機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)15ZF4800放頂煤液壓支架設(shè)計(jì)

中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2006 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 第一章 概 述 1.1 液壓支架對現(xiàn)代煤礦生產(chǎn)的意義 綜觀采煤機(jī)械化發(fā)展的歷史，液壓支架是現(xiàn)代煤礦實(shí)現(xiàn)采煤、運(yùn)輸和支護(hù)等所有工序全部機(jī)械化，即采煤綜合機(jī)械化中最后一個(gè)實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破的環(huán)節(jié)，這固然有其技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的原因，但也充分說明液壓支架對與現(xiàn)代煤礦的生產(chǎn)具有舉足輕重的意義。 （ 1）液壓支架的架型、參數(shù)和結(jié)構(gòu)等都與采煤工藝、煤層賦存條件，尤其是與煤層頂?shù)装宓奶匦缘戎苯酉嚓P(guān)，因而針對性強(qiáng)、不確定因素多，對適應(yīng)性和可靠性要求高。 （ 2）液壓支架不僅用于支護(hù)工作面頂板，同時(shí)又與采煤運(yùn)輸?shù)仍O(shè)備緊密關(guān)聯(lián)，提供空間 、相互推移、協(xié)調(diào)作業(yè)等等，而且與采煤、運(yùn)輸設(shè)備相比，因故障而拆除更換支架十分困難，因而液壓支架的性能對于工作面設(shè)備的總體配套乃至實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效等都至關(guān)重要。 （ 3）液壓支架為工作面人員提供安全的作業(yè)空間、行人通道，對保證工作面安全生產(chǎn)具有重要意義。 （ 4）液壓支架的數(shù)量多、重量大，在工作面所有設(shè)備中，無論以總購置費(fèi)用還是總重量來說，一般都要占到 50%60%左右，因而資金投入與回報(bào)率，以及與此相關(guān)的工作面設(shè)備的運(yùn)輸、搬家等方面都是必須考慮的最重要因素之一。 1.2 我國液壓支架的發(fā) 展現(xiàn)狀及存在問題 隨著工業(yè)的發(fā)展，對煤炭需求量的日益增長，要求人們改進(jìn)回采工藝，提高采煤機(jī)械化程度。 20 世紀(jì) 70 年代我國先后研制出垛式、節(jié)式、掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架，同時(shí)集中對支架閥類、立柱、密封件、高壓膠管進(jìn)行研究攻關(guān)，從無到有使我國支架實(shí)現(xiàn)了“頂?shù)米?，走得動”的基本要求?80年代國內(nèi)通過對國外支架技術(shù)的消化吸收，從設(shè)計(jì)，制造，使用等各方面對中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2006 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 支架的架型，工作阻力，結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究探索，自主開發(fā)了適應(yīng)不同地質(zhì)條件和采煤方法的各種不同的液壓支架。 90 年代我國液壓支架的CAD 優(yōu)化設(shè)計(jì)、手動快速移動和大流 量供液系統(tǒng)，高可靠性支架研制成功，為高產(chǎn)高效提供條件。尤其放頂煤支架漸趨成熟，使我國放頂煤技術(shù)達(dá)到了國際領(lǐng)先的水平。高產(chǎn)高效綜采技術(shù)的核心是工作面綜采設(shè)備，多年來，工作面三大配套設(shè)備 采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)和液壓支架，在設(shè)計(jì)方法和結(jié)構(gòu)上都有了重大發(fā)展，主要是提高設(shè)備生產(chǎn)能力和可靠性，改進(jìn)操作性能。我國液壓支架從無到有，逐步完善。隨著我國煤礦集約化程度的提高，工作面單產(chǎn)、效率和安全越來越成為煤礦生存和發(fā)展的關(guān)鍵，因而液壓支架必將逐步向高工作阻力、高可靠性、架型和結(jié)構(gòu)簡單（如兩柱掩護(hù)式和四柱支撐掩護(hù)式及整體頂梁）、 加大中心距等方向發(fā)展。電液控制支架是液壓支架發(fā)展的必然趨勢，也是實(shí)現(xiàn)工作面自動化的必由之路。 我國綜采技術(shù)發(fā)展中存在的問題： （ 1）我國煤層賦存條件復(fù)雜，老礦井受生產(chǎn)系統(tǒng)制約，綜采效率難以發(fā)揮。我國大部分礦井井型較小，生產(chǎn)系統(tǒng)不適應(yīng)集中生產(chǎn)的要求。巷道端面小，支護(hù)質(zhì)量差，掘進(jìn)設(shè)備落后，進(jìn)度慢，運(yùn)輸系統(tǒng)環(huán)節(jié)多，輔助運(yùn)輸落后。工作面長度、采煤機(jī)截深、采區(qū)長度等工作面參數(shù)都比較小。 （ 2）職工隊(duì)伍素質(zhì)差，許多綜采隊(duì)以農(nóng)民輪換工為主，文化基礎(chǔ)差，隊(duì)伍不穩(wěn)定。管理水平低，管理模式落后，管理層次多，扯皮現(xiàn)象嚴(yán)重。 （ 3）煤炭企業(yè)普遍經(jīng)濟(jì)效益較差，負(fù)擔(dān)重，技術(shù)改造任務(wù)難度大，資金投入嚴(yán)重不足，以致發(fā)展后勁不足，一些礦井沒有設(shè)備更新能力，機(jī)械化出現(xiàn)倒退局面。 1.3液壓支架選型背景 根據(jù)國內(nèi)外使用液壓支架的經(jīng)驗(yàn)證明，支架架型的選擇主要決定與礦山地質(zhì)條件，特別是頂板的性質(zhì)，它直接影響支架的架型和工作阻力。隨著高產(chǎn)高效礦井的建設(shè)，煤炭開采工藝及裝備水平不斷提高，綜采放頂煤技術(shù)，中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2006 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 在全國得到迅速發(fā)展和廣泛普及。集團(tuán)公司針對各礦井下煤炭儲量及采掘面地質(zhì)條件實(shí)際情況，有的放矢的加大綜采設(shè)備資金投入及設(shè)備的更新改型設(shè)計(jì)。近幾年來，按照集團(tuán) 公司安排部署，我廠先后開發(fā)了 ZFQ2900 支架、ZF3700/16/26 型支架，在付村和柴里、新安三煤礦得到廣泛贊譽(yù)，并創(chuàng)出了非?？捎^的經(jīng)濟(jì)效益，為輕型支架在我集團(tuán)公司各礦的推廣使用打下了基礎(chǔ)。