液壓支架的設(shè)計論文

PAGEPAGE10目 錄綜述 1國外主要產(chǎn)煤國家綜采技術(shù)的發(fā)展趨勢 1我國綜采技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀幾存在的問題 3綜采礦井生產(chǎn)環(huán)節(jié)的合理配套 6液壓支架的應(yīng)用和意義 6液壓支架的發(fā)展?fàn)顩r及存在問題 7液壓支架的研究動態(tài) 8液壓支架的發(fā)展動向 10液壓支架設(shè)計介紹 11液壓支架的工作原理 11支架的組成 11液壓支架主要結(jié)構(gòu)件及其作用 112.3.1頂梁 112.3.2掩護(hù)梁 122.3.3底座 12四連桿機(jī)構(gòu) 13推移機(jī)構(gòu) 15液壓支架的架型 16液壓支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計 17液壓支架的選型 17液壓支架結(jié)構(gòu)類型的優(yōu)選 17液壓支架的架型選擇原則 17影響架型選擇的因素 183.2液壓支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計193.2.1確定液壓支架結(jié)構(gòu)參數(shù)的原則與內(nèi)容193.2.2液壓支架主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定193.3液壓支架的支部件設(shè)計254.支架的受力分析與計算324.1支架的工作狀態(tài)324.2支架載荷的確定334.3支架受力分析334.4支架的受力計算315.底座的強(qiáng)度計算與校核416.推移千斤頂?shù)脑O(shè)計計算456.1缸筒內(nèi)徑和缸壁厚度的計算456.1.1千斤頂桿徑的確定456.1.2千斤頂缸體壁厚的計算466.2推移千斤頂?shù)膹?qiáng)度驗算466.2.1推移千斤頂穩(wěn)定性驗算466.2.2活塞桿強(qiáng)度驗算476.2.3缸體強(qiáng)度計算486.2.4缸體與缸底焊縫強(qiáng)度計算497.液壓支架的使用和維護(hù)537.1液壓支架操作537.1.1 操作前的準(zhǔn)備497.1.2 操作方式與順序497.1.3支架使用中的注意事項517.2液壓支架操作維護(hù)要求55總 結(jié)致 謝參考書目附錄設(shè)計中用到的數(shù)據(jù)全圖請加QQ：280384803 只要二十！非誠擾緒 論第一章 綜國外主要產(chǎn)煤國家綜采技術(shù)的發(fā)展趨勢80年代末以來，世界主要產(chǎn)煤國家高產(chǎn)高效綜采技術(shù)迅速發(fā)展，特別是美國、澳大綜采裝備新技術(shù)層出不窮。萬t274t*d設(shè)備安裝)時間平均6842403351994年平均班產(chǎn)進(jìn)一步提高，其中，前10個工作面年平均班產(chǎn)達(dá)到5998t400t(SHAMR0CK)123166t83t;塞普19956萬t1994114.5t50t1994807073791．25％，7000—8000kN，最大的兩柱掩護(hù)式支架工作阻9800kN高可靠性刮板輸送機(jī)。澳大利亞近10年來綜采發(fā)展很快，綜采工作面數(shù)量從1980年的319942517．71t／工?？频蠣柨怂沟V300t。為使綜采產(chǎn)量持續(xù)增實現(xiàn)一井一面，集中化生產(chǎn)。英國和德國是世界上綜采技術(shù)裝備最先進(jìn)的國家，由于受其自然煤層賦存條件的限制，其高產(chǎn)高效工作面的紀(jì)錄不如美國和澳大利亞，但世界著名的采煤機(jī)械公司主要集中在德國和英國。近年來，由于國際采礦業(yè)市場的不景氣和激烈競爭，導(dǎo)致各公司的相互兼并，形成幾個大跨國公司。為占領(lǐng)市場，各公司不斷開發(fā)新技術(shù)、新產(chǎn)品。世界主要產(chǎn)煤國家技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表l—l。10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)計方法和結(jié)構(gòu)采煤機(jī)技術(shù)發(fā)展的一個突破是采用了多電機(jī)電牽引技術(shù)，大大簡化直流調(diào)速電牽引，牽引速度不斷提高，最大牽引速度已達(dá)到29m/min；⑦大功率、高電壓、大截深．采煤機(jī)裝機(jī)功率超過1200kw，現(xiàn)行l(wèi)100V2300V，4160V3300V5000v6000v③積木式結(jié)構(gòu)，各單元之間沒有機(jī)械動力傳動，簡單可靠；④其中更先進(jìn)的設(shè)備，可實現(xiàn)滾筒自動導(dǎo)向，其實質(zhì)是煤巖界面探測技術(shù)，它能自動識別煤巖界面．并據(jù)此自動調(diào)節(jié)滾筒截割高度；⑤煤塵控制和故障診斷系統(tǒng)。335m3500t/h1-2圖1-2工作面刮板輸送機(jī)的技術(shù)特性先進(jìn)瓜板輸送機(jī)的主要特點是：①整體鑄造溜槽或組合焊接溜600~1200萬t過煤量；②采用38mm、42mm大直徑刮板鏈；③采用軟啟動技術(shù)，進(jìn)行故障診斷和報警。10年來主要的發(fā)展趨勢(1．75m2m)發(fā)展，結(jié)構(gòu)69MPa5000146—8入配合采煤機(jī)的煤巖識別系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)，可實現(xiàn)工作面自動控制。我國綜采技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀幾存在的問題我國自1973年開始大規(guī)模引進(jìn)德國、英國等國家的綜采設(shè)備，經(jīng)199524325．077t659200t2300t1995315t34．7t，創(chuàng)出我國高產(chǎn)高效的最好紀(jì)錄一、高產(chǎn)高效礦井建設(shè)取得重大成績19931995569.16.23ｔ／工，2.9ｔｔ／149107，減少原煤生產(chǎn)7出可喜的一步。37ｋｔ綜采成套設(shè)備。國內(nèi)幾個著名高產(chǎn)高效工作面裝備情況見下表二、機(jī)械化鋪網(wǎng)分層開采和放頂煤技術(shù)達(dá)到世界先進(jìn)水平8200ｔ，達(dá)到世界先進(jìn)水平。50年代末起源于歐州，經(jīng)過數(shù)十年的試驗和使用在世1080受嚴(yán)格的安全規(guī)程放傳統(tǒng)綜采的效益優(yōu)勢。652335.4％，200ｔ9670到世界領(lǐng)先水平。三、綜采設(shè)備研制有了新的發(fā)展設(shè)備有了較大發(fā)展。我國部分綜采設(shè)備已開始出口美國、俄羅斯、印度和土耳其。研制成功MG2×400-W2×400KW1500t/h250m，鑄造槽幫，2×Φ34200萬t2000～2500t/h2×575kW500t液壓支架設(shè)計研究取得重要進(jìn)展，主要在以下方面：（1）設(shè)計理論和方法有了突破。煤炭科學(xué)研究總院北京開采研究所對支架力學(xué)特性進(jìn)行了深入的研究，提出了液壓支架三維力學(xué)模型的計算方法，克服了傳統(tǒng)平面力系方法的缺陷，提出了液壓支架總體結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計方法，開發(fā)出液壓支架設(shè)計計算通用軟件系統(tǒng)，并廣泛應(yīng)用，使我國液壓支架設(shè)計計算提高到一個新水平。（2）完成液壓支架計算機(jī)模擬試驗的研究，把有限無方法成功地用于液壓支架的研究，建立了液壓支架整體有限無模型，開發(fā)SSTS液壓支架模擬試驗計算機(jī)仿真軟件系統(tǒng)，大大提高了液壓支架設(shè)計的可靠性廣泛應(yīng)用于液壓支架設(shè)計研究，達(dá)到國際先進(jìn)水平，為我國液壓支架打入國際市場發(fā)揮了重要作用。技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)取得重要進(jìn)展。我們已先后制定液壓支架系列技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)17進(jìn)了液壓支架技術(shù)的發(fā)展。