底座

液壓支架的一個部件，它直接與底板接觸，把支架的支撐力傳遞到底板。

基本介紹

• 中文名：底座
• 外文名： pedestal

板式液壓支架底座尺寸最佳化研究

引言

液壓支架設計前需要對其進行總體設計，設計內容主要為結構形式的選擇、支架尺寸的設計、參數合理性的確定及一系列控制系統的調配。板式液壓支架總體設計的合理性程度決定該支架的工作特性和穩定性，在設計時要對支架的使用場合及適用條件等因素進行綜合研究。板式液壓支架在設計完成後還需要進行強度和穩定性校驗，支架頂梁是支架的主要承載構件，重要性不言而喻，而支架底座主要起支撐支架及承擔底板載荷的功能，為了最大程度地提升支架的經濟性能，本文採用多目標最佳化方式對板式液壓支架的底座進行尺寸最佳化研究。

多目標最佳化方式簡介

對目標函式進行最最佳化求解是當前各個領域研究問題的主要方法之一，針對支架底座的尺寸這一目標進行最佳化時，需要考慮應力、變形和強度等多個因素，故最佳化方式為多目標最佳化。多目標最佳化方式主要包括協調曲線法和設計分析法兩種：

a） 協調曲線法。

在設計範圍內找到所研究目標函式的約束面和等勢線及二者間的協調關係，通過該協調關係繪製協調曲線，在一定的準則控制下求得目標函式的最優解；

b） 設計分析法。

基於所有的約束條件尋找目標函式的最優解，然後根據設計準則對最優解進行合理協調，使之符合設計準則的要求，這也就找到了最佳的協調關係。通過 ANSYS 有限元軟體可以求解得到不同工況條件下研究目標具體參數與設計變數之間的關係，然後對研究目標的影響因素及各個因素的影響程度進行靈敏度計算，從而得到研究目標的最優解。

目標最佳化前處理

在礦井工作面開採過程中板式液壓支架的受力情況較為複雜，在不同的推進距離下受載形式也各不相同，故本文進行尺寸最佳化分析時應該基於對支架穩定性影響最為顯著的受載方式進行研究。根據板式液壓支架的底座結構和形貌，結合大量現場實際經驗可知，當底座兩端受集中應力作用或扭轉荷載作用下底座發生失穩的機率最高，故基於對這兩種工況條件下板式液壓支架底座進行尺寸最佳化不同工況條件下支架底座模型建好後需要確定最佳化參數，主要設定參數包括變數、目標函式的形式及邊界約束形式。

1、板式液壓支架底座的設計材料是固定的，通過最佳化底座尺寸一方面可以節省設計材料，另一方面相當於減輕了支架質量，提高了支架隨工作面推進的運移速率，支架底座的主要構成部件底板、橫筋板、豎筋板、插槽鋼及蓋板都需要具體的設計；

2、進行板式液壓支架底座尺寸最佳化時需要考慮的目標函式包括：

（1）底座強度需求，要求底座在不同工況條件下的集中應力保持在極限強度以下；

（2）滿足剛度的要求下，底座各部位的變形量要控制在較低水平；

（3）儘可能降低支架重量；

3、支架底板的厚度應該保持在一定範圍內，當底板厚度過小時，則底座的強度較低，容易在較大載荷作用下發生塑性屈服，而當底板厚度過大時，則底座的韌性和焊接穩定性較低，同樣不利於支架的穩定工作結語板式液壓支架在設計完成後還需要進行強度和穩定性校驗，支架底座主要起支撐支架及承擔底板載荷的功能，為了最大程度地提升支架的經濟性能，採用多目標最佳化方式對板式液壓支架的底座進行尺寸最佳化研究，主要結論如下：

1） 在尺寸最佳化研究時，需要根據支架底座目標點的位置分布情況判別設計參數的合理性，只有目標點中的可行點和不可行點均存在，初始設計參數才證明是合理的；

2） 支架底座尺寸最佳化後的具體參數值為：底板厚28mm、豎筋板厚25mm、橫筋板厚28mm、蓋板厚33mm及插槽鋼厚25mm，該最佳化方案使底座重量減輕590kg，對該方案的合理性進行數值模擬驗證，發現支架底座應力和變形均保持在較低水平，說明該最佳化結果合理有效。

中波發射塔底座更換施工方案

更換底座絕緣子現場施工

揚州台的120m發射塔通過專業技術人員查看，查閱圖紙又經過現場測試，計算鐵塔自重，測試拉繩拉線拉力計算處各條拉繩拉力的垂直分力和各拉繩上重力載荷沿弦分量的垂直力，計算得出絕緣子底座承受的綜合軸向壓力約170噸（未計風壓影響）, 在更換底座絕緣子時，要將幾十噸或幾百噸的高大支起來，這是非常艱難的工作，更換桅桿底座絕緣子的程式及要求，必須嚴格執行中華人民共和國廣播電影電視行業標準 GY/T178-2001《中、短波天饋線運行維護規程》中明確的規定和要求的程式施工，此種更換底座工程不能缺少專業工具，也不能缺少專業的施工隊伍。承擔揚州台120米發射塔更換底座絕緣子的北京中廣廣播電視工程有限公司對工程非常重視，安排多名有經驗的人員到場並制定了詳細分三步走的施工方案，現象完全按照方案執行施工。

