畢業(yè)設(shè)計論文-液壓支架

烏海職業(yè)技術(shù)學院論文.2.3掩護梁的受力分析與計算取掩護梁為分離體，由，得：式(5.7)由，得：式(5.8)由，得：式(5.9)聯(lián)立式(5.7)、式(5.8)可得：式(5.10)由式(5.10)，得：式(5.11)由式(5.7)，得：式(5.12)將式(5.4)、式(5.5)代入式(5.12)，可得的值。將的值代入式(5.4)、(5.5)、(5.6)可求得的值。支架處于最高位置時，；。5.2.4底座的受力分析與計算取底座為分離體，：由，得：式(5.13)由，得：式(5.14)由，得:式(5.15)聯(lián)立式(5.13)、(5.14)、(5.15)，可得：式(5.16)式(5.17)代入有關(guān)具體參數(shù)(詳見圖紙有關(guān)尺寸)，可得：。5.3頂梁的載荷分布在把頂梁所受頂板的載荷求出后，就可以進一步計算出載荷在頂梁上面的分布情況。由于頂板與頂梁接觸情況不同，載荷實際分布很復雜。為計算方便，假設(shè)頂梁與頂板均勻接觸且載荷為線性分布設(shè)頂梁長為，頂板的集中載荷為，其作用點距頂梁一端為。則當時，載荷分布為三角形。頂梁前端比壓為0，頂梁后端比壓為：式(5.18)當時，載荷分布呈梯形分布。頂梁前端比壓為：式(5.19)頂梁后端比壓為:式(5.20)式中：由前面計算知，，屬于第二種情況。代入數(shù)據(jù)計算，得：5.4底座接觸比壓頂板對支架的巨大載荷經(jīng)由整臺支架傳到底板，在支架底座與底板接觸處將具有一定的比壓。由于底板巖性不同，含水量不同等因素，使底板具有不同的抗壓強度。則在設(shè)計支架時，應(yīng)驗算底板的比壓。底板與底座的接觸面積：m式(5.21)式中：——底座的長度；——底座的寬度。底座對底板的平均比壓：式(5.22)代入數(shù)據(jù)求得：第6章液壓支架強度計算6.1強度條件我國液壓支架強度計算中的強度條件如下：1.強度校核均以材料的屈服極限計算安全系數(shù);2.常用的承載結(jié)構(gòu)件材料及工藝，見表6.1表6.1常用承載結(jié)構(gòu)材料工藝表主要零部件名稱常用材料(MPa)工藝性能頂梁、底座、16Mn280350可焊性好、焊后無需熱處理15MnVN450470可焊性差、焊接時需要預(yù)熱，工藝困難14MnNbB700柱冒、連接座ZG270500ZG35Cr270350一般需調(diào)質(zhì)處理，鑄造缺陷較多，要嚴格控制質(zhì)量銷軸、連桿40Cr4540Mn230CrMnSi550360750900調(diào)質(zhì)處理3.安全系數(shù)安全系數(shù)如表6.2：表6.2安全系數(shù)表安全系數(shù)頂梁底座掩護梁前連桿后連桿[n]1.11.11.31.31.3注：(1).頂梁、底座安全系數(shù)為1.1，主要考慮加載時加載工作阻力1.1倍，掩護梁、連桿、銷軸等不能進行加載強度校核，為偏于安全取1.3.(2).如果各結(jié)構(gòu)件計算出來的安全系數(shù)偏大時，可按標準鋼材厚度減薄，或減少加強筋數(shù)量和筋板高度，以減輕支架重量，降低成本。根據(jù)計算表明，改變結(jié)構(gòu)件高度對強度影響較大，而改變結(jié)構(gòu)件鋼板厚度對強度影響較小，在設(shè)計時可根據(jù)結(jié)構(gòu)件具體情況酌情處理。6.2頂梁強度校核頂梁的受力分析、剪力圖、彎矩圖，見圖6.1。圖6.1頂梁受力圖由圖6.1可知，頂梁的危險截面在集中力作用處，故需校核此處的彎曲強度和剪切強度。危險截面如圖6.2示，對每塊板進行編號，對相同位置相同截面的編成一個號，再計算截面面積；最后計算截面形心距，各板件計算數(shù)據(jù)列于表6.3。圖6.2頂梁危險截面表6.3頂梁各板件數(shù)據(jù)匯總件號12345678數(shù)量21222122面積8000215681016020320101607600160011200形心位置131113-22-22-22-125-125-125慣性2.81.380.61.20.61.20.31.8所以，(1)曲應(yīng)力和安全系數(shù)的計算式(6.1)式(6.2)代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得：故：頂梁的彎曲強度符合設(shè)計要求。