計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD)有了較大發(fā)展。開發(fā)了ＣＡＤ工作站和微步實現(xiàn)支架設(shè)計ＣＡＤ化。液壓支架控制系統(tǒng)有了重大進(jìn)步。根據(jù)我國國情研制的全液壓手20～30s/9～12s/架。反向四加桿高產(chǎn)高效低位放頂煤支架，適應(yīng)中小煤礦的單一煤層采用輕型支架和輕型單擺桿放頂煤支架均取得成功。四、我國綜采技術(shù)發(fā)展中存在的問題我國煤層賦存條件復(fù)雜，老礦井受生產(chǎn)系統(tǒng)制約，綜采效率難以小。職工隊伍素質(zhì)差，許多綜采隊以農(nóng)民輪換工為主，文化基礎(chǔ)差，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，資械給出現(xiàn)倒退局面。成為影響綜采發(fā)展的一個消極因素。不足，科研成果低水平循環(huán)現(xiàn)象嚴(yán)重。由于受價格和基礎(chǔ)工業(yè)水平的影響，我國煤機(jī)制造質(zhì)量、產(chǎn)品性及自動化技術(shù)等，與國際先進(jìn)水平相比不存在較大差距。綜采礦井生產(chǎn)環(huán)節(jié)的合理配套綜采礦井生產(chǎn)系統(tǒng)配套設(shè)備，除包括直接與綜采工作面刮板輸送機(jī)連接的順槽轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)及帶式輸送機(jī)外，還應(yīng)包括提升設(shè)備、掘進(jìn)及支護(hù)設(shè)備、工作面供電設(shè)備、通風(fēng)排水設(shè)備等。要保證綜采工作面設(shè)備效能的充分發(fā)揮，必須保還生產(chǎn)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)具有足夠的通過能力和適應(yīng)能力。即要保證提升能力大于運輸環(huán)節(jié)能力，運輸環(huán)節(jié)能力大于工作面生產(chǎn)能力；要保證掘進(jìn)速度、通風(fēng)能力與供電能力適應(yīng)廣工作面實際需求。掘進(jìn)速度跟不上綜采工作面的推進(jìn)速度是一個大問題。礦井的不合理布局．必然導(dǎo)致巷道掘進(jìn)量的增加。美國將主并、副井直接布置在可采煤田中．不僅大大減少／巷道掘進(jìn)量(無巖巷掘進(jìn))，而且簡化了運輸系統(tǒng)。目前我國采掘嚴(yán)重失調(diào)的主要原因就是掘進(jìn)機(jī)械化作業(yè)中，支護(hù)作業(yè)未能實現(xiàn)機(jī)械化，須盡快推廣掘進(jìn)支護(hù)“錨桿化”。錨桿支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用，不僅可以提高掘進(jìn)速度，改善巷道支護(hù)質(zhì)量，減少輔助作業(yè)時間，而且解決了綜采工作面的端頭支護(hù)問題。有的煤礦兩個工作面共用90％Pc效益。液壓支架的應(yīng)用和意義隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，國民經(jīng)濟(jì)對煤炭需要量的日益增加，煤1954年英國裝備了世界上第一個液壓支架工作面開始，采煤技術(shù)實現(xiàn)了綜合機(jī)械化。綜合機(jī)械化。就是工作面采煤、運輸和支護(hù)三大主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)工作面重型可彎曲運輸機(jī)，以及與之適應(yīng)的順槽轉(zhuǎn)載機(jī)和可伸縮皮帶運輸機(jī)等運煤；自移式液壓支架支護(hù)和管理頂板。這幾種設(shè)備相互配合，組成了綜合機(jī)械化采煤設(shè)備。液壓支架是以高壓液體為動力，由若干液壓元件（油缸和閥件）與一些金屬結(jié)構(gòu)件組合而成的一種支撐和控制頂板的采煤工作面設(shè)備，能經(jīng)濟(jì)上合理，安全上可靠，當(dāng)前世界各國都在不斷地提高采煤工作面的綜合機(jī)械化水平。19641974安全可靠等優(yōu)點，能使采煤工作面達(dá)到高產(chǎn)量、高回采率和高工效，能大大減輕勞動強(qiáng)度，降低成本和掘進(jìn)率，實現(xiàn)安全生產(chǎn)。液壓支架的發(fā)展?fàn)顩r及存在問題液壓支架的發(fā)展?fàn)顩r50OMKTf90％以上的美國長壁綜采工作面使用10s。195819641970年在山西大同首次全工作面裝備了Tz—14070QYZY3580TZ—720型支架，分層開采自動鋪聯(lián)網(wǎng)支架、放頂煤液壓支架及大流量安全20／31BY3300—]3／33ZY35BC400-17／35、TZ720—20．5／32、ZY550—13／29ZY560k等。適用緩傾斜厚煤層高產(chǎn)高效的液壓支架分部自動鋪底網(wǎng)支架(如BC7A400—17／35PY3200—17／35BY3200-23／45、QY350—25／47；BC4800—22／42、ZY560—25／4等大采高支架獲得年產(chǎn)超百萬噸的效果。放頂煤支架分為單輸送機(jī)型分別為ZFD5600—26／30FY2800—14／28ZFS5200—16／32外同類產(chǎn)品相比，這些支架的移架速度較慢（—般為20—30s)、初撐比較低(一般為0.52—0.77，實測僅為0.25~0.4)。存在問題液壓支架經(jīng)歷了研制試驗、引進(jìn)仿制和改進(jìn)創(chuàng)新階段，直到現(xiàn)在的獨立設(shè)計和制造階段。特別是對液壓支架的架型與結(jié)構(gòu)件的設(shè)計和研究投入了大量的人力物力，達(dá)到了國外同期先進(jìn)水平。然而在液壓支架及其液控系統(tǒng)動態(tài)特性、液壓支架電液控制技術(shù)和計算機(jī)輔助設(shè)計等方面的研究起步較晚，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于一些先進(jìn)國家。尤其對液壓支架液壓系統(tǒng)及其控制技術(shù)方面的研究投入較少，存在的問題最為突出，成為制約液壓支架發(fā)展的主要因素。在我國的工業(yè)領(lǐng)域中，液壓支架等煤礦機(jī)械的設(shè)計水平和技術(shù)水平相對落后于其他行業(yè)， 主要表現(xiàn)在：設(shè)計中以靜態(tài)的、經(jīng)驗的方法為主；各種工序中工作機(jī)構(gòu)動作和各種工況轉(zhuǎn)換的控制還是以手動為主工作過程中在線動態(tài)監(jiān)測的技術(shù)還比較落后，對許多綜采工作面而言還是空白。導(dǎo)致以上落后局面的主要原因是：須是本安型；(3問題是一個重大難題；題較為嚴(yán)重；液壓支架具有降、移、升、推相調(diào)架等工序，有時出現(xiàn)同架不的自動控制帶來了許多困難。目前在采煤工作面的機(jī)械化生產(chǎn)作業(yè)中，主要存在著兩大問題。其一是支護(hù)速度太慢，難以適應(yīng)高產(chǎn)高效生產(chǎn)的需要，特別是不能與采煤機(jī)牽引速度相匹配；其二是工作面支架初撐力嚴(yán)重不足不均，給工作面頂板的管理、維護(hù)和安全生產(chǎn)帶來許多困難，有時嚴(yán)重影響工作面的正常生產(chǎn)。支護(hù)速度主要取決于移架速度(即完成液壓支架降、移、升等動作的快慢)，它直接影響著工作面的產(chǎn)煤量。液壓支架初撐力決定著液壓支架與頂板之間控制與被控制的特性關(guān)系。頂板管理不好，必然影響移架速度的正常發(fā)揮，從而間接影響工作面的產(chǎn)煤量。提高移架速度，必然要求提高泵站額定流量、供液系統(tǒng)大通徑管路和閥件的承壓能力。然而，大流量高壓力的乳化液泵、液壓閥件、大通徑高壓膠管等的研制有相當(dāng)大的難度。德國、英國、日本等國家在這一方面的研究有所突破，而我國在這一方面的研究相對落后，目前還沒有適用于高產(chǎn)高效工作面的配套產(chǎn)品。此外．液壓支架的設(shè)計、研究與采場礦山壓力的研究之間存在著明顯的脫節(jié)問題。對液壓支架的研究，一般是在假定液壓支架載荷的前提下來研究其性能；面對礦山壓力的研究又未能顧及到液壓支架動態(tài)特性的影響。然而，事實上液壓支架和采場圍巖之間存在著密不可分的、相互作用的動態(tài)關(guān)系。液壓支架的研究動態(tài)為了進(jìn)一步改善支架性能和提高移架速度，還須迅速研制并推廣大流量支架用閥、大通徑液壓膠管、初撐力保證閥或自動增壓閥以及高壓變?nèi)榛罕谩ｍ毤涌祀娨嚎刂葡到y(tǒng)的開發(fā)和支架供液系統(tǒng)和液控系統(tǒng)的優(yōu)化。