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摘 要： 在如今经济高速发展的背景下，能源对于各国的重要性不言而喻，而煤炭作为主要的能源材料，其开采工作非常重要。而立柱作为煤炭开采工程中关键机械设备之一，工作的稳定性和安全性十分重要，但是在有冲击矿压情况的综合工作面上，液压支架受到的压力较大，严重时容易导致爆缸，其危险性较大。因此，本文将对液压支架单伸缩立柱受压时的瞬态动力学进行研究，以弄清其冲击动力特征，方便为今后动荷载过载的情况提供参考。
关键词： 液压支架单伸缩立柱，瞬态动力学分析
【中图分类号】 TD355 【文献标识码】 A【文章编号】 2236-1879（2018）14-0201-01
在我国，煤炭开采的主要形式是矿井施工，不同于露天开采，矿井中开采环境较为复杂，在煤炭的开采过程中存在着诸多隐患，一部分是人为因素，一部分是设备因素。液压支架单伸缩立柱是煤炭开采过程中常用的一种设备，起着承压和连接的作用。在以往的案例中，由于立柱受壓过高导致安全事故的例子也不在少数。因此进一步改进和完善液压支架立柱，增强其适应不同压力情况的能力，对液压支架单伸缩立柱进行瞬态动力学分析，量化其受压的具体情况十分必要，下面我们将对液压支架单伸缩立柱进行介绍，并阐述该项实验的流程。
1.对液压支架单伸缩立柱的概述
1.1定义。
液压支架是综合采煤设备中的重要组成部分，它能可靠而且有效地支撑和控制工作面的顶板，是工人施工空间和条件得以保障的关键设备。而立柱作为液压支架不可或缺的部分，是支架发挥作用的执行部件，对支架功能的发挥造成直接的影响。由于液压支架立柱贯穿着支架顶梁和支架底座，对其强度和使用寿命有一定的规定要求。在我国，经常使用的立柱一般分为两种类型，即单伸缩立柱和双伸缩立柱，两种类型分别有不同的优缺点，本文主要对前者进行探讨。单伸缩立柱具有使用成本低，可靠性高，调高范围高等优点，在我国煤炭开采工程中使用得较为广泛，但是缺点在于使用便捷性不强。[1]根据其组成部分来看，立柱可以说是由活柱组件、缸体部件、缸口导向组件、机械加长组件、底阀和其它连接部件组成的用于承压和连接支架的采煤机械构件。
1.2结构特征。
液态支架单伸缩立柱内含有的各种组件较多，不同的组件也有着不同的规格和类型。活柱组件包括活柱筒、活塞组件和密封件；[2]缸体部件包括缸底和缸筒；缸口导向套件则包括导向套、密封件、JF防尘圈、缸口连接等。其中，活柱组件相对复杂，活柱筒由柱塞、柱管和柱头组成，为了增强其抗磨、抗腐蚀、抗砸碰的功能，往往在活柱筒表面镀上乳白铬和硬铬。活塞组件是由活塞、导向环、限位方式和连接固定件组成的。[3]密封件的形式则多种多样，有鼓形、梯形、蕾形等，其密封效果好，防挤压的性能好，使用寿命长。
2.对液压支架单伸缩立柱进行瞬态动力学分析的具体内容
2.1方法。
实验方法对于实验的结果影响较大，因而我们在进行实验的过程中尽可能地多次佐证其科学性，做到认真谨慎。在进行实验之前，应当先对立柱的规格和类型进行选择，随后建立计算模型，为了便于计算，将模型抽象化，简化其大体结构，得出一个与研究对象一致的几何模型。然后将几何模型导入建立好的瞬态动力学分析中，不断实验，得出动力学分析的函数图，由此分析图像具体内容得出结论。
2.2过程。
本文选用了320型单伸缩立柱行测试，缸体外径为377mm，缸体内径为320mm，立柱活柱全伸出后液柱高度为1278mm，乳化液的初始压力为31.5MPa。为了保证实验结果的准确性，反复检查设备的各方面性能，保证立柱符合日常使用的标准。对于单伸缩立柱的各个组件也要仔细检查，确保其规格合适，材质合适。首先，对动荷载条件下液压立柱的振动情况进行分析，为方便计算，将立柱简化成轴向弹性元件的形式，对于影响较小的因素选择忽略不计，例如立柱内的波动过程可以忽略不计。[4]设缸体和乳化液立柱的等效刚度为K，可根据缸体应力公式和乳化液容积压缩系数推导出K，从而得出单伸缩立柱在冲击荷载情况下的位移和压力。
