底座

液压支架的一个部件

底座是液压支架的一个部件，它直接与底板接触，把支架的支撑力传递到底板。

优化研究

引言

液压支架设计前需要对其进行总体设计，设计内容主要为结构形式的选择、支架尺寸的设计、参数合理性的确定及一系列控制系统的调配。板式液压支架总体设计的合理性程度决定该支架的工作特性和稳定性，在设计时要对支架的使用场合及适用条件等因素进行综合研究。板式液压支架在设计完成后还需要进行强度和稳定性校验，支架顶梁是支架的主要承载构件，重要性不言而喻，而支架底座主要起支撑支架及承担底板载荷的功能，为了最大程度地提升支架的经济性能，本文采用多目标优化方式对板式液压支架的底座进行尺寸优化研究。

多目标优化方式简介

对目标函数进行最优化求解是当前各个领域研究问题的主要方法之一，针对支架底座的尺寸这一目标进行优化时，需要考虑应力、变形和强度等多个因素，故优化方式为多目标优化。多目标优化方式主要包括协调曲线法和设计分析法两种：

a）协调曲线法。

在设计范围内找到所研究目标函数的约束面和等势线及二者间的协调关系，通过该协调关系绘制协调曲线，在一定的准则控制下求得目标函数的最优解；

b）设计分析法。

基于所有的约束条件寻找目标函数的最优解，然后根据设计准则对最优解进行合理协调，使之符合设计准则的要求，这也就找到了最佳的协调关系。通过 ANSYS 有限元软件可以求解得到不同工况条件下研究目标具体参数与设计变量之间的关系，然后对研究目标的影响因素及各个因素的影响程度进行灵敏度计算，从而得到研究目标的最优解。

目标优化前处理

在矿井工作面开采过程中板式液压支架的受力情况较为复杂，在不同的推进距离下受载形式也各不相同，故本文进行尺寸优化分析时应该基于对支架稳定性影响最为显著的受载方式进行研究。根据板式液压支架的底座结构和形貌，结合大量现场实际经验可知，当底座两端受集中应力作用或扭转荷载作用下底座发生失稳的概率最高，故基于对这两种工况条件下板式液压支架底座进行尺寸优化不同工况条件下支架底座模型建好后需要确定优化参数，主要设置参数包括变量、目标函数的形式及边界约束形式。

1、板式液压支架底座的设计材料是固定的，通过优化底座尺寸一方面可以节省设计材料，另一方面相当于减轻了支架质量，提高了支架随工作面推进的运移速率，支架底座的主要构成部件底板、横筋板、竖筋板、插槽钢及盖板都需要具体的设计；

2、进行板式液压支架底座尺寸优化时需要考虑的目标函数包括：

（1）底座强度需求，要求底座在不同工况条件下的集中应力保持在极限强度以下；

（2）满足刚度的要求下，底座各部位的变形量要控制在较低水平；

（3）尽可能降低支架重量；

3、支架底板的厚度应该保持在一定范围内，当底板厚度过小时，则底座的强度较低，容易在较大载荷作用下发生塑性屈服，而当底板厚度过大时，则底座的韧性和焊接稳定性较低，同样不利于支架的稳定工作结语板式液压支架在设计完成后还需要进行强度和稳定性校验，支架底座主要起支撑支架及承担底板载荷的功能，为了最大程度地提升支架的经济性能，采用多目标优化方式对板式液压支架的底座进行尺寸优化研究，主要结论如下：

1）在尺寸优化研究时，需要根据支架底座目标点的位置分布情况判别设计参数的合理性，只有目标点中的可行点和不可行点均存在，初始设计参数才证明是合理的；

2）支架底座尺寸优化后的具体参数值为：底板厚28mm、竖筋板厚25mm、横筋板厚28mm、盖板厚33mm及插槽钢厚25mm，该优化方案使底座重量减轻590kg，对该方案的合理性进行数值模拟验证，发现支架底座应力和变形均保持在较低水平，说明该优化结果合理有效。

施工方案

更换底座绝缘子现场施工

扬州台的120m发射塔通过专业技术人员查看，查阅图纸又经过现场测试，计算铁塔自重，测试拉绳拉线拉力计算处各条拉绳拉力的垂直分力和各拉绳上重力载荷沿弦分量的垂直力，计算得出绝缘子底座承受的综合轴向压力约170吨（未计风压影响）, 在更换底座绝缘子时，要将几十吨或几百吨的高大支起来，这是非常艰难的工作，更换桅杆底座绝缘子的程序及要求，必须严格执行中华人民共和国广播电影电视行业标准 GY/T178-2001《中、短波天馈线运行维护规程》中明确的规定和要求的程序施工，此种更换底座工程不能缺少专业工具，也不能缺少专业的施工队伍。承担扬州台120米发射塔更换底座绝缘子的北京中广广播电视工程有限公司对工程非常重视，安排多名有经验的人员到场并制定了详细分三步走的施工方案，现象完全按照方案执行施工。

