ZY90002545掩護(hù)式液壓支架設(shè)計(jì)【全套圖紙三維】 .doc

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1、 中國礦業(yè)大學(xué)2009屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 119 頁 1 液壓支架簡介 1.1 液壓支架的用途 在采煤工作面的煤炭生產(chǎn)過程中，為了防止頂板冒落，維持一定的工作空間，保證工人安全和各項(xiàng)作業(yè)正常進(jìn)行，必須對(duì)頂板進(jìn)行支護(hù)。而液壓支架是一高壓液體作為動(dòng)力，由液壓元件與金屬構(gòu)件組成的支護(hù)和控制頂板的設(shè)備，它能實(shí)現(xiàn)支撐、切頂、移架和推移輸送機(jī)等一整套工序。實(shí)踐表明液壓支架具有支護(hù)性能好、強(qiáng)度高、移架速度快、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。液壓支架與可彎曲輸送機(jī)和采煤機(jī)組成綜合機(jī)械化采煤設(shè)備，它的應(yīng)用對(duì)增加采煤工作面產(chǎn)量、提高勞動(dòng)

2、生產(chǎn)率、降低成本、減輕工人的體力勞動(dòng)和保證安全生產(chǎn)是不可缺少的有效措施。因此，液壓支架是技術(shù)上先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上合理、安全上可靠，是實(shí)現(xiàn)采煤綜合機(jī)械化和自動(dòng)化不可缺少的主要設(shè)備。 全套圖紙，加153893706 1.2 液壓支架的組成及分類 1.2.1 液壓支架的組成 液壓支架由以下六個(gè)主要部分組成： 頂梁、底座、立柱、掩護(hù)梁、活動(dòng)側(cè)護(hù)板、推移機(jī)構(gòu)、操縱控制系統(tǒng) 1. 頂梁 用途： a、用于支撐維護(hù)控頂區(qū)的頂板； b、承受頂板的壓力； c、．將頂板載荷通過立柱、掩護(hù)梁、前后連桿經(jīng)底座傳到底板。 要求： a、頂梁應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，即使在接觸應(yīng)力分布不均勻的情況下也不致被壓

3、壞； b、頂梁應(yīng)有足夠的剛度，以承受扭力； c、頂梁對(duì)頂板的覆蓋率高； d、頂梁能適應(yīng)頂板的起伏變化。 2. 底座 用途： a、為支架的其他結(jié)構(gòu)件和工作機(jī)構(gòu)提供安設(shè)的基礎(chǔ)； b、與前后連桿和掩護(hù)梁一起組成四連桿機(jī)構(gòu)； c、將立柱和前后連桿傳遞的頂板壓力傳遞給底板。 要求： a、底座應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度； b、底座對(duì)底板的起伏變化適應(yīng)性好； c、底座與底板的接觸面積大，以減小底座對(duì)底板的接觸比壓，避免支架陷入底板； d、底座應(yīng)有足夠的地方來安設(shè)立柱、推移裝置以及液壓控制裝置； e、底座要能把落入支架內(nèi)的碎矸排棄到采空區(qū)中。 3. 立柱 用途： a、支撐頂梁，承

4、受載荷的作用； b、調(diào)節(jié)支架的高度，使支架的高度滿足工作面的要求； c、立柱設(shè)置有大流量安全閥，以避免頂板沖擊壓力造成支架過載較大。 4. 掩護(hù)梁 用途： a．掩護(hù)梁承受頂梁部分載荷和掩護(hù)梁背部載荷并通過前后連桿傳遞給底座； b．掩護(hù)梁承受對(duì)支架的水平作用力及偏載扭矩； c．掩護(hù)梁和頂梁（包括活動(dòng)側(cè)護(hù)板）一起 ，構(gòu)成了支架完善的支撐和掩護(hù)體，完善了支架的掩護(hù)和擋矸能力。 5. 活動(dòng)側(cè)護(hù)板 用途： a、消除相鄰支架掩護(hù)梁和頂梁之間的架間間隙，防止冒落的矸石進(jìn)入支護(hù)空間； b、作為支架移架過程中的導(dǎo)向板； c、防止支架降落后傾倒； d、調(diào)整支架的間距。 6. 推移機(jī)

5、構(gòu) 前后連桿是四連桿機(jī)構(gòu)中重要的運(yùn)動(dòng)和承載部件，與掩護(hù)梁和底座的一部分共同組成四連桿機(jī)構(gòu)，使支架能承受圍巖載荷、水平作用力和保持穩(wěn)定。其四連桿機(jī)構(gòu)的作用： a、通過四連桿機(jī)構(gòu)，使支架頂梁端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡呈近似雙紐線，從而使用使支架前端頭離煤距離大大減小，提高了管理頂板性能； b、能承受較大的水平力。 7. 操縱控制系統(tǒng) 液壓支架由不同數(shù)量的立柱和千斤頂組成，采用不同的操縱閥以實(shí)現(xiàn)升柱、降柱、移架、推溜等動(dòng)作。雖然支架的液壓缸（立柱和千斤頂）種類、數(shù)量很多，但其液壓系統(tǒng)都是采用多執(zhí)行元件的并聯(lián)系統(tǒng)。 對(duì)于液壓支架的操縱控制系統(tǒng)傳動(dòng)裝置，應(yīng)具有以下基本要求：采用結(jié)構(gòu)比較簡單，設(shè)備外形尺寸

6、小，能遠(yuǎn)距離的傳送大的能量；能承受較大載荷；沒有復(fù)雜的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；在爆炸危險(xiǎn)和含塵的空氣里保證安全工作；動(dòng)作迅速；操作調(diào)節(jié)簡單；過載及損壞保護(hù)簡單。 1.2.2 液壓支架的分類 液壓支架按結(jié)構(gòu)形式劃分，可分為支撐式、掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式三類。 1、支撐式支架 支撐式支架利用立柱與頂梁直接支撐和控制工作面的頂板。其特點(diǎn)是：立柱多，支撐力大，切頂性能好；頂梁長，通風(fēng)斷面大，適用于中等穩(wěn)定以上的頂板。 支撐式支架有垛式和節(jié)式之分。 （1）節(jié)式 節(jié)式支架由2～4個(gè)框架組成，用導(dǎo)向機(jī)構(gòu)互相聯(lián)系，交替前進(jìn)， （2）垛式 整個(gè)支架為一整體結(jié)構(gòu)，整體移動(dòng)，通常有4～6根立柱，可以支撐堅(jiān)硬與極堅(jiān)硬

7、的頂板。 2、掩護(hù)式支架 掩護(hù)式支架利用立柱、短頂梁支撐頂板，利用掩護(hù)梁來防止巖石落入工作面。其特點(diǎn)是：立柱少，切頂能力弱；頂梁短，控頂距??；由前后連桿和底座鉸接構(gòu)成的四連桿機(jī)構(gòu)使抗水平力的能力增強(qiáng)，立柱不受橫向力；而且使板前端的運(yùn)動(dòng)軌跡為近似平行于煤壁的雙紐線，梁端距變化小；架間通過側(cè)護(hù)板密封，掩護(hù)性能好；調(diào)高范圍大，適用于松散破碎的不穩(wěn)定或中等穩(wěn)定的頂板。 3、支撐掩護(hù)式支架 支撐掩護(hù)式支架具有支撐式的頂梁和掩護(hù)式的掩護(hù)梁，它兼有切頂性能和防護(hù)作用，適于壓力較大、易于冒落的中等穩(wěn)定或穩(wěn)定的頂板。 根據(jù)使用條件，支撐掩護(hù)式支架的前、后排立柱可前傾或后傾，傾角大小也可不同。前、后立柱

