摘要:解决蹩卡问题是液压支架内伸缩梁设计的主要技术难点。分析了伸缩梁蹩卡问题产生的原因,提出了解决办法;在对液压支架中伸缩梁不同结构形式使用情况分析对比的基础上,提出伸缩梁通用化设计方案。
关键词:伸缩梁;优化;结构件;通用化设计
伸缩梁作为液压支架的一个结构部件,在液压支架顶梁(前梁)的前端,用于防止工作面煤壁上方顶煤(板)冒落。非工作状态时,伸缩梁位于顶梁(前梁)内部;工作时,伸缩梁在其千斤顶的作用下伸向煤壁,在采煤过程中起及时支护作用,是一个重要的非主体结构件。从《mt312-2000》标准可以看出,对伸缩梁试验的要求相对《mt312-92》标准有很大程度的提高,主要是伸缩梁集中载荷及偏载压架次数增加、压架的试验压力提高等。因此,做好伸缩梁通用化设计具有重要意义。
1 伸缩梁结构分析
伸缩梁按照结构可以分为内伸式(潜入式)、外伸式(手套式)、内伸与外伸相结合的形式(结构复杂,较少使用)。
(1)内伸式伸缩梁(图1)。内伸式伸缩梁非工作状态位于整体顶梁或铰接前梁内部,工作时在伸缩梁千斤顶的作用下伸向前上方。顶梁或前梁内部有一个向上倾斜3°左右的导条,增加伸缩梁承载力,结构属于箱形体,结构可靠性好。缺点是使用时易出现蹩卡,现广泛应用于整体顶梁和铰接前梁中。
(2)外伸式伸缩梁(图2)。外伸式伸缩梁非工作状态位于前梁外部,包住前梁,工作时在伸缩梁千斤顶的作用下,顺着前梁方向伸出,结构简单,较易保证伸缩顺畅。缺点是伸缩梁的运动对支架接顶有一定影响,结构可靠性差,易变形破坏,而且梁盖需三边压形,工艺性不好。现已较少使用。
2 伸缩梁蹩卡原因分析
根据统计资料, 1992~2000年期间,内、外伸缩梁各占约50%, 2000年以来内伸式伸缩梁已占
86%。由此表明,内伸式伸缩梁由于结构可靠性好及在使用中被认可的程度高而占绝对地位。但内伸式伸缩梁使用中容易出现蹩卡现象。因此要想让内伸缩梁通用件使用性能可靠,就必须首先解决蹩卡问题。出现蹩卡现象主要有以下几方面的原因:①2根伸缩梁千斤顶布置在内主筋外侧,距伸缩梁中心线远,千斤顶未同步启动时,先启动的千斤顶一侧在伸缩梁宽度方向会产生一个分力,使得伸缩梁伸出后斜向一边,随着伸缩梁伸出长度增加,当伸缩梁与相配套的顶梁(前梁)边框间隙为零时,伸缩梁再往外伸,就导致蹩卡;②导向部位与非导向部位的划分不明确,伸缩梁3个箱形与顶梁(前梁)配套件间隙相同,均成为导向部位,形成过定位,易造成干涉,出现蹩卡现象;③伸缩梁全部伸出后,由于顶梁(前梁)与内伸缩梁重叠部分<1/3,导向不好,伸缩梁收回时也会出现不顺畅的现象;④制造时由于拼装误差或焊后变形等引起蹩卡。
3 通用伸缩梁优化设计目标与要点
(1)满足煤炭行业《mt312-2000》液压支架通用技术条件。
(2)为避免蹩卡现象,以中间箱形两侧边的顶板导向,伸缩梁千斤顶耳板布置在内主筋内侧,既靠近导向部位,又靠近伸缩梁中心线;两边箱形配合尺寸大于中间箱形配合尺寸,不再起导向作用。
(3)伸缩梁伸出后,与铰接前梁配套使用时受结构所限,伸缩梁重叠长度>1/3伸缩梁行程;与整体顶梁配套使用的伸缩梁重叠长度>1/2伸缩梁行程。
(4)在不影响移架的前提下,为防止碎煤下漏,伸缩梁宽度>1 300 mm。
(5)为避免和采煤机滚筒发生干涉,伸缩梁厚度≤150 mm;为避免造成伸缩梁栽头,考虑在高度
方向与顶梁(前梁)有一个合理的配合间隙。
(6)与顶梁配合时,两边箱形不一样宽时易造成偏载。为避免这种现象,使设计更趋合理,伸缩梁两边箱形设计成宽度相同(当顶梁为单件加工时,若结构允许可将顶梁主筋断开来使用伸缩梁通用件)。
(7)为减小支架整体质量,在允许的拼焊变形范围内,选用的伸缩梁顶板厚度要薄。
4 通用伸缩梁结构设计方案
(1)按配套方式不同,分为3种类型:①与前梁配套;②与顶梁配套;③与顶梁配套,前面铰接护帮板。
(2)伸缩梁运动时,主要克服摩擦力和顶板凸凹不平的顶煤阻力,本身没有支护功能。所以从结
构布置角度考虑,伸缩梁千斤顶缸径宜小。根据分析,本设计选用2根缸径80 mm的千斤顶。
(3)伸缩梁长度、宽度、厚度按上述分析给定相应尺寸。
(4)本次设计对于一些细节问题处理如下:①为避免以前伸缩梁千斤顶前端部连接耳处出现顶开前端板现象,所设计伸缩梁前端板均增加一层加强板;②为便于伸缩梁千斤顶连接耳制造过程中四孔同心的拼焊和检验,降低了伸缩梁前端部加强筋的高度。为使设计的伸缩梁通用件简化、统一,以利于工艺、工装的标准化,规定所有伸缩梁宽度尺寸相同,以及与伸缩梁千斤顶相连的耳板高度尺寸相同。
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