巷道支架试验台设计及应用研究

郭晨

(中北大学 计算机与控制工程学院，山西 太原 030051)

巷道支架试验台设计及应用研究

郭晨

(中北大学 计算机与控制工程学院，山西 太原 030051)

文章首先对整个试验台的技术参数进行了设计计算，其次运用理论分析、数值模拟的方法对试验台主体结构框架进行了设计和研究，最后运用所设计的支架试验台对直腿半圆拱形U型钢可缩性支架进行了现场加载试验。

巷道支架试验台；金属支架；结构框架；测控系统；COSMOS/Works

1 引言

随着煤炭开采不断向深部延伸，高应力巷道的支护难题将成为我国煤矿今后必须长期面对的开采技术难题。巷道金属支架虽然作为一种被动的支护方式，但其具有高阻、可缩和护表性能强的优点。为了研制出结构合理、性能优良的支架，从而能降低支护成本、减轻劳动强度。文章对巷道支架试验台进行了设计和研究。在前人研究的基础上，结合目前巷道支架性能检测面临的问题，针对国内现有巷道支架试验台存在的不足，通过圆环形平面支架试验台结构框架设计、试验台测控系统设计和支架性能监测系统等相关内容的研究，建立了一套新的巷道支架性能试验系统。

2 巷道支架试验台整体设计及应用研究

2.1 巷道支架试验台总体方案及其参数设计

对巷道支架试验台总体方案进行了设计。巷道支架试验台总体方案的设计主要包括试验台台型的选择、总体方案构思及系统参数的设计三大部分内容

2.2 巷道支架试验台测控系统设计

（1）测控系统总设计。本巷道支架试验台测控系统由计算机全数字伺服控制系统、液压控制台、信号监测系统、高精度液压千斤顶等组成，是一套完整的机——电——液一体化的高技术系统设备。

如图1所示为支架试验台测控系统框图。

图1 支架试验台测控系统框图

（2）液压加载系统。液压加载系统由油源、液压泵、溢流阀、储能器、电液比例流量控制阀、二位三通电磁球阀、液压千斤顶、压力表、单向阀等部件组成，是一套具有内反馈回路的闭环控制系统。液压加载系统是巷道支架试验台测控系统的核心部分，其性能和控制精度关系到整个试验台的可靠性和稳定性，综合考虑试验台的技术指标、经济指标和可行性方面的因素，确定液压加载系统的主要性能参数如下：①系统流量：20～30 L/min；②系统压力：≥31.5 MPa，使用压力：≤30 MPa；③控制精度：静态精度：±0.5% F·S，动态精度：±2%F·S；④加载能力：≤12000 kN。

2.3 巷道支架加载试验

U29直腿拱形可缩性支架加载试验步骤：

（1）组装支架，在支架试件上选择一系列加载点，用特殊颜色标明；

（2）将支架试件安装固定在试验台上，安装固定支架时要求加载油缸与试件处在同一平面内，且在各加载点处油缸与试件表面要保持垂直；

（3）安装载荷传感器和位移传感器；

（4）通过液压控制台手动调节按钮调节液压缸使传力杆端头与安装在支架试件上的传力块快速接触，待两者互相接触后，停止手动调节，使用计算机全数字伺服控制系统对支架试件进行预压，本次试验每个加载点预压值为5 kN；

（5）当各加载油缸预压值稳定在5 kN左右时，左右两侧卡缆各加的力矩，通过用户参数设置界面对加载油缸的载荷、位移、加载速率、加载方式等参数进行设置。

（6）开始加载，观测人机界面上的实时数据曲线，达到加载试验结束要求时，停止加载，保存记录试验数据2.4支架试验台性能分析

本巷道支架试验台测控系统在整个加载试验过程中运行稳定，安全可靠。计算机全数字伺服控制系统能够实现试验加载的设定、传感器联机标定及校正、试验进程控制、试验数据的显示及存储等设计要求的功能，并能满足要求的控制精度；液压控制系统在加载过程中油压稳定，控制精度达标，液压管路密封连接严实可靠，无漏油渗油现象，液压加载能力能够达到设计规定值；信号监测系统在试验过程中，压力传感器测得的压力数据和位移传感器测得的位移变形数据能够实时的传输到计算机上，实现整个测控系统的闭环控制，从而方便操作人员掌握试验的实际进程和加载情况并做出及时的调整和控制，压力传感器和位移传感器的量程和测量精度都能满足试验要求。

综合分析，巷道支架试验台在试验加载过程中运行安全可靠，整体性能良好，各项技术指标均达到了设计标准和要求，实现了预期的设计和建设目标。

3 结语

巷道支架试验台作为测试巷道金属支架力学性能指标的重要工具，其本身性能的优良直接影响着测试结果的准确性和可靠性。文章综合运用理论分析、数值模拟和现场试验的研究方法，对巷道支架试验台进行了设计和研究，并运用所设计的试验台对直墙半圆拱型可缩性支架试件进行了现场力学测试。

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A Research on Design and Application of Test bed for Roadway Support

GUO Chen
(Department of Computer and Control Engineering,North University of China,Taiyuan,Shanxi 030051,China)

Firstly,the technological parameters of the test bed were designed and calculated.Secondly,based on theoretical analysis and numerical simulation,this paper designed and studied the main framework of the test bed. Finally,a field loading test was conducted on the straight leg semicircle arch U-shape compressible support with the designed support test bed.

roadway support test bed;metal support;framework;measurement and control system;COSMOS/Works

TD353

A

2095-980X（2015）01-0131-01

2014-12-22

郭晨（1991-），男，硕士研究生,从事精密仪器仪表加工与数字图像处理研究工作。