吉 喆

（晉能控股煤業(yè)集團四臺礦， 山西 大同 037000）

引言

隨著采煤業(yè)朝著自動化、無人化方向的逐漸發(fā)展，機械化綜采成為煤礦主要的開采方式，大大提高了煤礦開采的效率，同時自動化開采煤礦的安全問題也是至關(guān)重要的。在進行機械化綜采的過程中，液壓支架是重要的支護設(shè)備，對頂板進行支撐及控制，以保障足夠的開采作業(yè)空間[1]。液壓支架提供了充足的安全保障，隨著工作面回采速度的提升，對綜采設(shè)備的快速拆除也提出了較高的要求，傳統(tǒng)的液壓支架在回撤過程中需要多部絞車進行配合，需多次進行拆裝才能完成回撤[2]。針對液壓支架回撤耗時長、效率低的問題，進行快速回撤平臺的設(shè)計，并針對關(guān)鍵的牽引部件進行仿真分析，從而保證快速回撤平臺的性能滿足使用需求。

1 液壓支架快速回撤平臺的整體設(shè)計

隨著機械化綜采的程度逐漸提高，工作面所使用的液壓支架的數(shù)量也在提高，設(shè)計可快速回撤的液壓支架，提高回撤的利用率是當(dāng)前機械化綜采的需求。傳統(tǒng)的液壓支架進行回撤時需要采用多個絞車進行支架的拆除及轉(zhuǎn)向、裝車等步驟[3]，回撤過程中需進行多次拆裝及相互的交叉作業(yè)，回撤的工藝復(fù)雜且勞動強度大，作業(yè)效率低?？焖倩爻菲脚_設(shè)計采用牽引平臺的形式[4]，通過外部的絞車對牽引平臺進行拖拉，從而對液壓支架進行快速回撤，其整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 液壓支架快速回撤平臺的結(jié)構(gòu)示意圖

液壓支架快速回撤平臺的操作靈活簡單，簡化了拆除、轉(zhuǎn)向及裝車的過程，可以減少絞車的使用數(shù)量，通過液壓、氣動裝置可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程的控制，提高系統(tǒng)的安全系數(shù)，回撤平臺設(shè)定有自移裝置，可實現(xiàn)自我移動。

回撤平臺的主體結(jié)構(gòu)包括牽引平臺、過渡平臺、待裝平臺及裝車平臺，牽引平臺是進行液壓支架和絞車之間聯(lián)系的樞紐，成為回撤平臺的主要受力部件，連接液壓支架及鋼絲繩，通過鋼絲繩的作用實現(xiàn)液壓支架的回撤、轉(zhuǎn)向機裝車[5]，實現(xiàn)液壓支架的快速回撤。

牽引平臺通過平臺本體及液壓馬達、齒輪齒條等裝置組成，液壓馬達作為牽引平臺移動的驅(qū)動，通過齒輪齒條的作用實現(xiàn)牽引平臺本體的移動，從而對回撤平臺的移動提供牽引導(dǎo)向[6]。牽引平臺以液壓泵站作為動力源，可以進行遠(yuǎn)程的控制，提高了施工過程中的安全性，并可通過牽引平臺實現(xiàn)液壓支架回撤平臺的自主移動，避免了人工的作業(yè)，減輕了勞動強度，牽引平臺中齒輪齒條的機構(gòu)能夠進行自潤滑，改善了機構(gòu)使用的環(huán)境，提高了設(shè)備使用的可靠性。在工作過程中，由于牽引平臺承載的作用力較大，對牽引平臺的強度及剛度進行仿真分析，以保證設(shè)計的回撤平臺的可靠性。

2 液壓支架快速回撤牽引平臺的仿真分析

2.1 模型的建立

牽引平臺的承載較大，為保證回撤平臺的穩(wěn)定可靠，對牽引平臺的主要結(jié)構(gòu)進行仿真分析。采用ANSYS Workbench 進行牽引平臺的結(jié)構(gòu)分析，首先依據(jù)設(shè)計的快速回撤平臺結(jié)構(gòu)，進行牽引平臺的三維建模，將其導(dǎo)入到ANSYS Workbench 中，在建模過程中，對于不影響分析結(jié)果的細(xì)小結(jié)構(gòu)進行簡略化處理，以提高計算分析的效率。

對建立的牽引平臺的模型在ANSYS 中進行網(wǎng)格劃分，選擇六面體網(wǎng)格的形式進行網(wǎng)格劃分，將牽引孔周圍主要的受力結(jié)構(gòu)的跨度中心角設(shè)定為細(xì)分，將模型進行網(wǎng)格劃分處理，得到牽引機構(gòu)的網(wǎng)格劃分模型[7]。對牽引平臺進行材質(zhì)設(shè)定，選擇Q235 鋼作為牽引平臺的材料，具有良好的機械性能及耐磨性，適用于復(fù)雜工況的使用。依據(jù)牽引平臺的使用工況，進行載荷及約束的施加，牽引平臺通過牽引孔的作用施加載荷，并以支撐面進行固定，依據(jù)相應(yīng)的載荷大小，設(shè)定牽引平臺的載荷及約束如圖2 所示，對牽引平臺進行靜態(tài)仿真分析。

圖2 牽引平臺的載荷及約束示意圖

2.2 仿真結(jié)果分析

依據(jù)牽引平臺的使用情況，建立相應(yīng)的有限元分析模型，對其進行有限元仿真分析，經(jīng)過計算，得到牽引平臺應(yīng)力及變形量分別如圖3、圖4 所示。從圖3中可以看出，牽引平臺的整體應(yīng)力分布較為均勻，其最大的應(yīng)力值位于牽引平臺的牽引孔位置處，最大應(yīng)力值為150.5 MPa，相對選用材料Q235 的屈服強度235 MPa 較小。從圖4 中可以看出，牽引平臺的整體變形分布較為均勻，不存在變形較大的異常點，最大變形同樣位于牽引孔的位置，最大變形量為0.016 mm，變形量較小。

圖3 牽引平臺的應(yīng)力分布

圖4 牽引平臺的變形量分布

通過上述的分析可知，對牽引平臺進行靜態(tài)分析，其強度及剛度均可滿足使用的需求，所設(shè)計的快速回撤平臺的牽引機構(gòu)滿足使用的安全及可靠性。

3 結(jié)語

針對液壓支架的回撤，設(shè)計了液壓支架快速回撤平臺，主體結(jié)構(gòu)包括牽引平臺、過渡平臺、待裝平臺及裝車平臺。牽引平臺可進行遠(yuǎn)程控制，回撤過程中可進行快速的轉(zhuǎn)向、裝車，減輕了勞動強度，并可改善設(shè)備使用的環(huán)境，提高可靠性，實現(xiàn)快速的回撤。針對承載作用較大的牽引平臺進行靜態(tài)性能分析，建立牽引平臺的有限元分析模型，通過仿真計算可知，牽引平臺的應(yīng)力及變形整體分布較為均勻，其強度及剛度均可滿足使用的需求。由此說明，所設(shè)計的牽引平臺滿足液壓支架回撤平臺的使用需求，保證了回撤平臺的穩(wěn)定可靠。通過液壓支架快速回撤平臺可提高設(shè)備回撤轉(zhuǎn)移的效率，提高煤礦的生產(chǎn)效率。