大工作阻力液压支架顶梁柱窝结构的改进设计
支架液压系统的优化设计
支架液压系统的优化设计支架液压系统的优化设计摘要：液压支架是我国目前煤矿开采过程中经常会使用到的一项设备。
但是，在实际应用的过程中，还是或多或少的存在着一定的问题，对我们工作实际效果产生了一定的影响。
在本文中，将就支架液压系统的优化设计进行一定的分析与探讨。
关键词：支架液压系统；优化设计引言液压支架是我国煤矿开采过程中经常会使用到的一项设备。
目前，我国对于液压支架主要以手动操作为主，且液压支架中的元件也常常具有着稳定性差、可靠性低、元件寿命低等问题，对于支架的良好应用产生了较为负面的影响。
对此，就需要我们能够通过对原有液压支架系统进行优化的方式来获得更好的应用效果。
1.支架液压系统的优化设计1.1 首先，我们可以通过集成式的方式对支架液压系统进行设计，并尽可能的多使用叠加式以及板式的方式进行设计，以此使管路中所具有的接头数量能够得到减少。
通过管路的减少，不但能够有效的减小管路在压力方面所存在的损失，还能够使失效的环节能够得到减少，以此使系统能够具有更高的运行效率以及更为灵敏的反响。
同时，通过这种方式所获得的管路情况也具有着更为整齐与简洁的特征。
1.2 在支架实际应用中，其所具有的速度对操作质量具有着较大的作用，尤其是对于支架所具有的移架时间来说更是如此。
而在缸径保持稳定的前提下，支架液压系统所具有的流量值就会对支架工作中所具有的运动速度产生影响。
对此，就需要我们在对支架液压系统进行设计时应当尽可能的加大系统流量。
另外，在工作面方面，我们也可以设置为双回、双供的供液系统，并将一路放置在电缆槽中，另一路放置在架间。
1.3 在实际工作中，当煤矿采高逐渐增大时，采高支架所具有的阻力也会随之增大。
同时，在我们对支架应用的过程中，如果顶板出现了来压情况，那么需要立柱能够在一时间实施泄液操作，以此保障支架能够更为平安，而要想保证该项操作能够得到良好的实现，就需要增大平安阀所具有的流量，以此帮助我们缩短泄液时间。
基于大采高液压支架的优化设计
由于支架 高宽 比过大 ，加之零部件 间隙过 大， 当使用 在倾 角大于 ｌ。 右 的煤 层时 ， 成 ２ 左 形 支架 顶梁组件 向支架 顶 、底面垂 直线 的倾 斜下 方严 重偏移 ， 受载后使支 架零部件损坏 、 至倾 甚 倒 。这 种削弱 的稳定性 容易造成 下列问题 ： １ （） 支架倾 倒 、 支撑效果不 佳 ；２支架受力恶 劣 、 （） 承 载能 力下降 ；３顶 板管理 困难 。 （） 顶梁横 向偏移 后的支架受力情况如 图 １ 及 图 ２ 示 ， 以看 出 ，１合力 作用点偏移 ， 所 可 （） 对支 架 中心 的力 矩为 ： ＝ Ａ （） 向摩擦 力 ｆ Ｍ１Ｆ ； 横 ２ Ｆ对 支 架产生 力矩 Ｍ２ｆ Ｈ 对 顶梁 、 － ＇， 底座 等产生 横 向弯 喃 ， 而掩护梁 、 前后连 杆受扭 曲 ； ） （ 附加 力 ３ 矩 Ｍ对顶梁 、掩护梁及立 柱产生横 向弯 曲 ， 且 使前 后连杆受力增大 ； 立柱 及连杆等结构件 使
变 电站综 合 自动化系统 的一个 部分 ， 作为 一个 软件模 块 嵌入在就 地监 控主站 中运 行 ， 过变 通 电站 内监 控网络 获得 系统信息 ， 包括 相关 节点 的 电压 、 电流 、 有功 和无功 、 变档 位以及 有关 主 断路 器和 隔离开关 的位 置信息 ， 通过 按照 预定 的控 制原则 做 出调整决策 。 上 述 两种 方式 都 为 变 电站 级 的电压 无 功
控制 ， 不能实 现全局 的最优 控制 。分散 式 的电 压无功 控制 方式 （ 独立 Ｖ Ｃ装置 或软件 Ｖ Ｃ Ｑ Ｑ ） 达到 了局部优 化 电压 和无功 的作用 ， 缺乏潮 但 流的大局 观 ，仅 能保证 受控母 线 的 电压 合格 ， 不能达 到全 网功率损耗 最小 的 目的。 当电网 中 各 站 的 Ｖ Ｃ各 自独立 调节 ，可能 导致某 些站 Ｑ 抽头 的频繁调 整 。且对 无功欠 缺地 区 ， 在用 电 高峰时 ， 节装 置为满 足 中低 压侧 电 压要求 ， 调 会 使变 压器 比差减少 ， 导致 高压 网向低压 网 的 无功传输 加大 ， 输电线 和变压 器 的无功损 耗增 加， 使高 压侧 电压严重 降低 。其结 果不 仅使上 级 电 网的有功 网损增加 ， 由于受 端电 压的降 且 低 而使 电网在输 送 同等 容量 负荷情 况下 ， 稳定 域度降低 ， 严重 时可造 成电压 崩溃 。 电压无 功控 制 是一 个 全 网关 联 的控 制 问 题， 应在 考虑全 网优化 的前提 下实 现 区域 或变 电站 的局 部优 化。 ４３ －区域 电压 无功 控制 ． 电力 系统 区域无 功 电 压控 制 （ Ｖ ） Ａ Ｃ 是从 全 网角度分 层 、 区对 电压和无 功进 行协 调优 分 化 控制 ，实现 电网所有 无功装 置 自动调节 ， 是 提 高 电压合 格 率 、降低 调 度集 控 人员 劳 动强 度、 提高 系统 电压 稳定控 制水 平和 电网运 行经 济性 的有效 手段 。 区域 电压无 功控制 是在 主站 （ 调度或 集控 站） 系统软 件中设 置一个 电压无 功控 制 的高级 应用 软件 。 据子站 发送 的遥信遥 测量进 行潮 根 流计 算 和状 态估 计 得 出各个 变 电站 节 点 的电 压 和无功 范围 ，给 出每个 变 电站 的控 制策 略 ，
液压支架立柱、柱窝维修工艺研究
液压支架立柱、柱窝维修工艺研究摘要：随着我国经济在快速发展，社会在不断进步，液压支架在受到外载荷和冲击的作用下，导致顶梁、底座柱窝的焊缝失效。
通过对顶梁、底座承载结构的分析，确定了立柱和顶梁、底座柱窝复位的维修工艺方案。
关键词：液压支架；柱窝；穿底；维修引言煤矿井下开采中使用大量的液压立柱支护顶板，有效地保证了煤矿井下生产的安全性，液压支架属于承载设备，采掘过程中抵抗顶板周期载荷冲击，加上巷道中高温、粉尘及湿度的影响，液压支架立柱容易出现各种故障。
立柱作为液压支架主要的承压部件，属于核心零部件，立柱的故障直接关系到液压支架支撑力的稳定性及可靠性，立柱故障容易引起煤矿井下安全事故。
随着井下液压支架使用量的不断加大，立柱的维修量也逐渐增加，科学合理的立柱维修方案有利于降低维修成本，提高立柱维修质量及使用性能。
1液压支架的组成(1)以红柳林矿液压支架ZY17000/32/70D型为例，该型号液支架由顶梁、伸缩梁、护帮、掩护梁、底座组成，液压缸由立柱、平衡、伸缩、侧推、移溜、起底、一护、二护、三护等组成。
一个完整的液压支架系统按功能由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件和乳化液。
控制部件:阀组(由单个阀片组成)、连接管路等组成。