8、交叉布置的支架適用于薄煤層。 1.3 液壓支架的工作原理 液壓支架在工作過程中，必須具備升、降、推、移四個(gè)基本動(dòng)作，這些動(dòng)作是利用泵站供給的高壓乳化液通過工作性質(zhì)不同的幾個(gè)液壓缸來完成的。如圖所示：每架支架的液壓管路都與工作面主管路并聯(lián)，形成各自獨(dú)立的液壓系統(tǒng)，如圖1-1所示，其中液控單向閥和安全閥設(shè)在架內(nèi)，操縱閥可設(shè)在本架或鄰架內(nèi)，前者為本架操作，后者為鄰架操作。 圖1-1 液壓支架工作原理圖 1-頂梁；2-立柱；3-底座；4-推移千斤頂；5-安全閥；6-液控單向閥； 7、8-操縱閥；9-輸送機(jī)；10-乳化液泵；11-主供液管；12-主回

9、液管 1.3.1 支架升降 支架的升降依靠立柱2的伸縮來實(shí)現(xiàn)，其工作過程如下： 1、初撐 如圖1-1所示，操縱閥8處于升柱位置，由泵站輸送來的高壓液體經(jīng)液控單向閥6進(jìn)入立柱的下腔，同時(shí)立柱的上腔排液，于是活柱和頂梁升起，支撐頂板。當(dāng)頂梁接觸頂板，立柱下腔的壓力達(dá)到泵站的工作壓力后，操縱閥置于中位，液控單向閥6關(guān)閉，從而立柱下腔液體被封閉，這就是支架的初撐階段。 2、承載 支架初撐后，進(jìn)入承載階段。隨著頂板的緩慢下沉，頂板對(duì)支架的壓力不斷增加，立柱下腔被封閉的液體壓力將隨之迅速升高，液壓支架受到彈性壓縮，并由于立柱缸壁的彈性變形而使缸徑產(chǎn)生彈性擴(kuò)張，這一過程就是支架的增阻過程。當(dāng)下腔

10、液體的壓力超過安全閥5的動(dòng)作壓力時(shí)，高壓液體經(jīng)安全閥5瀉出，立柱下縮，直至立柱下腔的液體壓力小于安全閥的動(dòng)作壓力時(shí)，安全閥關(guān)閉，停止泄液，從而使立柱工作阻力保持恒定，這就是恒阻過程。此時(shí)，支架對(duì)頂板的支撐力稱為工作阻力，它是由支架安全閥的調(diào)定壓力決定的。 3、卸載 當(dāng)操縱閥8處于降架位置時(shí)，高壓液體進(jìn)入立柱的上腔，同時(shí)打開液控單向閥6，立柱下腔排液，于是立柱卸載下降。 圖1-2 液壓支架工作特性曲線 由以上分析可以看出，支架工作時(shí)的支撐力變化可分為三個(gè)階段，如圖1-2，即：開始升柱至單向閥關(guān)閉時(shí)的初撐增阻階段t0，初撐后至安全閥開啟前的增阻階段t1 ，以及安全閥出現(xiàn)脈動(dòng)卸載時(shí)的恒阻

11、階段t2 ，這就是液壓支架的阻力-時(shí)間特性。它表明液壓支架在低于額定工作阻力下工作時(shí)，具有增阻性，以保證支架對(duì)頂板的有效支撐作用，在達(dá)到額定工作阻力時(shí)，具有恒阻性；為使支架恒定在此最大支撐力，又具有可縮性，即支架在保持恒定工作阻力下，能隨頂板下沉而下縮。增阻性主要取決于液控單向　立柱的密封性能，恒阻性與可縮性主要由安全閥來實(shí)現(xiàn)，因此安全閥、液控單向閥和立柱是保證支架性能的三個(gè)重要元件。 1.3.2 支架移動(dòng)和推移輸送機(jī) 支架和輸送機(jī)的前移，由底座3上的推移液壓缸4來完成。 需要移架時(shí)，先降柱卸載，然后通過操縱閥使高壓液體進(jìn)入推移液壓缸4的活塞桿腔，活塞腔回液，以輸送機(jī)為支點(diǎn)，缸體前移，把

12、整個(gè)支架拉向煤壁。 需要推移輸送機(jī)時(shí)，支架支撐頂板，高壓液體進(jìn)入推移活塞缸4的活塞腔，活塞桿腔回液，以支架為支點(diǎn)，活塞桿伸出，把輸送機(jī)推向煤壁。 1.4 液壓支架的傳動(dòng)系統(tǒng) 液壓支架由不同數(shù)量的立柱和千斤頂組成，采用不同的操縱閥以實(shí)現(xiàn)升柱、降柱、移架、推溜等動(dòng)作。目前支架大都采樣容積式液壓傳動(dòng)。 對(duì)于液壓支架的傳動(dòng)裝置，應(yīng)具有以下基本要求：采用結(jié)構(gòu)比較簡單，設(shè)備外形尺寸小，能遠(yuǎn)距離的傳送大的能量；能承受較大載荷；沒有復(fù)雜的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；在爆炸危險(xiǎn)和含塵的空氣里保證安全工作；動(dòng)作迅速；操作調(diào)節(jié)簡單；過載及損壞保護(hù)簡單。 液壓支架的液壓傳動(dòng)，與其他機(jī)械的容積式液壓傳動(dòng)有很大的區(qū)別，其特點(diǎn)如下

13、： 工作液的壓力高（管路內(nèi)的壓力達(dá)20～40MPa，立柱內(nèi)的壓力達(dá)30～70MPa），流量大（30～150l/min）； 在液壓系統(tǒng)中，采用粘度低和容量大的液體為工作介質(zhì)； 液壓缸、操縱閥，其他調(diào)節(jié)和控制裝置等總的數(shù)量大（高壓泵1～6臺(tái)，液壓缸300～1500個(gè)，安全閥150～300個(gè)，還有同樣數(shù)量的液控單向閥）； 很長的液壓管路（200～300m剛性管，500～3000m高壓軟管）; 泵——液壓缸傳動(dòng)系統(tǒng)的換算彈性模數(shù)較低； 根據(jù)支架的數(shù)目改變液流的參數(shù)； 所有支架在結(jié)構(gòu)上都有著相同的液壓缸、液壓裝置以及他們之間都有相同的連接方式（相同的液壓系統(tǒng)）； 每節(jié)支架都重復(fù)著相同的工

14、序，這些工序的總和構(gòu)成液壓支架的基本工序； 為了保證系統(tǒng)具有較高的容積效率，實(shí)現(xiàn)無故障作業(yè)以及工作人員的安全，液壓系統(tǒng)的元件和部件要有好的密封性和可靠性。 1.5 液壓支架的選型原則 液壓支架的選型，其根本目的是使綜采設(shè)備適應(yīng)礦井和工作面條件，投產(chǎn)后能做到高產(chǎn)，高效、安全，并為礦井的集中生產(chǎn)、優(yōu)化管理和最佳經(jīng)濟(jì)效益提供條件，因此必須根據(jù)礦井的煤層、地質(zhì)、技術(shù)和設(shè)備條進(jìn)行選擇。 1． 液壓支架架型的選擇首先要適合于頂板條件。 2． 當(dāng)煤層厚度超過1.5m，頂板有側(cè)向推力或水平推力時(shí)，應(yīng)選用抗扭能力強(qiáng)的支架，一般不宜選用支撐式支架。 3． 當(dāng)煤層厚度達(dá)到2.5～2.8m以上時(shí)，需要選擇

15、有護(hù)幫裝置的掩護(hù)式或支撐掩護(hù)式支架。煤層厚度變化大時(shí)，應(yīng)選擇調(diào)高范圍較大的掩護(hù)式或雙伸縮立柱的支架。 4． 應(yīng)使支架對(duì)底板的比壓不超過底板允許的抗壓強(qiáng)度。在底板較軟條件下，應(yīng)選用有抬底裝置的支架或插腿掩護(hù)式支架。 5． 煤層傾角＜10時(shí)，支架可不設(shè)防倒防滑裝置；15～25時(shí)，排頭支架應(yīng)設(shè)防滑裝置，工作面中部輸送機(jī)設(shè)防滑裝置；＞25時(shí)，排頭支架應(yīng)設(shè)防倒防滑裝置，工作面中部支架設(shè)底調(diào)千斤頂，工作面中部輸送機(jī)設(shè)防滑裝置。 6． 對(duì)瓦斯涌出量大的工作面，應(yīng)符合保安規(guī)程的要求，并優(yōu)先選用通風(fēng)斷面大的支撐式或支撐掩護(hù)式支架。 7． 當(dāng)煤層為軟煤時(shí)，支架最大采高一般≤2.5m；中硬煤時(shí)，支架最大采高