然后，将320单伸缩立柱进行简化，进而方便对研究对象进行建模，将缸体和活柱视为材料一致的整体模型，对于复杂性结构的立柱来说，把规则部分用结构化网格来划分，将含有孔、螺纹等不规则的部分进行非结构化网格划分。由此建立好了立柱的三维模型，将其导入在系统中建立的瞬态动力学分析的框架中进行具体的分析，得出立柱在有初始压力的情况下，在重锤的冲击下的内部压力变化的分段函数如下：
2.3结果。
从冲击载荷条件下立柱内的乳化液压力的变化方程来看，当重锤重量为10t时，从2 m高的高处自由落体落下对立柱进行冲击，立柱内的液体压力在12.15 ms内从31.5 MPa上升到了89.297 MPa。根据瞬态动力学分析的模型来看，320型单伸缩立柱在此冲击过程中产生的最大应力为746.32 MPa。模型分析和函数分析将液态支架单伸缩立柱冲击荷载不同情况下的应力和变形程度用数据呈现出来，为立柱设计及立柱使用提供了参考。从我国实际情况来看，因为立柱出现问题造成安全事故的案例较多，但同时立柱缺乏可靠性设计，其各方面数据多用传统方法检测，计算结果过于抽象，一旦遇到复杂情况，传统方法起到的作用较小，本文实验对立柱承压方面进行探讨，得出具体数据，有利于改善该方面的问题。同时，还可以提高液态立柱的工作稳定性，延长采煤机械的使用寿命，节约施工成本。
3.结语
从实验的结果可知液压支架单伸缩立柱在一定重力和一定高度冲击下变形的程度和收到的压力值。根据这些数据，液压支架单伸缩立柱在设计制作时可以通过更换使用材料或者改变制造结构来增加受压能力，防止爆缸情况的发生。液压支架单伸缩立柱的实际投入使用也可以参考这些数据来进行，例如当检测到环境压力或者高度高于计算数值时，可以选择停止施工以规避风险。总的来说，对液压支架单伸缩立柱进行的瞬态动力学分析具有现实意义，对精进机器设备和减少施工风险具有重要作用。
参考文献
[1] 张文娟；刘淑芳；DW28型单体液压支架缸体瞬时瞬态特性的计算机分析[J]，煤矿机械；2015（9）：23-24.
[2] 赵忠辉；姜金球；王勇；沙宝银；赵锐；立柱在冲击动载荷作用下的动应力及冲击力分析[J]；煤矿机械；2016（78）：21-22.
[3] 陈世其；李炳文；赵继云；王忠民；冲击载荷作用下DWX型单体液压支柱内压分析[J]；煤炭学报；2017（8）：33-35.
[4] 郝旭；朱维兵；张海洋；周刚；基于LS-DYNA的DW28型单体液压支柱缸体瞬态特性分析[J]；矿山机械；2016（51）：123-124.
关键词： 液压支架单伸缩立柱，瞬态动力学分析
【中图分类号】 TD355 【文献标识码】 A【文章编号】 2236-1879（2018）14-0201-01
在我国，煤炭开采的主要形式是矿井施工，不同于露天开采，矿井中开采环境较为复杂，在煤炭的开采过程中存在着诸多隐患，一部分是人为因素，一部分是设备因素。液压支架单伸缩立柱是煤炭开采过程中常用的一种设备，起着承压和连接的作用。在以往的案例中，由于立柱受壓过高导致安全事故的例子也不在少数。因此进一步改进和完善液压支架立柱，增强其适应不同压力情况的能力，对液压支架单伸缩立柱进行瞬态动力学分析，量化其受压的具体情况十分必要，下面我们将对液压支架单伸缩立柱进行介绍，并阐述该项实验的流程。
1.对液压支架单伸缩立柱的概述
1.1定义。
液压支架是综合采煤设备中的重要组成部分，它能可靠而且有效地支撑和控制工作面的顶板，是工人施工空间和条件得以保障的关键设备。而立柱作为液压支架不可或缺的部分，是支架发挥作用的执行部件，对支架功能的发挥造成直接的影响。由于液压支架立柱贯穿着支架顶梁和支架底座，对其强度和使用寿命有一定的规定要求。在我国，经常使用的立柱一般分为两种类型，即单伸缩立柱和双伸缩立柱，两种类型分别有不同的优缺点，本文主要对前者进行探讨。单伸缩立柱具有使用成本低，可靠性高，调高范围高等优点，在我国煤炭开采工程中使用得较为广泛，但是缺点在于使用便捷性不强。[1]根据其组成部分来看，立柱可以说是由活柱组件、缸体部件、缸口导向组件、机械加长组件、底阀和其它连接部件组成的用于承压和连接支架的采煤机械构件。
1.2结构特征。