(2)操作顺序:搬动操作阀组中的控制阀片，实现液压千斤顶的伸缩，达到液压支架的升架、降架、移溜等各种液压功能的实现，并且保压3-5分钟检查是否有渗液和漏液现象。
2维修工艺方案2.1顶梁修复顶梁柱窝焊缝缺陷一般最先出现在前、后盖板，随着裂纹的扩张和柱窝承载力的作用，两侧板与柱窝的焊缝逐步开始出现开裂。
由于顶梁结构的特殊性，顶梁柱窝焊缝失效后，立柱的支撑力直接作用到柱窝与底板间的筋上。
冲击力在筋上得到缓冲释放，顶梁底板不会立即出现穿底现象。
当支架在井下运行时出现柱窝焊缝开裂，必须尽快组织焊缝的修复工作，避免焊缝裂纹的进一步扩展导致柱窝的移动，给支撑安全造成影响。
井下顶梁柱窝修复可采取焊缝修复的办法，为避免仰焊缺陷对焊接质量的影响，可采用增大焊角的办法。
大工作阻力液压支架顶梁柱窝结构的改进设计
柱 窝结 构 进 行 计 算，论 证了小 柱 窝结 构比 单 体 柱 窝结 构具 有 接 触、焊 缝 应 力小且 整 个 结 构 受 力 均 匀的 优 点，从设 计 角度 讲该 种 结 构更 能 满足 大 工作 阻 力 液 压 支 架 的高 可 靠性要求。
σ max
= 0.3883
pe2
r2 − r1 r1r2
2
（1）
式中 p ——载 荷 ； e ——材料 的弹 性模量； r1 ——活柱的半径； r2 ——柱窝的
半 径。
但是上述计算方法并没有充分考虑老
顶来压或冲击矿压对顶梁柱窝的瞬时作用，
再加 上顶 梁 柱 窝是 铸 造 件，其铸 造 缺 陷 又
1 传统顶梁柱窝结构型式——单体柱 窝结构
传统 的顶 梁 柱 窝结 构 常 常采 用单体 柱 窝结 构型式，如图1所 示。这 种结 构直 接 将 顶 梁 柱 窝坐在顶 梁顶 板 上。在 支 架 承受 一 定 工作 阻 力时，立 柱 和 柱 窝的 最 大 接 触 压 力 可以通 过式（1）进行 计算[1]，然后再进一步 验算柱窝的安全系数是否满足使用要求：
近几 年来，我 国综 采 工作面 开 采 强 度 逐 渐 加 大 ，支 架 的 工作 阻 力 也 越 来 越 大 ，其 中 神 华 7.0 m 两柱 掩 护 式 支 架 工作 阻 力 达 到 18 0 0 0 k N，酸 刺沟4 .5 m 四柱 支 撑 掩 护式 放顶煤 支架 工作阻力达 到210 0 0 k N。随着 支 架 工作 阻 力的 不 断 增 大 ，也带 来了支 架 顶 梁柱窝结构的性能和可靠性能否满足液压 支 架 高 工作 阻 力 要求 的问 题。而 传 统 的 顶 梁 柱 窝结 构 作为 液 压 支 架受 力最 复 杂、最 恶 劣 的 关 键 部 位 ，在使 用过 程中时有 损 坏情况 的 发 生，为此 必 须 采 用新型顶 梁 柱窝结 构。
液压支架掩护梁改进
FORUM....I.迄捱題笛液压支架掩护梁改进□杜云强大同煤矿集团综采办公室在开展煤矿综合开采工作的过程中，液压支架属于重要支撑设备之一，其主要由底座、顶梁、前后连杆以及掩护梁等多个部分共同组成，并且对液压支架进行应用，其有利于促使劳动生产率得到提升，也就能够减轻相关工作人员的工作强度、保障生产安全以及降低生产成本，由此可见，液压支架的设计情况能够对煤炭开采效率起到决定性作用，特别是液压支架中的掩护梁，若能够对其进行有效改进，其可靠性可以得到有效提升。
1掩护梁的静力分析1.1问题描述在通常情况下，应釆用熔化焊的方式对液压支架掩护梁的各个部分实施组装工作，熔化焊热能够产生的影响相对较小，所以掩护梁母材受到的热应力以及残余应力所产生的影响基本可以忽略，也就可以认为其强度与母材强度相同。
对掩护梁进行制作，其所应用的主要材料为弹性模量为211GPa的Q460高强度焊接结构钢，其具有0.3的泊松比，四连杆机构由底座、前后连杆、顶梁以及掩护梁共同组成，液压支架进行工作时，需要承受来自于顶梁、前后连杆以及平衡千斤顶三个方面的荷载。
与此同时，因为工况通常是较为复杂的，所以，以此为基础对掩护梁进行耦合加载处理，假想一质点将其设置于受力位置中心处，之后将加载工作开展于质点的位置上，通过对节点作用的应用，加载于质点上的荷载能够本传输至下一个节点，并且，通过如此的方式对荷载进行传递，能够有效实现对掩护梁荷载的施加工作，同时在此情况下，掩护梁的作用力与施加于质点处沿X、Y方向的作用力相等，所以顶梁对于掩护梁所产生的作用力等效于巧x=208kN,F jy=215kN,前连杆对于掩护梁所产生的较接作用力等效为F2x=160.75kN, F”=355.6kN,后连杆对于掩护梁所产生的较接作用力等效为F jx=223.68kN,F3Y=95A7kN,平衡千斤顶对于掩护梁所产生的较接作用力等效为P4X=285.5kN,F4Y=449.55kN。
液压支架强度优化设计方法
液压支架强度优化设计方法普通工况运行中，液压支架工作部件中掩护梁受力最大，一旦顶梁存在偏载工况，就会影响掩护梁受力，使掩护梁出现应力极限值。
在优化液压支架强度设计时，还需引入疲劳寿命指标。
针对上述要求，在掩护梁强度设计中，需要将疲劳寿命与最大应力约束视为假设条件，在有限元分析的基础上，拟定可靠的设计方案，达到增强液压支架运行效果的目的。
鉴于此，本文是对液压支架强度优化设计方法进行研究，仅供参考。
标签：液压支架；强度；设计方法引言：液压支架在煤矿工程中发挥着重要作用，能够使顶梁的极限承载力变大。
然而，就目前煤矿工程中顶梁受力情况分析来看，其形势不容客观，因此应当改变顶梁的承载力极限状态。
为了使顶梁的所受应力的极限值得到增加，应当在顶梁下面加液压支架来达到这个目的。
一、我国液压支架发展概况在煤矿开采的过程中，液压支架在综采工作面中是必不可缺的设备之一，液压支架与输送机及采煤机一同工作，实现了煤矿开采的机械化建设。
液压支架在煤矿开采的过程中发挥着关键性作用，其所发挥的作用主要是支撑矿井里的顶板，保障煤矿开采过程的安全性。
有无液压支架成为普通机械化采煤与高档普通机械化采煤之间的最大差异。
液压支架能够让高档普通机械化采煤中的顶板一直处于良好的状态，使煤矿开采过程中的劳动强度得到极大地降低，并使开采的工作效率得到提高。
随着社会的不断发展，人们对能源的需求也越来越多，相应的对煤矿的需求量也逐渐增多，这就使得煤矿企业必须提高开采煤矿的工作效率，而液压支架的应用不仅能使煤矿的开采工作达到机械化，还能让煤矿的开采效率得到提高。
除此以外，目前我国实现机械化的煤矿企业只占少数，这就使得液压支架在煤矿企业未来的发展过程中逐渐得到应用。
在进行煤矿长壁开采工作面中液压支架是必不可缺的机械设备，液压支架的技术水平能够反映出一个国家煤矿企业的机械化建设程度。
二、基于最大应力的可靠性设计在设计液压支架掩护梁强度时，把掩护梁最大受力在极限水平内作为条件，为便于分析，可以在掩护梁最大区域考虑两个采样点，将它们作为对比依据，通过分析，以不断优化设计。
煤矿综采液压支架的故障分析与改进措施
