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[摘 要]本文在概述液压支架的结构及工作原理的基础上,重点对液压支架的主要构件立柱进行了分析。对液压支架中立柱的布置及设计过程进行了分析,并通过实例对其基础参数和性能参数进行了相应的设计计算,最后对立柱的强度及稳定性校核方法进行了说明,为相关问题进一步的分析研究奠定了基础。
[关键词]液压支架;立柱;基础参数;性能参数;强度;稳定性
中图分类号:TD35 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2014)01-0024-01
0 引言
为防止顶板冒落,在采煤过程中,液压支架用于保证工作人员的作业安全。液压支架与采煤机和输送机组成了机械化的采煤设备,是提高采煤效率、降低生产成本及保证人员安全的有效措施,因此液压支架合理的设计在采煤作业有着重要的作用[1,2]。
液压支架的主要包括机械部分和液压部分,通过液压控制液压缸的运动,实现液压支架的升降、移架和推移输送。在液压支架的组成中,立柱用于承受载荷,支撑顶梁,并起着调整液压支架的高度的作用。在液压支架工作过程中,立柱的数量较少,而工作压力较大,因此,液压支架中立柱的设计对液压支架的整体性能有着重要的影响[3,4],文中主要对立柱进行设计并对其稳定性校核进行分析。
1.立柱的布置及尺寸的确定
该液压支架采用单伸缩立柱,立柱数目为4。立柱间距指支撑式和支撑掩护式支架而言即前、后柱的间距。立柱间距的选择原则为:有利于操作、行人和部件合理布置。本支架立柱间距选0.87。对于支撑掩护式支架,前柱窝一般近似在顶梁后部三分之二处,而下柱窝的位置根据立柱的角度来确定,一般立柱与底座垂线的夹角α角要小于11°,其具体位置如图1所示。
在设计时,我们选择泵站的工作压力为31.5MPa,立柱的数目为4,理论上支架承受的总载荷为10000KN,安全阀可调整的压力为40MPa,额定工作压力为36.1MPa,立柱与底座垂线的最大夹角α为11°。采用以上数据为例对液压支架立柱的设计做系统的分析。
1.1 立柱的尺寸
立柱采用单伸缩液压缸时,缸体内径为:
(1)
式中:F为理论上支架承受的总载荷力;n为支架中采用立柱的数目;Pa为安全阀的调整压力;α为立柱与垂直线的最大夹角。
那么通过计算求得D的值为284.8mm,通过查询机械设计手册选择立柱的缸体内径D为300mm,立柱的柱径为290mm。
那么立柱缸筒内的压力可计算为:
MPa (2)
其中D根据上述缸体内径的计算求得。通过上述的计算可选取缸筒的材料为27SiMn无缝钢管,其屈服极限σs为835N/mm2。安全系数为2时,那么此材料的许用应力为[σ]=σs/2,即417N/mm2。
那么缸筒的内壁厚度可由以公式(3)计算求得:
(3)
将上述计算求得的许用应力[σ]、立柱缸筒内压力机缸体内径D代入式(3)得δ=11.7mm。考慮在立柱的液压缸内需要安装导向套,因此选取缸筒内壁厚度为δ=25mm。
1.2 立柱的初撑力及工作阻力计算
立柱的初撑力p1及工作阻力p2分别按公式(4)及公式(5)进行计算,式中Pb为泵站的工作压力,Pc为安全阀的额定工作压力:
(4)
(5)
2 立柱强度和稳定性验算
2.1 立柱缸体强度验算
缸筒是立柱的主要零件之一,由于立柱长期承受高压,要求缸筒本身具有足够的强度能够保持很好的性能。在对缸筒设计时,应当满足一定的强度和变形条件。对于缸筒壁厚的设计,应使得工作的额定压力Pn小于一定的极限值。即满足条件:
(MPa) (6)
式中D1为缸筒外径尺寸。
同时为了避免塑性变形的发生,也应当满足以下条件:
(7)
2.2 立柱的稳定性验算
油缸的稳定性条件:
(8)
式中PK1为油缸稳定的极限力;Pm为油缸最大工作阻力,根据实际工作情况确定;J1为活塞杆断面惯性矩。的数值根据《液压传动设计手册》中极限力计算得到。
3.小结
文中对液压支架的主要组成结构进行了介绍,并重点对液压支架的立柱进行了分析。文中对液压支架的立柱布置方式进行了简要的分析,并通过实例对立柱的基本参数和受力情况进行了相应的分析,并对立柱的强度及稳定性校核方法进行了说明,为相关问题的分析奠定了基础。
参考文献
[1] 赵宏珠,宋秋爽.特大采高液压支架发展与研究[J].采矿与安全工程学报,2007,24(3):265-269.
[2] 张银亮.国产大采高液压支架的研究现状与发展趋势[J].煤矿开采,2008,(6):1-3.
[3] 舒凤翔,闫海峰,张幸福.液压支架立柱试验台液压系统的设计及仿真[J].煤矿机械,2009,30(12):29-31.
[4] 刘欣科.一种新型液压支架立柱设计与研究[J].煤矿开采,2013(4):47-49.
