CN109781369A - 一种前后顶梁四柱型充填支架顶梁强度试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种前后顶梁四柱型充填支架顶梁强度试验方法，其包括如下步骤：步骤一：在试验台的下平台上放置长条形或方形加载垫块；步骤二：将充填支架放置在试验台的上平台和下平台之间；步骤三：在充填支架的前顶梁和后顶梁上均放置加载垫块；步骤四：充填支架的前排立柱和后排立柱同时打压使充填支架处于承载状态进行强度试验；本发明在试验时在前后顶梁上均放置加载垫块使前后顶梁均处于承载状态，试验结果更加准确，合理确定了前后顶梁四柱型充填液压支架顶梁强度试验的几种加载方式，为科学开发顶梁四柱型充填液压支架提供了科学依据。

Description

一种前后顶梁四柱型充填支架顶梁强度试验方法

技术领域

本发明涉及煤矿充填液压支架强度试验，具体涉及一种前后顶梁四柱型充填支架顶梁强度试验方法。

背景技术

液压支架强度试验是将液压支架放置在液压支架强度试验台的上平台和下平台之间，并且要在顶梁之上、底座之下指定位置放置具有一定尺寸的长条形或方形加载垫块，然后给立柱打压使液压支架处于承载状态，用来检验顶梁、底座等结构件强度。

充填开采是提高煤炭资源采出率、改善矿区环境、实现煤炭产业高效绿色开采的重要途径。充填液压支架是充填开采的重要支护设备，它的工作性能直接影响着充填效率、充实强度以及充填后岩层的扰动。

充填液压支架与一般综采液压支架不同，其支架后部设有后顶梁及支撑立柱形成前后顶梁结构，其工作状态和与上部岩层的作用关系发生了巨大变化，在设计和强度试验的要求上与一般液压支架相比也应该有所不同。但是，现有的充填液压支架基本上是依照一般液压支架的设计理论而设计的，所进行的强度试验是沿用《液压支架通用技术条件》（GB25974.1-2010）中对一般液压支架进行的强度试验加载方式而进行的，也就是先单独对前顶梁进行强度试验，然后单独对后顶梁进行强度试验，还有些地方只是单独对前顶梁进行强度试验，不再单独对后顶梁进行强度试验，当所有检验项目通过检验即认为强度试验合格，并未考虑前后顶梁同时承载的情况。通过对前后顶梁四柱型充填液压支架典型产品样机有限元分析验证，在几种前后顶梁同时加载的情况下，多数顶梁的等效应力和变形远大于单梁强度试验时的等效应力和变形，有的甚至超过材料的许用强度，这说明某些加载方式的单梁强度试验，对顶梁的强度要求较低，不能替代两梁同时加载的强度试验。这些支架之所以在使用过程中没有出现问题，是因为在充填液压支架设计时支护强度选择过大，充填液压支架的支撑能力不能充分发挥所致。因此现有充填液压支架的设计依据选择和出厂验收时的强度试验标准还不够科学。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种加载方式合理，试验结果更加准确的前后顶梁四柱型充填支架顶梁强度试验方法。