與此同時(shí)，針對放頂煤支架在井下的適用條件，結(jié)合付村礦某工作面煤層厚度，我廠計(jì)劃在制造輕型放頂煤支架的基礎(chǔ)上研制承載能力更大、支護(hù)強(qiáng)度更高的新型支架。這就是本課題的設(shè)計(jì)初衷。 1.4綜放開采的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢 近年來綜放開采之所以成為我國高產(chǎn)高效礦井建設(shè)的重要技術(shù)途徑，是因?yàn)檫@種采煤方法不但符合我國國情，而且它在技術(shù)上較厚 煤層分層開采和單一煤層綜采有明顯的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。 （ 1）綜放開采實(shí)現(xiàn)了緩傾斜特厚煤層的一次采全厚開采和急傾斜特厚煤層的水平分段開采，對地質(zhì)條件的適應(yīng)性較分層綜采和單一煤層綜采更強(qiáng)。適應(yīng)于煤層厚度變化大、頂?shù)装迤鸱黄?、斷層?gòu)造多以及其他地質(zhì)條件變化的不穩(wěn)定煤層。 （ 2）綜放開采一次開采厚度大幅度增加，煤層開采強(qiáng)度加大，實(shí)現(xiàn)了垂直集中生產(chǎn)，而且低位放頂煤支架工作面有兩個(gè)出煤點(diǎn)，在同樣工作面長度和工作面推進(jìn)速度的情況下，綜放開采較分層綜采和單一煤層綜采工作面的單產(chǎn)可以成倍的增長。 （ 3）綜放開采較分層綜采的巷 道掘進(jìn)率低，工作面壽命長，搬家次數(shù)少，噸煤設(shè)備投入費(fèi)用少；工作面材料、電力等消耗少，因而工作面直接成本大大降低。據(jù)部分礦區(qū)統(tǒng)計(jì)，綜放開采的噸煤成本可比分層綜采的成本降低 10元 /t 以上，因而礦井的經(jīng)濟(jì)效益可以明顯提高，不少礦區(qū)都是靠綜放開采實(shí)現(xiàn)扭虧增盈的。實(shí)踐證明，綜放開采是一種高產(chǎn)、高效、安全、低耗、經(jīng)濟(jì)效益好的采煤方法，已成為我國高產(chǎn)高效礦井建設(shè)的重要技術(shù)途徑。 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2006 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 第二章 支架 選型設(shè)計(jì) 主要結(jié)構(gòu)參數(shù)和形式的確定 2.1 液壓支架的工作原理 液壓支架的主要動作有升架、降架、推移輸送機(jī)和移架。這些動作是利用乳化液 泵站提供的高壓乳化液，通過液壓控制系統(tǒng)控制不同的液壓缸來實(shí)現(xiàn)的。每架支架的進(jìn)、回液管路都與連接泵站的工作面主供液管路并聯(lián)，全工作面的支架共用一個(gè)集中的泵站作為液壓動力源。工作面的每架支架形成各自獨(dú)立的液壓系統(tǒng)，其中液壓單向閥和安全閥均設(shè)在本架內(nèi)；操縱閥可設(shè)在本架內(nèi)，也可裝在相鄰支架上，前者稱為“本架操作”，后者為“鄰架操作”。 圖 2-1 工作原理圖 液壓支架的工作過程如圖 2-1所示：將操縱閥 8置于上閥位（升架位置），由乳化液泵站 10來的工作液體經(jīng)操縱閥 8和液控單向閥 6進(jìn)入 立柱 2下腔，立柱上腔回液，支架升起，并撐緊在頂?shù)装逯g。當(dāng)操縱閥 8置于下閥位（降架位置）時(shí)，工作液體進(jìn)入立柱上腔，同時(shí)打開液控單向閥，立柱下腔回液，支架下降。支架的移動和推移輸送機(jī)是靠操縱閥 7控制推移千斤頂實(shí)現(xiàn)的。推移千斤頂?shù)膬啥朔謩e與支架的底座 3和輸送機(jī) 9相連接。移架時(shí)，先使支架卸載，立柱下腔回液，再將操縱閥 7 置于下閥位（移架位置），工作液體進(jìn)入推移千斤頂活塞桿腔，后腔回液，此時(shí)，支架以輸送機(jī)為支點(diǎn)前移。此中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2006 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 后，再把支架撐緊在頂?shù)装逯g。將操縱閥 7 置于上閥位（推溜位置），工作液體進(jìn)入推移千斤頂活塞腔，前腔回 液，此時(shí)以支架為支點(diǎn)就將輸送機(jī)推向煤壁。 2.2 液壓支架基本參數(shù)的確定 液壓支架是放頂煤綜采的關(guān)鍵設(shè)備，合理確定放頂煤液壓支架的基本參數(shù)，對充分發(fā)揮綜采設(shè)備的效能影響很大。 2.2.1 中心距和寬度的確定 支架中心距一般等于工作面一節(jié)溜槽的長度。我國液壓支架中心距大部分采用 1.5 m。大采高支架為了提高穩(wěn)定性一般采用 1.75m，輕型支架的中心距采用 1.25m。為了保證支架的運(yùn)輸、安裝、調(diào)架，支架頂梁裝有活動側(cè)護(hù)板，側(cè)護(hù)板行程一般為 170 200mm。中心距在 1.5m 時(shí)最小寬度一般取1400 1430mm，最 大寬度一般取 1570 1600mm。 此支撐掩護(hù)式放頂煤液壓支架支護(hù)寬度最小取 1430mm，最大寬度取1600mm。 2.2.2 高度的確定 綜放工作面機(jī)采高度主要由煤壁的穩(wěn)定性、采煤機(jī)生產(chǎn)能力及頂板管理狀態(tài)所決定，一般控制在 2.5m 左右。對于高產(chǎn)高效工作面，為了提高工作面的推進(jìn)速度，并考慮割煤速度通常大于放頂煤速度的情況，可根據(jù)煤層的厚度、頂煤冒放性以及工作面通風(fēng)和液壓支架后部空間合理的要求確定綜放工作面的機(jī)采高度，一般取 2.8 3.2m。已知煤層最大采高 3.3m，最小采高1.95m，取偽頂冒落的最大厚度 為 0.2m，頂板周期來壓時(shí)的最大下沉量、移架時(shí)支架的下降量、頂梁上及底座下的浮矸厚度之和為 0.25m。 支架最大結(jié)構(gòu)高度 1maxmax SMH （ m） （ 2-1） 5.32.03.3m a x H （ m） 支架最小結(jié)構(gòu)高度 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2006 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 2mi nmi n SMH z （ m） （ 2-2） 70.125.095.1m in zH （ m） 式中 ，minmax MM 、分別為煤層最大、最小采高， m； S1 為偽頂冒落的最大厚度，一般取 0.2 0.3m； S2 為頂板周期來壓時(shí)的最大下沉量、移架時(shí)支架的下降量、頂梁上及底座下的浮矸厚度之和，一般取 0.25 0.35 m。 