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第1期(总第176期
机械工程与自动化
2013年2月
MECHANICAL ENGINEERING &. AUTOMATION
Feb
文章编号:1672-6413(2013)01-0137-02
液压支架
双伸缩立柱的可靠性分析
张春雨,刘混举
(太原理工大学机械工程学院,山西大原030024)
摘要:针对在突际生产中液压支架
双伸缩立柱出现的问题,运用可靠性理论建立了立柱故障的故障树,找出
立柱故障发生的原因,为立柱故障维修及技术改进提供了依据。
关键词:双伸缩立柱;可靠性;液压支架
中图分类号:TD355+,4
文献标识码:A
0引言
层脱落。面向采煤机的立柱表面部分会因为煤块、矸
综合机械化采煤是煤矿开采技术现代化的重要标石的撞击引起划伤
志,综采的支护设备主要是液压支架,而立柱是液压支
表1立柱的损坏形式及所占的比例
架的主要承载部件,立柱如果出现故障则会影响到液
损坏形式
所占比例(%)
压支架对顶板的支护,对井下工作人员的安全造成威
电镀面碰伤、划伤、镀层脱落
缸体内壁魑损、生锈
胁,严重影响煤矿开采的正常进行。本文针对液压支
立柱变形
架双伸缩立柱的可靠性进行了分析。
立柱胀缸
1双伸缩立柱结构
中缸、外缸划伤
双伸缩立柱由外缸、大导向套、活塞、底阀、中缸、
导向套与缸体联接螺纹损环
活柱等几部分组成,如图1所示。
导向套与缸体联接处的密封面损坏,窜液
其他故障
2.2.2外缸、中缸内壁锈蚀和磨损
双伸缩立柱在井下使用时,因为潮湿、灰尘大、淋
水多,固体杂质、水分、其他油类及空气很容易进入缸
体内部引起乳化液污染,乳化液变质以后就不能保持
其原有的特性,黏度和防锈能力性能下降,导致外缸、
中缸内壁锈蚀、磨损。
2.2.3双伸缩立柱缸体出现局部胀缸造成的损坏
双伸缩立柱在设计制造时,立柱的设计强度是足
够的,但是有时老顶控制不好,在周期来压的作用下会
活柱;2一中缸;3一外缸;4一底阀;
5一活塞;6一小导向套;7一大导向套
产生冲击载荷致使立柱在支护过程中内腔的压力大于
图1双伸缩立柱结图
立柱缸筒的承载能力,当安全阀由于故障没有及时倒
2双伸缩立柱的故障分析
荷时就会出现胀缸现象。
2.1双仲缩立柱的故障形式
2.2.4中缸、活柱弯曲变形
本文对某煤矿集团公司使用的液压支架中双伸缩
由于双伸缩立柱各个零件之间有间隙,当有横向
立柱出现的故障原因进行了分析,表1为立柱的损坏力作用时,双伸缩立柱的活柱在受横向力的同时还承
形式及其所占比例。
受一定的弯曲应力,当双伸缩立柱的压应力和弯应力
2.2双仲缩立柱故障的原因分析
超出它的许用应力时,双伸缩立柱就会失稳,导致活柱
2.1电镀面碰伤、划伤、镀层脱落
或中缸产生变形。
双伸缩立柱在井下的使用环境非常恶劣,都是在3液压支架立柱的可靠性分析
潮湿、灰尘大、淋水多的环境里。立柱表面总有一层弱3.1建立可靠性模型
酸性的水膜,水膜里含有的S2-、SO等强腐蚀性阴
在分析双伸缩立柱的可靠性时,首先要了解双伸
离子与电镀面产生电化学腐蚀反应,造成了电镀面镀缩立柱中每个元部件的功能、各个元部件之间在功能
收稿日期:2012-04-12;修回日期:2012-06-13
作者简介:张春雨(1983-),男,河北任丘人,在读硕士研究生,研究方向:机械可靠性工程。