改进 措施是：①检 查压力表 的数值是否符合规 定，如果 未达到
规定应力值 则需要调整压 力或检验乳化液泵 ；②检查与推移油缸相 连的高压胶 管，看它是否损坏 ，如果有损坏则需要更换 ；③检测推 移油缸是 否存在损坏或泄漏， 如果存在则需要修补或更换推移油缸 。 ２ ． ３ 底 座 故 障 液压支架的底座直接与底板 接触 ，它是支架 的主要承载和受力 部位，也是液压 支架整体 结构 中受力最集 中、最复杂 的部位 。依据 煤层底板 的起伏程度和抗压强度， 底座的结构形式分为 刚性整体式 、 刚性分体式和分体式三种 。下 图显示 了液压支架底座 的三种工况加 载方式。因为底 座在 工作 过程 中主要收到扭转力 的作用 ，而且受力 情况复杂，容易产 生裂纹和发生裂纹扩展 。所 以，底座的故障通常 为主筋断裂和球 窝碎裂两种。 改进 措施：减 小底座 的受力情况 ，特别是减小扭转力的大小和 幅度，同时耍对底座进行定期检查和维护 。
液压支架的立柱故障主要体现在五个方面 ，故障分 析及排 除和
处理方法如下：
２ ． １ ． １乳化液外漏 故障主要原因是：①密封件 尺寸不合 适或者 已经损坏 ；②接头 焊缝中有裂纹；⑨沟槽存在缺陷 。 改进措施是：①更换尺寸不合适或者 已损坏 的密封件 ；②修补
接头处的焊缝；③ 处理沟槽 中的缺陷 。
２ ． １ ． ２ 立柱不能升架或升速慢 故障主要原因是：①泵压较低，流量较小；②操纵 阀窜液或者 漏液：③截止阀没有打开或打开得 不够 ：④立柱 内窜或外漏 ；⑤过 滤器被堵塞。 改进措施是：①检查泵压是否达到要 求，有 需要便 调整泵压 ， 同时检查与调节液源和管路的流量大小；②检查操纵 阀是否漏液或 窜液，如果有则需要更换片阀或操 纵阀组 ；③打开截止 阀，并打开
液压支架立柱活柱焊接结构及工艺改进
2 工作原理
该稳杆器变滑动摩擦为滚动摩擦,减少了摩擦 阻力,延长了牙轮钻具的穿孔寿命.滚轮式稳杆器 工作时 (见图 2) 靠 3 个滚轮在孔壁上滚动来扩充压实 炮孔.当钻机给钻头施加回转力矩和轴向压力时,其 滚轮沿钻头相反方向在孔壁上滚动,从而使滚轮上的 柱齿凿碎,压入,剪切和刮削钻头未来得及凿碎的岩 石,达到稳定和保护钻杆的目的.
4 使用效果
钻进控制回路改进后的 AD130 大型竖井钻机, 钻进控制系统稳定可靠,调节方便.由于该系统中增 加了精密流量计,利用 PLC 进行运算处理,在操作 台上直接显示当前钻进量,操作简便,大大提高了钻 进效率,降低了施工成本.□
经 验
(收稿日期:2009-10-13)
论文编号:1001-3954(2010)05-0118-02
论文编号:1001-3954(2010)05-ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ119-02
牙轮钻滚轮式稳杆器研制
黄 河
中国石油天燃气总公司江西吉安公司 江西吉安 343000
牙 偿杆组装成一体作为穿孔器具,并采用压气排
轮钻机是以牙轮钻头,稳杆器,牙轮钻杆及补 渣的自行式钻孔机械.稳杆器的功能是将牙轮钻头 未来得及凿碎的矿石进一歩压碎,并将孔壁进一歩压 实与扩充,保证孔径与钻头一样大,避免钻杆被岩渣 掩埋.目前使用的牙轮钻稳杆器均为滑块式,是在
液压支架立柱活柱 焊接结构及工艺改进
高洪岩
铁煤集团机械制造有限责任公司 辽宁调兵山 112700
1.定量泵 2.溢流阀 3.滤油器 4.压力表 5.电磁阀 6.电磁阀 7.比例 流量阀 8.单向阀 9.流量计 10.调速阀 11.液控单向阀 12.主油缸
图 2 改进后的钻进控制回路
液 的主要产品之一,其活柱的焊接缺陷一直困扰
如何加强液压支架立柱、千斤顶再制造维修过程中的质量管理
如何加强液压支架立柱、千斤顶再制造维修过程中的质量管理在煤矿井下开采过程中液压支架是重要的部件之一，其质量，可靠性，密封性将最终影响矿区生产施工进度和施工安全。
近年来，随着煤炭开采量的提升，对于液压支架的需求量也逐渐提高，液压支架厂家逐渐发展到了大大小小的企业，由于不同企业生产规模，手段，技术，质量控制方法不同，因此最终产品质量也会存在一定差异。
在本研究中主要针对液压支架立柱，千斤顶在制造和维修中存在的问题进行质量控制。
一、再制造前的质量控制原材料控制。
根据GB25974.2-2010有关标准要求对所使用的材料进行严格检查，供应商提供的相应参数和材料证明，对生产所需的钢材品种，需要采取化学和机械性能的检测，在样品制造过程中的质量控制。
对于液压支架立柱、千斤顶或零部件等样品，在生产过程中需要随液压支架样机一同生产，按照有关技术要求进行样机的制造，需要不断规范制定严格的样机审批和验收制度，按照有关行业标准对样机的检验报告进行审核，并使其通过MA认证。
材料与处理方面。
材料在经过热处理之后需要对其进行表面处理，能够除去钢管氧化皮层，从一定程度上提高抗疲劳强度。
在机加工过程中对于吊装摆放需采取专用工具，以防止在转运以及生产中部分零部件存在问题。
按照有关的加工技术要求，进一步控制钢铁以及钻孔的精确度和质量，液压支架立柱的缸体、活塞杆、活塞、导向套等重要零部件，需要采取具有较高精确度的加工。
然而在这一过程中需要确保关键零部件的行为尺寸和位置公差，还需合理控制零部件的表面粗糙度。
对于一些环套类的部件需要有效防止卡装变形问题，并针对卡装变形的预防措施进一步细化。
密封槽的尺寸、表面粗糙程度需要严格按照技术要求加工，防止在搬运和组装过程中对密封器件造成损伤。
在热处理过程中，调制硬度将会影响加工工件的质量和性能，液压支架支柱和千斤顶需要按照技术要求控制零件硬度、镀铬层厚度。
电镀控制。
煤矿井下工作环境恶劣，由于采用增加喷雾装置的降尘方式，存在湿度大，同时受到地质条件变化的影响，此外部分工作面存在较高含量的腐蚀性气体，液压支架立柱、千斤顶等长期处在腐蚀、潮湿等恶劣环境使用时，为能够确保这些设备具有良好的性能，具备一定的耐腐蚀性和耐磨性，需要做到以下几点：首先对液压支架支柱的缸体、活塞杆、活塞、导向套等重要部件在完成电镀之前需要充分检查，尤其对这些部件的尺寸精度、镀层厚度、粗糙度等进行严格控制，一旦材料不合格或出现任何问题，将不能进入后续的电镀过程，需要严格按照图纸要求控制镀层厚度、光洁度，准确测量电镀之前零部件的各项技术指标符合图纸中的设计尺寸，电镀之后的各项技术参数必须符合GB25974.2-2010 和MT-312/313-92标准规定的尺寸范围。
大采高大工作阻力液压支架液压系统的设计优化
大采高大工作阻力液压支架液压系统的设计优化摘要：大采高大工作阻力液压支架液压控制系统设计的好坏直接关系到工作面能否正常有序的进行生产，完成预定的生产指标。
通过对液压系统的合理设计优化，缩短了单台及成组支架完成一个动作循环的时间，使各动作顺序更合理，操做方面更方便。
