1液压支架结构件的组成和作用
煤矿采煤工作中需要能承受巨大压力的支撑设备来保护采煤工作面的安全和各种设备的正常运转，而液压支架就是为了保护采煤工作面的安全和其他设备的正常运转而制造的。液压支架的结构组成一般为顶梁、掩护梁、前梁、尾梁、底坐、上下连杆等组成。这些结构件质量的好坏直接影响液压支架的使用安全和寿命[2]。
2行业内关于支架构件的质量标准
支架构造件的制造执行《支架构造件制造技术的条件》、《液压支架结构件的通用技术条件》、GB5293—85《低合金焊条》、GB8110—87《二氧化碳气体保护以及焊用钢焊丝》和GB9448—88《焊接与切割安全》等相关国家标准。技术要求为以下几点。1）焊接构造件外形不能出现尖角。2）铰接部位四孔同轴度为12mm。3）构造中平面没有标注的直线度公差不能超过1000mm。4）在以l000mm长度为直径的范筹内未注平面度公差不能超过2mm。5）焊缝抗拉强度不得低于520MPa。所有焊缝应符合MT312—92《液压支架构造件通用技术的条件》中规定的关于焊缝的质量的一些要求，而且绝不能出现裂痕、气孔、夹渣、焊缝之间有间断，或者没有熔合好等现象。
3焊接要点
焊接时最好是用抗冷裂能力特别高的二氧化碳气体，这种气体能够更好地保护焊缝的焊接，保证焊接的质量，提高焊接焊缝的效率，而且还能做到没有熔渣，熔池的能见度也很好，由于热量集中，所以焊接中产生的变形比较小，同时还能做到在焊接的接头处含氢量也比较低。焊接设备的抗拉强度如果在520MPa以上，那么焊接材料就应该选择相应参数的焊丝，若是抗拉强度高于600MPa的，应该选择更高质量要求的焊丝，而且要用直流焊接[3]。
4液压支架构件的焊接工艺
4.1液压支架结构件的焊接性
焊接中经常会遇到各种难题，而且难度较大，这是由于低合金钢在焊接时常常会出现热裂纹、冷裂纹及淬硬倾向等各种现象特点。焊接过程中，如果对这些热影响处理不当，很可能就会出现硬而脆的马氏体组织，进而降低合金钢的塑性和韧性，而且还会使钢结构耐应力腐蚀性能恶化，从而加重了冷裂纹，所以说在焊接时必须要使用较小的热输入值。若是热输入值太高，那肯定会出现钢结构由于热量太高以及催化作用而使得结构有所变化，就会大大降低性能。焊接时，为防止因为氢含量造成有裂纹的请况出现，就要在焊接过程中严格控制氢含量，保证焊接工作在氢含量很低的环境中进行，同时，要按照焊材的相关标准选取焊接材料，并保证绝对的干燥环境。一般液压支架结构件都会采用板材较厚的构件，而且这种构件的抗拉强度比较大，因此必须要采用预热措施。在焊接时还要非常值得注意的是确保钢结构均匀受热，这就需要我们对各个部件进行整体预热，在这之后才能快速的进行焊接工作。当然还是要注意保证焊接质量，必须要根据合金钢的性能，要保证终焊温度高于80℃，因为只要温度低于这个数值那就必须要立即停止焊接，然后对钢结构重新预热，之后后才可以继续焊接。
4.2焊前材料准备
焊接必须要根据焊缝的结构特征、焊缝形式还有对焊缝强度的要求，根据各种相关硬性要求对焊接进行综合性选择。二氧化碳气体保护法是最常见的一种气体保护焊接法，二氧化碳气体抗冷冽能力强，保证焊接工作的顺利进行，有着熔渣少甚至没有、熔池的能见度好等各种优势。在开始焊接时还必须要准备好其他焊接所需要的材料，比如说对控制焊接材料、材料的复验、焊道清理等的选择，为了保证焊接工作的质量，就必须做好这些前期准备工作才行。