液态支架单伸缩立柱内含有的各种组件较多，不同的组件也有着不同的规格和类型。活柱组件包括活柱筒、活塞组件和密封件；[2]缸体部件包括缸底和缸筒；缸口导向套件则包括导向套、密封件、JF防尘圈、缸口连接等。其中，活柱组件相对复杂，活柱筒由柱塞、柱管和柱头组成，为了增强其抗磨、抗腐蚀、抗砸碰的功能，往往在活柱筒表面镀上乳白铬和硬铬。活塞组件是由活塞、导向环、限位方式和连接固定件组成的。[3]密封件的形式则多种多样，有鼓形、梯形、蕾形等，其密封效果好，防挤压的性能好，使用寿命长。
2.对液压支架单伸缩立柱进行瞬态动力学分析的具体内容
2.1方法。
实验方法对于实验的结果影响较大，因而我们在进行实验的过程中尽可能地多次佐证其科学性，做到认真谨慎。在进行实验之前，应当先对立柱的规格和类型进行选择，随后建立计算模型，为了便于计算，将模型抽象化，简化其大体结构，得出一个与研究对象一致的几何模型。然后将几何模型导入建立好的瞬态动力学分析中，不断实验，得出动力学分析的函数图，由此分析图像具体内容得出结论。
2.2过程。
本文选用了320型单伸缩立柱行测试，缸体外径为377mm，缸体内径为320mm，立柱活柱全伸出后液柱高度为1278mm，乳化液的初始压力为31.5MPa。为了保证实验结果的准确性，反复检查设备的各方面性能，保证立柱符合日常使用的标准。对于单伸缩立柱的各个组件也要仔细检查，确保其规格合适，材质合适。首先，对动荷载条件下液压立柱的振动情况进行分析，为方便计算，将立柱简化成轴向弹性元件的形式，对于影响较小的因素选择忽略不计，例如立柱内的波动过程可以忽略不计。[4]设缸体和乳化液立柱的等效刚度为K，可根据缸体应力公式和乳化液容积压缩系数推导出K，从而得出单伸缩立柱在冲击荷载情况下的位移和压力。
然后，将320单伸缩立柱进行简化，进而方便对研究对象进行建模，将缸体和活柱视为材料一致的整体模型，对于复杂性结构的立柱来说，把规则部分用结构化网格来划分，将含有孔、螺纹等不规则的部分进行非结构化网格划分。由此建立好了立柱的三维模型，将其导入在系统中建立的瞬态动力学分析的框架中进行具体的分析，得出立柱在有初始压力的情况下，在重锤的冲击下的内部压力变化的分段函数如下：
2.3结果。
从冲击载荷条件下立柱内的乳化液压力的变化方程来看，当重锤重量为10t时，从2 m高的高处自由落体落下对立柱进行冲击，立柱内的液体压力在12.15 ms内从31.5 MPa上升到了89.297 MPa。根据瞬态动力学分析的模型来看，320型单伸缩立柱在此冲击过程中产生的最大应力为746.32 MPa。模型分析和函数分析将液态支架单伸缩立柱冲击荷载不同情况下的应力和变形程度用数据呈现出来，为立柱设计及立柱使用提供了参考。从我国实际情况来看，因为立柱出现问题造成安全事故的案例较多，但同时立柱缺乏可靠性设计，其各方面数据多用传统方法检测，计算结果过于抽象，一旦遇到复杂情况，传统方法起到的作用较小，本文实验对立柱承压方面进行探讨，得出具体数据，有利于改善该方面的问题。同时，还可以提高液态立柱的工作稳定性，延长采煤机械的使用寿命，节约施工成本。
3.结语
从实验的结果可知液压支架单伸缩立柱在一定重力和一定高度冲击下变形的程度和收到的压力值。根据这些数据，液压支架单伸缩立柱在设计制作时可以通过更换使用材料或者改变制造结构来增加受压能力，防止爆缸情况的发生。液压支架单伸缩立柱的实际投入使用也可以参考这些数据来进行，例如当检测到环境压力或者高度高于计算数值时，可以选择停止施工以规避风险。总的来说，对液压支架单伸缩立柱进行的瞬态动力学分析具有现实意义，对精进机器设备和减少施工风险具有重要作用。
参考文献
[1] 张文娟；刘淑芳；DW28型单体液压支架缸体瞬时瞬态特性的计算机分析[J]，煤矿机械；2015（9）：23-24.
[2] 赵忠辉；姜金球；王勇；沙宝银；赵锐；立柱在冲击动载荷作用下的动应力及冲击力分析[J]；煤矿机械；2016（78）：21-22.
[3] 陈世其；李炳文；赵继云；王忠民；冲击载荷作用下DWX型单体液压支柱内压分析[J]；煤炭学报；2017（8）：33-35.
[4] 郝旭；朱维兵；张海洋；周刚；基于LS-DYNA的DW28型单体液压支柱缸体瞬态特性分析[J]；矿山机械；2016（51）：123-124.