郭向莉 韓曉云

摘 要：在煤礦開(kāi)采過(guò)程中，液壓支架所起到的作用是不容忽視的，其可以確保煤礦開(kāi)采工作的順利進(jìn)行。但是目前來(lái)看，液壓支架的強(qiáng)度還不夠可靠，在使用的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題，因此對(duì)于液壓支架進(jìn)行優(yōu)化是非常必要的，增加其可靠性，這樣才能夠更好的起到承重的作用，本文就將對(duì)液壓支架強(qiáng)度可靠性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：液壓支架；強(qiáng)度；可靠性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.18.004

在綜采工作面中，液壓支架所起到的作用是安全防護(hù)及頂板支護(hù)。其能夠幫助實(shí)現(xiàn)煤炭開(kāi)采的機(jī)械化，其作用主要是支撐頂板，保護(hù)煤礦的安全。在進(jìn)行煤炭開(kāi)采時(shí)，其工作環(huán)境極為惡劣，頂梁承受可能會(huì)出現(xiàn)偏載的情況，這就對(duì)液壓支架的可靠性有著很高的要求，但是目前的液壓支架強(qiáng)度的可靠性還有著一些不足之處，因此需要對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化處理，達(dá)到增加液壓支架支撐效果的目的。

1 我國(guó)液壓支架發(fā)展簡(jiǎn)介

我國(guó)是一個(gè)煤炭大國(guó)，并且對(duì)于煤炭的需求量也非常高，因此煤炭的開(kāi)采量在不斷的上升。在進(jìn)行開(kāi)采的時(shí)候，液壓支架是一項(xiàng)非常重要的設(shè)備，尤其是在綜采工作面中，其更是必不可少的，可以說(shuō)，缺少了液壓支架，就不能夠有效的實(shí)現(xiàn)煤炭開(kāi)采的機(jī)械化。液壓支架在煤炭開(kāi)采中的主要作用是支撐頂板，保證在進(jìn)行煤炭開(kāi)采的時(shí)候煤礦能夠安全可靠。液壓支架已經(jīng)成為分辨是否高級(jí)機(jī)械化開(kāi)采的關(guān)鍵設(shè)備，與一般的機(jī)械開(kāi)采相比，液壓支架能夠保證在開(kāi)采的過(guò)程中頂板處于非常穩(wěn)定的狀態(tài)，大大的降低了煤炭開(kāi)采時(shí)的勞動(dòng)強(qiáng)度，并且能夠有效的提升煤炭開(kāi)采的效率，增加其經(jīng)濟(jì)性。由于我國(guó)對(duì)于煤炭的需求量越來(lái)越大，因此要求煤礦在進(jìn)行煤炭開(kāi)采時(shí)能夠有著更高的效率，保證煤炭的開(kāi)采量能夠盡量滿足我國(guó)需求，這就要求煤礦企業(yè)要想辦法去改變傳統(tǒng)的開(kāi)采方法，提升煤炭開(kāi)采的效率，液壓支架的應(yīng)用就能夠幫助煤礦企業(yè)提升自身開(kāi)采的的效率。目前來(lái)看，我國(guó)完全實(shí)現(xiàn)機(jī)械化的煤炭開(kāi)采的企業(yè)還不多，液壓支架的應(yīng)用還應(yīng)當(dāng)要進(jìn)一步的進(jìn)行推廣，讓大多數(shù)的煤礦企業(yè)都能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械化的開(kāi)采，這樣能夠在整體上提升我國(guó)煤炭開(kāi)采的水平。

2 液壓支架強(qiáng)度可靠性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 基于最大應(yīng)力約束的優(yōu)化設(shè)計(jì)

在對(duì)液壓支架進(jìn)行優(yōu)化的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)要注重對(duì)于掩護(hù)梁結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。在進(jìn)行優(yōu)化的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)要不斷的進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)能夠進(jìn)行優(yōu)化的地方。一般來(lái)講，在煤炭開(kāi)采時(shí)一些主要的參數(shù)是固定的，不能夠進(jìn)行改變，因此在進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的時(shí)候可以從支架鋼板的厚度進(jìn)行分析，將其作為一個(gè)設(shè)計(jì)變量，然后對(duì)其進(jìn)行設(shè)定，通過(guò)一定的方法來(lái)確定最好的設(shè)計(jì)方案。在進(jìn)行分析的時(shí)候，可以采用有限元的分析方法，進(jìn)行分析的時(shí)候應(yīng)當(dāng)要假設(shè)處于最為惡劣的情況，這樣才能夠保證在真實(shí)遇到這種情況的時(shí)候能夠保證煤礦的穩(wěn)定性。在進(jìn)行假設(shè)的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)要根據(jù)國(guó)家的相關(guān)規(guī)定和相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，不能夠隨意的采用一些不符合規(guī)范的設(shè)計(jì)，另外，在對(duì)鋼板厚度進(jìn)行選擇的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)要選擇合理適當(dāng)?shù)膬?yōu)化組合方案，然后再對(duì)這些組合進(jìn)行計(jì)算，得到最為穩(wěn)定的結(jié)果，并且要保證掩護(hù)梁最大受力要小于或者等于屈服極限的水平，這樣才能夠讓液壓支架的穩(wěn)定性得到最好的優(yōu)化，最大限度的保證煤礦的安全。

