液压支架前梁结构优化设计分析

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摘要：同煤集团马脊梁矿所使用的ZF13000/25/38型放顶煤液压支架，在使用过程中出现前梁掉落的情况，从而发现该型液压支架前梁结构设计有缺陷，在非正常工况下强度不够。文中通过对前梁结构进行优化设计，增强了强度，进而实现液压支架在综采工作面提供安全可靠的工作空间的目的。

关键词：液压支架；前梁；结构；优化设计

引言

由于不同类型液压支架的使用条件及适用范围不同，很难有统一的标准去设计液压支架的每一个结构件。因此，只能根据每一种类型液压支架使用时的地质条件，来确定液压支架的总体技术特征及各个结构件强度。本文介绍的ZF13000/25/38型放顶煤液压支架使用的为铰接式顶梁，而前梁作为液压支架铰接式顶梁的重要组成部分，在前梁千斤的推力和拉力下，实现上下摆动，用来实现液压支架对复杂顶板的适应能力。运输时可以将前梁放下与顶梁垂直或直接拆下，以减小运输尺寸及重量。同时前梁千斤必须有足够的支撑力和连接强度，前梁上不宜设置侧护板，为了顺利移架，前梁之间一般留有120mm间隙。

1项目背景

同煤集团机电装备公司中央机厂（以下简称我厂）为同煤集团马脊梁矿生产制造了131架ZF13000/25/38型放顶煤液压支架，投入马脊梁矿8101工作面开采使用，该工作面面长240m，煤层厚度4.17～7.2m，可采走向1760m，而在开采到1550m时，所使用的ZF13000/25/38型放顶煤液压支架前梁先后出现6个掉落和3个开焊的情况，经过详细分析，确定该前梁掉落及开焊原因：1）该支架前梁在设计上存在缺陷，非正常工况下强度不够、易损坏是造成前梁掉落或开焊的主要原因；2）特殊开采阶段顶板状况恶劣，且支架前梁处于极端工况时顶板来压是造成前梁掉落或开焊的直接原因。本文主要针对目前马脊梁矿使用的ZF13000/25/38型放顶煤液压支架前梁处于极端工况时顶板来压情况，对该前梁结构进行优化设计，以达到增强其强度的目的，进而使得该型支架适应复杂综采工作面地质条件，从而提供安全可靠的工作空间。

2前梁结构存在的不足

目前前梁与顶梁的铰接办法是：顶梁是整体箱式结构，在其与前梁铰接处主筋上整体镗削91mm的孔。由于前梁前端需要为支架的伸缩梁、托板提供安装位置，后端要与顶梁实现铰接以增强支架适应复杂顶板的能力，且需要为前梁千斤提供安装位置，所以前梁的前部为整体箱式结构，后部为端板上焊接铰接耳结构，在该铰接耳上整体镗削91mm的孔，这样通过90的销轴实现了前梁与顶梁的连接，该前梁结构如图1所示。由图1的前梁断面图可以看出，后部6-91的孔即为前梁为顶梁提供的铰接孔，当通过90的销轴实现了前梁与顶梁的连接后，应力全部集中在铰接耳与端板的角焊缝上，所以不难发现，此处16mm的角焊缝不仅需要承受支架前部伸缩梁、护帮板、护帮千斤、伸缩千斤、长短杆及托板的总重量（约3200kg），还需要承受当支架前端受力时与顶梁铰接形成的剪应力，所以当支架前梁处于极端工况时顶板来压情况，前梁容易出现开焊甚至掉落现象。

3前梁结构的优化设计

针对上述分析，前梁掉落现象的出现的主要原因是设计上存在缺陷，非正常工况下强度不够易损坏造成前梁掉落或开焊。通过分析，前梁耳板与端板连接方式不能进行改变，只能从结构方面着手解决，重新优化设计后如图2所示。图2中所示，对耳板的A处与端板进行伸根设计，耳板的厚度为60mm，端板厚度25mm加厚为30mm，在端板上图2中A处虚线所示处开165mm×60mm豁口，耳板深入45mm，并在与顶板焊接处开坡口，与顶板形成填平焊，与此同时，耳板与端板周边增加20mm的角焊缝，焊缝长度增加430mm，在另一侧直角焊缝由18mm加大到20mm施焊。同时，在耳板与耳板之间增加横筋，使得与顶板支架形成三角形结构。结构优化总结：1）与铰接耳板连接的端板由25mm加厚为30mm，铰接耳板与横筋板之间的直角焊缝由18mm加大到20mm。2）横筋板靠近顶板处增加6处豁口，铰接耳板靠近顶板处增加30mm凸台，在铰接耳板与横筋板背面增加填平焊缝，使铰接耳板与端板之间的受力部位形成双面焊缝。3）前梁顶板与铰接耳板接触面焊接横筋。

4优化后效果

通过对前梁结构进行优化设计，使得ZF13000/25/38型放顶煤液压支架前梁适应了马脊梁矿复杂工矿地质条件，在后续的1550m的采煤过程中没有再出现前梁掉落或开焊的情况，从而为综采提供安全可靠的工作空间，同时为我厂正在生产的晋华宫矿ZZ13000/28/60型支撑掩护式一次采全高支架设计制造提供宝贵的借鉴。

作者：王淑娴 庞新宇 单位：太原理工大学 机械工程学院 大同煤矿集团机电装备公司中央机