支架伸縮比 06.27.1 5.3m inm a x2 zZHHk2k 反映了對煤層厚度變化的適應(yīng)能力，其值越大，支架對煤層厚度變化S1 為偽頂冒落的最大厚度，一般取 0.2 0.3m；的適應(yīng)能力就越大。由于 2k 大于 1.6，因此需加機(jī)械加長段或采用雙伸縮立柱； 2k 小于 1.6 時(shí)，采用單伸縮立柱。 2.2.3 梁端距和頂梁長度的確定 梁端距是為了避免割頂梁而留的安全距離，支架高度越大，梁端距也越大。采用即時(shí)支護(hù)時(shí)，一般大采高支架梁端距應(yīng)取 350 480mm，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。根據(jù)此液壓支架的高度及與其配套的綜采設(shè)備尺寸，確定此支架的梁端距為260 364mm。 頂梁長度受支架型式、配套采煤機(jī)、刮 板輸送機(jī)尺寸、配套關(guān)系及立柱缸徑、通道要求、底座長度、支護(hù)方式等因素的制約。如圖 2-1 所示 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2006 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 圖 2 2 液壓支架尺寸關(guān)系 選支架采用即時(shí)支護(hù)方式，取梁端距為 320mm，即時(shí)支護(hù)一般循環(huán)方式為：割煤移架推溜，它的特點(diǎn)是，頂板暴露時(shí)間短，適用于各種頂板條件，也是我國目前應(yīng)用最為廣泛的支護(hù)方式。 根據(jù)公式（ 2-3）初步確定頂梁長度 )(01513 dnEA CLLXLLL （ 2-3） 2583+2325-348+110 （ 380 0） 4290（ mm） 式中： LA：為刮板運(yùn)輸機(jī)與采煤機(jī)的配套尺寸； L15：為底座長度，初步設(shè)為 2325mm； XE：為頂梁與掩護(hù)梁鉸接點(diǎn)相對與后連桿下鉸點(diǎn)的水平距離， 設(shè)為 348mm； L0：為頂梁與掩護(hù)梁鉸接點(diǎn)后段的水平尺寸，設(shè)為 110mm； Ln：為梁端距，設(shè)為 380mm； Cd：為采煤機(jī)截深；當(dāng)采用即時(shí)支護(hù)時(shí) Cd 0， 當(dāng)采用滯后支護(hù)時(shí) Cd等于采煤機(jī)截深。 2.3 液壓支架技術(shù)特征參數(shù)的確定 2.3.1 技術(shù)參數(shù)的確定 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2006 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 根據(jù)液壓支架的選型背景有關(guān)內(nèi)容，結(jié)合礦區(qū)實(shí)際，參照液壓 支架技術(shù)等資料，分別算出放頂煤液壓支架的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)如下： （ 1） 支護(hù)強(qiáng)度 支護(hù)強(qiáng)度是液壓支架最主要的技術(shù)參數(shù)之一，它的實(shí)質(zhì)是代表液壓支架對頂板的支護(hù)能力。支護(hù)強(qiáng)度主要取決于工作面頂板條件、煤層埋藏深度和采高等因素。放頂煤支架支護(hù)強(qiáng)度的確定與普通支架支護(hù)強(qiáng)度的確定由較大的區(qū)別。實(shí)踐證明，放頂煤工作面來壓強(qiáng)度一般要低于普通綜采工作面的來壓強(qiáng)度。放頂煤液壓支架支護(hù)強(qiáng)度的確定方法還不夠成熟，在介紹的兩種方法中，有一種為“參照相同條件確定放頂煤支架支護(hù)強(qiáng)度”，根據(jù)以往在付村礦、新安礦同一煤層中使用的 ZZP4800 型放頂煤液壓支架的支護(hù)強(qiáng)度，可以取本支架的支護(hù)強(qiáng)度為 0.75MPa 。 （ 2） 支架工作阻力和初撐力的確定 液壓支架的工作阻力即為支架的合力，是支架的主要參數(shù)之一，它代表了支架的支承能力。由確定的支護(hù)強(qiáng)度，根據(jù)配套尺寸確定支架的頂梁長度和控頂距，可算出支架的工作阻力。 P=SDKz BLLq 310)( =85.0 1050.1)29.331.0(75.03 =4765（ N）（ 2-1）式中 P 支架的工作阻力（ N）； zq 支架的支護(hù)強(qiáng) 度（ MPa）； KL 控頂距 （ m）； DL 頂梁長度 （ m）； B 支護(hù)中心距 （ m）； S 支架的支護(hù)效率 。 為支撐效率；支撐式支架的支撐效率為 100 ；掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架，由于頂梁與掩護(hù)梁鉸接，立柱有傾斜，支撐效率小于 1，初選支架時(shí)可取 80左右。此支架支撐效率取 85。 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2006 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 該支架立柱的總 工作阻力取為 4800KN。每根立柱的工作阻力為1200KN。 支架支撐時(shí)主動支撐頂板的力即為支架的初撐力。初撐力的大小由立柱的缸徑、數(shù)量和泵站壓力所決定。放頂煤液壓支架的初撐力應(yīng)控制在工作阻力的 60% 80%。對于比較硬的頂煤，初撐力可取上限，有利于頂煤的破碎放煤；對于頂板較軟的工作面，不需要過高的初撐力來平衡頂煤的早期運(yùn)動。初撐力過大，一方面支架在移架過程中反復(fù)支撐頂煤，容易使頂煤更加破碎，造成頂板提前沒落；另一方面，過大的初撐力常大于實(shí)際頂煤對支架頂梁的壓力，造成不必要的浪費(fèi)。 3 9 4 41044.31204104 2222 npDp bc （ KN） 式中：cp為支架初撐力， N； D 為立柱缸體內(nèi)徑， cm； Pb 為泵站額定工作壓力， MPa； Z 為支架的立柱數(shù)。 （ 3） 移架速度 支架移架速度 Vz 可按下式估算： AQk QVibz )(（ 2-7） 式中： Qb泵站流量， l/min Qi為一架支架全部立柱和千斤頂同時(shí)動作所需的液體容積， L A支架中心距， m Kx泄漏損失系 數(shù)一般取 1.1 1.3，且工作面回采期間留有底煤，因此，回為保證高產(chǎn)高效工作面采煤機(jī)連續(xù)割煤，整個(gè)工作面的移架速度不應(yīng)小于采煤機(jī)連續(xù)一刀平均割煤速度。即要求： Vz KzcVc （ 2-8） 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2006 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 式中： Kzc采支速度比 考慮首采工作面地質(zhì)、地壓等方面條件，結(jié)合綜放工作面采煤經(jīng)驗(yàn)，在全面分析、計(jì)算的基礎(chǔ)上，確定該工作面的支護(hù)強(qiáng)度不低于 0.68MPa。