液压支架的力学分析.pdf

第 3 0卷第7期 2 0 0 9年 7月煤矿机械 Co a l Mi n e Ma c h i n e r y Vo 1 ． 3 0 No ． 7 J u 1 ．2 0 0 9 液压支架的力学分析李厚常西安科技大学能源学院，西安 7 1 0 0 5 4 摘要介绍液压支架在我国综合机械化采煤中的应用，以及两柱掩护式液压支架顶梁、掩护梁与底座的设计结构，并对各结构件进行了受力分析，分析结果对液压支架的设计和性能评估具有参考价值。关键词液压支架；力学分析；工作压力；受力模型中图分类号 T G 3 5 5 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 3 0 7 9 4 2 0 0 9 0 7 0 0 6 9 0 3 F o r c e An a l y s i s o f Hy d r a u l i c S u p p o r t L I Ho uc h l u l g E n e r g y C o l l e g e ， X i ’ a n S c i e n c e＆T e c h n o l o gy U n i v e r s i t y ， X i ’ an 7 1 0 0 5 4 ，C h i n a Ab s t r a c t T h e a p p l i c a t i o n o f h y d r a u l i c s u p p o rt i n c o mp r e h e n s i v e me c h a n i z e d c o a l mi n i n g i n C h i n a a n d d e s i g n s t r u c t u r e o f t o pb e a m ，s h i e l db e a m a n d b a s e f r a me o f t wop r o p s hi e l d h y d r a u l i c s u p p o r t wa s i n t r o d u c e d ． As we l l a s a n a l y s e d t h e f o r c e o f s t r u c t u r a l c o mp o n e n t ．T he a n aly s i s r e s u l t h as r e f e r e n c e v alu e f o r h y d r a u l i c s u pp o s i n d e s i gn a n d p e r f o r ma n c e a s s e s s me n t ． Ke y wo r d s hy d r a u l i c s u p p o r t ；f o r c e a n aly s i s ；wo r k i n g pr e s s u r e；f o r c e mo d e l 、、、、，法对液压支架工作阻力的变化进行分析，建立了液压支架工作阻力的预报模型。该模型能够实现多步预测，预测液压支架工作阻力的变化情况，据此便可以根据系统所允许的误差来分析工作阻力的变化是否符合要求。如果不符合设备所允许的误使阻力使液压支架维持正常工作做下了铺垫，从而使安全生产得到保证。表 1 一步预测分布计算过程参考文献 [ 1 ] 李飞谷．煤矿液压支架故障分析及应用[ J ] ．科技信息， 2 0 0 8 1 O 3 0 4 ． [ 2 ] 邵林波．如何确定液压支架的工作阻力[ J ] ．昆明冶金高等专科学校学报， 2 0 0 2 9 l 4一l 5 ． [ 3 ] 张璐璐，陈晓怀，程真英．加工装置的精度动态损失贝叶斯建模预报[ J ] ．黑龙江科技学院学报。 2 0 0 6 2 1 0 21 0 6 ． [ 4 ] 刘慧颖． M A T L A B R 2 0 0 6 a基础教程 [ K】．北京清华大学出版社， 2 0 o 7 ．作者简介闵玉婷 1 9 7 4一，女，陕西渭南人， 1 9 9 7年毕业于阜新矿业学院机械系，现任陕西能源职业技术学院讲师，从事机电教学工作．一 6 9 一收稿日期 2 0 0 9 0 1 0 l 第3 0卷第7期液压支架的力学分析李厚常 V 0 1 ． 3 O N o ． 7 0 引言随着综合机械化采煤技术的不断发展及应用，综采液压支架的研发、设计与制造也有了长足的进展。回采工作面常用自移式液压支架是以高压液体作为动力，并由液压元件与金属构件组成的一种用来支撑和管理顶板的设备，它不仅能实现支撑、切顶和隔离采空区，而且还能使支架本身前移和推动输送机，是综合机械化采煤工作面的重要设备之一，因此，通过对两柱掩护式液压支架关键部位的受力分析，对其科学设计、合理应用及安全可靠都有着重要的意义。 