型式試驗液壓支架后梁強度分析及探討*

于 貴，郭廣順，王 玉

(河南能源化工集團重型裝備有限公司，河南 開封 475000)

0 引 言

在煤礦綜采設備中，液壓支架起著支撐和維護頂板的作用，因此液壓支架結構強度對煤礦安全生產極其重要。而液壓支架在設計和制造時，一般首先進行理論受力分析，在此基礎上生產制造樣機，樣機通過專業機構液壓支架型式試驗后，方可進行批量生產。在液壓支架理論受力分析中，掩護梁及前、后連桿由于無法進行直接加載，其安全系數一般在頂梁或底座理論計算的基礎上，根據經驗直接增大以確保其相應的結構強度。但本公司某型號的ZF4400型液壓支架樣機生產完成后，在專業機構進行的頂梁偏載型式試驗中，后連桿焊縫開裂長度卻長達1 m。

因此筆者在對該ZF4400型液壓支架理論受力分析的基礎上，計算分析其后連桿受力情況，驗算后連桿設計時的安全系數，分析后連桿焊縫開裂的原因，并結合公司生產特點，提出相應的防范措施，這為今后指導此類結構的設計及制造提供了重要依據。

1 液壓支架頂梁偏載工況下后連桿的受力分析

此次型式試驗后連桿焊縫開裂時，液壓支架受力工況為頂梁偏載，其墊塊施加位置如圖1所示。從圖1可以看出，在頂梁偏載情況下，液壓支架中各結構件存在一定扭轉載荷，此時頂梁受力情況如圖2所示。在液壓支架理論計算中，但為使問題方便計算，一般把液壓支架簡化成平面桿系結構，并且其載荷按集中載荷進行計算，ZF4400型液壓支架為支撐掩護式液壓支架，其整體受力情況如圖3所示。

圖1 頂梁偏載時，墊塊施加位置簡圖

圖2 頂梁偏載時，頂梁受力簡圖

依據文獻[1]：

對A-A軸取矩：

F1=

對B-B軸取矩：

再取∑Fx=0，可得：

F3=(P11+P12)cosa1+(P12+P22)cosa2-

F1-F4

圖3 液壓支架整體受力圖

則頂梁所受扭矩計算如下：

M1=F1b2

頂梁扭矩M1通過掩護梁傳遞到前、后連桿，其中圖4是連桿受扭示意圖，依據文獻[1]前連桿平均扭矩：

Mcp=F1cos (γcp-Q)b2

后連桿扭矩：

M4=F1cos (γcp-Q)b2

圖4 連桿受扭受力圖

結合ZF4400型液壓支架具體參數，后連桿截面圖如圖5所示，結合上述各式，經計算后連桿各板實際安全系數如表1所列。

圖5 后連桿截面圖

表1 后連桿各板安全系數

依據表中各數據，并結合文獻[2]可以看出，后連桿各板強度符合設計要求。

2 后連桿焊縫開焊的原因分析

該公司在對焊縫開裂的后連桿做刨切面觀察后發現，蓋板厚度為16 mm，技術要求坡口尺寸為14 mm，但實際上坡口尺寸為8 mm。經質檢部門及車間分析，認為造成此問題的原因是后連桿蓋板尺寸太長，而坡口加工方式為火焰切割，隨著切割時間的增加，蓋板由于受熱而產生彎曲變形，最終造成蓋板坡口起始處符合要求，但蓋板由于受熱產生的彎曲處坡口較小。

因此當后連桿采用此蓋板焊接時，由于坡口尺寸不符合設計要求，造成焊縫尺寸過小，且由于坡口鈍邊過大，焊縫根部也未完全熔合，最終導致后連桿結構強度降低，不符合設計要求。

3 整改預防措施及整改后型式試驗結果

針對樣機在型式試驗時出現的問題，本公司質檢、技術及生產部門針對后連桿及同類零件的加工要求采取了以下措施：

(1) 產品在設計時需保證足夠的安全系數。

(2) 車間要強化職工質量意識，加強質量控制。

(3) 嚴格執行工序流轉規定，待產品檢驗合格后方可轉入下到工序。

(4) 當細長件進行坡口加工時，采取機械壓固方式，確保坡口尺寸符合設計要求。

此后，按照上述措施進行嚴格施工，本公司重新制作一件后連桿，液壓支架型式試驗順利通過。

4 結 語

在對型式試驗中液壓支架后連桿強度進行理論

分析的基礎上，分析了液壓支架后連桿開焊的原因，采取相應的整改及預防措施，并通過實際制作樣品加以驗證。這為今后指導此類機構的設計及制造提供了重要依據。