基于proe液壓支架的掩護(hù)梁及四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)說明書

河南理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 1 一緒論 1.1 研究背景及意義 綜合機(jī)械化采煤是煤礦技術(shù)進(jìn)步的標(biāo)志，是煤礦增加產(chǎn)量、提高勞動(dòng)效率、增加經(jīng)濟(jì)效益的重要手段。因此，世界上主要產(chǎn)煤國(guó)家綜合機(jī)械化采煤技術(shù)和裝備發(fā)展很快，建設(shè)安全高效礦井已是目前的世界煤炭發(fā)展的方向。 采煤方法及工藝是煤礦生產(chǎn)及采礦學(xué)科發(fā)展的主題和中心，同時(shí)也是安全高產(chǎn)高效礦井的核心。運(yùn)用現(xiàn)代高新技術(shù)改造傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)，提高工作面單產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)礦井的高度集中化生產(chǎn)，將帶動(dòng)煤礦各個(gè)環(huán)節(jié)的變革，實(shí)現(xiàn)煤礦的高安全、高產(chǎn)、高效和高可靠性。 我國(guó)從 1992 年開展高產(chǎn)高效礦井以來，高產(chǎn)高效礦井逐年 增加，工作面裝備日益更新 。隨著我國(guó)煤礦機(jī)械制造技術(shù)和測(cè)試手段的提高，同時(shí)對(duì)國(guó)外先進(jìn)設(shè)備的引進(jìn)、消化、吸收，國(guó)產(chǎn)電牽引大功率采煤機(jī)、大運(yùn)量重型刮板輸送機(jī)、軟起動(dòng)帶式輸送機(jī)及液壓支架等成套設(shè)備相繼研制成功。這標(biāo)志著我國(guó)綜采成套設(shè)備技術(shù)水平已經(jīng)能滿足我國(guó)建設(shè)安全高產(chǎn)高效礦井發(fā)展的需要。 安全高產(chǎn)高效現(xiàn)代化的采煤工作面的落煤、裝煤、運(yùn)煤、支護(hù)等生產(chǎn)過程是一個(gè)系統(tǒng)工程，整個(gè)系統(tǒng)的先進(jìn)和可靠，不僅取決于單機(jī)設(shè)備的先進(jìn)性和可靠性，設(shè)備的合理選型和配套也是至關(guān)重要的?！霸O(shè)備、選型、配套”三者缺一不可，相輔相成，否則，不能實(shí) 現(xiàn)綜采工作面安全高產(chǎn)高效現(xiàn)代化的成果。因此，研制適用于安全高產(chǎn)高效現(xiàn)代化礦井的綜采設(shè)備，并按照國(guó)家建設(shè)安全高產(chǎn)高效現(xiàn)代化礦井的條件和要求，合理進(jìn)行設(shè)備配套選型是實(shí)現(xiàn)安全高產(chǎn)高效現(xiàn)代化礦井的關(guān)鍵。 隨著綜合機(jī)械化采煤的發(fā)展，我國(guó)已經(jīng)取得了豐富的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。要實(shí)現(xiàn)安全高產(chǎn)高效，礦井必須配備成套設(shè)備，特別是工作面的“三機(jī)” 采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)和液壓支架必須合理配套。然而在工作面“三機(jī)”配套與選型中，液壓支架是核心。實(shí)踐證明，回采工作面適用液壓支架后控頂能力大大加強(qiáng)，但若選型不當(dāng)，管理措施不完善，則頂板控制問題仍會(huì) 影響工作面產(chǎn)量和企業(yè)效益。然而綜采工作面的頂板控制問題突出的表現(xiàn)在支架于圍巖的適應(yīng)性上，當(dāng)適應(yīng)性好時(shí)，頂板事故率低，工作面安全、高產(chǎn)、高效。并且液壓支架的架型與技術(shù)參數(shù)是其主要表現(xiàn)方面。 河南理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 2 近年來，隨著數(shù)學(xué)和力學(xué)的發(fā)展，對(duì)采場(chǎng)圍巖控制研究也取得了新發(fā)展，在綜放采場(chǎng)直接頂跨落高度、基本頂結(jié)構(gòu)形式及穩(wěn)定性研究的基礎(chǔ)上，研究了綜放采場(chǎng)礦山壓力顯現(xiàn)規(guī)律及其控制特點(diǎn)，頂煤變形規(guī)律、頂煤冒放性、架型選擇及其支架參數(shù)確定等；在大采高綜采支架及圍巖控制方面，高架傾倒的力學(xué)模型，高架傾倒、高架頂梁仰俯的控制及支架 圍巖系統(tǒng)控制 的智能軟件，工作面快速推進(jìn)下礦壓規(guī)律及顯現(xiàn)特征等研究，均有力的促進(jìn)了生產(chǎn)的發(fā)展 。 研究發(fā)現(xiàn)，綜采設(shè)備的每一種設(shè)備都有嚴(yán)格限定的適用條件。比如：煤層厚度、傾角、局部構(gòu)造情況（包括斷層、煤層厚度變化和含矸情況）、頂?shù)装鍘r性等，對(duì)采煤機(jī)和液壓支架選型都有決定性的影響，選型不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致設(shè)備不配套，生產(chǎn)效率低，經(jīng)濟(jì)效益差。正確的選型配套是安全、高產(chǎn)、高效、經(jīng)濟(jì)的前提和保證。因此綜采工作面“三機(jī)”配套的合適與否直接影響整個(gè)礦井的生產(chǎn)和效益的好壞。實(shí)踐證明，工作面頂板事故中， 80%左右的都是由于架型的選擇不當(dāng)和支架工作阻力 的不足所引起的，所以液壓支架的選擇合適與否直接影響整個(gè)“三機(jī)”配套的選型的合適與否。通過研究“三機(jī)”配套選型的研究，可以很好的減少頂板事故的發(fā)生率，提高三機(jī)的使用壽命和效率，同時(shí)也可以更好為礦井生產(chǎn)提供更合理的支持，為礦井產(chǎn)生更好的經(jīng)濟(jì)效益。 在綜合機(jī)械化采煤過程中，液壓支架擔(dān)當(dāng)著極其重要的角色，其主要功能不僅用于支撐管理頂板，隔離采空區(qū)，維護(hù)采煤作業(yè)空間，并能自行前移，推進(jìn)采煤工作面輸送機(jī)和采煤機(jī)。因此，液壓支架的性能和可靠性是決定綜采成敗的關(guān)鍵因素之一。另外，合理的選用采煤設(shè)備并結(jié)合先進(jìn)的采煤工藝，可解 決采煤工作面的采煤支護(hù)運(yùn)輸?shù)壬a(chǎn)環(huán)節(jié)之間的矛盾，可有效地提高工效增加成本減少損耗保護(hù)生產(chǎn)人員和設(shè)備的安全，以及減輕笨重的體力勞動(dòng)，可為煤礦獲得很高的經(jīng)濟(jì)效益。 1.2 國(guó)內(nèi)外研究狀況 1.2.1 國(guó)外概況 河南理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 3 80 年代以來，世界上主要采煤國(guó)家高產(chǎn)高效綜采技術(shù)迅速發(fā)展，特別是在美國(guó)，大利亞，德國(guó)，英國(guó)和南非發(fā)展最快。綜采工作面高產(chǎn)高效紀(jì)錄不斷刷新，綜采裝新技術(shù)層出不窮，尤其以德國(guó)和英國(guó)最為突出。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展使得井下開采機(jī)械化和自動(dòng)化水平不斷提高，采用大功率、高可靠性、重型設(shè)備己經(jīng)成為世界采方式的發(fā)展趨勢(shì)， 其中尤以美國(guó)、德國(guó)的高度集中化綜采高產(chǎn)高效工作面為代表。著采掘技術(shù)的不斷進(jìn)步，大大提高了綜采高產(chǎn)高效工作面的適應(yīng)性。 采煤機(jī)近年來，采煤機(jī)的截割速度一直在增加。目前采煤機(jī)的截割速度一般在每 0.2米 0.25 米 。一些新研究開發(fā)出來的采煤機(jī)的截割速度達(dá)到了每秒 0.4 米 0.6。采用計(jì)算機(jī)人工智能控制的采煤機(jī)以及具備超前防護(hù)功能液壓支架的應(yīng)用，使長(zhǎng)工作面的生產(chǎn)能力和效率持續(xù) 得到改善 。 內(nèi)置式多功能徽處理機(jī)和控制系統(tǒng)的使用，是近幾年在采煤機(jī)控制技術(shù)方面取得重大進(jìn)步。微處理機(jī)的應(yīng)用功能的增加使采煤機(jī)生產(chǎn)能力 和性能大為改進(jìn)。另外，工智能裝置的采用，使采煤機(jī)增加了動(dòng)態(tài)控制與故障處理能力。安裝在采煤機(jī)上的算機(jī)人工智能系統(tǒng)，可根據(jù)煤層地質(zhì)條件的實(shí)際變化情況，自動(dòng)地改變采煤機(jī)的運(yùn)狀態(tài)參數(shù)。采煤機(jī)截割速度、截割滾筒和擋煤板的位置等可通過程序來進(jìn)行控制。 而今，在采煤機(jī)的控制技術(shù)方面，普遍要求實(shí)現(xiàn)紅外線監(jiān)控，并具有圖像 /數(shù)字輸系統(tǒng)。目前市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)正在朝著圖像 /數(shù)字傳輸系統(tǒng)方向發(fā)展，以實(shí)現(xiàn)在地自動(dòng)控制工作面采煤機(jī)作業(yè)。工作面液壓支架 一些高產(chǎn)高效工作面液壓支架設(shè)計(jì)使用壽命要大于 5 萬個(gè)循。在設(shè)計(jì)和制造支架時(shí)，應(yīng)用有 限元分析法、動(dòng)態(tài)與靜態(tài)加載測(cè)試等研究分析手段驗(yàn)證其可靠性和穩(wěn)定性。支架形式普遍采用二柱式，立柱的直徑也增加到 400 毫米以上，大型支架立柱的直徑在掩護(hù)支點(diǎn)至立柱柱窩間的中心距達(dá)到 1.75 米時(shí)，必須具有足夠的支護(hù)強(qiáng)度。為滿足采煤機(jī)截割深度大于 1000 毫米的要求，不僅需要增加支架頂梁的長(zhǎng)度，也要求增加支架的支護(hù)強(qiáng)度，于是就有必要增加支架立柱的直徑，以滿足增加支撐力的要求。 河南理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 工作面輸送機(jī) 長(zhǎng)壁工作面輸送機(jī)不僅是運(yùn)輸煤炭的設(shè)備，也是采煤機(jī)運(yùn)行的軌道。