液壓支架千斤頂半環(huán)結構改進措施

 

    關鍵詞：千斤頂;半環(huán);結構改進;拆卸效率

 

    0前言

 

    液壓支架作為機械化開采支護的核心設備。其使用的數(shù)量越來越多。對其性能要求也越來越高。液壓支架千斤頂是液壓支架的關鍵部件。液壓支架的支撐、行走、調節(jié)等功能均由它來實現(xiàn)和完成。按其應用特點可分為立柱、伸縮梁千斤頂、前梁千斤頂、平衡千斤頂、側推千斤頂、抬底千斤頂?shù)?。每一臺千斤頂所起到的作用不同。但其原理和結構基本相同?，F(xiàn)場應用現(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來看，在其工作時，多為動密封，隨著工作時間的增長。密封件逐漸失效，應及時加以更換和維修。對于液壓支架的每一臺千斤頂，其密封組件的結構設計是否合理直接關系到液壓支架維修的工作量和維修質量。

 

    1液壓千斤頂結構、功能分析及維修難點

 

    (1)結構特點

 

    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防腐耐磨，導向套與缸口由內螺紋、卡環(huán)和鋼絲聯(lián)接成一體密封件結構形式主要有山形、鼓形、蕾形、JF防塵圈和0形密封圈等。應依據(jù)使用工況、工作特點選用其組合方式，以確保與導向環(huán)配合關系滿足具有防擠性強、密封可靠、壽命長等要求。

 

    (2)功能特點

 

    液壓千斤頂運動為伸縮往復運動，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通用標準來看。其工作壓力常為28。0MPa，工作推力220kN，工作拉力112kN。工作介質為含有95%的水的乳化液密封組件與缸筒內壁無間隙。它與活塞配合實現(xiàn)在高壓液體的作用下往復運動。半環(huán)和軸槽之間常設計留有微小間隙?？ūP和活塞之間為無間隙狀態(tài)當活塞桿向外伸出時。高壓乳化液通過對卡盤、活塞作用來推動活塞桿伸長到一定的行程。此時作用于半環(huán)的力比較均勻：當活塞桿縮回時，高壓乳化液從另一端進入。并推動活塞作相反方向運動。此時半環(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常設計成球形支撐結構。故可承受偏心載荷和沖擊力

 

    (3)維修難點

 

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

 

    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量要求。若拆卸方法不當?；钊麠U易被劃傷，修復成本增加，因半環(huán)受擠壓變形嚴重，給拆卸帶來了不便。降低半環(huán)和密封件的拆卸效率。增加工人的勞動強度。

 

    2液壓千斤頂半環(huán)結構改進方法

 

    (1)常用液壓千斤頂半環(huán)分類

 

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

 

    (2)改進措施

 

    針對當前半環(huán)元件結構拆卸效率低。拆卸難度大，提出以下2種改進方案：

 

    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，拆卸工具的選擇應與其變形量、大小及型號規(guī)格有關，具體如表1所示：

 

    ②方案2為滿足降低現(xiàn)場維修工人的操作難度和強度。可在方案l的基礎上。對其結構進一步完善改進。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)在活塞桿軸槽上對稱布置，可用扁鏟或類錐等施力工具將其取出。拆卸時。用拆卸工具可方便地從兩半環(huán)端部距離為3mm縫隙內順利裝入。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)應用實例

 

    原半環(huán)結構經過上述改進后。其所承受的最大應力和位移量均要發(fā)生相應變化。有必要對其進行力學分析。以確保其可靠性。ANSYS是大型通用有限元分析軟件。ANSYS的StaticStructural模塊分析比較強大。與傳統(tǒng)的力學分析相比，其分析的精度更高，更符合實際情況。

 

    (4)液壓千斤頂半環(huán)的模型建立

 

    以煤礦通用標準下的常用液壓支架的伸縮梁千斤頂半環(huán)進行靜力學分析為例，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。建模時間長。通常均采用將比較復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。再導人ANSYS中進行力學分析。

 

    由于半環(huán)結構比較簡單。ANSYS提供了完整的布爾運算，如相加、相減、分割、粘結和重疊，依據(jù)應用實例?？芍苯咏⒛Ｐ?。其材質為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。在半環(huán)面上取一分割線。下部用夾具固定。對上部分平均施加載荷F=I12kN。承載面積S=679。15mm2。對受載表面掃掠劃分網(wǎng)格。指定網(wǎng)格形狀為六面體。設置單元大小為0。1

 

    (6)分析結果

 

    如圖4所示。液壓千斤頂半環(huán)受到的最大應力為655。75MPa。最大受力位置位于分割線兩端處。對實例中的工件常利用調質強化措施。調質硬度為HB260HB300。此時屈服強度為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。由此分析結果表明：此時的最大應力位移量均在設計允許的變動范圍內。兩者均能滿足使用要求，改進結構合理可行。

 

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    來源：賢集網(wǎng)

 

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