ZY9400/28/62型掩护式液压支架内伸缩梁结构分析
ZY9400,28,62型掩护式液压支架内伸缩
梁结构分析
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80?煤矿机电2008年第4期
ZY9400/28/62型掩护式液压支架内伸缩梁结构分析
高玉斌
(晋城无烟煤矿业集团公司,山西晋城048006)
摘要:通过对ZY9400/28/62型掩护式液压支架内伸缩梁的运动进行仿真研究,得
出伸缩梁与
顶梁之间横向和纵向间隙对内伸缩梁运动的影响规律;根据模拟支架压架试验工
况,对内伸缩梁进
行应力分析.结果
明:该内伸缩梁可以满足破碎顶板的支护要求.
关键词:液压支架;内伸缩梁;运动仿真;应力分析
中图分类号:TD355.44文献标识码:A文章编号:1001—0874(2008)04—0080—03
AnalysisontheStructureofInnerTelescopicGirderon
ZY9400/28/62PoweredSupport
—
GAOYu—bing
(JinchengAnthraciteMiningGroupCo.,Ltd.,Jincheng048006,China) Abstract:Theinfluencelawofhorizontalandverticalgapsbetweeninnertelescopicgirderan
dcanopyon
telescopicgirdermovementisf0undbysimulationonZY9400/28/62shieldsupport.Andthe
n.analyzesthestress
distributionoftelescopicgirderthroughsimulationofpresssupporttest.Resultsshowthesup
portcanfulfillthe
needofbrokenroof.
Keywords:poweredsupport;innertelescopicgirder;movementsimulation;stressanalysis
1引言
综采工作面,当顶板岩性主要为泥岩,沙质泥岩 时,为了避免生产过程中顶板发生超前断裂,出现冒 顶,片帮等现象,必须及时减小梁端距,以免出现大 面积冒顶.
通常采用的方法有两种:一是采用及时移架方 式,而由于大采高液压支架调高范围大,移架速度 慢,因而很难实现及时支护;另一种方法是及时在顶 梁前端增设伸缩梁,设置前挑梁,或者用一级护帮代 替前挑梁作临时支护等.ZY9400/28/62型掩护式 液压支架,针对煤层地质条件,采用了整体顶梁带伸 缩梁的结构方式,同时采用了二级护帮,梁端支撑力 大,对地质条件的适应性强.
2内伸缩梁结构特点
内伸缩梁结构作为一种及时支护结构形式,目 前已经得到广泛地应用.在非工作状态下,该梁位 于整体顶梁或铰接前梁内部;工作时在伸缩梁千斤 顶的作用下伸向前上方.为了提高内伸缩梁结构的 接顶能力,设计时在顶梁或前梁内部设有一个向上 倾斜3.左右的导向条,以便伸缩梁在伸出行程一半 时就能实现接顶.以往内伸缩梁大多采用三箱形结 构,由于三箱型结构两个主筋之间的距离较大,当顶 梁前部出现集中载荷时,会导致顶梁前部出现凹陷 的现象,严重时会使伸缩梁不能正常动作. ZY9400/28/62型液压支架,设计采用了五箱型伸缩 梁结构,由于顶前端增加了两条筋板,增大了抗弯能 力,因而可确保伸缩梁正常动作.
图1和图2分别为三箱型和五箱型伸缩梁结 构.
图1三箱型伸缩梁结构示意图
2008年第4期煤矿机电?81?
图2五箱型伸缩梁结构示意图
由于箱型数量增加,内伸缩梁在使用过程中会 出现憋卡现象,究其原因,主要是:?2根伸缩梁千 斤顶布置在内主筋外侧,距伸缩梁中心线远,千斤顶 未同步启动时,先启动的千斤顶一侧在伸缩梁宽度 方向产生的一个分力会使伸缩梁伸出后斜向一边, 当伸缩梁与相配套的顶梁(前梁)边框间隙为零时, 伸缩梁再往外伸,如果伸缩梁千斤顶的力小于摩擦 力就会出现蹩卡;?因伸缩梁与顶梁(前梁)相配合 的多箱形之间的间隙相同,易造成干涉,出现蹩卡现 象;?伸缩梁全部伸出后,由于顶梁(前梁)与内伸 缩梁重叠部分?1/3伸缩量,导向不好,伸缩梁收回 时会出现不顺畅的现象;?由于制造误差引起蹩 卡.
