液压支架强度可靠性优化设计方法

郭向莉 韩晓云

摘 要：在煤矿开采过程中，液压支架所起到的作用是不容忽视的，其可以确保煤矿开采工作的顺利进行。但是目前来看，液压支架的强度还不够可靠，在使用的过程中会出现一些问题，因此对于液压支架进行优化是非常必要的，增加其可靠性，这样才能够更好的起到承重的作用，本文就将对液压支架强度可靠性优化设计方法进行探讨。

关键词：液压支架；强度；可靠性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.18.004

在综采工作面中，液压支架所起到的作用是安全防护及顶板支护。其能够帮助实现煤炭开采的机械化，其作用主要是支撑顶板，保护煤矿的安全。在进行煤炭开采时，其工作环境极为恶劣，顶梁承受可能会出现偏载的情况，这就对液压支架的可靠性有着很高的要求，但是目前的液压支架强度的可靠性还有着一些不足之处，因此需要对其进行优化处理，达到增加液压支架支撑效果的目的。

1 我国液压支架发展简介

我国是一个煤炭大国，并且对于煤炭的需求量也非常高，因此煤炭的开采量在不断的上升。在進行开采的时候，液压支架是一项非常重要的设备，尤其是在综采工作面中，其更是必不可少的，可以说，缺少了液压支架，就不能够有效的实现煤炭开采的机械化。液压支架在煤炭开采中的主要作用是支撑顶板，保证在进行煤炭开采的时候煤矿能够安全可靠。液压支架已经成为分辨是否高级机械化开采的关键设备，与一般的机械开采相比，液压支架能够保证在开采的过程中顶板处于非常稳定的状态，大大的降低了煤炭开采时的劳动强度，并且能够有效的提升煤炭开采的效率，增加其经济性。由于我国对于煤炭的需求量越来越大，因此要求煤矿在进行煤炭开采时能够有着更高的效率，保证煤炭的开采量能够尽量满足我国需求，这就要求煤矿企业要想办法去改变传统的开采方法，提升煤炭开采的效率，液压支架的应用就能够帮助煤矿企业提升自身开采的的效率。目前来看，我国完全实现机械化的煤炭开采的企业还不多，液压支架的应用还应当要进一步的进行推广，让大多数的煤矿企业都能够实现机械化的开采，这样能够在整体上提升我国煤炭开采的水平。

2 液压支架强度可靠性优化设计

2.1 基于最大应力约束的优化设计

在对液压支架进行优化的过程中，应当要注重对于掩护梁结构的优化。在进行优化的时候，应当要不断的进行实现，在实验中发现能够进行优化的地方。一般来讲，在煤炭开采时一些主要的参数是固定的，不能够进行改变，因此在进行优化设计的时候可以从支架钢板的厚度进行分析，将其作为一个设计变量，然后对其进行设定，通过一定的方法来确定最好的设计方案。在进行分析的时候，可以采用有限元的分析方法，进行分析的时候应当要假设处于最为恶劣的情况，这样才能够保证在真实遇到这种情况的时候能够保证煤矿的稳定性。在进行假设的时候，应当要根据国家的相关规定和相关的标准，不能够随意的采用一些不符合规范的设计，另外，在对钢板厚度进行选择的时候，应当要选择合理适当的优化组合方案，然后再对这些组合进行计算，得到最为稳定的结果，并且要保证掩护梁最大受力要小于或者等于屈服极限的水平，这样才能够让液压支架的稳定性得到最好的优化，最大限度的保证煤矿的安全。

2.2 基于使用寿命约束的优化设计

目前，基于使用寿命约束来进行液压支架强度可靠性优化设计主要从名义应力法、局部应力-应变法和应力场强法三个方面来进行研究。在局部应力-应变法研究过程中，要对液压支架的塑性问题给予全方位的分析，并探究使用寿命的微小变化对液压支架强度可靠性可能产生的影响，在此基础上对析局部危险部位进行低周疲劳分析。在进行设计的时候，应当要首先满足液压支架实验中的要求，然后再对液压强度的可靠性优化进行设计，并且可以不用单独的选择液压支架的使用寿命作为原则，可以选择一个可靠性优化的约束条件，这样来进行设计能够实现更好的效果。在进行弹塑性有限元静力分析过程中，通常会假设液压支架的设计寿命为106，在正常使用过程中，主筋板与顶梁内主筋位置是液压支架使用寿命最小的位置，此时可以借助Morrow 修正公式来对其进行分析，所计算出来的最小寿命值为1.71×105，符合液压支架强度可靠性要求。在进行实验的时候，应当要在满足设定的疲劳周期的条件下进行，这时可以得出最优钢板厚度的值，然后再针对这些值进行分析。在对于最优钢板厚度进行分析的时候，应当要采用合适的方法，对钢板的厚度进行不断的控制，分析的时候应当要在液压支架掩护梁使用寿命以及应力水平的条件下进行，这样才能够得到最好的优化方案。

2.3 液压支架优化方向

随着当前科学技术的不断进步，各种高科技不断的应用到方方面面，液压支架也在不断地发生着改变，这对于煤矿开采有着非常重要的影响。对于液压支架来讲，其构建涉及到很多的方面，综合性和技术性相对较强，综合了计算机技术、机械传动技术和遥感技术等，在科学技术的不断发展下，液压支架也会应用到更多的技术，例如故障诊断技术，能够大大的减少液压支架发生故障的概率，对于煤矿安全起到很好的保护作用，并且还能够提升液压支架的使用寿命，提高其工作效率。液压支架的工作环境较为恶劣，因此在进行液压支架设计的时候应当要有着完善的设计理念，要在工艺方法，材料选择和支架结构等方法进行考虑，确保液压支架的稳定性。对于液压支架的架型也应当要不断地进行优化，让其能够承受较大的阻力，增加其可靠性。

3 总结

液压支架对于煤炭开采有着极为重要的作用，能够帮助在煤炭开采实现机械化，因此是必不可少的一项设备。当时在进行使用的时候，其还存在着一些不足之处，因此需要我们对其进行优化改进，增加其可靠性，保证煤炭开采时的安全，促进煤矿行业的发展。

参考文献：

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