38掩护式液压支架重心位置研究.pdf

2 0 1 4年第 5 期 中州煤炭 总第 2 2 1 期 Z Y 7 6 0 0 ／ 1 8 ／ 3 8掩护式液压 支架重心位置研究 张景奎， 杨宏峰， 黄 自炎 郑 州煤矿机械 集团股份有限公司 ， 河南 郑州4 5 0 0 1 3 摘要 通过对掩护 式液压支架 三维模 型重心位置 的研 究， 绘制 了要设计 的 Z Y 7 6 0 0 ／ 1 8 ／ 3 8型掩 护式液压 支架 的重心轨迹 曲线， 同时对 重心 曲线进行分析 ， 认为该液压支架能够满足抗倾倒稳定 性的要求。该研 究对掩 护 式液压支架设 计提 供 了参考 。 关键词 液压支架 ； 重心； 稳定性 中图分类号 T D 3 5 5 ． 4 5 文献标志码 A 文章 编号 1 0 0 3 0 5 0 6 2 0 1 4 0 5 0 0 8 3 0 2 S t ud y o n t h e l o c a t i o n o f t he Ce n t e r o f Gr a v i t y o f ZY7 6 0 0 ／ 1 8 ／ 38 Sh i e l d Hy d r a ul i c Su pp o r t Zh a ng J i n g k ui ， Ya n g Ho n g f e n g， Hua n g Zi y a n Zh e n g z h o u C o a l Mi n i n g Ma c h i n e r y G r o u p C o ．， L t d ．， Z h e n g z h o u 4 5 0 0 1 3， C h i n a Ab s t r a c t T h i s p a p e r r e s e a r c h e s t h e l o c a t i o n o f t h e C e n t e r o f g r a v i t y o f s h i e l d h y d r a u l i c s u p p o r t ， a n d d r a ws t h e t r a j e c t o r y c u r v e o f ZY7 6 0 0／1 8 ／3 6 h y dr a ul i c s u pp o g c e n t e r o f g r a v i t y， S O a s t o v a l i da t e wh e t h e r t h e d e s i g n o f hy d r a u l i c s up p o r t c a n me e t t he r e qu i r e me nt s o f s t a b i l i t y o f a n t i du mp i ng ． I t h a s s o me r e r e n c e va l u e t o d e s i g n s h i e l d hy dr a u l i c s up p o r t ． Ke y wo r ds h y d r a u l i c s u pp o ； c e n t e r o f g r a v i t y； s t a b i l i t y 液压支架的稳定性是大倾角煤层开采的一个基 本 问题 ， 由于重力 的法 向 及切 向分 量 随 倾 角增 加 而 变化 ， 使得切 向分力增大而法向分力减小。因此 ， 工 作 面支 护系 统所 受 工作 载荷 变 小 ， 导 致 支 护 系统 失 稳 的外 部载 荷增 大 ， 工 作面 支架 下滑 、 倾 倒 及支 架 间 挤压 、 咬架现 象加 剧 。因 此 ， 在设 计 液压 支 架 时 ， 合 理确 定液 压支架 重 心位置 ， 对 预 防液压 支架倾 倒 、 下 滑 、 挤 压 、 咬架 问题 的解决 具有 重要 意义 。 1 支 架重心位置确定 的重 要-眭 支架 抗 倾 倒稳 定 性 受 力分 析 情 况 如 图 1所 示 。 支架在 自重 G、 顶板压 力 P、 底板反力 Ⅳ、 上下邻架 作用力 F 。 、 F 的作用下处于平衡状态 ， 取 O点为中 心 的合力 矩 ， 则有 F 】 一F 2 HP H s i n卢一B c o s ／3G s i n卢 一 Bc o s ／ 3 ／ 2 1 式 中， 为支架采高； 为煤层倾角 ； B为底座宽度 ； 为 支架 重心 高度 。 收稿 日期 2 0 1 40 21 1 作者简 介张景奎 1 9 8 O 一 ， 男 ， 河南 西平人 ， 助理工程 师 ， 2 0 0 5年 毕业 于河南理工大学 ， 现从事液压支架设计 工作。 图 1 支 架 抗 倾 倒 稳定 性 受 力 分 析 从式 1 可以看 出， 支架采高越低 、 底 座越宽 、 重 心越 低 ， 移架 过程 中支 架 的上邻 架对 支架 的压 力 越小 ， 支架越稳定 ， 适应 的倾角与来压强度将越大。 当支架处于 自由临界状态时 ， 则有 s i n卢B c o s ／3 ／ 2 2 由式 2 可 知 ， 在 自由状态 下 ， 支 架 倾 倒 与支 架 重 量无 关 ， 但 与支 架 的重 心位 置有关 。