還須開發(fā)研究等壓雙伸縮立柱和能夠克服剛性四連桿機(jī)構(gòu)缺點的但無論是分層開采還是放頂煤開采，對降低工作面供液系統(tǒng)的壓力，提高支架初撐力的要求還是十分迫切。由此可見，自動增壓初撐系統(tǒng)有一定的應(yīng)用前景。氣垛支架以其整體性能好、穩(wěn)定性好、抗沖擊載荷能力強(qiáng)、初期投資少和操作維護(hù)簡便等優(yōu)點，在薄煤層和急傾斜煤層支護(hù)中已經(jīng)取得了一席之地。變流量變壓力乳化液泵等新產(chǎn)品的研制，將會大大改善支架供液系統(tǒng)的特性。針對影響移架速度的因素分析和提高移架速度的方法和途徑，已有不少文獻(xiàn)給予論述，指出影響移架速度的主要因素有系統(tǒng)的額定流量和額定壓力、供液系統(tǒng)管路的通徑及閥件的過流量、液壓支架立柱升降行程和推移千斤頂?shù)男谐獭⒘⑿；钪睆脚c活塞直徑的比值、支柱及頂80％l030s的升柱和切撐供液時間。關(guān)于液壓支架初撐力問題存在的原因以及解決這—問題的方法和途徑，一些文獻(xiàn)從不同的角度給予了大量的探討。文獻(xiàn)指出泵站實際調(diào)定壓力較低只有一定的波動、遠(yuǎn)距離供液壓力損失嚴(yán)重、頂?shù)装宀黄椒锤∶汉透灥挠绊憽⒉荒鼙ＷC液壓支架的初撐時間以及多人操作或多架同時操作等因素是導(dǎo)致液壓支架初撐力本足不均的主要原因；而增大大校直徑和數(shù)目、提高泵站壓力、采用雙供液系統(tǒng)、監(jiān)油工作面支護(hù)質(zhì)量、增設(shè)韌撐力保證閥等提高切撐力的方法相措施都存在著一定的不足。為了提可見提高移架速度和提高液壓支架初撐力之間存在著矛盾。電液控制技術(shù)在液壓支架上的應(yīng)用能夠提高液壓支架的自動化程度和移架速度(將不同工序或不同支架的操作時間間隔縮短到最小程度)，能夠?qū)崿F(xiàn)定壓初撐和遠(yuǎn)距離程序控制等功能。帶壓移架控制系統(tǒng)可的損壞問題一直沒有得到很好的解決。初撐增壓閥的研究和開發(fā)，可用于解決初撐力問題，同時有助于解除高壓力和大流量的制約關(guān)系。但體積和重量過大、在支架上難以設(shè)置等因素，是初撐增壓閥難以得到應(yīng)用的根本原因。電液控制技術(shù)、帶壓移架控制系統(tǒng)、初撐增壓閥的研究和應(yīng)用，旨在改善液壓支架的支護(hù)特性、提高移架速度和初撐力。二柱掩護(hù)支架的大量使用也是與該架型移架速度快有關(guān)。由此可見，移架速度和初撐力問題是研究和設(shè)計液壓支架及其液壓系統(tǒng)的核心問題。要從根本上解決這兩個相互制約的核心問題，還需要從研究液壓支架及其液壓系統(tǒng)的動態(tài)特性為突破口。基于液壓支架在國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r和研究動態(tài)，設(shè)計人員認(rèn)為研究液壓支架及其液控系統(tǒng)的動態(tài)持性，分析決定液壓支架支護(hù)持性二核心要素(移架速度和切撐力)之間的動態(tài)關(guān)系，解除大流量與高壓力的相互制約關(guān)系是亟待解決的重大問題。液壓支架的發(fā)展動向近幾年來，為適應(yīng)采煤綜合機(jī)械化的發(fā)展需要，液壓支架獲得了迅速的發(fā)展，出現(xiàn)了很多類型，據(jù)統(tǒng)計，它的結(jié)構(gòu)形式已經(jīng)達(dá)到數(shù)百種。508000.65.00到45，甚至70左右。在緩傾薄及中厚煤層中，液壓支架已經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用，但是由于煤層賦存條件復(fù)雜，支架的結(jié)構(gòu)還不夠完善，設(shè)備還需要管理和操作經(jīng)驗，所以液壓支架的使用范圍受到限制。為了改進(jìn)支架的支護(hù)性能，提高它對礦山地質(zhì)條件的適應(yīng)性，擴(kuò)大使用范圍，延長使用壽命，目前液壓支架有下列幾方面的發(fā)展動向：大力發(fā)展掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架，對其他型式的支架，應(yīng)用逐19768980%是掩護(hù)式支架，這些支架的主要特點是：采用四連桿機(jī)構(gòu)，使梁斷和煤頂梁和掩護(hù)梁鉸接，取消了兩者間易被鉛石阻塞的三角區(qū)；掩護(hù)梁和頂便于支架操作和實現(xiàn)自動控制。各國正在研制大傾角、大采高、大截深和薄煤層支架，并使支架和菜煤機(jī)更好的配合。近幾年來，國外正在研制一次截深1.55.5300/2以上。為了簡化支架管路系統(tǒng)和便于安全操作，開始采用“多芯管”先導(dǎo)式鄰架控制的操縱方式。為了加快支架的移設(shè)速度，進(jìn)一步改善操作條件，支架控制正在自動控制和處在研究階段。液壓支架設(shè)計介紹液壓支架的工作原理液壓支架是由乳化液泵站提供高壓乳化液（這里采用水包油型乳化液）作為動力由液壓操作系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，液壓油缸和金屬構(gòu)件組成。來自泵站的高壓乳化液，經(jīng)主進(jìn)液管送到工作面，并與每架支架的進(jìn)液截止閥相連導(dǎo)入支架，再經(jīng)過組合操縱閥配液到各液壓缸，以完成支架所需的各項動作。從支架回流的低壓乳化液通過組合操縱閥與回液截止閥由主回液管路流回泵站乳化液箱，供循環(huán)使用。支架的承載原理是：液壓支架支撐在綜采工作面的頂?shù)装逯g支撐頂板。頂板壓力作用在頂梁上，并通過頂梁和底座間立柱將壓力傳遞底板。為保證支架結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度及撐在支架頂安全，在立柱的下腔裝有安全閥。當(dāng)頂板壓力超過立柱安全閥限定壓力時，安全閥開啟釋放出立柱中的液體進(jìn)行讓壓，當(dāng)頂板壓力下降到立柱工作阻力時，安全閥關(guān)閉進(jìn)行保壓承載。支架的組成液壓支架主要由金屬結(jié)構(gòu)件、油缸和液壓控制元件三大部分組成。后連桿、底座、側(cè)護(hù)板、護(hù)幫板等。梁千斤頂?shù)取＝刂归y等及液壓輔助元件等。液壓支架主要結(jié)構(gòu)件及其作用頂梁頂梁采用整體頂梁直接與頂板接觸，支撐頂板負(fù)荷，是支架的主要承載部件之一，由鋼板焊接而成的箱形結(jié)構(gòu)，以滿足強(qiáng)度和剛度要求。其主要作用是：接頂板巖石及煤的載荷；反復(fù)支撐頂煤，可對比較堅硬的頂煤起破碎作用；隔離頂板，為回采工作面提供足夠的安全空間。本支架采用分段組合式頂梁結(jié)構(gòu)（剛性頂梁＋伸縮前梁），掩護(hù)梁1－護(hù)幫板耳座；2－側(cè)推千斤頂座；3－側(cè)護(hù)板；4－側(cè)推千斤頂；5－前連桿耳座；6－后連桿耳座；7－護(hù)幫千斤頂耳座；8－彈簧筒；9－插板千斤頂耳座圖2－1 掩護(hù)梁掩護(hù)梁分別與底座和掩護(hù)梁千斤頂，其主要作用有：承受下部頂板傳給的水平分力和側(cè)向力，增強(qiáng)支架的抗扭性能；掩護(hù)梁與掩護(hù)梁千斤頂，保證支架的穩(wěn)定性；阻擋后部落煤，維護(hù)工作空間。底座底座是將頂板承受的壓力通過立柱傳遞到底板并穩(wěn)定支架的主要結(jié)構(gòu)件。該支架設(shè)計為整體剛性底座，底座接底面積大，有利于減小對底板的比壓。該型底座的缺點是在推移機(jī)構(gòu)外易積存浮煤碎矸，要求及時清理。底座結(jié)構(gòu)如圖2-2所示1.前連桿連接處 2.后連桿連接處 3.限位塊 4.U型限位塊5.前柱窩 6后柱窩 踏板 8.耳板圖2－2 底座其主要作用是：提供安裝空間；給工作人員創(chuàng)造良好的工作環(huán)境；保證支架的穩(wěn)定性。四連桿機(jī)構(gòu)前、后連桿分別與上連桿和底座鉸接，共同形成四連桿機(jī)構(gòu)，前連桿采用鑄鋼件，鑄件中不得有氣孔、砂眼、夾雜。鑄后要進(jìn)行淬火和高溫回火，以降低硬度，增加強(qiáng)度和韌性。對于后連桿，由于不僅受到冒落矸石的載荷，還要承受頂板的水平推力，所以要求它有較大的強(qiáng)度。2-3圖2-4后連桿四連桿機(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)式支架的最重要部件之一。