ZY10800P28P63 型液压支架推移杆可靠性分析与研究.pdf

ZY10800P 28P 63 型液压支架推移杆可靠性分析与研究 孙红发1, 于德润2, 刘富营2, 曹必德1 1. 郑州煤矿机械集团有限责任公司, 郑州 450007; 2. 中国矿业大学, 江苏 徐州 221008 摘要 从长推杆的结构特点、 适应条件及受力情况出发, 结合 ZY10800 P 28P 63 型液压支架推 杆形式, 分析长推杆在高产高效液压支架中的适应性, 通过二维计算及三维建模应力分析, 研究长 推杆在液压支架中的高可靠性。 关键词 液压支架;长推杆;可靠性 中图分类号 TD355 文献标志码 A 文章编号 1003 -0794 2008 06 -0045 -03 Relay Bar Reliability Analysis and Research of ZY10800P 28P 63 Support SUN Hong- fa 1, YU De- run2, LIU Fu- ying2, CAO Bi- De1 1. Zhengzhou CoalMine Machinery Group Co. , Ltd. , Zhengzhou 450007, China; 2. China University of Mining Technology, Xuzhou 221008, China Abstract Based on the structural characteristics of long relay bar, adapting conditions and circumstances of the force, combined with the relay bar of ZY10800 P 28 P 63 type hydraulic support to analyze long relay bar adapta - tion in hydraulic support of high yield and high efficiency. By 2D calculation and 3D modeling stress analysis to make a research on the high reliability of long relay bar in hydraulic support. Key words hydraulic support; long relay bar; relibility 1 ZY10800 P 28 P 63 型液压支架推移杆形式613 m 支架是目前世界上工作阻力最大、 重量 花, 与爆破处理回采工作面后方悬顶相比, 安全程度 显著提高。退锚后, 顶板随采随冒, 起到安全诱导放 顶的作用。试验结果表明, 该套设备比较可靠, 适合 在井下高瓦斯危险环境下应用。 图 3 前混合磨料水射流切割装置系统 11 液压泵站 21 过滤器 31 阀 4、 9 1 压力表 5 1 单向阀 6 1 联轴器 7 1 水箱 8 1 高压泵 101 调压溢流阀 11 1 开关 12、 131 丝杠 141 辅助机械切割臂 4 结语 1 前混合磨料水射流切割方法相对于后混合 式, 具有系统简单、 功耗小、 成本低的优点, 为煤矿锚 杆、 锚索等支护巷道放顶提供了新的技术途径和方 法, 该方法的推广能带来很好的社会效益; 2 设计研制了适合井下复杂环境下进行切割 的前混合磨料水射流切割装置, 该装置安全性好, 相 对轻便, 利于在煤矿井下推广使用; 3 通过现场试验表明 该套设备比较可靠, 能 够较快速地切割锚杆锁具, 达到了安全诱导放顶的 效果。 参考文献 [ 1] 聂百胜, 宫伟力, 兰日昌, 等. 隧道、 地下工程及岩石破碎学术研讨 会论文集[ C] . 大连 大连理工大学出版社, 2007. [ 2] 刘浪, 杨春敏, 韩东太, 等. 煤矿井下危险环境磨料水射流切割技 术探讨[ J] . 煤矿机械, 2003, 24 4 29- 31. [3] 李宝玉. 易燃易爆环境下安全切割装置的研制[ J] . 