ZY3400／14.5／32型液压支架操作手柄安全保护装置研究 -.pdf

第4 6 卷第1 1 期 2 0 1 4 年 第1 1 期 煤炭工程 C0AL ENGI NEERI NG Vo 1 ． 46， No ．1 1 No ．1 1， 2 01 4 d o i 1 0 ．1 1 79 9 ／c e 2 01 41 1 0 40 Z Y 3 4 0 0 ／ 1 4 ． 5 ／ 3 2型液压支架操作手柄安全保护 装 置研 究 史俊青，徐志鹏，张 雷，贾晓磊 江苏建筑职业技术学院 矿业与交通工程学院，江苏 徐州2 2 1 1 1 6 摘要 液压支架的操纵手柄大多裸露在外 ，无任何闭锁保护 ，易因意外触、碰手柄产生误 动作造成生产安全事故。论文通过液压支架工作过程中可能导致事故发生的因素分析，对液压支 架操纵手柄闭锁保护装置进行 了研究，在分析、设计与核 算的基础上制作 了操纵手柄保护装置。 现场应用证明该装置具有结构简单、部件 少、制作工艺简便、实用性强等特点 ，其推广应用可 有效避免液压支架误动作而导致的经济损失和伤亡事故。 关键词 液压支架；操作手柄 ；保护装置；闭锁保护 中图分类号 T D 3 5 5 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 0 9 5 9 2 0 1 4 l l - 0 1 2 9 - 0 3 S t ud y o n Sa f e t y Pr o t e c t i o n De v i c e o f Op e r a t i n g Ha n d l e s f o r Hy dr a u l i c Po we r e d S up po r t S HI J u nq i n g，XU Z h i p e n g ，Z HANG L e i ，J I A Xi a ol e i S c h o o l o f Mi n i n g a n d T r a n s p o r t a t i o n E n g i n e e r i n g ，J i a n g s u J i a n z h u I n s t i t u t e ，X u z h o u 2 2 1 1 1 6 ，C h i n a Ab s t r a c t Op e r a t i o n h a n d l e s o f t h e h y d r a u l i c p o w e r e d s u p p o r t a r e mo s t l y e x p o s e d w i t h o u t a n y l o c k i n g p r o t e c t i o n a n d a p r o d u c t i o n s a f e t y a c c i d e n t w o u l d b e c a u s e d b y a mi s o p e r a t i o n d u e t o a n u n e x p e c t e d t o u g h a n d mo v e me n t o f t h e h a n d l e s ． W i t h a n a n a l y s i s o n f a c t o r s o f t h e a c c i d e n t o c c u r r e d i n t h e o p e r a t i o n p r o c e s s o f t h e p o w e r e d s u p p o rt， a s t u d y w a s c o n d u c t e d o n a l o c k i n g p r o t e c t i o n d e v i c e o f t h e h a n d l e s o n t h e p o w e r e d s u p p o rts ． B a s e d o n t h e a n aly s i s ， d e s i g n a n d c a l c u l a t i o n， a p r o t e c t i o n d e v i c e o f t h e h a n d l e s w a s ma n u f a c t u r e d ． T h e s i t e a p p l i c a t i o n s h o w e d t h a t t h e d e v i c e h a d a s i mp l e s t r u c t u r e，l e s s p a r t s ， s i mp l e ma n u f a c t u r i n g t e c h n i q u e， h i g h p r a c t i c a l a p p l i c a t i o n a n d o t h e r f e a t u r e s ． T h e p r o mo t i o n o f t h e d e