关键词：大采高、大工作阻力、液压系统中图分类号：td 文献标识码：a 文章编号：1009-914x（2013）23-374-010引言大采高大工作阻力大截深工作面液压支架，由于立柱缸径大、推移油缸缸径大行程长、液压油缸多、多级护帮需要联动等，这就要求支架即能快速动作能跟上采煤机牵引速度又要求支架液压系统能安全准确的完成各种指令动作，故对大采高大工作阻力液压支架液压系统的设计优化尤为重要。
以zy18000/32/70d支架液压系统设计为例对大采高大工作阻力大截深工作面液压支架系统进行设计优化。
1工作面主进主回系统布置zy18000/32/70d液压支架为两柱掩护式电控液压支架，支架工作阻力18000kn，最大支护高度为7米，护帮为三级护帮机构，立柱为φ500mm缸径、平衡φ280mm，推移φ230mm。
经计算要适应工作面小时单产量以及采煤机牵引速度，每台支架完成一个动作循环时间不能大于8.2s，六台支架同时动作循环时间13.74s同时需要提供乳化液流量3000l/min；为满足工作面对流量的要求，工作面主进主回管路采用三供三回环形供液系统。
工作面乳化液泵站出来三路高压出路和三路回路，三路高压出路经高压反冲洗过滤站净化后连接至工作面；排头采用双供双回路连接到架内，架前通过一路供回路连接到工作面排尾支架到架内，形成一个完整的三供三回环形供液系统，布置图如图1所示图1工作面主进主回系统布置图2支架内部液压系统的设计（1）立柱供回液系统设计由于立柱缸径大，需要大流量快速供回液才可以满足支架在短时间内的动作要求，故对立柱进行供液采用一个立柱快速供液阀，立柱下腔供液直接通过快速供液阀快速供液流量大速度快。
支架液压系统的优化设计
支架液压系统的优化设计张庆朋（龙煤集团鹤岗分公司益新煤矿，黑龙江鹤岗154107）摘要该文分析了我国支架液压系统的现状，液压系统存在的问题和原因，以及大采高、高强力“高产高效”支架对液压系统的要求，阐述了国内、外支架液压系统的差距，提出了优化支架液压系统的方法和措施。
关键词支架液压系统设计中图分类号TD355+．41文献标识码CAbstract That paper has analysed the existent problem and reason of hydraulic system and the present situation of the support hydraulic system in our country，as well as the requirement for hydraulic system of the high pick，excellent force"the efficiency of high yield"support，have elaborated the gap of the support hydraulic system between domestic and overseas，have put forward the measure and method of support hydraulic system optimization．Key words support hydraulic system design目前，我国大部分支架的液压系统操作方式多为手动控制；液压元件寿命低，可靠性低、稳定性差、效率低，维护成本比较高；阀的流量小，特别是换向阀、立柱用单向阀、平衡千斤顶用安全阀流量较小；高压管路通径小；乳化液质量要求低；和国际上的先进水平差距较大，所以支架的液压系统需要完善、优化，向国际上先进的设计水平靠拢，以满足我国不断向前发展的采煤事业。
液压支架的最优化设计.doc
液压支架的最优化设计摘要：本文介绍了从两组不同参数的采矿工程所使用的液压支架（如图1）中选优的流程。
这种流程建立在一定的数学模型之上。
第一步，寻找四连杆机构的最理想的结构参数以便确保支架的理想的运动轨迹有最小的横向位移。
第二步，计算出四连杆有最理想的参数时的最大误差，以便得出最理想的、最满意的液压支架。
图1 液压支架关键词：四连杆机构；优化设计；精确设计；模糊设计；误差1.前言：设计者的目的时寻找机械系统的最优设计。
导致的结果是一个系统所选择的参数是最优的。
一个数学函数伴随着一个合适的系统的数学模型的出现而出现。
当然这数学函数建立在这种类型的系统上。
有了这种数学函数模型，加上一台好的计算机的支持，一定能找出系统最优的参数。
Harl描述的液压支架是斯洛文尼亚的Velenje矿场的采煤设备的一个组成部分，它用来支护采煤工作面的巷道。
它由两组四连杆机构组成，如图2所示.四连杆机构AEDB 控制绞结点C 的运动轨迹，四连杆机构FEDG 通过液压泵来驱动液压支架。
图2中，支架的运动，确切的说，支架上绞结点C 点竖向的双纽线的运动轨迹要求横向位移最小。
如果不是这种情况，液压支架将不能很好的工作，因为支架工作在运动的地层上。
实验室测试了一液压支架的原型。
支架表现出大的双纽线位移，这种双纽线位移的方式回见少支架的承受能力。
因此，重新设计很有必要。
如果允许的话，这会减少支架的承受能力。
因此，重新设计很有必要。
如果允许的话，这种设计还可以在最少的成本上下文章。
它能决定去怎样寻找最主要的图2 两四连杆机构四连杆机构数学模型AEDB 的最有问题的参数421,,a a a 。
否则的话这将有必要在最小的机构AEDB 改变这种设计方案。
上面所罗列出的所有问题的解决方案将告诉我们关于最理想的液压支架的答案。
真正的答案将是不同的，因为系统有各种不同的参数的误差，那就是为什么在数学模型的帮助下，参数421,,a a a 允许的最大的误差将被计算出来。
液压支架底座的优化设计探究
液压支架底座的优化设计探究目前我国的经济水平正处于逐步增长的态势，与此同时人民的生活水平也在不断提升，在这个背景下我国的能源消耗也急剧上升，这给煤矿行业带来了极大的压力。
液压支架是煤矿开采过程中的重要设备，在开采作业中液压支架是承受矿山压力的结构物，其受力形式一般是以外载为主。
为了保证液压支架能够正常、稳定的运行就要保证液压支架的各支承件合力和顶板作用在液压支架上的外载合力处在同一条直线上，此时液压支架将与岩石环境匹配，从而达到适应开采环境的效果。
本文对液压支架底座的设计进行了探析，并提出了一些优化对策，以供参考。
标签：液压支架；优化设计；探究0.引言相对于欧美国家而言我国的液压支架起步较晚，但是随着技术水平的不断提升特别是从上个世纪90年代开始我国的液压支架已经进入了高速发展期，如今设计水平与制造水平已经达到了国际先进水准。
液压支支架底座是液压支架的重要组成部分，底座的稳定性将直接关系到液压支架工作时的性能，这就直接影响到了煤矿采集的工作效率。
从类别上来看液压支架种类繁多并且不同种支架受力效果、应用范围都有所不同。