1 掩护式液压支架结构特点在综采机械化采煤工艺下，掩护式液压支架的应用越来越广泛，图 1所示为两柱掩护式液压支架一般方案图，两柱掩护式特点支架配备一个整体底座，底座的2个相互连接的座箱被底座中间的过桥分开，设有提架和调架装置；掩护梁通过四连杆与底座相连，四连杆是一种机械结构，其作用是在支架升降过程中使顶梁前端至煤壁的距离近似恒定值；顶梁下面以球形铰接方式连接着 2根立柱，把立柱的支撑点传输给顶板；支护性能好、强度高、移架速度快、安全可靠。图 1 两柱掩护式液压支架．底座 2 ．后连杆3 ．前连杆4 ．掩护梁5 ．平衡千斤顶6 ．立柱 7 ．顶梁8 ．护帮千斤顶9 ．护帮板 2顶梁受力分析顶梁是液压支架的直接承载部件，对防止顶板冒落具有重要意义。因此，顶梁除应具有一定的刚度和强度外，还要对顶板有较高的覆盖率，以满足支护顶板的需要。此外，顶梁要尽可能适应顶板起伏不平的变化，与顶板的接触性要好，接触应力在顶梁上分布均匀，以防止其因局部受压过大而造成损坏；还要求其有稳定性，能有效地支撑顶板。从理论上分析，顶梁支撑力分布应与顶板载荷分布一致。但顶板载荷复杂，分布规律因支架顶梁与顶板的接触情况而异，因此将顶板受力简化为节点力。顶梁的分离体受力如图 2所示。已知设计立柱推力 P8 5 0 0 k N，平衡千斤顶 P 1 3 2 0 k N，顶梁与立柱铰接点h 。 1 2 0 mm，顶梁与掩护梁铰接点 h 2 5 2 mm，顶梁与立柱角度仅。 5 ． 8 。。顶梁与平衡千斤顶角度 2 7 ． 7 。，求顶梁所能承受的极限力值 F，受力点距离端点的距离以及顶梁与掩护梁铰接点受力， Y 。 ZF O ， F 一 P s i n O t 1 一P k C O S a 2 0 ] EF 0，一F Y Ps i n l P k s i n 20 Zm 。 0 F 一P k s i n 2 Z 2一P k C O S 2 h kh 2 一P c o s l f I 1 2 一P k s i n 0 [ 1 h 1 一h 2 一F h 2 0 图 2 顶梁分离体受力顶梁分离体受力图中有 4个未知数，而 3个方程不可解，所以要结合顶梁和掩护梁为分离体受力分析所列方程联立求解，图 3为顶梁掩护梁分离体。图 3顶梁和掩护梁分离体受力图 ∑Mo 0 F w h 2 h 3 P c o s l Z 1 Z 2 Z 3 一 P s i n h 3 h 2 一 h 1 一 F Z 3 O 整理得。 P 1 3 c o s 0 【一 3 s i n 1 一 P [ ／ a s i n a 2 c o s 0 f 2 k h 2 ] 一一当 P 为“” 平衡千斤顶为推力； W0时， F力最小；当 P 为 “一” 平衡千斤顶为拉力； W0 ． 3 时， F力最大。在验算顶梁强度时，按平衡千斤顶拉力， W 0 ． 3 进行计算，此时 F最大，这个条件能满足，其他条件都能满足 Ps i n 1Pk C O S O t F Y Pc o s O tPk s i n O t 2一F 求得结果 F 9 6 0 0 k N ； x1 2 5 9 m m ；一 3 1 6 8 k N ； y 一1 5 5 2 k N，这个结果说明，顶梁能承受 9 6 0 0 k N的压力，压力发生地点距离顶梁右端点 1 2 5 9 mm。一 7 0 ～第3 0卷第 7期 2 0 0 9年 7月煤矿机械 Co a l Mi n e Ma c h i n e r y V0 l I 3O No ． 7 J u 1 ．2 0 0 9 螺旋式旋风分离器分离性能影响因素的数值分析水高广德，张泽虎，何璐璐三峡大学，湖北宜昌 4 4 3 0 o 2 摘要借助 F U L E N T软件，对颗粒相的操作条件及螺旋式旋风分离器的几何参数与其分离性能的关系，进行了模拟研究，结果显示颗粒的初始位置、入射速度、颗粒粒径大小及分离器的排气管直径 d 。、阿基米德螺旋线系数， c 、分离区高度 h 。均对其分离性能产生较大影响，而排气管高度 h 影响较小。关键词螺旋式旋风分离器；数值模拟；分离效率；压力损失中图分类号 T H1 2 文献标志码 A文章编号 1 0 0 3 0 7 9 4 2 0 0 9 0 7 0 0 7 1 0 3 Nu m e r i c a l Va l u e An a l y s i s a b o u t Fa c t o r s o f Affe c t i n g Ca p a b i l i t y o f S p i r al Cy c l o n e S e p a r a t o r GAO Gu a n gd e ，ZHANG Zeh u，HE Lul u C h i n a S a n x i a U n i v e r s i t y ， Y i c h a n g 4 4 3 0 o 2 ， C h i n a Abs t r a c t T h e n u me r i c al v a l u e a n a l y s i s wh i c h i s a b o u t t h e r e l a t i o n s h i p b e t we e n t h e p a r t i c l e o p e r a t i o n c o n d i t i o n， t h e g e o me t r y p a r a me t e r o f s p i r a l c y c l o n e s e p a r a t o r a n d t h e c o l l e c t i o n e f fi c i e n c y i s c a r r i e d o u t b y u s i n g t h e s o f t w a r e ．