隨著長(zhǎng)壁采煤工作面長(zhǎng)度的增加和煤炭產(chǎn)量的不斷增長(zhǎng)，工作面輸送機(jī)的直徑 也不斷增大?，F(xiàn)階段，高產(chǎn)長(zhǎng)壁工作面輸送機(jī)溜槽寬度通常為 1342 毫米，采用直徑為 423 毫米雙邊鏈，總裝機(jī)功率 2220 千瓦。這種輸送機(jī)用于長(zhǎng)度為 300 米的工作面，小時(shí)運(yùn)輸量可達(dá)到 5000噸。為保證高產(chǎn)長(zhǎng)壁工作面輸送機(jī)達(dá)到這一運(yùn)輸能力，就必須滿足輸送機(jī)全載啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)有較高的啟動(dòng)電壓和啟動(dòng)功率。高產(chǎn)高效礦井的重要標(biāo)志反映為工作面產(chǎn)魚、全員工效。由于地質(zhì)條件和采煤方法不同，各主要采煤國(guó)家如美國(guó)、澳大利亞、德國(guó)、英國(guó)等國(guó)工作面產(chǎn)里不盡相同。然而，各國(guó)日產(chǎn)超過萬 t 的工作面數(shù)里逐年增多，而且產(chǎn)盆紀(jì)錄不斷刷新。 美國(guó)長(zhǎng)壁綜采 工作面的產(chǎn)里一直處于世界領(lǐng)先地位。 1994 年，在美國(guó)現(xiàn)有的長(zhǎng)壁綜采工作面中，有 15%的工作面平均班產(chǎn)超過 6000 噸，相當(dāng)于年產(chǎn) 400 多萬 t 水平，月產(chǎn)最高達(dá)到 萬 to 澳大利亞近十多年來綜采技術(shù)發(fā)展很快，長(zhǎng)壁工作面數(shù) I 成倍增長(zhǎng)，相當(dāng)部分工作面產(chǎn)童達(dá)到了 300400 萬 t。英國(guó)和德國(guó)是世界上綜采技術(shù)裝備最先進(jìn)的國(guó)家，由于受其煤層賦存條件的限制，其高產(chǎn)高效工作面紀(jì)錄不如美國(guó)和澳大利亞，但日產(chǎn)萬 t 以上的工作面也相當(dāng)多， 19%年德國(guó) friedrich heinrich4 礦 1.5m 薄煤層工作面也曾實(shí)現(xiàn)日產(chǎn) 1.6萬 t。 近幾年 來，隨著煤礦開采技術(shù)和設(shè)備的發(fā)展，各主要產(chǎn)煤發(fā)達(dá)國(guó)家工作面產(chǎn)魚紀(jì)錄不斷刷新，煤礦生產(chǎn)高產(chǎn)高效的優(yōu)勢(shì)得到充分體現(xiàn)。有資料表明，美國(guó)、德國(guó)、澳大利亞等發(fā)達(dá)國(guó)家采用長(zhǎng)壁綜合機(jī)械化開采工藝，大功率、重型化采礦設(shè)備，工作面單產(chǎn)水平獲得大幅度提高，平均月產(chǎn)已達(dá)到 50 萬 t。美國(guó)塞普路斯二十英里礦 1998 年全礦井 (一個(gè)綜采面煤層厚度 2.9-3m,埋藏深度 335m，工作面尺寸 259 X 5488m.)生產(chǎn)煤炭 990 萬 t.,月產(chǎn)商品煤 102 萬 t，日產(chǎn)達(dá)到了 43115t 的水平。主要設(shè)備 :EL3000 型強(qiáng)力電牽引采煤機(jī) :截割電 機(jī) 2 X 600Kw，變頻牽引電機(jī) 2 X l00kw，總功率 1426Kw；PF4 型交叉?zhèn)刃吨匦凸伟遢斔蜋C(jī) :運(yùn)輸能力 45oat/h,裝機(jī)功率 3 X 750kw，封底溜槽 1750 X 1200 X 355mm, 42/46 X 146mm 緊湊型圓環(huán)鏈， RB/CST 軟啟動(dòng)裝置，中部槽過煤量預(yù)計(jì) 15Mt；液壓支 河南理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 5 架 :DBT 公司二柱掩護(hù)式支架， PM4 紅外線引動(dòng)電液控制系統(tǒng)。工作面設(shè)備總功率達(dá) 6400kw,設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力達(dá) 2500-3000t/ha 1998 年，在德國(guó)費(fèi)力特里西。海因里希礦區(qū)的杰蘭德煤礦，工作面面長(zhǎng) 430m,煤層厚度 2. 8m，用 SL300 艾柯夫采煤機(jī)、兩柱掩護(hù)式支架，日產(chǎn)商品煤達(dá) 20262t. 1.2.2 國(guó)內(nèi)概況 我國(guó)從 1993 年至今，己累計(jì)建成高產(chǎn)高效礦井超過 120 處 2000 年底統(tǒng)計(jì) )，原煤產(chǎn)量從 16806 萬 t 提高到 24246 萬 t，在礦員 1 由 318875 人減到 149246 人，采面由平均 329.85 個(gè)減少到 230.46 個(gè)，原煤全員工效從 2. 509t/工提高到 7. 736t/工，經(jīng)濟(jì)效益增長(zhǎng)顯著。 目前，國(guó)內(nèi)中厚煤層一次采全高工作面采用國(guó)產(chǎn)設(shè)備已實(shí)現(xiàn)年產(chǎn) 300 萬 t 以上 ；充州礦區(qū)高產(chǎn)高效綜采放頂煤工 作面成套設(shè)備及工藝的研制成功，使我國(guó)放頂煤開采技術(shù)的發(fā)展跨上了一個(gè)新臺(tái)階，充州礦區(qū)放頂煤工作面年產(chǎn)已達(dá) 600 多萬 to 一次采全高工作面要實(shí)現(xiàn)年產(chǎn) 300 萬 t 以上目標(biāo)，國(guó)內(nèi)仍以進(jìn)口設(shè)備為主。神華集團(tuán)榆家梁礦 2002 年引進(jìn)德國(guó)艾柯夫公司生產(chǎn)的 SL500 型采煤機(jī)，當(dāng)年 5 月投入使用不久，平均日產(chǎn)就達(dá)到 2.5 蘇 t, 7 月最高日產(chǎn)達(dá) 3.6 萬 t,最高月產(chǎn)近 40 萬 t。山西晉城無煙煤礦業(yè)集團(tuán)寺河礦 2002 年引進(jìn) SL500 型采煤機(jī)，當(dāng)年 8 月投入使用，最高日產(chǎn)達(dá) 2.6 萬 t。 1.2.3 技術(shù)特點(diǎn)及最新發(fā)展 1)技術(shù)特點(diǎn) 高產(chǎn)高效礦井 的核心就是工作面設(shè)備可靠性高、備用安全系數(shù)大，生產(chǎn)能力大。生產(chǎn)特征表現(xiàn)為生產(chǎn)高度集中化，形成一個(gè)礦井、一個(gè)采區(qū)、一個(gè) (兩個(gè) )采面的生產(chǎn)模式。 河南理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 礦井生產(chǎn)系統(tǒng)極大簡(jiǎn)化，礦井的開拓、掘進(jìn)、運(yùn)輸、通風(fēng)、排水、供電變得更加簡(jiǎn)單，提高了生產(chǎn)的安全性，減少了大量巷道的掘進(jìn)和維護(hù)，大幅度降低了生產(chǎn)成本。同時(shí)，礦井生產(chǎn)管理也更加科學(xué)化合理化。 礦井輔助配套裝備技術(shù)得到發(fā)展和提高，如工作面順槽巷道實(shí)現(xiàn)快速掘進(jìn)和支護(hù) ；礦井原煤運(yùn)輸實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離皮帶化 ；材料、設(shè)備、人員運(yùn)輸通過柴油機(jī)膠輪車、齒軌或卡軌車可從地面或井底直接到達(dá)工作面 現(xiàn)場(chǎng) ；工作面設(shè)備實(shí)現(xiàn)快諫搬遷。 2)最斷發(fā)展 為了適應(yīng)生產(chǎn)能力和快速推進(jìn)及減少搬家倒面的需要，工作面尺寸不斷加大，工作面最大長(zhǎng)度達(dá) 400m 以上，走向最大長(zhǎng)度達(dá) 4500m. 套設(shè)備趨于大功率、高可靠性的方向發(fā)展，并廣泛應(yīng)用新技術(shù)。主要表現(xiàn)有以下幾個(gè)方面 : a)采煤機(jī)的模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)使機(jī)器的維護(hù)和監(jiān)測(cè)更加簡(jiǎn)便，可靠性更高。交流變頻調(diào)速或直流調(diào)速電牽引，牽引速度不斷提高，最大牽引速度已達(dá)到 35m/min；大功率、高電壓、大截深。采煤機(jī)總裝機(jī)功率可達(dá) 1500V2004kw?，F(xiàn)行 1100v 工作電壓已不適 應(yīng)大功率采煤機(jī)的要求，美國(guó)目前常用電壓為 2300v，部分工作面開始使用 4160v 電壓 ；英國(guó)、澳大利亞使用 3300v 電壓 ；法國(guó)使用 5000、電壓 :波蘭使用 6000v 電壓。采煤機(jī)截深達(dá)到 1-1.2m；多電機(jī)驅(qū)動(dòng)，橫向布置，積木式結(jié)構(gòu)，各單元之 間沒有機(jī)械動(dòng)力傳動(dòng)，簡(jiǎn)單可靠 ；采用光電和傳感技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別，滾筒自動(dòng)導(dǎo)向，其實(shí)質(zhì)是煤巖界面探測(cè)技術(shù)，它能自動(dòng)識(shí)別煤巖界面，并據(jù)此自動(dòng)調(diào)節(jié)滾筒截割高度 ；煤塵控制和故障診斷系統(tǒng)。 b)工作面刮板輸送機(jī)最大工作長(zhǎng)度可達(dá)到 430m，最大槽寬達(dá) 1200rnm,最大輸送能力達(dá) 5000tlb，最大功率超過 2000kw.結(jié)構(gòu)上采用交叉?zhèn)刃妒綑C(jī)頭、整體鑄造或組合焊接封底溜槽，減少了螺栓聯(lián)接，提高了可靠性，使用壽命達(dá)到 600-1200 萬 t 過煤量 ；采用 D42mm. (D46mm 大直徑刮板鏈 ；采用 CST 軟啟動(dòng)技術(shù)或雙速電機(jī)技術(shù)，大大改善了刮板 河南理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 運(yùn)輸機(jī)的工況、提高了輸送機(jī)的可靠性，使鏈子和鏈輪的壽命加倍，故障診斷和工況監(jiān)測(cè)技術(shù)，可以連續(xù)監(jiān)測(cè)輸送機(jī)各部件的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行故障診斷和報(bào)曹。