通过对液压支架底座进行分析并对细节构造进行把握从而达到优化设计的目的让液压支架得以稳定工作[1]。
1.液压支架底座功能概述底座作为液压支架重要的受力部分发挥着十分重要的作用。
首先底座是整个支架结构稳定性的基础，同时也维持了液压支架的整体性结构。
它承受的载荷主要来自于由立柱与连杆，并且能将载荷向底板传递。
另外底座还具备了一定的支撑作用，可以对推移装置以及防倒、防滑装置产生依托作用。
在操作人员进行现场作业时通过底座能够方便操作人员进行操纵行走。
底座还可以发挥支撑点的作用来保护支架和运输机，防止其出现下滑，同时底座还具有挡矸与排矸能力，这也使得整个液压支架的稳定性得到了更为稳妥的保证[2]。
2.液压支架底座的有限元分析在进行液压支架底座有限元分析的过程中首先应该先构建出有限元模型并对原有的模型结构进行简化。
浅析液压支架结构件的维修改造
浅析液压支架结构件的维修改造作者：刘健来源：《中国新技术新产品》2015年第11期摘要：液压支架结构件承担着刮板运输机和采煤机的推拉作用，承受着很大的压力，很容易出现受力受损的情况，一旦出现损坏，处理起来很是繁琐，直接会导致停产。
本文围绕结构件的主要构件——底座、四连杆、侧护板与耳座，对其容易出现的故障进行分析，并提出相应的维修处理方法。
关键词：液压支架；结构件；故障分析；维修处理中图分类号：TD421 文献标识码：A液压支架由结构件和液压系统两大系统组成，机构件由底座、顶梁、掩梁、尾梁、四连杆等组成。
在液压系统的配合之下，结构件承担着刮板运输机和采煤机的推拉作用，结构件承受着很大的压力，很容易出现受力受损的情况，而且采煤工作面上使用的液压支架数量较多，排列紧凑，一旦出现损坏，处理起来很是繁琐，直接会导致停产。
所以，在液压支架的维护维修方面，结构件的维护维修是其中的重头戏，本文围绕结构件的主要构件——底座、四连杆、侧护板与护帮板，对其容易出现的故障进行分析，并提出相应的维修处理方法。
一、底座常见故障及维修改造液压支架的底座承受着所有的外力，有支架自重、顶板压力、拉架和移溜的相互作用力、底板变形的附加作用力等。
底座常见的故障有两大类：1 底座主筋断裂主筋断裂表现为两种情况，一是结构件连接部主筋断裂，二是结构件中部主筋断裂。
造成主筋断裂的原因有二：一是顶板遭受的压力大于设计强度，造成底板不平，逐渐导致主筋发生弯曲，最后断裂。
二是工作面倾角较大，支架的某些部件发生相对位移，造成扭力过大，导致底板主筋断裂。
按照主筋位置不同，其处理方法不尽相同：①连接部位主筋断裂。
连接部位的主筋一旦断裂，大多数情况下是全部或数条主筋同时发生断裂，此时，需要用乙炔气割掉盖板与弧板，恢复主筋，另外在各条主筋上都帮贴一块短主筋，并与主横筋焊接，最后作镶套处理，以保证结构件受力平衡。
②中部主筋断裂。
首先检查是否报废，若是结构件变形严重，无法修复，则直接报废。
液压支架的优化设计
目录摘要 (1)引言 (2)1液压支架的选型 (3)1.1数学模型 (4)2.液压支架的随机模型 (6)2.1数学模型 (6)3 实例 (7)3.1 AEDB机构的最优化连杆 (8)3.2 AEDB机构的最佳公差 (9)4.结论 (10)参考文献 (11)液压支架的优化设计摘要：本论文论述了一种最优化程序，这种程序主要是针对从事采矿业液压支架两组参数的最佳测定。
它是基于数学规划的方法。
首先，寻求这些四连杆机构的最优参数值是为了确保支架在做所要求的运动的同时，使得横向位移最小。
其次，计算出四连杆机构最佳数值的最大偏差。
关键词：四连杆机构；数学规划；逼近法；公差引言设计师的目的是为完美的机械系统寻求最好的设计。
这种努力的一部分,是优化所选择一些特定的系统参数。
如果为系统做出数学模型，就可以使用数学规划法。
当然，这取决于系统的类型。
在这种情况下，计算机的应用有助于能够确保找到系统的最优参数。
有Harl1998年所描述的液压支架（见图1）是斯洛文尼亚矿厂采矿设备之一，它用于保护矿井巷道的工作环境。
它有两组四立柱（FEDG and AEDB）所组成，如图2中所示。
机构 AEDB决定藕合点ｃ的运动，机构FEDG通常石油液压缸驱动的。
图1 液压支架图2 四连杆机构那就要求支架的运动更精确，如图2中C 点的运动方向要垂直于最小横向位移。
如果不是这种情况，液压支架将不能正常工作，因为它缺乏机械的通用性。
1992年在Grm 实验室对液压支架的原型机做过试验。
支架表现出恒大大横向位移，这就降低了它的适用性。
所以，有必要对此重新设计。
如果可能的话，这项工程应在提高支架性能的同时，尽量降低成本。
这就决定了采用数理规划法为AEDB 四连杆机构中最有争议的参数1a 、2a 、4a 寻求最优值。
否则，有必要改变这个项目，至少改变AEDB 机构。
以上问题的解决将使我们重新考虑理想液压支架的系统。
由于各种系统参数存在偏差，实际的考虑将是不同的，这也就是我们为什么用数理规划法计算参数1a 、2a 、4a 的最大允许偏差的原因。
浅谈液压支架结构设计改进
￣２ ￣ ５ｃ （）５ ４ ℃ ④ ３℃ ５ ⑤５ ｃ ５ｃ
油温高于 ２ ℃时， ５ 电加热器 自 动断电。 油温高于 ４ ℃时 ， ５ 冷却水 自动接通 。 油温低于 ３ ℃时， ５ 冷却水 自动关断。 油温达到 ５ 。时 ， Ｍ 上油温过 高报警 ，油温降至 ５ ℃ ５Ｃ Ｈ Ｉ ５
现场手动 ： 可在 现 场 操 作 箱 直 接 启 停 两 台循 环 泵 。 中央手动 ： 可以通过操作 ＨＭＩ 对每个循环泵启停。 中央 自动 ： 当被选择 的工作泵故障停止后 ， 备用 泵 自动启动 。 ３５主 泵 的控 制 ． 主泵 的启动和停止 可在 中央控制 室和现场操 作箱两地操作。现场 操作箱 上对 ３台主泵设 “ 常一 备用 ” 正 四位转换 开关 ， 除备用指示 的泵 外， 其余可正常启动。在 主控室 电气操作 盘设 主泵的启 、 停手动带灯按 钮 。每 台主 泵 间 隔 ５ Ｏ秒 逐个 顺 序 自动 停 止 运 行 。 ～ｌ ４结 束 语 ． １０吨 Ｒ ２ Ｈ精炼炉液压控制系统经过调试 后即投入生产运行 ， 效果 良好 ， 创造 了良好的社会 经济效 益 ， 为莱钢提升 自身实力和行业竞争力 打下 了坚实的基础。 尤其是考虑到钢包升降系统在工艺上要求较严 ， 一 旦 出现事故会造成严重损失 ， 因而设有 液控单 向阀来手动控制升降 ， 保 证 了 ＲＨ精炼炉的顺利进行 。 参 考 文 献
参 考 文 献
［ ］ 国职业培训教 学工作指 导委 员会煤炭专业委 员会 液压支架 １全 与泵站 ［ ． Ｍ］北京： 煤炭工业 出版社 ，０ ６ ２ ０ ［ ］ 国法． ２王 液压支架技 术［ Ｍ］北京： 煤矿 工业 出版社 ，９ ９ １９
