Технические науки/3. Отраслевое машиностроение

Жетесова Г.С., Жаркевич О.М.

Карагандинский государственных технический университет, Казахстан

К вопросу расчета на прочность гидростоек механизированных крепей

Комплексы, оборудованные механизированными крепями, являются наиболее производительным и эффективным средством подземной добычи угля. Одной из основных частей механизированных крепей являются гидростойки, предназначенные создавать сопротивление сближению боковых пород, и наряду с другими элементами секций предотвращать обрушение пород в подкрепное пространство [1].

Поскольку гидростойки механизированных крепей являются ответственными несущими конструкциями они обладают большим коэффициентом запаса прочности. Проведенные исследования напряженно-деформированного состояния гидростоек механизированных крепей позволили доказать, что коэффициент запаса прочности завышен и существует возможность сокращения металлоемкости их конструкций.

Для этого осуществлялось математическое моделирование с использованием ANSYS Workbench, что позволило получить наглядную картину напряженно-деформированного состояния гидростойки механизированной крепи 2ОКП70К механизированной крепи.

В качестве нагрузки, прикладываемой к гидростойке, были принята ее максимальная величина на секцию №54 крепи 2ОКП70К в период наблюдения равным 10 суток.

После приложения максимальной среднедействующей нагрузки (3,3 МН) были получены результаты распределения напряжений и деформаций в гидростойку с одинарной раздвижностью механизированной крепи 2ОКП70К (рисунок 1).

а) б)

в) г)

а) распределение поперечных напряжений по оси Х; б) распределение продольных напряжений по оси Y; в) распределение вертикальных напряжений по оси Z; г) распределение эквивалентных напряжений модели

Рисунок 1 - Распределение напряжений в гидростойке крепи 2ОКП70К

с толщиной стенки цилиндра 17 мм

Растягивающие напряжения возникают в штоке, поршне и цилиндре второй ступени. Их величина растет с уменьшением стенки цилиндров и достигает следующих значений, указанных в таблице 1.

Таблица 1 - Наибольшие растягивающие напряжения в гидростойке

механизированной крепи 2ОКП70К

Толщина цилиндра	Элементы гидростойки
17 мм	шток – 169 ÷ 185 МПа цилиндр -118 ÷ 150 МПа
16 мм	шток – 176 ÷ 193 МПа цилиндр -126 ÷ 158 МПа
15 мм	шток – 184 ÷ 201 МПа цилиндр -134 ÷ 165 МПа
14 мм	шток – 198 ÷ 217 МПа цилиндр -148 ÷ 176 МПа
13 мм	шток – 211 ÷ 235 МПа цилиндр -171÷ 190 МПа

Подобное распределение напряжений связано с особенностями конструкции (перекосами в ступенях) и характером работы гидростойки. Нагружение гидростойки сверху при выталкивании поршня под давлением определяет бочкобразное поведение стенок цилиндра, а также трение поверхностей в паре «поршень-цилиндр» объясняют наличие растягивающих напряжений по всей длине цилиндра гидростойки. Критерием прочности при расчете гидростоек является коэффициент запаса прочности, определяющийся как отношение предела текучести материала к эквивалентным напряжениям [2]. В данном случае при моделировании закладывались свойства стали 35 для цилиндров гидростоек и стали 40Х - для штоков. Определив коэффициенты запаса прочности, можно отметить не обеспечивается при толщине стенки цилиндра равной 7 мм. Таким образом, не принимая предельное состояние гидростойки при толщине 7 мм, можно сократить толщину цилиндра до 10 мм, обеспечивая при этом необходимый запас прочности n ≥ 1,1.

Литература:

1. Жетесов С.С., Сагинов А.С., Лазуткин А.Г., Нургужин М.Р. Пути развития и совершенствования механизированных крепей. - Алма-Ата: Гылым, 1992. – 280 с.

2. Жунусова А.Ш., Атаманова А.Ю. Требования к эксплуатации и ремонтной технологичности конструкции изделий машиностроения. - // Тезисы докладов межвузовской студенческой научной конференции «Казахстан -2030». Выпуск 2.- Караганда: Изд-во КарГТУ, 2009. – с.44 - 45.