矿用液压支架立柱问题分析与改进研究

矿用液压支架立柱问题分析与改进研究

王,翔

陕煤集团神南产业发展有限公司   陕西神木   719300

摘要：近年来，我国对矿产资源的需求不断增加，煤炭开采不断增加。在矿山工程中，矿用液压支架的应用十分广泛。液压支架通过立柱实现支撑和承载功能，立柱质量直接影响到液压支架的载荷情况和工作性能。在实际现场应用时，液压支撑柱油缸底部焊接后常常发生变形，导致动柱收缩时无法落到底部。本文首先分析了液压支架的结构及维修特点，其次探讨了立柱柱窝变形的影响因素，最后就立柱柱窝改进措施进行研究，以供参考。

关键词：煤矿；液压支架；柱窝变形；分析；改进

引言

矿用液压支架作为煤矿生产中重要的生产设备，其所处环境条件通常较为恶劣，极易引发液压支架零部件损坏的情况，进而对煤矿生产进度造成影响。据此，本文将以矿用液压支架为研究对象，通过有限元分析的方式确定现有矿用液压支架设计中存在的问题，进而提出结构改进方案，旨在为后续矿用液压支架设计改进提供理论参考。

1液压支架的结构及维修特点

矿用液压支架的核心包含液压系统和结构件，各自又有多类细分装置。液压系统以立柱、阀类、管路等为主，结构件包含底座、顶梁、掩护梁、推移装置等。在故障分析与处理中，需要准确锁定具体的故障部位，探明故障的成因。例如，液压系统运行时间过长，此时可能会加剧阀件、管路的磨损，导致部分零部件无法正常使用；结构件在日常使用中易受到复杂应力的作用，此时的问题体现在面板开焊、变形等方面。

2立柱柱窝变形的影响因素

2.1密封圈的性能不足

在液压支柱的立柱结构当中，其密封圈的主要性能取决于它的密封结构、材料性能以及尺寸、工艺发展等。目前，我国的国产密封圈在发展中存在的最突出问题就是它的材料性能较差且成型工艺发展不成熟，密封圈的尺寸也会随着使用时间而发生改变。尤其是在利用整体沟槽的过程当中，鼓型圈会由于密封圈的尺寸变化而无法安装，在蕾型圈的安装过程当中也要先用力拉大才能装于沟槽当中，在缩回原位的过程当中才能进行使用。其次，由于液压支架中的密封伸长率极小，所以在安装的过程当中很容易造成密封圈失效的现象，还需要进一步加强密封圈的整体质量。

2.2纵向收缩变形影响因素

纵向收缩变形的影响因素主要有横截面积、长度、焊接层次、温度和材料性质。焊件的纵向收缩量与截面积、焊接层次成反比，焊件截面积越大则焊件收缩量越小，多层次焊接每层产生的压缩塑性型变量小于单层次焊接的压缩塑性型变量。焊件的纵向收缩量与长度、原始温度、材料性质的线膨胀系数成正比，焊件的长度越长则纵向收缩率越大，焊件的纵向收缩量随着原始温度的升高而增大，材料的线膨胀系数越大将会导致焊件的纵向收缩量增大。

2.3工作介质和使用条件差

由于煤矿产业综采工作面的特殊地理环境，在采煤工作面当中，其液压支架的乳化液经常会产生杂质。在长期的高压力、高负荷的发展作用下，其密封效果可能会出现黏滞滑动，从而导致急性磨损现象的发生。其次，在活柱的利用过程中，如果没有及时加强对活柱的保护力度，就会造成由于煤块陨落导致的活柱表面碰伤，进而使活柱镀铬层下方逐渐膨胀，对缸体的密封件造成严重损伤，造成立柱泄露中的外围泄露。

3立柱柱窝改进措施

3.1改进液压支架柱窝位置部件的热处理工艺

使其获得更加均匀的组织结构，降低使用过程中的应力释放产生的变形，保证柱窝位置的受力状态恒定。液压支架柱窝位置变形问题改近的策略众多，实际采用哪一种需要设计人员结合实际情况而定。

