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目前，隨著易采煤礦資源的不斷枯竭，逐漸轉(zhuǎn)向三下開采，在充填開采技術(shù)方面取得了重大進(jìn)步。充填液壓支架作為充填開采的主要支護(hù)設(shè)備，為開采工作提供了有力的保障。為了滿足充填開采工作面的需求，充填液壓支架進(jìn)行了一代又一代的更新，最新的為四柱支撐式充填支架，而其中由前后頂梁及上連接件組成的三鉸點結(jié)構(gòu)設(shè)計獨特，不但解決了后頂梁支護(hù)強(qiáng)度不夠的問題，而且減小了充填支架長度，減少了頂板對煤層頂板的反復(fù)支撐，降低了頂板的整體下沉量；同時由于是三大部件鉸接于一點，前后頂梁的動作互不影響，提高了充填支架的適應(yīng)性。正由于此三鉸點的結(jié)構(gòu)獨特及布置復(fù)雜，因此其受力情況非常復(fù)雜。
隨著計算機(jī)輔助軟件不斷發(fā)展及普及應(yīng)用，促進(jìn)了四柱支撐式充填液壓支架的不斷創(chuàng)新與進(jìn)步。SolidWorks2010三維設(shè)計軟件能形象地反映出整機(jī)的裝配過程及進(jìn)行干涉檢查，再結(jié)合ANSYS Workbench 14.5有限元分析軟件強(qiáng)大的受力分析功能，根據(jù)應(yīng)力分布結(jié)果，通過三維設(shè)計軟件進(jìn)行對應(yīng)部位的改進(jìn)與調(diào)整，優(yōu)化出最好的三鉸點結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案，從而提高四柱充填液壓支架的整機(jī)性能。該結(jié)構(gòu)已申請實用新型專利。
充填液壓支架不但具有普通的支護(hù)功能，同時還具有充填的功能，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計上也非常復(fù)雜。利用SolidWorks2010建立四柱支撐式充填液壓支架三維模型。
四柱支撐式充填液壓支架主要由前頂梁、后頂梁、底座、平衡千斤頂、上連桿、前連桿、后連桿與立柱組成的機(jī)構(gòu)組成。其他部件，如擺梁、推移框架、護(hù)幫板、側(cè)護(hù)板、彈簧筒等主要完成一些輔助性任務(wù)，對支架的整體支護(hù)能力影響不大。在做整架分析時，主要注重的是支架的整體支護(hù)能力，只要支架主要承力部件組成一個完整的傳力體系即可。因此就要對充填液壓支架進(jìn)行合理的簡化而又不能使主要結(jié)構(gòu)件的受力產(chǎn)生大的偏差，所以整架強(qiáng)度校核的計算模型由前頂梁、后頂梁、底座、平衡千斤頂、上連桿、前連桿、后連桿與立柱等部件組成。其中立柱的主要作用是將液壓壓力通過作用力與反作用力使頂梁與底座建立起力學(xué)的聯(lián)系。為了整架計算的簡化，用與立柱同軸等值于油缸推力的力代替立柱，平衡千斤頂采取同樣處理方式!因此，校核的計算模型中不包括立柱和平衡千斤頂。對于各部件的簡化方式主要是保留主體結(jié)構(gòu)，而主體結(jié)構(gòu)上的附屬焊接零件不再體現(xiàn)出來，例如膠管卡、閥板等。
ZC6700/18/34四柱支撐式充填液壓支架設(shè)計中使用的鋼板材質(zhì)為Q550，主要用在主體結(jié)構(gòu)件上的主筋、蓋板和耳板上。其力學(xué)性能如下：彈性模量E=210GPa, BCD，泊松比μ=0.25，密度ρ=7850kg/m3。
液壓支架在實際工作中承受立柱的支撐載荷和工作面圍巖的壓力載荷。在對液壓支架整機(jī)有限元分析過程中，主要根據(jù)GB25974《液壓支架通用條件》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的邊界條件進(jìn)行分析。但因ZC6700/18/34型充填液壓支架本身結(jié)構(gòu)的特殊性，完全按照GB25974《液壓支架通用技術(shù)條件》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析顯然也不合適，所以我們在GB25974《液壓支架通用技術(shù)條件》的基礎(chǔ)上，根據(jù)ZC6700/18/34填充液壓支架的特殊結(jié)構(gòu)形式規(guī)定的專門試驗方法。并保證在支架使用性能上，其強(qiáng)度實驗要求不低于GB25974《液壓支架通用技術(shù)條件》的標(biāo)準(zhǔn)。
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