支架设计水平与国外有一定的差距, 但这一差距在逐渐缩小。
二、我国液压支架技术特点
虽然我国在液压支架技术方面取得了可喜的成绩, 但与世界发达国家相比, 还存在一些不足, 主要表现在这几方面。
1. 我国综采比例低, 大量落后的生产技术与世界产煤大国的地位极不相称。
据1989年统计, 我国国有重点煤矿综采比例是94.32%;地方煤矿和乡镇煤矿比例远低于此数。初步统计, 按全国井下生产的煤炭来算, 综采比例只有23%左右。
2. 我国液压支架制造技术水平相对落后。
近年来高强度钢板在支架结构件中的使用有所增加。但这样技术质量水平的支架在国内一般矿井勉强可以使用, 在国内高产工作面及在国际上却是没有竞争力的。
3. 液压支架控制系统的研究处于落后状态, 严重制约支架移架速度的提高和综采经济效益的发挥。
我国液压支架还普遍采用手动操纵, 为了满足高产综采工作面生产的需要, 必须抓紧研制和推广电液控制系统。
三、三维建模发展及三维软件综述
目前我国液压支架设计从方案论证和结构设计到部件和零件的设计, 基本实现了微机化, 可以说煤机行业的CAD应用已走过了初创阶段和大面积普及阶段的历程。但是, 从煤机企业计算机辅助设计的总体水平来看, 大多还停留在二维绘图水平上。鉴于二维CAD设计中存在的一些问题, 我国煤机企业要在激烈的市场竞争中生存下来, 必须彻底改进现有液压支架的设计方法。
Unigraphics (简称UG) 起源于美国麦克唐纳·道格拉斯飞机公司, 以CAD/CAM/CAE一体化而著称于世界。1991年11月并入美国通用汽车公司EDS分部, 该软件以世界一流集成化设计广泛用于通用机械、模具、汽车及航空航天领域, 是当前世界上最先进和紧密集成的、面向制造行业的CAID/CAD/CAE/CAM高端软件。多年来, 世界各国的制造商们一直在探索更好的方法去使用计算机辅助技术自动化产品开发过程, 更快地递交产品到市场;使复杂产品的设计简化;减少产品成本和增加企业的竞争实力。为此必需捕捉和应用最新的技术, 这就是UG。
四、三维模型建立及难点
1. 三维模型建立。UG中的特征可以分为草图特征和应用特征。
草图特征是基于二维草图的特征。通常该草图可以通过拉伸、旋转、扫描或放样转换为实体。
应用特征是直接创建在实体模型上的特征。例如圆角和倒角, 这两种特征就是直接使用现有模型的边或者面而建立的特征。
液压支架三维实体模型的建立采用自下而上的方法, 即先在UG软件的零件环境中通过特征造型来生成支架的所有部件模型, 然后在装配环境中按装配关系逐个进行支架部件的装配。
支架的前、后连杆是维持支架稳定运动的重要构件, 也是支架承载的关键受力部件。前、后连杆上下分别与掩护梁、底座铰接共同形成四连杆机构, 其主要作用包括使支架在调高范围内, 顶梁前端与煤壁的距离 (梁端距) 变化尽可能小, 更好地支护顶板;承受顶板的水平分力和侧向力, 使立柱不受侧向力。
支架底座传递载荷的构件主要是立柱、前连杆、后连杆, 另外底座还承受煤层底板的反作用力。底座的受力状态有时比支架顶梁还要复杂和恶劣, 在实际使用中, 支架底座损坏现象比较严重。
掩护梁是由钢板焊接成的箱型结构, 下端通过前、后连杆与底座铰接成四连杆机构, 起着稳定支架重心和防止采空区岩石涌入工作面的作用,
顶梁为支架的主要承力结构, 与顶板直接接触, 支撑着工作面顶板;其受载工况十分复杂, 因而对其强度、刚度及稳定性的要求十分严格, 是支架强度设计中最重要的部件, 其重量占支架总重量的1/3左右。图1为液压支架的总装三维模型。
2. 难点。
(1) 在建模过程中, 将二维图纸转换为三维实体模型, 需要对图纸作认真的研究, 才能做出反应实际的正确的三维模型。
