大工作阻力液压支架顶梁柱窝结构的改进设计
支架液压系统的优化设计
支架液压系统的优化设计支架液压系统的优化设计摘要：液压支架是我国目前煤矿开采过程中经常会使用到的一项设备。
但是，在实际应用的过程中，还是或多或少的存在着一定的问题，对我们工作实际效果产生了一定的影响。
在本文中，将就支架液压系统的优化设计进行一定的分析与探讨。
关键词：支架液压系统；优化设计引言液压支架是我国煤矿开采过程中经常会使用到的一项设备。
目前，我国对于液压支架主要以手动操作为主，且液压支架中的元件也常常具有着稳定性差、可靠性低、元件寿命低等问题，对于支架的良好应用产生了较为负面的影响。
对此，就需要我们能够通过对原有液压支架系统进行优化的方式来获得更好的应用效果。
1.支架液压系统的优化设计1.1 首先，我们可以通过集成式的方式对支架液压系统进行设计，并尽可能的多使用叠加式以及板式的方式进行设计，以此使管路中所具有的接头数量能够得到减少。
通过管路的减少，不但能够有效的减小管路在压力方面所存在的损失，还能够使失效的环节能够得到减少，以此使系统能够具有更高的运行效率以及更为灵敏的反响。
同时，通过这种方式所获得的管路情况也具有着更为整齐与简洁的特征。
1.2 在支架实际应用中，其所具有的速度对操作质量具有着较大的作用，尤其是对于支架所具有的移架时间来说更是如此。
而在缸径保持稳定的前提下，支架液压系统所具有的流量值就会对支架工作中所具有的运动速度产生影响。
对此，就需要我们在对支架液压系统进行设计时应当尽可能的加大系统流量。
另外，在工作面方面，我们也可以设置为双回、双供的供液系统，并将一路放置在电缆槽中，另一路放置在架间。
1.3 在实际工作中，当煤矿采高逐渐增大时，采高支架所具有的阻力也会随之增大。
同时，在我们对支架应用的过程中，如果顶板出现了来压情况，那么需要立柱能够在一时间实施泄液操作，以此保障支架能够更为平安，而要想保证该项操作能够得到良好的实现，就需要增大平安阀所具有的流量，以此帮助我们缩短泄液时间。
基于大采高液压支架的优化设计
由于支架 高宽 比过大 ，加之零部件 间隙过 大， 当使用 在倾 角大于 ｌ。 右 的煤 层时 ， 成 ２ 左 形 支架 顶梁组件 向支架 顶 、底面垂 直线 的倾 斜下 方严 重偏移 ， 受载后使支 架零部件损坏 、 至倾 甚 倒 。这 种削弱 的稳定性 容易造成 下列问题 ： １ （） 支架倾 倒 、 支撑效果不 佳 ；２支架受力恶 劣 、 （） 承 载能 力下降 ；３顶 板管理 困难 。 （） 顶梁横 向偏移 后的支架受力情况如 图 １ 及 图 ２ 示 ， 以看 出 ，１合力 作用点偏移 ， 所 可 （） 对支 架 中心 的力 矩为 ： ＝ Ａ （） 向摩擦 力 ｆ Ｍ１Ｆ ； 横 ２ Ｆ对 支 架产生 力矩 Ｍ２ｆ Ｈ 对 顶梁 、 － ＇， 底座 等产生 横 向弯 喃 ， 而掩护梁 、 前后连 杆受扭 曲 ； ） （ 附加 力 ３ 矩 Ｍ对顶梁 、掩护梁及立 柱产生横 向弯 曲 ， 且 使前 后连杆受力增大 ； 立柱 及连杆等结构件 使
变 电站综 合 自动化系统 的一个 部分 ， 作为 一个 软件模 块 嵌入在就 地监 控主站 中运 行 ， 过变 通 电站 内监 控网络 获得 系统信息 ， 包括 相关 节点 的 电压 、 电流 、 有功 和无功 、 变档 位以及 有关 主 断路 器和 隔离开关 的位 置信息 ， 通过 按照 预定 的控 制原则 做 出调整决策 。 上 述 两种 方式 都 为 变 电站 级 的电压 无 功
