煤礦設(shè)備液壓支架故障_立柱損壞原因分析
(1)損壞原因分析
因電鍍面碰傷、劃傷、鍍層脫落而損壞的立柱,原因比較明顯。下面通過(guò)缸體的強(qiáng)度校核、立柱的穩(wěn)定性驗(yàn)算,以及通過(guò)分析橫向力的來(lái)源,來(lái)分析立柱損壞的原因。
①缸體的強(qiáng)度校核雙伸縮立柱的外缸、中缸多數(shù)用27SiMn無(wú)縫鋼管制作,其σb=1000MPa,一般選安全系數(shù)n=5;[ σ]= σb/5=200MPa
由中厚壁缸筒經(jīng)驗(yàn)公式,可算出缸筒壁厚的值:
(6-3)
式中p——液壓缸的最大工作壓力;
D——缸筒內(nèi)徑;
[σ]——缸筒材料的許用應(yīng)力;
ψ0——強(qiáng)度系數(shù),無(wú)縫鋼管取V =l;
C——計(jì)入管壁公差及腐蝕時(shí)的附加厚度,一般可略去。
ZFS5100型立柱外徑理論計(jì)算壁厚:
1. 81cm<2. 5cm(實(shí)際壁厚),強(qiáng)度足夠。
ZFS5100型立柱中缸理論計(jì)算壁厚:
2.4cm>1.5cm(實(shí)際壁厚)強(qiáng)度不夠。同樣可算出ZZ56K型立柱外缸、中缸理論計(jì)算壁厚:
δ外=1.7(cm) <1.95(cm),強(qiáng)度足夠。
δ中=2.39(cm) >2.0(cm),強(qiáng)度不夠。
由計(jì)算可以看出,立柱外缸的壁厚比較富余,脹缸的比例較小}中缸的壁厚選得比較單薄,脹缸的比例較大。換言之,外缸在設(shè)計(jì)過(guò)程中,安全系數(shù)n=5(符合設(shè)計(jì)手冊(cè)n≥5的要求),而中缸的安全系數(shù)n=3.3~4。這就是立柱缸體有時(shí)出現(xiàn)脹缸的主要原因之一,這種計(jì)算結(jié)果與實(shí)際遇到的脹缸情況也是一致的。
②立柱的穩(wěn)定性驗(yàn)算設(shè)計(jì)人員在立柱的設(shè)計(jì)及驗(yàn)算過(guò)程中,一般將立柱考慮為兩端鉸接,無(wú)偏心載荷等截面細(xì)長(zhǎng)桿受軸向載荷的情況,在這里略去活柱與小導(dǎo)向套間隙的影響,將活柱和中缸視為一體,受縱向壓力來(lái)研究其穩(wěn)定性。
a. 無(wú)偏心載荷時(shí)的縱向彎曲極限力Pr的計(jì)算。
以ZFS5100型立柱為研究對(duì)象,計(jì)算柔度λ:
λ=ul/i (6-4)
式中u——壓桿長(zhǎng)度系數(shù),兩端鉸接,取u=1;
Z——活塞桿計(jì)算長(zhǎng)度,即在活柱全部伸出時(shí),活柱頂端的連接點(diǎn)與液壓缸支撐點(diǎn)之間的距離,l=335cm;
i——活柱橫截面的最小慣性半徑,i==3.5(cm)。
所以
b.查表可知λ1 =100,λ2 =60,由于λ2 <λ<λ1,故用直線公式計(jì)算臨界應(yīng)力。
σc =a-σλ= (461 -2.568×95.7)×102=215×102 (N/cm2)
Pc=σcA -σc(π/4)d2 =215×(3.14/4) ×142 =3312kN
c.安全系數(shù)的計(jì)算。
u=Pc/P=3312/1200=2.75
用同樣的方法可以算出:
ZZ560K型立柱 pc=4944kN,u=4.34;
ZZP5200型立柱 pc=5124kN,u=3.9。
通過(guò)計(jì)算可以看出,在這種理想的受力狀態(tài)下其穩(wěn)定性的富余量不太足,再加上立柱是一個(gè)組合體,在活塞與缸筒、活柱與導(dǎo)向套、中缸與導(dǎo)向套之間存在間隙,特別是橫向力的出現(xiàn),使立柱的活柱在受軸向力的同時(shí),還受到一彎曲應(yīng)力的影響。當(dāng)壓、彎應(yīng)力超過(guò)其許用應(yīng)力一定值時(shí),活柱或中缸就會(huì)產(chǎn)生永久性彎曲變形。產(chǎn)生彎曲變形的活柱或中缸在做伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí),就會(huì)對(duì)其配合面產(chǎn)生機(jī)械劃傷。同時(shí)也致使外缸、中缸缸口形成橢圓形,造成連接螺紋損壞,密封面失效?;钪?、中缸彎曲變形示意如圖P所示。
③立柱所受橫向力的來(lái)源V形布置的立柱的自重引起的橫向力太小,可忽略。而支架左、右傾斜是立柱產(chǎn)生橫向力的主要來(lái)源。
立柱的下端柱腳是通過(guò)與底座相連的兩個(gè)銷子鉸接的,左、右方向可簡(jiǎn)化為固定連接(面向支架的前梁),見(jiàn)連接示意圖Q和受力圖R,前后方向可簡(jiǎn)化為鉸接,見(jiàn)圖S和圖U。
由于井下地質(zhì)條件復(fù)雜,工作面的傾斜,頂、底板的不平,均能迫使支架傾斜;支架的底座銷孔、四連桿銷孔橢圓磨大、銷軸的彎曲、磨細(xì)等,也致使支架傾斜。支架的傾斜量Ay應(yīng)等于立柱上端受一橫向力F所產(chǎn)生的撓度(見(jiàn)圖U)。
當(dāng)支架前后傾斜時(shí),立柱將有一定的轉(zhuǎn)動(dòng)量,正常情況下是不會(huì)產(chǎn)生橫向力的,但一旦柱窩進(jìn)入異物,如煤、矸石、金屬物、木材等,橫向力就隨之而產(chǎn)生(見(jiàn)圖S)。