v i c e a p p l i c a t i o n w o u l d e f f e c t i v e l y a v o i d t h e e c o n o mi c l o s t a n d c a s u a l t i e s a c c i d e n t c a u s e d b y t h e mi s o p e r a t i o n o f t h e p o we r e d s u p po a． Ke y wo r d s h y d r a u l i c p o we r e d s u p p o rt； o p e r a t i n g h a n d l e ； p r o t e c t i o n d e v i c e ； l o c k i n g p r o t e c t i o n 1 手柄保护装置研究的必要性 液压支架是煤矿综合机械化采煤的主要设备之一 ，它 与采煤机、刮板输送机配合可完成工作面的落煤、装煤、 运煤、顶板支护等生产工艺。液压支架的主要功能是支护 顶板，隔离采空区，在工作面为采煤机、刮板输送机及作 业人员提供一个安全的工作空间。 在采煤机沿工作面割煤的过程中，液压支架能配合采 煤机的工作 自行实现升架、降架、移架、推溜等相应动作。 液压支架的各种动作 ，均是通过手柄控制操纵阀组来实现， 操纵阀组由多个操纵阀组成，当扳动不 同的操纵阀手柄使 其处于相应的位置时，液压支架即可实现升架、降架、移 架、推溜等不同的动作。目前各种型号的液压支架操纵阀 的手柄普遍裸露在外 ，没有任何闭锁保护 ，存在操纵阀手 柄意外触碰产生误动作情况，是煤矿生产的重大安全隐患。 实际生产 中曾有 人员 在综采 工作 面运送 物料 时 ，因工 作面坡度大，路面滑，行走时不慎滑倒 ，将液压支架的超 前支护操作手把碰 向后缩位置，使得液压支架的超前支护 板快速缩回，造成人身伤亡事故；还有不少碎石、物料碰 触操作手把产生误动作的实际案例 ，这些案例说明没有闭 收稿 日期 2 0 1 4 0 7 3 1 作者简介 史俊青 1 9 6 4一 ，女 ，河南孟州人，硕士，副教授，主要从事液压与矿山机械方面的科研和教学工作， E ma i l s z 6 3 qq ． e o m 。 引用格式史俊青，徐志鹏 ，张雷 ，等．Z Y 3 4 0 0 ／ 1 4 ． 5 ／ 3 2型液压支架操作手柄安全保护装置研究 [ J ] ．煤炭工程， 2 0 1 4，4 6 1 1 1 2 91 3 0 ，1 3 3 ． 】 29 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 煤炭工程 2 0 1 4年第 1 1 期 锁装置的液压支架操作系统存在着较大的安全隐患。因此 有必要对液压支架操作手柄的保护装置进行研究 ，保障有 关人员的生命安全，避免生产安全事故发生，提高煤矿生 产效率 。 2手柄安全保护装置的设计 2 ． 1 手柄安全保护装置的设计原则 液压支架操作手柄安全保护装置的设计原则是结构简 单，加工制造容易、操作灵活方便，各零件应具有足够 的 强度，能承受一定的冲击载荷。 2 ． 2 手柄安全保护装置的结构原理 按照以上的设计原则，液压支架操作手柄的结构如图 1 所示 ，操作手柄的保护装置 由固定架、连接杆、U形架和 固定板组成。固定架通过螺柱固定在操作阀组上面侧板上 ， 固定板用螺柱固定在操作阀组下面侧板上，u形架用连接 杆与固定架右端相连接。当操纵液压支架各手柄时，将 U 形架绕连接杆逆时针转动而打开；不操纵时，将 U形架顺 时针转动扣入支撑板的右侧槽 内，实现液压支架 的闭锁 保护 。 固定架 连接杆 型架 操纵阀组 支撑板 操作手柄 图 1 液压支架操作 闭锁保护装置 示意 图 2 ． 3 手柄安全保护装置各部件尺寸及材料 这里以 Z Y 3 4 0 0 ／ 1 4 ． 5 ／ 3 2型掩护式液压支架为例，对液 压支架手柄安全保护装置各零件进行设计，依据 Z Y 3 4 0 0 ／ 1 4 ． 5 ／ 3 2型液压支架操纵阀组的外廓尺寸设计了固定架、连 接杆、U形架和固定板。固定架的详细尺寸及结构如图 2 所示 ，其他部件 图略。由于在 工作 过程 中保护 装置 有可 能 受到碰撞 、砸压等 冲击载 荷作 用 ，因此所 有件 的材 料均 选 用 Q 2 3 5 A钢来制作。 2 ． 4 手柄安全保护装置主要零件受力分析与计算 Z Y 3 4 0 0 ／ 1 4 ． 5 ／ 3 2型掩护式液压支架的各阀一般上下叠 加组成阀组 如图 1 ，该阀组上端距液压支架底座上表面 的距离约为 8 0 0 mm，若 人员滑 倒 ，最容 易碰 到 的是上 面的 固定架和连接杆 ，若人身高按 1 8 0 0 m m计算，经碰撞实验 分析可知，其受到的最大冲击力 F约为 1 0 0 N 。现对该两件 建立力学模型、进行受力分析。如图 3所示，当力 F作用 于固定架的最外端和连接杆中心点位置时，杆件会产生最 大的变形、其内部产生最大应力。 