液压支架掩护梁检测技术及装置研究.pdf
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1、第44卷第3期2023年6 月杨阳,杨建新.液压支架掩护梁检测技术及装置研究J.煤矿机电,2 0 2 3,44(3):6-11.doi:10.16545/ki.cmet.2023.03.002煤矿机电Colliery Mechanical&Electrical Technology液压支架掩护梁检测技术及装置研究Vol.44 No.3Jun.2023(1.煤炭科学技术研究院有限公司,北京10 0 0 13;2.国家煤矿支护设备质量监督检验中心,北京10 0 0 13;3.煤矿采掘机械装置国家工程实验室,北京10 0 0 13;4.煤炭资源开采与环境保护国家重点实验室,北京10 0 0 13;5
2、.煤科(北京)检测技术有限公司,北京10 0 0 13)摘要:为了解决掩护式液压支架掩护梁的检测技术及装置缺失的问题,采用在液压支架试验台上配备外加载式掩护梁强度检验装置方式,液压支架试验台作为承载框架,外加载式掩护梁强度检验装置直接作用在掩护式液压支架掩护梁上,对支架掩护梁进行检验。通过建立装置模型并进行有限元分析,使掩护梁强度检验装置满足力学性能要求。同时,装置的承载部分和加载缸配备液压伺服同步控制慢速加载系统,实现装置的动作和控制。通过液压系统、同步控制系统,实现装置的检测检验功能和全程自动化同步控制,可以满足液压支架掩护梁的测试要求,提高检测效率。关键词:液压支架;检验装置;掩护梁;同
3、步控制中图分类号:TD355.4Research on the Detection Technology and Device of扫码移动阅读文献标志码:B文章编号:10 0 1-0 8 7 4(2 0 2 3)0 3-0 0 0 6-0 6Hydraulic Support Shield Beam(1.CCTEG China Coal Research Institute,Beijing 100013,China;2.National Coal Mine Support Equipment QualitySupervision and Inspection Center,Beijing 1
4、00013,China;3.National Engineering Laboratory of Coal MiningMachinery Equipment,Beijing 100013,China;4.State Key Laboratory of Coal Resources Exploitation andEnvironmental Protection,Beijing 100013,China;5.Coal Science(Beijing)Test Technology Co.,Ltd.,Beijing 100013,China)Abstract:In order to solve
5、the problem of missing detection technology and devices for the shield beam of theshield hydraulic support,an externally loaded shield beam strength inspection device was equipped on the hydraulicsupport test bench.The hydraulic support test bench served as the bearing frame,and the externally loade
6、d shieldbeam strength inspection device directly acted on the shield beam of the shield hydraulic support to inspect theshield beam of the support.By establishing a device model and conducting finite element analysis,the strengthinspection device of the shield beam met the mechanical performance req
7、uirements.At the same time,the bearingpart and loading cylinder of the device were equipped with a hydraulic servo synchronous control slow loadingsystem to achieve the action and control of the device.By hydraulic system and synchronous control system,thedetection and inspection function of the dev
