一種可折疊大步距移動式液壓支架系統的設計

葉杰杰 張芳

摘 ?要：針對現有巷道支護存在支護成本高、工作量大、工作勞動強度高、推進速度慢等缺點。本文設計了一種可折疊大步距移動式液壓支架系統，并采用三維實體建模和有限元分析技術對設計支架結構進行了分析。

關鍵詞：可折疊;大步距移動;液壓支架;有限元

1.前言

近年來，超前液壓支架支護技術正沿著自動化、快速推進方向發展[1]。隨著巷道支護理論的快速發展，多種架型的超前液壓支架得到開發，從小步距移動的反復支撐液壓支架到長距離運移的循環式單次支撐液壓支架[2]。從超前超高液壓支架的穩定性、減少對巷道頂板的破壞、合理的支護距離、大步距移動、操作簡單等關鍵因素出發，設計了可折疊大步距移動式液壓支架，為提高安全生產，減少作業人員，實現高產高效及提升超前超高支護效果提供技術保障，促進巷道超前支護設備的發展。

本設計的支架總體結構為可折疊門式，分為前架和后架，立柱支撐，頂板采用平衡缸支撐，中間通過鉸接，形成折疊門式支架;護幫采用平行四連桿機構，通過立柱施加壓力支撐，最終達到對工作面采煤機端頭位置的支撐功能，將前架推移油缸與前溜子機頭連接，在工作過程中可隨前溜子移動達到同步支撐防護要求。

2折疊支架的三維實體建模及有限元分析

2.1折疊支架的三維實體建模

根據現場情況設計出了支架初步的設計方案，運用SolidWorks軟件，繪制了三維實體模型。通過實體建模能夠快速有效的調整相關參數，并模擬裝配過程，并對支架相關尺寸進行校驗，避免部件之間干涉的發生。

2.2 活塞桿有限元分析計算

活塞桿的有限元分析從立柱強度計算的第四種情況下開始進行，即安全閥開啟壓力為20MPa，工作阻力為508680N時，活塞桿的承載力，其中活塞桿的材料為40Cr，最大屈服強度為785MPa[3]。

借助工具SolidWorks建立活塞桿的三維實體模型。根據活塞桿的實際工作過程和約束及承載狀態，在有限元分析中，對活塞桿的底部施加約束，頂部施加載荷。針對四種安全閥開啟壓力下液壓系統提供的供液壓力工況，分別對相應的立柱強度進行有限元計算。根據有限元計算結果可以判斷，該40Cr材質的活塞桿在安全閥開啟壓力為39.3MPa，徑向不受力的情況下，當軸向力為999556.2N時，活塞桿不會發生屈服失穩現象。

此外，為了計算立柱的徑向承載能力，在有限元模型中，分別在活塞桿的頂端施加軸向載荷，和徑向載荷，如圖1所示。仿真計算20MPa和39.3MPa安全閥開啟壓力下的活塞桿變形情況，如表2所示。在安全閥開啟壓力為20MPa，軸向受力為508680N的情況下，當承受1000N的徑向壓力時，活塞桿最大彎曲變形量為2.36mm，處于可使用范圍;當承受10000N的徑向壓力時，活塞桿最大彎曲變形量為22.78mm，活塞桿發生彎曲失穩。

在安全閥開啟壓力為39.3MPa，軸向受力為999556.2N的情況下，當承受1000N的徑向壓力時，活塞桿最大彎曲變形量為2.58mm，處于可使用范圍;當承受10000N的徑向壓力時，活塞桿最大彎曲變形量為22.81mm，活塞桿發生彎曲失穩。

因此，該40Cr材質的活塞桿在軸向和徑向同時受力時，只要徑向受力超過10000N，就會發生彎曲失穩現象，而與軸向是否承受載荷無關。而且，活塞桿彎曲現象與立柱外缸的安全閥壓力開啟壓力大小關系不大。

3結論

本文設計了一種可折疊大步距移動式液壓支架系統，該支架克服了支護成本高、工作量大、工作勞動強度高、推進速度慢等缺點;建立了支架的三維實體模型，并對立柱千斤頂的活塞桿進行了有限元分析，經過分析驗證其支護強度達到了使用要求。

參考文獻

[1] ?張德生，牛艷奇，孟峰.綜采工作面超前支護技術現狀及發展[J]. 礦山機械，2014（8）：1-5.

[2] ?馬敏.自移式超前支護液壓支架的研制與應用研究[J].內蒙古煤炭經濟，2015（9）：28-29.

[3] ?曹連民，王鵬懷，魏翠翠.大采高液壓支架橫向穩定性研究[J].煤礦安全，2016，47（8）：53-56.