16、一般≤3.5m；硬煤時(shí)，支架最大采高＜5m。 8． 在同時(shí)允許選用幾種架型時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用價(jià)格便宜的支架。 9． 斷層十分發(fā)育，煤層變化大，頂板的允許暴露面積在5～8m2，時(shí)間在20min以上時(shí)，暫不宜采用綜采。 10．特殊架型的選擇可根據(jù)特殊型支架的適用條件進(jìn)行選擇。 1.6 設(shè)計(jì)液壓支架的目的、要求和參數(shù) 1.6.1 設(shè)計(jì)目的 采用綜合機(jī)械化采煤方法是大幅度增加煤炭產(chǎn)量、提高經(jīng)濟(jì)效益的必由之路。為了滿足對(duì)煤炭日益增長的需求，必須大量生產(chǎn)綜合機(jī)械化采煤設(shè)備，迅速增加綜合機(jī)械化采煤工作面（簡稱綜采工作面）。而每個(gè)綜采工作面平均需要安裝150臺(tái)液壓支架，可見對(duì)液壓支架的需求量是很大的。

17、 由于不同采煤工作面的頂板條件、煤層厚度、煤層傾角、煤層的物理機(jī)械性質(zhì)等的不同，對(duì)液壓支架的要求也不同。為了有效地支護(hù)和控制頂板，必須設(shè)計(jì)出不同類型和不同結(jié)構(gòu)尺寸液壓支架。因此，液壓支架的設(shè)計(jì)工作是很重要的。由于液壓支架的類型很多，因此其設(shè)計(jì)工作量也是大的，由此可見，研制和開發(fā)新型液壓支架是必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。 1.6.2 設(shè)計(jì)要求 1．為了滿足采煤工藝及地質(zhì)條件的要求，液壓支架要有足夠的初撐力和工作阻力，以便有效的控制頂板，保證合理的下沉量。 2．液壓支架要有足夠的推溜力和移架力。推溜力一般為100kN左右；移架力按煤層厚度而定，薄煤層一般為100kN～150kN，中厚煤層一般為15

18、0kN至250kN，厚煤層一般為300kN～400kN。 3．防矸性能要好。 4．排矸性能要好。 5．要求液壓支架能保證采煤工作面有足夠的通風(fēng)斷面，從而保證人員呼吸、稀釋有害氣體等安全方面的要求。 6．為了操作和生產(chǎn)的需要，要有足夠?qū)挼娜诵械馈? 7．調(diào)高范圍要大，照明和通訊方便。 8．支架的穩(wěn)定性要好，底座最大比壓要小于規(guī)定值。 9．要求支架有足夠的剛度，能夠承受一定的不均勻載荷。 10．在滿足強(qiáng)度條件下，盡可能減輕支架的重量。 11．要易于拆卸，結(jié)構(gòu)簡單。 12．液壓元件要可靠。 1.6.3 設(shè)計(jì)時(shí)必須的參數(shù) 1．頂板條件 根據(jù)老頂和直接頂?shù)姆诸悾瑢?duì)支架進(jìn)行選型。

19、 2．最大和最小采高 根據(jù)最大和最小采高，確定支架的最大和最小高度，以及支架的支護(hù)強(qiáng)度。 3．瓦斯等級(jí) 根據(jù)瓦斯等級(jí)，按保安規(guī)程規(guī)定，驗(yàn)算通風(fēng)斷面。 4．底板巖性和小時(shí)涌水量 根據(jù)底板巖性和小時(shí)涌水量驗(yàn)算底板比壓。 5．工作面煤壁條件 根據(jù)工作面煤壁條件，決定是否用護(hù)幫裝置。 6．煤層傾角 根據(jù)煤層傾角，決定是夠選用防滑防倒裝置。 7．井筒罐籠尺寸 根據(jù)井筒罐籠尺寸，考慮支架的運(yùn)輸外形尺寸。 8．配套尺寸 根據(jù)配套尺寸及支護(hù)方式來計(jì)算頂梁長度。 2 液壓支架各部件尺寸的確定 2.1 液壓支架高度和伸縮比 2.1.1 支架高度的確定 支架高度的確定原則，應(yīng)根

20、據(jù)所采煤層的厚度，采區(qū)范圍內(nèi)地質(zhì)條件的變化等因素來確定： 支架的最大結(jié)構(gòu)高度 　　 支架的最小結(jié)構(gòu)高度 式中 —煤層最大高度，?。? —煤層最小高度，　； —考慮偽頂冒落的最大厚度，對(duì)于大采高支架取200～400mm，對(duì)于中厚煤層支架取200～300mm，對(duì)于薄煤層支架取100～200mm。取??； —考慮周下沉量，移架時(shí)支架的下降量和頂梁上、地板下的浮矸之和，對(duì)于大采高支架取500～900mm，對(duì)于中厚煤層支架取300～400mm，對(duì)于薄煤層支架取150～250mm。??； 　 　 　 2.1.2 支架伸縮比 支架的伸縮比是指最大與最小支架高度之比

21、： 由于液壓支架的使用壽命較長，并可能被安裝在不同采高的采煤工作面，所以，支架應(yīng)具有較大的伸縮比。在采用雙伸縮立柱時(shí)，垛式支架的伸縮比為1.9；支撐掩護(hù)式支架為2.5；掩護(hù)式支架可達(dá)3。一般范圍在1.5～2.5，由于伸縮比較大，本支架采用雙伸縮立柱。 2.2 支架間距的確定 支架間距就是指相鄰支架中心線間的距離。 支架頂梁一般裝有活動(dòng)側(cè)護(hù)板，側(cè)護(hù)板行程一般為170～200mm。當(dāng)支架中心距為1.5m時(shí)，最小寬度一般取1400～1430mm，最大寬度一般取1570～1600mm。當(dāng)支架中心距為1.75m時(shí)，最小寬度一般取1650～1680mm，最大寬度一般取1850～1880mm。當(dāng)

22、支架中心距為1.25m時(shí)，如果頂梁帶有活動(dòng)側(cè)護(hù)板，則最小寬度取1150～l180mm．最大寬度取1120～1150mm。如果頂梁不帶活動(dòng)側(cè)護(hù)板，則寬度一般取1150～l200mm。 支架間距b主要根據(jù)支架型式，但目前主要根據(jù)刮板運(yùn)輸機(jī)油槽每節(jié)長度及槽幫上千斤頂連接的位置來確定，目前我國刮板運(yùn)輸機(jī)溜槽每節(jié)長度為1.5m或1.75m,千斤頂連接位置在刮板槽中間，所以除節(jié)式和邁步式支架外，支架間距一般為1.5m。輕型支架為適應(yīng)中小煤礦工作面快速搬家的要求，中心距可采用1.25m。大采高支架為促高穩(wěn)定性中心距可采用1.75m， 但由于這次支架屬于大采高。故取b=1.75m。頂梁寬度取1640mm。

23、 2.3 底座尺寸的確定 底座是將頂板壓力傳遞到底板和穩(wěn)定支架的作用。在設(shè)計(jì)支架底座的長度時(shí)，應(yīng)考慮如下方面：支架對(duì)底板的接觸比壓要小；支架內(nèi)部應(yīng)有足夠的空間用于安裝立柱、液壓控制裝置、推移裝置和其他輔助裝置；便于人員操作和行走；保證支架的穩(wěn)定性。 通常，掩護(hù)式支架的底座長度取約3.5倍的移架步距（一個(gè)移架步距為800mm）。因此，本支架取底座長度為2900mm。 底座寬度在保證移架時(shí)不咬架的前提下，應(yīng)盡可能加寬，以提高支架的橫向穩(wěn)定性。底座寬度一般為中心距減去100～150mm。當(dāng)中心距為1.5m時(shí)，底座寬度一般取1350～1400mm；當(dāng)中心距為1.75m時(shí)，底座寬度一般為1600～

