新標準下的液壓支架掩護梁、前后連桿受力分析

程錦 翟萌萌

摘 要：本文就新標準《液壓支架通用技術條件》（MT312-2000）有關頂梁偏載試驗對頂梁、掩護梁、前連桿、后連桿等部件受力帶來的影響進行了詳細分析，并用實例說明2000標準與92標準扭矩量值和差值。

關鍵詞：新標準；液壓支架；受力分析

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

1 新老標準頂梁偏載分析

《液壓支架通用技術條件》（MT312-2000）新標準已于2001年8月起開始強制執行。

頂梁偏載試驗目的是檢驗掩護梁、前后連桿抗扭能力，最主要是針對加載工況。新老標準在此工況中有較大的差別，主要體現在加載位置和試驗高度上：一是新標準墊塊位置位于頂梁0.1B處，老標準墊塊位于一側立柱上；二是前者試驗高度為支架最低高度加300mm，而后者試驗高度為2/3支架行程。

常見液壓支架如四柱支撐掩護式支架和反四連桿支架等，主要為四連桿機構，取頂梁、掩護梁、前后連桿為脫離體，利用瞬心點的特性，建立平衡方程，求頂梁合力和合力作用點位置。

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

Lx=[（P1×T13+P2×T15+Q×ff×L8）/Q+B9] （2）

利用掩護梁脫離體，建立平衡方程求前后連桿力：

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頂梁合力；LX頂梁合力作用位置；F1前連桿力；F2后連桿力。

T12，T13，T14，T15，為幾何數據；ff摩擦系數取值范圍一般情況0.0～0.3之間；T6=P1×sinA3+P2×sinA4；T7=P1×cosA3+P2×cosA4

頂梁偏載老標準頂梁所受扭矩：

（5）

式中LZ為柱間距。

頂梁偏載新標準所受扭矩簡化如下：

（6）

新老標準掩護梁所受扭矩為：

M1=M0cosA5 （7）

前后前連平均扭矩為：

（8）

前連桿所受扭矩：

（9）

后連桿所受扭矩：

（10）

其中：

式中：A66——掩護梁軸線與前連桿軸線夾角；A77——掩護梁軸線與后連桿軸線夾角；K前——前連桿扭轉剛度；K后——后連桿扭轉剛度。

連桿扭轉剛度計算式：

（11）

式中：G——連桿的剪切模量，鋼材G=8×1010N/m2；J ——連桿截面的極慣性矩，對于組合連桿可以求出其當量極慣性矩；L ——連桿長度，對于組合連桿求出其當量長度。

由于液壓支架中常見的是組合連桿，其當量扭轉剛度計算式：

（12）

式中：K1和K2分別是兩桿截面扭轉剛度；K3為中段連板扭轉剛度。

液壓支架通常兩桿截面相同，即K1=K2，式（12）改寫成：

（13）

從式（9）、（10）和（11）可得出前后連桿所分配的扭矩大小與連桿的扭轉剛度成正比，與其長度成反比。

以1.5m支架間距、1.44m寬度頂梁和0.77m立柱間距為例，對比公式（5）、（6）新標準掩護梁所受扭矩從墊塊位置比老標準大約49%。掩護梁背角A5從36.4°約變為21.5°，掩護梁扭矩增大約15.7%。兩者掩護梁扭矩增加約72.3%。由公式（8）可知，角度Acp-A5從2/3h的41.3°到最低位置加0.3m位置的17.3°左右，由于支架試驗高度變化對前后連桿平均扭矩要增加約27.1%，加上墊塊位置變化增加約49%，新老標準前后連桿扭矩增加約89.2%。

2 實例分析----四柱支架頂梁偏載

以四柱支撐掩護式支架ZZ8000/18/35為例，最高位置3.5m，最低位置1.8m，2/3行程試驗高度2.8m，新老標準頂梁扭矩分別為461472.7kN·cm和312007.3kN，新比老大47.9%；新老標準掩護梁扭矩分別為421587.2kN·cm和251619.9kN·cm，新比老大67.5%；新老標準前連桿扭矩分別為210852.9kN·cm和M4=113842.6kN·cm，新比老大85.2%；新老標準后連桿扭矩分別為223895.4kN·cm和120884.4kN·cm，新比老大85.2%。

參考文獻：

[1]中華人民共和國煤炭行業標準.MT312-92液壓支架通用技術條件[M].中國標準出版社，1993.

[2]中華人民共和國煤炭行業標準.MT312-2000液壓支架通用技術條件[M].中國標準出版社，2001.

[3]張惠民，杜忠孝.液壓支架零部件設計合理計算方法的研究[M].課題鑒定資料匯編，1995.