由支護(hù)強(qiáng)度和綜采設(shè)備配套尺寸，推算出支架工作阻力為 4800KN，初撐力為3944KN，支護(hù)強(qiáng)度為 0.68 0.75MPa,支架外形尺寸（長寬高） 6526 1430 1700mm。 2.3.2 低位放頂煤液壓支架的特點(diǎn)和適應(yīng)性 低位放頂煤液壓支架是一種雙輸送機(jī)運(yùn)煤、輕型放頂煤支架。在掩護(hù)梁后部鉸接一個(gè)帶有插板的尾梁，可以上下擺動 45，同時(shí)松動頂煤，并維持一個(gè)落煤空間。尾梁中間有一個(gè)液壓控制的插板，用以放煤和破碎大塊煤，具有連續(xù)的放煤口，放煤效果好，沒有脊背損失，采出率高，適應(yīng)性強(qiáng)。在急傾斜煤層和緩傾斜中硬煤層、三軟煤層放頂煤綜采中都取得了成功，是目前我國廣泛使用的放頂煤液壓支架架型 。 2.3.3 液壓支架主要技術(shù)指標(biāo) （ 1）架型：四柱支撐掩護(hù)式低位放頂煤液壓支架 （ 2）最小 /最大高度： 1700/3500mm （ 3）最小 /最大寬度： 1430/1600mm （ 4）支架中心距： 1500 mm （ 5）初撐力： 3944KN （ 6）工作阻力： 5200 KN （ 7）平均支護(hù)強(qiáng)度： 0.72MPa （ 8）對底板比壓： 1.7MPa （ 9）梁端距： 310380mm （ 10）支架推溜步距： 600mm （ 11）推溜力 /拉架力： 631/359KN （ 12）泵站壓力： 31.4MPa 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2006 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 （ 13）操作方式：本架操作 （ 14）支架質(zhì)量： 16516kg 2.4 挑梁裝置形式的選擇 挑梁是提高液壓支架適應(yīng)性的一種常用裝置，挑梁貼緊煤壁，向煤壁施加一個(gè)支撐力，防止片幫，擋住片幫煤不進(jìn)入人行道，防止片幫繼續(xù)擴(kuò)大；在支架能及時(shí)支護(hù)的情況下，采煤機(jī)過后挑起挑梁可以實(shí)現(xiàn)超前支護(hù)。具有保護(hù)工人安全的作用。 挑梁裝置有兩種主要類型，一類是簡單鉸接式，一類是四連桿式，此支架采用四連桿式挑梁，四連桿式挑梁與頂梁鉸接，在千斤頂與挑梁之間增加一個(gè)四連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)挑梁和挑起支護(hù)頂板，并保證收回到預(yù)定的角度。四連桿機(jī)構(gòu)能夠有效地將千斤頂?shù)淖饔昧鬟f給煤 壁和頂板上。四連桿式挑梁的挑起力矩大。 2.5 頂梁形式的選擇 支架頂梁有 4 種形式：整體頂梁，鉸接頂梁、伸縮鉸接頂梁和楔形結(jié)構(gòu)頂梁。 2.5.1 整體頂梁 整體頂梁特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，可靠性好；頂板對頂梁載荷的平衡能力較強(qiáng)；前端支撐力較大；能夠設(shè)置全長側(cè)護(hù)板，有利于提高頂板覆蓋率，支護(hù)效果較好，減少支架之間的漏矸現(xiàn)象。 2.5.2 伸縮鉸接式頂梁 伸縮鉸接式頂梁是在鉸接頂梁的前梁上套上一個(gè)可伸縮的梁，其行程為采煤機(jī)的截深，這種頂梁除具有鉸接頂梁的優(yōu)點(diǎn)外，還可超前支護(hù)。 2.5.3 鉸接式頂梁 鉸接式頂梁特點(diǎn)：前 梁可以上下擺動，對不平頂板的適應(yīng)性強(qiáng)。運(yùn)輸時(shí)可以將前梁放下與頂梁垂直，減小運(yùn)輸尺寸。前梁間有 100 150mm 間隙，主要是增加破碎頂板漏矸的可能性。 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2006 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 2.5.4 楔形結(jié)構(gòu)梁 楔形結(jié)構(gòu)梁利用了構(gòu)件摩擦自鎖的原理，通過構(gòu)件之間的摩擦作用自鎖，這樣的頂梁具有整體剛性頂梁前端支護(hù)力大的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)還具有鉸接頂梁的靈活性?？s短了運(yùn)輸尺寸，有利于運(yùn)輸和安裝。 根據(jù)頂梁的結(jié)構(gòu)形式特點(diǎn)，該支架頂梁選用鉸接式頂梁。 2.6 側(cè)護(hù)板形式的選擇 支架側(cè)護(hù)板裝置一般由側(cè)護(hù)板、彈簧筒、側(cè)推千斤頂、導(dǎo)向桿和連接銷軸等組成。 支架的活動側(cè)護(hù) 板形式有 3 種：直角式單側(cè)活動側(cè)護(hù)板、直角式雙側(cè)可調(diào)活動側(cè)護(hù)板和折頁式單側(cè)活動側(cè)護(hù)板。 2.6.1 直角式單側(cè)活動側(cè)護(hù)板 一側(cè)是固定側(cè)護(hù)板，一側(cè)是活動側(cè)護(hù)板。固定側(cè)護(hù)板是梁的邊筋板，可增加梁體的強(qiáng)度，減輕支架的重量。它主要適用與工作面傾角較?。?15）的緩傾斜煤層或水平煤層，具有較好的密封效果和導(dǎo)向性。 如圖 2-3 所示 圖 2-3 單側(cè)活動側(cè)護(hù)板 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2006 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 2.6.2 直角式雙側(cè)可調(diào)活動側(cè)護(hù)板如圖 2-4 所示，可以根據(jù)工作面傾角方向 ,調(diào)整一側(cè)固定，另一側(cè)活動，適應(yīng)性強(qiáng)，能夠用于各種支 架。 該支架采用 直角式雙側(cè)可調(diào)活動側(cè)護(hù)板，它不僅增加了架間的密封能力，并且便于側(cè)護(hù)裝置在支架側(cè)向到架時(shí)有較強(qiáng)的調(diào)整力。 2.6.3 折頁式單側(cè)活動側(cè)護(hù)板 如圖 2-5 所示，它的主要特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，千斤頂能夠布置在梁體的外側(cè)，方便拆裝和維修。但是密封性差，矸石容易泄漏，并且移動支架時(shí)導(dǎo)向不好。主要用于頂板比較穩(wěn)定或堅(jiān)硬條件的支撐掩護(hù)式支架，同時(shí)只能安裝在頂梁上，掩梁不能使用。 通過以上結(jié)構(gòu)形式特點(diǎn)的論述，該支架側(cè)護(hù)板選用直角式雙側(cè)可調(diào)活動側(cè)護(hù)板。 