順槽轉(zhuǎn)載機(jī)裝機(jī)功率最大已達(dá)到 525kw，具備自移功能。 1 頂槽膠帶輸送機(jī)普遍采用液粘差速或變頻調(diào)速及多 電機(jī)功率均衡驅(qū)動(dòng)技術(shù)，輸送能力達(dá)到 2000-3500tlh,輸送距離達(dá)到 2000-4000m,膠帶運(yùn)行速度不斷提高，驅(qū)動(dòng)功率超過 2000kw液壓支架工作阻力達(dá) 7000-8000kN，個(gè)別達(dá)到 11000kN，中心距 1.75m，最大達(dá) 2m，支架整機(jī)壽命大大提高。結(jié)構(gòu)件材料越來越多地采用高強(qiáng)度鑰材，例如屈服極限 690MPa 以上的鋼板，支架的耐久性試驗(yàn)循環(huán)次數(shù)達(dá) 50000 次，壽命達(dá) 14 年以上 ；液壓缸的密封材料均采用聚氨脂，使用壽命比橡膠密封圈能提高一倍以上。發(fā)達(dá)國(guó)家如美國(guó)、澳大利亞等國(guó)家普遍以兩柱掩護(hù)式為主 ，并有 87. 5%的工作面配備電液控制系統(tǒng)，配以大流盈控制系統(tǒng)，移架速度可達(dá) 6-8x1 架。 二 液壓支架 工作原理及方案設(shè)計(jì) 2.1 液壓支架的組成和分類 2.1.1 液壓支架的組成 液壓支架是綜采工作面支護(hù)設(shè)備，它的主要作用是支護(hù)采場(chǎng)頂板，維護(hù)安全作業(yè)空間，推移工作面采運(yùn)設(shè)備。 液壓支架的種類很多，但其基本功能是相同的。其組成可分為 4 個(gè)部分： (1) 承載結(jié)構(gòu)件，如頂梁、掩護(hù)梁、底座、連桿、尾梁等。其主要功能是承受和傳遞頂板和垮落巖石的載荷。 (2) 液壓油缸，包括立柱和各類千斤頂。其主要功能是實(shí)現(xiàn)支架的各 種動(dòng)作，產(chǎn)生液壓動(dòng)力。 (3) 控制元部件，包括液壓系統(tǒng)操縱閥、單向閥、安全閥等各類閥，以及管路、液壓、電控元件等。其主要功能是操作控制支架各液壓油缸動(dòng)作及保證所需的工作特性。 (4) 輔助裝置，如推移裝置、護(hù)幫 (或挑梁 )裝置、伸縮梁 (或插板 )裝置、活動(dòng)側(cè)護(hù)板、 河南理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 防倒防滑裝置、連接件等。這些裝置是為實(shí)現(xiàn)支架的某些動(dòng)作或功能所必需的裝置。 2.1.2 液壓支架的分類及特點(diǎn) 1 按架形結(jié)構(gòu)及其圍巖關(guān)系分 1)掩護(hù)式。 (1)支掩掩護(hù)式支架分插底式和不插底式 (如圖 2 1 和圖 2 2 所示 ) 圖 2 1 插底式 圖 2 2 不分插底式 (2)支頂掩護(hù)式支架分為支架平衡千斤頂設(shè)在頂梁與掩護(hù)梁之間和平衡千斤頂設(shè)在掩護(hù)梁與底座之間兩類 (如圖 2 3 和圖 2 4 所示） 圖 2 3 支撐掩護(hù)式支架 圖 2 4 支頂支掩掩護(hù)式支架 2)支撐掩護(hù)式支架。 1)支頂支撐掩護(hù)式支架 (如圖 2 5 所示） (2)支頂支掩支撐掩護(hù)式支架 (如圖 2 6 所示 )，其中一排立柱支撐在掩護(hù)梁上。 河南理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 9 圖 2 5 支頂支撐掩護(hù)式支架 圖 2 6 支頂支掩支撐掩護(hù)式支架 3)支撐式支架。 (1)節(jié)式支架 (如圖 2 7 所示 )分兩框架式、三框架及四框架組合式兩類 (2)垛式支架 (如圖 2 8 所示 )。 圖 2 7 節(jié)式支架 圖 2 8 垛式支架 2按適用煤層傾角分 （ 1)一般工作面支架； （ 2)大傾角支架 。 3技適用采高分 （ 1） 薄煤層支架； （ 2） 中厚煤層支架； （ 3） 大采高文架 。 4按適用采煤方法分 （ 1） 一次采全高支架； （ 2） 放頂煤支架； （ 3） 鋪網(wǎng)文架： （ 4）充填支架。 5按在工作面中的位置分 （ 1） 工作面支架； （ 2） 過渡文架 (排頭支架 )； （ 3） 端頭支架。 6按穩(wěn)定機(jī)構(gòu)分 （ 1） 四連桿機(jī)構(gòu)支架； （ 2） 單鉸點(diǎn)機(jī)構(gòu)支架； （ 3） 反四連桿機(jī)構(gòu)支架； （ 4） 單擺桿式支架； （ 5） 機(jī)械限位支架 。 7按組合方式分 （ 1） 單架式支架； （ 2） 組合式支架。 河南理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 8按控制方式分 （ 1） 本架控制支架 （ 2） 鄰架控制支架 （ 3） 成組控制支架 。 9按控制原理分 （ 1） 液壓直接控制支架 （ 2） 液壓先導(dǎo)控制支架 （ 3） 電液控制支架。 2.2 液壓支架的工作原理 根據(jù)綜合工作面的作業(yè)特點(diǎn)，液壓支架在一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)需要有降柱， 移架，升柱，推移等等幾個(gè)動(dòng)作，而這些動(dòng)作的完成時(shí)靠不同功用的支柱，千斤頂，液壓閥和液壓管路來完成的。 其工作原理如圖 2 9 所示： 2.2.1 升柱初撐 圖 2 9 液壓支架的工作原理圖 如上圖所示為支柱的升柱系統(tǒng)的簡(jiǎn)圖。升柱時(shí)，高壓液體經(jīng)操作閥 1，管路 2 到支柱 4的活塞腔，推動(dòng)活塞使活柱向上升起。與此同時(shí)，支柱環(huán)形腔的液體經(jīng)管路 3 操縱閥 1 流回液箱，此時(shí)液壓支架就支撐頂板。 在乳化液泵站的工作壓力作用下，支架對(duì)頂板的最初支撐能力， 稱為支架的初撐力，用 p初表示。其計(jì)算公式： 24p D P N泵初 式子中 p初 支架的初支撐力，公斤力； D 支柱的活塞直徑，厘米； P泵 乳化液泵站的工作壓力， 2公 斤 力 厘 米 ； N 每架支架的支柱數(shù)。 2.2.2 支架承載 當(dāng)支柱升起支撐頂板后，便承載頂板的壓力。為了把工作液體封 閉在支柱的活塞腔內(nèi)，不使工作液體倒流，故加設(shè)了個(gè)液控單向閥，以保證在支柱支撐頂板后形成初支撐力。 河南理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 11 支架達(dá)到初支撐力后，在頂板壓力的作用下，支柱的承載量不斷增加，并一直達(dá)到支柱的工作阻力。所謂支柱的工作阻力，即是支架在頂板壓力的作用下，使支柱活塞腔的壓力增高，當(dāng)達(dá)到安全閥的釋放壓力時(shí)，對(duì)頂板的最大支撐力，用xp表示，其計(jì)算公式為： 220 . 7 8 5 4XP D P N D P N安 安 4 式子中 xp 支架的 工作阻力，公斤力或噸力； D 支柱的活塞直徑， 2厘 米 ； P安 安全閥的卸載壓力， 2公 斤 力 厘 米 ； N 液壓支架的支柱數(shù)。 2.2.3 降柱卸載 當(dāng)支架需要向前移動(dòng)時(shí)，首先必須降柱，使支架卸載。降柱時(shí)，高壓液體經(jīng)操縱閥，管路到液壓支柱環(huán)形腔， 推動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)。與此同時(shí)，高壓液體打開封閉支柱活塞腔的液控單向閥，使活塞腔內(nèi)的液體經(jīng)管路，操縱閥流回油箱。這時(shí)液壓支架和頂板脫 離接觸，為移架做好準(zhǔn)備。 2.2.4 移架和推溜 支架降柱后就可以移架。由于推移千斤頂一端和支架連接，而另一端和運(yùn)輸機(jī)連接，而且相鄰的支架已將運(yùn)輸機(jī)固定，所以給推移千斤頂相應(yīng)的工作腔供入高壓液體時(shí)，則可將液壓支架移過去。 當(dāng)支架進(jìn)行支撐而需要推移運(yùn)輸機(jī)時(shí)，在推移千斤頂?shù)牧硪还ぷ髑惠斎敫邏阂后w，則可實(shí)現(xiàn)推溜。 千斤頂活塞腔進(jìn)入高壓液體產(chǎn)生的推力的計(jì)算公式為： 20 .7 8 5 4P D P 泵推 式子中 P推 千斤頂?shù)耐屏?，公斤?或噸力； D 千斤頂?shù)幕钊睆?，厘米?P泵 乳化液泵站的工作阻力， 2公 斤 力 厘 米 。 河南理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 千斤頂環(huán)形腔進(jìn)入高壓液體產(chǎn)生拉力的計(jì)算公式為： 220 . 7 8 5 4 ( )P D d P 泵拉 式子中 P拉 千斤頂?shù)睦?，公斤力或噸力?d 千斤頂活塞的直徑，厘米。 2.3 液壓支架的主要 參數(shù)的確定及選架原則 在 液壓支架與圍巖力學(xué)相互作用研究的基礎(chǔ)上，需綜合分析不同地質(zhì)技術(shù)條件下支護(hù)阻力確定的理論研究成果并分析不同支架的結(jié)構(gòu)力學(xué)特征，為支架選型提供依據(jù)。 2.3.1 液壓支架的選架原則 液壓支架的選型，其根本目的是使綜采設(shè)備適應(yīng)礦井和工作面的，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)備條件進(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，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 25時(shí)，排頭支架設(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)選選用通風(fēng)面積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。 河南理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13 （ 9）斷層十分發(fā)育，煤層變化大，頂板的允許暴露面積在 5 8 2m ，時(shí)間在 20min 以上時(shí)，暫不宜采用綜采。 依據(jù)上面的選型原則及選型主要依據(jù)結(jié)合本次設(shè)計(jì)要求 ， 所以本次設(shè)計(jì)所選的液壓支架為支撐掩護(hù) 式液壓支架。 