该支架设计中其顶梁,伸缩梁,伸缩梁千斤顶呈 横向布置如图3所示,为了便于说明,现将顶梁和伸 缩梁截面分开(中心线对正).图中上侧为顶梁前 端的框板,下侧为伸缩梁横向截面.原则上,伸缩梁 千斤顶布置在最中间部位,这样可避免由于千斤顶 不同步而导致憋卡,但因中间部位必须放托板和一 级护帮千斤顶,所以将伸缩梁千斤顶放在两侧.另 外,最理想的伸缩梁千斤顶中心线应在伸缩梁运动 的导向平面内,但由于结构件拼焊过程中要保证主 筋的相对位置,因此,导向平面在主筋上. 伸缩梁千
斤顶中心
图3伸缩梁与顶梁横向布置图
图中,导向部位间隙a略小于非导向部位间隙 b,c,d,由于结构形式合理,伸缩梁机构运动自如. 3内伸缩梁结构运动分析
内伸缩梁结构在理想运动状态下,两个伸缩梁 千斤顶同步动作,顶梁与伸缩梁相互的导向面在保 持间隙的情况下匹配;伸缩梁后侧上面的边在顶梁 导向斜板导向面上,顶梁框板内侧后部边在伸缩梁 下导向面上;伸缩梁千斤顶与结构件的连接为销轴 连接.在这种约束下伸缩梁的运动为平动和转动的 复合运动,转动只发生在支架的纵向平面内.为了 研究伸缩梁的接顶情况,以伸缩梁前端顶部中点作 为运动仿真对象,分析结果如图4所示. 图4理想状态下伸缩梁前端纵向位置
图4中横坐标为伸缩梁伸出长度,纵坐标为伸 缩梁前端顶部中点相对于顶梁顶板平面的位置,可 以看出:?伸缩梁在初始状态时,高度低于顶板3, 4mm,当伸出80mm左右即可实现接顶,当伸出长度 为800mm时,伸缩梁前端已高出顶板23mm,接顶效 果较好.初始状态伸缩梁前端低于顶板,这对于伸 缩梁的伸出是非常有利的,因为在千斤顶将要伸出 但未伸出时,压力腔的面积较小,如果此时有一个阻 力的话,很可能导致伸缩梁不能正常伸出;?随着 伸缩梁的伸出,伸缩梁前端顶部中点的纵坐标并非 线性增加,而且当伸出600mm后非线性更强,趋于 平缓,这对于伸缩梁的伸出是非常有利的,因为此时 伸缩梁已经进入顶板23mm;?曲线的斜率一直为 正值,表明伸缩梁伸出后没有出现"低头"(斜率为 负值)状况,这样可避免反复支护,对顶板维护非常
有利.
4内伸缩梁结构力学分析
力学分析主要针对顶梁前端和伸缩梁两部分. (1)顶梁前端框口处挤压应力及安全系数计算 伸缩梁伸出800mm时:
框口处挤压力为:F=6976kN 挤压面积为:S挤=86400mm
挤压应力为:=F/S挤=80.7MPa 挤压安全系数为:n挤=[].=8.5 (2)顶梁前端框口处剪应力及安全系数计算
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82?煤矿机电2008年第4期
伸缩梁伸出800mm时:
框口处挤压力为:F=6976kN 剪切面积为:S?=25200mm
剪切应力为:=F/S=277MPa 剪切安全系数为:n前=[]/2r=1.24 经对伸缩梁进行模拟压架试验,支架顶梁和伸 缩梁的应力图分别如图5,图6所示. 图5支架顶梁应力图
由图5,图6可知,带伸缩梁的顶梁,其应力分 布状况为:前端框口应力和与伸缩梁后部接触部位 应力较大,分别为131MPa和182MPa;当伸缩梁伸 出2/3行程时其应力分布状况为:与顶梁框口接触 的部位弯矩较大,该部位的应力为155MPa. 一
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(上接第79页)
图6支架伸缩梁应力图
5结语
通过对ZY9400型液压支架内伸缩梁结构在理 想状态下的运动仿真和结构力学分析表明:该机构 在横向和纵向上的间隙控制是合理的,设计强度能 满足使用要求,机构运动顺畅,能有效地控制顶板. 参考文献:
[1]李志刚.三软不稳定厚煤层条件下综采放顶煤技术[J].煤炭 科学技术,2005(2)
[2]王国法.液压支架技术[M].北京:煤炭工业出版社,1999 作者简介:高匡斌(1957一),男,高级工程师.1982毕业于山西矿 院矿山机电专业,现在晋城无烟煤矿业集团公司从事管理工作.
(收稿El期:2008—05—19;责任编辑:陈锡强) 2)组合式履带
有支重轮覆带多为组合式履带(图4),结构较 复杂,较重,装拆不便.但零件的加工和配合精度 高;履带转动灵活,功率消耗低;更换磨损零件,可延 长使用寿命;可适应使用条件选用不同的履带板. l,456
图4组合式履带示意图
1,2一链节;3一履带板;4一销套;5一防尘圈;6一销轴 2行走阻力
两种履带行走机构的内摩擦阻力有许多相同的 成分,如:?履带和驱动轮的啮合阻力;?驱动轮轴 颈的转动摩擦阻力;?履带绕过驱动轮和导向轮时, 履带板与销轴的转动摩擦阻力;?履带运动不均匀 造成的附加阻力.有支重轮履带,有支重轮沿履带 的滚动摩擦阻力和支重轮轴颈的摩擦阻力,上股沿 托链轮的滚动摩擦阻力和托链轮轴颈的摩擦阻力,
而没有履带架与履带的滑动摩擦阻力.其内摩擦阻 力比无支重轮履带小约20%.
两种履带机构的外摩擦阻力都是相等的,包括: ?路面对履带的运行阻力;?不稳定运行时的惯性 阻力;?转弯阻力.
3结语
无支重轮履带行走机构结构简单,重量轻,可靠 性高;维修方便,不需注油;对于行走不频繁,工况恶 劣(泥水)的工程机械,不易出现行走困难的现象. 但行走阻力较大,行走时可能因摩擦产生火花.重 量轻,行走不频繁,工况恶劣的工程机械,宜优先选 用无支重轮行走机构.对于重量重,行走频繁的工 程机械,优先选用有支重轮行走机构.
参考文献:
[1]姚怀新,陈波.工程机械底盘理论[M].北京:人民交通出版 社,2002
作者简介:李春英(1959一),女,副教授.1982年毕业于山西矿业
学院煤矿机械化专业,主要从事教学和煤矿采,掘,车辆机械的研究,
曾获得国家专利3项,发表论文3O余篇. (收稿日期:2008—03—17:责任编辑:陶驰东)