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目前，隨著易采煤礦資源的不斷枯竭，逐漸轉(zhuǎn)向三下開采，在充填開采技術(shù)方面取得了重大進(jìn)步。充填液壓支架作為充填開采的主要支護(hù)設(shè)備，為開采工作提供了有力的保障。為了滿足充填開采工作面的需求，充填液壓支架進(jìn)行了一代又一代的更新，最新的為四柱支撐式充填支架，而其中由前后頂梁及上連接件組成的三鉸點(diǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)獨(dú)特，不但解決了后頂梁支護(hù)強(qiáng)度不夠的問(wèn)題，而且減小了充填支架長(zhǎng)度，減少了頂板對(duì)煤層頂板的反復(fù)支撐，降低了頂板的整體下沉量；同時(shí)由于是三大部件鉸接于一點(diǎn)，前后頂梁的動(dòng)作互不影響，提高了充填支架的適應(yīng)性。正由于此三鉸點(diǎn)的結(jié)構(gòu)獨(dú)特及布置復(fù)雜，因此其受力情況非常復(fù)雜。
隨著計(jì)算機(jī)輔助軟件不斷發(fā)展及普及應(yīng)用，促進(jìn)了四柱支撐式充填液壓支架的不斷創(chuàng)新與進(jìn)步。SolidWorks2010三維設(shè)計(jì)軟件能形象地反映出整機(jī)的裝配過(guò)程及進(jìn)行干涉檢查，再結(jié)合ANSYS Workbench 14.5有限元分析軟件強(qiáng)大的受力分析功能，根據(jù)應(yīng)力分布結(jié)果，通過(guò)三維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行對(duì)應(yīng)部位的改進(jìn)與調(diào)整，優(yōu)化出最好的三鉸點(diǎn)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，從而提高四柱充填液壓支架的整機(jī)性能。該結(jié)構(gòu)已申請(qǐng)實(shí)用新型專利。
充填液壓支架不但具有普通的支護(hù)功能，同時(shí)還具有充填的功能，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上也非常復(fù)雜。利用SolidWorks2010建立四柱支撐式充填液壓支架三維模型。
四柱支撐式充填液壓支架主要由前頂梁、后頂梁、底座、平衡千斤頂、上連桿、前連桿、后連桿與立柱組成的機(jī)構(gòu)組成。其他部件，如擺梁、推移框架、護(hù)幫板、側(cè)護(hù)板、彈簧筒等主要完成一些輔助性任務(wù)，對(duì)支架的整體支護(hù)能力影響不大。在做整架分析時(shí)，主要注重的是支架的整體支護(hù)能力，只要支架主要承力部件組成一個(gè)完整的傳力體系即可。因此就要對(duì)充填液壓支架進(jìn)行合理的簡(jiǎn)化而又不能使主要結(jié)構(gòu)件的受力產(chǎn)生大的偏差，所以整架強(qiáng)度校核的計(jì)算模型由前頂梁、后頂梁、底座、平衡千斤頂、上連桿、前連桿、后連桿與立柱等部件組成。其中立柱的主要作用是將液壓壓力通過(guò)作用力與反作用力使頂梁與底座建立起力學(xué)的聯(lián)系。為了整架計(jì)算的簡(jiǎn)化，用與立柱同軸等值于油缸推力的力代替立柱，平衡千斤頂采取同樣處理方式!因此，校核的計(jì)算模型中不包括立柱和平衡千斤頂。對(duì)于各部件的簡(jiǎn)化方式主要是保留主體結(jié)構(gòu)，而主體結(jié)構(gòu)上的附屬焊接零件不再體現(xiàn)出來(lái)，例如膠管卡、閥板等。
ZC6700/18/34四柱支撐式充填液壓支架設(shè)計(jì)中使用的鋼板材質(zhì)為Q550，主要用在主體結(jié)構(gòu)件上的主筋、蓋板和耳板上。其力學(xué)性能如下：彈性模量E=210GPa, BCD，泊松比μ=0.25，密度ρ=7850kg/m3。
液壓支架在實(shí)際工作中承受立柱的支撐載荷和工作面圍巖的壓力載荷。在對(duì)液壓支架整機(jī)有限元分析過(guò)程中，主要根據(jù)GB25974《液壓支架通用條件》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的邊界條件進(jìn)行分析。但因ZC6700/18/34型充填液壓支架本身結(jié)構(gòu)的特殊性，完全按照GB25974《液壓支架通用技術(shù)條件》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析顯然也不合適，所以我們?cè)贕B25974《液壓支架通用技術(shù)條件》的基礎(chǔ)上，根據(jù)ZC6700/18/34填充液壓支架的特殊結(jié)構(gòu)形式規(guī)定的專門試驗(yàn)方法。并保證在支架使用性能上，其強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)要求不低于GB25974《液壓支架通用技術(shù)條件》的標(biāo)準(zhǔn)。
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