圖 2-4 雙側(cè)可調(diào)活動 側(cè)護(hù)板雙 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2006 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 圖 2-5 折頁式單側(cè)活動側(cè)護(hù)板 2.7 放煤機(jī)構(gòu)的選擇 放煤機(jī)構(gòu)是設(shè)計(jì)放頂煤液壓支架的關(guān)鍵，它不但能自由地控制放煤，而且具有對放下的大塊煤破碎的功能。放煤機(jī)構(gòu)有三種型式，即擺動式放煤機(jī)構(gòu)、插板式放煤機(jī)構(gòu)和折頁式放煤機(jī)構(gòu)。 2.7.1插板式放煤機(jī)構(gòu) 插板式放煤機(jī)構(gòu)分為大插板放煤機(jī)構(gòu)和小插板放煤機(jī)構(gòu)，它們都是由尾梁、尾梁千斤頂、插板和插板千斤頂組成，結(jié)構(gòu)相似，工作原理相同。區(qū)別在于大插板放煤機(jī)構(gòu)的尾梁與頂梁鉸接，尾梁千斤頂一端與尾梁聯(lián)接，另一端與頂梁聯(lián)接，插板結(jié)構(gòu)尺 寸大，插板千斤頂行程大，形成的后部放煤空間大；小插板放煤機(jī)構(gòu)的尾梁與掩護(hù)梁鉸接，尾梁千斤頂一端與尾梁聯(lián)接，另一端與掩護(hù)梁聯(lián)接，插板尺寸小，插板千斤頂行程小，形成的后比放煤空間也較小。 尾梁和插板都是由鋼板焊接而成的箱體結(jié)構(gòu)，尾梁體內(nèi)設(shè)有滑道，插板安裝在滑道內(nèi)，操縱插板千斤頂可使插板在滑道上滑動，實(shí)行伸縮。關(guān)閉或打開放煤口，操縱尾梁千斤頂，可使尾梁上下擺動，以松動頂煤或放煤，插板的前端設(shè)有用于插煤的齒條。 插板放煤機(jī)構(gòu)在關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，插板伸出，擋住矸石流入后部運(yùn)輸機(jī)；放中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2006 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 煤時(shí)，收回插板，利用尾梁千斤頂和插板千斤頂 的伸、縮調(diào)整放煤口進(jìn)行放煤。 2.7.2 擺動式放煤機(jī)構(gòu) 擺動式放煤機(jī)構(gòu)，由放煤千斤頂、小插板千斤頂、放煤擺動板和小插板組成，主體是放煤擺動板。放煤擺動板內(nèi)部設(shè)有軌道，用以安裝小插板，上端鉸接在掩護(hù)梁放煤口上沿，在中下部有兩個(gè)一端固定在底座上的放煤千斤頂推拉，使放煤擺動板上下擺動，與掩護(hù)梁形成一定的角度，用以破碎頂煤和打開整個(gè)窗口。 在放煤擺動板內(nèi)裝有可伸縮的小插板，小插板前端設(shè)有用于插煤的齒條，齒條下部有耳座，與插板千斤頂聯(lián)接。在插板千斤頂?shù)淖饔孟拢灏迳斐龌蚴栈?，用于啟閉局部窗口。 擺動式放煤機(jī)構(gòu)在關(guān)閉 狀態(tài)時(shí)，小插板伸出，搭在放煤口前沿；放煤時(shí)，由液壓控制系統(tǒng)先收回小插板，以免損壞插板，然后擺動放煤機(jī)構(gòu)。 2.7.3 折頁式放煤機(jī)構(gòu) 折頁式放煤機(jī)構(gòu)由折頁板和折頁千斤頂組成。它由兩扇可轉(zhuǎn)動的折頁門開啟、關(guān)閉來控制放煤。由于受結(jié)構(gòu)限制，折頁門在放煤位置時(shí)很難達(dá)到垂直掩護(hù)梁位置，影響放煤口面積，而且折頁板鉸接處留有較大縫隙，密封性能差，這種放煤機(jī)構(gòu)已基本不使用。 本支架放煤機(jī)構(gòu)選用小插板放煤機(jī)構(gòu)。 2.8 底座形式的選擇 支架的底座常用形式有 3 種：整體剛性底座、底分式剛性底座和鉸接分體底座。 2.8.1 鉸接分體 式底座 鉸接分體式底座分為左右兩個(gè)獨(dú)立的部分，從中擋處鉸接，垂直方向上可以相對錯動，無剛性約束。主要適用于底板不平的煤層條件，減少了底座的扭轉(zhuǎn)和偏載載荷，但是支架的整體剛性有所降低。目前這種底座結(jié)構(gòu)已經(jīng)中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2006 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 較少使用。 2.8.2 整體鋼性底座 整體剛性底座中擋前部一般有一個(gè)箱形結(jié)構(gòu)，推移千斤頂安裝在箱形體之下，整體剛性底座立柱柱窩前設(shè)計(jì)一個(gè)過橋，用來提高底座的整體剛性和抗扭能力。整體剛性底座的特點(diǎn)：整體剛度和強(qiáng)度好，底座接觸面積大，有利于減小底板的比壓，但是中擋位置容易積存浮煤和碎矸石，給清理工作造成困難， 一般用于軟底板條件下工作面支架。 2.8.3 底分式鋼性底座 底座中間的推移機(jī)構(gòu)直接落在煤層的底板上，前立柱柱窩前有過橋，中擋上方為箱形結(jié)構(gòu)，由于底座是底分式，所以浮煤和碎矸石可以隨著推移裝置從后端排到采空區(qū)，不需要人工專門清理，適應(yīng)高產(chǎn)高效要求，由于減小了底座的接觸面積，相應(yīng)增加了對底板的比壓。我國高產(chǎn)高效工作面液壓支架一般均采用底分式剛性底座。 通過以上對底座形式的敘述，確定本支架底座選用整體剛性底座。 2.9 推移裝置的形式選擇 推移裝置由連接頭、推移千斤頂和推移桿等主要零部件組成。其常用形式有正拉式 短推移桿和倒拉式長推移桿兩種。 2.9.1 長推移桿 長推移桿有框架式、整體箱式和鉸接式。 一般框架式長推移桿由前后兩端組成，前段為箱式結(jié)構(gòu)，后段為雙桿式結(jié)構(gòu)和導(dǎo)向塊。當(dāng)推移千斤頂缸徑超過 140mm 時(shí)，難以保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，可靠性下降。它主要適用于中型以下的支架。整體箱式長推移桿由鋼板組焊而成，其結(jié)構(gòu)簡單、可靠性好，防止支架和輸送機(jī)下滑的性能好，具備足夠大的安全系數(shù)。同時(shí)整體箱式長推移桿在高效煤礦工作面使用，未發(fā)現(xiàn)損壞。鉸接式長推移桿一般由前后兩段箱式結(jié)構(gòu)件組成，中間通過十字連接頭鉸接，可以上、下、左、右擺動。 它解決了整體箱式長推桿不便更換的缺點(diǎn)， 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2006 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 兼有長推移桿和短推移桿的雙重特點(diǎn)。本支架的推移裝置就選用此交接式長推移桿。 2.9.1 短推移桿 短推移桿主要由鋼板組焊而成，是一種箱形結(jié)構(gòu)件，其結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，得到廣泛的應(yīng)用。 