3.2整体强度特性分析

液压支架的强度设计在国家标准和行业标准内均有着严格的要求，而且对于不同类型的工作环境和部件的安全性能要求不同。为了确保整体液压支架分析的可靠性，在载荷施加方面，文中对顶梁选用扭转载荷，两侧设置为集中载荷。对于不同的扭转方向，均通过自由度的约束来实现。建立液压支架的整体装配有限元模型后，可进行网格划分。有限元分析软件内设置有3种网格划分模式：自由网格划分、映射网格划分和扫掠网格划分。由于模型为装配图结构，可针对模型的复杂或规则程度进行合理选择。在巨大的支撑力条件下，底座呈现出良好的载荷特性，得益于结构的对称性，应力分布同样具有对称性特点。较大的应力位置为主筋和前端面，距离柱窝较近的位置存在具有较大现象，未超过材料的屈服极限。相比底座，其他位置的应力和变形相对较小，总体的强度特性良好。当出现异常载荷时，在顶梁位置设置非对称结构，计算得出底座的载荷响应。结果表明，在非对称载荷作用下，载荷呈现的应力分布差别不大，最大应力仍分布在前端。底座静载荷分析能够有效满足最大支撑力要求，但是对于不稳定围岩条件，应当采用动态分析方案。因此，对底座结构进行模态分析，能够有效地得出不同激振情况下的动力响应，对于结构的优化有着关键的作用。

3.3立柱或其他液压缸故障的维修

定期检查液压泵站的运行状态，判断压力是否合理，即能够给液体提供足够的推动力。加强对缸体的检查，若变形则及时安排维修，使其恢复原有形态。严格依据规范操作液压支架，以免因操作不当而导致该装置受损；定期检查焊缝，判断是否有受损的现象，若有则安排维修；全面清理液控单向阀，若有杂物则需清理干净，必要时采取换新处理措施；加强对安全阀的管理，定期检维修，发挥出其在安全防护方面的作用；对液体渗漏的管路系统做详细的检查，具备维修条件的则安排维修，否则予以更换。立柱或前梁千斤顶密封损坏，需及时予以维修，而后安排检查，液控单向阀阀芯损坏无法正常使用的安排换新。

3.4消除残余应力的措施

整平立柱缸体。立柱缸体焊接时焊缝常常伴随较大的发热量，而冷却速度快使得有较大的收缩应力存在于焊缝边缘处。收缩应力是导致焊接后的变形的主要因素。圆柱体弯曲断面很大，足以引起弯曲，而收缩应力因为客观存在而不能被忽略，所以在整平过程中，可以通过增加焊缝边缘的连续轧制来有效消除收缩应力。烘烤焊接部分。焊接完成后，在焊缝背面和柱块焊缝的两侧烘烤。这种方法常用于修正T型结构焊缝角的变形，无需借助其他力量即可得到修正变形。由此可见，加热范围和温度是对缸柱进行校正的关键参数，消除残余应力会产生良好的校正效果。采用振动时效法。振动时效法是通过对立柱筒施加周期性的激振力，其产生共振后使立柱筒获得一定的振动能量，此时残留内应力和附加振动应力的矢量和将会超过材料的弹性极限，那么筒体内会发生微观塑性变形，然后筒体内的内应力将会减少。振动时效法的特点是周期短、效率高、无污染，而且不受工件尺寸、形状和重量的影响。通过现场多种工况检查，在去除来自柱筒的应力。

结语

液压支架在煤炭开采生产过程中具有不可替代的作用，必须保证其工作的可靠性。立柱作为液压支架的执行机构，其质量的好坏直接影响液压支架的载荷情况和工作性能，因此立柱在液压支架中起着重要的作用。根据液压支架立柱柱窝变形的影响因素，可以在焊前、焊时、焊后等不同时段进行改进，并且可以在缸体缸筒间焊缝及缸筒预热区的结构上进行改进，以达到降低液压支架立柱柱窝变形量的目的。

参考文献

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