李铁莲

(山西工程职业学院,太原 030031)

快速搬家专用回撤巷道支护支架是实现综采工作面回撤巷道顶板机械化支护,为回撤设备以及人员提供安全作业空间的关键支护设备。ZZ/18000/23/46搬家支架采用四根立柱前后排呈倒“八”字布置,立柱位于整体顶梁中部,可使支架顶梁应力分布均匀,由于其工作特性,每根立柱受力近乎相同。立柱通过底座柱窝与顶梁柱帽对顶梁起到支撑作用,柱窝柱帽被动加载,受力较为恶劣,在支架的使用过程中被压碎压裂的情况时有发生。支架在使用过程中主要以抗压为主,本文主要分析在压力作用下柱窝柱帽的受力情况,并通过赫兹公式和有限元分析软件给出应力的理论计算值和应力分布状态。

1 理论分析

柱窝柱帽与活柱彼此接触时,力作用方向分别在两个接触面的垂直方向上,接触面之间存在摩擦,就会产生剪力,阻止物体的切向运动,立柱与柱窝柱帽的接触类型为球与凹球面的接触。按照Hertez理论,一般来说接触应力的中心接触面,多为椭圆接触面,但是由于支架立柱柱头与柱窝(柱帽)结构形状均为球体(柱窝柱帽为内球面),并且材料一致,接触面积应该是圆形,柱窝与立柱的接触情况如图1所示,柱帽与立柱的接触情况如图2所示。

按照Hertez理论[1]立柱和柱窝的最大接触压力：

式中:σmax为最大接触应力,MPa;F为载荷,kN;E为材料的弹性模量,MPa;r1为柱窝缸底半径,mm;r2为柱窝(柱帽)的半径,mm。

柱窝(柱帽)的最大切应力为：

柱窝(柱帽)的最……