2.10 立柱的結(jié)構(gòu)形式 為滿足支架支護(hù)高度的要求，在支架上選用雙伸縮立柱結(jié)構(gòu)，確定立柱缸體直徑 D200mm，立柱中缸采用厚臂制造，柱內(nèi)導(dǎo)向材料用聚甲醛，滿足大行程的要求，大大提高了立柱抗偏載能力，這樣立柱的可靠性提高了。 綜采工作面配套設(shè)備的選型直接影響綜采成套設(shè)備的使用效果 。為兼顧生產(chǎn)使用和高產(chǎn)高效對支架的要求，采用的配套設(shè)備是： 600mm 截深的MG200/475-W 型采煤機(jī)和 SGZ764/500 型刮板運(yùn)輸機(jī)。 2.11 柱間距和筋板配置 柱間距和筋板配置要考慮支架的中心距、立柱直徑、推移裝置的寬度等因素。合理確定柱間距和筋板配置，是支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要任務(wù)，柱間距和筋板配置要考慮支架的中心距、立柱的缸徑、推移裝置的寬度等因素。柱間距與筋板配置關(guān)系如圖 2-5 所示。據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)推薦 5 種柱間距和筋板配置方案見表 1 中。 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2006 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2006 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 圖 2-6 柱間距與各部件筋板配置關(guān)系 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2006 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 表 1 柱間距和筋板配置推薦尺寸 單位： mm 參數(shù) 方案 1 方案 2 方案 3 方案 4 方案 5 d d1 C C1 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 Bc Bw A 850 810 1310 1350 400 390 330 320 340 430 360 350 350 1400 1368 820 780 1280 1290 360 350 290 280 300 390 320 310 350 1380 1368 770 740 1280 1190 320 310 270 260 270 360 290 280 350 1300 1368 720 690 1280 1110 320 310 270 260 260 390 290 280 330 1300 1368 720 690 1355 1110 320 310 270 260 260 330 290 280 330 1300 1368 適用條件 DL 320 Da 320 DL 280 Da 180 DL 250 Da 180 DL 200 Da 160 DL 200 Da 160 注： DL立柱缸徑； Da推移千斤頂缸徑。 本支架柱間距和筋板的配置尺寸選擇第三方案，立柱外缸直徑 DL210mm， 立柱活柱直徑為 140mm, 推移千斤頂缸徑 Da 140mm。 2.12 四連桿機(jī)構(gòu)作圖 2.12.1 四連桿機(jī)構(gòu)的作用 四連桿機(jī)構(gòu)的液壓支架問世以來，經(jīng)過長期的實(shí)踐考驗(yàn)，顯示了巨大的優(yōu)越性，并從根本上克服了支撐式支架穩(wěn)定性和力學(xué)特性的缺陷，成為液壓支架技術(shù)發(fā)展史上的一個(gè)重 要里程碑。 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2006 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 四連桿機(jī)構(gòu)是現(xiàn)代液壓支架的主要穩(wěn)定機(jī)構(gòu)，其主要作用是保證支架的橫向和縱向穩(wěn)定性；承受和傳遞外載；保持支架的整體剛度。因此，對液壓支架的研究常常離不開對四連桿機(jī)構(gòu)的研究和認(rèn)識。 支架升降時(shí)頂梁的運(yùn)動軌跡是由四連桿機(jī)構(gòu)決定的，即由頂梁與掩護(hù)梁鉸點(diǎn) E 的軌跡所決定。根據(jù)運(yùn)動學(xué)分析， E 點(diǎn)的運(yùn)動軌跡一般為一條雙紐線。合理設(shè)計(jì)四連桿參數(shù)，可以改善支護(hù)性能，減少連桿受力。 支架在最大高度和最小高度范圍內(nèi)運(yùn)動時(shí)， E 點(diǎn)的運(yùn)動軌跡呈 3 種形式：雙向擺動，單向向后擺動和單向向前擺動。支架工作時(shí)，受到頂板載荷的作用，有下縮 趨勢。當(dāng)頂板運(yùn)動趨勢超過支架運(yùn)動趨勢時(shí)，頂梁與頂板間的摩擦力方向?qū)⑷Q于頂板的運(yùn)動趨勢。 從頂板管理方面分析，頂梁向煤壁方向移動比頂梁向采空區(qū)方向移動有利。前者對于保持梁端距頂板處于擠壓狀態(tài)有利，而后者容易導(dǎo)致頂板產(chǎn)生離層和斷裂，造成頂板斷裂向前移或梁端冒頂。因此，合理設(shè)計(jì)四連桿機(jī)構(gòu)的參數(shù)，使支架運(yùn)動軌跡處于理想狀態(tài)，但對于調(diào)高范圍大的支架，要達(dá)到此要求十分困難。然而，由于四連桿銷孔間隙的作用，使 E 點(diǎn)的實(shí)際運(yùn)動軌跡和理論運(yùn)動軌跡不完全相同。為了保持支架梁端距的穩(wěn)定，一般應(yīng)控制梁端擺動幅度 XE 30 80mm.液壓支架的穩(wěn)定性完全是由四連桿機(jī)構(gòu)決定的，并不取決于立柱的多少。 2.12.2 四連桿機(jī)構(gòu)定位尺寸和極限參數(shù)的確定 2.12.2.1 掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)到頂梁頂面的距離 H0和后連桿下鉸點(diǎn)至底座底面的距離 y5。 如圖 2-1 所示，支架高度已經(jīng)確定，用作圖法確定四連桿機(jī)構(gòu)，首先根據(jù)配套尺寸 LA 為 1743mm，梁端距 Ln 為 320mm 初步確定了頂梁長度 L13等于 3230 和底座長 L15等于 2040mm，然后再確定頂梁與掩護(hù)梁鉸點(diǎn)相對于后連桿下鉸點(diǎn)的水平距離 XE 等于 328mm，該鉸點(diǎn)到頂梁頂面距離 H0 等于150mm 和后連桿 下鉸點(diǎn)的高度 y5 等于 250mm。 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2006 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 H0 一般根據(jù)支架工作阻力初步確定頂梁梁體高度后，根據(jù)結(jié)構(gòu)的合理性確定，一般支架取 H0 150 200mm，重型支架可取 H0 210 260mm。 