(2) 建模顺序需要考虑。
(3) 由于缺乏经验, 在对三维模型简化时, 走了很多弯路。
(4) 柱窝, 柱帽的建模。
(5) 需要考虑三维建模软件与有限元分析软件的接口问题。
五、结论
综采工作面液压支架选型设计 篇10
1 架型选择
(1) 对于直接顶分类属于1、2类, 基本顶分类属于I、Ⅱ级的工作面, 其老顶来压步距小, 来压相对稳定, 来压时强度缓和, 端面不稳定, 受移架影响较大。 (2) 对于直接顶分类属于3、4类, 基本顶分类属于Ⅲ、Ⅳ级的工作面, 老顶来压步距大且面向分布不均, 直接顶稳定。要求支架支撑能力足够, 能抗水平推力并且及时切顶。 (3) 采高对支架工作阻力影响也较为重要。采高加大, 冒落范围加大, 矿压显现强烈, 对支架工作阻力要求增加, 且装置设计应能防片帮、漏顶, 提高支架高度很重要。 (4) 液压支架控制方式有手动、液压及电液控制系统, 我国多用手动控制。 (5) 目前通用的有两柱掩护式和四柱式支撑掩护式两大类的支架。两柱掩护式支架在顶板条件恶劣的煤层中, 有明显的不足, 如对坚硬顶板, 它的切顶性能远不及四柱支撑掩护式;对顶板特松软的情况下它的顶梁调平困难, 维护顶板、防止架前片冒的性能也不如四柱支撑掩护式, 四柱支撑掩护式支架架型图如图1所示。
2 支架高度的确定
确定支架高度的主要因素是煤层厚度、采高及运输条件, 某面煤厚0.4~5.9m, 一般情况下, 支架的最大高度应至少为5.9m, 但是由于11-2煤质松软, 为防止和减轻煤壁片帮, 机采高定为2.0~3.98m, 大多数情况支架不需要升的太高, 而且支架最大高度的增大, 要导致最低运输高度的加大, 给运输、安装造成困难, 综合各方面因素, 支架的支撑高度确定在1.8~3.8m, 运输高度2.0~2.1m, 加平板车高也不超过2.5m, 基本能满足运输和安装的需要, 最大高度4.5m, 采高达3.5m~3.8m左右。
3 支架工作阻力和初撑力的确定
综合研究计算支架工作阻力为5488k N, 由于本工作面是在采区边缘防水煤柱下开采, 某矿区曾有过防水煤柱下开采压死埋架的历史, 而其原因尚未完全清楚, 同时我国现存计算支架工作阻力的理论方法没有考虑岩层的构造应力, 亦有待完善之处。为确保万无一失, 因此, 工作阻力选择为6400k N, 标准立柱缸径选Φ230mm, 初撑力确定为4653k N。约占支架额定工作阻力的74%。
4 液压支架应达到的移架速度和液压系统流量
为了保证高产高效工作面采煤机连续割煤, 整个工作面移架速度应不小于采煤机连续割煤的平均割煤牵引速度。实践证明, 移架速度高于采煤机牵引速度有利于高产高效。
某矿1724 (1) 工作面顶板条件不好, 要求带压移架, 底板也较软, 有时还会遇到更松软的煤底, 尤其是俯斜开采, 工作面淋水涌入机道, 会软化底板, 易造成支架钻底, 这些都给实现快速移架带来了难度。本面基于以上选择ZZ6400/18/38型支架的主要性能参数为:初撑力为4653KN, 为工作阻力的72.7%, 支架的比压2.07MPa, 支架宽度:1.43~1.60m, 支架高度能适应2.2~4.5m, 在后期工作面回采过程中, 安全阀开启较少, 满足了综采面的安全高效生产。
摘要：综采面液压支架选型往往造成大马拉小车现象, 其设计需根据具体工程顶板分类而选择, 本文对某综采面的液压支架选型进行了系统分析。
关键词：综采面,支架,选型设计
参考文献
[1]刘文斯.周源山煤矿22110综采工作面液压支架选型设计[J].采矿技术, 2010 (S1) :186-187.