控制 ， 不能实 现全局 的最优 控制 。分散 式 的电 压无功 控制 方式 （ 独立 Ｖ Ｃ装置 或软件 Ｖ Ｃ Ｑ Ｑ ） 达到 了局部优 化 电压 和无功 的作用 ， 缺乏潮 但 流的大局 观 ，仅 能保证 受控母 线 的 电压 合格 ， 不能达 到全 网功率损耗 最小 的 目的。 当电网 中 各 站 的 Ｖ Ｃ各 自独立 调节 ，可能 导致某 些站 Ｑ 抽头 的频繁调 整 。且对 无功欠 缺地 区 ， 在用 电 高峰时 ， 节装 置为满 足 中低 压侧 电 压要求 ， 调 会 使变 压器 比差减少 ， 导致 高压 网向低压 网 的 无功传输 加大 ， 输电线 和变压 器 的无功损 耗增 加， 使高 压侧 电压严重 降低 。其结 果不 仅使上 级 电 网的有功 网损增加 ， 由于受 端电 压的降 且 低 而使 电网在输 送 同等 容量 负荷情 况下 ， 稳定 域度降低 ， 严重 时可造 成电压 崩溃 。 电压无 功控 制 是一 个 全 网关 联 的控 制 问 题， 应在 考虑全 网优化 的前提 下实 现 区域 或变 电站 的局 部优 化。 ４３ －区域 电压 无功 控制 ． 电力 系统 区域无 功 电 压控 制 （ Ｖ ） Ａ Ｃ 是从 全 网角度分 层 、 区对 电压和无 功进 行协 调优 分 化 控制 ，实现 电网所有 无功装 置 自动调节 ， 是 提 高 电压合 格 率 、降低 调 度集 控 人员 劳 动强 度、 提高 系统 电压 稳定控 制水 平和 电网运 行经 济性 的有效 手段 。 区域 电压无 功控制 是在 主站 （ 调度或 集控 站） 系统软 件中设 置一个 电压无 功控 制 的高级 应用 软件 。 据子站 发送 的遥信遥 测量进 行潮 根 流计 算 和状 态估 计 得 出各个 变 电站 节 点 的电 压 和无功 范围 ，给 出每个 变 电站 的控 制策 略 ，
液压支架立柱、柱窝维修工艺研究
液压支架立柱、柱窝维修工艺研究摘要：随着我国经济在快速发展，社会在不断进步，液压支架在受到外载荷和冲击的作用下，导致顶梁、底座柱窝的焊缝失效。
通过对顶梁、底座承载结构的分析，确定了立柱和顶梁、底座柱窝复位的维修工艺方案。
关键词：液压支架；柱窝；穿底；维修引言煤矿井下开采中使用大量的液压立柱支护顶板，有效地保证了煤矿井下生产的安全性，液压支架属于承载设备，采掘过程中抵抗顶板周期载荷冲击，加上巷道中高温、粉尘及湿度的影响，液压支架立柱容易出现各种故障。
立柱作为液压支架主要的承压部件，属于核心零部件，立柱的故障直接关系到液压支架支撑力的稳定性及可靠性，立柱故障容易引起煤矿井下安全事故。
随着井下液压支架使用量的不断加大，立柱的维修量也逐渐增加，科学合理的立柱维修方案有利于降低维修成本，提高立柱维修质量及使用性能。
1液压支架的组成(1)以红柳林矿液压支架ZY17000/32/70D型为例，该型号液支架由顶梁、伸缩梁、护帮、掩护梁、底座组成，液压缸由立柱、平衡、伸缩、侧推、移溜、起底、一护、二护、三护等组成。
一个完整的液压支架系统按功能由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和乳化液。
控制部件:阀组(由单个阀片组成)、连接管路等组成。
(2)操作顺序:搬动操作阀组中的控制阀片，实现液压千斤顶的伸缩，达到液压支架的升架、降架、移溜等各种液压功能的实现，并且保压3-5分钟检查是否有渗液和漏液现象。
2维修工艺方案2.1顶梁修复顶梁柱窝焊缝缺陷一般最先出现在前、后盖板，随着裂纹的扩张和柱窝承载力的作用，两侧板与柱窝的焊缝逐步开始出现开裂。
由于顶梁结构的特殊性，顶梁柱窝焊缝失效后，立柱的支撑力直接作用到柱窝与底板间的筋上。