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机械工程与自动化
2013年第1期
上的关系,以及各个元部件的功能和故障对整个双伸柱故障树的全部最小割集。
缩立柱的影响。然后,用方框代表系统元部件,用短线
采用上行法,从故障树最下面的中间事件算起,按
把各个代表元部件的方框按照功能上的逻辑关系连接照各自的逻辑关系进行计算,从下到上逐次把中间事
起来,就建立了整个系统的可靠性框图2
件和顶事件用基本事件的和表示,最后把顶事件表示
根据可靠性理论,双伸缩立柱各个元部件之间都成几个乘积项的和
是串联关系,其中任何一个元件出现故障都可以导致
立柱故障。因此,立柱的可靠性模型是由活柱、中缸、
G1=X1+G3+X:+X。,
外缸、底阀、活塞、大小导向套组成的串联系统
X。+X,+X8+X
设U代表双伸缩立柱无故障工作的事件,U代表
第讠个元部件无故障工作的事件。因为双伸缩立柱各
顶事件为T的条件如下:
个元部件之间是串联关系,所以U事件出现等于U1,
T=X1+X2X3+X+X十X。+X1+X。+X
U2,…,U。事件同时发生,即
(3)
U=びU2…U
式(3)中的每个项代表了故障树的一个最小割集。
依照概率计算的原则,假如双伸缩立柱中各元部由式(3)可以看出,共有8个最小割集K,(i=1,2,3
件是相互独立的,得出的双伸缩立柱可靠度表达式为:4,5,6,7,8),分别为K1=X,K2=X2X3,K3=X:
P(U)=TP(U)2=1,2,…,n
……(1)
K。=X。,Ks=X6,K6=X1,K=X8,K8=X:。计算
双伸缩立柱故障树的最小割集可以了解到各种故障发
设双伸缩立柱的可靠度为R、,则有:
生的可能性,为双伸缩立柱故障的原因分析、故障维修
Rs=TRi=1,2,…,m。
…(2)和技术改进提供了可靠的保障。为了提高双伸缩立柱
这就是常用的可靠性乘积法则,即串联系统的可的可靠性,应该对上述8个最小割集产生的原因做进
靠度等于各单元的可靠度的乘积
步分析,统计其发生的概率。根据故障统计分析,立
3.2双伸缩立柱的故障树分析
柱故障大部分是由乳化液污染所致。
3.2.1故障树的建立
双伸缩立柱的控制系统如图2所示。双伸缩立柱
是液压支架的主要承载部件,支架的支撑力和支撑高
G2
度主要取决于立柱的结构和性能;液控单向阀用来保
持支撑顶板所需的足够压力,在需要支撑顶板时液控
单向阀处于闭锁状态;安全阀用来控制立柱的压力始
终保持在允许范围,安全阀的好坏直接影响到立柱的
安全系数;操纵阀用来控制立柱的升降。
T-立柱不正常工作;G1ー立柱不升或升速慢;C2ー立柱自动下架;
G3一胀缸;X1ー泵压低;X2一老顶周期来压;X3一安全阀故障
X一控削泄漏;X5一立柱变形;X6一安全閥泄漏或调定值低;
Xァー単向阀不能闭锁;Xs一立柱至连接板一段泄漏;X。一立柱内泄潘
操纵阀
图3立柱不正常工作的故障树
安全阀
结束语
液压支架是煤矿井下开采的主要支护设备,立柱
是支架的核心部件。本文对某煤矿集团公司使用的液
液控单向/
压支架中双伸缩立拄出现的故障进行了分析,并运用
可靠性理论对双伸缩立柱进行可靠性分析,找出立柱
液控单向阅
故障的主要原因是乳化液污染,为立柱故障维修及技
图2双伸缩立柱的控制系统图
术改进提供了依据。
根据前面对立柱故障原因的分析,建立立柱不正参考文献
常工作的故障树,如图3所