4.3焊接工作实施
4.3.1焊接气体的选择
我们以使用角焊缝及V形焊缝为例，而且各种接头焊接方式还比较多，接头种类有很多比如T型接头、角接接头、对接接头还有搭接接头等等，在焊接时必须要依据支架结构件的特征、对焊缝强度的要求以及焊缝形式等来选择用哪种方式进行焊接，为了降低焊接过程中出现到处飞溅的危险，一般会采用混合性气体做保护，有大量的氩气和少量的二氧化碳混合而成，同时，还能改善焊接结构件的成形，控制熔深等，大大提高了液压支架结构件的焊接质量[4]。
4.3.2焊接材料以及焊接设备的选择
焊接材料中的母材强度以及焊缝处要用到什么样的金属，都是焊材的选择工作中非常重要的一项，因为如果选择不想符合的材料的话，就会出现焊接的变形或者根本无法焊接，也有可能出现其他一些损害，因此对于材料的选择一定要慎之又慎。全面考量焊接工艺的各项条件和标准，一定要保证选材的质量，才能保证焊接工作的顺利进行。
4.3.3焊接时的一些规范性要求
1）焊接前必须要进行预热。只有预热合理才能够有效控制焊接的冷却速度，从而大大降低了应力作用，减小了由于热影响而造成的淬硬马氏体的出现的几率，这样才更有助于焊接中的`氢气体能从接头逸出。2）规范性操作流程。一旦将工件完工出炉后就马上将其放置到非焊接区域中，并且还要使用石棉将刚出炉的工件盖住，而且在焊接时必须要连续进行不能有中断行为，还要注意焊接时的温度控制：如果温度没有达到150~180℃，万万不能开始焊接，温度条件不具备，而且在焊接过程中还要一直注意温度必须要控制在80~175℃之间；要保证温度处于100~175℃的范围内时才能开始焊接盖板，而且板材间的温度绝对不能高于200℃，温度控制不当会影响整个焊接工作的质量，适当的时候还要停止焊接。3）焊接工艺的一些电压电流参数设置。焊接过程中，电流不能超出280～350A的范围值，同时电压也不能超出34~38V的范围值，焊接的速度必须保持在180～480mm/min范围之间[5]。
4.4焊接后的热处理应力
焊接后要进行热处理，主要是为了消除在焊接过程中产生的内应力，以确保支架结构件的稳定性，增强支架构件的抗应力腐蚀程度，热处理还能改变支架构件接头力学以及相关组织的性能，提高焊接质量并且增强其稳定性及安全性。在热处理过程中，温度一定要高于合金钢回火时的温度，而且，必须要在焊接材料的温度降到50℃以下的时候才能开始进行热处理，否则就会出现回火脆性的情况发生。
5结语
随着煤矿企业的发展，煤矿生产也越来越注重质量和安全保障，而液压支架结构件的焊接直接关系到企业生产的正常运行。只有做好支架结构件的焊接工作才能保证支架结构件的质量，保证企业的良性发展。
参考文献
[1]陈卫海，董晓英，韩刚，等.液压支架顶梁体结构件整体盖面焊接工艺的研究[J].起重运输机械，2017（1）：99-101.
[2]厉华.液压支架结构件焊接工艺研究[J].同煤科技，2014（1）：24-28.
[3]张新民，史新恩.液压支架结构件焊接工艺[J].金属加工（热加工），2013（24）：42-43.
[4]高建文.井下液压支架结构件焊接工艺研究[J].科技传播，2013（11）：162.
[5]张亚鹏.煤矿液压支架结构件焊接工艺研究[J].科技创业家，2013（6）：82.
