WS1．7型液压支架的应力分析.pdf

第 6期 总第 1 5 1 期 2 0 0 8年 1 2月 机 械 工 程 与 自 动 化 M E CHANI CAL ENGI NEERI NG ＆ AUT0M AT1 0N No．6 De c ． 文章缩号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 0 8 0 6 0 0 9 7 0 3 WS 1 ． 7型液压支架的应力分析 李 蓉，刘混举 太原理工大学 机械工程学院， 山西 太原0 3 0 0 2 4 摘 要 对 WS 1 ． 7 型液压支架的顶梁进行 了应力测试 ， 通 过 1 2 0 0 0多次的耐久性试验 。 得 出各种试 验工况下各 测点的最大应力值 ，并对试 验现象及测试结果进行 了分析 。 关键词 液压支架 ；测点 ；测试工况；顶 梁 中图分类号 TG3 5 5 ． 4 文献标识码 A 0 引言 WS 1 ． 7型液压支架为德国 DB T公司生产的两柱 掩护式支架 ，在神华集 团神东煤炭分公司已经使用了 1 1 年零 4 个月 ， 过煤量达3 0 0 0 万吨以上 。 为了分析研 究 WS 1 ． 7型液压支架的疲劳强度 ，并预测其剩余寿 命，神华集团公司神东煤炭分公司委托太原理工大学 进行 wS 1 ． 7型液压支架的应力测试工作 ， 以了解支架 在各种试验工况下应力应变的大小，为支架的剩余寿 命研究提供依据。经过理论分析 ，在支架的主体构件 中，顶梁受力最大，因此，本文主要对顶梁进行了应 力分析。 1 试 验依据 与方 法 1 ． 1测 试 依 据 测试依据为 WS 1 ． 7支架压架标准 郑州煤机机械 集 团有 限责任公 司 及 MT3 1 2 9 2液压支架通用技 术 条件 。 1 ． 2 测点布 置 应力测量点应布置在应力 比较大的位置和应力变 化的关键部位 ，考虑到结构与载荷的对称性，并根据 理论 分析 和有 限元分 析结 果 ， 确 定 了顶 梁测 点布 置 ， 见 图 1 。 如 图 1所示 ，顶 梁共 布置 5个测 点 ，其 中 3向测 点 2个 2号和 4 号 ， 2向测点 3 个 1 号 ， 3号， 5号 ， 各测点应变片方向如图 2 所示，需要测试仪器通道数 1 2个 。 1 ． 3测试仪 器及 系统 本次试 验采用 东华 D H5 9 2 0动 态测 试数据 采集 与 分析系统 共 1 6通道 ，此方案获得数据的同步性较 好，可真实反映支架在同一试验条件下的应力、应变 情况 ，为以后 的分析提供可靠 的数据，而且在支架的 耐久性试验中可以进行连续数据采集。 东 华 DH5 9 2 O 动 态测 试数 据采集 与分 析 系统具 有 收稿 E l 期 2 0 0 8 0 5 0 4 ；修 回日期 2 0 0 8 0 7 0 4 作者简介 李蓉 1 9 8 3 一 ． 女 ， 山西临汾人 ， 硕士研究生 。 以下技术特点 ①利用计算机的并 口实时进行数据传 送 ，与笔记本计算机配合使用 ，最大程度上满足了对 便携式仪器的要求 ，可方便地应用于野外测试 ；②每 通道包含独立的放大器和 A／ D转换器， 因此所有通道 并行 同步采样 ；③ 自动平衡包括 1 6位 D／ A转换器硬 件控制以及软件运算 ，达到完全清零 ；④产 品模块化 设计 ， 可容易地构成 8通道或 1 6通道的动态测试分析 系统 ；⑤数字磁带机信号记录功能，利用计算机海量 的存储硬盘，长时间实时、无间断记录多通道信号 8 通道 同时工作时每通道采样速率可达 2 0 k Hz ； ⑥将任 意两通道的测量数据定义为 轴和 Y轴 ， 边采样边绘 制成曲线 ，完成 z 记录仪 滞回曲线 的功能。 4 图 1顶梁测点布 置 a 4 号测点 f h 2 号测点 c l 号，3 号，5 号测点 图 2各测点应 变片方向 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 9 8 机 械 工 程 与 自 动 化 2 0 0 8 年 第 6期 1 ． 4试验 步骤 按照 WS 1 ． 7支架压架标 准进行强度与耐久性试 验，分 9个测试项 目，即测试 1 ～测试 9 。其中，强度 测试 中每个测试项 目采样 3次 与每个工况位置加载 3次同步 ，耐久性试验中每加载 1 0 0次采样 1次，此 次试验中，共计采样次数为 3 2 7 次 。 依据 WS 1 ． 7型液压支架试验标准， 本次压架试验 测试工况 见表 1 。 2 测试 结果及 现象分 析 2 ． 1 测试结 果分析 本次试验支架高度 3 9 5 0 mm，强度试验工作压力 为 5 1 ． 6 MP a ，并保压 3 0 0 s ；耐久性试验工作压力为 4 8 ． 2 MP a ，保压 2 s 。根据理论分析结果，液压支架在 1 、 3 、8 、 9工况下承受的应力值较其它工况大，因此， 本次试验仅对这 4种工况进行了应力测试分析，完成 1 2 0 0 0 次加 载试验 。 各通 道试验 数据及 波形见 图 3 。 经 应变力计算 ，各测点的应力分布见图 4 、图 5 。 表 1 压架试验测试工况 工况 加载项目 垫块位置 加载 序号 次数 l 顶梁偏载， 底座弯曲 左侧和右侧 2 0 0 0 2 顶梁弯曲 ， 底座前端加载 后和前 1 0 0 0 0 3 顶粱 占加盏． 