y5 一般根據(jù)支架最小高度確定，薄煤層支架取 y5 150 250mm，對于中厚煤層取 y5 250 450mm，對于大采高支架取 y5 450 600mm。 2.12.2.2 支架最大和最 小高度時(shí)掩護(hù)梁與水平夾角 max和 min 掩護(hù)梁是掩護(hù)采面工作空間密封隔離采空區(qū)的重要梁體，它不直接支撐頂板，而是重要的傳力構(gòu)件，把頂梁載荷傳遞到四 連桿機(jī)構(gòu)，對于保護(hù)支架-圍巖力學(xué)狀態(tài)的穩(wěn)定有顯著的作用。一般掩護(hù)式支架取 max 58 620，支撐掩護(hù)式支架取 max 60 700。 在支架最小支護(hù)高度時(shí)，掩護(hù)梁傾角應(yīng)保證移架過程中 掩護(hù)梁背負(fù)的矸石能沿梁體下滑，滿足 tanmin f,其中 f 為巖石與鋼的摩擦因素，一般為0.15 0.3。若取 f 0.3，則 min 170，設(shè)計(jì)中一般可取 min 12 180。 此液壓支架掩護(hù)梁與水平夾角 max取 620, min取 13.60。 2.12.2.3 掩護(hù)梁與后連桿長度比的確定 6 根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)確定，一般應(yīng) 保證 2 50，掩護(hù)梁與后連桿長度比（ L3+L4）/L2，對四柱支撐掩護(hù)式支架一般取 1.2 1.8，對兩柱掩護(hù)式支架一般取 1.42.1。 此液壓支架的掩護(hù)梁與后連桿長度比 初步確定為 1.45。 2.12.3 四連桿機(jī)構(gòu)的作圖 利用計(jì)算機(jī) Solidworks 軟件繪制四連桿機(jī)構(gòu)，作出四連桿機(jī)構(gòu)的順心運(yùn)動軌跡。 2.13 四連桿機(jī)構(gòu)解析設(shè)計(jì) 2.13.1 掩護(hù)梁與后連桿幾何關(guān)系的確定 如圖 2-6 所示首先確定了 max， min 和 21， 組成聯(lián)立方程： 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2006 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 圖 2 7 掩護(hù)梁與 后連桿的幾何關(guān)系 212m a x43m a x co ss in)( LLLh 222m i n43m i n co ss in)( LLLh 222m i n43212max43 s i nco s)(s i nco s)( LLLLLL 解該方程組得有意義的解為： a cbLL 2243 21m in43m a x2 c o s s in)( LLhL 2m i n43m i n22 s in)(a r c c o s L LLh 式中：21m ax2m ax2m i n2 t a ns in2s ins in kka ； 21m a xm a xm a xm i nm i n t a ns ins in khhhb )(4 2m ax2m i n2 hhabc ； c 0； m a xm i n co sco s k。 掩護(hù)梁上鉸點(diǎn) E 到后連桿下鉸點(diǎn)的水平距離為： 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2006 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 348s inco s)(212m i n43 LLLx E（ mm） 2.13.2 前連桿長度和位置 掩護(hù)梁與前連桿的鉸點(diǎn) C（ x， y）的運(yùn)動軌跡方程為 2184183 c o ss in s inc o s LLy LLxx E 其中 43243 2 s i na r c c o s LL xLL L E此軌跡是一橢圓弧的一部分 。 2.14 底座對底板的比壓 底座對底板的比壓是指支架接觸面積的載荷強(qiáng)度，是支架的重要技術(shù)參數(shù)。常規(guī)計(jì)算中假設(shè)底板為塑性基礎(chǔ)，底座為剛性梁，則底板比壓近似為線性分布。 底座對底板比壓計(jì)算按照圖（ 2-7）（ 2-8）所示。 圖 2-8 底座對底板的壓力 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2006 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 圖 2-9 支架受力及底座底板比壓 yN RQR 1Hfxx Q )( 17LxLx GG 當(dāng) 3/)(2171517 LLLx 時(shí)，為三角形分布，計(jì)算公式為： 0)(5.12151bwQbPBxLQP 式中： f1為頂板與頂梁間的摩擦因數(shù)；支架技術(shù)特征參數(shù)中一般應(yīng)標(biāo)定底座前端對底板比壓和平均對底板比壓，在進(jìn)行比壓計(jì)算時(shí)統(tǒng)一取 f0.2。 Pb1為前端比壓； Pb2為后端比壓； BW為底座接地寬度。 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2006 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 當(dāng) 3/)(171517 LLLx 時(shí)，為倒三角形分布，計(jì)算公式為： wbbBLxQPP)(5.101721 當(dāng) 3/)(22/)(1715171715 LLLxLL 時(shí)，為梯形分布。 當(dāng) 2/)(3/)(1715171715 LLLxLL 時(shí)，為倒梯形分布，計(jì)算公式為： 11715217151717151)(22)()(6)(bwbwbPBLLQPLLLxBLLQP當(dāng)2 1715 LLx 時(shí)，為矩形分布，計(jì)算公式為： )( 171521 LLBQPPPWbbb 式中bP為底板平均比壓。 )()s i ns i n)(c o sc o s212211212211hhfbPPhhbPbPR y =3568（ KN） 22221211 ./c o sc o s)( hfRlPllPX yd =0.796 （ m） fHLXLx dGdG . 