新标准下的液压支架掩护梁、前后连杆受力分析

程锦 翟萌萌

摘 要：本文就新标准《液压支架通用技术条件》（MT312-2000）有关顶梁偏载试验对顶梁、掩护梁、前连杆、后连杆等部件受力带来的影响进行了详细分析，并用实例说明2000标准与92标准扭矩量值和差值。

关键词：新标准；液压支架；受力分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.18.003

1 新老标准顶梁偏载分析

《液压支架通用技术条件》（MT312-2000）新标准已于2001年8月起开始强制执行。

顶梁偏载试验目的是检验掩护梁、前后连杆抗扭能力，最主要是针对加载工况。新老标准在此工况中有较大的差别，主要体现在加载位置和试验高度上：一是新标准垫块位置位于顶梁0.1B处，老标准垫块位于一侧立柱上；二是前者试验高度为支架最低高度加300mm，而后者试验高度为2/3支架行程。

常见液压支架如四柱支撐掩护式支架和反四连杆支架等，主要为四连杆机构，取顶梁、掩护梁、前后连杆为脱离体，利用瞬心点的特性，建立平衡方程，求顶梁合力和合力作用点位置。

Q=[P1×（T12-T13）+P2×（T14-T15）]/[T5-ff+（y5-y0）] （1）

Lx=[（P1×T13+P2×T15+Q×ff×L8）/Q+B9] （2）

利用掩护梁脱离体，建立平衡方程求前后连杆力：

F1=[（Q-T7）×cosA-（T6-ff×Q）×sinA]/（sinA2×cosA-sinAcosA2） （3）

F1=[（Q-T7）×cosA2?-（T6-ff×Q）×sinA2]/（sinA×cosA2-sinA2cosA） （4）

其中：Q顶梁合力；LX顶梁合力作用位置；F1前连杆力；F2后连杆力。

T12，T13，T14，T15，为几何数据；ff摩擦系数取值范围一般情况0.0～0.3之间；T6=P1×sinA3+P2×sinA4；T7=P1×cosA3+P2×cosA4

顶梁偏载老标准顶梁所受扭矩：

（5）

式中LZ为柱间距。

顶梁偏载新标准所受扭矩简化如下：

（6）

新老标准掩护梁所受扭矩为：

M1=M0cosA5 （7）

前后前连平均扭矩为：

（8）

前连杆所受扭矩：

（9）

后连杆所受扭矩：

（10）

其中：

式中：A66——掩护梁轴线与前连杆轴线夹角；A77——掩护梁轴线与后连杆轴线夹角；K前——前连杆扭转刚度；K后——后连杆扭转刚度。

连杆扭转刚度计算式：

（11）

式中：G——连杆的剪切模量，钢材G=8×1010N/m2；J ——连杆截面的极惯性矩，对于组合连杆可以求出其当量极惯性矩；L ——连杆长度，对于组合连杆求出其当量长度。

由于液压支架中常见的是组合连杆，其当量扭转刚度计算式：

（12）

式中：K1和K2分别是两杆截面扭转刚度；K3为中段连板扭转刚度。

液压支架通常两杆截面相同，即K1=K2，式（12）改写成：

（13）

从式（9）、（10）和（11）可得出前后连杆所分配的扭矩大小与连杆的扭转刚度成正比，与其长度成反比。

以1.5m支架间距、1.44m宽度顶梁和0.77m立柱间距为例，对比公式（5）、（6）新标准掩护梁所受扭矩从垫块位置比老标准大约49%。掩护梁背角A5从36.4°约变为21.5°，掩护梁扭矩增大约15.7%。两者掩护梁扭矩增加约72.3%。由公式（8）可知，角度Acp-A5从2/3h的41.3°到最低位置加0.3m位置的17.3°左右，由于支架试验高度变化对前后连杆平均扭矩要增加约27.1%，加上垫块位置变化增加约49%，新老标准前后连杆扭矩增加约89.2%。

2 实例分析----四柱支架顶梁偏载

以四柱支撑掩护式支架ZZ8000/18/35为例，最高位置3.5m，最低位置1.8m，2/3行程试验高度2.8m，新老标准顶梁扭矩分别为461472.7kN·cm和312007.3kN，新比老大47.9%；新老标准掩护梁扭矩分别为421587.2kN·cm和251619.9kN·cm，新比老大67.5%；新老标准前连杆扭矩分别为210852.9kN·cm和M4=113842.6kN·cm，新比老大85.2%；新老标准后连杆扭矩分别为223895.4kN·cm和120884.4kN·cm，新比老大85.2%。

参考文献：

[1]中华人民共和国煤炭行业标准.MT312-92液压支架通用技术条件[M].中国标准出版社，1993.

[2]中华人民共和国煤炭行业标准.MT312-2000液压支架通用技术条件[M].中国标准出版社，2001.

[3]张惠民，杜忠孝.液压支架零部件设计合理计算方法的研究[M].课题鉴定资料汇编，1995.