（ 上接第 ３ ５ ） 控制泵和 主泵不能启动 。在循环泵启动 的条件下 ６页 自动使 电加热器通 电。油温升到 ｌ ℃以上 时， ５ 报警解除 ， 控制泵和主泵
液压机横梁结构的优化设计共11页word资料
液压机横梁结构的优化设计锻压技术2019年第2期?设备?液压机横梁结构的优化设计秦东晨祁建中张明成武红霞陈江义(郑州大学机械工程学院450002)摘要:研究了液压机横梁的结构特点及设计方法,提出利用结构优化设计方法对横梁进行结构设计,并对其中的一些关键理论和技术进行了研究,包括横梁结构的有限元分析,优化方法选择,敏度分析和结构重分析,并应用于Y32500B四立柱液压机下横梁的结构设计,得到了满意的结果.关键词:液压机横梁结构优化设计有限元法Structuraloptimizationdesignforhydraulicpressbeams QinDongchenQiJianzhongZhangMingcheI1gWuHongxiaChenJian~yi (ZhengzhouUniversity)Abstract:Thestructurefeaturesandthedesignmethodsofhydraulicpressbeamsarestudiedi nthispaper.The structuraldesignofthebeamwithstructuraloptimizationdesignisputforward.Someessenti altheoriesandtechniquesarediscussed,includingtheFEanalysisofthebeams.thechoiceoftheoptima1methods.these nsitivityanalysisandthere--analysis.ThismethodisappliedinthestructuredesignofY32—500BfOur—columnhydraulicpressandob—tainsthesatisfiedresults.Keywords:HydraulicpressbeamsStructuraloptimizationdesignFEM一,引言在机械工业中,锻压设备占有极其重要的地位,其发展水平,拥有量和构成比不仅对锻压生产起关键作用,而且在一定程度上反映一个国家的工业水平,目前先进工业国家锻压设备所占的比重在全部机床拥有量的3O以上.液压机是一种通用的锻压设备,而横梁是其重要的部件,一般包括上横梁,下横梁和活动横梁,它们的变形大小及其它特性将直接或间接影响到工件的加工质量.传统设计方法把梁简化为简支梁,粗略估计简支梁的截面特性,很难保证计算的精度和可靠性,设计者不得不加大安全系数,这就必然导致横梁的笨重,浪费材料,而且无法满足其重要特性的要求.有限元法的出现, 为大型复杂结构件的结构分析提供了一种强有力的, *男.38岁.副教授收稿日期:2019—03—10精确的分析手段.优化设计是20世纪60年代初发展起来的一门新兴学科,它将数学中的最优化理论与工程设计领域相结合,使人们在解决工程设计问题时,可以从无数设计方案中找到最优或尽可能完善的设计方案, 大大提高了工程的设计效率和设计质量.目前,优化设计是工程设计中的一种重要方法.已经广泛应用于各个工程领域——航空航天,机械,船舶,交通,电子,通讯,建筑,纺织,冶金,石油,管理等,并产生了巨大的经济效益和社会效益.特别是由于现代国家,地区和企业之间的激烈竞争,各种原材料,能源的短缺,优化设计越来越受到人们广泛的重视,并成为21世纪工程设计人员必须掌握的一种设计方法.从MaxwellE1_(1890年)和Michell:2J(1905年)的铰链平面桁架结构优化工作开始,结构优化设计已经有了一百多年的历史.作为最优准则法的先驱,在20世纪40年代到50年代初,Shanley在"飞机结构的重量——强度分析"_3着作和其他研究49人员的研究工作中提出了同步失效设计法].这一时期的结构优化设计工作仅限于经典微分法和变分法,一般称为"经典优化方法".Dantzig[和Heyman[]在数学规划方面的工作,特别是计算机技术的出现,开始了数学规划法在结构优化设计中的应用.20世纪60年代,Schmit刊首先综合描述了用数学规划法来求解一个弹性结构的非线性不等式约束结构优化问题,而且利用有限元法进行结构分析.Schmit的研究推动了数学规划法在结构优化设计中的广泛应用,为结构优化设计的发展和应用起到了很大的促进作用.现代计算机技术的飞速发展,为数学规划法在结构优化设计中的应用提供了高效,准确的计算工具,使数学规划法得以在结构优化设计中广泛的推广应用.在结构优化设计发展过程中,20世纪70年代曾经出现了两大学派,即以满应力等设计准则的准则法和以数学规划法为理论支柱的数学规划法].优化准则法的特点是收敛快,要求重分析的次数一般跟变量的数目没有多大关系,但是不同性质的约束有不同的准则,准则多而复杂,处理起来非常困难,而且结构优化的目标只限于重量或体积.因此,优化准则法一般适用于薄壁构造的航空结构.而数学规划法有着更坚实的理论基础和广泛的适用性, 使用方便,尤其是现代计算机运算速度和存储能力的高速增长,迭代次数多的问题趋于淡化,这就为数学规划法在结构优化设计中的广泛应用提供了强大的动力.20世纪80年代以来,优化准则法和数学规划法相互渗透,并互相吸收对方的优点,形成了序列近似的概念和对应的序列近似规划法,在结构优化设计中取得了很大成功,例如序列二次规划法_9o_就是一种重要的方法,有许多成功应用的工程实例u卜¨].目前,一些研究人员仍在对序列二次规划法进行研究_1,以提高其稳定性和适用性.经过100余年,特别是近50年的发展.结构优化设计已经广泛应用到各种工程领域,并取得了巨大的成功,创造了巨大的经济效益,并推动了工程设计方法与技术的发展.由于一般的机械零部件都是连续体结构,结构分析非常复杂,进行结构优化设计比较困难.国内的相关研究比较突出,发表了大量的研究论文和报告,如:根据机械设计中离散设计变量较多的情况, 提出了离散设计变量结构优化设计方法;对机床床身等部件进行结构优化设计;研究圆柱拉压弹簧动载下的结构优化设计;液力传动系和双级齿轮减速50器的结构优化设计研究;斜齿轮三维修形的优化设计;复杂箱形梁的结构优化设计研究等等一他..因此,结构优化设计方法为液压机横梁的结构设计提供一种可靠,精确,快速的新方法,提高了整机设计水平,对液压机的横梁进行结构优化设计具有较高的理论和实用价值.二,液压机横梁结构优化设计的数学模型1.设计变量一般情况下,液压机横梁的设计变量可以选择横梁的外形尺寸,各个侧板和筋板的厚度等作为设计变量.应该注意的是,液压机的型号和一些重要尺寸都有一定的标准,例如四立柱液压机有部颁标准JB1831—76,其下横梁工作台面尺寸是标准尺寸,这些标准尺寸不能作为设计变量.