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一种可折叠大步距移动式液压支架系统的设计 叶杰杰 张芳摘 要：针对现有巷道支护存在支护成本高、工作量大、工作劳动强度高、推进速度慢等缺点。本文设计了一种可折叠大步距移动式液压支架系统，并采用三维实体建模和有限元分析技术对设计支架结构进行了分析。关键词：可折叠;大步距移动;液压支架;有限元1.前言近年来，超前液压支架支护技术正沿着自动化、快速推进方向发展1。随着巷道支护理论的快速发展，多种架型的超前液压支架得到开发，从小步距移动的反复支撑液压支架到长距离运移的循环式单次支撑液压支架2。从超前超高液压支架的稳定性、减少对巷道顶板的破坏、合理的支护距离、大步距移动、操作简单等关键因素出发，设计了可折叠大步距移动式液压支架，为提高安全生产，减少作业人员，实现高产高效及提升超前超高支护效果提供技术保障，促进巷道超前支护设备的发展。本设计的支架总体结构为可折叠门式，分为前架和后架，立柱支撑，顶板采用平衡缸支撑，中间通过铰接，形成折叠门式支架;护帮采用平行四连杆机构，通过立柱施加压力支撑，最终达到对工作面采煤机端头位置的支撑功能，将前架推移油缸与前溜子机头连接，在工作过程中可随前溜子移动达到同步支撑防护要求。2折叠支架的三维实体建模及有限元分析2.1折叠支架的三维实体建模根据现场情况设计出了支架初步的设计方案，运用SolidWorks软件，绘制了三维实体模型。通过实体建模能够快速有效的调整相关参数，并模拟装配过程，并对支架相关尺寸进行校验，避免部件之间干涉的发生。2.2 活塞杆有限元分析计算活塞杆的有限元分析从立柱强度计算的第四种情况下开始进行，即安全阀开启压力为20MPa，工作阻力为508680N时，活塞杆的承载力，其中活塞杆的材料为40Cr，最大屈服强度为785MPa3。借助工具SolidWorks建立活塞杆的三维实体模型。根据活塞杆的实际工作过程和约束及承载状态，在有限元分析中，对活塞杆的底部施加约束，顶部施加载荷。针对四种安全阀开启压力下液压系统提供的供液压力工况，分别对相应的立柱强度进行有限元计算。根据有限元计算结果可以判断，该40Cr材质的活塞杆在安全阀开启压力为39.3MPa，径向不受力的情况下，当轴向力为999556.2N时，活塞杆不会发生屈服失稳现象。此外，为了计算立柱的径向承载能力，在有限元模型中，分别在活塞杆的顶端施加轴向载荷，和径向载荷，如图1所示。仿真计算20MPa和39.3MPa安全阀开启压力下的活塞杆变形情況，如表2所示。在安全阀开启压力为20MPa，轴向受力为508680N的情况下，当承受1000N的径向压力时，活塞杆最大弯曲变形量为2.36mm，处于可使用范围;当承受10000N的径向压力时，活塞杆最大弯曲变形量为22.78mm，活塞杆发生弯曲失稳。在安全阀开启压力为39.3MPa，轴向受力为999556.2N的情况下，当承受1000N的径向压力时，活塞杆最大弯曲变形量为2.58mm，处于可使用范围;当承受10000N的径向压力时，活塞杆最大弯曲变形量为22.81mm，活塞杆发生弯曲失稳。因此，该40Cr材质的活塞杆在轴向和径向同时受力时，只要径向受力超过10000N，就会发生弯曲失稳现象，而与轴向是否承受载荷无关。而且，活塞杆弯曲现象与立柱外缸的安全阀压力开启压力大小关系不大。3结论本文设计了一种可折叠大步距移动式液压支架系统，该支架克服了支护成本高、工作量大、工作劳动强度高、推进速度慢等缺点;建立了支架的三维实体模型，并对立柱千斤顶的活塞杆进行了有限元分析，经过分析验证其支护强度达到了使用要求。Reference1 张德生，牛艳奇，孟峰.综采工作面超前支护技术现状及发展J. 矿山机械，2014（8）：1-5.2 马敏.自移式超前支护液压支架的研制与应用研究J.内蒙古煤炭经济，2015（9）：28-29.3 曹连民，王鹏怀，魏翠翠.大采高液压支架横向稳定性研究J.煤矿安全，2016，47（8）：53-56. -全文完-