2.3.2 液壓支架主要參數(shù)的確定 2.3.2.1 高度的確定 一般應(yīng)首先確定支架適用煤層的平均采高，然后確定支架高度 （ 1） 對(duì)于大采高支架，按下式確定支架高度，即 ： m a x m a x ( 2 0 0 4 0 0 )HM m i n m i n ( 5 0 0 9 0 0 )HM 式子中 maxH 支架的最大高度（ mm）； maxM 最大采高 （ mm）； minH 支架最小高度 （ mm）； minM 最小采高（ mm）。 m ax 1seM k M m in 2seM k M 式子中 eM 煤層平均厚度； 1sk 、2sk 煤層厚度上 、下波動(dòng)系數(shù)，一般情況1sk=1.11.3，2sk=0.80.9. （ 2） 對(duì)于中厚煤層支架，按下式確定支架高度，即 ：m a x m a x ( 2 0 0 3 0 0 )HM m i n m i n ( 3 0 0 4 0 0 )HM （ 3） 對(duì)于薄層支架，則可按下式確定液壓支架高度，即 m a x m a x( 1 0 0 2 0 0 )HM m i n m i n(1 5 0 2 5 0 )HM 河南理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 14 支架的最大高度與最小高度之差為支架的調(diào)高范圍。調(diào)高范圍越大，支架適用范圍越廣，但過大的調(diào)高范圍給支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)造成困難，可靠性降低。 本設(shè)計(jì)中的煤層屬于中厚煤層，所以取maxH為 2200mm, minH為 1200mm。 2.3.2.2 中心距和寬 度的確定 支架中心距一般等于工作面一節(jié)溜槽長(zhǎng)度。目前國(guó)內(nèi)外液壓支架中心距大部分采用1 5m.大采高支架為促高穩(wěn)定性中心距可采用 1 75m，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.本次設(shè)計(jì)中所選擇的中心距為 1.5m。 支架寬度是指頂梁的最小與最大寬度。寬度的確定應(yīng)考慮支架的運(yùn)輸、安裝和調(diào)架要求。支架頂梁一般裝有活動(dòng)的側(cè)護(hù)板，側(cè)護(hù)板的行程一般取為 170200mm，當(dāng)支架的中心距為 1.5m 時(shí)，最小寬度一般取為 14001430mm,最大寬度一般取 15701600mm。當(dāng)支架的中心 距為 1.75m 時(shí)，最小寬度一般取 16501680mm,最大寬度一般取 18501880mm。當(dāng)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 11501180mm，最大寬度取 13201350；如果頂梁不帶活動(dòng)側(cè)護(hù)板，則寬度一般取 11501200mm。 本次設(shè)計(jì)中所選擇的最小支架寬度為 1400mm，最大寬度為 1580mm。 2.3.2.3 梁端距和頂梁長(zhǎng)度的確定 所謂梁端距是指移架后頂梁端部至煤壁的距離 。梁端距是考慮由于工作面頂板起伏不平造成輸送機(jī)和采煤機(jī)的傾斜，以及采煤機(jī)割煤時(shí)垂直分力使 搖臂和滾筒向支架傾斜，為避免割頂梁而留的安全距離。支架高度越大，梁端距也應(yīng)越大。 當(dāng)采用即時(shí)支護(hù)方式時(shí)一般大采高支架梁端距應(yīng)取 350480mm，中厚煤層支架梁端距應(yīng)取 280 340mm薄煤層支架梁端距應(yīng)取 200 300mm。頂梁長(zhǎng)度受支架型式、配套采煤機(jī)截深 (滾筒寬度 )、刮板輸送機(jī)尺寸、配套關(guān)系及立柱缸徑、通道要求、底座長(zhǎng)度、支護(hù)方式等因素的制約。 本次設(shè)計(jì)中選擇液壓支架的梁端距為 300mm。 減小頂梁長(zhǎng)度，有利于減小擰頂面積，增大支護(hù)強(qiáng)度，減少頂板反復(fù)支護(hù)次數(shù)，保持支架結(jié)構(gòu)緊湊，減輕重量。 本次設(shè)計(jì)中頂 梁長(zhǎng)度初定為 3500mm。 2.3.2.4 頂梁形式的選擇 支架常用頂梁形式有 3 種：整體頂梁、鉸接項(xiàng)梁和楔形結(jié)構(gòu)頂梁。鉸接頂梁的前段稱 河南理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 15 為前梁，后段為主梁，一般簡(jiǎn)稱頂梁。 本次設(shè)計(jì)中選擇的液壓支架的頂梁形式是鉸接式頂梁。 2.3.2.5 支架側(cè)護(hù)板形式的選擇 支架側(cè)護(hù)板裝置一般內(nèi)側(cè)護(hù)板、彈簧簡(jiǎn)、側(cè)報(bào)千斤頂、導(dǎo)向桿和連接銷軸等組成。 支架常用的活動(dòng)側(cè)擴(kuò)板形式有 3 種，即直角式單側(cè)活動(dòng)側(cè)護(hù)板、且角式雙側(cè)可調(diào)活動(dòng)側(cè)護(hù)板和折頁(yè)式單側(cè)活動(dòng)側(cè)護(hù)板。 本設(shè)計(jì)中側(cè)護(hù)板選擇為直角式單側(cè)活動(dòng)側(cè)護(hù)板。 2.3.2.6 底座形式的選擇 支架 底座常用形式有 3 種，即整體剛性底座、底分式剛性底座和餃接分體底座。 本設(shè)計(jì)中底座選擇為對(duì)分式底座。 2.3.2.7 支 柱間距 支架柱間距是指兩排立柱間的距離。 支柱間距可按下面計(jì)算公式計(jì)算 bc=Bm+nc3 式中 bc 支架間距（支架中心距）， Bm 每架支架頂梁的總寬度 ， c3 相鄰支架（或框架）頂梁之間的間隙， n 每架所包含的組架或框架數(shù)，整體自移式支架 n = 1；整體邁步式支架 n = 支架節(jié)數(shù)。 支架間距 bc 要根據(jù)支架型式來確定。但由于每架支架的推移千斤頂都與工作面輸送機(jī)的一節(jié)溜槽相連，因此目前主要根據(jù)輸送機(jī)溜槽每節(jié)長(zhǎng)度及槽幫上千斤頂連接塊的位置來確定。我國(guó)刮板輸送機(jī)溜槽每節(jié)寬度為 1.5m ，千斤頂連接塊位置在溜槽中長(zhǎng)的中間，所以除節(jié)式和邁步式支架外，支架間距一般為 1.5m。本次設(shè)計(jì)所選擇的支柱的間距為 1.5m。 2.3.3 液壓支架方案的確定 通過 已知條件及 以上分析，可以初步選 定 ZFS4000/15/32L（四柱）的支撐掩護(hù)式 液壓支架， 其 支護(hù)強(qiáng)度 q=1.6*350KN/ 2m ，立柱總的工作阻力 P=4000KN。 河南理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 16 液壓支架個(gè)部分的結(jié)構(gòu)尺寸如圖 2 10 所示， 圖中1l20l均為支架結(jié)構(gòu)參數(shù)， H 為支架的最高工作高度， 1、2分別為前后立柱與垂線的夾角，3、4、5分別為后四連桿及掩護(hù)梁與水平線的夾角。（單位： mm） 圖 2 10 液壓支架尺寸結(jié)構(gòu)圖 1l=200 2l= 200 3l= 700 4l= 600 5l=600 6l=800 7l=300 8l=600 9l=100 10l=2400 11l=1800 12l=1050 13l=380 14l=150 15l=150 16l=230 17l=1280 18l=1060 19l=710 20l=50 1 8.61 2 0.93 3 47 4 66 5 51 2200H 三 液壓支架的 四桿機(jī)構(gòu) 及 掩護(hù)梁 的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1 液壓支架的四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1.1 液壓支架四桿機(jī)構(gòu)的作用 河南理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 17 四連桿機(jī)構(gòu)式掩護(hù)式支架和支撐掩護(hù)式支架的最重要部件之一，其作用概括起來主要有兩個(gè)，其一是當(dāng)支架由高到低變化時(shí)，借助四連桿機(jī)構(gòu)使支架頂梁前端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡呈近似雙紐線，從而使支架頂梁前端點(diǎn)與煤壁間距離的變化大大減小，提高了管理頂板的性能；其二是使支架能承受較大的水平力。 為了掌握四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，必須正確理解四連桿機(jī)構(gòu)的作用。下面通過四連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)作過程的幾何特征進(jìn)一步闡述其作用，這些幾何特征是四 連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)作過程的必然結(jié)果。 1）支架高度在最大和最小范圍內(nèi)變化時(shí)，如圖 3 1 所示，頂梁端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的最大寬度 e 應(yīng)小于或等于 70mm ，最好為 30mm 以下。 圖 3 1 四連桿機(jī)構(gòu)幾何特征 2） 支架在最高位置和最低位置時(shí)，頂梁與掩護(hù)梁的夾角 P 和后連桿與底平面的夾角 Q， 應(yīng)滿足如下要求： 支架在最高位置時(shí)， P 052 062 ， Q 075 085 ；支架在最低位置時(shí)，為有利于 矸石 下滑，防止矸石停留在掩護(hù)梁上，根據(jù)物理學(xué)摩擦理論可知，要求 tanP W,如果鋼和矸石的摩擦系數(shù) W = 0.3，則 P = 16.7。為了安全可靠，最低工作位置應(yīng)使 P 025 為宜。而Q 角主要考慮后連桿底部距底板要有一定距離，防止支架后部冒落巖石卡住后連桿，使支 河南理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 18 架不能下降，一般取 Q 025 030,在特殊情況下需 要角度較小時(shí)，可提高后連桿下鉸點(diǎn)的高度。 