本发明所采用的技术方案是：一种前后顶梁四柱型充填支架顶梁强度试验方法，其包括如下步骤：

步骤一：在试验台的下平台上放置长条形或方形加载垫块；

步骤二：将充填支架放置在试验台的上平台和下平台之间；

步骤三：在充填支架的前顶梁和后顶梁上均放置加载垫块；

步骤四：充填支架的前排立柱和后排立柱同时打压使充填支架处于承载状态进行强度试验。

在步骤三中，加载垫块为长条形加载块，布置在前顶梁和后顶梁的两端。

在步骤三中，加载垫块为长条形加载块，布置在前顶梁和后顶梁的外侧端。

在步骤三中，加载垫块布置在前顶梁和后顶梁的两端，加载垫块的形式分两种情况：

情况a、位于前顶梁和后顶梁内侧端的加载垫块为长条形加载块，位于前顶梁和后顶梁外侧端的加载垫块为方形加载块；

情况b、位于前顶梁和后顶梁内侧端的加载垫块为方形加载块，位于前顶梁和后顶梁外侧端的加载垫块为长条形加载块。

在步骤三中，加载垫块为长条形加载块，位于前顶梁和后顶梁的纵向中部位置。

在步骤三中，加载垫块为长条形加载块，设置在前排立柱和后排立柱中部力学横线位置。

在步骤三中，加载垫块为方形加载块，在前顶梁和后顶梁上各设置两个，位于前顶梁和后顶梁各自的对角处。

在步骤三中，加载垫块为方形加载块，在前顶梁和后顶梁上各设置一个，位于前顶梁和后顶梁的对角处。

在步骤三中，加载垫块为长条形加载块，数量为两个，分别位于前顶梁和后顶梁的一侧。

在步骤三中，加载垫块为长条形加载块，长度大于前、后排立柱上铰点的水平距离，位于前后顶梁的一侧。

本发明的积极效果为：本发明在试验时在前后顶梁上均放置加载垫块使前后顶梁均处于承载状态，试验结果更加准确。本发明合理确定了前后顶梁四柱型充填支架顶梁强度试验的几种加载方式，为科学开发前后顶梁四柱型充填液压支架提供了科学依据。

附图说明

图1为本发明前后顶梁四柱型充填支架结构示意图；

图2为现有技术中前后顶梁四柱型充填支架前顶梁单独加载方式示意图；

图3为现有技术中前后顶梁四柱型充填支架后顶梁单独加载方式示意图；

图4为本发明的加载方式示意图；

图5为本发明试验过程中必做的几种加载方式示意图。

在附图中，1.前顶梁，2.平衡千斤顶，3.后顶梁，4.后排立柱，5.底座，6.前排立柱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述：

如附图1所示，前后顶梁四柱型充填支架包括底座5、设置在底座5上的后排立柱4和前排立柱6以及分别设置在后排立柱4和前排立柱6上端的前顶梁1和后顶梁3，前顶梁1和后顶梁3的内侧端通过平衡千斤顶2相连接。

根据前后顶梁四柱型充填液压支架在实际工作中可能的极端的受载情况，参照《液压支架通用技术条件》（GB25974.1-2010）标准，提出了前后顶梁四柱型充填液压支架的顶梁两端加载、顶梁扭转加载、顶梁中部加载、顶梁对角加载和顶梁偏载加载方式。其中顶梁两端加载包括单顶梁两端加载和两顶梁头部加载，顶梁中心加载包括两顶梁纵向中部加载和两顶梁横向中部加载，顶梁对角加载包括单顶梁对角加载和两顶梁对角加载，顶梁偏载包括单顶梁偏心受载和两顶梁偏心受载。

一种前后顶梁四柱型充填支架顶梁强度试验方法，其包括如下步骤：

步骤一：在试验台的下平台上放置长条形或方形加载垫块；

步骤二：将充填支架放置在试验台的上平台和下平台之间；

步骤三：在充填支架的前顶梁1和后顶梁3上均放置加载垫块；

步骤四：充填支架的前排立柱4和后排立柱6同时打压使充填支架处于承载状态进行强度试验。

步骤三中的加载垫块采用如下几种方式：

单顶梁两端加载，加载垫块为长条形加载块，加载垫块放置在图4（a）中位置，即分别在前顶梁1、后顶梁3各自两端指定位置同时加载，经过力学分析知道，平衡千斤顶受拉，与图2（a）加载方式对比，由于受平衡千斤顶作用的影响，顶梁最大等效应力和最大变形略小于后者，因此，前后顶梁四柱型充填液压支架顶梁可以不做单顶梁两端加载强度试验。

两顶梁头部加载，加载垫块为长条形加载块，加载垫块放置在图4（b）中位置，即分别在前顶梁、后顶梁外侧端指定位置同时加载。经过力学分析知道，平衡千斤顶受压且受力较大，最大等效应力和最大变形出现在前后顶梁的接合部，是图2（a）、图3（a）加载方式的几倍，并且最大等效应力已经远远超过了材料的屈服极限，最大变形也远远超过了一般加载垫块40mm的厚度。因此，前后顶梁四柱型充填液压支架顶梁两顶梁头部加载试验应是必做强度试验。

单顶梁扭转加载，加载垫块放置在图4（c）和图4（d）中位置，加载垫块的形式分两种情况：情况a、位于前顶梁1和后顶梁3内侧端的加载垫块为长条形加载块，位于前顶梁1和后顶梁3外侧端的加载垫块为方形加载块，方形加载块位于前顶梁1和后顶梁3的对角处；情况b、位于前顶梁1和后顶梁3内侧端的加载垫块为方形加载块，位于前顶梁1和后顶梁3内侧端的加载垫块为长条形加载块，方形加载块位于前顶梁1和后顶梁3内侧的对角处。