2.2 基于使用壽命約束的優(yōu)化設(shè)計(jì)

目前，基于使用壽命約束來(lái)進(jìn)行液壓支架強(qiáng)度可靠性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)主要從名義應(yīng)力法、局部應(yīng)力-應(yīng)變法和應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)法三個(gè)方面來(lái)進(jìn)行研究。在局部應(yīng)力-應(yīng)變法研究過(guò)程中，要對(duì)液壓支架的塑性問(wèn)題給予全方位的分析，并探究使用壽命的微小變化對(duì)液壓支架強(qiáng)度可靠性可能產(chǎn)生的影響，在此基礎(chǔ)上對(duì)析局部危險(xiǎn)部位進(jìn)行低周疲勞分析。在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)要首先滿足液壓支架實(shí)驗(yàn)中的要求，然后再對(duì)液壓強(qiáng)度的可靠性?xún)?yōu)化進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且可以不用單獨(dú)的選擇液壓支架的使用壽命作為原則，可以選擇一個(gè)可靠性?xún)?yōu)化的約束條件，這樣來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)更好的效果。在進(jìn)行彈塑性有限元靜力分析過(guò)程中，通常會(huì)假設(shè)液壓支架的設(shè)計(jì)壽命為106，在正常使用過(guò)程中，主筋板與頂梁內(nèi)主筋位置是液壓支架使用壽命最小的位置，此時(shí)可以借助Morrow 修正公式來(lái)對(duì)其進(jìn)行分析，所計(jì)算出來(lái)的最小壽命值為1.71×105，符合液壓支架強(qiáng)度可靠性要求。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)要在滿足設(shè)定的疲勞周期的條件下進(jìn)行，這時(shí)可以得出最優(yōu)鋼板厚度的值，然后再針對(duì)這些值進(jìn)行分析。在對(duì)于最優(yōu)鋼板厚度進(jìn)行分析的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)要采用合適的方法，對(duì)鋼板的厚度進(jìn)行不斷的控制，分析的時(shí)候應(yīng)當(dāng)要在液壓支架掩護(hù)梁使用壽命以及應(yīng)力水平的條件下進(jìn)行，這樣才能夠得到最好的優(yōu)化方案。

2.3 液壓支架優(yōu)化方向

隨著當(dāng)前科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，各種高科技不斷的應(yīng)用到方方面面，液壓支架也在不斷地發(fā)生著改變，這對(duì)于煤礦開(kāi)采有著非常重要的影響。對(duì)于液壓支架來(lái)講，其構(gòu)建涉及到很多的方面，綜合性和技術(shù)性相對(duì)較強(qiáng)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)和遙感技術(shù)等，在科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展下，液壓支架也會(huì)應(yīng)用到更多的技術(shù)，例如故障診斷技術(shù)，能夠大大的減少液壓支架發(fā)生故障的概率，對(duì)于煤礦安全起到很好的保護(hù)作用，并且還能夠提升液壓支架的使用壽命，提高其工作效率。液壓支架的工作環(huán)境較為惡劣，因此在進(jìn)行液壓支架設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)當(dāng)要有著完善的設(shè)計(jì)理念，要在工藝方法，材料選擇和支架結(jié)構(gòu)等方法進(jìn)行考慮，確保液壓支架的穩(wěn)定性。對(duì)于液壓支架的架型也應(yīng)當(dāng)要不斷地進(jìn)行優(yōu)化，讓其能夠承受較大的阻力，增加其可靠性。

3 總結(jié)

液壓支架對(duì)于煤炭開(kāi)采有著極為重要的作用，能夠幫助在煤炭開(kāi)采實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，因此是必不可少的一項(xiàng)設(shè)備。當(dāng)時(shí)在進(jìn)行使用的時(shí)候，其還存在著一些不足之處，因此需要我們對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，增加其可靠性，保證煤炭開(kāi)采時(shí)的安全，促進(jìn)煤礦行業(yè)的發(fā)展。

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