3） 從圖 3 1可知，掩護(hù)量與頂梁鉸點(diǎn) e和瞬時(shí)中心 O 之間的連線與水平線夾角為 。 設(shè)計(jì)時(shí)，要使 角滿足 tan 0.35 的范圍，其原因是 角直接影響支架承受附加力的數(shù)值大小。 4） 應(yīng)取頂梁前端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡雙扭線向前凸的一段為支架工作段，其原因?yàn)楫?dāng)頂板來壓時(shí)，立柱 讓壓下縮，使頂梁又向前移的趨勢(shì)，可防止巖石向后移動(dòng)，又可以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)，從而增加了頂梁前端的支護(hù)力，防止頂梁前端上方頂板冒落，并且是底座前端比壓減小，防止啃底，有利于移架。水平力的合力也相應(yīng)減小，所以減輕了掩護(hù)梁的外載荷。 從以上分析得知，為使支架受力合理和工作可靠，在設(shè)計(jì)四連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)軌跡時(shí)，應(yīng)盡量是 e值減小，取雙紐線向前凸的一段為支架的工作段。 所以，當(dāng)已知掩護(hù)梁和后連桿的長(zhǎng)度后，從這個(gè)觀點(diǎn)出發(fā)，在設(shè)計(jì)時(shí)只要把掩護(hù)梁和后連桿簡(jiǎn) 化成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，運(yùn)用作圖法就可以了，如圖 3 2所示（實(shí)際上液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)屬雙搖桿機(jī)構(gòu)）。 圖 3 2 掩護(hù)梁和后連桿構(gòu)成曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 3.1.2運(yùn)用幾何作圖法確定四桿機(jī)構(gòu)的各部分尺寸 （ 1）首先確定掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)至頂梁頂面之距和 后連桿下鉸點(diǎn)至底座底面之距 掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)至頂梁頂面的距離oH一般根據(jù)支架工作阻力初步確定頂梁梁體的高度 河南理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 19 后，再根據(jù)結(jié)構(gòu)的合理性確定，一般支架取 150 200mm，重型支 架可取 210 260mm.本次設(shè)計(jì)中選擇oH為 160mm。 后連桿下鉸點(diǎn)至底座的距離5y 般根據(jù)支架最小高度確定，薄煤層支架取 150250mm，對(duì)中厚煤層支架取 250 450mm，對(duì)大采高支架取 450 600mm。 本次設(shè)計(jì)中5y取400mm。 （ 2） 掩護(hù)梁和 后連桿長(zhǎng)度的確定 用解析法來確定掩護(hù)梁和后連桿的長(zhǎng)度，如圖 3 3所示。 圖 3 3 掩護(hù)梁和后連 桿計(jì)算圖 設(shè) ： G 為掩護(hù)梁長(zhǎng)度； A為后連桿的長(zhǎng)度； L2為 e 點(diǎn)引垂線到后連桿下鉸點(diǎn)之距； H1為支架最高位置時(shí)的計(jì)算高度； H2為支架最低位置時(shí)的計(jì)算高度； 從幾何關(guān)系可以列出如下兩式： 河南理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 20 GcosP1-AcosQ1=L2； (3-1) GcosP2-AcosQ2=L2； （ 3-2） 聯(lián)立上述兩式可得： 1212 c o sc o s c o sc o s QQ PPGA （ 3-3） 液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)是一個(gè)雙搖桿機(jī)構(gòu)，存在兩個(gè)運(yùn)動(dòng)極限，即如圖 3 4所示： 圖 3 4 四桿機(jī)構(gòu)的極限位置 min max,aa 是液壓支架后連桿的理論變化區(qū)間，一般而言，在 mina 處液壓支架的高度不一定最低，在maxa處液壓支架的高度也不一定最高，但是在 min max,aa一定存在使得液壓支架有最高與最低的一個(gè)點(diǎn)，一般情況下，液壓支架的后連桿與水平面的夾角 a 與液壓支架的高度 H 成某一函數(shù)關(guān)系，用圖像表示如圖 3 5 所示： 河南理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 21 圖 3 5 H與 a的函數(shù)關(guān)系 所以取上面的1p=50 ，2p= 30 ，1Q=70 ,2Q=42 ,將數(shù)據(jù)代入（ 3 3）得 AG = c o s 3 0 c o s 5 0c o s 4 2 c o s 7 0 = 0.22320.4011 0.5565 （ 3 4） 此計(jì)算結(jié)果 符合掩護(hù)式支架的 GA0.45 0.62， 又 液壓 支架最高位置時(shí)的計(jì)算高度為 H1 = GsinP1 + AsinQ1 (3 5) 根據(jù)上面的假設(shè)的1p= 50 ，1Q=70 ,結(jié)合（ 3 4）和 (3 5)可算得掩護(hù)梁及四連桿機(jī)構(gòu)的后連桿的長(zhǎng) 度分別為： G =1272.4mm， A =708.1 mm， 取整數(shù) G =1280mm, A =710mm, 重新計(jì)算得， 1p=51 ， 2p=30 ， 河南理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 22 1Q=66 ， 2Q=34 . （ 3） 液壓支架四桿機(jī)構(gòu)參數(shù)確定的幾何作圖過程 1） 確定后連桿下鉸點(diǎn) 0 點(diǎn)位置，使它比底座底面高 400mm。 2）過 0 點(diǎn)作與底座底面平行的水平線 H H 線 . 3）過 0 點(diǎn)作與 H H 線的夾角為 Q1 的斜線。 4） 在此斜線上截取線段 oa 等于 A 的 長(zhǎng)度， a 點(diǎn)即為后連桿與掩護(hù)梁的鉸點(diǎn)。 5） 過 a 點(diǎn)作與 H H 線夾角為 P1 的斜線，以 a 點(diǎn)為圓心， G 為半徑作弧交此斜 線 于點(diǎn) e,e即為掩護(hù)梁與頂梁的鉸點(diǎn)。 6) 過 e點(diǎn)作 H H 線的平行線 F F 線，則 H H 線與 F F 線的距離為 H1， 即液壓支架最高位置時(shí)的計(jì)算高度。 7) 以 a 點(diǎn)為圓心，以 （ 0.22 0.3） G 長(zhǎng)度為半徑作弧，在掩護(hù)梁上交一點(diǎn) b，為 前連桿上鉸點(diǎn)的位置。 8) 過 e點(diǎn)作 F F 線的垂線（認(rèn)為液壓支架由高到低變化時(shí)， e點(diǎn)在此直線上滑動(dòng)）。 9) 在垂線上作液壓支架在最低位置時(shí)頂梁與掩護(hù)梁的鉸點(diǎn) e。 10) 取 ee 線中間某一點(diǎn) e，為液壓支架降到此高度時(shí)掩護(hù)梁與頂梁的 鉸點(diǎn)（液 壓支架由高到低變化時(shí)，頂梁前端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡為近似雙扭線，中間這幾點(diǎn)的位置直接影響頂梁前端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的形狀、變化寬度等）。 11) O 點(diǎn)為圓心， oa 為半徑作圓弧。 12) 以 e點(diǎn)為圓心，掩護(hù)梁長(zhǎng) ae 為半徑作弧，交前圓弧上一點(diǎn) a，此點(diǎn)位液 壓 支架降到中間某一位置時(shí)，掩護(hù)梁與 后連桿的鉸點(diǎn)。 13) 以 e點(diǎn)為圓心，掩護(hù)梁長(zhǎng) ae 為半徑作弧，交最前面圓弧上一點(diǎn) a， 此點(diǎn)位支架降到最低位置時(shí)，掩護(hù)梁與后連桿的鉸點(diǎn)。 14) 連接 ea 、 ea ，并以 a點(diǎn)為圓心， ab 長(zhǎng)為半徑作弧，交 ae 上一點(diǎn) b。 以 河南理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 23 a點(diǎn)為圓心， ab 長(zhǎng)為半徑作弧，交 ae 上一點(diǎn) b。則 b、 b、 b三點(diǎn)為液壓支架在三個(gè)位置時(shí)，前連桿的上鉸點(diǎn)。 15) 連接 ao 、 ao 為液壓支架降到中間某一位置和最低位置時(shí)后連桿的位置。 16） 分別作 bb 和 bb 的垂直平分線，其交點(diǎn) c 即為前連 桿下鉸點(diǎn)， bc 為前連桿長(zhǎng)度。 17）過 c 點(diǎn)向 H H 線作垂線，交點(diǎn) d，則線段 oa 、 ab 、 bc 、 cd 和 do 為液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)。 18）以上初步求出的四連桿機(jī)構(gòu)的幾何尺寸，再用幾何作圖法畫出液壓支架掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn) e的運(yùn)動(dòng)曲線，只要初步變化四連桿機(jī)構(gòu)的幾何尺寸，便可以畫出不同的曲線來。再按液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征進(jìn)行校核，最終選出較優(yōu)的四連桿機(jī)構(gòu)尺寸。 圖 3 6 液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)的幾何作圖法 經(jīng)過優(yōu)選，最終得到： 前、后連桿上鉸點(diǎn)之距 ab = 280mm； 前連桿長(zhǎng)度 bc = 1060mm； 河南理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 24 前連桿下鉸點(diǎn)高度 cd = 95mm； 前、后連桿下鉸點(diǎn)在底座上的投 影距離 do = 600mm； 前連桿上鉸點(diǎn)至掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)之距 be = 1000mm。 