底庳弯f }h 左前和右前 4 0 0 0 4 顶梁扭转， 底座 四点加载 左前和右后 3 0 0 0 5 顶梁侧护板弯曲． 底座扭转 左前和右后 2 0 0 0 6 顶梁弯曲． 底座扭转 左前和右后 2 0 0 0 7 顶粱蛮曲 ． 底座占加载 小 垫块左后和右后 2 0 0 0 8 顶梁 中心加载 ． 底座对称边缘加载 外侧与内侧 3 0 0 0 9 顶 梁后端加载 ， 底座同侧边缘加载 左侧 与右侧 2 0 0 0 一一一 一一一 霎 箍 善 ≥ 嚣 j 暑 图 3 各通道应变数据显 示 工况 1 图 4 测点 1 、 2 、 3的应 力曲线 图 工况 1 根 据所 提取 的数据 统计 ， 各种 试验 工 况下 的最 大 应 力值 见表 2 。 从表 2可以看出， 顶梁受力比较大， 最大应力出现 在 测 点 5与 测 点 3 ， 即顶 梁 柱 窝 处， 其 数 值 达 到 7 5 0 ． 3 MP a和 6 4 2 ． 4 MP a ， 而 且 发 生在 顶 梁 三点 加 载 、 底座弯曲的工况 工况 3 。 2 ． 2 现 象分析 1 支架在试验到接近 5 0 0 0 次时， 顶梁上固定侧 护板的耳子断裂 ，这是由于顶梁在三点加载时 ，导致 侧 护板受 力所致 。 2 支 架在进 行 测试项 目 8 即顶梁 中心加 载 、 底 座对称边缘加载工况 时， 在顶梁尾部与掩护梁连接的 耳座外侧出现裂缝 ，左侧裂缝长 5 5 ram、宽 l mm，右 侧裂缝长 7 0 mm、 宽 2 mm， 此处钢板厚度为 2 0 mm， 且 全 部裂通 。 3测试 结论 通过对 D B T公司生产的 WS 1 ． 7型液压支架的压 架试 验 ， 经 过 4个 试验工 况 1 2 0 0 0 次 的耐久性试 验 ， 从 目前的应力分析结果可以得出如下结论 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 0 8年第 6 期 机 械 工 程 与 自 动 化 9 9 1 WS 1 ． 7型液压 支架经 过 3 0 0 0多 万吨 的过煤 量 ．在 按 照 D B T 公 司 的试验 标 准进 行 的耐 久 性试 验 中， 通过1 2 0 0 0 多次的耐久性试验， 支架无明显的几何 变形和焊缝开焊现象，而且主要受力部位的应力值达 7 5 0 MP a ． 这说明了 D B T支架 的材料强度高、 材质好、 焊接工艺优 良，从而保证 了支架的高使用寿命 。 2 支架顶梁上 固定侧护板的耳子断裂 ，说明固 定侧护板的耳子也是受力构件，在支架的设计及检修 时应引 起注意 。 3 本次试验支架 的顶梁尾部开裂为疲劳损坏， 但此部位不是主要承载部位 ，不会影响支架的整体性 能，在支架的大修时进行补焊即可，可见这批支架经 过检修后还可以继续使用。 综上所述 ， 本次试验的 WS 1 ． 7型液压支架的主体 结构件状况较好 ，可以继续使用 。 ； 一一 l l 一 臻嚣 一一 ～ 4 I 州 { f l f ， ， 0 ／ l l ／。 ， 5 图 5 测点 4 、5 的应力 曲线图 工况 1 表 2 各种试验工况下最大应力值 测试 通道号 测点 测试项 应变 仪器通 主要测点说 明 最大应力值 仪器 序 号 目序号 方 向 道数 MP a 顶梁与掩护梁 l 、2 l l 、 3 、 8 、 9 2向 2 2 9 4 ． 5 发生工况 1 连接耳座 3 、 4 3 1 ， 3 8 ， 9 2向 2 顶梁柱窝 6 4 2 ． 4 发生工况 3 D H5 9 2 0 5 、 6 5 1 ， 3 、 8 ， 9 2向 2 顶梁柱窝 7 5 0 ． 3 发生工况 3 7 、 8 、 9 2 i 、 3 、 8 、 9 3向 3 顶梁立 筋 板 4 0 4 ． 5 发生工况 1 l 0 、 1 1 、 1 2 4 l 、 3 、 8 、 9 3向 3 顶梁立 筋 板 3 8 2 ． 7 发生工况 3 参考文献 [ 1 ] 王国法． 液压支架技术[ M] ． 北京 煤炭工业 出版社 ， 1 9 9 9 ． E 2 3 J A 柯林斯 ． 机械 设计 中的材 料失效 一分析 、 预测 、 预防 E M] ． 谈嘉祯 ． 译 ． 北京 机械工业出版社 ， 1 9 8 ．1 ． [ 3 ] 黄长 艺， 卢文祥 ， 熊 诗波． 机械工程测 量与试 验技术[ M] ． 北京 机械工业出版社 ， 2 0 0 0 ． E 4 ] 任保才 ， 李志刚． 液 压支架结构件 的失效分析及措施 E J ] ． 中州煤 炭 ， 1 9 9 5 6 3 6 3 8 ． An a l y s i s o n t h e S t r e s s Te s t i ng o f W S 1 ． 7 Po we r e d S u pp o r t LI Ro n g， LI U Hu n j u Co l l e g e o f M e c h a n i c a l En gin e e r i n g． F a i y u a n Un i v e r s i t y o f Te c hn o l o g y， Ta i y u a n 0 3 0 0 2 4 Chi n a Abs t r a c t The s t r e s s of t he t op be a m of W S1 ．