A s a r e s u l t ， t h e p a r t i c l e i n i t i al l o c a t i o n， t h e i n i t i al v e l oci t y， t h e p a r t i c l e d i a m e t e r ，a n d t h e s e p a r a t o r e x h a u s t p i pe d i am e t e r d l ，t h e a r c hime d e s s p i r a l c o r d c o e f fi c i e n t K，t h e s e p a r a t i o n a r e a alt i t u d e h l a l e ma i n f a c t o r s tha t a ff e c t the c a p a b i l i t y the sep a r a t o r ，b u t the e ff e c t o f t h e e xha u s t p i pe a l t i t u d e h i s l i t t e r ． Ke y wo r d s s p i r al c y c l o n e s e p a r a t o r；n u me r i c al s i mu l a t i o n ； c o l l e c t i o n e f fi c i e n c y；p r e s s u r e d r o p {湖北省教育厅自然科学基金项目 J 2 0 0 7 1 3 0 0 2 、、、，、目、 8 3 底座受力分析液压支架的底座直接与底板接触，承受通过顶梁、立柱传递下来的顶板的垂直压力，也承受由底板向上作用力及四连杆传递的拉压、扭曲力，是与四连杆、推移框架、推移千斤顶等部件连接的载体。因此，底座除要满足一定的刚度和强度要求外，还要适应起伏不平的底板，比压要小；要有足够的空间便于人员操作和行走；图4为底座为分离体受力图，已知设计立柱推力 P 8 5 0 0 k N ，通过图 2和图 3计算得到 R - 4 4 4 0 k N， R 2 一 5 4 1 5 k N ，底座与立柱角度仪， 5 ． 8 。，底座与前连杆角度 d 4 8 ． 5 5 。，底座与后连杆角度 8 0 。，底座底板与后连杆高度 h 3 0 0肼n ，底座底板与前连杆高度 h 8 2 4 m n l ，底座底板与立柱铰接点 h ， 1 0 5 m r n，底座与前后连杆两铰接点水平距离厶 8 2 7 n l i n ，底座与立柱铰接点与底座与后连杆铰接点水平距离 f 6 1 7 1 4 m i l l ，求底座能承受的最大力以及受力点位置。。经计算可得图 4 底座分离体受力图 FlPs i n O l lRl s i n 3一R2 s i n 4； 1 1 _ [ 1 5 R l s i n 3 R l h 6 一h 5 C O S O l 3 p f 6 c o s I ’I 仅 l - p h 7 一h 5 s i n O t l F l h 5 ] 由此求得结果 F ， 9 2 0 0 k N； l 8 8 6 m m；结果说明，底座能承受 9 2 0 0 k N的压力，压力发生地点距离底座右端点 8 8 6 I n m。 4结语液压支架实际工况环境复杂恶劣，载荷变化很大，顶板和底板压力的大小和作用位置不确定，而且支架顶梁的接顶情况和底座的接地情况都是随时变化的。通过对两柱掩护式液压支架顶梁、掩护梁与底座受力分析与计算，掩护式液压支架的结构设计较为合理，性能稳定，质量可靠，能够在立柱额定工作压力状态下正常工作。参考文献 [ 1 ] 谢锡纯，李晓豁．矿山机械与设备[ M] ．北京中国矿业大学出版社， 1 9 9 9 ． [ 2 ] 丁绍南．液压支架设计 [ M] ．北京世界图书出版社， 1 9 9 2 ． [ 3 ] 曹必德．液压支架虚拟样机模型研究与特征分析[ D ] ．郑州郑州大学， 2 0 0 6 ． [ 4 ] 方慎权．采掘机械与液压传动[ M] ．徐州中国矿业大学出版社， 1 9 8 7 ．作者简介李厚常 1 9 8 1一，宁夏石嘴山人，硕士生，研究方向为综合机械化开采，电子信箱 l i h o u c h a n g 1 2 6 ． c o rn．一 71 一收稿日期 2 0 0 9 0 3 2 3