(1)故障現象

ZY4000/19/37型掩護式液壓支架結構簡單，重量輕，便于運輸、裝拆、調整及操作，是綜采工作面所使用的主要架型，在生產中起著重要的作用。但使用中在連接平衡千斤頂的頂梁耳座處、平衡千斤頂的活塞桿及缸體銷軸連接處出現了變形、斷裂等一系列嚴重故障，甚至導致活塞桿斷裂，如圖K所示。某公司510臺支架中，有31臺支架與平衡千斤頂連接的頂梁銷軸孔處出現明顯變形、另有13臺銷軸孔處出現斷裂現象；平衡千斤頂活塞桿斷裂7根，缸體斷裂4個；千斤頂與掩護梁銷軸連接支耳斷11個，僅與平衡千斤頂有關的損壞率就高達13%，嚴重影響生產。

(2)變形、斷裂原因分析

    ①正常工位時支架的受力分析如圖L所示，正常情況下，支架的頂梁和掩護梁共受到P、T、W、R和f_R共5個力的作用，取頂梁、掩護梁為分離體，各力對前、后連桿延長線的交點0取矩，由∑M₀ =0，支撐力為：

         R=           (6-1)

    取頂梁為分離體，由∑M₀₁ =0，支撐力1作用位置X為：

X = 1/R(PL₁cosα+Th)    (6-2)

式中  P——支架立柱總工作阻力；

      T——平衡千斤頂工作阻力；

      W——冒落矸石作用于掩護梁上的力；

      f——頂梁與頂板間的摩擦因數；

      h——平衡千斤頂作用力對O₁點的力臂；

      L——O₁點與O點的水平距離；

      L₁——立柱中心線延長線與通過O₁點的頂梁平行線之交點至O₁點的水平距離；

      θ——O1點與O點連線與通過O1點的頂梁平行線的夾角，在頂梁平行線以下為 “+”，以上為“-”；

      α——立柱傾角，前傾取“+”，后傾取“-”；

      C——矸石力W對瞬心O的力臂。

    平衡千斤頂的兩腔都可能承載。當活塞腔承載時，推頂梁，T為正值；當活塞桿腔承載時，拉頂梁，T取負值。正常情況下，平衡千斤頂與頂梁和掩護梁鉸接處的力R₁=R₂=T, R₁、R₂分別為頂梁與平衡千斤頂、掩護梁與平衡千斤頂鉸接處所受到的力。

    ②非正常工位時平衡千斤頂的受力情況  如圖M所示，以平衡千斤頂為分離體，當支架處于“挑大炮”的不正確工位時，平衡千斤頂不僅受到工作阻力T，而且由于平衡千斤頂活塞桿和頂梁或缸體與掩護梁干涉，假設受到的合力為Q，按一般情況考慮，該力不一定通過平衡千斤頂的中心線，也不一定垂直于平衡千斤頂，故按照力的平移原理，平衡千斤頂將附加受到平行于千斤頂的力Qx、垂直于千斤頂的力Q_y、彎矩Q_yt和扭轉力矩Q_xt，t為力Q偏離中心軸線的距離。

    平行于千斤頂的附加力Q_x增加了千斤頂的工作阻力，此時R₁=R₂=T+Q_x，使銷軸連接處的受力增加；垂直于千斤頂的附加力Q_y和彎矩Q_yt使平衡千斤頂產生彎曲應力，使活塞桿或缸體受到彎矩作用，產生斷裂現象。同時，該力也增加了銷軸連接處的力，與T、Q_x共同作用，惡化了銷軸處的受力情況，使支耳更易磨損變形甚至斷裂；而扭轉力矩Q_xt使平衡千斤頂繞軸線方向扭轉，使活塞桿扭斷，出現如圖K所示的一系列故障。

(3)總結

    不正確的工作位置對支架的受力很不利，不僅額外增加了平衡千斤頂的工作阻力，而且使與平衡千斤頂相連接的部位受到附加載荷，產生彎曲和扭轉變形，對液壓支架的工況不利，造成液壓支架使用壽命縮短。因此，必須嚴格按照支架操作規(guī)程進行操作，使支架頂梁保持水平，在頂板不平整的惡劣工況下嚴禁“挑大炮”；對于已經出現變形的支耳座，應及時修復，以免最終斷裂，造成永久損壞，影響生產并給企業(yè)造成經濟損失。

    支架設計人員必須從現場支架的損壞情況中重新校驗平衡千斤頂、各連接支座及各連接銷軸的強度，堅持支座強度最大、平衡千斤頂強度次之、連接銷軸強度最弱的原則，保證設備未按操作規(guī)程使用而發(fā)生故障時首先損壞銷軸。這樣能起到保護平衡千斤頂和支架支座的作用，避免出現平衡千斤頂首先損壞，甚至發(fā)生生產現場無法解決的支座斷裂的嚴重故障，以最大限度地保證支架的正常使用，延長支架的服務年限。