以ZY8640/25.5/55型液压支架顶梁结构为研究对象,对液压支架主要结构及尺寸进行简要介绍的基础上,引出顶梁结构焊接变形问题.提出顶梁结构的TANDEM双丝焊工艺,并对焊接工艺参数进行详细设计.通过焊接试验发现相邻主筋板之间的变形量最大值为3.83mm,达到了最大变形量不超过4mm的基本要求.验证了提出的焊接工艺是有效的,达到了控制顶梁结构焊接变形的效果.

以ZY29000/45/100D型液压支架为研究对象,利用ANSYS和ADAMS软件对液压支架可靠性进行研究,通过对整机应力应变进行分析,发现在主筋板、顶梁外主筋板销孔处和尾部盖板连接处应力值较大,所以针对应力较大点进行结构尺寸优化,优化后顶梁受力有了明显的改善,最大值小于材料屈服极限,结构的刚度、稳定性有了较大提升,优化方案可行。

文章以ZF13000型液压支架顶梁结构的焊接过程为例,详细介绍了自动化焊接对钢板变形的影响。结果发现:自动化焊接时,钢板之间虽然没有相互约束,但由于自动化焊接过程的稳定性,且利用胎架对顶板进行固定,有效避免了焊接过程中钢板的变形,其最大变形量严格控制在了4 mm范围内。该方案值得进一步推广使用。

针对矿用ZY12000型液压支架支撑过程中的受力特征,采用有限元仿真分析其顶梁结构强度。仿真结果表明,顶梁后部与尾梁铰接处承载力超过许用应力,长期超负荷承载将导致顶梁结构变形、断裂等失效现象。根据该分析结果提出了顶梁结构优化方案。优化后减少了顶梁结构的应力集中现象,整体结构强度满足承载要求。

为解决工作阻力在13000 kN以上液压支架顶梁无法满足小罐笼运输要求问题,通过液压支架整体受力分析,从满足液压支架适应性角度,将顶梁结构分为插楔子形顶梁结构及铰接顶梁结构,对插楔子形顶梁的联接箱强度及数量、铰接轴规格等进行改进及优化设计,通过液压支架整架及顶梁整体有限元分析验证,表明插楔子形顶梁可以满足液压支架井下的使用要求,为利用罐笼运输设备的矿井由于无法适用于目前为提高产能而配套的大功率、大尺寸设备的罐笼运输问题提供了一种解决方法。

张集矿 1712A 工作面为大采高起伏复合顶板工作面,通过张集矿以往大采高工作面支架使用情况,大采高工作面支架(超过5m支架)在复合起伏顶板条件下适应性差,易片帮掉顶,针对这一问题,通过工程类比(顶板起伏变化、煤层软分层发育、采高对比、支护强度验算、底板比压、支架可调性对比、顶梁结构、备件检修等对比分析)和力学分析进行充分论证,并从高产高效、顶板安全管理角度分析,该工作面设计、使用ZZ13000/24/50D 型支架,论证了该套支架满足工作面复合起伏顶板的需要。

针对矿用液压支架在煤矿开采过程中受采空区矸石撞击、顶板强度压力等影响,极易发生变形与断裂的问题,为确保矿用液压支架顶梁结构强度得到良好提升,对矿用液压支架顶梁结构特点进行研究,提出具体的优化措施,以期为相关人员提供参考。

用传统方法对液压支架顶梁结构进行设计时,存在结构冗余现象,会增加材料成本和加工成本。基于拓扑优化技术并利用Hyperworks软件对顶梁开展结构优化改进工作,设置载荷时考虑的是偏载荷特殊工况条件。结果发现,位于中间区域的3根横筋板单元密度只有0.01~0.02,说明横筋板基本不重要,可以直接去除。对优化后的顶梁进行受力分析,其最大应力为541.2MPa,低于材料的屈服强度550MPa,说明顶梁强度能满足实际使用要求。此次对顶梁结构的优化改进,降低了结构件的材料成本和人工成本,取得了一定的社会效益和经济效益。

顶梁作为液压支架中重要的承力结构件,对力学性能提出了非常高的要求。以ZY4000液压支架为例,在对该型号设备进行概述的基础上,基于有限元方法对顶梁结构的强度进行分析。结果发现,顶梁结构局部位置出现了应力集中现象,最大应力值超过了材料的屈服强度。根据强度分析结果对顶梁进行结构优化改进,使得顶梁的最大应力降低到了338.64MPa,材料的屈服强度为690MPa,可以保障结构的安全稳定工作。并且,通过实践应用有效验证了顶梁结构的强度,确定优化改进工作的可行性。

液压支架在保障煤矿安全方面发挥着重要作用,顶梁又是液压支架中重要的承力结构件。对黄陵一号煤矿ZY9200/25/50D液压支架进行分析研究,利用Ansys软件对顶梁工作时的受力情况进行分析,发现存在明显的应力集中现象,最大应力为516.517 MPa,结构安全系数较低。经过研究分析,将Q690材料焊接在应力集板材部位,形成复合板材,提升该部位的刚度和强度。实践表明,优化后的顶梁最大应力为355.793 MPa,与优化前相比降低了30%以上,顶梁安全系数1.55,保障了设备运行的稳定性和可靠性。