郭晨

(中北大學 計算機與控制工程學院，山西 太原 030051)

巷道支架試驗臺設計及應用研究

郭晨

(中北大學 計算機與控制工程學院，山西 太原 030051)

文章首先對整個試驗臺的技術參數(shù)進行了設計計算，其次運用理論分析、數(shù)值模擬的方法對試驗臺主體結(jié)構(gòu)框架進行了設計和研究，最后運用所設計的支架試驗臺對直腿半圓拱形U型鋼可縮性支架進行了現(xiàn)場加載試驗。

巷道支架試驗臺；金屬支架；結(jié)構(gòu)框架；測控系統(tǒng)；COSMOS/Works

1 引言

隨著煤炭開采不斷向深部延伸，高應力巷道的支護難題將成為我國煤礦今后必須長期面對的開采技術難題。巷道金屬支架雖然作為一種被動的支護方式，但其具有高阻、可縮和護表性能強的優(yōu)點。為了研制出結(jié)構(gòu)合理、性能優(yōu)良的支架，從而能降低支護成本、減輕勞動強度。文章對巷道支架試驗臺進行了設計和研究。在前人研究的基礎上，結(jié)合目前巷道支架性能檢測面臨的問題，針對國內(nèi)現(xiàn)有巷道支架試驗臺存在的不足，通過圓環(huán)形平面支架試驗臺結(jié)構(gòu)框架設計、試驗臺測控系統(tǒng)設計和支架性能監(jiān)測系統(tǒng)等相關內(nèi)容的研究，建立了一套新的巷道支架性能試驗系統(tǒng)。

2 巷道支架試驗臺整體設計及應用研究

2.1 巷道支架試驗臺總體方案及其參數(shù)設計

對巷道支架試驗臺總體方案進行了設計。巷道支架試驗臺總體方案的設計主要包括試驗臺臺型的選擇、總體方案構(gòu)思及系統(tǒng)參數(shù)的設計三大部分內(nèi)容

2.2 巷道支架試驗臺測控系統(tǒng)設計

（1）測控系統(tǒng)總設計。本巷道支架試驗臺測控系統(tǒng)由計算機全數(shù)字伺服控制系統(tǒng)、液壓控制臺、信號監(jiān)測系統(tǒng)、高精度液壓千斤頂?shù)冉M成，是一套完整的機——電——液一體化的高技術系統(tǒng)設備。

如圖1所示為支架試驗臺測控系統(tǒng)框圖。

圖1 支架試驗臺測控系統(tǒng)框圖

（2）液壓加載系統(tǒng)。液壓加載系統(tǒng)由油源、液壓泵、溢流閥、儲能器、電液比例流量控制閥、二位三通電磁球閥、液壓千斤頂、壓力表、單向閥等部件組成，是一套具有內(nèi)反饋回路的閉環(huán)控制系統(tǒng)。液壓加載系統(tǒng)是巷道支架試驗臺測控系統(tǒng)的核心部分，其性能和控制精度關系到整個試驗臺的可靠性和穩(wěn)定性，綜合考慮試驗臺的技術指標、經(jīng)濟指標和可行性方面的因素，確定液壓加載系統(tǒng)的主要性能參數(shù)如下：①系統(tǒng)流量：20～30 L/min；②系統(tǒng)壓力：≥31.5 MPa，使用壓力：≤30 MPa；③控制精度：靜態(tài)精度：±0.5% F·S，動態(tài)精度：±2%F·S；④加載能力：≤12000 kN。

2.3 巷道支架加載試驗

U29直腿拱形可縮性支架加載試驗步驟：

（1）組裝支架，在支架試件上選擇一系列加載點，用特殊顏色標明；

（2）將支架試件安裝固定在試驗臺上，安裝固定支架時要求加載油缸與試件處在同一平面內(nèi)，且在各加載點處油缸與試件表面要保持垂直；

（3）安裝載荷傳感器和位移傳感器；

（4）通過液壓控制臺手動調(diào)節(jié)按鈕調(diào)節(jié)液壓缸使傳力桿端頭與安裝在支架試件上的傳力塊快速接觸，待兩者互相接觸后，停止手動調(diào)節(jié)，使用計算機全數(shù)字伺服控制系統(tǒng)對支架試件進行預壓，本次試驗每個加載點預壓值為5 kN；

（5）當各加載油缸預壓值穩(wěn)定在5 kN左右時，左右兩側(cè)卡纜各加的力矩，通過用戶參數(shù)設置界面對加載油缸的載荷、位移、加載速率、加載方式等參數(shù)進行設置。

（6）開始加載，觀測人機界面上的實時數(shù)據(jù)曲線，達到加載試驗結(jié)束要求時，停止加載，保存記錄試驗數(shù)據(jù)2.4支架試驗臺性能分析

本巷道支架試驗臺測控系統(tǒng)在整個加載試驗過程中運行穩(wěn)定，安全可靠。計算機全數(shù)字伺服控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)試驗加載的設定、傳感器聯(lián)機標定及校正、試驗進程控制、試驗數(shù)據(jù)的顯示及存儲等設計要求的功能，并能滿足要求的控制精度；液壓控制系統(tǒng)在加載過程中油壓穩(wěn)定，控制精度達標，液壓管路密封連接嚴實可靠，無漏油滲油現(xiàn)象，液壓加載能力能夠達到設計規(guī)定值；信號監(jiān)測系統(tǒng)在試驗過程中，壓力傳感器測得的壓力數(shù)據(jù)和位移傳感器測得的位移變形數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r的傳輸?shù)接嬎銠C上，實現(xiàn)整個測控系統(tǒng)的閉環(huán)控制，從而方便操作人員掌握試驗的實際進程和加載情況并做出及時的調(diào)整和控制，壓力傳感器和位移傳感器的量程和測量精度都能滿足試驗要求。

綜合分析，巷道支架試驗臺在試驗加載過程中運行安全可靠，整體性能良好，各項技術指標均達到了設計標準和要求，實現(xiàn)了預期的設計和建設目標。

3 結(jié)語

巷道支架試驗臺作為測試巷道金屬支架力學性能指標的重要工具，其本身性能的優(yōu)良直接影響著測試結(jié)果的準確性和可靠性。文章綜合運用理論分析、數(shù)值模擬和現(xiàn)場試驗的研究方法，對巷道支架試驗臺進行了設計和研究，并運用所設計的試驗臺對直墻半圓拱型可縮性支架試件進行了現(xiàn)場力學測試。

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A Research on Design and Application of Test bed for Roadway Support

GUO Chen
(Department of Computer and Control Engineering,North University of China,Taiyuan,Shanxi 030051,China)

Firstly,the technological parameters of the test bed were designed and calculated.Secondly,based on theoretical analysis and numerical simulation,this paper designed and studied the main framework of the test bed. Finally,a field loading test was conducted on the straight leg semicircle arch U-shape compressible support with the designed support test bed.

roadway support test bed;metal support;framework;measurement and control system;COSMOS/Works

TD353

A

2095-980X（2015）01-0131-01

2014-12-22

郭晨（1991-），男，碩士研究生,從事精密儀器儀表加工與數(shù)字圖像處理研究工作。