一种液压支架抬底机构损坏原因分析与改进措施

2011-10-31庞矿安

采矿与岩层控制工程学报 2011年2期

关键词：耳轴耳板密封件

庞矿安

(淮北矿业集团公司生产管理部,安徽淮北 235000)

一种液压支架抬底机构损坏原因分析与改进措施

庞矿安

(淮北矿业集团公司生产管理部,安徽淮北 235000)

淮北矿区井下综采工作面使用的一种带抬底机构的液压支架,经过 4年多的使用,发现在抬底千斤顶的耳轴及其他部位有损坏的现象,经过对抬底机构损坏部位进行现场考察、分析、论证,并对其损坏部位进行力学分析,找到了损坏的具体原因,根据损坏情况提出预防与改进措施。

液压支架;抬底千斤顶;损坏分析

Cause of Failure of Base-lift Structure of Powered Support and Its Improvement Measure

近年来随着长壁综采技术在国内的推广应用,以及一大批千万吨级矿井的出现,强力、高端支架迅猛发展。液压支架立柱、千斤顶缸径不断扩大,类型不断增多,抬底千斤顶作为支架千斤顶的一种,发挥着重要作用。

抬底千斤顶一般安装在底座过桥上,其作用是移架时将底座前端抬起从而减小移架阻力,加快移架速度。其主要由缸体、活塞、活塞杆、导向套及密封件等组成。按装配型式可把抬底千斤顶分为正装和倒装 2种型式。正装抬底千斤顶缸底向下,活塞杆固定在过桥板上,缸筒作为活动体作用在推杆上面把支架前端抬起;相反,倒装千斤顶缸底向上,缸筒固定在过桥板上,活塞杆作为活动体作用在推杆上面把支架前端抬起。由于安装方式的不同,抬底千斤顶在使用过程中部件受力的形式也不同,其损坏的方式也千差万别。根据近年来的支架大修经验,对正装抬底千斤顶和倒装抬底千斤顶作比较,找出抬底千斤顶损坏原因,并提出相应的解决办法,以提高抬底千斤顶的可靠性。

1 抬底千斤顶损坏形式

从多年的支架大修中发现,正装抬底千斤顶明显优于倒装形式。正装抬底千斤顶大部分都是密封件的老化、磨损造成内部窜液以及其他方面损坏。倒装抬底千斤顶损坏形式比较多样：千斤顶耳轴沿根部断裂;由于压力和摩擦力的作用,活塞杆出现弯曲、涨头现象;千斤顶缸口部位受力变形,导致蕾型圈、O型圈失去密封作用;支架底座过桥上的耳板容易变形、撕裂;其他方面的损坏。

两套支架大修时抬底千斤顶的损坏形式及其所占比例如表 1。

表1 抬底千斤顶损坏形式

2 倒装千斤顶损坏原因分析

从表 1中可以看出两套支架抬底千斤顶的损坏形式共同点是：密封件失效和其他方面损坏,都占抬底千斤顶总数量的 10%左右。不同点是：倒装抬底千斤顶耳轴沿根部断裂和过桥耳板撕裂约占总数量的 32%。从损坏的比例和形式上看密封件失效和其他方面损坏是正常损坏,符合支架大修的标准。而耳轴沿根部断裂和过桥耳板撕裂所占比例较大,是不正常损坏,应是设计强度问题。

2.1 过桥耳板抗拉强度计算

根据现场损坏的耳板情况,分析结果如下：耳板受力时存在着不同程度的偏载,耳板受拉,拉裂的耳板先发生表面塑变,然后出现裂缝,裂缝方向如图 1所示沿 cd方向,与垂线夹角近似 3°。

忽略耳板与销轴间隙,则 cd=ab/cos3°=L。

(1)耳板Ⅰ剪力 Q1的计算在抬底千斤顶 P力的作用下,耳板Ⅰ和耳板Ⅱ有 4个截面受剪。由于千斤顶作用力不对称,使耳板受偏载,其中一个耳板的两个截面受剪力较大。为使耳板强度足够,取偏载系数为 1.5,作用在耳板Ⅰ上的剪力 Q1=1 15 P／2＝0 17 5 P。式中,P为千斤顶所受最大外力。

图1 倒装抬底千斤顶耳板受力

考虑到两个受剪面中一个受剪面先出现裂缝,因此,在承载分配中对一受剪面取 1.1倍的载荷不均匀系数。因此,作用在 cd截面上的剪力 q=1.1 Q1/2=0.41P。

(2)耳板Ⅰ剪应力的计算：

2.2 耳轴抗弯强度计算

在实际抬架时千斤顶受到偏载作用产生偏扭力矩。设千斤顶支撑力为 P,偏扭力矩为Mp,P=Q,由偏扭力矩产生的力 Fp=Mp/B (Fp一般取 P/10),则 F=P+Fp。销轴受力如图 2所示,对 Q2力作用点取矩,则 Q1L=F(L-Δ)

弯矩 M=QΔ,剪力 Q=Q1则

根据第四强度理论,耳轴强度应满足：

式中,[σ]为耳轴材料的屈服强度。

抬底千斤顶一般都是根据井下地质条件设计的,设计时一般都考虑安全系数,没有特殊情况结构件一般不会出问题。支架抬底装置正确的操作方法为当采煤机采过一个截深后,开始推溜拉架,拉架时应首先降架收回立柱,然后抬脚装置中千斤顶活塞腔进液,使抬脚千斤顶活塞杆伸出将支架底脚抬起,此时移溜千斤顶活塞腔进液、活塞杆腔回液实现拉架,当支架移到位后应先将抬底千斤顶活塞杆缩回,手把打到零位,然后再升起立柱。