1 问题的提出 立柱作为液压支架重要的受力部件，对液压支架的使用性、安全性、可靠性起着重要的作用。井下的恶劣工况使得立柱在使用一段时间后必须升井进行维修，更换密封件。在立柱大修拆卸时，存在因立柱矩形螺纹锈蚀引起的立柱导向套拆卸困难和立柱缸体因缸口处矩形螺纹锈蚀报废的现象。目前使用的立柱导向套与缸筒的连接结构如图1所示，立柱矩形螺纹连接部位于进液口附近，使用时直接接触乳化液，长期被乳化液的侵蚀。立柱静密封圈布置在矩形螺纹的右侧，此时静密封圈只能防止乳化液外露，没有起到保护矩形螺纹的作用。

液压支架立柱的缸筒和缸底焊缝是主要的承压焊缝,由于其焊缝较宽,焊缝断面积较大,对应的焊接热输入量较高,带来的弊端是热影响区焊接变形较大,导致缸筒内孔收缩,严重影响立柱的使用寿命。针对缸筒焊缝收缩给立柱的使用带来的危害,给出了详细的预防改进措施,并对每种预防措施的优劣做出评价,为立柱的加工制作提供了参考。

以某大采高液压支架立柱组合蕾形密封圈为研究对象,采用有限元法分析唇内、外倾角和唇谷高等结构参数对组合蕾形密封圈静密封性能的影响,同时研究油压压力、密封间隙、立柱活塞速度、摩擦因数对密封圈动密封性能的影响。结果表明:一定取值范围内,唇内、外倾角和唇谷高越大,静密封性能越好;油压越大、密封间隙越小,动密封性能越好;摩擦因数越大,外行程时动密封性能越好,内行程时则相反;活塞运动速度对动密封性能影响较小。为保证该组合蕾形密封圈具有良好的综合密封性能,各参数优化取值范围为:唇外倾角20°~30°,唇内倾角20°~35°,唇谷高度12.2~13.2 mm,摩擦因数小于等于0.1,密封间隙0.1~0.3 mm,油压不超过50 MPa。

液压支架立柱在降柱、受到冲击作用时,立柱液压缸内会出现突变载荷,严重时易造成液压缸及其控制阀的损坏。为了研究液控单向阀对突变载荷的影响,在AMESim中搭建了液压支架立柱的液压系统模型,分别对液压支架立柱降柱、受到冲击作用时的状态进行时域分析。提出了一种变阻尼液控单向阀,并在AMESim中搭建新型变阻尼液控单向阀模型进行仿真分析,得到了立柱液压缸的动态响应曲线。经对比仿真结果,变阻尼液控单向阀能有效降低突变载荷,提高了立柱液压系统的稳定性。为液压支架立柱的液压系统设计提供了重要参考。

在当今矿井作业中,立柱与千斤顶作为液压支架的重要零部件,其稳定运行对保障矿山安全生产至关重要。然而,设备故障无法完全避免,而这种故障往往会导致生产效率下降,甚至有可能引发严重的安全事故。基于此,本文对矿井液压支架立柱与千斤顶的工作原理、结构特点进行了分析,探讨了常见故障类型及其影响,以及引发故障的原因,同时还提出了一系列的防治技术和策略,旨在降低故障发生率,保障矿山安全生产。

对常见的液压支架立柱类型进行分析研究,并以ZY12000/28/62D掩护式液压支架立柱为研究对象,介绍液压支架立柱的实际结构,以此为基础,构建液压支架立柱模型,最后通过ANSYS软件从结构强度、流固耦合两个角度对液压支架模型进行分析研究,从中探寻出最适用于液压支架立柱有限元分析的方法,并将此种方法运用于工程实践,确认研究结果的实践价值。

为了提升液压支架活柱表面修复质量,提出运用新型表面改性技术,即激光熔覆技术。经过将激光熔覆技术与传统的大修技术即电镀工艺进行比较,确定了激光熔覆技术的各项优势,并重点分析了激光熔覆技术在液压支架立柱再制造中的应用条件、标准以及工艺流程,包括立柱中缸及活柱外表面激光熔覆工艺、立柱外缸内表面修复工艺、立柱中缸修复工艺。

针对液压支架立柱常用材料27SiMn钢,分别采用电镀铬、激光熔覆、包覆焊工艺进行表面处理,对涂层的微观组织、显微硬度、耐磨性和耐腐蚀性进行测试与比较,并参考了实际生产因素,对3种工艺的经济效益和环境友好性进行了对比分析。结果表明,电镀铬涂层表现出较高的硬度和耐磨性,但耐腐蚀性较差;激光熔覆涂层的硬度和耐磨性较低,但耐腐蚀性较好;包覆焊涂层硬度为498.9 HV,约为电镀铬涂层的0.74倍;磨损失重为0.03862 g,约为电镀铬涂层的1.34倍;腐蚀失重为0.00126 g,约为电镀铬涂层的0.12倍、激光熔覆涂层的0.75倍,包覆焊涂层在保持较高硬度和耐磨性的同时,也拥有优异的耐腐蚀性。此外,包覆焊工艺的生产成本极低,且无污染,具有长期社会效益、经济效益和环境效益。

提出一种基于单向流固耦合的液压支架立柱疲劳分析方法。首先采用SolidWorks和Design Modeler分别建立液压支架立柱流体和固体模型,对模型进行不同额定压力的静载荷中心加载,然后运用Fluent软件对立柱进行单向流固耦合分析和立柱疲劳分析,获得不同压力中心加载时的立柱应力、变形规律以及疲劳寿命值。仿真结果表明:随着压力的增大,立柱缸体的应力也随之增大,寿命减小,且寿命最小处位于立柱缸体的底部。研究结果可以为高效综采综放液压支架寿命提升以及可靠性优化提供理论依据。

针对液压支架立柱试验台液压系统进行研究,应用AMESim仿真软件对液压系统的物理模型进行了搭建,并对系统的动态特性进行了仿真及分析。得出了系统增压过程中增压缸高、低压腔压力随时间变化的曲线和增压缸活塞位移随时间变化的曲线以及在油液不同体积弹性模量下立柱活塞腔的压力随时间变化的曲线。通过优化仿真参数,改进了增压缸的主要技术参数（缸径、最大行程、油液的体积弹性模量）,有效地提高了增压缸的增压效率。