24、1650mm。所以本次設(shè)計(jì)取底座寬度為1600mm。 2.4 四連桿和掩護(hù)梁長度的確定 2.4.1 四連桿機(jī)構(gòu)的作用 四連桿機(jī)構(gòu)是掩護(hù)式支架和支撐掩護(hù)式支架的最重要的部件之一，其作用概括起來有兩個(gè)： 1、通過四連桿機(jī)構(gòu)，使支架頂梁端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡呈近似雙曲線，從而使支架頂梁前端的端頭離煤壁距離大大減小，提高了管理頂板的性能。 2、能承受較大的水平力。 2.4.2 四連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn) 為使支架能更可靠的工作，四連桿機(jī)構(gòu)應(yīng)具備以下特點(diǎn)： 1、支架從最高高度降到最低高度時(shí)，如圖2-1所示，頂梁端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的最大寬度，最好為30以下。

25、 圖2-1 2、支架在最高位置時(shí)和最低位置時(shí)，頂梁與掩護(hù)梁的夾角P和后連桿與底平面的夾角Q，如圖2-1所示，應(yīng)滿足以下要求： 支架在最高位置時(shí)，P≤ ～，Q≤ ～；支架在最低位置時(shí)，考慮矸石便于下滑，以防矸石停留在掩護(hù)梁上，根據(jù)物理學(xué)摩擦理論可知，,其中f為鋼和矸石的靜摩擦系數(shù),一般為0.15～0.3,若取f=0.3，則P=,設(shè)計(jì)中一般可取P=～。而Q角主要考慮掩護(hù)梁底部距底板要有一定的距離，防止支架后部冒落的巖石卡住后連桿，使支架不能降下來，一般取～。 3、由圖2-1可知，掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn)e和瞬時(shí)中心O之間的連線與水平線的夾角為θ，設(shè)計(jì)時(shí)，要使范圍內(nèi)，主要原因是θ角直接影響附加

26、力大小。掩護(hù)式支架最好小于0.16。 4、支架工作段要求曲線向前凸的一段，如圖2-1所示的h段，其原因?yàn)楫?dāng)頂板來壓時(shí)，立柱讓壓而下縮，使頂梁有前移的趨勢(shì)，使作用在頂梁上的摩擦力指向采空區(qū)，同時(shí)底板阻止底座向后移；使整個(gè)支架產(chǎn)生順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)，從而增加了前梁端部的支護(hù)力，防止頂梁前端頂板冒落又可以使底座前端比壓減小，防止啃底，有利于支架移架；并且水平力的合力也相應(yīng)的有所減小，減輕了掩護(hù)梁的外負(fù)載。 5、后連桿與掩護(hù)梁的比值，掩護(hù)式支架為I=0.45～0.61；支撐掩護(hù)式支架為I=0.61～0.82。 6、前后連桿上鉸點(diǎn)之距和掩護(hù)梁的比值I1=0.22～0.3 。 2.4.3 四連桿各長

27、度的計(jì)算 四連桿機(jī)構(gòu)簡圖如圖2-2所示， 圖2-2 圖中H1為支架在最高位置時(shí)的計(jì)算高度。其值為支架的最大結(jié)構(gòu)高度減去掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)與頂梁頂面之距和后連桿下鉸點(diǎn)與底座底面之距。即在圖2-1中的L10和L9尺寸。 L10一般根據(jù)支架工作阻力初步確定頂梁梁體的高度后，再根據(jù)結(jié)構(gòu)的合理性確定，一般支架取L10=150～200mm，重型支架可取L10=210～260mm。本次設(shè)計(jì)取L10=250mm。 L9一般根據(jù)支架的最小高度確定，薄煤層支架取L9=150～250mm，中厚煤層支架取L9=250～450mm，大采高支架取450～600mm。本次設(shè)計(jì)取L9=450mm。 所以：

28、 為計(jì)算方便，如圖2-2，本次設(shè)計(jì)中我們約定： ；；；；；；； ；；；。 2.4.3.1 后連桿與掩護(hù)梁長度的確定 如圖2-2所示，根據(jù)幾何關(guān)系可得，支架在最高位置的H1值為： 1、因此掩護(hù)梁長度G的值為： 2、后連桿長度A的值為： 3、后連桿下鉸點(diǎn)至坐標(biāo)原點(diǎn)之距E1： 2.4.3.2 前連桿長度和位置的確定 1、前連桿上鉸點(diǎn)與后連桿上鉸點(diǎn)之距為： 2、前連桿上鉸點(diǎn)至掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)之距為： 3、前連桿長度及位置的計(jì)算： 圖2-3 前連桿計(jì)算圖 支架由高到低，掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)e的運(yùn)動(dòng)軌跡為雙扭線，根據(jù)支

29、架幾何特征的要求，為使曲線最大寬度盡量取小，可以把e點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡看成理想的直線運(yùn)動(dòng)，從而求出前連桿的位置及長度。認(rèn)為支架由高降低時(shí)，e點(diǎn)在垂直線上運(yùn)動(dòng)，根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，可以選取3個(gè)點(diǎn)，認(rèn)為當(dāng)e點(diǎn)沿理想垂直線由最高向最低運(yùn)動(dòng)時(shí)，經(jīng)過這3個(gè)點(diǎn)。為此，如圖2-3所示，取e1,e2,e3。其中e1 點(diǎn)是支架在最高位置時(shí)掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)的水平坐標(biāo)；e3是支架在最第位置時(shí)掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)的水平坐標(biāo)；當(dāng)后連桿與掩護(hù)梁軸線夾角由大于90度，到小于90度，在中間一定有一位置是掩護(hù)梁與后連桿處于垂直狀態(tài)，e2即使此時(shí)掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)的水平坐標(biāo)。根據(jù)這三個(gè)位置，可以求得b1,b2,b3三點(diǎn)，其中b1是支架在最高位置時(shí)前連桿上鉸點(diǎn)

30、坐標(biāo)；b3是支架在最低位置時(shí)前連桿上鉸點(diǎn)坐標(biāo)；b3是掩護(hù)梁與后連桿處于垂直時(shí)前連桿上鉸點(diǎn)坐標(biāo)。 (a) b1點(diǎn)坐標(biāo)： (b) b2點(diǎn)坐標(biāo)： 根據(jù)四連桿機(jī)構(gòu)幾何特征要求，支架降到最低時(shí)，>=25～30度，為計(jì)算方便令＝25度，即0.436弧度，則 (c) b3點(diǎn)坐標(biāo)： 其中： (d) 前連桿下鉸點(diǎn)c的坐標(biāo) 根據(jù)圖2-3支架在三個(gè)位置的幾何關(guān)系可知，C點(diǎn)就是b1，b2，b3三點(diǎn)為圓的圓心，cb1即是前連桿的長度。因此可以用圓的方程求得前連桿的長度即： 式中Xc、Yc為C點(diǎn)坐標(biāo)，可以按下列方程聯(lián)立求得：

31、 ＝ ＝ 聯(lián)立以上兩式可得： 若令： 則： 以上（Xc,Yc）即是前連桿下鉸點(diǎn)的坐標(biāo)。 因此，前后連桿下鉸點(diǎn)的垂直距離為： 前后連桿下鉸點(diǎn)的水平距離為： 2.4.4 用程序優(yōu)化四連桿機(jī)構(gòu) 將以上過程寫成計(jì)算機(jī)程序，給出適當(dāng)?shù)某跏紬l件，利用計(jì)算機(jī)的快速計(jì)算的特性，通過循環(huán)求解可以得到理想的結(jié)果。程序代碼在附錄給出，以下是程序界面: 圖2-4 四連桿長度優(yōu)選 圖2-5四連桿長度調(diào)整 優(yōu)選結(jié)果如下： A=1680mm；B=605mm；C=1700mm；D=660mm；E=850m