冲击力在筋上得到缓冲释放，顶梁底板不会立即出现穿底现象。
当支架在井下运行时出现柱窝焊缝开裂，必须尽快组织焊缝的修复工作，避免焊缝裂纹的进一步扩展导致柱窝的移动，给支撑安全造成影响。
井下顶梁柱窝修复可采取焊缝修复的办法，为避免仰焊缺陷对焊接质量的影响，可采用增大焊角的办法。
大工作阻力液压支架顶梁柱窝结构的改进设计
柱 窝结 构 进 行 计 算，论 证了小 柱 窝结 构比 单 体 柱 窝结 构具 有 接 触、焊 缝 应 力小且 整 个 结 构 受 力 均 匀的 优 点，从设 计 角度 讲该 种 结 构更 能 满足 大 工作 阻 力 液 压 支 架 的高 可 靠性要求。
σ max
= 0.3883
pe2
r2 − r1 r1r2
2
（1）
式中 p ——载 荷 ； e ——材料 的弹 性模量； r1 ——活柱的半径； r2 ——柱窝的
半 径。
但是上述计算方法并没有充分考虑老
顶来压或冲击矿压对顶梁柱窝的瞬时作用，
再加 上顶 梁 柱 窝是 铸 造 件，其铸 造 缺 陷 又
1 传统顶梁柱窝结构型式——单体柱 窝结构
传统 的顶 梁 柱 窝结 构 常 常采 用单体 柱 窝结 构型式，如图1所 示。这 种结 构直 接 将 顶 梁 柱 窝坐在顶 梁顶 板 上。在 支 架 承受 一 定 工作 阻 力时，立 柱 和 柱 窝的 最 大 接 触 压 力 可以通 过式（1）进行 计算[1]，然后再进一步 验算柱窝的安全系数是否满足使用要求：
近几 年来，我 国综 采 工作面 开 采 强 度 逐 渐 加 大 ，支 架 的 工作 阻 力 也 越 来 越 大 ，其 中 神 华 7.0 m 两柱 掩 护 式 支 架 工作 阻 力 达 到 18 0 0 0 k N，酸 刺沟4 .5 m 四柱 支 撑 掩 护式 放顶煤 支架 工作阻力达 到210 0 0 k N。随着 支 架 工作 阻 力的 不 断 增 大 ，也带 来了支 架 顶 梁柱窝结构的性能和可靠性能否满足液压 支 架 高 工作 阻 力 要求 的问 题。而 传 统 的 顶 梁 柱 窝结 构 作为 液 压 支 架受 力最 复 杂、最 恶 劣 的 关 键 部 位 ，在使 用过 程中时有 损 坏情况 的 发 生，为此 必 须 采 用新型顶 梁 柱窝结 构。
液压支架掩护梁改进
FORUM....I.迄捱題笛液压支架掩护梁改进□杜云强大同煤矿集团综采办公室在开展煤矿综合开采工作的过程中，液压支架属于重要支撑设备之一，其主要由底座、顶梁、前后连杆以及掩护梁等多个部分共同组成，并且对液压支架进行应用，其有利于促使劳动生产率得到提升，也就能够减轻相关工作人员的工作强度、保障生产安全以及降低生产成本，由此可见，液压支架的设计情况能够对煤炭开采效率起到决定性作用，特别是液压支架中的掩护梁，若能够对其进行有效改进，其可靠性可以得到有效提升。
1掩护梁的静力分析1.1问题描述在通常情况下，应釆用熔化焊的方式对液压支架掩护梁的各个部分实施组装工作，熔化焊热能够产生的影响相对较小，所以掩护梁母材受到的热应力以及残余应力所产生的影响基本可以忽略，也就可以认为其强度与母材强度相同。
对掩护梁进行制作，其所应用的主要材料为弹性模量为211GPa的Q460高强度焊接结构钢，其具有0.3的泊松比，四连杆机构由底座、前后连杆、顶梁以及掩护梁共同组成，液压支架进行工作时，需要承受来自于顶梁、前后连杆以及平衡千斤顶三个方面的荷载。