3.2 液壓支架掩護(hù)梁的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.2.1掩護(hù)梁的功能 掩護(hù)梁是液壓支架的重要組成部分，在液壓支架中的功用主要有如下幾點(diǎn)：（ 1） 將頂梁承受的部分壓板壓力通過連桿或鉸接點(diǎn)傳遞給底座 。 （ 2） 用以隔離采空區(qū)、阻止其冒落矸石涌入工作面，掩護(hù)梁上的活動(dòng)側(cè)護(hù)板進(jìn)一步完善了這種功能。 （ 3） 承受采空區(qū)冒落殲石的壓力，并將它傳遞至頂梁、 連桿和底座 。 3.2.2掩護(hù)梁的選型 掩護(hù)梁的結(jié)構(gòu)為鋼板焊接的箱式結(jié)構(gòu)，在掩護(hù)梁上端與 頂梁鉸接，下部焊有與前、后連桿鉸接的耳座，活動(dòng)側(cè)護(hù)板裝在掩護(hù)梁另 一側(cè)。 從側(cè)面看掩護(hù)梁，其形狀有直線型 （如圖 3 7 所示） ，折線形兩種。 直線型掩護(hù)梁整體性能好，強(qiáng)度大，加工簡(jiǎn)單，工藝性好，是目前運(yùn)用得最多的一種。 折線型 （如圖 3 8所示） 相對(duì)直線型支架斷面大，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，但工藝差， 雖然過去常常采用，但是現(xiàn)在 很少采用。本設(shè)計(jì) 中掩護(hù)梁 屬直線型。 圖 3 7直線型掩護(hù)梁 圖 3 8 折線型掩護(hù)梁 從掩護(hù)梁的寬度方向來分，可分為整體式和對(duì)分式兩種。對(duì)分式結(jié)構(gòu)尺寸小，易于加工、運(yùn)輸和安裝，但結(jié)構(gòu)強(qiáng)度差。本設(shè)計(jì) 中掩護(hù)梁 為整體式 。 3.2.3掩護(hù)梁尺寸的擬定 河南理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 25 （ 1）長(zhǎng)度：掩護(hù)梁的長(zhǎng)度確定遵循如下幾點(diǎn)原則 1）一般支架高度大，調(diào)高范圍大，要求掩護(hù)梁較長(zhǎng)。 2）加大掩護(hù)梁的背角，可以減小掩護(hù)梁的長(zhǎng)度。 3）一般連桿長(zhǎng)，且與水平面夾角大，可以縮短掩護(hù)梁的長(zhǎng)度。 4）放頂煤，分層鋪網(wǎng)等特種采煤的工藝的支架，要求的掩護(hù)梁的長(zhǎng)度要長(zhǎng)。 結(jié)合以上的原則及前面的計(jì)算可知，本設(shè)計(jì)中掩護(hù)梁的長(zhǎng)度定位 1280mm。 （ 2）寬度：掩護(hù)梁的寬度設(shè)計(jì)應(yīng)考慮如下幾點(diǎn) 1）掩護(hù)梁的寬度主要取決于支架的中心距，頂板穩(wěn)定性及是否帶活動(dòng)側(cè)護(hù)板等因素 2）對(duì)于支撐掩護(hù)式液壓支架的掩護(hù)梁的寬度可參考如下的計(jì)算公式 掩護(hù)梁寬度 =支架中心距 -架間間隙（ 200 300mm） 本設(shè)計(jì)中選擇掩護(hù)梁的寬度為 1300mm。 （ 3）高度：影響掩護(hù)梁的高度設(shè)計(jì)有如下幾點(diǎn) 1）掩護(hù)梁的高度通過掩護(hù)梁的受力分析，強(qiáng)度校核來確定 2）對(duì)于厚煤層液壓支架，由于要承受很大的水平力和側(cè)向力，應(yīng)該適當(dāng)加大掩護(hù)梁的高度，以便提高穩(wěn)定性和安全性 ；對(duì)于薄煤層液壓支架，為保持一定的空間，要適當(dāng)縮小掩護(hù)梁的高度。 3）掩護(hù)梁上固定側(cè)護(hù)板的高度應(yīng)保證當(dāng)相鄰支架前后相差一個(gè)步距支架高度相差300 400mm不脫開，而當(dāng)支架處于最低位置時(shí)，掩護(hù)梁側(cè)板不應(yīng)該接觸底板。 綜上考慮，本設(shè)計(jì)中選擇掩護(hù)梁的高度為： 300mm。 四液壓支架的 力學(xué) 分析 4.1 頂梁的受力分析 4.1.1 立柱傾角計(jì)算 立柱傾角1、2是影響支架支撐能力的重要參數(shù)。支架在不同高度時(shí)立 柱傾角可由下式求得： 1 2 1 3 6 7 2 011 4 1()a r c t a n l l l l lH l l = 3 8 0 1 0 5 0 ( 8 0 0 3 0 0 5 0 )a r c t a n 2 2 0 0 1 5 0 2 0 0 = 280a r c t a n a r c t a n 0 . 1 5 1 4 8 . 6 11850 2= 1 2 1 3 6 7 2 0 6 1 21 4 1()a r c t a n l l l l l l lH l l = 1 0 5 0 3 8 0 ( 8 0 0 3 0 0 5 0 ) 8 0 0 1 0 5 0a r c t a n2 2 0 0 1 5 0 2 0 0 河南理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 26 = 30arctan1850 = 0.93 4.1.2 頂梁 的受力 計(jì)算 取頂梁為分離體（包括前梁）如下圖 4 1所示 ： 4 1 頂梁受力分析圖 設(shè)頂板對(duì)支架頂梁的水平摩擦力為 rF ，掩護(hù)梁對(duì)頂梁鉸點(diǎn)的作用內(nèi)力為 AA YX , 。由頂梁平衡條件 0；0；0 AMyx 可得： AX 1 1 2 2( s i n s i n )rp p p =12( s i n 8 . 6 1 s i n 0 . 9 3 0 . 2 )rp p p = (0.151p-0.0162p 0.2 rp) （ 4 1） AY 1 1 2 2( c o s c o s )rp p P =12( c o s 8 . 6 1 c o s 0 . 9 3 )rp p P 河南理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 27 =12( 0 . 9 8 9 0 . 9 9 9 )rp p p （ 4 2） AM 1 1 6 1 1 1 2 1 3 2 2 1 3c o s ( ) c o srrp x p l p l l p l =1 1 20 . 2 0 . 2 3 c o s 8 . 6 1 (1 . 0 5 0 . 3 8 ) c o s 0 . 9 3 0 . 3 8rrp x p p p =1 1 20 . 0 4 6 1 . 4 1 4 0 . 3 8rrp x p p p （ 4 3） 4.2 掩護(hù)梁的受力分析 4.2.1 掩護(hù)梁的及四桿機(jī)構(gòu)部分的夾角的計(jì)算 結(jié)合前面四桿機(jī)構(gòu)的作圖可知道，3= 47 ， 4= 66 ， 5= 51 ， 4.2.2 掩護(hù)梁的受力計(jì)算 取掩護(hù)梁為分離體，其受力模型如圖 4 2 所示： 圖 4 2 掩護(hù) 梁的受力分析 河南理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 28 設(shè)掩護(hù)梁上矸石壓力為wP；其作用位置在掩護(hù)梁31處；由掩護(hù)梁平衡條件0；0；0 AMyx 可知： X = AX （ 23 3 4 4 5c o s c o s c o sWP p p 50 . 2 5 c o s 0 . 2 5Wwpp） = AX（ 234c o s 4 7 c o s 6 6 ( c o s 5 1 )Wp p p =AX（ 2340 . 6 8 2 0 . 4 0 7 1 9 . 6 4 2 0 . 2 0 . 6 2 9pp ） 0 . 2 5 1 9 . 6 4 2 0 . 2 0 . 6 2 9 0 . 2 5 1 9 . 6 4 2 ） = AX （340 . 6 8 2 0 . 4 0 7 3 . 9 7 5PP ） =0 （ 4 4） Y AY （ 5 5 5 5c o s s i n 0 . 2 5 s i n s i nW W Wp p p 3 3 4 4s i n s i npp ） =AY（ 1 9 . 6 4 2 1 9 . 6 4 2 0 . 2 c o s 5 1 s i n 5 1 5 5 3 40 . 2 5 s i n s i n s i n 4 7 s i n 6 6Wp p p ） =AY（341 9 . 6 4 2 1 . 9 2 1 1 . 1 8 6 0 . 7 3 1 0 . 9 1 4pp ） =AY（342 0 . 3 7 7 0 . 7 3 1 0 . 9 1 4pp=0 （ 4 5） AM=5 1 7 5 1 722s i n 0 . 2 5 c o s33WWp l p l 3 3 1 6 3c o s ( )p H l l =3 3 2 0 4 4 8 2 0 4 4 4 1 6s i n s i n ( ) c o s ( )p l p l l p H l l =5221 9 . 6 4 2 s i n 5 1 1 . 2 8 0 0 . 2 5 c o s 1 . 2 8 033 Wp 3 c o s 4 7 1 . 2 7 0p 34s i n 4 7 0 . 0 5 s i n 6 6 0 . 6 5pp 4 c o s 6 6 1 .3 7p 河南理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 29 =5221 9 . 6 4 2 s i n 5 1 1 . 2 8 0 0 . 2 5 c o s 1 . 2 8 033 Wp 3 c o s 4 7 1 . 2 7 0p 34s i n 4 7 0 . 0 5 s i n 6 6 0 . 6 5pp 4 c o s 6 6 1 . 3 7p =31 3 . 0 2 6 2 . 6 4 0 . 8 6 6 p 3 4 40 . 0 3 7 0 . 5 9 4 0 . 5 5 7p p p =341 5 . 6 6 6 0 . 9 0 3 1 . 1 5 1pp=0 （ 4 6） 4.3 底座的受力分析 底座的受力模型如下圖 4 3 所示： 圖 4 3 底座的受力 圖 由 0X 、 0Y 、2 0OM 得： 1 2 2 3 3 4 4s i n s i n c o s c o s 0fX F P P P P 1+ 1 2 2 3 3 4 4c o s c o s s i n s i n 0fY P P P P P 1 2 2 1 1 2 2 2s i n s i nO fM P x P l P l 1 1 6 7 8c o s ( )P l l l 1 河南理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 30 2 2 7 8 3 3 3 3 3 8 4 4 4c o s ( ) c o s s i n c o s 0P l l P l P l P l 其中 ffFP rrFP 將數(shù)值代入上式得： 340 . 