32、m；G=2760mm；e=25mm ； Htd=286mm ；；；；。 其中：Htd是雙扭線凸弧段對(duì)應(yīng)的高度。 2.5 頂梁尺寸的確定 2.5.1 影響頂梁尺寸的因素 頂梁長度受支架類型和支架采用的支護(hù)方式以及配套尺寸的影響。 1、支架類型對(duì)頂梁長度的影響 支撐掩護(hù)式支架適用于直接頂中等穩(wěn)定，穩(wěn)定和堅(jiān)硬，周期來壓強(qiáng)烈的場(chǎng)合，其頂梁通常較長。掩護(hù)式支架通常用于頂板破碎頂板，所以其頂梁長度應(yīng)加以限制，以減少頂梁對(duì)頂板的反復(fù)支撐次數(shù)。 2、支架工作方式對(duì)頂梁長度的影響 支架工作方式對(duì)頂梁長度的影響如圖2-6所示： 圖2-6 支護(hù)方式對(duì)頂梁長度的影響 支架的支護(hù)方

33、式分為超前支護(hù)方式和滯后支護(hù)方式。支架采用超前支護(hù)方式時(shí)動(dòng)作順序?yàn)椋航?移-升-推；采用滯后支護(hù)方式是動(dòng)作順序?yàn)椋和?降-移-升。從圖2-6中可以看出，采用及時(shí)支護(hù)方式時(shí)要求頂梁有較大長度。采用滯后支護(hù)方式時(shí)要求頂梁長度較短。這是因?yàn)椴捎眉皶r(shí)支護(hù)方式時(shí)支架需要超前輸送機(jī)一個(gè)步距，即當(dāng)采煤機(jī)過后，支架及時(shí)前移，支護(hù)新暴露的頂板，做到及時(shí)支護(hù)。 3、配套長度對(duì)頂梁的影響 設(shè)備配套尺寸與支架頂梁長度有直接的關(guān)系。為了防止采煤機(jī)向支架內(nèi)傾斜時(shí)，采煤機(jī)滾筒不截割頂梁，同時(shí)考慮采煤機(jī)截割時(shí)不一定把煤壁割成一個(gè)垂直平面，所以頂梁前端距煤壁應(yīng)有一段距離，叫做控頂距，最小值為300mm。另外輸送機(jī)鏟煤板前也

34、有一段距離，也是為了采煤機(jī)截割煤壁不齊，給推移輸送機(jī)留有一定的距離。除此之外的所有配套設(shè)備都要在頂梁下工作。 2.5.2 頂梁長度的計(jì)算 掩護(hù)式支架頂梁長度按下式計(jì)算： 式中： ——頂梁長度； ——配套尺寸，根據(jù)所選用的采煤機(jī)和刮板輸送機(jī)的型號(hào)確定； ——底座長度，底座前端距后連桿下鉸點(diǎn)之距, =2800mm； e ——支架由高到低變化時(shí)，頂梁前端點(diǎn)變化的最大距離；e=25mm； ——梁端距，為防止采煤機(jī)截割頂梁而留出的距離, =450mm； ——掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn)距頂梁后端點(diǎn)之距,=200mm； 本次設(shè)計(jì)配套圖如下： 圖2-7 故： mm

35、 mm 取頂梁長度為mm。 2.6 液壓支架的性能參數(shù)確定 2.6.1 液壓支架的支護(hù)強(qiáng)度 支架有效工作阻力與支護(hù)面積之比定義為支護(hù)強(qiáng)度。頂板所需的支護(hù)強(qiáng)度取決于頂板的等級(jí)和煤層厚度。我國已定制了不同頂板等級(jí)的支護(hù)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，支護(hù)強(qiáng)度除可按規(guī)定選用外，還可按經(jīng)驗(yàn)公式結(jié)算。 式中： —作用于支架上的頂板巖石厚度系數(shù)，取　 —截割高度，m。取最大截割高度， —巖石密度，一般取　 故： 2.6.2 液壓支架的工作阻力 支架支撐頂板的有效工作阻力為： 　 式中： —

36、支架的支護(hù)面積， 　 式中： —支架頂梁長度，　??； —梁端距，　??； —支架頂梁寬度，　??； —架間距，　　。 　 　 　 偏于安全考慮，取工作阻力為。 2.6.3 液壓支架的初撐力 初撐力的大小對(duì)支架的支護(hù)性能和成本都有很大影響。較大的初撐力能使支架較快達(dá)到工作阻力，減慢頂板的早期下沉速度，增加頂板的穩(wěn)定性。但對(duì)乳化液泵站和液壓元件的耐壓要求提高。一般取初撐力為（0.6～0.8）倍的工作阻力。 初撐力在立柱設(shè)計(jì)一章計(jì)算。 2.6.4 支架推溜力和移架力 液壓支架要有足夠的移架力和推溜力，

37、推溜力一般為100～150 。本次設(shè)計(jì)取推溜力為150。 移架力與支架結(jié)構(gòu)、質(zhì)量、煤層厚度、頂板性質(zhì)等有關(guān)，一般根據(jù)煤層厚度確定。薄煤層一般為150～150，中厚煤層為150～300，厚煤層為300～400，本次設(shè)計(jì)取移架力為 350 ； 2.7 立柱和千斤頂位置的確定 本支架采用雙伸縮式立柱。掩護(hù)式支架立柱數(shù)量為2，傾斜布置,這樣可克服一部分水平力,并能增大調(diào)高范圍。一般支架在最高位置時(shí)立柱與頂梁垂線夾角小于,夾角較小可使有效支撐力變大。支架在最低位置時(shí)立柱與頂梁垂線夾角小于,由于角度大，可使調(diào)高范圍增加,同時(shí)由于頂梁較短,立柱傾角加大可以使頂梁柱窩位置前移,使頂梁前端支護(hù)能力增大。

38、 立柱間距的選擇原則為：有利于操作、行人和部件合理布置。本支架立柱間距選0.9m。 2.7.1 立柱柱窩位置的確定 掩護(hù)式液壓支架立柱上、下柱窩位置的確定，對(duì)液壓支架能否正常工作，極為重要。為此，在設(shè)計(jì)時(shí)，必須根據(jù)頂板載荷分布和頂板條件，先確定支架頂梁的支撐力分布和底座對(duì)底板的比壓分布，使支架能適應(yīng)工作面條件的要求，并以此來確定立柱上、下柱窩的位置。 2.7.1.1 立柱上柱窩位置的確定 液壓支架立柱上柱窩位置的確定原則，從理論上分析，要使頂梁支撐分布與頂板載荷分布一致。但頂板載荷復(fù)雜，分布規(guī)律因支架頂梁與頂板的接觸情況而異。為簡化計(jì)算，假定頂梁與頂板均勻接觸，載荷沿頂梁長度方向按線性

39、規(guī)律變化，沿支架寬方向均布。把支架的空間桿系結(jié)構(gòu)，簡化成平面桿系結(jié)構(gòu)。同時(shí)為偏于安全，可以認(rèn)為頂梁前端載荷為零，載荷沿頂梁長度方向向后越來越大呈三角形分布，并按集中載荷計(jì)算。所以，支架支撐力分布也為三角形，為此計(jì)算立柱上柱窩位置。此時(shí)認(rèn)為支架頂梁承受集中載荷在頂梁處，取頂梁為分離體，受力情況如圖2-8所示。 圖2-8頂梁受力分析 對(duì)A點(diǎn)取距： 式中：——立柱上柱窩至頂梁和掩護(hù)梁鉸點(diǎn)之距（m） ——支架支護(hù)阻力（kN）， ——頂梁長度（不包括頂梁與掩護(hù)梁鉸點(diǎn)至頂梁后端之距）（m）， ——立柱工作阻力之和（kN）， ——頂梁和掩護(hù)梁鉸點(diǎn)至頂梁頂面之距（m）