其作用概括起來主要有兩個，其一是當(dāng)支架由高到低變化時，借助四連桿機(jī)構(gòu)使支架頂梁前端點的運動軌跡呈近似雙紐線，從而使支架頂梁前端點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)計方法，必須正確理解四連桿機(jī)構(gòu)的作特征是四連桿機(jī)構(gòu)動作過程的必然結(jié)果。動軌跡的最大寬度e70mm，30mmeepoO支架在最高位置時和最低位置時，頂梁與掩護(hù)梁的夾角P桿與底平面的夾角Q，如圖所示，應(yīng)滿足如下要求：支架在最高位置時，P≦52°～62°，Q≦75°～85°；支架在最高位置時，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tgwW=0.P=16.7°P≧25°QQ≧25°～30°，在特殊情況下需要角度較小時，可提高后連桿下鉸點的高度。3-1eOtg⊙≦0.35是⊙角直接影響支架承受附加力的數(shù)值大?。ㄔ诤竺嬗性敿?xì)討論）。圖所示的h減輕了掩護(hù)梁的外負(fù)荷。構(gòu)的運動軌跡時，應(yīng)盡量使e計時只要把掩護(hù)梁和后連桿簡化成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，運用作圖法就可以了，如圖所示（實際上液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)屬雙搖桿機(jī)構(gòu)）推移機(jī)構(gòu)圖1-5 推移框架用是推移輸送機(jī)和拉移支架。推移連桿的一端通過連接頭與輸送機(jī)相承受一定的側(cè)向力防止底座的下滑。液壓支架的架型根據(jù)支架的結(jié)構(gòu)特點與支護(hù)型式，液壓支架有三種基本架型支撐式支架支撐式支架立柱較多，均呈直立狀態(tài)，項梁較長，立柱頂梁與底座構(gòu)成一多鉸點的矩形結(jié)構(gòu)。這類支架的工作阻力較大，支撐合力位于后部，切頂能力強(qiáng)，架型空間較大。但框架結(jié)構(gòu)不夠穩(wěn)定，承受側(cè)向力的能力較差。適用于直接頂穩(wěn)定和堅硬老頂周期壓力明顯或強(qiáng)烈的頂板，不適用于破碎頂板。支撐式支架有垛式和節(jié)式兩種。掩護(hù)式支架頂梁較短，立柱可斜支在底座與頂梁或掩護(hù)梁之間。頂梁、掩護(hù)梁與底座構(gòu)成半封閉式結(jié)構(gòu)，將頂板、采空區(qū)與工作面空間隔開。這類支架的（1～2（Ⅰ～Ⅱ級）。有直支式和間支式兩種。支撐～掩護(hù)式支架支撐～掩護(hù)式支架兼有支撐式和掩護(hù)式支架的結(jié)構(gòu)特點，均為四柱式，立柱可直立或斜支在頂梁或掩護(hù)梁上，相當(dāng)于支撐式與掩護(hù)式的組合，以支撐為主，掩護(hù)為輔。這類支架的工作阻力、切頂項能力均介于上述二者之間，但由于有掩護(hù)梁，其掩護(hù)性能與穩(wěn)定性均較好，適用于直接頂穩(wěn)定和中等穩(wěn)定（2～4類），周期壓力明顯（Ⅱ～Ⅲ）的頂板。第三章.液壓支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計液壓支架的選型液壓支架結(jié)構(gòu)類型的優(yōu)選根據(jù)以往液壓支架設(shè)計的經(jīng)驗總結(jié)，考慮到不同架型和機(jī)構(gòu)的支架――圍巖力學(xué)相互作用、支撐力矩、底板比壓等特點，可以對掩護(hù)式與支撐掩護(hù)式結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較。（1）液壓支架的力學(xué)特征綜述（見表3-1）表3-1不同結(jié)構(gòu)液壓支架的力學(xué)特征比較支架型式支架型式結(jié)構(gòu)特 主要力學(xué)特性支掩式二支柱掩護(hù)式支架承載力較小，底板比壓均勻，主動水平力較大掩護(hù)二柱支支架承載力大，穩(wěn)定性好，底座尖端比壓式支頂式頂掩護(hù)較大，對頂板的主動水平力較大，前端支式撐力大掩支頂支四柱（或三柱）穩(wěn)定性好，抗水平力強(qiáng)，比壓均勻，但支柱能力利用率低征支撐掩護(hù)式征支撐掩護(hù)式四柱X型支頂式四柱支承載力大，切頂能力強(qiáng)，比壓較均勻式在選擇液壓支架時既要保證對工作面頂板實現(xiàn)可靠的支撐，又要避免過大的設(shè)備投資，導(dǎo)致不必要的浪費。因此，液壓支架的正確選型對于工作面經(jīng)濟(jì)效益關(guān)系重大。液壓支架架型的選擇，主要取決于液壓支架的力學(xué)性能是否適用礦井的頂?shù)装鍡l件和其它地質(zhì)條件。在同時允許選用幾種架型時，應(yīng)優(yōu)先選用價格便宜的支架，支承式支架最便宜，其次為掩護(hù)式。支承式支架適合于穩(wěn)定頂板。掩護(hù)式支架適合于中等穩(wěn)定和一般破碎的頂板。支承掩護(hù)式支架適合于周期來壓強(qiáng)烈，中等穩(wěn)定和穩(wěn)定頂板。在綜采工作面支架選型時，還應(yīng)注意下述四點原則：對于不穩(wěn)定和中等穩(wěn)定頂板，應(yīng)優(yōu)先選用二柱掩護(hù)式支架。但在底板極松軟條件下，必須嚴(yán)格驗算并限制支架底座尖端比壓，不得超過底板容許比壓即極限載荷強(qiáng)度。在此條件下，通常應(yīng)避免使用重型支架。烈的頂板，應(yīng)優(yōu)先考慮選取四柱支撐掩護(hù)式支架。眾所周知，三點決定一個平面，由于頂板不平，四柱式支架名義額定阻力的四柱式支架，特別是對機(jī)道上方頂板的支護(hù)強(qiáng)度。板控制，包括增加前任阻力及可伸縮前梁等。影響架型選擇的因素因此，以上因素都會影響到支架的選型。液壓支架架型的選擇首先要適合于頂板條件。一般情況下可根據(jù)頂板的級別，由表3-1-5見《綜采技術(shù)手冊》（上冊）中直接選出架型。煤層厚度1.5m，扭能力強(qiáng)的支架，一般不用支承式支架。2.5m～2.8m式或支承掩護(hù)式支架。③煤層厚度變化大時，應(yīng)選擇調(diào)高范圍較大的掩護(hù)式，帶有機(jī)械加長桿或雙伸縮立柱的支架。④假頂分層開采，應(yīng)選用掩護(hù)式支架。煤層傾角① <10時，支架可不設(shè)防倒滑裝置。② 10°～25°以上時，應(yīng)選用帶有防滑裝置的支架。③ >25千斤頂，工作面中部輸送機(jī)設(shè)置防倒滑裝置。底板強(qiáng)度① 驗算比壓，應(yīng)使支架底座對底板的比壓不超過底板允許比壓。② 為使移架容易，設(shè)計時要使支架底座前部比后部的比壓小。瓦斯含量對瓦斯涌出量大的工作面，應(yīng)符合保安規(guī)程的要求，并選用通風(fēng)端面較大的支承式或支承掩護(hù)式支架。煤層硬度當(dāng)煤層為軟煤層時，支架最大采高一般≤2.5m；中硬煤層時，支架最大采高一般≤3.5m；硬煤層時，支架最大采高<5m。地質(zhì)構(gòu)造斷層十分發(fā)育，煤層變化過大，頂板的允許暴露面積在5～8㎡以下時，時間在20min以上時，暫不宜使用綜采。設(shè)備成本綜合各條件，宜選用支撐掩護(hù)式支架的架型，即本組畢業(yè)設(shè)計所選擇架型。液壓支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計確定液壓支架結(jié)構(gòu)參數(shù)的原則與內(nèi)容確定支架結(jié)構(gòu)參數(shù)的原則①要滿足配套設(shè)備(采煤機(jī)、輸送機(jī))的相關(guān)要求:②與支架的工作方式(即時支護(hù)或滯后支護(hù))相適應(yīng);③結(jié)構(gòu)緊湊，行人操作方便;④支架的工作穩(wěn)定性好。確定支架結(jié)構(gòu)參數(shù)的內(nèi)容①確定正常工作條件下，支架與相應(yīng)設(shè)備的位置關(guān)系;②確定支架總體與主要部件的布置與尺寸。液壓支架整體結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計液壓支架的結(jié)構(gòu)型式很多，且隨著采高和應(yīng)用條件的不同，支架的結(jié)構(gòu)布置和尺寸也各異。下面僅分析目前廣泛應(yīng)用的三種典型架型的總體布置與結(jié)構(gòu)尺寸的一般范圍。液支架的高度及其伸縮比的確定一般應(yīng)首先確定支架適用煤層的平均采高，然后確定支架高度。對于大采高支架，按下式確定支架高度，即Hmax＝Mmax十(200～400)mmHmin=Mmin-(500～400)mmHmaxHmin(mm)；Mmax(mm)；Mmin(mm)Mmax＝K MCS1Mmin=K MCS2式中 MC———煤層平均厚度；K、KS1 S2

