于 貴，郭廣順，王 玉

(河南能源化工集團(tuán)重型裝備有限公司，河南 開封 475000)

0 引 言

在煤礦綜采設(shè)備中，液壓支架起著支撐和維護(hù)頂板的作用，因此液壓支架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度對(duì)煤礦安全生產(chǎn)極其重要。而液壓支架在設(shè)計(jì)和制造時(shí)，一般首先進(jìn)行理論受力分析，在此基礎(chǔ)上生產(chǎn)制造樣機(jī)，樣機(jī)通過專業(yè)機(jī)構(gòu)液壓支架型式試驗(yàn)后，方可進(jìn)行批量生產(chǎn)。在液壓支架理論受力分析中，掩護(hù)梁及前、后連桿由于無法進(jìn)行直接加載，其安全系數(shù)一般在頂梁或底座理論計(jì)算的基礎(chǔ)上，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)直接增大以確保其相應(yīng)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。但本公司某型號(hào)的ZF4400型液壓支架樣機(jī)生產(chǎn)完成后，在專業(yè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行的頂梁偏載型式試驗(yàn)中，后連桿焊縫開裂長(zhǎng)度卻長(zhǎng)達(dá)1 m。

因此筆者在對(duì)該ZF4400型液壓支架理論受力分析的基礎(chǔ)上，計(jì)算分析其后連桿受力情況，驗(yàn)算后連桿設(shè)計(jì)時(shí)的安全系數(shù)，分析后連桿焊縫開裂的原因，并結(jié)合公司生產(chǎn)特點(diǎn)，提出相應(yīng)的防范措施，這為今后指導(dǎo)此類結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及制造提供了重要依據(jù)。

1 液壓支架頂梁偏載工況下后連桿的受力分析

此次型式試驗(yàn)后連桿焊縫開裂時(shí)，液壓支架受力工況為頂梁偏載，其墊塊施加位置如圖1所示。從圖1可以看出，在頂梁偏載情況下，液壓支架中各結(jié)構(gòu)件存在一定扭轉(zhuǎn)載荷，此時(shí)頂梁受力情況如圖2所示。在液壓支架理論計(jì)算中，但為使問題方便計(jì)算，一般把液壓支架簡(jiǎn)化成平面桿系結(jié)構(gòu)，并且其載荷按集中載荷進(jìn)行計(jì)算，ZF4400型液壓支架為支撐掩護(hù)式液壓支架，其整體受力情況如圖3所示。

圖1 頂梁偏載時(shí)，墊塊施加位置簡(jiǎn)圖

圖2 頂梁偏載時(shí)，頂梁受力簡(jiǎn)圖

依據(jù)文獻(xiàn)[1]：

對(duì)A-A軸取矩：

F1=

對(duì)B-B軸取矩：

再取∑Fx=0，可得：

F3=(P11+P12)cosa1+(P12+P22)cosa2-

F1-F4

圖3 液壓支架整體受力圖

則頂梁所受扭矩計(jì)算如下：

M1=F1b2

頂梁扭矩M1通過掩護(hù)梁傳遞到前、后連桿，其中圖4是連桿受扭示意圖，依據(jù)文獻(xiàn)[1]前連桿平均扭矩：

Mcp=F1cos (γcp-Q)b2

后連桿扭矩：

M4=F1cos (γcp-Q)b2

圖4 連桿受扭受力圖

結(jié)合ZF4400型液壓支架具體參數(shù)，后連桿截面圖如圖5所示，結(jié)合上述各式，經(jīng)計(jì)算后連桿各板實(shí)際安全系數(shù)如表1所列。

圖5 后連桿截面圖

表1 后連桿各板安全系數(shù)

依據(jù)表中各數(shù)據(jù)，并結(jié)合文獻(xiàn)[2]可以看出，后連桿各板強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求。

2 后連桿焊縫開焊的原因分析

該公司在對(duì)焊縫開裂的后連桿做刨切面觀察后發(fā)現(xiàn)，蓋板厚度為16 mm，技術(shù)要求坡口尺寸為14 mm，但實(shí)際上坡口尺寸為8 mm。經(jīng)質(zhì)檢部門及車間分析，認(rèn)為造成此問題的原因是后連桿蓋板尺寸太長(zhǎng)，而坡口加工方式為火焰切割，隨著切割時(shí)間的增加，蓋板由于受熱而產(chǎn)生彎曲變形，最終造成蓋板坡口起始處符合要求，但蓋板由于受熱產(chǎn)生的彎曲處坡口較小。

因此當(dāng)后連桿采用此蓋板焊接時(shí)，由于坡口尺寸不符合設(shè)計(jì)要求，造成焊縫尺寸過小，且由于坡口鈍邊過大，焊縫根部也未完全熔合，最終導(dǎo)致后連桿結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低，不符合設(shè)計(jì)要求。

3 整改預(yù)防措施及整改后型式試驗(yàn)結(jié)果

針對(duì)樣機(jī)在型式試驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)的問題，本公司質(zhì)檢、技術(shù)及生產(chǎn)部門針對(duì)后連桿及同類零件的加工要求采取了以下措施：

(1) 產(chǎn)品在設(shè)計(jì)時(shí)需保證足夠的安全系數(shù)。

(2) 車間要強(qiáng)化職工質(zhì)量意識(shí)，加強(qiáng)質(zhì)量控制。

(3) 嚴(yán)格執(zhí)行工序流轉(zhuǎn)規(guī)定，待產(chǎn)品檢驗(yàn)合格后方可轉(zhuǎn)入下到工序。

(4) 當(dāng)細(xì)長(zhǎng)件進(jìn)行坡口加工時(shí)，采取機(jī)械壓固方式，確保坡口尺寸符合設(shè)計(jì)要求。

此后，按照上述措施進(jìn)行嚴(yán)格施工，本公司重新制作一件后連桿，液壓支架型式試驗(yàn)順利通過。

4 結(jié) 語

在對(duì)型式試驗(yàn)中液壓支架后連桿強(qiáng)度進(jìn)行理論

分析的基礎(chǔ)上，分析了液壓支架后連桿開焊的原因，采取相應(yīng)的整改及預(yù)防措施，并通過實(shí)際制作樣品加以驗(yàn)證。這為今后指導(dǎo)此類機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及制造提供了重要依據(jù)。