【摘要】目前我国的经济水平正处于逐步增长的态势，与此同时人民的生活水平也在不断提升，在这个背景下我国的能源消耗也急剧上升，这给煤矿行业带来了极大的压力。液压支架是煤矿开采过程中的重要设备，在开采作业中液压支架是承受矿山压力的结构物，其受力形式一般是以外载为主。为了保证液压支架能够正常、稳定的运行就要保证液压支架的各支承件合力和顶板作用在液压支架上的外载合力处在同一条直线上，此时液压支架将与岩石环境匹配，从而达到适应开采环境的效果。本文对液压支架底座的设计进行了探析，并提出了一些优化对策，以供参考。
【关键词】液压支架；优化设计；探究
0.引言
相对于欧美国家而言我国的液压支架起步较晚，但是随着技术水平的不断提升特别是从上个世纪90年代开始我国的液压支架已经进入了高速发展期，如今设计水平与制造水平已经达到了国际先进水准。液压支支架底座是液压支架的重要组成部分，底座的稳定性将直接关系到液压支架工作时的性能，这就直接影响到了煤矿采集的工作效率。从类别上来看液压支架种类繁多并且不同种支架受力效果、应用范围都有所不同。通过对液压支架底座进行分析并对细节构造进行把握从而达到优化设计的目的让液压支架得以稳定工作[1]。
1.液压支架底座功能概述
底座作为液压支架重要的受力部分发挥着十分重要的作用。首先底座是整个支架结构稳定性的基础，同时也维持了液压支架的整体性结构。它承受的载荷主要来自于由立柱与连杆，并且能将载荷向底板传递。另外底座还具备了一定的支撑作用，可以对推移装置以及防倒、防滑装置产生依托作用。在操作人员进行现场作业时通过底座能够方便操作人员进行操纵行走。底座还可以发挥支撑点的作用来保护支架和运输机，防止其出现下滑，同时底座还具有挡矸与排矸能力，这也使得整个液压支架的稳定性得到了更为稳妥的保证[2]。
2.液压支架底座的有限元分析
在进行液压支架底座有限元分析的过程中首先应该先构建出有限元模型并对原有的模型结构进行简化。在简化过程中对主部件以及主要零件的规模不得更改，为了让简化模型更加直观理想需要采用力学等效部件来更换已经除去的工作部件。另外可以根据实际需求对受力小的零配件部分进行简化。
图1液压支架底座及过桥虚拟样机三维造型图
对上图进行分析发现整个底座结构是以箱形薄板为主要承载。对其进行离散化处理，此时箱形薄板就应该通过二维板壳来进行替代，同时利用六面体结构来作为柱窝的等效结构。在此基础上使用梁单元来进行连接模拟工作。为了让整个结构的统一性得到保证通过使用多点约束MPS对销轴联接处进行处理，对于钢板结构采用相同的手段进行处理。通过以上办法可以对刚性连接特殊点进行准确定义。焊接结构是维持液压支架受力平衡的关键因素，一般情况下都是利用Q 690钢板作为焊接结构元件，对于某些特殊局部结构则可以采用Q550钢板来保证焊接结构的质量。Q690参数具体如下：
在以上基础上分别对底座前端受扭转、底座后端受扭转、底座两端受集中载荷进行分析，同时在规定强度检验的条件下对边界条件进行处理得出底座受力结论：（1）在两端集中载荷的情况下液压支架底座所产生的应力水平较低，其最大形变也得到了良好的控制。（2）对过桥进行有效控制是保证液压支架底座得以正常工作的前提。当液压支架承受大扭转力时，此时过桥将会受到应力的明显影响，如果未进行加固处理将可能直接导致过桥出现损坏，那么整个液压支架结构的正常工作将会受到制约。为了保证过桥的强度就应该利用高强度钢板进行结构稳定，同时加大过渡圆角半径以此来降低集中应力。（3）在某些情况下底座扭转会在两种工况下工作，若载荷基本一致时也使得受力情况较为接近，那么此时对底座受力强度进行分析时只要考虑其中之一即可[3]。
3.液压支架底座的优化设计分析
一般情况下为了保证底座的稳定性和支架在实际作业时工作的流畅性都会采用整体式刚性底座。这种底座是箱式结构，整体是由钢板焊接而成，底部呈封闭状态。相对于其它结构而言这种箱式结构具有很强的整体性并且强度较为理想，底板比压不大。但是从排矸性能上来看该种底座还存在着一定的缺陷，在工作时易出现堵卡情况，这就有可能造成推移机构被破坏，因此这种刚性底座在支撑掩护式较为多见。以下通过ZY17000/32/72D型号的液压支架底座作为参考对象进行底座优化设计。
由于煤矿开采环境较为复杂并且局部环境较为恶劣，这也给环境模拟带来了影响，在本实验中通过将垫块放在支架的不同位置上来构建出虚拟的煤矿开采环境。在实验过程中发现对角线的加载情况对底座将会直接影响到底座的实际工作。在实际操作中发现底座与垫块表现得是相互接触关系，那么此时垫块必然会对底座产生作用力，将该作用力视为约束条件，具体结果如下：三个平移自由度受到了顶梁顶板上端面的约束，而在垫块上同样也出现了三个平移自由度被约束。此时通过立柱内加载并利用等效载荷的方法来进行替代作用。当载荷方向与轴线方向一致时，载荷将会上升，其大小约为工作阻力的1.1至1.3倍。
在进行液压底座构建时采取的钢板材料与从上文中液压支架底座有限元分析中一致均为Q 690，对于局部结构则采用Q550钢板进行构建。上述两种钢板由于特异性限制，以此需要对应力进行消除并校正，因此在加工过程中将会采取加热手段来达到目的。正是由于加热处理使得钢板的横向刚度要低于纵向刚度。为了保证底座以及钢板的整体性质量就需要对顶板以及盖板等组件进行纵向切割[4]。
在进行网格处理的过程中由于只是对底座应力进行校正，那么对于其他组件的要求则不需要太过于苛刻，保证分析结果不受影响即可。修正时采用十节点四面体二次单元进行网格划分以此来提升整体性的精确度并保证接触分析的效果[5]。当然采用该单元结构进行分析速率较慢，耗费时间较长。而对于其他部件由于应力校正要求不高则可以采用四节点四面体单元来进行网格划分。在此基础上对局部结构进行细化。具体优化方案如下表所示：
3.结语
从以上研究来看通过对液压支架底座进行设计优化可以让底座变得更为轻便，以此来对支架的整体性质量进行控制。在支架质量减轻的情况下更利于实际运输，另外通过局部优化可以让支架得到更好的稳定性。从经济角度考虑在底座质量得以控制的前提下整个液压支架结构的开发成本也得到了节约。当然在支架质量降低时安全系数也会出现一定的下滑，但只要控制在安全范围内，支架的实际工作并不会受到影响。
【参考文献】
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