(1)故障现象

ZY4000/19/37型掩护式液压支架结构简单，重量轻，便于运输、装拆、调整及操作，是综采工作面所使用的主要架型，在生产中起着重要的作用。但使用中在连接平衡千斤顶的顶梁耳座处、平衡千斤顶的活塞杆及缸体销轴连接处出现了变形、断裂等一系列严重故障，甚至导致活塞杆断裂，如图K所示。某公司510台支架中，有31台支架与平衡千斤顶连接的顶梁销轴孔处出现明显变形、另有13台销轴孔处出现断裂现象；平衡千斤顶活塞杆断裂7根，缸体断裂4个；千斤顶与掩护梁销轴连接支耳断11个，仅与平衡千斤顶有关的损坏率就高达13%，严重影响生产。

(2)变形、断裂原因分析

    ①正常工位时支架的受力分析如图L所示，正常情况下，支架的顶梁和掩护梁共受到P、T、W、R和f_R共5个力的作用，取顶梁、掩护梁为分离体，各力对前、后连杆延长线的交点0取矩，由∑M₀ =0，支撑力为：

         R=           (6-1)

    取顶梁为分离体，由∑M₀₁ =0，支撑力1作用位置X为：

X = 1/R(PL₁cosα+Th)    (6-2)

式中  P——支架立柱总工作阻力；

      T——平衡千斤顶工作阻力；

      W——冒落矸石作用于掩护梁上的力；

      f——顶梁与顶板间的摩擦因数；

      h——平衡千斤顶作用力对O₁点的力臂；

      L——O₁点与O点的水平距离；

      L₁——立柱中心线延长线与通过O₁点的顶梁平行线之交点至O₁点的水平距离；

      θ——O1点与O点连线与通过O1点的顶梁平行线的夹角，在顶梁平行线以下为 “+”，以上为“-”；

      α——立柱倾角，前倾取“+”，后倾取“-”；

      C——矸石力W对瞬心O的力臂。

    平衡千斤顶的两腔都可能承载。当活塞腔承载时，推顶梁，T为正值；当活塞杆腔承载时，拉顶梁，T取负值。正常情况下，平衡千斤顶与顶梁和掩护梁铰接处的力R₁=R₂=T, R₁、R₂分别为顶梁与平衡千斤顶、掩护梁与平衡千斤顶铰接处所受到的力。

    ②非正常工位时平衡千斤顶的受力情况  如图M所示，以平衡千斤顶为分离体，当支架处于“挑大炮”的不正确工位时，平衡千斤顶不仅受到工作阻力T，而且由于平衡千斤顶活塞杆和顶梁或缸体与掩护梁干涉，假设受到的合力为Q，按一般情况考虑，该力不一定通过平衡千斤顶的中心线，也不一定垂直于平衡千斤顶，故按照力的平移原理，平衡千斤顶将附加受到平行于千斤顶的力Qx、垂直于千斤顶的力Q_y、弯矩Q_yt和扭转力矩Q_xt，t为力Q偏离中心轴线的距离。

    平行于千斤顶的附加力Q_x增加了千斤顶的工作阻力，此时R₁=R₂=T+Q_x，使销轴连接处的受力增加；垂直于千斤顶的附加力Q_y和弯矩Q_yt使平衡千斤顶产生弯曲应力，使活塞杆或缸体受到弯矩作用，产生断裂现象。同时，该力也增加了销轴连接处的力，与T、Q_x共同作用，恶化了销轴处的受力情况，使支耳更易磨损变形甚至断裂；而扭转力矩Q_xt使平衡千斤顶绕轴线方向扭转，使活塞杆扭断，出现如图K所示的一系列故障。

(3)总结

    不正确的工作位置对支架的受力很不利，不仅额外增加了平衡千斤顶的工作阻力，而且使与平衡千斤顶相连接的部位受到附加载荷，产生弯曲和扭转变形，对液压支架的工况不利，造成液压支架使用寿命缩短。因此，必须严格按照支架操作规程进行操作，使支架顶梁保持水平，在顶板不平整的恶劣工况下严禁“挑大炮”；对于已经出现变形的支耳座，应及时修复，以免最终断裂，造成永久损坏，影响生产并给企业造成经济损失。

    支架设计人员必须从现场支架的损坏情况中重新校验平衡千斤顶、各连接支座及各连接销轴的强度，坚持支座强度最大、平衡千斤顶强度次之、连接销轴强度最弱的原则，保证设备未按操作规程使用而发生故障时首先损坏销轴。这样能起到保护平衡千斤顶和支架支座的作用，避免出现平衡千斤顶首先损坏，甚至发生生产现场无法解决的支座断裂的严重故障，以最大限度地保证支架的正常使用，延长支架的服务年限。