对于固定架其直径 d 。1 5 ram，z 1 8 0 m m，Q 2 3 5 A 1 3 0 图 2固定 架各部分尺寸 1 n n 1 b 图 3 主要零件受力简 图 mm 钢 的 弹 性模 量 E 2 0 0 GP a ，经 分 析 知 ，作 户 H 于 每 侧 杆 上 的 力 F 。 F ／ 2 5 0 N 。 则 经 计 算 知 ， 其 轴 惯 性 距 ，2 普 2 48 4mm4 ，抗弯截面模量 ， 3 3 1 m m ，静变形 y ⋯。 Fl l 31 2 0 m m ， 冲 击 系 数 l ／ 1 2h 3 2 ， 最大静应力 P 1 _／q 2 7 ．1 9 MP a ，最大冲击应力 1 口 l1 1 7 ． 46MP a。 对于连接杆 其直径 d 1 6 ra m，1 8 5 ra m，弹性模 量 E2 0 0 G P a ，所受冲击力 F 2 F1 0 0 N。经计算知 轴惯性 距 3 2 l 5 ． 3 6 ra m ， 抗 弯 截 面 模 量 普 4 0 1 ． 9 2 ram ，静变形 y 】【2 P 2 2 0 ．0 0 2 r am，冲击系数 -1 k／ 1 2hY _ 3 2．64 ， 最 大 静 应 力 ax2 ‘～ ⋯ 。 一 ⋯ 4 5 ． 2 9 M P a ，最大冲击应力 d m K t r i m x 2 1 8 1 ． 0 5 M P a 。 查机 械 设 计 手 册 知 Q 2 3 5 A钢 的屈 服 强 度 2 3 5 MP a ，抗拉强度 o r 3 7 0 5 0 0 M P a ，通过以上的计算可以 看出，固定架和连接杆设计结构及尺寸合理 ，完全能满足 使用要求。 下转第 1 3 3页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 4 年第1 1 期 煤炭工程 机的额定转矩，刮板机堵转时因电动机仍工作在特性曲线 的稳定区段 ，输 出功率虽略有增加也不会超过允许值 ；若 在一定时间范围内刮板机堵转现象没有消除，电动机常规 的过载保护将动作。 在过载和堵转的情况下 ，永磁耦合器的温度会急剧升 高 ，需要过热保护。在电动机与减速器之间的联结罩电动 机侧端 面 ，需要 安装一 个能 够输 出开关 量信 号的矿 用红 外 温度传感器 ，并将此开关量信号送人刮板输送机的控制开 关 ，使其在永磁耦合器表面温度超过 I O 0 C时切断电动机的 电源 ，以实现对电动机的过载和对永磁耦合器的过热保护。 5 传动轴的校核 矿用永磁耦合器的轴属于传送轴，即在工作过程 中只 承受扭矩而不承受弯矩。工况载荷为 磁力耦合器的最小 输出转矩设计值为 2 8 5 ． 8 5 N IT I ，最大转矩 4 7 8 ． 1 4 N m。 通常按扭矩条件计算校核该轴，采用降低许用扭转切应力 的办法予 以考虑 。 实心轴的扭转强度条件为 T 95 5 00 0 0 ≤ [ r ] 式中，f 为扭转切应力；T为轴受 的扭矩 N mm； 为轴的抗扭截面系数 ，mm ；n为轴的转速，r ／ m i n ；P为轴 传递的功率 ，k W；d为计算截面处轴的直径，mm；[ T ] 为 许用扭转切应力 ，MP a 。 用于此传动机构轴 的直径 d5 5 m m，P4 0 k W，n 1 5 0 0 r ／ m i n带人公式 1 中 9 ． 5 5 x 1 0 6 ／ 9 加 』 n l ‘ ， U ⋯ 7 一 一0 ．2 d 3 0 ．2 5 5 一 ⋯ ⋯ 故此轴的设计能够达到使用要求。 6结语 本文针对 4 0 k W 刮板输送机，根据原始参数要求 ，结 合安全规程和行业标准，设计并完成了与之配套的矿用永 磁耦合器。经验证，本设计满足设计与使用要求 ，对永磁 耦合器的计算设计具有一定的参考价值和指导意义。 参考文献 [ 1 ] 刘生 江．矿用 永 磁磁力 驱动 装置 的研究[ J ] ．煤 矿机 械 ， 2 0 1 3，3 4 9 1 8 41 8 5 ． [ 2 ] 彭科容．永 磁磁 力耦合 器结构 与特 性研究[ D] ．哈尔 滨 哈尔滨工业大学 ，2 0 0 8 ． [ 3 ] 张泽东．永磁磁力耦合器设计与关键技术研究 [ D] ．沈 阳 沈 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分析 [ J ] ．科技传播 ，2 0 1 1 1 9 1 3 51 3 7 ． 陈继刚 ，张建中 ，唐平．工程力 学 [ M] ．徐 州 中国矿 业 大学出版社 ，2 0 0 2 ． 成 大先．机械设计手册 第五版 [ M] ．北京 化学 工业 出 版社 ，2 0 1 0 ． 史 俊 青． 液 压 支 架 操 作 阀 保 护 装 置． 中 国 ，实 用 新 型， 2 0 1 3 2 0 7 0 8 4 2 8 ．2 [ P ] ．2 0 1 40 72 3 ． 责任编辑赵巧芝 l 3 3 1{1{ 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m