与此同时，因为工况通常是较为复杂的，所以，以此为基础对掩护梁进行耦合加载处理，假想一质点将其设置于受力位置中心处，之后将加载工作开展于质点的位置上，通过对节点作用的应用，加载于质点上的荷载能够本传输至下一个节点，并且，通过如此的方式对荷载进行传递，能够有效实现对掩护梁荷载的施加工作，同时在此情况下，掩护梁的作用力与施加于质点处沿X、Y方向的作用力相等，所以顶梁对于掩护梁所产生的作用力等效于巧x=208kN,F jy=215kN,前连杆对于掩护梁所产生的较接作用力等效为F2x=160.75kN, F”=355.6kN,后连杆对于掩护梁所产生的较接作用力等效为F jx=223.68kN,F3Y=95A7kN,平衡千斤顶对于掩护梁所产生的较接作用力等效为P4X=285.5kN,F4Y=449.55kN。
液压支架强度优化设计方法
液压支架强度优化设计方法普通工况运行中，液压支架工作部件中掩护梁受力最大，一旦顶梁存在偏载工况，就会影响掩护梁受力，使掩护梁出现应力极限值。
在优化液压支架强度设计时，还需引入疲劳寿命指标。
针对上述要求，在掩护梁强度设计中，需要将疲劳寿命与最大应力约束视为假设条件，在有限元分析的基础上，拟定可靠的设计方案，达到增强液压支架运行效果的目的。
鉴于此，本文是对液压支架强度优化设计方法进行研究，仅供参考。
标签：液压支架；强度；设计方法引言：液压支架在煤矿工程中发挥着重要作用，能够使顶梁的极限承载力变大。
然而，就目前煤矿工程中顶梁受力情况分析来看，其形势不容客观，因此应当改变顶梁的承载力极限状态。
为了使顶梁的所受应力的极限值得到增加，应当在顶梁下面加液压支架来达到这个目的。
一、我国液压支架发展概况在煤矿开采的过程中，液压支架在综采工作面中是必不可缺的设备之一，液压支架与输送机及采煤机一同工作，实现了煤矿开采的机械化建设。
液压支架在煤矿开采的过程中发挥着关键性作用，其所发挥的作用主要是支撑矿井里的顶板，保障煤矿开采过程的安全性。
有无液压支架成为普通机械化采煤与高档普通机械化采煤之间的最大差异。
液压支架能够让高档普通机械化采煤中的顶板一直处于良好的状态，使煤矿开采过程中的劳动强度得到极大地降低，并使开采的工作效率得到提高。
随着社会的不断发展，人们对能源的需求也越来越多，相应的对煤矿的需求量也逐渐增多，这就使得煤矿企业必须提高开采煤矿的工作效率，而液压支架的应用不仅能使煤矿的开采工作达到机械化，还能让煤矿的开采效率得到提高。
除此以外，目前我国实现机械化的煤矿企业只占少数，这就使得液压支架在煤矿企业未来的发展过程中逐渐得到应用。
在进行煤矿长壁开采工作面中液压支架是必不可缺的机械设备，液压支架的技术水平能够反映出一个国家煤矿企业的机械化建设程度。
二、基于最大应力的可靠性设计在设计液压支架掩护梁强度时，把掩护梁最大受力在极限水平内作为条件，为便于分析，可以在掩护梁最大区域考虑两个采样点，将它们作为对比依据，通过分析，以不断优化设计。
煤矿综采液压支架的故障分析与改进措施
改进 措施是：①检 查压力表 的数值是否符合规 定，如果 未达到
规定应力值 则需要调整压 力或检验乳化液泵 ；②检查与推移油缸相 连的高压胶 管，看它是否损坏 ，如果有损坏则需要更换 ；③检测推 移油缸是 否存在损坏或泄漏， 如果存在则需要修补或更换推移油缸 。 ２ ． ３ 底 座 故 障 液压支架的底座直接与底板 接触 ，它是支架 的主要承载和受力 部位，也是液压 支架整体 结构 中受力最集 中、最复杂 的部位 。依据 煤层底板 的起伏程度和抗压强度， 底座的结构形式分为 刚性整体式 、 刚性分体式和分体式三种 。下 图显示 了液压支架底座 的三种工况加 载方式。因为底 座在 工作 过程 中主要收到扭转力 的作用 ，而且受力 情况复杂，容易产 生裂纹和发生裂纹扩展 。所 以，底座的故障通常 为主筋断裂和球 窝碎裂两种。 改进 措施：减 小底座 的受力情况 ，特别是减小扭转力的大小和 幅度，同时耍对底座进行定期检查和维护 。