———煤層厚度上、下波動系數(shù)，一般取K＝1．1～1．3，KS1 S

＝0．8～0．90。對于中厚煤層支架，按下式確定支架高度，即： Hmax＝MmaxHmin＝Mmin－(300～400)對于薄煤層支架，則按下式確定支架高度，即Hmax＝MmaxHmin＝Mmin－(150～250)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，支架適用范圍越廣調(diào)高范圍給支架結(jié)構(gòu)設(shè)計造成困難，可靠性降低。綜合以上分析我們在設(shè)計過程中取Hmax＝2600mm，Hmin=1200mm支架的伸縮比指其最大與最小高度之比即：m=Hm/Hn由于液壓支架的使用壽命較廠，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，垛式支架的伸縮比為1.9；支撐式支架為2.5；掩護(hù)式支架可達(dá)3，一般范圍是1.5至2.5，煤層較薄時選大值。m=Hm/Hn=2600/1200=2.167符合掩護(hù)式支架的伸縮比范圍。中心距和寬度的確定支架中心距一般等于工作面一節(jié)溜槽長度。目前國內(nèi)外液壓支架中心距大部分采用大采高支架為促高穩(wěn)定性中心距可采用輕型支架為適應(yīng)中小煤礦工作面快速搬家的要求，中心距可采用 1.25ｍ。支架寬度是指頂梁的最小和最大寬度。寬度的確定應(yīng)考慮支架的輸安裝和調(diào)高要求。支架頂梁一般裝有活動側(cè)護(hù)板一般行程 170～200mm。當(dāng)支架中心距為1.5ｍ時，最小寬度一般1400～1430mm，最大寬度一般1570～1620mm。當(dāng)支架中心距為 1.75ｍ時，最小寬度一般1650～1680mm，最大寬度一般1850～1880mm。當(dāng)支架中心距為1.25ｍ時，如果帶有活動側(cè)護(hù)板，最小寬度一般1150～1180mm，最大寬度一1320～1350mm；如果不帶活動側(cè)護(hù)板，則寬度一般取1150～1200mm。支架間距所謂支架間距，就是相鄰兩架中心間的距離，按如下公式計算：b=B+nC式中 支架間距nn＝1，整體逐步式支架n＝2，節(jié)式組合邁步支架n＝支架節(jié)數(shù)。支架間距b1.5m,千斤頂連接位置1.5m，此處恰取1500mm。四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計四連桿機(jī)構(gòu)的幾何作圖法確定掩護(hù)梁上鉸點至頂梁梁面之距和后連桿下鉸點至底座底面之距100mm。掩護(hù)梁和后連桿的長度的確定用解析法來確定掩護(hù)梁和后連桿的長度，如下圖所示其中G掩護(hù)梁長度；A后連桿長度；L2e′H1支架最高位置時的計算高度；根據(jù)四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征，初選 P1=56°，Q1=78°，P2=26°，Q=26°，由圖所示的幾何關(guān)系可以列出如下兩式：聯(lián)立以上兩式可得：將以上各值代入可得A/G=0.5126一般A/G的比值按以下范圍來取：掩護(hù)式支架A/G=0.45～0.61；故A/G0.5126支架最高位置時的計算高度為：將A/G=0.5126G=1791，A=918，取整后56°，重新計算后可得：Q1=78°，P2=26°，Q=26°四連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計的幾何作圖法按如下步驟進(jìn)行。1、確定掩護(hù)梁上鉸點至頂梁頂面之距和后連桿下鉸點至底座至底面之距。按類比法確定掩護(hù)梁上鉸點至頂梁頂面之距和連桿下鉸點至底座至底面之距均為100mm。2.掩護(hù)梁和后連桿長度的確定設(shè)：G掩護(hù)梁長度，L2eH1支架最高位置時的計算高度，確定后連桿下鉸點O200～250mm（或類比同類型支架確定）。過OH—H過OH—HQ1oa，oaA，a掩護(hù)梁的鉸點。aH—Ha1aG為半徑作弧交此斜線一點e′，此點為掩護(hù)梁與頂梁的鉸點。e′點作H—HF—FH—HF—FH1，為液壓支架最高位置時的計算高度。eFaa（0.22～0.3）GeFaFH He′點作F--F（認(rèn)為液壓支架由高到底變化時）。取e（中間這一點的位置直接影響頂梁前端運動軌跡的形狀、變化寬度等）。以O(shè)oa以eaeaeFeeaaa以eaeFeeaaaFH H連接ea，并以aab長為半徑作弧，交aeb液壓支架在三個位置時，前連桿的鉸點。置。桿長度。過點向線作垂線，交點，則線段和為液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)。eFeFebeabbacaH d H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)尺寸來。3.4液壓支架支部件設(shè)計（1） 頂梁頂梁用于支撐維護(hù)控頂區(qū)的頂板，承受頂板壓力，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。圖3-2 頂梁筋板焊接方式這里采用前后鉸接式頂梁。整個頂梁分前梁和主頂梁兩部分。前梁由前梁千斤頂支撐，對頂板的適應(yīng)性較好。鉸接前梁端部的支撐力決定于前梁千斤頂?shù)闹瘟亍Ｒ话懔旱闹瘟?，未伸出前?00～400kN。主頂梁為焊接箱式結(jié)構(gòu)。中間以兩根主骨架為主體，在主骨中焊接另一側(cè)活動。要使側(cè)護(hù)板固定，只要把彈簧套筒收回，用銷子銷在銷孔中。為了防止銷子脫出，用擋板固定。如果銷不住，側(cè)護(hù)板就在彈簧作25mm，40mm。頂梁尺寸①頂梁長度頂梁長度受支架型式、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、底座長度、支護(hù)方式等因素的制約。減小頂梁長度，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。4～51.5～2.5m,最3m頂梁長度＝[]-[G·cosP+300+e]1 1式中：配套尺寸＝2088mmA:后連桿長度G:掩護(hù)梁長度e:支架由高到低頂梁前端最大位移量（mm）E2、E1：支架在最高位置時，分別為后連桿與水平面及掩護(hù)梁與水平面的夾角E＝83°，E＝56°2 1按條件取底座長度大約為2.24m故頂梁長度L=2950mm②頂梁寬度頂梁寬度根據(jù)支架間距和架型來定，架間間隙為0.2m左右。其中寬面頂一般為1.4～1.59m,節(jié)式支架一般為0.4～0.6m,此處取1600mm。③頂板覆蓋率ζζ= Bl ×100﹪(lc)(Bj)式中B:ｊ(m)對破碎機(jī)頂板：覆蓋率s值應(yīng)達(dá)到85﹪～95﹪，故掩護(hù)式支架裝可移動護(hù)板，以維護(hù)架間的間隙，中等穩(wěn)定頂板覆蓋率ζ值為75﹪～8560﹪～70﹪L頂梁前端與煤壁間距。此處ζ==82.4﹪立柱柱窩的確定立柱是支撐在頂梁和底座之間能承受頂板載荷的液壓缸，立柱是承壓元件，它長期處于高壓受力狀態(tài)，它除應(yīng)具有合理的工作阻力和可靠的工作特性外，還必須有足夠的抗壓、抗彎強(qiáng)度，良好的密封性能，結(jié)構(gòu)要簡單，并能適應(yīng)支架的工作要求。此掩護(hù)式支架為二柱，采用傾斜布置，這樣可以克服一部分水平力，并能增調(diào)高范圍。一般立柱與頂梁夾角小于30（支架在最低工作位置時），由于角度較大，可使調(diào)高范圍增加。同時由于頂梁較短，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。①立柱上柱窩位置的確定2.2～2.4:1。立柱上柱窩800mm150mm。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，使底座前端比壓小。同時30°21按幾何關(guān)系列出的下述諸公式進(jìn)行計算。21xx21