2 2 s i n 8 . 6 1 2 s i n 0 . 9 3 c o s 4 7 c o s 6 6fX P P P + =340 . 2 2 0 0 0 0 . 1 5 0 2 0 0 0 0 . 0 1 6 0 . 6 8 2 0 . 4 0 7fP P P + =340 . 2 2 0 0 . 6 8 2 0 . 4 0 7fP P P =0 （ 4 7） 342 0 0 0 c o s 8 . 6 1 2 0 0 0 c o s 0 . 9 3 s i n 4 7 s i n 6 6fY P P P =342 0 0 0 0 . 9 8 9 2 0 0 0 1 0 . 7 3 1 0 . 9 1 4fp P P =343 9 7 8 0 . 7 3 1 0 . 9 1 4fp P P =0 （ 4 8） 22 2 0 0 0 s i n 8 . 6 1 0 . 2 2 0 0 0 s i n 0 . 9 3 0 . 2O fM P x 2 0 0 0 c o s 8 . 6 1 1 . 7 2 0 0 0 c o s 0 . 9 3 0 . 9 3 3 4c o s 4 7 0 . 7 s i n 4 7 0 . 6 c o s 6 6 0 . 6 0P P P =f2 p 2 0 0 0 0 . 1 5 0 . 2 2 0 0 0 0 . 0 1 6 0 . 2x 2 0 0 0 0 . 9 8 9 1 . 7 2 0 0 0 1 0 . 9 3 3 40 . 6 8 2 0 . 7 0 . 7 3 1 0 . 6 0 . 4 0 7 0 . 6P P P =f2 p 6 0 6 4x 3 3 6 2 .6 1 8 0 0 340 .9 1 6 0 .2 4 4PP =f2 px340 .9 1 6 0 .2 4 4PP 5166.6 0 （ 4 9） 其中 3 s i nWCp H R L a （ 4 10） （ 4 10）式子中 H 最大采高 取 2m, R 矸石密度取 332 .5 1 0 kg m, CL 掩護(hù)梁的長(zhǎng)度 取 1.28m, 河南理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 31 掩護(hù)梁與水平面的夾角 取 66 . 聯(lián)立上述（ 4 1） （ 4 10）式，解得： AX 514.8KN AY 66.8KN 1x 0.933m， 3P 1644.8kN， 4P 1416.kN， rp 4044kN， 4068fp K N 2x=0.873m 4.4 掩護(hù)梁 的強(qiáng)度計(jì)算與校核 1.求掩護(hù)梁所受內(nèi)力并畫出受力簡(jiǎn) 圖 (圖 4 4)和內(nèi)力分析計(jì)算圖 (支架高度為 2200mm時(shí) )。 河南理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 32 圖 4 4 掩護(hù)梁轉(zhuǎn)化為水平方向的受力簡(jiǎn)圖 2.經(jīng)正交分解后掩護(hù)梁的受力簡(jiǎn)圖如圖 4 5所示 ： 圖 4 5 掩護(hù)梁的垂直其表面的受力簡(jiǎn)圖 3.求各點(diǎn)處的剪力和畫剪力圖 4-6。 3 6 2 .43 4 6 .21262ABBCCDQ K NQ K NQ K N 圖 4 6 掩護(hù)梁的剪力圖 4.求各點(diǎn)處的彎矩和畫彎矩圖 4-7。 MA右 =0 BM左= 310.66 K N m BM右= 299.6KN m CM左=360KN m 河南理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 33 CM右= 353.4KN m MD左 =0 圖 4 7 掩護(hù)梁的彎矩圖 雙向取矩誤差校正如下： 3 6 0 3 5 3 . 4 0 . 0 1 8360CCCMMKM 左 右左 誤差可忽略不計(jì)。 由圖 4 7可知 C截面 集中載荷處彎矩最大為危險(xiǎn)斷面。 5.集中載荷處斷面 (圖 4 8)強(qiáng)度計(jì)算 。 河南理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 34 圖 4-8 集中載荷處斷面 1、 2、 3、 4一零件號(hào) 1） 求每塊鋼板的面積及形心位置 iFL iy形心位置 組合斷面形心 iiiFyy= F 2） 每個(gè)零件中心到截面形心的距離 iia =y-y 3） 每個(gè)零件對(duì)截面形心的慣性矩 對(duì)于矩形零件其慣性矩的計(jì)算公式為： 312bhJ 式子中 ： b 零件水平方向的長(zhǎng)度 h 零件豎直方向的長(zhǎng)度 4） 將上述所求結(jié)果列表 4 1 零件號(hào) 1 2 3 4 數(shù)量 1 2 3 4 2()nF cm 224 40 80 72 河南理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 35 ()ny cm 0.8 21.6 30.4 21.6 4()nJ cm 365866.7 3.33 16666.7 19.4 表 4 1 5）掩護(hù)梁的形心位置的計(jì)算 ()nnCnFYYF = 2 2 4 0 . 8 1 4 0 2 1 . 6 2 8 0 3 0 . 4 3 7 2 2 1 . 6 42 2 4 1 4 0 2 8 0 3 7 2 4 =15424832=18.54cm。 6）掩護(hù)梁慣性矩的計(jì)算 2 ( ) n n n CJ J F Y Y = 223 6 5 8 6 6 . 7 2 2 4 ( 0 . 8 1 8 . 5 4 ) 2 3 . 3 3 4 0 ( 2 1 . 6 1 8 . 5 4 ) + 3 1 6 6 6 6 . 7 8 0 ( 3 0 . 4 1 8 . 5 4 ) 4 1 9 . 4 7 2 ( 2 1 . 6 1 8 . 5 4 ) =521627.1 4cm 7）掩護(hù)梁彎曲應(yīng)力的計(jì)算 ( 4 1 . 6 1 8 . 5 4 )CM J 左 = 36000000 ( 41. 6 18. 54)5 2 1 6 2 7 . 1 =1591.54Ncm 8）掩護(hù)梁的安全系數(shù) 雖然工程材料里面很多種材料的彎曲屈服應(yīng)力都適合本零件要求，但是掩護(hù)梁是通過鋼板的焊接成型的，所以制造這種零件的材料必須具備很好的焊接性能，因此本設(shè)計(jì)中選擇掩護(hù)梁的材料為 15nM。查機(jī)械零件手冊(cè) 第 133 頁(yè) 得 15nM鋼的 245004Ncm 所以 24500 151 5 9 1 . 5sn ，滿足實(shí)際要求。 4.5 插板千斤頂?shù)脑O(shè)計(jì)計(jì)算 4.5.1 插板千斤頂缸筒內(nèi)徑和缸壁 厚度的計(jì)算 由已知條件得：插板千斤頂?shù)耐屏?TP 為 400KN 河南理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 36 拉力 LP 為 200KN 泵站壓力 BP 為 32 MP 1) 因?yàn)橥屏Γ?24TBP d s P 所以 34 4 4 0 0 1 0 1 2 . 63 . 1 4 3 2 0 0TBPd s c mP 選用缸內(nèi)徑 ds 為 140mm,材料為 27SiMn無縫鋼管，其 s 為 83385 2/N cm ，安全系數(shù)選取 1.5，許用應(yīng)力 =83385/1.5=55590 2/N cm 。缸壁的厚度計(jì)算如下： 0 . 4 1 4 5 5 5 9 0 0 . 4 5 0 9 5 . 51 1 0 . 2 92 1 . 3 2 5 5 5 9 0 1 . 3 5 0 9 5 . 5pds cmp 其中 p 為缸筒內(nèi)壓力為： 3 2224 4 4 0 0 1 0 2 5 9 9 . 7 7 /3 . 1 4 1 4Pp N c mds 考慮到缸口要有車槽和臺(tái)階，選取壁厚為 14mm 2)因?yàn)槔Γ?22( 1 )4LBP d s d P 3224 4 2 0 0 1 01 1 4 1 0 . 7 7 83 . 1 4 3 2 0 0LBPd d s c mP 所 以 ： 取 整 d1 為 110mm。 4.5.2 計(jì)算重疊長(zhǎng)度 最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定：2 7 0 0 1 4 0 1401 0 2 1 0 2DLH m m 上式中 L 液壓缸的行程，根據(jù)插板長(zhǎng)度的需要選擇其為 700mm。再考慮活塞的厚度和導(dǎo)向套的長(zhǎng)度，所以取 H為 150mm。 4.5.3 插板千斤頂?shù)膹?qiáng)度計(jì)算 插板千斤頂?shù)膹?qiáng)度計(jì)算包括千斤頂?shù)姆€(wěn) 定性、活塞桿和缸體的強(qiáng)度驗(yàn)算 是否符合實(shí)際工況 等內(nèi)容。 1.千斤頂?shù)姆€(wěn)定性驗(yàn)算： 千斤頂?shù)姆€(wěn)定條件為： 21kkTPP J PJ 河南理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 37 式中： kP 千斤頂?shù)姆€(wěn)定極限力， KN 1J 活塞桿的斷面慣性矩， 4cm 2J 缸體斷面慣性矩， 4cm 根據(jù) 21JJ和 12ll 查極限阻力計(jì)算可得1kPJ，將該值代入上式可得 kP 的值。 （如圖 4 9 所示） 圖 4 9211.3JJ 時(shí)的極限力計(jì)算圖 其中： 4444 4 4 441 1 11 7 1 8 . 36 4 6 41 1 6 . 8 1 42 2 0 2 3 . 56 4 6 4dJ c mDDJ c m 穩(wěn)定條件范圍： 2280 112TJ lP 即： 127 1 8 . 32 2 8 0 3 0 5 5 . 3400 l 由上可得： 2 2 0 2 3 . 51 . 6 7 81 7 1 8 . 3JJ 河南理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 38 2 4 5 0 1 .1 51 3 9 0ll 式子中： 1l 活塞桿的伸出長(zhǎng)度 2l 千斤頂?shù)陌惭b長(zhǎng)度 查圖 2-10-40得1kPJ=55 所以 221 5 5 7 1 8 . 