(1)損壞原因分析

    因電鍍面碰傷、劃傷、鍍層脫落而損壞的立柱，原因比較明顯。下面通過缸體的強(qiáng)度校核、立柱的穩(wěn)定性驗算，以及通過分析橫向力的來源，來分析立柱損壞的原因。

    ①缸體的強(qiáng)度校核雙伸縮立柱的外缸、中缸多數(shù)用27SiMn無縫鋼管制作，其σ_b=1000MPa，一般選安全系數(shù)n=5；[ σ]= σ_b/5=200MPa

由中厚壁缸筒經(jīng)驗公式，可算出缸筒壁厚的值：

                                (6-3)              

式中p——液壓缸的zui大工作壓力；

     D——缸筒內(nèi)徑；

  [σ]——缸筒材料的許用應(yīng)力；

   ψ₀——強(qiáng)度系數(shù)，無縫鋼管取V =l；

    C——計入管壁公差及腐蝕時的附加厚度，一般可略去。

ZFS5100型立柱外徑理論計算壁厚：

    1. 81cm＜2. 5cm（實際壁厚），強(qiáng)度足夠。

ZFS5100型立柱中缸理論計算壁厚：

    2.4cm＞1.5cm（實際壁厚）強(qiáng)度不夠。同樣可算出ZZ56K型立柱外缸、中缸理論計算壁厚：

    δ外=1.7(cm) ＜1.95(cm)，強(qiáng)度足夠。

    δ中=2.39(cm) ＞2.0(cm)，強(qiáng)度不夠。

    由計算可以看出，立柱外缸的壁厚比較富余，脹缸的比例較小}中缸的壁厚選得比較單薄，脹缸的比例較大。換言之，外缸在設(shè)計過程中，安全系數(shù)n=5（符合設(shè)計手冊n≥5的要求），而中缸的安全系數(shù)n=3.3～4。這就是立柱缸體有時出現(xiàn)脹缸的主要原因之一，這種計算結(jié)果與實際遇到的脹缸情況也是一致的。

    ②立柱的穩(wěn)定性驗算設(shè)計人員在立柱的設(shè)計及驗算過程中，一般將立柱考慮為兩端鉸接，無偏心載荷等截面細(xì)長桿受軸向載荷的情況，在這里略去活柱與小導(dǎo)向套間隙的影響，將活柱和中缸視為一體，受縱向壓力來研究其穩(wěn)定性。

    a. 無偏心載荷時的縱向彎曲極限力Pr的計算。

    以ZFS5100型立柱為研究對象，計算柔度λ：

λ=ul/i    (6-4)

式中u——壓桿長度系數(shù)，兩端鉸接，取u=1；

     Z——活塞桿計算長度，即在活柱全部伸出時，活柱頂端的連接點與液壓缸支撐點之間的距離，l=335cm；

   i——活柱橫截面的zui小慣性半徑，i==3.5(cm)。

    所以              

    b．查表可知λ₁ =100，λ₂ =60，由于λ₂ <λ<λ₁，故用直線公式計算臨界應(yīng)力。

    σ_c =a-σλ= (461 -2.568×95.7)×10²=215×10² (N/cm²)

P_c=σ_cA -σ_c（π/4）d2 =215×(3.14/4) ×14² =3312kN

c．安全系數(shù)的計算。

u=P_c/P=3312/1200=2.75

    用同樣的方法可以算出：

    ZZ560K型立柱  p_c=4944kN，u=4.34；

    ZZP5200型立柱  p_c=5124kN，u=3.9。

通過計算可以看出，在這種理想的受力狀態(tài)下其穩(wěn)定性的富余量不太足，再加上立柱是一個組合體，在活塞與缸筒、活柱與導(dǎo)向套、中缸與導(dǎo)向套之間存在間隙，特別是橫向力的出現(xiàn)，使立柱的活柱在受軸向力的同時，還受到一彎曲應(yīng)力的影響。當(dāng)壓、彎應(yīng)力超過其許用應(yīng)力一定值時，活柱或中缸就會產(chǎn)生*性彎曲變形。產(chǎn)生彎曲變形的活柱或中缸在做伸縮運動時，就會對其配合面產(chǎn)生機(jī)械劃傷。同時也致使外缸、中缸缸口形成橢圓形，造成連接螺紋損壞，密封面失效。活柱、中缸彎曲變形示意如圖P所示。

    ③立柱所受橫向力的來源V形布置的立柱的自重引起的橫向力太小，可忽略。而支架左、右傾斜是立柱產(chǎn)生橫向力的主要來源。

立柱的下端柱腳是通過與底座相連的兩個銷子鉸接的，左、右方向可簡化為固定連接（面向支架的前梁），見連接示意圖Q和受力圖R，前后方向可簡化為鉸接，見圖S和圖U。

    由于井下地質(zhì)條件復(fù)雜，工作面的傾斜，頂、底板的不平，均能迫使支架傾斜；支架的底座銷孔、四連桿銷孔橢圓磨大、銷軸的彎曲、磨細(xì)等，也致使支架傾斜。支架的傾斜量Ay應(yīng)等于立柱上端受一橫向力F所產(chǎn)生的撓度（見圖U）。

    當(dāng)支架前后傾斜時，立柱將有一定的轉(zhuǎn)動量，正常情況下是不會產(chǎn)生橫向力的，但一旦柱窩進(jìn)入異物，如煤、矸石、金屬物、木材等，橫向力就隨之而產(chǎn)生(見圖S)。

