液壓支架千斤頂半環(huán)結(jié)構(gòu)改進(jìn)措施

 

    關(guān)鍵詞：千斤頂;半環(huán);結(jié)構(gòu)改進(jìn);拆卸效率

 

    0前言

 

    液壓支架作為機(jī)械化開采支護(hù)的核心設(shè)備。其使用的數(shù)量越來(lái)越多。對(duì)其性能要求也越來(lái)越高。液壓支架千斤頂是液壓支架的關(guān)鍵部件。液壓支架的支撐、行走、調(diào)節(jié)等功能均由它來(lái)實(shí)現(xiàn)和完成。按其應(yīng)用特點(diǎn)可分為立柱、伸縮梁千斤頂、前梁千斤頂、平衡千斤頂、側(cè)推千斤頂、抬底千斤頂?shù)取Ｃ恳慌_(tái)千斤頂所起到的作用不同。但其原理和結(jié)構(gòu)基本相同。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用現(xiàn)狀表明：其密封件的性能好壞直接影響到液壓支架的工作可靠性及壽命。從液壓支架的密封件使用特點(diǎn)來(lái)看，在其工作時(shí)，多為動(dòng)密封，隨著工作時(shí)間的增長(zhǎng)。密封件逐漸失效，應(yīng)及時(shí)加以更換和維修。對(duì)于液壓支架的每一臺(tái)千斤頂，其密封組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理直接關(guān)系到液壓支架維修的工作量和維修質(zhì)量。

 

    1液壓千斤頂結(jié)構(gòu)、功能分析及維修難點(diǎn)

 

    (1)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

 

    如圖1所示，液壓支架千斤頂主要包括缸底、彈性擋圈、卡盤、半環(huán)、活塞、導(dǎo)向套、缸筒、缸蓋和密封圈等。缸底和缸筒多為焊接組件，活塞桿表面采用鍍硬鉻來(lái)防腐耐磨，導(dǎo)向套與缸口由內(nèi)螺紋、卡環(huán)和鋼絲聯(lián)接成一體密封件結(jié)構(gòu)形式主要有山形、鼓形、蕾形、JF防塵圈和0形密封圈等。應(yīng)依據(jù)使用工況、工作特點(diǎn)選用其組合方式，以確保與導(dǎo)向環(huán)配合關(guān)系滿足具有防擠性強(qiáng)、密封可靠、壽命長(zhǎng)等要求。

 

    (2)功能特點(diǎn)

 

    液壓千斤頂運(yùn)動(dòng)為伸縮往復(fù)運(yùn)動(dòng)，由液壓控制元件控制。從煤礦行業(yè)使用的液壓支架的支護(hù)通用標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看。其工作壓力常為28。0MPa，工作推力220kN，工作拉力112kN。工作介質(zhì)為含有95%的水的乳化液密封組件與缸筒內(nèi)壁無(wú)間隙。它與活塞配合實(shí)現(xiàn)在高壓液體的作用下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。半環(huán)和軸槽之間常設(shè)計(jì)留有微小間隙。卡盤和活塞之間為無(wú)間隙狀態(tài)當(dāng)活塞桿向外伸出時(shí)。高壓乳化液通過對(duì)卡盤、活塞作用來(lái)推動(dòng)活塞桿伸長(zhǎng)到一定的行程。此時(shí)作用于半環(huán)的力比較均勻：當(dāng)活塞桿縮回時(shí)，高壓乳化液從另一端進(jìn)入。并推動(dòng)活塞作相反方向運(yùn)動(dòng)。此時(shí)半環(huán)受反向剪力由此可見。液壓千斤頂工作平穩(wěn)性。是由于高壓液體密封件均為彈性吸能元件。且千斤頂?shù)淖饔命c(diǎn)常設(shè)計(jì)成球形支撐結(jié)構(gòu)。故可承受偏心載荷和沖擊力

 

    (3)維修難點(diǎn)

 

    ①千斤頂缸底和缸筒焊接斷裂處修復(fù)施焊工藝，難以保證高壓耐疲勞等質(zhì)量要求。由于焊渣不易被清理干凈。再次焊接會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的氣孔和裂紋缺陷。且會(huì)產(chǎn)生極大的殘余應(yīng)力。

 

    ②密封件及半環(huán)更換的操作困難不易保證密封件的安裝質(zhì)量要求。若拆卸方法不當(dāng)。活塞桿易被劃傷，修復(fù)成本增加，因半環(huán)受擠壓變形嚴(yán)重，給拆卸帶來(lái)了不便。降低半環(huán)和密封件的拆卸效率。增加工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

 

    2液壓千斤頂半環(huán)結(jié)構(gòu)改進(jìn)方法

 