40、， ——立柱上柱窩中心至頂梁頂面之距（m）， ——立柱在最高位置時(shí)的傾角（度），。 所以： 2.7.1.2 立柱下柱窩位置的確定 立柱下柱窩位置的確定，要有利于移架，使支架底座前端比壓小，同時(shí)考慮柱前行人和支架的調(diào)高范圍以及下柱窩與前連桿下鉸點(diǎn)距離，一般按支架在最低位置時(shí)，立柱傾角小于考慮。如圖2-9所示： 下柱窩位置按下式計(jì)算： 式中： ——上柱窩中心距頂梁與掩護(hù)梁鉸點(diǎn)距離 ——支架在最低位置時(shí)的立柱傾角，取 ——支架在最低位置時(shí)，掩護(hù)梁與水平線夾角 ——支架在最低位置時(shí)，后連桿與水平線夾角 按下式計(jì)算： 式中： ——支架最小結(jié)構(gòu)

41、高度 ——立柱下柱窩中心至底座底面距離(m)，取 圖2-9下柱窩位置計(jì)算 故： 2.7.2 平衡千斤頂計(jì)算 2.7.2.1 平衡千斤頂推拉力的計(jì)算 平衡千斤頂鉸接在掩護(hù)梁和頂梁之間，是液壓支架中非常重要的受力部件。參考同類液壓支架，初取各參數(shù)如下，平衡千斤頂?shù)氖芰θ鐖D2-10。 圖2-10 千斤頂?shù)氖芾? 千斤頂所受的拉力，按支架在最低位置時(shí)作用在頂梁上柱窩之后和所有掩護(hù)梁長度上的厚度為最大采高的巖石重量計(jì)算。 取頂梁和掩護(hù)梁為分離體，對(duì)瞬心O取鉅列平衡方程： 得： 式中： ——至

42、掩護(hù)梁瞬心O點(diǎn)之距，S=2.65m； ——立柱至掩護(hù)梁瞬心O點(diǎn)之距，b=4.17m； ——作用在支架后部的巖石重量，(KN)； 式中： ——巖石厚度，按最大采高算，； ——巖石計(jì)算長度，； ——頂梁最大寬度，； ——巖石容重，； 故： 再取頂梁為分離體，對(duì)A點(diǎn)取鉅列力矩平衡方程，即，可求得平衡千斤頂?shù)睦?，即? 式中： j——立柱到A點(diǎn)之距，； d——平衡千斤頂?shù)紸點(diǎn)之距，； 故平衡千斤頂拉力為： 計(jì)算平衡千斤頂推力時(shí)，按作用在頂梁中部，在支架最高位置時(shí)，對(duì)頂梁取分離體，對(duì)A點(diǎn)取鉅，可得

43、： 平衡千斤頂推力為： 2.7.2.2 平衡千斤頂位置及行程的確定 以上計(jì)算平衡千斤頂受力時(shí)，已經(jīng)初步確定平衡千斤頂?shù)奈恢?，一般?duì)平衡千斤頂有以下要求：支架在最高位置時(shí)，平衡千斤頂全部縮回時(shí)，支架頂梁應(yīng)能向下擺一定的角度，一般為15；當(dāng)支架在最低位置時(shí)，平衡千斤頂全部伸出，頂梁應(yīng)能上翹一定角度，一般為10，此時(shí)，掩護(hù)梁與頂梁基本平行。根據(jù)此要求，為滿足平衡千斤頂在支架最低位置時(shí)能使頂梁向上翹一定角度，并且在支架最高位置時(shí)，頂梁能下擺一定角度，初步確定平衡千斤頂?shù)臉O限位置如圖2-11所示： 圖2-11平衡千斤頂?shù)臉O限位置 平衡千斤頂?shù)男谐蹋? 式中：

44、 ——平衡千斤頂最大長度，； ——平衡千斤頂最小長度，； 2.8 通風(fēng)斷面積驗(yàn)算 采煤工作面的過風(fēng)量與采煤工作面的通風(fēng)斷面積相關(guān)，采煤工作面的通風(fēng)斷面積不應(yīng)過小。但在工作面中安裝液壓支架后，通風(fēng)斷面積明顯減小。因此必須驗(yàn)算通風(fēng)斷面積。一般按工作面允許風(fēng)速進(jìn)行驗(yàn)算。根據(jù)保安規(guī)程規(guī)定，工作面風(fēng)速應(yīng)小于5。 采煤工作面風(fēng)速： 　　　 式中： 　V—工作面風(fēng)速，； —支架在采煤工作面的通風(fēng)斷面積，； Q—采煤工作面所需風(fēng)量，。 　 式中： —通風(fēng)不均系數(shù)，一般取=1.5； —保安規(guī)程允許的朝氣含量，一般取； —沼氣涌出量所需要的風(fēng)量，；

45、式中： 　 —日產(chǎn)量，=2500 T； q—每分鐘產(chǎn)生一噸煤沼氣涌出量，一般取=10， 。 則有: ＜5，這樣支架在工作面的通風(fēng)斷面積滿足要求。 3 支架立柱及千斤頂設(shè)計(jì) 支架的各部分尺寸確定以后，可以對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。好的結(jié)構(gòu)不但可以使支架外形美觀，還可以改善支架的受力狀況，使支架受力更合理，能承受更大的外載荷。本章在第二章的基礎(chǔ)上對(duì)支架進(jìn)行更進(jìn)一步的設(shè)計(jì)。 3.1 立柱尺寸確定 3.1.1 立柱缸徑的確定 1、一級(jí)立柱的缸體內(nèi)徑： 　 式中： ——支架工作阻力，； n——每架支架立柱數(shù)，n=2； ——安

46、全閥調(diào)整壓力，； ——立柱最大傾角，（支架降到最低位置時(shí)α角最大），。 圓整取 取　一級(jí)　缸/柱徑：380/270 ； 二級(jí)　缸/柱徑：355/240 ； 2、缸筒材料采用27SiMn無縫鋼管。 屈服極限：??； 安全系數(shù)：取　； 允用應(yīng)力： 　 缸筒所需最小厚度： 考慮到需要安裝導(dǎo)向套，選取缸筒內(nèi)壁厚度為 　 3、二級(jí)立柱的工作壓力 已知二級(jí)缸徑為270mm，按下式可求得二級(jí)缸內(nèi)的壓力： 　 式中： ——支架工作阻力，； n——每架支架立柱數(shù)，n=2； ——二級(jí)缸內(nèi)徑，； ——立柱最大傾角，

47、（支架降到最低位置時(shí)α角最大），。 4、二級(jí)缸筒所需最小厚度： 3.1.2 立柱行程及缸體長度的確定 3.1.2.1 雙伸縮立柱動(dòng)作原理 雙伸縮立柱動(dòng)作原理如下： 圖3-1 1、高壓液體從B進(jìn)入立柱下腔，把中缸推起，同時(shí)中缸上腔液體從A排出； 2、當(dāng)中缸全部升起時(shí)，由于中缸下腔壓力增大而使單向閥打開，液體進(jìn)入中缸內(nèi)部，把活柱推起，同時(shí)中缸上腔液體從A排出； 3、需要降柱時(shí)，使液體從A進(jìn)入立柱，同時(shí)進(jìn)入中缸上腔和立柱上腔，由于中缸底部單向閥無法打開，所以活柱不能縮回。而由于高壓液體把液控單向閥K打開，因而中缸可以縮回。當(dāng)中缸縮回到最

48、低位置時(shí)，靠外力把單向閥M頂開，此時(shí)，活柱縮回，完成降柱過程。 3.1.2.2 立柱的行程及各級(jí)缸長度確定 徑計(jì)算，支架在最高位置時(shí)立柱長度為3857mm，支架在最低位置時(shí)立柱的長度為1918mm。立柱最小行程為： 考慮到伸出長度較長，本支架采用雙伸縮立柱。 立柱示意圖如下： 1-活柱，2-中缸，3-缸筒 圖3-2 考慮到裕量，將立柱設(shè)計(jì)成1918-4153mm。立柱最短長度為1918mm，其中中缸行程1070mm，活柱行程為1165mm。立柱最大長度為4153mm。 3.2 推移千斤頂尺寸確定 推移千斤頂采用單伸縮液壓缸 1、推移千斤頂?shù)母左w內(nèi)徑： 　