综上 所述 ， 合 理 确定 液压 支架 的重 心位 置对 预 防液压 支架 的倾 倒 有 着重 要意 义 。 2掩护式液压支 架重心位置确定 2 ． 1 重 心坐标 计算 公 式 8 3 2 0 1 4 年第5期 中州煤炭 总第2 2 1 期 支架 重 心分 析 情 况 如 图 2所 示 ， 设 掩 护 式 液 压 支架 有 n个 零 件 ， 各 零 件 的 重 量 为 ， 重 心 坐 标 为 ， Y ， 。 ， 由理 论 力 学 知 识 可 知 ， 掩 护 式 液 压 支 架 的重 心位 置 为 ∑P c 下 Y c 3 下 。 ∑Pf z c 下 理 论 上支架 的重心 可 采用 式 3 进行 求 解 。在 液压 支架 设计 阶段 ， 求解 出支架 的重 心位 置 ， 可 以很 好 地 验证 支架 的抗 倾倒 稳 定性 。 图 2支 架 重 心 分 析 2 ． 2 基 于 P r o ／ E 的掩 护式 液压 支架 重心 位置 曲线 随 着 计算 机 技 术 的发 展 ， 在 工程 设 计 领 域越 来 越 多地 采用 虚拟 样 机 进 行设 计 ， 而 其 中的 三 维 建模 软 件可 以方 便 地 求 解 出 物体 的重 心 [ 2 - 3 ] 。本 文 采 用 P r o ／ E作 为三 维设 计 工 具 ， 设 计 出掩 护 式 液 压 支 架 的j 三 维模型， 然后根据液压 支架高度 的变化计算 出 液 压支 架 重心 坐标 ， 最 后绘 制 出液 压 支 架 重 心 的 轨 迹 曲线 。可 以根据 轨迹 曲线 图校 核掩 护 式液 压支 架 的抗倾 倒 特性 。 本 文 选 取 Z Y 7 6 0 0 ／ I 8 ／ 3 8掩 护 式 液压 支 架 作 为 研 究对 象 ， 该 支架 的工 作 阻力 为 7 6 0 0 k N， 最 低高 度 1 ． 8 19 1 1 ， 最高高度 3 ． 8 m， 设支架质量 净 2 5 ． 2 t ， 工 作面倾 角 为 1 5 。 ， 底 座 宽度 为 1 ． 6 3 m， 支架 三维 模 型 如 图 3所 示 。 图 3 Z Y 7 6 0 0 ／ 1 8 ／ 3 8支架三维模型 在 上 述 模 型 基础 上 对 液 压 支架 进 行 运 动 仿 真 ， 8 4 可求得 在各 运 动 高度 时 支 架 重 心 的 位 置 ， 然 后 绘 制 重心曲线 ， 不同支架高度下重心位置见表 1 。 根据表 1 绘制出的液压支架重心铅垂位置曲线 如 图 4所 示 ， 根 据 此 曲线 可 以 计算 支架 的抗 倾 倒 性 能 ， 验 证 要设计 的 支架 是 否 符 合 性 能 要 求 。 如 当单 个液 压支 架在 最 高 高 度且 不 接 顶 时 ， 将 相 关 参 数 代 入式 2 可得 t a n l 5 。0 ． 2 6 70 ． 3 9 0 4 表 1 不 同支 架高度下支架重心位置 m 图 4支架重心铅垂位置 曲线 由式 4 可知 ， 该型液压支架 在工作面倾 角为 1 5 。 且 自由状 态移 架 时不 会倾 倒 ， 满足 抗倾 倒 性 能 的 要求 。但 是 ， 由式 4 可 推导 出 ， 当工 作 面 倾 角 大 于 2 l 。 时， 该型 号液压支架不再满 足抗倾 倒性能 的要 求 ， 支架 移 架时 必须 采取 抗倾 倒措 施 ， 如安 装 防倒 千 斤 顶或 采 取擦顶 移 架 。 3 结 语 支架在倾斜工作面移动时 ， 重心位置是否合理 将 决 定支 架 的横 向稳定 性 。 由于工 作面 的倾 角 不可 改变 ， 所 以在设 计 支 架 时需 要 验 算 支 架 在 倾 斜 工 作 面是 否需 要 防倒 防滑装 置 。本算 例 的应 用可 以指 导 相关计 算 ， 经 过计 算 确 定 支 架 在倾 斜 工作 面不 需 要 防倒 防滑 装 置时 ， 支 架 生 产 企 业 可 以 向 矿方 提 出依 据 ， 以降低煤矿企业生产成本。 参 考文 献 [ 1 ] 林 忠明 ， 陈忠辉 ， 谢 俊文， 等． 大倾角综放 开采液压 支架 稳定性 分析与控制措施[ J ] ． 煤炭学报 ， 2 0 0 4 6 2 6 4 - 2 6 8 ． [ 2 ] 徐亚军 ， 朱永占 ， 孙淑 娟． 基于 虚拟样 机技术 的液 压支架 重心 轨迹曲线的研究[ J ] ． 煤矿 开采， 2 0 0 4 9 4 -6 ． [ 3 ] 王国法 ， 史元伟 ， 陈忠恕 ， 等． 液压支架技 术 [ M] ． 北京 煤炭 工 业 出 版 社 ， 1 9 9 9 ． 责任 编辑 许 久峰 鲫 一 勰 呻 3一●2 08 9 6～5 9 1J一1 1 07 9 45 8 31 l 06 8 25 7 1 l 1 0 4 7 O 一 5 6 31 l 帅 21 1 O一2 6 65 4 21 1 01 5 45 3 2一l l 0一 4 25 3 21 1 0一 O 4 O一 5 21 l 鲫 一 如 度 一 置 置 高 一 位 位 架 一 平 垂 支 ～ 水 铅