7 p owe r e d s u pp or t i s t e s t e d i n t hi s p a pe r ． Th r ou gh 1 2， 0 0 0 dur a bl e t e s t s， t he max i mum s t r e s s v a l u es und e r v a r i ou s o pe r at i ng mod e a r e o bt a i n e d， a nd t h e t e s t i n g ph e no me na a nd t h e r e s ul t s a r e a n al y z e d． Ke y wo r d s p o we r e d s u ppo r t ； t e s t i n g p oi nt ； op e r a t i n g mo de； t o p b e a m 9 业 - } 9 j 夸 亭 jk 9 k， 9 音 9 I电 ， 9 ‘ e r j j j 9 船- 喜 ， 9 kr 业 9 ； } 业，9 ， I ，9 r ，9 9 9 夸 ， 9 9 kr j 9 k 9 9 9 ’ I }， 9 上接 第 9 6 页 参考文献 [ 1 ] 周荫清． 信 息理 论基础[ M] ． 北 京． 北京航空航天大学出版 社 ． 2 0 0 6 ． ’ [2 ] [ 3 ] [ 4 3 Ar ut y un or P A． New v i ew a t t he e xpr e s s i on of u n c e r t a i n t y i n me a s u r e me n t [ J ] ．Mi c o e l e k t r o n i k a i n Ap p l i c a t i o n o f I nf o r m a t i o n Di a g n o s i s o f As pha l t Ru s s i a n ， 1 9 9 4 ， 2 3 3 l 8 - 2 7 ． 钟继贵． 误差理论 与数据 处理 [ M] ． 北京 水利 电力 出版 社 ， 2 0 0 2 ． 李慎安 ， 张景信． 测量 不确定度与 检验 国际文 献， 标准选 译[ M] ． 北京 中国计 量出版社 ， 2 0 0 5 ． Th e o r y t o t h e Fa u l t M i x i ng Pl a nt LI Xi a o S U ， BAI GU O z h e n ， MO Qi n g we n 。 LI ANG Zh e n n i n g 1 ． Un i v e r s i t y o f Sh a n g h a i f o r S c ie n c e a n d i e c h n o l o g y- Sh a n g h a i 2 0 0 0 93 ． Ch i n a ； 2 ． Hu b e i Co ns t r u c t i o n o f Br i d g e＆ ．Ro a d Co ． Lt d W u h a n 43 0 0 5 1 Chi n a Abs t r a c t Th i s pa p e r f i r s t l y i nt r odu c e d t he i nf or ma t i on t he or y， t t l e i nf or m a t i on e nt r op y a nd t h e e nt r opy c oe f f i c i e nt ． Dur i ng t he f au l t s d i a g n o s i s o f TI TANS 0 0 0 a s p h a l t mi x i n g p l a n t b e l c mg i n g t O Hu b e i C o n s t r u c t i o n o f B r i d g e Ro a d C o ．， L t d， b a s e d o n t h e i n f o r ma t i o n t h e or y， me as ur e me nt d at a o f ne g a t i v e p r e s s ur e a nd a gg r e ga t e t e m p e r a t ur e we r e pr oc e s s e d a nd t he e r r o r an a l y s i s o f t he da t a wa s C t I ／ dI 1 ct e d． At t he s a n l e t i me。 t h e da t a’ S a c cu r ac y wa s eV i ] u a t e d． Ke 3 v o r ds i nf o r ma t i on t t l e or y； i nf or ma t i on en t r op y f u h di a gn o s i s； e r r o r a n al y s i s 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m