護幫處寬窄杆及鉸接銷軸優化設計
導語：近年來隨著采煤工藝的不斷提升，中厚煤層大量開采，大采高液壓支架逐漸成為市場主流產品。大采高液壓支架按照采煤工況要求需設置護幫機構，主要作用是控製片幫及冒頂，保證綜采工作麵的正常推進生產。本期轉化果平台推薦的《護幫處寬窄杆及鉸接銷軸優化設計》成果對相關連接元件進行綜合受力03manbetx ，建立了一套完整詳盡的優化設計理論方法，解決了缺少理論03manbetx 方法的難題，填補這一環節的技術空白。設計時可準確選定銷軸規格、材質，提高銷軸安全係數，優化寬窄杆布置形式。該成果對大采高支架具有廣泛的適用性，對於中低采高支架(如，需設置回轉護幫)也同樣適用。
一、項目背景
某企業是以煤礦用液壓支架為主導產品的大型設備生產製造企業。隨著近年來采煤工藝的不斷提升，中厚煤層大量開采，大采高液壓支架逐漸成為市場主流產品。大采高液壓支架按照采煤工況要求需設置護幫機構，主要作用是控製片幫及冒頂，保證綜采工作麵的正常推進生產。
在煤礦采掘機械領域，技術人員通過對液壓支架護幫處的寬窄杆及鉸接銷軸受力進行係統03manbetx ，建立此處的優化設計理論方法，填補技術空白。其廣泛適用於大采高支架，對於中低采高支架(如，需設置回轉護幫)也同樣適用。
二、研究內容
護幫機構主要由護幫千斤頂、寬連杆、窄連杆、護幫及鉸接銷軸組成。
寬窄連杆分別與護幫及頂梁端部鉸接，護幫千斤頂與寬窄杆鉸接，推動護幫機構做回轉運動。其中寬、窄杆及相互鉸接處銷軸是保證護幫機構運作的關鍵連接元件。銷軸同時受彎、切應力作用，受力情況複雜，故而優化寬、窄連杆布置形式，提高銷軸強度尤為重要。
以Y185支架為例，對寬窄杆布置形式及其鉸接銷軸進行優化設計。
1.03manbetx Y185支架鉸接銷軸斷裂情況;
2.創建鉸接銷軸處各連接部件的力學模型，繪製銷軸受力矢量圖，運用材料力學第三、四強度理論，對銷軸處進行綜合受力分析，校核強度，判定出銷軸斷裂主要原因為寬杆對銷軸施加的彎矩過大，導致銷軸過載;
3.確立減小銷軸處所受應力值為主要優化方向;
4.將分析計算過程彙編，形成一套完整的強度校核程序(寬窄杆及銷軸受力分析程序)，將Y185支架寬窄杆前後連接順序改為寬杆與伸縮梁鉸接，窄杆與護幫鉸接，重新將各連接元件基本參數錄入程序運算，銷軸安全係數提高至原來的3～4倍。可見調換寬窄杆的安裝位置對於鉸接銷軸安全性有很大改善。
5.在Y185C支架護幫機構設計中運用此優化設計方法，根據後期跟蹤服務反饋，此處鉸接銷軸使用狀態良好，未出現斷裂現象，從而驗證了其可靠性和實用性。
三、關鍵技術
1.搭建銷軸處力學模型
2.繪製銷軸受力矢量圖
3.繪製銷軸彎矩圖
4.進行應力分析運算
四、工藝流程(實例分析應用)
1.建立護幫處寬窄杆及鉸接銷軸優化設計係統理論分析方法
2.將上述受力分析算法彙編成應用程序—寬窄杆及銷軸受力分析程序，隻需輸入相關連接件的基本參數就可得出銷軸的安全係數。此應用程序具有高效、準確、適用性強等特點。
實例應用：Y185支架護幫寬窄杆處銷軸斷裂原因分析及優化
初始設計結構見圖1：
圖一
基本參數：
護幫千斤頂：
缸徑100mm，
工作壓力35MPa
銷軸直徑：φ45mm，
銷軸材質：30CrMnTi
(屈服形變強度750MPa)
結構形式：
寬杆與護幫鉸接
窄杆與頂梁端部鉸接
參數錄入分析程序，校核銷軸安全係數。
護幫機構正常使用時，銷軸安全係數僅為1.25，嚴重偏低，故銷軸發生斷裂的可能性較大。減少外力對銷軸施加的彎矩，降低銷軸處的彎應力為正確的優化方向。
圖二 優化後的結構
調整寬窄杆的布置形式，窄杆與護幫鉸接，寬杆與頂梁端部鉸接，其餘相關要素不變，錄入程序重新核算。
銷軸安全係數提升至3.34，改善效果明顯，故此種優化設計合理可行。
五、應用效果
該成果應用前，護幫處寬窄杆及鉸接銷軸一直采用經驗設計方法，適應性差，可靠性較低，不利於設計精益化推廣。
本項目成果的經濟社會效益顯著，保證支架護幫機構使用的安全可靠性，降低後期產品服務成本，為本企業節約大量的人力、物力、財力。
實例：下表中各批次支架鉸接銷軸均使用本項目成果進行優化設計，用戶反饋使用狀況良好，未出現大量斷裂情況。
注：表中經濟效益提升主要包括材料成本、加工成本、後期服務成本三方麵。
六、推廣應用前景
以往設計多依據類似經驗，本成果對相關連接元件進行綜合受力分析，建立了一套完整詳盡的優化設計理論方法，解決了這一環節缺少理論分析方法的難題，填補這一環節的技術空白。設計時可準確選定銷軸規格、材質，提高銷軸安全係數，優化寬窄杆布置形式。
該成果對大采高支架具有廣泛的適用性，對於中低采高支架(如需設置回轉護幫)也同樣適用。特別是根據此理論分析方法開發的受力分析程序，實用性強，避免了重複計算分析。