3 2 1 7 2 . 91kk PP J K NJ P 滿足要求 2. 活塞強(qiáng)度驗(yàn)算： 在承受同心最大軸向載荷時(shí)，尾梁千斤頂?shù)淖畲髶隙?1 為： 1 2 1 2 121 c o s22ll G l la l p l 式中： 1 活塞桿與導(dǎo)向套配合間隙， 本設(shè)計(jì)中 取 1 =0.5mm 2 活塞與缸體配合間隙， 本設(shè)計(jì)中 取 2 =0.5mm G 千斤頂?shù)目傊兀?本設(shè)計(jì)中 取 G為 3KN 缸體軸線與水平面夾角， 本設(shè)計(jì)中 取 =15 所以： 1 1 . 0 4 9 5 6 3 4 9 5 6 c o s 1 5 1 . 0 32 8 1 0 5 2 4 0 0 1 0 5 。 11 1050 9 . 5 5 , 2 2 0 2 3 . 5 5 3 5 9 1 . 5110l JJd 由 于 當(dāng) 時(shí)： 1121212lkk lltt 式中： E 鋼材彈性模數(shù)，取 E=2.088 510 MPa 354001 1 . 6 3 3 1 01 2 . 0 8 8 1 0 7 1 8 . 3pk EJ 354002 0 . 9 7 3 1 02 2 . 0 8 8 1 0 2 0 2 3 . 5pk EJ 河南理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 39 31 5 7 . 3 2 1 1 ( 5 7 . 3 1 . 6 3 3 1 0 4 9 0 . 2 5t t g k l t g 。） 32 5 7 . 3 2 2 2 ( 5 7 . 3 0 . 9 7 3 1 0 5 6 1 . 9 1t t g k l t g 。） 所以： 332 . 7 1 0 5 2 . 1 71 . 6 3 3 1 0 0 . 9 7 3 1 0 4 9 5 61 . 2 3 0 . 4 4 活塞桿的合成應(yīng)力為： PPAw 上 式中： A 活塞桿截面積 W 活塞桿的斷面模數(shù) 查表 2-10-11和 2-10-12得 A=86.59， W=113.7 (放頂煤開采技術(shù)與放頂煤液壓支架 213頁(yè) ) 所以： 33 24 0 0 1 0 4 0 0 1 0 2 . 1 7 1 2 2 5 3 . 6 /8 6 . 5 9 1 1 3 . 7 N c m 安全系數(shù)計(jì)算如下： 活塞桿選用 27SiMn無縫鋼，其 s =83385。 83385 6 . 8 1 . 41 2 2 5 3 . 6snn 滿足要求 3. 缸體強(qiáng)度驗(yàn)算： 缸體壁厚驗(yàn)算： 140 1 0 3 . 214D ， 此 時(shí) 按 中 等 壁 厚 缸 體 公 式 來 計(jì) 算 ， 即 ： 2 . 3p D cc 式中： 缸體實(shí)際承受的最大應(yīng)力， MPa C 考慮管壁公差及侵蝕的附加厚度，一般取 2mm P 缸內(nèi)工作壓力，由已知條件知 P=32 Pa 所以： 3 2 1 4 0 1 4 2 1 7 6 . 22 . 3 2 . 3 1 4 2p D cc 河南理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 40 所以安全系數(shù)為：（缸體材料為 27siMn s =83385 2/N cm ） 8 3 3 .8 5 4 .71 7 6 .2n 滿足強(qiáng)度要求 缸體與缸底焊縫強(qiáng)度計(jì)算： 220 0 1104PD d y 式中：0d 環(huán)形焊縫內(nèi)徑， 0d=14cm 0D 環(huán)形焊縫外徑，（缸筒外徑）0D=16.8cm 1 焊接效率，取1為 0.7 所以： 2 2 2 20 0 11 0 1 0 4 0 0 8 4 . 41 6 . 8 1 4 0 . 744PDd 安全系數(shù)為：（鋼材的焊縫抗拉強(qiáng)度b=539 Mpa） 539 68 4 . 4bn 滿足 要求 五液壓支架的三維建模及仿真分析 5.1 pro/e 概述 Pro/E軟件是目前國(guó)內(nèi)外最為先進(jìn)的基于特征的三維參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)之一 ,易學(xué)易用、功能強(qiáng)大。利用 Pro/E軟件實(shí)現(xiàn)放頂煤液壓支架的三維參數(shù)化造型與運(yùn)動(dòng)仿真 ,簡(jiǎn)捷方便、形象直觀、效果逼真 . Pro/ENGINEER 是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司（ Parametric Technology Corporation， PTC）于1988 年開發(fā)的參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，它提出的單一數(shù)據(jù)庫(kù)、參數(shù)化、基于特征和全相關(guān)性的概念改變了機(jī)械 CAD/CAE/CAM 的傳統(tǒng)觀念，已經(jīng)成為當(dāng)今世界 CAD/CAE/CAM 領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)。它與傳統(tǒng)的 CAD 軟件僅提供繪圖工具有著極大的不同，它提供了一套完整的機(jī)械產(chǎn)品解決方案，包括機(jī)械設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、鈑金設(shè)計(jì)、加工制造、機(jī)構(gòu)分析、有限元分析和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等，使產(chǎn)品的設(shè)計(jì)具有很大的靈活性，大大提高了設(shè)計(jì)效率， 在產(chǎn)品的生產(chǎn) 河南理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 41 階段可以與數(shù)控機(jī)床、加工中心等進(jìn)行數(shù)據(jù)連接，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加工。 Pro/ENGINEER 的主要特性有以下幾條： （ 1）單一數(shù)據(jù)庫(kù) Pro/ENGINEER 可隨時(shí)由 3D 實(shí)體模型轉(zhuǎn)化成 2D 工程圖，而且自動(dòng)標(biāo)注工程圖尺寸。在 3D或 2D 圖形上做尺寸修改時(shí)，相關(guān)的 2D 圖形或 3D 實(shí)體模型均自動(dòng)修改，同時(shí)裝配、制造等相關(guān)設(shè)計(jì)也會(huì)自動(dòng)更新，確保了數(shù)據(jù)的一致性，達(dá)到設(shè)計(jì)、修改工作的同步，避免了人為修改的疏漏。 （ 2）截面、零件和裝配體模型的全參數(shù)化 截面的參數(shù)化是指 Pro/ENGINEER 軟件自動(dòng)給各個(gè)特征二維截圖中的 每個(gè)尺寸賦予參數(shù)并排上序號(hào)，通過對(duì)參數(shù)的調(diào)整即可改變幾何形狀和尺寸大小。零件的全參數(shù)化是指Pro/ENGINEER 軟件自動(dòng)給零件中各特征的相對(duì)位置、形狀尺寸賦予參數(shù)并排上序號(hào)，通過對(duì)參數(shù)的調(diào)整即可改變特征間的相對(duì)位置關(guān)系以及特征的幾何形狀和大小。裝配體模型的參數(shù)化是基于零件的參數(shù)化實(shí)現(xiàn)的，零件中的任何改變都會(huì)引起裝配體模型的改變，從而保證模型內(nèi)參數(shù)的一致性。 （ 3）以特征為設(shè)計(jì)單位 Pro/ENGINEER 以最自然的思考方式從事設(shè)計(jì)工作，如孔、槽和圓角等均視為零件設(shè)計(jì)的基本特征，在設(shè)計(jì)過程中加入制造的觀念。 以特征為設(shè)計(jì)單位，還可以隨時(shí)對(duì)特征做合理的順序調(diào)整，實(shí)現(xiàn)對(duì)模型特征的插入、修改和刪除工作。 （ 4）裝配管理 Pro/ENGINEER 提供貼合、插入、對(duì)齊等形象的指令來允許用戶輕松地將零部件裝配成產(chǎn)品，且支持復(fù)雜零部件的創(chuàng)建與管理，零部件數(shù)目不受限制。 Pro/ENGINEER 還具有數(shù)據(jù)管理、工程數(shù)據(jù)庫(kù)再利用、硬件獨(dú)立性等特性。 對(duì)液壓支架整機(jī)的三維實(shí)體建模一般采用自下向上的方法 ,即先依據(jù)各部件的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸建立各部件的三維模型 ,然后再按照它們彼此之間的裝配和約束關(guān)系逐個(gè)進(jìn)行組裝 ,最后形成一臺(tái)完整的機(jī)器。很顯 然 ,對(duì)液壓支架各部件的精確建模和正確定義各部件之間的裝配關(guān)系 ,是完成液壓支架整機(jī)建模的關(guān)鍵。 本次設(shè)計(jì)中所做的 液壓支架由護(hù)幫板、頂梁、掩護(hù)梁、尾梁、插板、底座以及立柱、護(hù)幫板千斤頂、尾梁千斤頂、插板千斤頂和側(cè)推千斤頂?shù)炔考M成。為了研究問題方便 ,特將這些部件分為 2 類 :一類為組焊件 ,由于這類部件完全由鋼板或圓管焊接而成 ,各部分之間無相對(duì)位置變動(dòng) , 所以可在 Pro/E 軟件的零件模塊中以零件的形式創(chuàng)建部件。另一類為組裝件 ,這類部件需要先制作出組成它的各個(gè)零件 ,然后再按照裝配關(guān)系定義其約束或聯(lián)接關(guān)系進(jìn)行組 裝。 在對(duì)液壓支架某部件的結(jié)構(gòu)形狀進(jìn)行正確分析的基礎(chǔ)上 ,將復(fù)雜的部件分解為若干個(gè)簡(jiǎn)單構(gòu)件 ,如肋板、彎板或圓管等 ,并分析它們的形狀、位置及相互關(guān)系。在不影響實(shí)質(zhì)問 河南理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 42 題的情況下 ,為了簡(jiǎn)化建模 ,均舍去了部件中的焊縫、螺紋、管線等細(xì)部結(jié)構(gòu)以提高系統(tǒng)的處理速度。 在 Pro/E