流体机械, 2005, 33 2 42- 44. [ 4] 陆国胜, 龚烈航, 王强, 等. 前混合磨料水射流磨料颗粒加速机理 分析[ J] . 解放军理工大学学报 自然科学版 , 2006, 7 3 275- 280. [ 5] 兰日昌. 煤矿井下磨料水射流安全诱导放顶技术及应用研究 [D] . 北京 中国矿业大学, 2007. 作者简介 刘芳彬1979- , 河南商丘人, 中国矿业大学 北京 在读安全技术及工程专业, 博士, 研究方向 煤岩动力灾害防治, 电子 信箱 liufangbin- 5163. com. 收稿日期 2008 -01 -11 45 第29 卷第6 期 2008 年 6 月 煤 矿 机 械 Coal Mine Machinery Vol129No16 Jun. 2008 最重、 高度最高、 工作面配套最大的两柱掩护式液压 支架, 支架选用整体长推杆, 推移千斤顶缸径 200 mm。整体长推杆倒装形式, 能够实现推移千斤顶大 腔拉架、 小腔推溜, 且拉架时, 推移千斤顶对底座前 端产生垂直向上的分力, 可将底座前端向上抬, 有助 于顺利拉架, 适应于这种高产高效高可靠性的大采 高支架, 保证整个工作面配套的需求。目前国内生 产高产高效高可靠性的液压支架全部采用整体长推 杆倒装形式, 结构布置合理、 受力均衡、 性能稳定。 国外为神东配套两柱掩护式液压支架也是整体长推 杆结构的形式, 材料选用高强度等级钢板, 结构简 单, 性能可靠, 可以满足工作面高产高效的要求。 2 ZY10800 P 28 P 63 型液压支架推移杆分析与研究 1 支架推杆结构特点及材料选用 采用整体长推杆箱形结构形式, 箱形宽度 200 mm, 高度 170 mm, 箱形中部有一竖肋, 增加推杆的 抗弯能力。推杆前部通过断裂销与连接头相连接, 断裂销对连接头及推杆起到保护作用, 推杆尾部与 推移千斤顶连接, 推杆尾采用弧形面结构, 连接销轴 孔倾斜一定角度, 增强了推移千斤顶摆动位置及推 拉力的适应性。 推杆主肋、 中肋及上下盖板材料采用 100 kg 级 钢板, 前部与连接头连接的耳板采用80 mm 厚80 kg 级钢板, 后部与推移千斤顶连接座采用高强度等级 铸件, 保证其有足够大的安全系数, 提高推杆抗拉抗 弯强度, 实现工作面的快速推进。 2 支架推杆受力分析 用三维制图软件 PROE 建推杆模型, 导入UG 分 析软件, 运用NX划分网格如图 1 所示, 分析推杆在 受推移千斤顶、 抬底千斤顶最大力, 并过载 50, 同 时受侧向力时推杆各部分应力值。 图 1 推杆网格划分图 运用三维有限元分析的方法, 对推杆所加载外 力与实际工作时受力接近, 分析结果准确可靠。以 下是在各种工况下分别对推杆进行有限元分析 只受推移千斤顶推力 通过对三维模型模拟 加载推移千斤顶推力, 进行有限元分析, 分析推杆在 推移千斤顶达到额定载荷, 并过载 50 时各部分所 受应力, 推杆受力如图 2 所示。有限元分析结果如 图 3 所示。 图 2 受推移千斤顶力示意图 图 3 受推移千斤顶力时应力图 只受抬底力 通过对三维模型模拟加载抬底 千斤顶力, 并过载 50 , 进行有限元分析, 分析推杆 在只受抬底力时的弯曲应力, 推杆受力如图4 所示。 有限元分析结果如图 5 所示。 图 4 受抬底千斤顶力示意图 图 5 受抬底千斤顶力时应力图 只受侧向力 通过对三维模型模拟加载侧向 力, 进行有限元分析, 分析推杆只受侧向力时的弯曲 应力, 推杆受力如图 6 所示。有限元分析结果如图 7 所示。 图 6 受侧向力示意图 图 7 受侧向力时应力图 同时受推移千斤顶力、 抬底力、 侧向力 通过 对三维模型模拟加载推移千斤顶、 抬底千斤顶最大 力, 同时加载侧向力, 进行有限元分析, 分析推杆工 作条件最恶劣, 受力最大时的弯曲应力, 推杆受力如 46 Vol129No16 ZY10800P 28 P 63型液压支架推移杆可靠性分析与研究 孙红发,等 第 29 卷第6 期 图8 所示。有限元分析结果如图 9 所示。 图 8 受推移、 抬底及侧向力示意图 图 9 受推移、 抬底及侧向力时应力图 通过对推杆各种工况加载分析, 可以找出在每 种工况下应力最大值及最大应力位置, 有利于提高 推杆可靠性。 