出口液压支架设计_研究.pdf
出口液压支架设计、研究 煤炭科学研究总院北京开采研究所 朱凤志 摘 要 根据出口印度液压支架的设计、试验,对比分析和研究了中国和印度 液压支架的设计规范和试验规范。 关键词 试验规范 摩擦系数 水平加载 扭矩 1995年我国在印度国际综采设备投标 会上一举中标,为印度拉金达、巴兰布和牛 库达三个矿,提供ZZ4400/ 14/ 31型液压支 架三套。三套液压支架结构件完全相同,通 过更换立柱,二个工作面为低架 (1 14217 m) ,一个工作面为高架 (1 17311 m)。 这次出口印度液压支架,不仅符合中国设计 和试验规范,也要符合进口国 印度的设 计规范和试验规范。ZZ4400/ 14/ 31型液压 支架,在国内试验样机高度114217 m , 一次通过37 500次各种加载方式试验。 1 摩擦系数取值范围不同 我国70年代初,对摩擦系数大小和方 向,在井下通过测力销进行过观测。从观测 结果看,摩擦系数基本指向采空区,f= 0 013。只有万分之几测试结果,摩擦力方 向是指向煤壁的。考虑出现几率非常少,所 以将摩擦系数取值为负取消了。但印度设计 规范和试验规范规定,f取值- 013+ 013。这二种取值计算出受力值区别很大, 具体值见表1。 从表1可以看出,f= - 013时,前连 杆力最大值为6 570 kN (H= 2 800 mm)。 f= 013时,前连杆力最大值为4 270 kN (H= 3 100 mm) ,前者是后者的1153倍。 f= - 013时,后连杆力最大值为5 420 kN (H= 2 800 mm) ,f= 0时,后连杆力最大 值为4 490 kN (H= 3 100 mm)。前者是后 者的112倍。这说明f= - 013时,前后连 杆力都比f= 013时大。 表1 出口印度ZZ44001/ 14/ 31型支架力计算值 支架高 H/ mm 摩擦 系数 f 支架 合力 F1/ kN 前连 杆力 F3/ kN 后连 杆力 F4/ kN 掩护梁 扭矩 Mk/ Nm 3 100 013 010 - 013 5 110 4 190 3 550 - 4 270 1 150 4 910 4 490 - 1 210 - 5 170 885131 725187 615110 2 800 013 010 - 013 4 330 4 400 4 480 - 3 090 1 660 6 570 2 550 - 1 370 - 5 420 1 119131 1 137178 1 156187 1 500 013 010 - 013 4 390 4 190 4 010 - 1 200 2 110 5 140 740 - 1 290 - 3 150 1 678172 1 603194 1 535154 支架在115 m高时,掩护梁上扭矩值 (1 6781 72 Nm)比支架高311 m时扭矩值 (885 131) ,大1189倍。这说明支架在低位 时,掩护梁上承受的扭矩大。 这样,我们在支架设计时,就要按最恶 劣状况计算和确定结构。对于立筋和上下盖 板的匹配就要有所改变,否则无法通过计算 和试验。 为了确保这种设计规范的实现,还特别 规定了水平加载试验方法,加载方式见图 1、图2 ,垫块是放在底座的一端,垫块位 置确定是通过支架高度H,摩擦系数f,立 柱工作阻力P计算出来的。图1的方式计 5 第25卷第12期 煤炭科学技术 1997年12月 算公式为 F1·f·H = P·X + P( X - L) X = ( F1·f·H + P·L) /2P 图1 图2 所以,它完全可以反映出f= 013 ,f= - 013时所产生的水平载荷,对连杆系统施 加的力。其循环加载次数为:f= - 013时, 2 000次;f= - 013时, 1 000次,看来印 度也考虑摩擦力方向出现几率的大小。 2 印度支架试验规范与我们试验规范不同 处 211 立柱在顶梁和底座上连接的强度试验 21111 强度试验的目地 (1)保证在某种状态下,立柱不会从顶 梁或底座中脱开,出现伤人事故。 (2)确保在底座上立柱连接件的破坏载 荷低于顶梁上连接件的破坏载荷。 