49、 式中： F——推移力，F(xiàn)＝350； ——泵站壓力，； 參考表3-1 表3-1　千斤頂缸、桿徑匹配關(guān)系 序號(hào) 缸　徑 () 柱　徑 () 1　 140 85 2 125 75 3 100 60 4 80 45 5 63 45 取　缸徑：125??； 柱徑：75 ； 推移千斤頂?shù)膶?shí)際推力為： 推移千斤頂?shù)膶?shí)際拉力為： 2、缸筒壁厚確定 缸筒材料采用27SiMn無縫鋼管 屈服極限：　； 安全系數(shù)：取　； 允用應(yīng)力： 缸筒內(nèi)壁厚度： 　 　 考慮到在液壓缸中處需要安裝導(dǎo)向套，選取缸筒

50、內(nèi)壁厚度為 3、推移千斤頂?shù)男谐膛c推移步距的關(guān)，而推移步距又與采煤機(jī)截深有關(guān)，采煤機(jī)截深為800，為保證能夠移架到位，推移千斤頂?shù)男谐倘?00。 3.3 平衡千斤頂尺寸確定 3.3.1 平衡千斤頂基本參數(shù) 平衡千斤頂?shù)耐屏υ诘诙乱呀?jīng)算出 其推力為： 拉力為： 行程為： 式中： ——平衡千斤頂最大長度，； ——平衡千斤頂最小長度，； 3.3.2 平衡千斤頂缸徑計(jì)算 平衡千斤頂采用單伸縮液壓缸。 1、平衡千斤頂?shù)母左w內(nèi)徑： 　 式中： ——平衡千斤頂推力，； ——安全閥調(diào)整壓力，； 圓整取 2、

51、平衡千斤頂活塞桿直徑確定 圓整取 3、平衡千斤頂缸筒壁厚確定 缸筒材料采用27SiMn無縫鋼管 屈服極限：??； 安全系數(shù)：取　； 允用應(yīng)力： 缸筒內(nèi)壁厚度： 　 　 由于需要安裝導(dǎo)向套，選取缸筒內(nèi)壁厚度為 4 支架受力分析 4.1 液壓支架受力特點(diǎn)及分析假設(shè) 液壓支架的結(jié)構(gòu)和支架液壓系統(tǒng)必須保證液壓支架具有完全適應(yīng)頂板變化的性能。采煤機(jī)采過一個(gè)截深之后，支架前移一個(gè)步距，支護(hù)新暴露出來的頂板。此時(shí)，頂板尚無下沉現(xiàn)象，支架以“初撐力”支撐頂板。此后，頂板開始破碎和下沉或斷裂，支架支撐加大，直至立柱下腔壓力達(dá)到安全閥整定值，安全閥釋放，立柱下縮。稱此現(xiàn)

52、象為液壓支架的“讓壓”現(xiàn)象。這時(shí)立柱以“工作阻力”支護(hù)頂板。隨著頂板壓力不斷加大，立柱就要不斷“讓壓”下縮。為避免立柱完全縮回，支架出現(xiàn)“壓死” 現(xiàn)象，采煤工作面的生產(chǎn)循環(huán)英保證在“壓死”前就前移。 由上述可知，支架承受的外載荷是頂板下沉行成的。在頂板下沉過程中，支架的頂梁與頂板有相對(duì)滑動(dòng)的現(xiàn)象，支架不僅受有垂直于頂梁的力，還受有平行于頂梁的摩擦力。設(shè)垂直于頂梁的力為，由支架的工作阻力來平衡。在支架承載過程中，支架底板承受工作面底板的反作用力。 為了設(shè)計(jì)計(jì)算方便，要對(duì)支架的外載荷和支架本身進(jìn)行簡化，現(xiàn)概述如下： （1） 把支架簡化成一個(gè)平面系機(jī)構(gòu)。為偏于安全，在計(jì)算時(shí)把外載荷視為載荷。

53、 （2） 金屬結(jié)構(gòu)件按直梁理論計(jì)算。 （3） 頂梁、底座與頂?shù)装灞徽J(rèn)為均勻接觸，載荷沿支架長度按線形規(guī)律分布，沿支架寬度方向?yàn)榫肌? （4） 通過分析和計(jì)算可知，掩護(hù)梁上矸石的作用力，只能使支架實(shí)際支護(hù)阻力降低。所以，在強(qiáng)度計(jì)算時(shí)不計(jì)，使掩護(hù)梁偏于安全。 （5） 立柱和短柱按最大工作阻力計(jì)算。 （6） 產(chǎn)生作用在頂梁上的水平力的情況有兩種，一是支架讓壓回縮，頂梁前端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡近似為雙紐線，頂梁與頂板間產(chǎn)生相對(duì)位移，頂板給予頂梁水平摩擦力；另一種是由于頂板向采空區(qū)方向移動(dòng)，使支架頂梁受一指向采空區(qū)的水平摩擦力。頂梁和頂板的靜摩擦系數(shù)W一般取0.15～0.3。 （7） 按不同支護(hù)高度時(shí)

54、各部件最大受力值進(jìn)行強(qiáng)度校核。 （8） 各結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度校核，除按理論支護(hù)阻力校核危險(xiǎn)斷面外，還要按原煤炭部標(biāo)準(zhǔn)MT－86-84《液壓支架型式試驗(yàn)技術(shù)規(guī)范》的各種加載方式，以支架的額定工作阻力逐一校核，超過額定工作阻力10％的超載試驗(yàn)，將由安全系數(shù)來保證強(qiáng)度。 當(dāng)支架支撐在頂板和底板之間時(shí)，無論取其整體或是某部分為分離體，皆處于平衡狀態(tài)。隨著支架高度的變化，支架各個(gè)部件所受的力也隨之變化。進(jìn)行某一部件的強(qiáng)度校核時(shí)，應(yīng)取其受力最大時(shí)的高度。為簡便計(jì)算，以下均在支架的最高位置進(jìn)行各部分的受力計(jì)算。 4.2 支架各部件的受力計(jì)算 4.2.1 頂梁和掩護(hù)梁的受力 1、取頂梁為分離體，如圖所示：

55、 圖4-1 取，可得合力作用點(diǎn)位置如下： 式3-1 2、再取頂梁和掩護(hù)梁為分離體，如圖所示： 圖4-2 取，可得： 式中： ——平衡千斤頂?shù)耐评?，推力為正，拉力為?fù)，； ——立柱的工作阻力， ——平衡千斤頂?shù)膬A角， ； ——立柱的傾角， ； ——掩護(hù)梁瞬心到頂梁掩護(hù)梁鉸點(diǎn)水平之距， ； ——掩護(hù)梁瞬心到頂梁掩護(hù)梁鉸點(diǎn)垂直之距， ； ——平衡千斤頂上鉸點(diǎn)到頂梁頂面之距， ； ——掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn)到頂梁頂面之距， ； ——掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn)到平衡千斤頂上鉸點(diǎn)水平距離， ； ——鋼與矸石的摩擦系

56、數(shù)， 再將代入上式即可求出X的值。 3、頂梁和掩護(hù)梁鉸點(diǎn)受力，取頂梁為分離體，如圖4-1所示： 取，可得： 取，可得： 則：頂梁和掩護(hù)梁鉸點(diǎn)合力為： 與水平線的夾角: 4.2.2 前后連桿的受力 取掩護(hù)梁為分離體，如圖所示： 圖4-3 1、取，可得前連桿受力： 式中： ——前連桿與水平線夾角，； ——后連桿上鉸點(diǎn)坐標(biāo)，； ——前連桿上鉸點(diǎn)坐標(biāo)，； ——平衡千斤頂下鉸點(diǎn)坐標(biāo)，； ——掩護(hù)梁與頂梁

57、鉸點(diǎn)坐標(biāo)，； 2、取，可得后連桿受力： 式中參數(shù)同上。 4.2.3 底座受力計(jì)算 取支架底座為分離體，如圖所示： 圖4-4 其中： 取，可得： 式中： ——前連桿下鉸點(diǎn)到底座底面之距，； ——立柱下柱窩位置，； ——立柱下柱窩中心到底座底面之距，； 4.3 支架各部件受力最大時(shí)的高度 由于支架的受力隨著其高度變化而變化，因此手動(dòng)尋找某部件受力最大時(shí)的相對(duì)應(yīng)支架高度比較困難，計(jì)算量非常大。為此，可以編制計(jì)算機(jī)程序，輸入各種參數(shù)，可得出支架在每個(gè)高度時(shí)各部件的受力大小，甚至畫出支架從高到低變化時(shí)各所求參數(shù)的變化曲線，從而找出每個(gè)部件受力最大時(shí)的

