液壓支架強度可靠性優(yōu)化設計方法

郭向莉 韓曉云

摘 要：在煤礦開采過程中，液壓支架所起到的作用是不容忽視的，其可以確保煤礦開采工作的順利進行。但是目前來看，液壓支架的強度還不夠可靠，在使用的過程中會出現(xiàn)一些問題，因此對于液壓支架進行優(yōu)化是非常必要的，增加其可靠性，這樣才能夠更好的起到承重的作用，本文就將對液壓支架強度可靠性優(yōu)化設計方法進行探討。

關鍵詞：液壓支架；強度；可靠性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.18.004

在綜采工作面中，液壓支架所起到的作用是安全防護及頂板支護。其能夠幫助實現(xiàn)煤炭開采的機械化，其作用主要是支撐頂板，保護煤礦的安全。在進行煤炭開采時，其工作環(huán)境極為惡劣，頂梁承受可能會出現(xiàn)偏載的情況，這就對液壓支架的可靠性有著很高的要求，但是目前的液壓支架強度的可靠性還有著一些不足之處，因此需要對其進行優(yōu)化處理，達到增加液壓支架支撐效果的目的。

1 我國液壓支架發(fā)展簡介

我國是一個煤炭大國，并且對于煤炭的需求量也非常高，因此煤炭的開采量在不斷的上升。在進行開采的時候，液壓支架是一項非常重要的設備，尤其是在綜采工作面中，其更是必不可少的，可以說，缺少了液壓支架，就不能夠有效的實現(xiàn)煤炭開采的機械化。液壓支架在煤炭開采中的主要作用是支撐頂板，保證在進行煤炭開采的時候煤礦能夠安全可靠。液壓支架已經(jīng)成為分辨是否高級機械化開采的關鍵設備，與一般的機械開采相比，液壓支架能夠保證在開采的過程中頂板處于非常穩(wěn)定的狀態(tài)，大大的降低了煤炭開采時的勞動強度，并且能夠有效的提升煤炭開采的效率，增加其經(jīng)濟性。由于我國對于煤炭的需求量越來越大，因此要求煤礦在進行煤炭開采時能夠有著更高的效率，保證煤炭的開采量能夠盡量滿足我國需求，這就要求煤礦企業(yè)要想辦法去改變傳統(tǒng)的開采方法，提升煤炭開采的效率，液壓支架的應用就能夠幫助煤礦企業(yè)提升自身開采的的效率。目前來看，我國完全實現(xiàn)機械化的煤炭開采的企業(yè)還不多，液壓支架的應用還應當要進一步的進行推廣，讓大多數(shù)的煤礦企業(yè)都能夠實現(xiàn)機械化的開采，這樣能夠在整體上提升我國煤炭開采的水平。

2 液壓支架強度可靠性優(yōu)化設計

2.1 基于最大應力約束的優(yōu)化設計

在對液壓支架進行優(yōu)化的過程中，應當要注重對于掩護梁結構的優(yōu)化。在進行優(yōu)化的時候，應當要不斷的進行實現(xiàn)，在實驗中發(fā)現(xiàn)能夠進行優(yōu)化的地方。一般來講，在煤炭開采時一些主要的參數(shù)是固定的，不能夠進行改變，因此在進行優(yōu)化設計的時候可以從支架鋼板的厚度進行分析，將其作為一個設計變量，然后對其進行設定，通過一定的方法來確定最好的設計方案。在進行分析的時候，可以采用有限元的分析方法，進行分析的時候應當要假設處于最為惡劣的情況，這樣才能夠保證在真實遇到這種情況的時候能夠保證煤礦的穩(wěn)定性。在進行假設的時候，應當要根據(jù)國家的相關規(guī)定和相關的標準，不能夠隨意的采用一些不符合規(guī)范的設計，另外，在對鋼板厚度進行選擇的時候，應當要選擇合理適當?shù)膬?yōu)化組合方案，然后再對這些組合進行計算，得到最為穩(wěn)定的結果，并且要保證掩護梁最大受力要小于或者等于屈服極限的水平，這樣才能夠讓液壓支架的穩(wěn)定性得到最好的優(yōu)化，最大限度的保證煤礦的安全。

2.2 基于使用壽命約束的優(yōu)化設計

目前，基于使用壽命約束來進行液壓支架強度可靠性優(yōu)化設計主要從名義應力法、局部應力-應變法和應力場強法三個方面來進行研究。在局部應力-應變法研究過程中，要對液壓支架的塑性問題給予全方位的分析，并探究使用壽命的微小變化對液壓支架強度可靠性可能產(chǎn)生的影響，在此基礎上對析局部危險部位進行低周疲勞分析。在進行設計的時候，應當要首先滿足液壓支架實驗中的要求，然后再對液壓強度的可靠性優(yōu)化進行設計，并且可以不用單獨的選擇液壓支架的使用壽命作為原則，可以選擇一個可靠性優(yōu)化的約束條件，這樣來進行設計能夠實現(xiàn)更好的效果。在進行彈塑性有限元靜力分析過程中，通常會假設液壓支架的設計壽命為106，在正常使用過程中，主筋板與頂梁內(nèi)主筋位置是液壓支架使用壽命最小的位置，此時可以借助Morrow 修正公式來對其進行分析，所計算出來的最小壽命值為1.71×105，符合液壓支架強度可靠性要求。在進行實驗的時候，應當要在滿足設定的疲勞周期的條件下進行，這時可以得出最優(yōu)鋼板厚度的值，然后再針對這些值進行分析。在對于最優(yōu)鋼板厚度進行分析的時候，應當要采用合適的方法，對鋼板的厚度進行不斷的控制，分析的時候應當要在液壓支架掩護梁使用壽命以及應力水平的條件下進行，這樣才能夠得到最好的優(yōu)化方案。

2.3 液壓支架優(yōu)化方向

隨著當前科學技術的不斷進步，各種高科技不斷的應用到方方面面，液壓支架也在不斷地發(fā)生著改變，這對于煤礦開采有著非常重要的影響。對于液壓支架來講，其構建涉及到很多的方面，綜合性和技術性相對較強，綜合了計算機技術、機械傳動技術和遙感技術等，在科學技術的不斷發(fā)展下，液壓支架也會應用到更多的技術，例如故障診斷技術，能夠大大的減少液壓支架發(fā)生故障的概率，對于煤礦安全起到很好的保護作用，并且還能夠提升液壓支架的使用壽命，提高其工作效率。液壓支架的工作環(huán)境較為惡劣，因此在進行液壓支架設計的時候應當要有著完善的設計理念，要在工藝方法，材料選擇和支架結構等方法進行考慮，確保液壓支架的穩(wěn)定性。對于液壓支架的架型也應當要不斷地進行優(yōu)化，讓其能夠承受較大的阻力，增加其可靠性。

3 總結

液壓支架對于煤炭開采有著極為重要的作用，能夠幫助在煤炭開采實現(xiàn)機械化，因此是必不可少的一項設備。當時在進行使用的時候，其還存在著一些不足之處，因此需要我們對其進行優(yōu)化改進，增加其可靠性，保證煤炭開采時的安全，促進煤礦行業(yè)的發(fā)展。

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