(1)故障現(xiàn)象
ZY4000/19/37型掩護式液壓支架結(jié)構簡單,重量輕,便于運輸、裝拆、調(diào)整及操作,是綜采工作面所使用的主要架型,在生產(chǎn)中起著重要的作用。但使用中在連接平衡千斤頂?shù)捻斄憾帯⑵胶馇Ы镯數(shù)幕钊麠U及缸體銷軸連接處出現(xiàn)了變形、斷裂等一系列嚴重故障,甚至導致活塞桿斷裂,如圖K所示。某公司510臺支架中,有31臺支架與平衡千斤頂連接的頂梁銷軸孔處出現(xiàn)明顯變形、另有13臺銷軸孔處出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象;平衡千斤頂活塞桿斷裂7根,缸體斷裂4個;千斤頂與掩護梁銷軸連接支耳斷11個,僅與平衡千斤頂有關的損壞率就高達13%,嚴重影響生產(chǎn)。
(2)變形、斷裂原因分析
①正常工位時支架的受力分析如圖L所示,正常情況下,支架的頂梁和掩護梁共受到P、T、W、R和fR共5個力的作用,取頂梁、掩護梁為分離體,各力對前、后連桿延長線的交點0取矩,由∑M0 =0,支撐力為:
R= (6-1)
取頂梁為分離體,由∑M01 =0,支撐力1作用位置X為:
X = 1/R(PL1cosα+Th) (6-2)
式中 P——支架立柱總工作阻力;
T——平衡千斤頂工作阻力;
W——冒落矸石作用于掩護梁上的力;
f——頂梁與頂板間的摩擦因數(shù);
h——平衡千斤頂作用力對O1點的力臂;
L——O1點與O點的水平距離;
L1——立柱中心線延長線與通過O1點的頂梁平行線之交點至O1點的水平距離;
θ——O1點與O點連線與通過O1點的頂梁平行線的夾角,在頂梁平行線以下為 “+”,以上為“-”;
α——立柱傾角,前傾取“+”,后傾取“-”;
C——矸石力W對瞬心O的力臂。
平衡千斤頂?shù)膬汕欢伎赡艹休d。當活塞腔承載時,推頂梁,T為正值;當活塞桿腔承載時,拉頂梁,T取負值。正常情況下,平衡千斤頂與頂梁和掩護梁鉸接處的力R1=R2=T, R1、R2分別為頂梁與平衡千斤頂、掩護梁與平衡千斤頂鉸接處所受到的力。
②非正常工位時平衡千斤頂?shù)氖芰η闆r 如圖M所示,以平衡千斤頂為分離體,當支架處于“挑大炮”的不正確工位時,平衡千斤頂不僅受到工作阻力T,而且由于平衡千斤頂活塞桿和頂梁或缸體與掩護梁干涉,假設受到的合力為Q,按一般情況考慮,該力不一定通過平衡千斤頂?shù)闹行木€,也不一定垂直于平衡千斤頂,故按照力的平移原理,平衡千斤頂將附加受到平行于千斤頂?shù)牧?/span>Qx、垂直于千斤頂?shù)牧?/span>Qy、彎矩Qyt和扭轉(zhuǎn)力矩Qxt,t為力Q偏離中心軸線的距離。
平行于千斤頂?shù)母郊恿?/span>Qx增加了千斤頂?shù)墓ぷ髯枇?,此時R1=R2=T+Qx,使銷軸連接處的受力增加;垂直于千斤頂?shù)母郊恿?/span>Qy和彎矩Qyt使平衡千斤頂產(chǎn)生彎曲應力,使活塞桿或缸體受到彎矩作用,產(chǎn)生斷裂現(xiàn)象。同時,該力也增加了銷軸連接處的力,與T、Qx共同作用,惡化了銷軸處的受力情況,使支耳更易磨損變形甚至斷裂;而扭轉(zhuǎn)力矩Qxt使平衡千斤頂繞軸線方向扭轉(zhuǎn),使活塞桿扭斷,出現(xiàn)如圖K所示的一系列故障。
(3)總結(jié)
不正確的工作位置對支架的受力很不利,不僅額外增加了平衡千斤頂?shù)墓ぷ髯枇?,而且使與平衡千斤頂相連接的部位受到附加載荷,產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)變形,對液壓支架的工況不利,造成液壓支架使用壽命縮短。因此,必須嚴格按照支架操作規(guī)程進行操作,使支架頂梁保持水平,在頂板不平整的惡劣工況下嚴禁“挑大炮”;對于已經(jīng)出現(xiàn)變形的支耳座,應及時修復,以免最終斷裂,造成永久損壞,影響生產(chǎn)并給企業(yè)造成經(jīng)濟損失。
支架設計人員必須從現(xiàn)場支架的損壞情況中重新校驗平衡千斤頂、各連接支座及各連接銷軸的強度,堅持支座強度最大、平衡千斤頂強度次之、連接銷軸強度最弱的原則,保證設備未按操作規(guī)程使用而發(fā)生故障時首先損壞銷軸。這樣能起到保護平衡千斤頂和支架支座的作用,避免出現(xiàn)平衡千斤頂首先損壞,甚至發(fā)生生產(chǎn)現(xiàn)場無法解決的支座斷裂的嚴重故障,以最大限度地保證支架的正常使用,延長支架的服務年限。