58、相應(yīng)高度，在進(jìn)行強(qiáng)度校核時(shí)，按此最大力進(jìn)行校核。程序代碼在附錄給出，程序界面如下： 圖4-5支架受力計(jì)算程序界面 從程序數(shù)據(jù)可以看出： 1、當(dāng)為正時(shí)（平衡千斤頂承受推力），而且摩擦系數(shù)時(shí)，有最小值。 當(dāng)為負(fù)時(shí)（平衡千斤頂承受拉力），而且摩擦系數(shù)時(shí)，有最大值。 圖4-6為平衡千斤頂分別承受推力2178KN，拉力-1138KN，時(shí)，支架在不同高度變化時(shí)的曲線圖，從4-6（a）中可以看出，對(duì)應(yīng)支架高度為3824mm。從4-6（b）中可以看出，對(duì)應(yīng)支架高度為4500mm。最大值在（b）圖中。 圖4-6 （a）頂梁合力曲線圖（為”+”, ） 以下為平衡千斤頂承受拉力-1138KN，

59、時(shí)，支架在不同高度變化時(shí)的曲線圖， 圖4-6 （b）頂梁合力曲線圖（為”-”, ） 因此，在驗(yàn)算頂梁強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)按平衡千斤頂承受拉力且時(shí)計(jì)算。 2、當(dāng)為正時(shí)（平衡千斤頂承受推力），頂梁和掩護(hù)梁鉸點(diǎn)及前后連桿受力有最大值。圖4-7為平衡千斤頂承受推力2178KN，時(shí)，掩護(hù)梁各處受力曲線圖： 圖4-7 （a）頂掩鉸點(diǎn)水平分力曲線圖（為”+”, ） 圖4-7 （b）頂掩鉸點(diǎn)垂直分力曲線圖（為”+”, ） 圖4-7 （c）前連桿力曲線圖（為”+”, ） 圖4-7 （d）后連桿力曲線圖（為”+”, ） 為了方便比較，把平衡千斤頂承受拉力-1138KN，時(shí)，掩護(hù)梁各處受力

60、曲線圖也畫出來，如圖4-8所示： 圖4-8 （a）頂掩鉸點(diǎn)水平分力曲線圖（為”-”, ） 圖4-8 （b）頂掩鉸點(diǎn)垂直分力曲線圖（為”-”, ） 圖4-8 （c）前連桿力曲線圖（為”-”, ） 圖4-8 （d）后連桿力曲線圖（為”-”, ） 因此，在驗(yàn)算掩護(hù)梁和前后連桿時(shí)，應(yīng)按平衡千斤頂承受推力時(shí)計(jì)算。 3、當(dāng)為負(fù)時(shí)（平衡千斤頂承受拉力），而且摩擦系數(shù)時(shí)，有最大值。同時(shí)也有最大值，由于，故曲線圖與相同，如圖4-6所示。 因此，在驗(yàn)算底座強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)按平衡千斤頂承受拉力且時(shí)計(jì)算。 5 支架強(qiáng)度校核 5.1 頂梁校核 5.1.1 頂梁受力圖 如第4章所述，平衡千

61、斤頂受拉，摩擦系數(shù)為0.3時(shí)，在支架最高位置時(shí)，頂梁受力有最大值9342KN，頂梁合力作用點(diǎn)距頂梁掩護(hù)梁較點(diǎn)之距為954mm，此時(shí)頂梁受力圖如下： 圖5-1 頂梁受力圖 按彎曲應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度校核，從圖中可知，最大彎曲應(yīng)力發(fā)生在平衡千斤頂上鉸點(diǎn)處的截面上，故此截面進(jìn)行強(qiáng)度校核。頂梁此處的截面如下： 圖5-2頂梁截面圖 5.1.2 頂梁強(qiáng)度校核 a．形心位置 各板件的計(jì)算數(shù)據(jù)列于表5-1中 表5-1 件 號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 8 數(shù) 量 1 1 2 6 1 6 2 2 21600 48000 21300 11

62、5500 36000 46200 23400 81600 10 35 227 242.5 275 242.5 420 305 720000 3600000 223700000 1426660000 607500000 570660000 1750000 1768680000 機(jī)構(gòu)件的形心位置為： b．慣性矩 =8876340000 c．彎曲應(yīng)力

63、 () d． 安全系數(shù)，則 5.2 掩護(hù)梁校核 5.2.1 掩護(hù)梁受力圖 當(dāng)平衡千斤頂受壓力，摩擦系數(shù)為0.3時(shí)，掩護(hù)梁和后連桿受力有最大值，頂掩鉸點(diǎn)合力最大值為4576KN，對(duì)應(yīng)支架高度為3756mm；前連桿上鉸點(diǎn)最大值為8227KN，對(duì)應(yīng)支架高度為3869mm；后連桿上鉸點(diǎn)最大值為6861KN，對(duì)應(yīng)支架高度為3934KN；先對(duì)掩護(hù)梁在前連桿上鉸點(diǎn)受力最大時(shí)的高度位置進(jìn)行強(qiáng)度校核，其余各位置校核步驟相同，如下： 各參數(shù)值： ；；；；；；。 式中：——頂掩鉸點(diǎn)合力； ——頂掩鉸點(diǎn)合力與水平線夾角； ——前連桿力； ——前連桿力

64、水平線夾角； ——后連桿力； ——后連桿與水平線夾角； ——掩護(hù)梁與水平線夾角。 將掩護(hù)梁旋轉(zhuǎn)至水平位置，其受力圖如下： 圖5-3 掩護(hù)梁受力圖 按彎曲應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度校核，從圖中可知，最大彎曲應(yīng)力發(fā)生在前連桿上鉸點(diǎn)處的截面上，故此截面進(jìn)行強(qiáng)度校核。掩護(hù)梁此處的截面如下： 圖5-4掩護(hù)梁截面圖 5.2.2 掩護(hù)梁強(qiáng)度校核 a．形心位置 各板件的計(jì)算數(shù)據(jù)列于表5-2中 表5-2 件 號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 8 數(shù) 量 1 2 4 4 2 4 1 4 48600 800 12000 9000 1

65、900 19800 8000 28000 15 85 67.5 67.5 322.5 357.5 430 362.5 3645000 106666 5625000 4218750 1428958 44921250 266667 71458333 機(jī)構(gòu)件的形心位置為： b．慣性矩 =4556315024 c．彎曲應(yīng)力

66、 () d．安全系數(shù)，則 5.3 底座校核 5.3.1 底座受力圖 當(dāng)平衡千斤頂受拉力，摩擦系數(shù)為0.3時(shí)，頂梁受力有最大值，底座受力同時(shí)也有最大值。由程序得出：當(dāng)支架在最高位置時(shí)，底座的支反力最大，為。此時(shí)，支反力距后連桿下鉸點(diǎn)之距為843mm，各參數(shù)如下： ；；；；；；； 式中：——底座支反力； ——底座支反力作用點(diǎn)到后連桿下鉸點(diǎn)之距； ——前連桿力； ——前連桿力水平線夾角； ——后連桿力； ——后連桿與水平線夾角； 底座受力圖如下： 圖5-5 底座受力圖 按彎曲應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度校核，從圖中可知，最大彎曲應(yīng)力發(fā)生在前連桿下鉸點(diǎn)處的截面上，故此截面進(jìn)行強(qiáng)度校核。底座此處的截面如下： 圖5-6底座截面圖 5.3.2 底座強(qiáng)度校核 a．形心位置 各板件的計(jì)算數(shù)據(jù)列于表5-3中 表5-3 件 號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 數(shù) 量 2 4 4 4 2 4 4 38400 19800 159200 63000 23400 18400 23000