【摘 要】液壓支架作為綜采成套設(shè)備中的支護(hù)設(shè)備，具有不可替代的作用，其投資成本在綜采工作面設(shè)備中占有較大比例，ZT6800/14.5/32支架是在總結(jié)國內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)礦區(qū)井下地質(zhì)條件情況，科學(xué)的確定支架型號參數(shù)，本文針對該支架結(jié)構(gòu)件強(qiáng)度方面進(jìn)行計(jì)算分析，希望對液壓支架結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)及優(yōu)化起到參考作用。

【關(guān)鍵詞】液壓支架 設(shè)計(jì) 計(jì)算

一、設(shè)計(jì)輸入

支架主要技術(shù)要求參數(shù)如下：

二、參數(shù)計(jì)算輸出

根據(jù)要求，確定支架的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)，由液壓支架輔助分析系統(tǒng)的程序計(jì)算：當(dāng)F=0.2，PL=-677時：支護(hù)強(qiáng)度為0.795～0.922；底板比壓為2.384～2.735；前端比壓4.851～4.085。前連桿最大受力9410（F=-0.1，PL=1328，H=2800）；后連桿最大受力-7806（F=-0.1，PL=1328，H=2800）；頂掩鉸接點(diǎn)最大受力5992（F=-0.1，PT=1328，H=1500）。

三、關(guān)鍵件可靠性計(jì)算

本掩護(hù)式液壓支架的強(qiáng)度校核計(jì)算對于計(jì)算公式的推導(dǎo)不再贅述。截面強(qiáng)度計(jì)算直接給出截面圖形和計(jì)算結(jié)果。

設(shè)計(jì)計(jì)算的若干假設(shè)：1.頂、底板與頂梁、底座的接觸以集中載荷形式出現(xiàn)，沿支架寬度方向均布。2.頂板作用在頂梁上的摩擦力分別指向采空區(qū)和工作面。取摩擦系數(shù)值f位于-0.3和～0.3之間。3.支架受力分析按平面力系計(jì)算，結(jié)構(gòu)件按材料力學(xué)直梁理論設(shè)計(jì)計(jì)算，按材料屈服極限計(jì)算安全系數(shù)。4.本計(jì)算書的強(qiáng)度計(jì)算僅限于支架主要結(jié)構(gòu)件。5.本計(jì)算書所采用的計(jì)算程序是由“三一重工股份有限公司”基于“MATLAB6.5.1”平臺設(shè)計(jì)開發(fā)的“液壓支架輔助設(shè)計(jì)分析系統(tǒng)”。

四、主要結(jié)構(gòu)件的受力分析與強(qiáng)度校核

本掩護(hù)式支架根據(jù)經(jīng)驗(yàn)認(rèn)定危險(xiǎn)截面為：“頂梁柱窩截面”、“底座柱窩截面”、“掩護(hù)梁前連桿截面”、“連桿桿體橫截面”。各危險(xiǎn)截面需進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算，其余部位參考計(jì)算，對于薄煤層支架需要多計(jì)算一些截面。

（一）連桿抗拉壓強(qiáng)度計(jì)算

F1（連桿力）max=10788.807（F=-0.2，PL=-677，H=2700）連桿橫截面面積=250×30×2+260×25×2=28000mm2壓應(yīng)力P=0.5連桿力×偏載系數(shù)÷連桿橫截面面積=10788.807×0.5×1.2÷28000=231.19MPa，材料屈服限σs=550MPa安全系數(shù)n=2.37。

（二）頂梁截面強(qiáng)度計(jì)算

1.頂梁柱帽截面如圖1所示：

圖1 頂梁柱帽截面及質(zhì)量特性

截面最大彎矩M=5918362.758 kNmm（F=0.3，PT=1328kN，H=3200mm）主筋、腹板、外補(bǔ)強(qiáng)板材料Q460屈服限σs=460MPa，安全系數(shù)n=1.97（h=0）。頂板材料Q460B屈服限σs=460MPa，安全系數(shù)n=1.45（h=420）。

2.頂梁與掩護(hù)梁鉸接孔截面如：

截面最大彎矩M= 866441.675kNmm（F=0.3，PT=-677kN，H=3200mm），主筋、腹板板材料Q460屈服限σs=460MPa，安全系數(shù)n= 4.48（h=409）。頂板材料Q460B屈服限σs=460MPa，安全系數(shù)n= 8.52（h=0）。

（三）底座截面強(qiáng)度計(jì)算

1.底座柱窩截面如圖2所示：

圖2 底座柱窩截面

截面最大彎矩M=-8681705.611mm（F=-0.2，PL=-677kN，H=2700mm），主筋材料屈服限σs=550MPa，安全系數(shù)n= 0.91（h=585）。底板材料屈服限σs=460MPa，安全系數(shù)n= 1.72（h=0） 。

2.與前連桿鉸接點(diǎn)截面最大彎M=-8844115.32kN mm （F=-0.2，PL=-677kN，H=2700mm），主筋材料屈服限σs=550MPa，安全系數(shù)n=1.77（h=845） ，底板材料屈服限σs=460MPa，安全系數(shù)n= 1.66（h=0） 。

3.與后連桿鉸接點(diǎn)截面最大彎矩M=1293038.557 kN mm （F=-0.1，PT=-1328kN，H=2100mm）主筋材料屈服限σs=550MPa，安全系數(shù)n=6.46（h=585）底板材料屈服限σs=460MPa，安全系數(shù)n= 8.91（h=0）

（四）掩護(hù)梁截面強(qiáng)度計(jì)算

1.與前連桿鉸接點(diǎn)截面如圖3所示：

截面最大彎矩M=3557831.636 mm

（F=-0.2，PT=1328kN，H=2400mm）

圖3 與前連桿鉸接點(diǎn)截面

主筋、腹板材料屈服限σs=460MPa，安全系數(shù)n= 1.27 （h=474）頂板材料屈服限σs=460MPa，安全系數(shù)n= 2.56 （h=0）

2.掩護(hù)梁頂梁鉸接點(diǎn)后736處截面最大彎矩M=518172 mm（F=-0.2，PT=1328kN，H=2400mm）主筋、腹板材料屈服限σs=460MPa，安全系數(shù)n= 9.69（h=396）。頂板材料屈服限σs=460MPa，安全系數(shù)n= 10.94（h=0）。

五、結(jié)束語

以上計(jì)算結(jié)果可發(fā)現(xiàn)頂梁及掩護(hù)梁安全系數(shù)較大，可做適當(dāng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，進(jìn)行減重，降低成本，底座柱窩位置安全系數(shù)較低，需適當(dāng)增強(qiáng)，通過設(shè)計(jì)計(jì)算使液壓支架結(jié)構(gòu)更加合理，在保證安全系數(shù)的情況下降低成本。

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作者簡介：

孫曉亮（1984-），男，遼寧鐵嶺人，工程師，本科，從事煤礦機(jī)械設(shè)計(jì)工作。