作者简介
乔武生(1973-),男,内蒙古鄂尔多斯人,现任榆林神华能源有限责任公司副矿长;研究方向采矿工程;联系地址:榆林神华能源有限责任公司;联系电话:18291217500;邮编:719300;Email:[email protected]。
[关键词]液压支架;立柱;基础参数;性能参数;强度;稳定性
中图分类号:TD35 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2014)01-0024-01
0 引言
为防止顶板冒落,在采煤过程中,液压支架用于保证工作人员的作业安全。液压支架与采煤机和输送机组成了机械化的采煤设备,是提高采煤效率、降低生产成本及保证人员安全的有效措施,因此液压支架合理的设计在采煤作业有着重要的作用[1,2]。
液压支架的主要包括机械部分和液压部分,通过液压控制液压缸的运动,实现液压支架的升降、移架和推移输送。在液压支架的组成中,立柱用于承受载荷,支撑顶梁,并起着调整液压支架的高度的作用。在液压支架工作过程中,立柱的数量较少,而工作压力较大,因此,液压支架中立柱的设计对液压支架的整体性能有着重要的影响[3,4],文中主要对立柱进行设计并对其稳定性校核进行分析。
1.立柱的布置及尺寸的确定
该液压支架采用单伸缩立柱,立柱数目为4。立柱间距指支撑式和支撑掩护式支架而言即前、后柱的间距。立柱间距的选择原则为:有利于操作、行人和部件合理布置。本支架立柱间距选0.87。对于支撑掩护式支架,前柱窝一般近似在顶梁后部三分之二处,而下柱窝的位置根据立柱的角度来确定,一般立柱与底座垂线的夹角α角要小于11°,其具体位置如图1所示。
在设计时,我们选择泵站的工作压力为31.5MPa,立柱的数目为4,理论上支架承受的总载荷为10000KN,安全阀可调整的压力为40MPa,额定工作压力为36.1MPa,立柱与底座垂线的最大夹角α为11°。采用以上数据为例对液压支架立柱的设计做系统的分析。
1.1 立柱的尺寸
立柱采用单伸缩液压缸时,缸体内径为:
(1)
式中:F为理论上支架承受的总载荷力;n为支架中采用立柱的数目;Pa为安全阀的调整压力;α为立柱与垂直线的最大夹角。
那么通过计算求得D的值为284.8mm,通过查询机械设计手册选择立柱的缸体内径D为300mm,立柱的柱径为290mm。
那么立柱缸筒内的压力可计算为:
MPa (2)
其中D根据上述缸体内径的计算求得。通过上述的计算可选取缸筒的材料为27SiMn无缝钢管,其屈服极限σs为835N/mm2。安全系数为2时,那么此材料的许用应力为[σ]=σs/2,即417N/mm2。
那么缸筒的内壁厚度可由以公式(3)计算求得:
(3)
将上述计算求得的许用应力[σ]、立柱缸筒内压力机缸体内径D代入式(3)得δ=11.7mm。考慮在立柱的液压缸内需要安装导向套,因此选取缸筒内壁厚度为δ=25mm。
1.2 立柱的初撑力及工作阻力计算
立柱的初撑力p1及工作阻力p2分别按公式(4)及公式(5)进行计算,式中Pb为泵站的工作压力,Pc为安全阀的额定工作压力:
(4)
(5)
2 立柱强度和稳定性验算
2.1 立柱缸体强度验算
缸筒是立柱的主要零件之一,由于立柱长期承受高压,要求缸筒本身具有足够的强度能够保持很好的性能。在对缸筒设计时,应当满足一定的强度和变形条件。对于缸筒壁厚的设计,应使得工作的额定压力Pn小于一定的极限值。即满足条件:
(MPa) (6)
式中D1为缸筒外径尺寸。
同时为了避免塑性变形的发生,也应当满足以下条件:
(7)
2.2 立柱的稳定性验算
油缸的稳定性条件:
(8)
式中PK1为油缸稳定的极限力;Pm为油缸最大工作阻力,根据实际工作情况确定;J1为活塞杆断面惯性矩。的数值根据《液压传动设计手册》中极限力计算得到。
3.小结
文中对液压支架的主要组成结构进行了介绍,并重点对液压支架的立柱进行了分析。文中对液压支架的立柱布置方式进行了简要的分析,并通过实例对立柱的基本参数和受力情况进行了相应的分析,并对立柱的强度及稳定性校核方法进行了说明,为相关问题的分析奠定了基础。
参考文献
[1] 赵宏珠,宋秋爽.特大采高液压支架发展与研究[J].采矿与安全工程学报,2007,24(3):265-269.
[2] 张银亮.国产大采高液压支架的研究现状与发展趋势[J].煤矿开采,2008,(6):1-3.
[3] 舒凤翔,闫海峰,张幸福.液压支架立柱试验台液压系统的设计及仿真[J].煤矿机械,2009,30(12):29-31.
[4] 刘欣科.一种新型液压支架立柱设计与研究[J].煤矿开采,2013(4):47-49.
作者简介
乔武生(1973-),男,内蒙古鄂尔多斯人,现任榆林神华能源有限责任公司副矿长;研究方向采矿工程;联系地址:榆林神华能源有限责任公司;联系电话:18291217500;邮编:719300;Email:[email protected]。