采用單體液壓支柱作為回采工作面支護(hù)，可使回采工作面頂板管理明顯好轉(zhuǎn)，頂板事故大幅度減少，百萬噸死亡率顯著下降，大大促進(jìn)安全生產(chǎn)。搬運過程中反復(fù)摔碰、職工操作不當(dāng)、現(xiàn)場管理不善等因素影響，單體液壓支柱損壞率上升，直接威脅回采工作面的安全生產(chǎn)。

(1)單體液壓支柱損壞原因分析

    單體液壓支柱主要由頂蓋、三用閥、活柱體、液壓缸、復(fù)位彈簧、活塞、底座等部件組成。這些部件均有一定的使用壽命，超期使用，勢必要造成部件損壞。同時，由于現(xiàn)場操作不當(dāng)也會加快部件損壞。下表是某礦單體液壓支柱損壞情況統(tǒng)計表。

單體液壓支柱損壞情況統(tǒng)計

由上表可以看出，損壞原因主要有以下幾種。

    ①超期使用  以某煤礦為例，在籍支柱9965棵，而90%的支柱均屬超期使用。這些超期使用支柱，由于部件長期磨損，支護(hù)性能大大降低。另外，由于在冊支柱總量緊張，支柱在井下服役超過8個月而不能及時組織升井檢修更加速支柱的老化。由于超期服役；支柱損壞占43%。

    ②搬運操作不當(dāng)  新安裝的工作面，入井單體液壓支柱均經(jīng)過檢修、試壓，基本上處于完好狀態(tài)，而這些大量的支柱，在裝與卸的諸多運輸環(huán)節(jié)中，多次摔碰，人為損壞支柱一般為200～300棵。支柱損壞率一般在10%左右。

    ③使用不當(dāng)  回采工作面現(xiàn)場使用不當(dāng)，也是造成單體液壓支柱損壞的主要原因。用鐵錘等硬砸，會造成人為損壞。另外，支柱超高使用，也容易造成活柱體脫缸。在炮采工作面，放炮時裝藥過重，不采取保護(hù)措施，崩壞支柱現(xiàn)象時有發(fā)生。無移溜設(shè)備，幾乎全部用單體液壓支柱頂移輸送機(jī)，支柱腰部側(cè)向受力過大，機(jī)械損壞十分嚴(yán)重。這方面造成的損壞，所占比例為13%。

    ④乳化液質(zhì)量差，配比濃度偏低  乳化液作為單體液壓支柱的工作介質(zhì)具有潤滑、防腐、防銹的作用，按照適當(dāng)配比，可有效保護(hù)單體液壓支柱，延長其使用壽命。但是，使用過程中工作人員常常擅自降低乳化液的配比濃度。由于乳化液濃度偏低，支柱很容易腐蝕損壞，大大縮短了使用壽命。同時，近幾年來，一些偽劣乳化液入礦，在使用時，乳化程度較差，極易堵塞三用閥孔道，影響支柱使用，由此造成支柱損壞，所占比例為23%。

    ⑤其他原因  支柱鉆底嚴(yán)重，在采用機(jī)械回料時，易拉斷支柱。另外，在輕型液壓支架綜采面超前支護(hù)仍然采用單體液壓支柱扶棚，由于泵站壓力一般在30MPa以上，很容易會損壞支柱。

(2)減少單體液壓支柱損壞的相應(yīng)對策

    單體液壓支柱管理是安全生產(chǎn)管理中的主要工作。這就要求既要嚴(yán)把進(jìn)礦單體液壓支柱、乳化液質(zhì)量關(guān)，又要狠抓現(xiàn)場操作和支柱維修管理，以期達(dá)到標(biāo)本兼治的目的，要著重采取以下措施。

    ①加快支柱更新步伐，從長遠(yuǎn)考慮，著眼于安全生產(chǎn)，統(tǒng)籌安排，保證資金到位，杜絕支柱帶病工作。

    ②注重維修，提高維修質(zhì)量。更新單體液壓支柱維修設(shè)備，從根本上提高支柱維修質(zhì)量。建立健全維修責(zé)任制。使用單位與維修單位必須簽訂質(zhì)量保證合同，確保質(zhì)量過關(guān)。

    ③嚴(yán)把乳化液進(jìn)貨關(guān)，加強(qiáng)乳化液管理。做到集中進(jìn)貨，堵塞偽劣產(chǎn)品流通渠道。回采工作面乳化液配置質(zhì)量。狠抓現(xiàn)場落實兌現(xiàn)，確保乳化液使用合格。

    ④搞好培訓(xùn)，提高現(xiàn)場工人操作技能。實踐證明，要用好管好單體液壓支柱，必須首先提高工人操作素質(zhì)，對工人進(jìn)行技能教育的同時，強(qiáng)化現(xiàn)場遵章作業(yè)管理。在支柱搬運過程中，嚴(yán)格執(zhí)行輕裝輕卸原則，杜絕硬砸猛摔現(xiàn)象。另外，還要強(qiáng)化職工主人翁意識，在實際操作中自覺遵章作業(yè)。國越貿(mào)易現(xiàn)備有大量現(xiàn)貨，都是優(yōu)勢品牌，價格非常公道，含稅含運，大家記得多多來詢價。