最近出现的结构拓扑优化为液压机横梁的结构设计提供了一种更为灵活的设计手段,可以对侧板和筋板的位置进行与拓扑优化,使其设计更加科学和灵活.2.目标函数根据液压机横梁的结构特点和其所起的作用,横梁在整个液压机重量中占有较大的比重,减少液压机横梁的重量具有较大的意义,因此横梁的整体重量可以作为目标函数.如果要考虑其它因素(如动态性能最好,变形最小等),可以选择多目标函数来进行横梁的多目标优化设计.3.约束条件由于液压机横梁结构和受力复杂,其应力分布,变形情况和动态特性,都需要采用有限元法进行求解.液压机下横梁结构优化设计的约束条件有以下三种约束.(1)应力约束横梁采用HT25--47进行铸造,由于铸铁为脆性材料,抗压能力强,而抗拉能力很弱,其抗压强度近似为抗拉强度的五倍,并且有限元分析结果中的压应力在许用值范围内,安全系数较大.因此,横梁只需验算其抗拉强度,许用拉应力为[]一880kg/cm2,应力约束可写为田O'i一1≤0(1,2,…,NS)其中,NS为应力控制点数.(2)位移约束液压机横梁的刚度是其一个重要性能指标,直接关系到液压机的总体变形和加工精度,必须严格限制.根据部颁标准,液压机横梁工作台面每米宽度上的变形限制在0.12romeo.2ram.可以在横梁工作台面上选取位移控制点,其约束分别为一1≤0(i一1,2,3,4)LOi-J(3)边界约束从设计和工艺要求,以及人机工程学要求出发,设计变量应该遵循一定的规范.根据液压机横梁的具体情况,选取设计变量的约束条件.(4)动态特性约束一般情况下,结构的动态特性设计主要是通过控制固有频率,即厂c,其中厂.为结构的固有频率.如果要求更高,可以直接控制结构的振型等特性来保证其动态性能.三,结构有限元分析由于一般液压机工作时运行速度很慢,工作平稳,因次一般只需研究横梁的静态特性.1.单元类型根据横梁结构特点,横梁的有限元分析通常采用八节点六面体等参元,而精度要求较高时可以采用20节点六面体等参元.2.网格划分如果结构和受力具有对称性,可以只需取横梁四分之一加以研究,并进行一定的结构简化.需要注意的是,由于结构优化设计需要有限元网格能够自动划分,必须在网格划分时考虑这个问题.3.载荷处理在液压机中,横梁受力一般较为复杂,偏载时立柱要受弯矩作用,因此液压机工作时要求很小的偏心距.为了横梁结构优化设计的顺利进行,必须简化其力学模型.横梁有限元分析程序可以自己编制有限元结构分析程序,也可以采用通用的结构分析软件包,例如ANSYS,NASTRAN等.但是自己编制的有限元结构分析程序并经过了实例考核,形成了简单可靠的横梁有限元分析程序.初次分析的计算结果要与实验结果相吻合,说明横梁力学模型的合理性.四,敏度分析由于液压机横梁结构优化设计采用了序列二次规划法,需要求目标函数和约束函数的一阶导数,因此本文利用敏度分析方法求解应力和位移的导数.经过推导,位移导数和应力导数分别按下列方法求得. 1.位移导数由有限元平衡方程推得下式[K]一一,]{}在此式中,[K]和{}已经在结构分析中计算出来,而则是各个单元刚度矩阵对设计变量的导数的C7i 叠加.因此,位移导数可以通过上述方程组求解出来.2.应力导数经过推导得到应力导数计算式为一[D]{}J+ED]EB]0ioiol其中,J为单元编号.对于空间膜单元和八节点块体单元,其主应力的计算方法不同,可分别推出其主应力导数的计算公式.五,计算结果与分析E]通过对Y32--500B四立柱液压机的下横梁进行结构优化设计,说明了结构优化设计方法适合于液压机横梁的结构设计.液压机下横梁的初始设计方案为(单位:ram)X'∞一[25,25,50,50,50,50,65,6O,750]经初次结构分析,该设计方案不可行(刚度条件不满足),因此在进行最后结构优化之前得到一个可行点.在采用很低精度进行优化之后,得到一个可行设计方案为(单位:ram)X一[is,34,50,72,68,6O,76,70,751]~从该初始点出发,经过6次迭代,得到优化后的设计变量为(单位:ram)X一[33.42,19.02,30.0,56.14,59.46,36.91,50.78,55.97,751.oo]圆整后的设计变量为(单位:ram)X一[34,20,30,58,6O,38,52,56,751]圆整后的设计方案经有限元分析,完全满足设计要求(优化的约束条件),与初始设计方案相比,51下横梁重量下降了7.O4,而与可行设计方案相比.下横粱重量则下降了2l_28六,结论结构优化设计为液压机横粱的结构设计提供了一种可靠和高效的设计方法,将提高液压机系列产品研制与开发的效率和精度.采用的序列二次规划法具有收敛速度快,可靠性好的特点,可应用于大型连续体机械结构优化设计问题.参考文献1M~xwdlCSent出cP∞eI1.NewYork:I时Pui国tl∞s.1952.2Michel[A.G~LThelimitsofeconomyofmaterialinframe$1ructul'e~Phi1osophicalMagaziner1904.4丁(8)589～5973ShanieyFR.Welght—strengthAnalysisofAircraftStn】ctuT NewYork:MeGra~Hi[1.1952.4钱令希工程结构优化设计北京:水利电力出版杜-1983.5DanzigGRprogrammingna[incarstructureComptrollertU.S?firForce.1948.6HeymanJ.P[asdcdesignofbeamsandframesforminimum~3ate—nconsumption,QuazterLyofAppliedMathematics?1956?(8)l373～3817SchraltLA.Sttuctur&]d蜘ignbysystenmticsymhesi.Proceed一§ofthe2ConferenceonElectronicComputation.AmericanSoclety0fCivilEr~ineers,1960￡】05~1228程驮东.暖元宪.王健.我国机械优化设计研究与应用的综述和展望.机械强度,1995—17(2)68~749钱令希.神万趣.程驮东等.工程结}句优化的序列二欢规划固体力学,1983.4(4):469~48010Bet~m,.duAtn+Aror~JS.Areeursivequadralicprogram—ruingmethodthactivesetforstructura[optimizat[on.1ntema tmnalJournalofNumericalMethodsinErtg[neerlng.1984,(2∞,803～81511程耿东.顾元宪.序列二次规划在结柑动力优化中的应用振动与冲击.1986,5(1):12~2012秦东晨.祁建中等.Y32--SOOB四立柱藏压机下横粱的结掏优化设计,机械强度.2019.23(2):246~24日13秦东晨.叶元烈.胨丽华.轻型货车EQ1060车身的结构优化设计研究.机械强度,2000.23(1);75~7714GillPE.MurrayW-SaundersMA..SN()PT:8nSOPalgtr rithmforlarse-sc~lectmstraln.d0DzatSIAMJouralof Optimization.2019(】21}979～100615葺{;立周.工程离散变量优化设计方j击—一原理与应用.北京: 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关于液压支架掩护梁结构的改进设计