Acos

Gcos ①12 3 xHtg 12 3 將②式代入①式代入上式可得1132xGcosAcosHcos1132式中H3=Hn-（h2+h3）本設(shè)計中，取液壓支架最低可降到1700mm處，故H3=1900-150-150=1600mm支架最低位置時，后連桿與水平面夾角1支架最低位置時，掩護(hù)梁與水平面的夾角2初選支架最低位置時，掩護(hù)梁與水平面的夾角為25°，則1x800Gcos31920cos461600cos25951.27mm1x故 取整后為950mm。x1底座底座為支架的其它結(jié)構(gòu)件和工作機(jī)構(gòu)提供安設(shè)的基礎(chǔ)，與前、后連桿和上連桿一起組成四連桿機(jī)構(gòu)，將立柱和前、后連桿傳遞的頂板壓力傳給底板。本底座是由鋼板焊接成的箱形整體結(jié)構(gòu)。在底座前端中間焊接有過橋它可以起到對底座的加強(qiáng)作用，另外還要用于固定推移千斤頂，將其一端固定在底座上。除了滿足一定的剛度和強(qiáng)度外，對底板不平的適應(yīng)推移裝置和其它輔助裝置；便于人員操作行走，起一定的擋煤作用，考慮排煤能力，有一定的重量，以保證支架的穩(wěn)定性能等。采用整體式底座：這種底座是用鋼板焊接成的箱式結(jié)構(gòu)，整體性強(qiáng)，穩(wěn)定性好，強(qiáng)度高，不易變形，與底板接觸面積大，比壓小，底座的前端做成滑靴形，以減小支架的移動阻力，同時底座后部重量大于前部避免移架時底座啃底，底座與立柱之間連接處用鑄剛球面柱窩接觸，以免因立柱偏斜受偏載，并用限位板和銷柱限位，防止立柱脫出柱窩。在整體式底座后部中間底板去掉一塊，增加底座后部比壓，同時有利排煤。本設(shè)計采用整體式底座.掩護(hù)梁掩護(hù)梁承受頂梁部分載荷和掩護(hù)梁背部載荷并通過千斤頂傳遞給底座。掩護(hù)梁和頂梁（包括活動側(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)和擋矸性能。掩護(hù)梁為面板式箱形結(jié)構(gòu)件。焊接方式與頂梁相似，掩護(hù)梁上鉸接座與頂梁鉸接，下端通過千斤頂與底座鉸接。掩護(hù)梁上的側(cè)護(hù)板的裝配方式與頂梁相同。圖3-3 掩護(hù)梁焊接方式圖3-4 掩護(hù)梁1耳板 2主筋板 3擋板 4 耳板5加強(qiáng)筋板 6板 7側(cè)推千斤頂 8 蓋板9 護(hù)幫板推移千斤頂本液壓支架采用活塞式推移千斤頂，其結(jié)構(gòu)如下圖所示。圖3-5 插板千斤頂結(jié)構(gòu)圖1缸體 2活塞 3擋圈 4壓盤685 556壓環(huán) 7活塞導(dǎo)向環(huán) 8 鼓形密封圈9 O10擋圈 11活塞 12 蕾形密封圈擬定液壓系統(tǒng)本支架的液壓系統(tǒng)，由乳化液泵站，主進(jìn)，主回液膠管，各種液壓元件，立柱及各種千斤頂?shù)冉M成。液壓系統(tǒng)原理：本支架操作方式采用鄰架操作控制，使用快速接頭拆裝方便，性能可靠。本支架液壓系統(tǒng)所使用的乳化液，是由乳化油和水配制而成的，乳化油的配比濃度為5％，使用乳化液應(yīng)注意以下幾點：壓元件銹蝕，影響液壓元件的密封和使用壽命防止污染，定期清理乳化液箱和支架過濾器防凍：乳化液的凝固點為零下三度左右，與水一樣也具有凍地面配制和冬季運輸時要注意防凍。圖3-6 液壓支架液壓系統(tǒng)圖1－前立柱；2－壓力指示器；3－安全閥；4－液控單向閥；5－后立柱；6－頂梁側(cè)推千斤頂；7－掩護(hù)梁側(cè)推千斤頂；8－護(hù)幫千斤頂；9－雙向液控單向閥；10－操縱閥；11－推移千斤頂；12－前梁千斤頂；第四章.支架的受力分析與計算支架的工作狀態(tài)板狀態(tài)在采煤工作面中，當(dāng)煤被采出后，就會出現(xiàn)一定的空間，由于上部巖從壓力，出現(xiàn)離從和裂隙，如果不及時支護(hù)，頂板就要冒落，不支護(hù)的時間越長，危險就越大，而頂板冒落時有一定過程的，一般分為三個階段，開始頂板處于無壓狀態(tài)，次時頂板較完整，而且沒有下沉，通常稱為老頂來壓，次時頂板并不破裂，且這種下沉帶有一定的周期，所以稱為老頂周期來壓狀態(tài)，如不及時支護(hù)，頂板就會破裂而冒落，此時叫冒落狀態(tài)。工作狀態(tài)開始支架以初承力支承頂板，此時為無壓狀態(tài)，當(dāng)周期來壓時，頂板下沉，使立柱下腔壓力增加，當(dāng)增加到大于安全閥調(diào)定正壓力時，安全閥被打開，使立柱下腔壓力下降，稱立柱讓壓狀態(tài)，使支架以工作阻力支護(hù)頂板；如繼續(xù)來壓，就要不斷讓壓，所以立柱要有一定的向下行程，如沒有向下行程，稱壓死狀態(tài)，這是在設(shè)計和使用中，必須要注意避免的現(xiàn)象。架受力支架在工作面受力是由于頂板下沉，同時又有向采空區(qū)移動的趨勢，使頂梁受合力和底座受底板壓力，其中頂板合力的垂直分力，由支架工作阻力來克服，所以我們在計算支架的工作載荷F時按支架的工作阻力來確定。支架載荷的確定液壓支架實際受載荷情況很復(fù)雜，頂梁和底座上的載荷即非集中載荷又非均布載荷，分布規(guī)律隨著支架與頂?shù)装宓慕佑|情況而變化，為簡化計算作如下規(guī)定。載荷進(jìn)行計算。金屬結(jié)構(gòu)件按材料力學(xué)上的直梁理論來計算。線性規(guī)律，沿支架寬度方向為均布。實際支護(hù)阻力降低，所以在計算強(qiáng)度時不計。立柱和短柱按最大工作阻力來計算。作用在頂梁上水平力的產(chǎn)生有二種情況：一種是支架在承載讓壓時，由于頂梁前端運動軌跡為雙扭線，所以頂梁與頂板有產(chǎn)生位移的趨勢，水平力為頂梁合力與靜摩擦系數(shù)的乘積，其方向與頂梁產(chǎn)生位移方向趨勢相反；另一種是由于頂板向采空區(qū)方向移動，使支架頂梁受一指向采空區(qū)的水平力，最大水平力值與上相同。頂梁與頂板的靜摩擦系數(shù)f，目前國內(nèi)一般取0.2～0.3。核。還要按《液壓支架型式試驗技術(shù)規(guī)范》的各種加載方法，以支架的額定10％支架受力分析下處于平滑狀態(tài)時，所受力和力矩之和為零的原理來進(jìn)行分析和計算xy受力分析和計算。4.3.1各主要參數(shù)的影響掩護(hù)式支架在工作過程中，各主要部件的受力是變化的，其影響因素有諸多方面。立柱傾角對承載能力的影響由于掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架的立柱大部分是傾斜布置的，傾角又隨著支架的高度變化，所以支架的承載能力的大小也隨著支架的高度而變化?，F(xiàn)在對承載能力的影響。立柱支撐在頂梁，當(dāng)立柱的工作阻力傾角為時，顯然支架的承載能力與PCOSCOS≤1，因B