1.765（ m） )( 17LxLx GG 834.117 Lx （ m） 式中 Ry為頂梁外載合力的垂直分力； Xd 為頂梁外載合力作用點(diǎn)至頂梁與掩護(hù)梁鉸點(diǎn)的水平距離； XG為底板反力合力作用點(diǎn)至支架底座尖端的距離； 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2006 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 LG為支架底座長度； L 為支架頂梁長度； b 為支架頂梁瞬心至頂梁與掩護(hù)梁鉸點(diǎn)的水平距離； 通過計(jì)算該支架底板比壓為倒梯形分布，計(jì)算結(jié)果為： )(1.27.11296)1402325(100059402)(2)(7.12)1672771(183461296)1402325(100059402)()(6)(11715217151717151M P aPBLLQPM P aLLLxBLLQPbwbwb9.12/)1.27.1(2/21 ppP (MPa) 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2006 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 第三章 液壓支架的受力分析及強(qiáng)度計(jì)算 液壓支架在井下的實(shí)際工況是非常復(fù)雜的，不僅頂板壓力的大小和和作用位置，而且支架的頂梁和頂板的接觸情況都隨機(jī)變化。此外，支架還可能承受不同大小和不同方向的水平載荷。所以，液壓支架應(yīng)具有適應(yīng)外載變化的能力。 3.1 四柱支撐掩護(hù)式放頂煤液壓支架的簡化平面受力分析 畫出四柱支撐掩護(hù)式液壓支架的簡化平面受力分析。如圖 3-1 所示 圖 3 1 液壓支架的簡化平面受力分析 取頂梁和掩護(hù)梁為分隔體，對 O1 點(diǎn)取力矩平衡方程為 0)()t a n( 02211 cc bxQbHQfrprP （ 3-1） 水平和垂直軸方向的力平衡方程為： 0s ins ins ins in 22112211 ppFFQf （ 3-2） 0c o sc o sc o sc o s 22112211 QFFpp （ 3-3） 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2006 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 取頂梁為分離體，對 O 點(diǎn)取力矩平衡方程為： 004231 QxQ fHrprp （ 3-4） 由方程（ 3-1）（ 3-4）解得： )ta n1()()( 422311fbrrprrpQc （ 3-5） 04231 fHQrprpx （ 3-6） 1212222211121 s i nt a nc o s )t a nc o s( s i n)t a nc o s( s i n)t a n1( ppfQF（ 3-7） 21122112 c o s c o sc o sc o s FppQF （ 3-8） 立柱傾角 1和 2，向前為“ +”值，向后為“ -” 值。 根據(jù)以上公式和已知及使用 AutoCAD 畫圖，并測得尺寸，進(jìn)行計(jì)算液壓支架最高時(shí)各部尺寸； )ta n1()()( 422311fbrrprrpQc )29t a n2.01(1 5 0 0 )1 6 2 03 0 3 0(2 4 0 0)4401 9 5 0(2 4 0 0 =5191 （ KN） 04231 fHQrprpx 2202.05191 162024004402400 =996 （ mm） 1212222211121 s i nt a nc o s )t a nc o s( s i n)t a nc o s( s i n)t a n1( ppfQF42s in31t a n42c o s )31t a n6c o s6( s in2400)31t a n2.01(5191 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2006 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 )31ta n2.1c o s2.1( s in2 4 0 0 = 9949 (KN) 21122112 c o s c o sc o sc o s FppQF 31c o s )42c o s9949(2.1c o s24006c o s24005191 =9390 (KN) 3.2 主要結(jié)構(gòu)件強(qiáng)度核算 3.2.1 前梁：假設(shè)頂梁支撐，前梁前端受一集中載荷，前梁千斤頂發(fā)揮工作阻力。如圖 3-2 彎矩： gcCFAlWlFWlFlM 3.2.2 頂梁：假設(shè)前梁先去作用，頂梁受一集中載荷，立柱發(fā)揮 工作阻力。如圖 3-2 彎矩： ).(c o s 1111 SlpnM B 圖 3 2 前梁、頂梁構(gòu)件受力圖 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2006 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 31 3.2.3 掩護(hù)梁：假設(shè)掩護(hù)梁上沒用載荷，立柱發(fā)揮工作阻力。如圖 3-3 彎矩：hhc DCFM 11 c o s 圖 3 3 掩護(hù)梁構(gòu)件受力圖 3.2.4 底座：假設(shè)底座兩端支撐，立柱發(fā)揮工作阻力。如圖 3-3 彎矩： GHpnEHRM EH 111 s in IJpnGHpnHJpnEJRM EJ 222111111 s i ns i nc os JLpnKLpnHLpnELRM EL 222111111 c o ss i nc o s KLFKLpng 21222 s ins in UNFM hhN 11 c o s IJpnGHpnHNpnENR E 222111111 s i ns i nc o s(1 UNFLNFKLFJNpnhhgggg 111111222 s i ns i nc o sc o s 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2006 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 32 第四章 液壓支架立柱和千斤頂 4.1 立柱型式 隨著液壓支架的發(fā)展對立柱的長度、缸徑、密封、型式等各方面提出了許多新的要求，不斷促使立柱的結(jié)構(gòu)更加合理。以往的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)不能滿足實(shí)際需要，有的已經(jīng)修改，制定了新的標(biāo)準(zhǔn)。立柱的主要型式有 4 種。 4.1.1 單 伸縮雙作用立柱 結(jié)構(gòu)簡單、可靠，屬液壓無級調(diào)高，調(diào)整高度方便，但調(diào)高范圍小主要用在調(diào)高范圍不大的支架上，許多種放頂煤支架使用單伸縮雙作用立柱。 4.1.2 單伸縮雙作用帶機(jī)械加長桿立柱 結(jié)構(gòu)比較簡單，調(diào)高范圍較大，有液壓無級和加長桿有級兩種調(diào)高方式，使用中經(jīng)常用液壓無級調(diào)高。操作人員需根據(jù)采煤工作面煤層厚度的變化及時(shí)調(diào)整機(jī)械加長桿的高度以滿足支護(hù)要求，如果有級調(diào)高調(diào)整的不及時(shí)，會出現(xiàn)支架被壓死或頂空的問題。調(diào)