关于液压支架掩护梁结构的改进设计郝晓鹏【期刊名称】《《机械管理开发》》【年(卷),期】2019(034)010【总页数】3页(P31-33)【关键词】液压支架; 掩护梁; Simulation; 优化设计【作者】郝晓鹏【作者单位】阳煤一矿山西阳泉045000【正文语种】中文【中图分类】TD355.4引言可靠性优化设计是现行所有机械设备的发展趋势，针对液压支架来讲可通过两个途径实现液压支架的可靠性优化设计：使用高强度、低密度的材料代替原有液压支架零部件的材料，但大幅增加液压支架的生产成本，与降低成本冲突；优化液压支架零部件的结构，包括控制板件厚度、空间位置、连接方式等，在保证使用性能和满足安全要求的前提下，降低自重，提高材料使用率，使得液压支架的性能、价格、质量三个方面得到较好的平衡，提升产品的竞争力[1-2]。
本文以ZY/6400/21/45型液压支架掩护梁为优化设计对象，详细说明了其可靠性优化设计过程，得到最佳的结构优化方案。
1 掩护梁的优化设计方法1.1 选取优化设计参数掩护梁可靠性优化设计针对已有的ZY/6400/21/45机型，其外形尺寸如箱体总长、箱体高度和腔室长度等已完全确定，因此不再以这些外形尺寸作为设计变量。
根据已有文献，掩护梁在极限偏心载荷工况下，掩护梁的下腹板、上盖板和竖筋板作为主要受力部件，具有较大应力，因此以竖筋板厚度t1、上盖板厚度t2、下腹板厚度t3作为设计变量，如图1所示。
确定三种板材厚度作为设计变量的原因有两个：针对掩护梁结构，三种板材的厚度是控制掩护梁强度的关键因素；厚度是控制掩护梁自重的关键因素。
1.2 建立目标函数液压支架降低自重后，不仅能够节约生产成本，还能降低液压支架自重过大带来的使用成本，以及在井下的运输、维护成本。
因此将掩护梁的最小自重作为优化设计的目标函数，又由于掩护梁很大自重程度上由零部件板厚控制，所以可将目标函数表示为：图1 设计变量的选取式中：ρ为材料密度；V为板件体积；ti为设计变量厚度；A为板件面积。
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大工作阻力液压支架顶梁柱窝结构的改进设计摘要：该文通过对顶梁传统柱窝结构的研究，分析了此种结构不能满足大工作阻力液压支架可靠性要求的原因，并在此基础上提出了一种新型顶梁柱窝结构，最后通过立柱加载模拟计算，论证了该种结构比传统顶梁柱窝结构更能适应大工作阻力液压支架的可靠性要求。
关键词：大工作阻力液压支架柱窝结构改进设计
近几年来，我国综采工作面开采强度逐渐加大，支架的工作阻力也越来越大，其中神华7.0m两柱掩护式支架工作阻力达到18000kN，酸刺沟4.5m四柱支撑掩护式放顶煤支架工作阻力达到21000kN。
随着支架工作阻力的不断增大，也带来了支架顶梁柱窝结构的性能和可靠性能否满足液压支架高工作阻力要求的问题。
而传统的顶梁柱窝结构作为液压支架受力最复杂、最恶劣的关键部位，在使用过程中时有损坏情况的发生，为此必须采用新型顶梁柱窝结构。
1 传统顶梁柱窝结构型式——单体柱窝结构
传统的顶梁柱窝结构常常采用单体柱窝结构型式，如图1所示。
这种结构直接将顶梁柱窝坐在顶梁顶板上。
在支架承受一定工作阻力时，立柱和柱窝的最大接触压力可以通过式（1）进行计算[1]，然后再进一步验算柱窝的安全系数是否满足使用要求：
式中——载荷；——材料的弹性模量；——活柱的半径；——柱窝的半径。
但是上述计算方法并没有充分考虑老顶来压或冲击矿压对顶梁柱窝的瞬时作用，再加上顶梁柱窝是铸造件，其铸造缺陷又在一定程度上降低了支架的承载能力，从而带来了很大的安全隐患（如图3所示）。
根据目前国内大工作阻力液压支架工作面生产实践经验，随着支架工作阻力的增大，特别当支架用到直径360mm以上立柱时，单体柱窝结构已经很难满足局部强度要求。
2 新型顶梁柱窝结构型式——小柱窝结构
新型的顶梁柱窝结构采用小柱窝坐落在马鞍板上的结构，如图4所示。
小柱窝结构相对于单体柱窝结构，具有很好的传力效果，它将立柱的作用力通过三次逐步分解，相对缓和的传递到梁体主筋上。
具体过程如下：先将立柱作用力由柱头传递到小柱窝上如图5（a）所示，再由小柱窝传递到马鞍垫板上如图5（b）所示，最后由马鞍板传递到两侧横筋和底部十字筋板结构如图5（c）所示。
该结构型式传力的关键是传力焊缝的质量保证如图5（d）所示，周边焊缝设计时，即要考虑的焊材和板材的焊接匹配及接头形式的选取，还要考虑焊接的操作性，设计柱窝结构时保证有足够的焊接操作空间和焊缝结
构的完整统一，尽量增大圆滑过渡减少截面突变，防止出现应力集中等。
3 基于有限元的柱窝结构型式对比分析
根据《MT 312-2000液压支架通用技术条件》要求，应以1.3倍的额定工作阻力对顶梁和底座柱窝加载一次，保压5min。
其柱窝加载简图和垫块位置如图6所示。
但是为了对支架顶梁柱窝型式受力的内部情况有所对比，在此使用有限元软件ANSYS进行模拟计算。
其计算工况为：1.3倍额定工作压力（以φ360mm立柱为基准）顶板垫板距柱窝两侧100mm。
单体柱窝结构计算结果评析：从结果上看，单体柱窝最大应力为524.23Mpa，焊缝应力为406.05MPa，应力突变幅度相对较大，对焊缝质量要求较高，在此情况下较易出现柱窝未被压碎而柱窝周边焊缝先撕开的现象。
小柱窝结构计算结果评析：从结果上看，小柱窝最大应力为474.53Mpa，结构受力情况有所改善，减少约50Mpa，小柱窝下面的垫板和十字筋受力都不是很大，均匀性较好，特别是柱窝边缘焊缝应力仅为215MPa。
虽然柱窝本身由于挤压接触问题，应力很难降低，但相对于单柱窝结构型式还是较小的。
柱窝周边焊缝得到了加强，应力突变幅度相对平滑，整体上满足设计需要，从设计角度讲应属于推荐设计结构。
4 结语
利用ANSYS软件对单体柱窝结构和小柱窝结构进行计算，论证了小柱窝结构比单体柱窝结构具有接触、焊缝应力小且整个结构受力均匀的优点，从设计角度讲该种结构更能满足大工作阻力液压支架的高可靠性要求。
参考文献
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