21112 试验要求 (1)对双伸缩立柱,一级缸全部伸出, 二级缸伸出一半;对于单伸缩立柱,立柱呈 半伸缩状态。在这种情况下,将立柱柱头和 缸底固定在顶梁和底座上。顶梁和底座固定 不动用115倍额定泵站压力迫降立柱,立柱 所有连接件不得损坏。 (2)将迫降力加大,加大到立柱缸底连 接件(销子)损坏(立柱柱头和顶梁连接销 子不能损坏)。这个迫降力应小于额定泵站 压力2倍。 (3)除了作破坏试验之外,还要求作额 定泵站压力1125倍的2 000次寿命试验。 212 推移装置的试验 支架在试验台内,将支架底座上的推杆 随千斤顶推出,伸出量较整个行程短50 mm。将推杆通过连接头与固定夹联好,并 将连接头中心线与支架底座中心线偏移150 mm ,在此状态下,将固定夹固定在试验台 台面上,见图3。 图3 (1)检查千斤顶泄漏迹象,同时也检查 系统的可靠性。给千斤顶115倍额定泵站压 力拉支架。推移杆和千斤顶不得损坏。在泵 站压力1125倍压力下,至少推拉各2 000 次,不得损坏。 (2)过载试验,检验推移机构连接强 度。支架被限止在试验框架中,千斤顶全部 伸出,用2倍拉架力,使推移机构处于拉架 状态。在这个力作用下,系统连接强度弱的 连接处(安全销 ) , 应被拉断。本次设计, 将推杆与连接头连接的立销子,作为安全 销。由于采用这种安全销设计,使运输机中 部槽连接耳子和推移机构等大件得到了保 护。 213 偏载试验辊轴中心线靠近顶梁边缘 支架在井下使用中大多一侧接顶,所以 偏载工况在井下是经常见到的。印度支架偏 载试验,规定垫块位置见图4 ,其试验高度 6 第25卷第12期 煤炭科学技术 1997年12月 H为支架最低高度加150 mm。 图4 这种试验方法产生的扭矩,是垫块放在 立柱上方时的115倍。对于掩护梁而言,从 表1上Mk值可以看出,在低位时f= 0的 扭矩值是高位时f= 0的119倍左右。 由上述二组数字可以看出,垫块放在 011W处,又在支架低位时作偏载试验, 要求是比较严格的。 214 印度支架试验规范要求试验次数多 我国支架寿命试验次数偏低。如果从为 用户着想,试验室试验难度应提高,项目应 增加,次数应增加。我国支架和印度支架试 验规范,规定的试验项目和次数见表2。 表2 国内支架和印度支架主梁和附件试验次数对比 被试 部件 中 国 支 架 试 验 规 范 加 载 方 式试验次数 印 度 支 架 试 验 规 范 加 载 方 式试验次数 顶 梁 两端加载 弯扭 (3 点加载) 重心(中部)加载 两侧加载 扭转(偏载) 1 000 2 000 1 000 1 000 2 000 两端加载 弯扭 (6 种方式) 重心 (3 种加载方式) 两侧加载 扭转(偏载) 柱窝过载(顶空) 1 000 5 000 3 000 1 000 2 000 1 000 底 座 弯扭 (3 点) 中部加载 两端加载 2 000 1 000 1 000 弯扭 (8 种方式) 两外侧加载 两内侧加载 水平加载 8 000 1 000 1 000 2 500 附 件 前梁扭转1 000护帮装置 侧护板 推移装置 6 000 4 000 2 000 总计12 00037 500 从表2可以看出,国内支架主梁试验共 11 000次(不含强度试验次数)。总试验共 12 000次。印度试验规范,主梁试验共25 500次,总试验共37 500次。 试验要求越严格,次数越多,支架上井 大修次数越少,或者不用上井大修。 3 小 结 通过对出口支架的设计,试验并加以认 真分析,对我们大有益处。这些要求并不过 分,如果说我们支架在井下使用的可靠性需 要提高的话,上面介绍的几个方面,就是值 得注意的。当然提高支架使用可靠性,还另 有不少方面需要做工作的,因和本文无关, 这里不再多述。 作者简介 朱凤志 1941年生,高级工程师。1963 年毕业于鸡西矿业学院。长期从事液压支架研究,科研成 果曾获部科技进步特等奖。曾发表文章10余篇。地址: 北京市和平里,邮码: 100013。 (收稿日期:1997205215;责任编辑:王廷圣) 7 第25卷第12期 煤炭科学技术 1997年12月
