煤礦設(shè)備液壓支架故障_立柱損壞原因分析

(1)損壞原因分析

    因電鍍面碰傷、劃傷、鍍層脫落而損壞的立柱，原因比較明顯。下面通過缸體的強(qiáng)度校核、立柱的穩(wěn)定性驗(yàn)算，以及通過分析橫向力的來源，來分析立柱損壞的原因。

    ①缸體的強(qiáng)度校核雙伸縮立柱的外缸、中缸多數(shù)用27SiMn無縫鋼管制作，其σ_b=1000MPa，一般選安全系數(shù)n=5；[ σ]= σ_b/5=200MPa

由中厚壁缸筒經(jīng)驗(yàn)公式，可算出缸筒壁厚的值：

                                (6-3)              

式中p——液壓缸的最大工作壓力；

     D——缸筒內(nèi)徑；

  [σ]——缸筒材料的許用應(yīng)力；

   ψ₀——強(qiáng)度系數(shù)，無縫鋼管取V =l；

    C——計(jì)入管壁公差及腐蝕時(shí)的附加厚度，一般可略去。

ZFS5100型立柱外徑理論計(jì)算壁厚：

 

    1. 81cm＜2. 5cm（實(shí)際壁厚），強(qiáng)度足夠。

ZFS5100型立柱中缸理論計(jì)算壁厚：

 

    2.4cm＞1.5cm（實(shí)際壁厚）強(qiáng)度不夠。同樣可算出ZZ56K型立柱外缸、中缸理論計(jì)算壁厚：

    δ外=1.7(cm) ＜1.95(cm)，強(qiáng)度足夠。

    δ中=2.39(cm) ＞2.0(cm)，強(qiáng)度不夠。

    由計(jì)算可以看出，立柱外缸的壁厚比較富余，脹缸的比例較小}中缸的壁厚選得比較單薄，脹缸的比例較大。換言之，外缸在設(shè)計(jì)過程中，安全系數(shù)n=5（符合設(shè)計(jì)手冊n≥5的要求），而中缸的安全系數(shù)n=3.3～4。這就是立柱缸體有時(shí)出現(xiàn)脹缸的主要原因之一，這種計(jì)算結(jié)果與實(shí)際遇到的脹缸情況也是一致的。

    ②立柱的穩(wěn)定性驗(yàn)算設(shè)計(jì)人員在立柱的設(shè)計(jì)及驗(yàn)算過程中，一般將立柱考慮為兩端鉸接，無偏心載荷等截面細(xì)長桿受軸向載荷的情況，在這里略去活柱與小導(dǎo)向套間隙的影響，將活柱和中缸視為一體，受縱向壓力來研究其穩(wěn)定性。

    a. 無偏心載荷時(shí)的縱向彎曲極限力Pr的計(jì)算。

    以ZFS5100型立柱為研究對象，計(jì)算柔度λ：

λ=ul/i    (6-4)

式中u——壓桿長度系數(shù)，兩端鉸接，取u=1；

     Z——活塞桿計(jì)算長度，即在活柱全部伸出時(shí)，活柱頂端的連接點(diǎn)與液壓缸支撐點(diǎn)之間的距離，l=335cm；

   i——活柱橫截面的最小慣性半徑，i==3.5(cm)。

    所以              

    b．查表可知λ₁ =100，λ₂ =60，由于λ₂ <λ<λ₁，故用直線公式計(jì)算臨界應(yīng)力。

    σ_c =a-σλ= (461 -2.568×95.7)×10²=215×10² (N/cm²)

P_c=σ_cA -σ_c（π/4）d2 =215×(3.14/4) ×14² =3312kN

c．安全系數(shù)的計(jì)算。

u=P_c/P=3312/1200=2.75

    用同樣的方法可以算出：

    ZZ560K型立柱  p_c=4944kN，u=4.34；

    ZZP5200型立柱  p_c=5124kN，u=3.9。

通過計(jì)算可以看出，在這種理想的受力狀態(tài)下其穩(wěn)定性的富余量不太足，再加上立柱是一個(gè)組合體，在活塞與缸筒、活柱與導(dǎo)向套、中缸與導(dǎo)向套之間存在間隙，特別是橫向力的出現(xiàn)，使立柱的活柱在受軸向力的同時(shí)，還受到一彎曲應(yīng)力的影響。當(dāng)壓、彎應(yīng)力超過其許用應(yīng)力一定值時(shí)，活柱或中缸就會(huì)產(chǎn)生永久性彎曲變形。產(chǎn)生彎曲變形的活柱或中缸在做伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)，就會(huì)對其配合面產(chǎn)生機(jī)械劃傷。同時(shí)也致使外缸、中缸缸口形成橢圓形，造成連接螺紋損壞，密封面失效。活柱、中缸彎曲變形示意如圖P所示。

    ③立柱所受橫向力的來源V形布置的立柱的自重引起的橫向力太小，可忽略。而支架左、右傾斜是立柱產(chǎn)生橫向力的主要來源。

立柱的下端柱腳是通過與底座相連的兩個(gè)銷子鉸接的，左、右方向可簡化為固定連接（面向支架的前梁），見連接示意圖Q和受力圖R，前后方向可簡化為鉸接，見圖S和圖U。

    由于井下地質(zhì)條件復(fù)雜，工作面的傾斜，頂、底板的不平，均能迫使支架傾斜；支架的底座銷孔、四連桿銷孔橢圓磨大、銷軸的彎曲、磨細(xì)等，也致使支架傾斜。支架的傾斜量Ay應(yīng)等于立柱上端受一橫向力F所產(chǎn)生的撓度（見圖U）。

    當(dāng)支架前后傾斜時(shí)，立柱將有一定的轉(zhuǎn)動(dòng)量，正常情況下是不會(huì)產(chǎn)生橫向力的，但一旦柱窩進(jìn)入異物，如煤、矸石、金屬物、木材等，橫向力就隨之而產(chǎn)生(見圖S)。