液压支架的立柱故障主要体现在五个方面 ，故障分 析及排 除和
处理方法如下：
２ ． １ ． １乳化液外漏 故障主要原因是：①密封件 尺寸不合 适或者 已经损坏 ；②接头 焊缝中有裂纹；⑨沟槽存在缺陷 。 改进措施是：①更换尺寸不合适或者 已损坏 的密封件 ；②修补
接头处的焊缝；③ 处理沟槽 中的缺陷 。
２ ． １ ． ２ 立柱不能升架或升速慢 故障主要原因是：①泵压较低，流量较小；②操纵 阀窜液或者 漏液：③截止阀没有打开或打开得 不够 ：④立柱 内窜或外漏 ；⑤过 滤器被堵塞。 改进措施是：①检查泵压是否达到要 求，有 需要便 调整泵压 ， 同时检查与调节液源和管路的流量大小；②检查操纵 阀是否漏液或 窜液，如果有则需要更换片阀或操 纵阀组 ；③打开截止 阀，并打开
液压支架立柱活柱焊接结构及工艺改进
2 工作原理
该稳杆器变滑动摩擦为滚动摩擦,减少了摩擦 阻力,延长了牙轮钻具的穿孔寿命.滚轮式稳杆器 工作时 (见图 2) 靠 3 个滚轮在孔壁上滚动来扩充压实 炮孔.当钻机给钻头施加回转力矩和轴向压力时,其 滚轮沿钻头相反方向在孔壁上滚动,从而使滚轮上的 柱齿凿碎,压入,剪切和刮削钻头未来得及凿碎的岩 石,达到稳定和保护钻杆的目的.
4 使用效果
钻进控制回路改进后的 AD130 大型竖井钻机, 钻进控制系统稳定可靠,调节方便.由于该系统中增 加了精密流量计,利用 PLC 进行运算处理,在操作 台上直接显示当前钻进量,操作简便,大大提高了钻 进效率,降低了施工成本.□
经 验
(收稿日期:2009-10-13)
论文编号:1001-3954(2010)05-0118-02
论文编号:1001-3954(2010)05-ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ119-02
牙轮钻滚轮式稳杆器研制
黄 河
中国石油天燃气总公司江西吉安公司 江西吉安 343000
牙 偿杆组装成一体作为穿孔器具,并采用压气排
轮钻机是以牙轮钻头,稳杆器,牙轮钻杆及补 渣的自行式钻孔机械.稳杆器的功能是将牙轮钻头 未来得及凿碎的矿石进一歩压碎,并将孔壁进一歩压 实与扩充,保证孔径与钻头一样大,避免钻杆被岩渣 掩埋.目前使用的牙轮钻稳杆器均为滑块式,是在
液压支架立柱活柱 焊接结构及工艺改进
高洪岩
铁煤集团机械制造有限责任公司 辽宁调兵山 112700
1.定量泵 2.溢流阀 3.滤油器 4.压力表 5.电磁阀 6.电磁阀 7.比例 流量阀 8.单向阀 9.流量计 10.调速阀 11.液控单向阀 12.主油缸
图 2 改进后的钻进控制回路
液 的主要产品之一,其活柱的焊接缺陷一直困扰
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大工作阻力液压支架顶梁柱窝结构的改进设计摘要：该文通过对顶梁传统柱窝结构的研究，分析了此种结构不能满足大工作阻力液压支架可靠性要求的原因，并在此基础上提出了一种新型顶梁柱窝结构，最后通过立柱加载模拟计算，论证了该种结构比传统顶梁柱窝结构更能适应大工作阻力液压支架的可靠性要求。
关键词：大工作阻力液压支架柱窝结构改进设计
近几年来，我国综采工作面开采强度逐渐加大，支架的工作阻力也越来越大，其中神华7.0m两柱掩护式支架工作阻力达到18000kN，酸刺沟4.5m四柱支撑掩护式放顶煤支架工作阻力达到21000kN。