3 推杆尾部结构及连接销受力分析 推杆尾结构如图 10 所示, 上盖板与后部耳座焊 平, 这种结构解决了推杆后耳座处容易积矸问题。 后连接座连接耳与推移千斤顶连接处采用弧形面结 构, 增强了连接耳与推移千斤顶活塞杆连接后的摆 动适应性。连接耳上销轴孔倾斜形状, 与推移千斤 顶作用线成垂直状态, 最大角度偏差4b, 增强了推杆 尾与推移千斤顶作用力的适应性。 图 10 推杆尾部结构图 3 结语 长推杆倒装结构适应这种像 ZY10800P 28 P 63 型 大工作阻力、 大吨位、 大配套、 高可靠性液压支架, 强 度高、 不易损坏、 维修更换率低, 可以满足工作面高 产高效的要求。推移千斤顶缸径 200 mm, 拉架力 可以达到989 kN, 长推杆箱形结构安全系数大, 可靠 性高, 并且千斤顶倒装, 大腔拉架, 拉架力大实现工 作面的快速推进。 长推杆结构简单, 主要由主肋、 上下盖板组成箱 形加上前连接耳板和后连接耳座组成, 箱形内部有 中肋和小的横肋, 因此在满足承受大的交变力的作 用下, 减轻了推杆的重量。横截面小, 满足结构布置 的需要和排浮煤的要求。 通过对 613 m 支架推杆的分析计算, 可以了解 长推杆对工作面条件、 配套和液压支架的适应性, 掌 握支架设计中推杆的重要性和关键性, 有利于对推 杆设计的优化, 适应高端支架的要求, 保证整个工作 面高产高效快速推进。二维计算和三维分析, 非常 直观地分析出推杆在恶劣工况下的受力情况, 了解 推杆在使用当中重要的受力部位和受力大小, 更有 利于对支架的维护和设备的保养。 参考文献 [ 1] 王国法. 液压支架技术[M] . 北京 煤炭工业出版社, 1999. [ 2] 张继春. ProP Engineer二次开发适用教程[ K] . 北京 北京大学出版 社,2003. [ 3] 丁绍南. 液压支架设计[M] . 北京 世界图书出版公司, 1992. 作者简介 孙红发 1980- , 河南驻马店人, 助理工程师, 2003 年毕业于沈阳工业学院机械设计制造及其自动化专业, 学士学位, 主 要从事煤矿机械的设计研究工作, 电话 0371- 67891188, 电子邮箱 sunhongfa99113 163. com. 收稿日期 2008 -02 -14 南屯矿使用瓦斯断电仪有经验 在沿空掘进煤巷和半煤岩巷上, 许多大型煤矿一般都由工作面迎头便携式瓦斯检测报警仪、 瓦斯断电仪和回风监测系统 的瓦斯传感器组成三位一体的自动监控单元。为了保证瓦斯超限后能够立即断电, 瓦斯断电仪基本都是安装在掘进机上的。 由于瓦斯断电仪没有特殊的减振措施, 经常出现误动作。为了寻求合理的改造方案, 兖州矿业集团 公司南屯煤矿对此进行 了研究, 并在不影响原电路设计本安性能的前提下对软、 硬件进行了相关的改进和实验。 发现因连续振动产生误断电的主要原因有 2 个 小信号继电器在振动中易发生机械触点碰合; 校正断电仪必须调整 电位器, 长期使用导致电位器旋钮松动, 在振动的影响下发生平衡电桥零点漂移, 当负向漂移达- 0. 10时, 断电仪输出断电信 号使被控设备断电。为此, 对断电继电器重新选型, 选用固态继电器代替原小型继电器, 利用分立器件、 集成器件及微电子技 术实现控制回路输入端 与负载回路输出端 之间的电隔离及信号耦合, 没有任何可动部件或触点, 能与逻辑电路兼容、 抗 干扰能力强。为了实现遥控功能, 在硬件方面设计了由集成脉冲发生器及分立元件组成的发射装置和由红外线接收器与单 片机联接实现接收的装置。发射装置共有 4 个遥控键, 输出脉冲个数分别为 7、 8、 9、 10, 被单片机接收后分别执行开始/ 结束、 浓度值上升、 浓度值下降和复位功能。接收装置为设计的核心部分, 负责完成脉冲接收和处理。此外, 还进行了相关软件的 设计, 尽最大可能解决误断电故障, 保证掘进工作面安全、 正常生产。李剑峰 供稿 47 第 29 卷第 6期 ZY10800P 28 P 63型液压支架推移杆可靠性分析与研究 孙红发, 等 Vol129No16