為P，B此立柱傾斜布置將使支架的承載能力降低。角和COS之間的關(guān)系表示在3－1<18于５％。當(dāng)>26時，COS<0.90，所以支架承載能力將顯著的減小。4－11830。tgθ值對支架承載能力的影響在以上各式中有多項公式包含tgθ，分析如下：O點是瞬時中心，隨著支架高度的變化點 的位置也發(fā)生變化，tgθ也跟著發(fā)生變化。當(dāng)O點在頂梁上方時取正值。當(dāng)O點在頂梁下方時tgθ取負(fù)值tgθ值增加，附加力增加。當(dāng)摩擦系數(shù)tgθ=0.1時，附加力可達(dá)支架名義工作阻力的30％。所以tgθ值過大對支架受力不利在支架的工作高度范圍內(nèi)一般把tgθ值控制在0.35以下，從而把附加力控制在支架名義工作阻力的10％范圍內(nèi)（詳細(xì)分析間《液壓支架》課本張家鑒 主編此處不再贅述）有影響，并相當(dāng)復(fù)雜，因此tgθ是大是小，由具體情況而定。支架承載能力隨高度的變化由支架載荷P的計算式直到，其中、、l是隨高度而變化的，因A此支架的支撐力也就隨著高度而變化。在調(diào)高范圍內(nèi)，支架的承載能力在兩側(cè)的高度內(nèi)比較小。一般情況下，掩護(hù)式支架常用加大立柱的傾角來擴(kuò)大支架的調(diào)高范圍。而角越大，支架的承載能力越小。所以支架的調(diào)高范圍越大，承載力變化越大。但是支架在設(shè)計中一般都要按可能的最大承載力來設(shè)計，顯然這就使支架不能發(fā)揮應(yīng)有的作用，在很大的一段承載范圍內(nèi)就要大材小用。所以設(shè)計掩護(hù)式或支撐掩護(hù)式支架時，應(yīng)特別注意使支架承載力在整范圍內(nèi)的變化盡量小。另外指出，支撐式支架的支護(hù)高度對支架受力沒有影響，而掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架，由于支護(hù)高度的變化，使立柱的支撐角度、平衡千斤頂?shù)慕嵌?、掩護(hù)梁和四連桿機(jī)構(gòu)的角度等的不同，使受力也不同。在進(jìn)行強(qiáng)度計算時，要以頂梁承受最大負(fù)荷時的支護(hù)高度為依據(jù)，按此時的工況進(jìn)行受力分析。摩擦系數(shù)的影響1） 對支架承載能力的影響 摩擦系數(shù)對支架承載能力的影響表現(xiàn)在 1 項中。產(chǎn)生水平載荷的原因很多，所以它的大小和方向也1tg是根據(jù)具體情況而變化。但是，它的極限值卻可以用頂梁和頂板支間產(chǎn)生相對滑動時的極限摩擦力求得。即壁系數(shù)斷裂極限值f等于頂梁和max0～f范圍內(nèi)變化。max水平載荷的方向可以只考慮向后作用，也就是從煤壁向老塘的方向作用。加入頂梁上受向前的水平載荷，很容易使支架向前傾倒，這種趨勢使頂梁對于頂板向前滑動則水平載荷又變成向后作用f值在 11tg中隨承載能力有很大影響。只有tgθ值很小時，ftg才能忽略不計。2）對連桿受力影響 由連桿受力P和

的計算式可以看出，摩擦fPA

c和fPc A

D和D c D

和SinD

也就逐漸變大。因此，隨著支架的高度，摩擦力對連桿的影響逐漸增大。桿水平角對連桿受力的影響P和

P和

將無限大。c D c D因此其極限條件為：

Sin(D

)0C得：＝0D C即：D C1P和

得最小值，其條件為：c DSin(D

)1CD ＝90D 由以上兩個條件得到下列結(jié)論，前后連桿不能平行放置，前后連桿90。支架的受力計算當(dāng)支架撐牢在頂板之間時，取其整體或某一部件為分離體，皆處于平衡狀態(tài)。據(jù)此把三種支架簡化成平面桿系進(jìn)行受力分析和計算。該支架整體受力如下圖所示。圖中Pt=1144.2KN，P8為平衡千斤頂F1FW1aPtP8R1R2F1WFF1FW1aPtP8R1R2F1WF1首先取頂梁為分離體，如下圖所示，根據(jù)M0，可得FxFwh

Psin

Pcos

h)Pcos

l)1 2 2 8

22 8

2 k 2 t

11 2 ①Psin(hh

)0t 1 1 2FF1FW1Pa8Ptxaya再取頂梁和掩護(hù)梁為分離體，如下圖所示，根據(jù)M0可得F(xl)Fw(h h)Pcos

ll)Psin(h

h)0②1 3 1 2 3 t

11 2 3 t

1 2 k 3FF1F1WPtoR1R2聯(lián)立①、②兩式可得P(lcoshsin)Psincos(hh)Ft3 1 3 1 82 2 2 k 2 1 lwh3 3x1144.53sin18294.17cos561166.20.3160.68KNaPsinl

Pcos(h

h)Pcos

l)Psin(h

h)Fwhx8

23 8

2 K 2

t 11 2 tF1

11 2 1 2pw=0,P8

442.5KN,1

18,2

56,h2

100,h3

200，則1144.53(1.137cos180.429sin18)1F 1.13700.4291442.50.3sin56cos56(0.20.1)836.17KN1.13700.429442.58sin560.3442.5cos560.11144.53cos180.8x 836.711144.53sin180.150.1836.7100.11.223m836.71當(dāng)P為拉力時,w=0.3,