1基于最大应力约束的强度可靠性优化设计
1.1优化变量设定
在对液压支架掩护梁结构进行优化的阶段中，液压支架中的主要参数以及空间尺寸已经基本完成设计，为恒定状态。因此，设计变量可以选取支架主要部件所对应的钢板厚度，同时可在有限元优化中对其初始值进行定义。假定对于液压支架掩护梁而言，3个板厚分别定义为T1，T2，T3，均为设计变量，T1取值为25.0mm，为掩护梁竖筋板板厚，T2取值为25.0mm，为掩护梁上顶板板厚，T3取值为25.0mm，为掩护梁下腹板板厚。该状态下掩护梁整体质量为3345.0g。
1.2有限元优化分析
在有限元分析过程当中，选择掩护梁受力条件最为恶劣的偏载工况作为加载方式。在此工况下，整个液压支架的实验高度取值为2400.0mm。应力极限值在460.0MPa范围内，因此可设定掩护梁重量最小作为强度可靠性优化设计的基本目标。同时，遵循现行国家标准，将设计变量的增长步长设置为5.0mm。同时，对于液压支架而言，厚度在15.0mm以下的`板材较为单薄，与液压支架其他组件结构无法相互配合，因此缺乏实际意义，故而在可靠性优化设计分析中，按照下表方式选择板厚，计算相应的组合方案。
1.3有限元优化结果分析
根据在不同组合方案下得到的数据分析来看，按照表1所取值IDE各种板厚组合方案均能够满足液压支架掩护梁结构强度可靠性优化设计中“掩护梁最大受力不超过屈服极限水平”的要求。在此状态下，在液压支架重量取最小值时，板材厚度T1，T2，T3均取值为20.0mm，与之相对应的探测点1应力水平为398.9MPa，探测点2应力水平为413.7MPa，可以满足应力标准要求，对应的液压支架掩护梁质量水平为2992.29kg。
2基于疲劳寿命约束的强度可靠性优化设计
由于在现行国家标准《煤矿用液压支架第一部分（通用技术条件）》中，已经针对液压支架疲劳强度实验方法与结果提出了严格要求，因此在液压支架实验中仅需要满足要求即可，无需过分追求较大的疲劳寿命水平。从这一角度上来说，在对液压支架强度可靠性进行优化分析的过程中，不需要单独将液压支架疲劳寿命作为优化目标，将其满足循环寿命作为可靠性优化中的约束条件之一。从这一角度上来说，对于液压支架掩护梁而言，基于疲劳寿命约束的强度可靠性优化设计可以从如下角度进行分析
2.1设定负载水平
在现行国家标准《煤矿用液压支架第一部分（通用技术条件）》中，耐久性试验规范中要求采取内加载方式进行循环加载，加载压力交替设置为1.05*额定工作压力以及0.25*额定工作压力。加载周期按照规范标准，设定为20000次。
2.2有限元优化分析
有限元分析过程当中，结构材料为Q460，弹性模量取值为210000.0MPa，密度标准值为7.85kg/m3，泊松比取值为0.3，结构屈服强度取值为460.0MPa。根据结构优化分析数据表，可在满足所设定疲劳寿命（即加载周期20000次）的条件下，最优方案为板材厚度T1，T2，T3分别取值为20.0mm，20.0mm，以及25.0mm，与之相对应的探测点1寿命水平为3.2*104，探测点2寿命水平为2.6*104。
3可靠性优化设计结果分析
根据以上分析数据，在最终确定可靠性优化设计方案的过程中，可以首先考虑适当减小T1板材厚度，然后可对T2板材厚度进行调整，最后是对T3板材厚度的控制。根据有限元分析结果，在满足液压支架掩护梁疲劳寿命以及应力水平基本要求的前提下，可先选几组性能较好的数据作为优选方案，展开进一步分析。备选数据方案如下表所示。
4结束语
对以上各个方案的可靠性优化结果进行对比分析：其中，对于A方案而言，在该组合下，液压支架掩护梁质量减小比例最大，虽然疲劳寿命有一定程度上的下降，但仍然能够满足所设定疲劳寿命（即加载周期20000次）的基本要求，同时应力变化较小。对于B方案以及C方案而言，虽然疲劳寿命取值有一定程度上的提高趋势，但同时应力值也对应下降，液压支架掩护梁质量减小状态不理想。对比A方案，D方案虽然能够使液压支架掩护梁的整体重量得到控制，但液压支架掩护梁的应力水平以及疲劳寿命改善效果均不理想。E方案虽然能够增大疲劳寿命，但也同时降低了最大应力水平，导致液压支架掩护梁质量与优化前差异不明显。故而，最终选择A方案作为可靠性优化方案。