設備進場安裝後拆除頂塔及最高層拉繩

設備進場安裝主要工作有利用塔體安裝上下吊籃，安裝拆塔的移動升降扒竿，加裝高層臨時拉線臨時拉線等，但上塔前必須嚴格檢查鐵塔及附屬設備的堅固情況，如拉繩與拉線、鐵塔及地矛的連線點情況和垂直度檢測，在最高層拉線外，使用兩台經緯儀，互成90°角方向，對他進行垂直掃描，掃描自上而下，拉繩節位置垂直度要求1/1500，局部 1/750內，超標需調整。

按照方案，為減輕塔身重量需要拆除上部幾節鐵塔並拆除最高層的拉繩拉線。在現象拆除上部幾節鐵塔中非常不順利，一是高空作業，施工不方便，二是鐵塔使用了二十多年，鐵鏽和油漆融合一體，連線固定塔節的法蘭螺栓螺絲生鏽，無法松扣，手動電動扳手都無濟於事，不得不採用每個切割，三是天空時不時還來場雨，原定工期的一半都花在了拆塔拆繩，幸虧拆幾節塔沒有採用全部拆方案。

更換底座前期準備工作

拆塔拆繩後進入更換底座前期準備工作，主要做這些方面的事。

（1）重新進行計算鐵塔自身及相關拉線垂直力數據的測試收集，總重量控制在 120噸左右，最高層拉繩自身和拉力都是最重最大的，對底座軸向產生的垂直分力和拉繩上重力載荷沿弦分量的垂直力也是最大，高層拉繩拆除有效減輕發射塔的自重，更換前2~3層拉線拉繩再松扣，重力載荷沿弦分量的垂直力進一步減小；

（2）選擇千斤頂，綜合計算數據，選取鐵塔相對於底座絕緣子的綜合壓力的二倍的安全係數，可選擇2台100噸千斤頂，核准千斤頂的支撐點，測量底座高度，擴建底座平台便於擺放移動新底座，搭建千斤頂整木支撐架；

（3） 放置千斤頂，合理選擇千斤頂放置點及與夾具塔間距離，要注意木塊擺放的穩定度及千斤頂的水平垂直度；

（4）打好臨時拉線，在離桅桿底部 3m~4m 高的地方安裝一層臨時拉線，臨時拉線鋼絲繩直徑不得小於第一層永久拉線的直徑，臨時拉線地矛距離鐵塔底部基礎約5m到6m。由於鐵塔本身的不穩定因素及各方拉繩的作用力，在加上風力作用的結果，在更換鐵塔絕緣子底座時，在頂起和落下過程中，鐵塔底座多多少少會出現一定的縱向位移，為使鐵塔安全正確歸位，就必須在鐵塔歸位的過程中適當調整鐵塔底線臨時拉線，使萬象頂貼面凹面配合到位。

（5）對新底座絕緣子進行最後的檢查，並運送到底座移動平台。

底座絕緣子現場更換施工

底座更換必須天氣晴好，風力在四級以下，應按下列程式進行 ：

（1）指定現場指揮和各工作點人員，由指揮員介紹本鐵塔底座絕緣子更換程式流程及施工中應注意的幾個問題，可能出現情況的應急預案，檢查專用的頂塔設備和工具，清理各部位需要物品是否到位，確認安全可靠後才能進場施工。

（2）指揮員通知三方向（2和3層拉線地矛處）同時放鬆拉線3~5扣，及時向指揮員報告經緯儀觀察發現的鐵塔的垂直度及局部彎曲程度的變化情況，聽從指揮員口令調整。

（3）指揮員同步通知有關人員調整操作，雙方千斤頂同時用了，節奏保持一致頂升，當將塔體頂起 5mm 後，觀察鐵塔的垂直度，局部彎曲程度的變化，若在允許範圍再放拉線，再將塔身頂起10mm，這樣往返幾次 ，直到能把絕緣子剛好撤出的高度，等候觀察1小時後，發現天氣有變有風，存在不安全因素，於是停工直到第二天天氣放晴，檢查證實無異常現象後，可進行更換底座絕緣子的工作。

（4）繼續用千斤頂頂塔到底座絕緣子與塔底脫離，塔底中間的定位銷與底座要分離，頂起的塔底節中心位移不得大於2mm，等候觀察20分鐘，一切正常後將絕緣子下放短鋼管舊絕緣子撤出，放正絕緣子校正垂直度，新更換底座絕緣子中心位移也不得大於2mm，有偏移可調整塔底臨時拉線到位，然後分幾次緩慢將塔體落下並結合承載力考驗逐步歸位。

（5）對新換底座絕緣子應進行承載能力的考驗，千斤頂保持一定的頂升力，校正桅桿的垂直度，此後幾日安排人員上塔重新安裝拆除下的幾節塔，吊裝最高層拉繩，安裝完畢，觀察鐵塔的垂直度，局部彎曲程度的變化應無異樣後，再緩慢將千斤頂收回，塔體落下歸位，繼續觀察一般不得少於1天，直到確認一切正常，拆除頂塔設備，重新處理校正桅桿的垂直度，調整在拉線鋼絲繩的初拉力，封好拉繩花籃螺絲，至此現場更換工作結束。