    (1)常用液壓千斤頂半環(huán)分類

 

    我國(guó)液壓支架千斤頂半環(huán)結(jié)構(gòu)形式常分為兩半環(huán)、三半環(huán)、四半環(huán)等結(jié)構(gòu)形式。如圖2所示。兩半環(huán)對(duì)稱安裝于活塞桿上的對(duì)稱定位槽中。兩半環(huán)頭部距離約3mm。左側(cè)由卡盤定位。右側(cè)由活塞固定。

 

    (2)改進(jìn)措施

 

    針對(duì)當(dāng)前半環(huán)元件結(jié)構(gòu)拆卸效率低。拆卸難度大，提出以下2種改進(jìn)方案：

 

    ①方案l如圖3所示，在原半環(huán)寬度中部先鉆出3一3mm的孔，孔間夾角為45~。在半環(huán)變形不大的情況下。可用挑針直接將其取出。值得注意的是，拆卸工具的選擇應(yīng)與其變形量、大小及型號(hào)規(guī)格有關(guān)，具體如表1所示：

 

    ②方案2為滿足降低現(xiàn)場(chǎng)維修工人的操作難度和強(qiáng)度。可在方案l的基礎(chǔ)上。對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)一步完善改進(jìn)。將半環(huán)的剖分面端頭處加工成約75~的斜切口，如圖3所示。半環(huán)在活塞桿軸槽上對(duì)稱布置，可用扁鏟或類錐等施力工具將其取出。拆卸時(shí)。用拆卸工具可方便地從兩半環(huán)端部距離為3mm縫隙內(nèi)順利裝入。再用錘子等施力工具敲打工具端部。因半環(huán)受到沿楔面法向力的擠壓而變形。容易將其從斜切口處取出。

 

    (3)應(yīng)用實(shí)例

 

    原半環(huán)結(jié)構(gòu)經(jīng)過上述改進(jìn)后。其所承受的最大應(yīng)力和位移量均要發(fā)生相應(yīng)變化。有必要對(duì)其進(jìn)行力學(xué)分析。以確保其可靠性。ANSYS是大型通用有限元分析軟件。ANSYS的StaticStructural模塊分析比較強(qiáng)大。與傳統(tǒng)的力學(xué)分析相比，其分析的精度更高，更符合實(shí)際情況。

 

    (4)液壓千斤頂半環(huán)的模型建立

 

    以煤礦通用標(biāo)準(zhǔn)下的常用液壓支架的伸縮梁千斤頂半環(huán)進(jìn)行靜力學(xué)分析為例，采用2種方法建立：

 

    ①在ANSYS中創(chuàng)建幾何模型;

 

    ②導(dǎo)入在其他CAD系統(tǒng)中創(chuàng)建的模型。由于ANSYS建模能力較弱。建模時(shí)間長(zhǎng)。通常均采用將比較復(fù)雜的零件或者部件先在CAD環(huán)境下建模。然后保存為IGS等格式。再導(dǎo)人ANSYS中進(jìn)行力學(xué)分析。

 

    由于半環(huán)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。ANSYS提供了完整的布爾運(yùn)算，如相加、相減、分割、粘結(jié)和重疊，依據(jù)應(yīng)用實(shí)例。可直接建立模型。其材質(zhì)為40Cr。E=2。06e5MPa。泊松比/x=0。28。

 

    (5)液壓千斤頂半環(huán)有限元仿真分析

 

    根據(jù)半環(huán)受力特性。在創(chuàng)建模型時(shí)。在半環(huán)面上取一分割線。下部用夾具固定。對(duì)上部分平均施加載荷F=I12kN。承載面積S=679。15mm2。對(duì)受載表面掃掠劃分網(wǎng)格。指定網(wǎng)格形狀為六面體。設(shè)置單元大小為0。1

 

    (6)分析結(jié)果

 

    如圖4所示。液壓千斤頂半環(huán)受到的最大應(yīng)力為655。75MPa。最大受力位置位于分割線兩端處。對(duì)實(shí)例中的工件常利用調(diào)質(zhì)強(qiáng)化措施。調(diào)質(zhì)硬度為HB260HB300。此時(shí)屈服強(qiáng)度為730MPa。如圖5所示。液壓千斤頂半環(huán)在載荷下的最大位移是0。0036326mii1。其最大位移量位于分割線兩端孔附近處。由此分析結(jié)果表明：此時(shí)的最大應(yīng)力位移量均在設(shè)計(jì)允許的變動(dòng)范圍內(nèi)。兩者均能滿足使用要求，改進(jìn)結(jié)構(gòu)合理可行。

 

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