294.17KN

18

56,

100,

200，8 8 1

2 2 3則1144.53(1.137cos180.429sin18)F 1 1.1370.30.429294.170.3sin56cos56(0.20.1)1166.2KN1.1370.30.429294.17sin560.3294.17cos560.11144.53cos180.8x 1166.21144.53sin180.150.11166.20.30.10.715m1166.2從以上求出的結(jié)果可知：當(dāng)P為正值時，（平衡千斤頂為推力）且W=0F18當(dāng)P為負(fù)值時，（平衡千斤頂為拉力）且W=0.3F18所以，在驗算頂梁強(qiáng)度時，按平衡千斤頂受拉且W=0.3這個條件強(qiáng)度計算能滿足，其它條件都能滿足。根據(jù)以頂梁為分離體的受力平衡圖，寫出X和Y程，再由此解出頂梁與掩護(hù)梁的內(nèi)力xaYa：PsinPcosFwa t 1 8 2 1PcosPsinFa t 1 8 2 1當(dāng)P為正值時，（平衡千斤頂為推力）且W=08x1144.53sin18442.85cos56836.170601.12KNay1144.53cos18442.5sin56836.176158.65KNa當(dāng)P為負(fù)值時，（平衡千斤頂為拉力）且W=0.38y1144.53cos18294.17sin561166.2321.57KNa從以上求出的結(jié)果可以看出，當(dāng)P為正值時（平衡千斤頂為推力），8xaYa在驗算掩護(hù)梁和前后連桿強(qiáng)度時，應(yīng)按此種情況進(jìn)行。再由掩護(hù)梁為分離體，如下圖所示寫出力系的x方向和y方向平衡方程，解出F5和F6。yaxxaP8oF5aF6 aFa 5

cos3

Pcos8

Fcos ①6 4Psina 8 2

Fsin5

Fsin ②6 4聯(lián)立以上兩式可得:P(cossinsincos)xsinycosF8 2 4 2 4 a 2 a 4sin3

cos4

cos3

sin4FcosPcosxF5 3 8 2 acos4故 當(dāng) 平 衡 千 斤 頂 為 推 力 時 , 將P442.5KN,F836.17KN,,

83,8 1 3 4x601.12KN,y6158.65KN代入可得:a a442.58(cos56sin83sin56cos83)601.12sin83618.65cos83F1019KN5 sin61cos83cos61sin83 1151.6KNF1019cos61442.5cos56 1151.6KN6 cos83當(dāng) 平 衡 千 斤 頂 為 拉 力 時 , 將P294.17KN,F1166.2KN,,

83,8 1 3 4x160.68KN,y321.57KN代入可得:a a294.17(cos56sin83sin56cos83)160.68sin83321.57cos83F15.54KN5 sin61cos83cos61sin83 92.26KNF15.54cos61 92.26KN6 cos83底板對底座的支撐反力F與F大小相等。F

作用點的位置可以由取1 1 1整體支架為分離體（如下圖所示）求出。FF1WF1WF1F1對點取矩，整理后有FXXFwh1 1 1 F1當(dāng)P為負(fù)值時（平衡千斤頂為拉力），

1166.2KN時8 11166.20.7150.8941166.20.32.60.829m1166.2當(dāng)P為正值時（平衡千斤頂為推力），

836.17KN時8 1836.711.2230.894836.7102.62.117m836.715.底座的強(qiáng)度計算與校核求底座所受內(nèi)力并畫出受力簡圖 (a)和內(nèi)力分析計算圖(b)（支架高為2600mm時）。(c)QABQ

91.57kN77.97kNBCQC

1088.2kN(d)M 1.12kNmA左M 58.73kNmB右M 59.85kNmB左M 75.07kNmC右M 75.0722kNcmC左M 56.6kNcmD右雙向取矩誤差矯正如下：M ME左 E右MEM ME左 E右ME右圖6-2底座受力分析及彎矩圖畫彎矩圖(d)，如上圖所示：由彎矩圖和底座結(jié)構(gòu)圖可知，應(yīng)力集中處為危險截面，對其進(jìn)行強(qiáng)度計算。應(yīng)力集中處的截面：1123計算各截面的截面積F1y1：FL1112222cm2 1 11

y1cmh 1 h F4L2 2

4172136cm2 y2

2128.510.5cm22F3L22

1172234cm

yh3 1

217120cm (Fyynn n

222113610.5234222136234計算每個零件中心到截面的距離a：計算截面中心主慣性距J：Jbh312b——截面寬度；

ayy1 1ayy2 ayy3 3

10.719.7cm10.710.50.2cm10.7209.3cm計算每個截面對截面形心的慣性矩J：n23110J9.722221 1242173J0.221363280.8cm42 1223117J9.3223420316.7cm43 12JJJJ1 2

209613280.820316.744558.5cm4計算安全系數(shù)

75.072110.71051735.3N/cm244558.5所選材料為16Mn，它的34335，sn

34355s20 1735.3查表取底座的許用安全系數(shù)為1.1，故滿足強(qiáng)度要求。第六章.推移千斤頂?shù)脑O(shè)計計算所用已知參數(shù)：推溜力 100kN 移架力150kN 泵站壓力32MPa液壓支架推移千斤頂是液壓支架整體運動的重要動力部件，它要完成移架和推溜兩個動作，要求移架力大于推溜力，故本支架采用浮動活塞式推移千斤頂，具體設(shè)計如下：缸筒內(nèi)徑和缸壁厚度的計算缸體內(nèi)徑的確定浮動活塞式推移千斤頂?shù)母左w內(nèi)徑按下面兩式確定40F40FP移d2tbt40F推Pb40F推Pbtt

cmd tP——泵壓，MPabF ——推溜力，kN推——計算系數(shù)，取0.6移將各已知數(shù)據(jù)代入可得401003.1432d401003.1432t3.1432401503.143240150t求得：d60mm查表取D 為125mmt千斤頂缸體壁厚的計算液壓支架推移千斤頂?shù)谋诤?mm,一般為16D3.2,即中等壁厚，按下式計算：

pD c2.3p式中： p——缸體工作壓力，MPa

（6-1）c——考慮管公差及侵蝕的附加厚度，一般取2mm——強(qiáng)度系數(shù)，無縫鋼管的=1——缸體材料的許用應(yīng)力MPa,取352MPa將各已知數(shù)據(jù)代入可得

3212.5

0.20.694cm2.3352321求得： 0.694cmcm 取20mm推移千斤頂?shù)膹?qiáng)度驗算推移千斤頂?shù)膹?qiáng)度驗算包括推移千斤頂?shù)姆€(wěn)定性驗算、活塞桿和缸體的強(qiáng)度驗算。推移千斤頂穩(wěn)定性驗算首先驗算千斤頂在活塞桿全部伸出并受最大同心縱向載荷是的穩(wěn)定性，推移千斤頂?shù)姆€(wěn)定性條件為：P2PkJPk J 11

(6-2)式中： P——推移千斤頂穩(wěn)定極限力 kNkP——最大工作阻力 kNJ——活塞桿端面慣性矩 cm41J——缸體端面慣性矩 cm42D——缸體外徑 cm1Jd4

3.14

117.81 64 64D4d4J2 64

3.14(12.54104)64

707.2穩(wěn)定條件適用范圍：

2280

lJ1J1P

(6-3)所以?。?l1

1000mm,l2

900mmJJ212JJ212

查極限阻力計算圖（圖2-10-42和2-10-43）利用插入l1法求得：PkJ1PkJ1PkJ1將 PkJ1

代入式P

P2kJ

P求得：k J 11PPk故推移千斤頂滿足穩(wěn)定條件?；钊麠U強(qiáng)度驗算在承受同心最大軸向載荷時，推移千斤頂?shù)某跏紦隙葹椋?ll Gll1 21212cos1 2al 2PlG——千斤頂總重，0.6kN——缸體軸線與水平面夾角 15——活塞桿與導(dǎo)向套配合間隙1——活塞與缸體配合間隙2取1 2

=1mm0.110090 0.6

cos151 20.2170