即分别在前顶梁、后顶梁各自的一端的指定位置加载、另一端指定点位置施加偏载，经过力学分析知道，平衡千斤顶受拉，顶梁最大等效应力值和最大变形值均大于图2（b）、图2（c）及图3（b）、图3（c）加载方式的最大等效应力值和最大变形值。因此，图2（b）、图2（c）及图3（b）、图3（c）加载方式不能替代图4（c）和图4（d）加载方式所进行的强度试验。

两顶梁纵向中部加载，加载垫块为长条形加载块，加载垫块放置在图4（e）中位置，即分别在前顶梁、后顶梁纵向中部指定位置同时加载，经过力学分析知道，平衡千斤顶此时受拉，前顶梁、后顶梁最大应力出现在后顶梁并排立柱中间位置，最大变形出现在后顶梁头部，但最大应力值和最大变形值小于图2（d）、图3（d）加载方式的最大应力值和最大变形值。因此，可用图2（d）、图3（d）加载方式的单顶梁强度试验来替代图4（e）进行的两顶梁纵向中部加载强度试验。

两顶梁横向中部加载，是参照四柱支撑单一顶梁的加载方式提出的一种加载方式，加载垫块为长条形加载块，顶梁加载垫块放置在图4（f）中位置，即在前排立柱和后排立柱中部力学横线位置加载，这是四柱支撑条件下可能出现的承载可能之一，此种加载试验可以用来检验平衡千斤顶工作能力、顶梁相关结构的强度，因此，前后顶梁四柱型充填液压支架两顶梁横向中部加载试验应是必做强度试验。

单顶梁对角加载，加载垫块为方形加载块，其加载垫块放置在图4（g）中位置，在前顶梁1和后顶梁3上各设置两个，位于前顶梁1和后顶梁3各自的对角处。即分别在前顶梁、后顶梁各自的两端的指定点位置施加偏载，经过力学分析知道，平衡千斤顶受压，前顶梁、后顶梁最大等效应力最大变形值与图2（e）、图3（e）加载方式下的相应指标数值要小。所以，可以用单个顶梁对角加载单个试验替代单顶梁对角加载试验。

两顶梁对角加载，加载垫块为方形加载块，其加载垫块放置在图4（h）中位置，在前顶梁1和后顶梁3上各设置一个，位于前顶梁1和后顶梁3的对角处。即分别在前顶梁1、后顶梁3头部斜对角指定点位置施加偏载。经过力学分析知道，平衡千斤顶受压，前顶梁、后顶梁的最大等效应力和最大变形值远高于图2（e）、图3（e）加载方式下的强度试验，并且最大等效应力已经远远超过了材料的屈服极限，最大变形也远远超过了一般加载垫块40mm的厚度。所以两顶梁对角加载试验不能用图2（e）、图3（e）加载方式下的加载试验替代。因此，前后顶梁四柱型充填液压支架顶梁两顶梁对角加载试验应是必做强度试验。

单顶梁偏心加载，加载垫块为长条形加载块，其加载垫块放置在图4（i）中位置，数量为两个，分别位于前顶梁1和后顶梁3的一侧，即分别在前顶梁、后顶梁各自的一侧指定位置。经过力学分析知道，平衡千斤顶受拉，前顶梁、后顶梁最大等效应力和最大变形与图2（f）、图3（f）加载方式下的强度试验相比，顶梁最大等效应力基本相当，最大变形较小。因此，前后顶梁四柱型充填液压支架顶梁可以不做单顶梁偏心加载强度试验。

两顶梁偏心加载，加载垫块为长条形加载块，其加载垫块放置在图4（j）中位置，在前顶梁、后顶梁一侧指定位置施加单一载荷，垫块长度大于前后立柱上铰点的水平距离。经过力学分析知道，平衡千斤顶受拉，前顶梁、后顶梁最大等效应力大于图2（f）、图3（f）加载方式下的最大等效应力，最大变形基本相当。因此，前后顶梁四柱型充填液压支架顶梁两顶梁偏心加载试验应是必做强度试验。