8、ice and the full process automation synchronous control can be achieved,which can meet the testing requirements of the hydraulic support shield beam,improve the detection efficiency.Keywords:hydraulic support;inspection device;shield beam;synchronous control*天地科技股份有限公司科技创新创业资金专项项目(2 0 2 1-TD-MS002)2
9、023年第3期0引言随着煤炭工业的发展,液压支架的需求量日益增大,但新型液压支架等产品需要通过型式检验,取得安全标志证书后才能够下井使用。在检验掩护式液压支架时,按照GB25974.12010煤矿用液压支架第1部分:通用技术条件的要求执行1-2 ,对支架顶梁、底座、顶梁侧护板、平衡千斤顶连接结构件、护帮板、前梁、伸缩梁、推移机构、立柱连接件、底座底调机构进行试验。但标准中对于掩护梁没有测试要求,掩护梁是液压支架的关键部件,其与底座、前后连杆形成四连杆机构,控制顶梁前段的运动轨迹,保证支架运动的稳定性。掩护梁承受因顶梁受顶板的偏载加载力作用而引起的扭转变形载荷,以及由顶梁产生的水平推力而引起的弯
10、矩变形,是支架承受顶板来压的主要承受力部件之一,同时为维护采煤空间,阻挡支架后部落煤3。在实际使用中,由于井下工况复杂,时常出现掩护梁损坏现象,对人员及设备的危害极大。通过查阅国内外相关资料,暂无针对掩护式液压支架掩护梁检测技术及检验装置的相关文献和资料,鉴于此,采用掩护梁强度检验装置,通过自动化控制方法,对掩护梁进行检验,解决掩护式液压支架掩护梁的检测技术及装置缺失的问题。1试验装置的机械系统1.1木机械系统组成试验装置由承载装置、加载缸和电控液压元件组成。通过三维软件建立试验装置模型,如图1所示。将被测支架掩护梁调整到一定角度,承载装置受力板上有T型槽板,安装试验压块,通过加载缸伸出,使装
11、置下部受力板上的压块作用在掩护梁上,对加载缸继续加压,达到试验压力,检测掩护梁强度。2个加载缸采用液压伺服阀,控制液压管路里的液体流量,实现加载缸同步动作,保证试验装置承载部件及压块垂直压在掩护梁上,不会出现偏压情况,试验压块固定在T型槽内,不会飞出。按装置的加载缸径160mm,行程50 0 mm,系统压力30 MPa计算,单缸的加载力为6 0 0 kN(双缸为12 0 0 kN),满足外加载力及加载行程的要求。1.2机械结构有限元力学分析建立模型之后,对模型结构进行有限元力学分析。对于模型边界条件定义,分为装置2 个部件的连接销轴与承载装置之间的接触。采用自由网格划杨阳等:液压支架掩护梁检测
12、技术及装置研究分形式,网格尺寸为1mm,四面体结构网格,接触部分网格尺寸大小细化,设定为0.5mm,并采用定向的映射网格划分,提高计算精度和计算结果收敛性,如图2 所示。加载油缸试验装置被测支架承载机构C图1掩护梁测试装置SizingUseAdvanced SizeFunctionOffRelevanceCenterFineElement Size2.e-002mInitial Size SeedActive AssemblySmoothingHighTransitionFastSpanAngle CenterFineMinimum Edge Length3.e-002.m图2 掩护梁测试装置
13、网格化分图在运动网格的实现方式上,根据试验应力加载运动方式,网格域只在销轴径向方向上变化,在轴向上无变化。按照极限情况,作用力作用在销轴与销轴孔接触处,装置受力最大,方向平行于固定顶板,如图3所示。将顶板作为固定面进行约束,如图4所示。图3极限载荷力施加及加载方向0.5001.000m0.2500.750图4固定面约束加载缸缸径为160mm,在30 MPa额定工作压力下,计算得到加载力为6 0 0 kN,2根加载缸为1200kN加载力。根据实际受力情况,对模型进行no separation处理,保证销轴及销轴孔无相对运动,因为组件为分体结构分别计算受力情况,对顶板采用fixed support
14、约束,对销轴孔的施加载荷力1200kN得到应力及应变分布图如图56 所示。7支架试验台0.5001.000m0.2500.7500.5001.-00m0.2500.7508由图5、图6 可知,最大应力为9 6.3MPa,在模型承载力组件的垂直交界处,最大的变形量0.132mm,在销轴孔下端,沿着远离销轴孔反方向,应力应变呈均匀递减分布。受力后的载荷强度远低于材料屈服强度,装置强度满足试验要求。最大应变为1.32 mm,位于承载机构销轴的连接处,应变从销轴连接处往机构上部逐步减小,分布均匀,承载机构有足够刚性,满足试验要求。2试验装置的液压系统试验装置的液压系统用于控制加载缸的动作:包括加载缸活
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