随着支架工作阻力的不断增大，也带来了支架顶梁柱窝结构的性能和可靠性能否满足液压支架高工作阻力要求的问题。
而传统的顶梁柱窝结构作为液压支架受力最复杂、最恶劣的关键部位，在使用过程中时有损坏情况的发生，为此必须采用新型顶梁柱窝结构。
1 传统顶梁柱窝结构型式——单体柱窝结构
传统的顶梁柱窝结构常常采用单体柱窝结构型式，如图1所示。
这种结构直接将顶梁柱窝坐在顶梁顶板上。
在支架承受一定工作阻力时，立柱和柱窝的最大接触压力可以通过式（1）进行计算[1]，然后再进一步验算柱窝的安全系数是否满足使用要求：
式中——载荷；——材料的弹性模量；——活柱的半径；——柱窝的半径。
但是上述计算方法并没有充分考虑老顶来压或冲击矿压对顶梁柱窝的瞬时作用，再加上顶梁柱窝是铸造件，其铸造缺陷又在一定程度上降低了支架的承载能力，从而带来了很大的安全隐患（如图3所示）。
根据目前国内大工作阻力液压支架工作面生产实践经验，随着支架工作阻力的增大，特别当支架用到直径360mm以上立柱时，单体柱窝结构已经很难满足局部强度要求。
2 新型顶梁柱窝结构型式——小柱窝结构
新型的顶梁柱窝结构采用小柱窝坐落在马鞍板上的结构，如图4所示。
小柱窝结构相对于单体柱窝结构，具有很好的传力效果，它将立柱的作用力通过三次逐步分解，相对缓和的传递到梁体主筋上。
具体过程如下：先将立柱作用力由柱头传递到小柱窝上如图5（a）所示，再由小柱窝传递到马鞍垫板上如图5（b）所示，最后由马鞍板传递到两侧横筋和底部十字筋板结构如图5（c）所示。
该结构型式传力的关键是传力焊缝的质量保证如图5（d）所示，周边焊缝设计时，即要考虑的焊材和板材的焊接匹配及接头形式的选取，还要考虑焊接的操作性，设计柱窝结构时保证有足够的焊接操作空间和焊缝结
构的完整统一，尽量增大圆滑过渡减少截面突变，防止出现应力集中等。
3 基于有限元的柱窝结构型式对比分析
根据《MT 312-2000液压支架通用技术条件》要求，应以1.3倍的额定工作阻力对顶梁和底座柱窝加载一次，保压5min。
其柱窝加载简图和垫块位置如图6所示。
但是为了对支架顶梁柱窝型式受力的内部情况有所对比，在此使用有限元软件ANSYS进行模拟计算。
其计算工况为：1.3倍额定工作压力（以φ360mm立柱为基准）顶板垫板距柱窝两侧100mm。
单体柱窝结构计算结果评析：从结果上看，单体柱窝最大应力为524.23Mpa，焊缝应力为406.05MPa，应力突变幅度相对较大，对焊缝质量要求较高，在此情况下较易出现柱窝未被压碎而柱窝周边焊缝先撕开的现象。
小柱窝结构计算结果评析：从结果上看，小柱窝最大应力为474.53Mpa，结构受力情况有所改善，减少约50Mpa，小柱窝下面的垫板和十字筋受力都不是很大，均匀性较好，特别是柱窝边缘焊缝应力仅为215MPa。
虽然柱窝本身由于挤压接触问题，应力很难降低，但相对于单柱窝结构型式还是较小的。
柱窝周边焊缝得到了加强，应力突变幅度相对平滑，整体上满足设计需要，从设计角度讲应属于推荐设计结构。
4 结语
利用ANSYS软件对单体柱窝结构和小柱窝结构进行计算，论证了小柱窝结构比单体柱窝结构具有接触、焊缝应力小且整个结构受力均匀的优点，从设计角度讲该种结构更能满足大工作阻力液压支架的高可靠性要求。
参考文献
[1] 王建鲁，王建．高工作阻力液压支架柱窝的计算和分析[J]．哈尔滨：煤矿机械杂志社，2010（6）．
[2] 王国法．液压支架技术[M]．北京：煤矿工业出版社，1999.
[3] 胡国良，任继文，龙铭．ANSYS13.0有限元分析实用基础教程[M]．北京：国防工业出版社，2012.。