经过以上分析比较知道，仅用图2、图3所确定的单个顶梁加载方式所进行的顶梁强度试验，不能全面检验前后顶梁四柱型充填液压支架顶梁强度是否满足要求，必须补充图4（b）、图4（c）、图4（d）、图4（f）、图4（h）、图4（j）所确定的两顶梁头部加载、单顶梁扭转加载、两顶梁横向中部加载、两顶梁对角加载、两顶梁偏心加载等六种前后顶梁同时加载的顶梁强度试验，将其归纳为图5，那么检验前后顶梁四柱型充填液压支架顶梁的强度试验即为图2、图3、图5所确定的若干加载方式。

本发明旨在提供更加合理的试验中所采用的载荷加载方式，也就是步骤三中加载垫片的放置位置。其余的试验方法步骤可以参照《液压支架通用技术条件》（GB25974.1-2010）中的相关规定，例如本发明中提到的指定点位置。

采用本发明所提供的加载方式，结合目前现有所使用的试验加载方式，可以更加精确的对前后顶梁四柱型充填支架顶梁进行强度试验，为开发前后顶梁四柱型充填液压支架提供科学依据。

所以，前后顶梁四柱型充填液压支架顶梁强度试验必须要归纳出适合自身承载特点的加载方式，完善强度试验项目，才能为科学开发前后顶梁四柱型充填液压支架提供依据。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种前后顶梁四柱型充填支架顶梁强度试验方法，其特征在于其包括如下步骤：

步骤一：在试验台的下平台上指定位置放置长条形或方形加载垫块；

步骤二：将充填支架放置在试验台的上平台和下平台之间；

步骤三：在充填支架的前顶梁（1）和后顶梁（3）上同时放置加载垫块；

步骤四：充填支架的前排立柱（4）和后排立柱（6）同时打压使充填支架处于承载状态进行强度试验。

2.根据权利要求1所述的一种前后顶梁四柱型充填支架顶梁强度试验方法，其特征在于在步骤三中，加载垫块为长条形加载块，布置在前顶梁（1）和后顶梁（3）的两端。

3.根据权利要求1所述的一种前后顶梁四柱型充填支架顶梁强度试验方法，其特征在于在步骤三中，加载垫块为长条形加载块，布置在前顶梁（1）和后顶梁（3）的外侧端。

4.根据权利要求1所述的一种前后顶梁四柱型充填支架顶梁强度试验方法，其特征在于在步骤三中，加载垫块布置在前顶梁（1）和后顶梁（3）的两端，加载垫块的形式分两种情况：

情况a、位于前顶梁（1）和后顶梁（3）内侧端的加载垫块为长条形加载块，位于前顶梁（1）和后顶梁（3）外侧端的加载垫块为方形加载块；

情况b、位于前顶梁（1）和后顶梁（3）内侧端的加载垫块为方形加载块，位于前顶梁（1）和后顶梁（3）外侧端的加载垫块为长条形加载块。

5.根据权利要求1所述的一种前后顶梁四柱型充填支架顶梁强度试验方法，其特征在于在步骤三中，加载垫块为长条形加载块，位于前顶梁（1）和后顶梁（3）的纵向中部位置。

6.根据权利要求1所述的一种前后顶梁四柱型充填支架顶梁强度试验方法法，其特征在于在步骤三中，加载垫块为长条形加载块，设置在前排立柱（4）和后排立柱（6）中部力学横线位置。

7.根据权利要求1所述的一种前后顶梁四柱型充填支架顶梁强度试验方法，其特征在于在步骤三中，加载垫块为方形加载块，在前顶梁（1）和后顶梁（3）上各设置两个，位于前顶梁（1）和后顶梁（3）各自的对角处。

8.根据权利要求1所述的一种前后顶梁四柱型充填支架顶梁强度试验方法，其特征在于在步骤三中，加载垫块为方形加载块，在前顶梁（1）和后顶梁（3）上各设置一个，位于前顶梁（1）和后顶梁（3）的对角处。

9.根据权利要求1所述的一种前后顶梁四柱型充填支架顶梁强度试验方法，其特征在于在步骤三中，加载垫块为长条形加载块，数量为两个，分别位于前顶梁（1）和后顶梁（3）的一侧。

10.根据权利要求1所述的一种前后顶梁四柱型充填支架顶梁强度试验方法，其特征在于在步骤三中，加载垫块为长条形加载块，长度大于前、后排立柱（4、6）上铰点的水平距离，位于前、后顶梁（1、3）的一侧。