液压支架千斤顶半环结构改进措施

 

    关键词：千斤顶;半环;结构改进;拆卸效率

 

    0前言

 

    液压支架作为机械化开采支护的核心设备。其使用的数量越来越多。对其性能要求也越来越高。液压支架千斤顶是液压支架的关键部件。液压支架的支撑、行走、调节等功能均由它来实现和完成。按其应用特点可分为立柱、伸缩梁千斤顶、前梁千斤顶、平衡千斤顶、侧推千斤顶、抬底千斤顶等。每一台千斤顶所起到的作用不同。但其原理和结构基本相同。现场应用现状表明：其密封件的性能好坏直接影响到液压支架的工作可靠性及寿命。从液压支架的密封件使用特点来看，在其工作时，多为动密封，随着工作时间的增长。密封件逐渐失效，应及时加以更换和维修。对于液压支架的每一台千斤顶，其密封组件的结构设计是否合理直接关系到液压支架维修的工作量和维修质量。

 

    1液压千斤顶结构、功能分析及维修难点

 

    (1)结构特点

 

    如图1所示，液压支架千斤顶主要包括缸底、弹性挡圈、卡盘、半环、活塞、导向套、缸筒、缸盖和密封圈等。缸底和缸筒多为焊接组件，活塞杆表面采用镀硬铬来防腐耐磨，导向套与缸口由内螺纹、卡环和钢丝联接成一体密封件结构形式主要有山形、鼓形、蕾形、JF防尘圈和0形密封圈等。应依据使用工况、工作特点选用其组合方式，以确保与导向环配合关系满足具有防挤性强、密封可靠、寿命长等要求。

 

    (2)功能特点

 

    液压千斤顶运动为伸缩往复运动，由液压控制元件控制。从煤矿行业使用的液压支架的支护通用标准来看。其工作压力常为28。0MPa，工作推力220kN，工作拉力112kN。工作介质为含有95%的水的乳化液密封组件与缸筒内壁无间隙。它与活塞配合实现在高压液体的作用下往复运动。半环和轴槽之间常设计留有微小间隙。卡盘和活塞之间为无间隙状态当活塞杆向外伸出时。高压乳化液通过对卡盘、活塞作用来推动活塞杆伸长到一定的行程。此时作用于半环的力比较均匀：当活塞杆缩回时，高压乳化液从另一端进入。并推动活塞作相反方向运动。此时半环受反向剪力由此可见。液压千斤顶工作平稳性。是由于高压液体密封件均为弹性吸能元件。且千斤顶的作用点常设计成球形支撑结构。故可承受偏心载荷和冲击力

 

    (3)维修难点

 

    ①千斤顶缸底和缸筒焊接断裂处修复施焊工艺，难以保证高压耐疲劳等质量要求。由于焊渣不易被清理干净。再次焊接会出现严重的气孔和裂纹缺陷。且会产生极大的残余应力。

 

    ②密封件及半环更换的操作困难不易保证密封件的安装质量要求。若拆卸方法不当。活塞杆易被划伤，修复成本增加，因半环受挤压变形严重，给拆卸带来了不便。降低半环和密封件的拆卸效率。增加工人的劳动强度。

 

    2液压千斤顶半环结构改进方法

 

    (1)常用液压千斤顶半环分类

 

    我国液压支架千斤顶半环结构形式常分为两半环、三半环、四半环等结构形式。如图2所示。两半环对称安装于活塞杆上的对称定位槽中。两半环头部距离约3mm。左侧由卡盘定位。右侧由活塞固定。

 

    (2)改进措施

 

    针对当前半环元件结构拆卸效率低。拆卸难度大，提出以下2种改进方案：

 

    ①方案l如图3所示，在原半环宽度中部先钻出3一3mm的孔，孔间夹角为45~。在半环变形不大的情况下。可用挑针直接将其取出。值得注意的是，拆卸工具的选择应与其变形量、大小及型号规格有关，具体如表1所示：

 

    ②方案2为满足降低现场维修工人的操作难度和强度。可在方案l的基础上。对其结构进一步完善改进。将半环的剖分面端头处加工成约75~的斜切口，如图3所示。半环在活塞杆轴槽上对称布置，可用扁铲或类锥等施力工具将其取出。拆卸时。用拆卸工具可方便地从两半环端部距离为3mm缝隙内顺利装入。再用锤子等施力工具敲打工具端部。因半环受到沿楔面法向力的挤压而变形。容易将其从斜切口处取出。

 

    (3)应用实例

 

    原半环结构经过上述改进后。其所承受的最大应力和位移量均要发生相应变化。有必要对其进行力学分析。以确保其可靠性。ANSYS是大型通用有限元分析软件。ANSYS的StaticStructural模块分析比较强大。与传统的力学分析相比，其分析的精度更高，更符合实际情况。

 

    (4)液压千斤顶半环的模型建立

 

    以煤矿通用标准下的常用液压支架的伸缩梁千斤顶半环进行静力学分析为例，采用2种方法建立：

 

    ①在ANSYS中创建几何模型;

 

    ②导入在其他CAD系统中创建的模型。由于ANSYS建模能力较弱。建模时间长。通常均采用将比较复杂的零件或者部件先在CAD环境下建模。然后保存为IGS等格式。再导人ANSYS中进行力学分析。

 

    由于半环结构比较简单。ANSYS提供了完整的布尔运算，如相加、相减、分割、粘结和重叠，依据应用实例。可直接建立模型。其材质为40Cr。E=2。06e5MPa。泊松比/x=0。28。

 

    (5)液压千斤顶半环有限元仿真分析

 

    根据半环受力特性。在创建模型时。在半环面上取一分割线。下部用夹具固定。对上部分平均施加载荷F=I12kN。承载面积S=679。15mm2。对受载表面扫掠划分网格。指定网格形状为六面体。设置单元大小为0。1

 

    (6)分析结果

 

    如图4所示。液压千斤顶半环受到的最大应力为655。75MPa。最大受力位置位于分割线两端处。对实例中的工件常利用调质强化措施。调质硬度为HB260HB300。此时屈服强度为730MPa。如图5所示。液压千斤顶半环在载荷下的最大位移是0。0036326mii1。其最大位移量位于分割线两端孔附近处。由此分析结果表明：此时的最大应力位移量均在设计允许的变动范围内。两者均能满足使用要求，改进结构合理可行。

 

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    来源：贤集网

 

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