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新标准下的液压支架掩护梁、前后连杆受力分析

2018-10-31程锦翟萌萌

山东工业技术 2018年18期
关键词:液压支架受力分析

程锦 翟萌萌

摘 要:本文就新标准《液压支架通用技术条件》(MT312-2000)有关顶梁偏载试验对顶梁、掩护梁、前连杆、后连杆等部件受力带来的影响进行了详细分析,并用实例说明2000标准与92标准扭矩量值和差值。

关键词:新标准;液压支架;受力分析

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.18.003

1 新老标准顶梁偏载分析

《液压支架通用技术条件》(MT312-2000)新标准已于2001年8月起开始强制执行。

顶梁偏载试验目的是检验掩护梁、前后连杆抗扭能力,最主要是针对加载工况。新老标准在此工况中有较大的差别,主要体现在加载位置和试验高度上:一是新标准垫块位置位于顶梁0.1B处,老标准垫块位于一侧立柱上;二是前者试验高度为支架最低高度加300mm,而后者试验高度为2/3支架行程。

常见液压支架如四柱支撐掩护式支架和反四连杆支架等,主要为四连杆机构,取顶梁、掩护梁、前后连杆为脱离体,利用瞬心点的特性,建立平衡方程,求顶梁合力和合力作用点位置。

Q=[P1×(T12-T13)+P2×(T14-T15)]/[T5-ff+(y5-y0)] (1)

Lx=[(P1×T13+P2×T15+Q×ff×L8)/Q+B9] (2)

利用掩护梁脱离体,建立平衡方程求前后连杆力:

F1=[(Q-T7)×cosA-(T6-ff×Q)×sinA]/(sinA2×cosA-sinAcosA2) (3)

F1=[(Q-T7)×cosA2?-(T6-ff×Q)×sinA2]/(sinA×cosA2-sinA2cosA) (4)

其中:Q顶梁合力;LX顶梁合力作用位置;F1前连杆力;F2后连杆力。

T12,T13,T14,T15,为几何数据;ff摩擦系数取值范围一般情况0.0~0.3之间;T6=P1×sinA3+P2×sinA4;T7=P1×cosA3+P2×cosA4

顶梁偏载老标准顶梁所受扭矩:

(5)

式中LZ为柱间距。

顶梁偏载新标准所受扭矩简化如下:

(6)

新老标准掩护梁所受扭矩为:

M1=M0cosA5 (7)

前后前连平均扭矩为:

(8)

前连杆所受扭矩:

(9)

后连杆所受扭矩:

(10)

其中:

式中:A66——掩护梁轴线与前连杆轴线夹角;A77——掩护梁轴线与后连杆轴线夹角;K前——前连杆扭转刚度;K后——后连杆扭转刚度。

连杆扭转刚度计算式:

(11)

式中:G——连杆的剪切模量,钢材G=8×1010N/m2;J ——连杆截面的极惯性矩,对于组合连杆可以求出其当量极惯性矩;L ——连杆长度,对于组合连杆求出其当量长度。

由于液压支架中常见的是组合连杆,其当量扭转刚度计算式:

(12)

式中:K1和K2分别是两杆截面扭转刚度;K3为中段连板扭转刚度。

液压支架通常两杆截面相同,即K1=K2,式(12)改写成:

(13)

从式(9)、(10)和(11)可得出前后连杆所分配的扭矩大小与连杆的扭转刚度成正比,与其长度成反比。

以1.5m支架间距、1.44m宽度顶梁和0.77m立柱间距为例,对比公式(5)、(6)新标准掩护梁所受扭矩从垫块位置比老标准大约49%。掩护梁背角A5从36.4°约变为21.5°,掩护梁扭矩增大约15.7%。两者掩护梁扭矩增加约72.3%。由公式(8)可知,角度Acp-A5从2/3h的41.3°到最低位置加0.3m位置的17.3°左右,由于支架试验高度变化对前后连杆平均扭矩要增加约27.1%,加上垫块位置变化增加约49%,新老标准前后连杆扭矩增加约89.2%。

2 实例分析----四柱支架顶梁偏载

以四柱支撑掩护式支架ZZ8000/18/35为例,最高位置3.5m,最低位置1.8m,2/3行程试验高度2.8m,新老标准顶梁扭矩分别为461472.7kN·cm和312007.3kN,新比老大47.9%;新老标准掩护梁扭矩分别为421587.2kN·cm和251619.9kN·cm,新比老大67.5%;新老标准前连杆扭矩分别为210852.9kN·cm和M4=113842.6kN·cm,新比老大85.2%;新老标准后连杆扭矩分别为223895.4kN·cm和120884.4kN·cm,新比老大85.2%。

参考文献:

[1]中华人民共和国煤炭行业标准.MT312-92液压支架通用技术条件[M].中国标准出版社,1993.

[2]中华人民共和国煤炭行业标准.MT312-2000液压支架通用技术条件[M].中国标准出版社,2001.

[3]张惠民,杜忠孝.液压支架零部件设计合理计算方法的研究[M].课题鉴定资料汇编,1995.

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