设备进场安装后拆除顶塔及最高层拉绳

设备进场安装主要工作有利用塔体安装上下吊篮，安装拆塔的移动升降扒竿，加装高层临时拉线临时拉线等，但上塔前必须严格检查铁塔及附属设备的坚固情况，如拉绳与拉线、铁塔及地矛的连接点情况和垂直度检测，在最高层拉线外，使用两台经纬仪，互成90°角方向，对他进行垂直扫描，扫描自上而下，拉绳节位置垂直度要求1/1500，局部 1/750内，超标需调整。

按照方案，为减轻塔身重量需要拆除上部几节铁塔并拆除最高层的拉绳拉线。在现象拆除上部几节铁塔中非常不顺利，一是高空作业，施工不方便，二是铁塔使用了二十多年，铁锈和油漆融合一体，连接固定塔节的法兰螺栓螺丝生锈，无法松扣，手动电动扳手都无济于事，不得不采用每个切割，三是天空时不时还来场雨，原定工期的一半都花在了拆塔拆绳，幸亏拆几节塔没有采用全部拆方案。

更换底座前期准备工作

拆塔拆绳后进入更换底座前期准备工作，主要做这些方面的事。

（1）重新进行计算铁塔自身及相关拉线垂直力数据的测试收集，总重量控制在 120吨左右，最高层拉绳自身和拉力都是最重最大的，对底座轴向产生的垂直分力和拉绳上重力载荷沿弦分量的垂直力也是最大，高层拉绳拆除有效减轻发射塔的自重，更换前2~3层拉线拉绳再松扣，重力载荷沿弦分量的垂直力进一步减小；

（2）选择千斤顶，综合计算数据，选取铁塔相对于底座绝缘子的综合压力的二倍的安全系数，可选择2台100吨千斤顶，核准千斤顶的支撑点，测量底座高度，扩建底座平台便于摆放移动新底座，搭建千斤顶整木支撑架；

（3）放置千斤顶，合理选择千斤顶放置点及与夹具塔间距离，要注意木块摆放的稳定度及千斤顶的水平垂直度；

（4）打好临时拉线，在离桅杆底部 3m~4m 高的地方安装一层临时拉线，临时拉线钢丝绳直径不得小于第一层永久拉线的直径，临时拉线地矛距离铁塔底部基础约5m到6m。由于铁塔本身的不稳定因素及各方拉绳的作用力，在加上风力作用的结果，在更换铁塔绝缘子底座时，在顶起和落下过程中，铁塔底座多多少少会出现一定的纵向位移，为使铁塔安全正确归位，就必须在铁塔归位的过程中适当调整铁塔底线临时拉线，使万象顶贴面凹面配合到位。

（5）对新底座绝缘子进行最后的检查，并运送到底座移动平台。

底座绝缘子现场更换施工

底座更换必须天气晴好，风力在四级以下，应按下列程序进行：

（1）指定现场指挥和各工作点人员，由指挥员介绍本铁塔底座绝缘子更换程序流程及施工中应注意的几个问题，可能出现情况的应急预案，检查专用的顶塔设备和工具，清理各部位需要物品是否到位，确认安全可靠后才能进场施工。

（2）指挥员通知三方向（2和3层拉线地矛处）同时放松拉线3~5扣，及时向指挥员报告经纬仪观察发现的铁塔的垂直度及局部弯曲程度的变化情况，听从指挥员口令调整。

（3）指挥员同步通知有关人员调整操作，双方千斤顶同时用了，节奏保持一致顶升，当将塔体顶起 5mm 后，观察铁塔的垂直度，局部弯曲程度的变化，若在允许范围再放拉线，再将塔身顶起10mm，这样往返几次，直到能把绝缘子刚好撤出的高度，等候观察1小时后，发现天气有变有风，存在不安全因素，于是停工直到第二天天气放晴，检查证实无异常现象后，可进行更换底座绝缘子的工作。

（4）继续用千斤顶顶塔到底座绝缘子与塔底脱离，塔底中间的定位销与底座要分离，顶起的塔底节中心位移不得大于2mm，等候观察20分钟，一切正常后将绝缘子下放短钢管旧绝缘子撤出，放正绝缘子校正垂直度，新更换底座绝缘子中心位移也不得大于2mm，有偏移可调整塔底临时拉线到位，然后分几次缓慢将塔体落下并结合承载力考验逐步归位。

（5）对新换底座绝缘子应进行承载能力的考验，千斤顶保持一定的顶升力，校正桅杆的垂直度，此后几日安排人员上塔重新安装拆除下的几节塔，吊装最高层拉绳，安装完毕，观察铁塔的垂直度，局部弯曲程度的变化应无异样后，再缓慢将千斤顶收回，塔体落下归位，继续观察一般不得少于1天，直到确认一切正常，拆除顶塔设备，重新处理校正桅杆的垂直度，调整在拉线钢丝绳的初拉力，封好拉绳花篮螺丝，至此现场更换工作结束。

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