(2)剪切應(yīng)力和剪切強度的計算由材料力學可知，中性軸處剪應(yīng)力為最大，所以按此處進行校核。此處按中性軸以上進行計算，計算數(shù)據(jù)列于表6.4：表6.4中性軸以上（或以下）各部分零件面積對中性軸之矩所以，得：1)危險截面中性軸處最大剪應(yīng)力此處()由式6.7，代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得：，2)安全系數(shù)的計算式(6.3)代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得：故：頂梁的剪切強度滿足設(shè)計要求。6.3掩護梁強度校核掩護梁的受力分析、剪力圖、彎矩圖，處理后的力學模型見圖6.3。由受力圖可以看出掩護梁的危險截面在前連桿與掩護梁鉸接處，故需校核此危險截面的彎曲強度和剪切強度。危險截面如圖6.4示，對每塊板進行編號，對相同位置相同截面的編成一個號，再計算截面面積；最后計算截面形心距，各板件計算數(shù)據(jù)列于表6.5。所以，表6.5掩護梁各板件數(shù)據(jù)匯總件號123數(shù)量132面積10200形心位置20160250慣性圖6.3掩護梁受力圖圖6.4掩護梁危險截面圖1.彎曲應(yīng)力和安全系數(shù)的計算式(6.4)式(6.5)代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得：故：掩護梁的彎曲強度符合設(shè)計要求。2.剪切應(yīng)力和剪切強度的計算由力矩圖可以看出，在危險截面處的剪應(yīng)力為最大，并且腹板采用鋼板焊接，不如型鋼，故需校核。由材料力學可知，中性軸處剪應(yīng)力為最大，所以按此處進行校核。此處按中性軸以上進行計算，由式6.2、6.3，代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得：。所以，。1)危險截面中性軸處最大剪應(yīng)力此處，由式6.7，代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得：2)安全系數(shù)的計算式(6.6)代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得：故：掩護梁的剪切強度滿足設(shè)計要求。6.4底座強度校核底座的受力分析、剪力圖、彎矩圖，處理后的力學模型見圖6.5。由受力圖可以看出掩護梁的危險截面在前連桿與掩護梁鉸接處，故需校核此危險截面的彎曲強度和剪切強度。由圖6.5可知，底座的危險截面在后連桿與底座鉸接處，故需校核此處的彎曲強度和剪切強度。危險截面如圖6.6示，對每塊板進行編號，對相同位置相同截面的編成一個號，再計算截面面積；最后計算截面形心距。各板件計算數(shù)據(jù)列于表6.6圖6.5底座受力圖6.6底座危險截面圖表6.6底座各板件數(shù)據(jù)匯總件號123456數(shù)量222211面積2.857.257.214.841.521.52形心位1592.5480560493690慣性矩4.357.2148.718.40.121.141.截面中心主慣性矩2.彎曲應(yīng)力和安全系數(shù)的計算式(6.7)式(6.8)代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得：故：底座的彎曲強度符合設(shè)計要求。3.剪應(yīng)力和剪切強度的計算1)由力矩圖可以看出，在危險截面處的剪應(yīng)力為最大，并且腹板采用鋼板焊接，不如型鋼，故需校核。由材料力學可知，中性軸處剪應(yīng)力為最大，所以按此處進行校核。此處按中性軸以上進行計算，由式6.5、6.6代入有關(guān)數(shù)據(jù)，經(jīng)計算，得：所以，。2)危險截面中性軸處最大剪應(yīng)力此處，。由式6.7，代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得：3)安全系數(shù)的計算式(6.9)代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得：故：底座的剪切強度滿足設(shè)計要求。結(jié)論我國薄及較薄煤層分布廣泛，全國多處礦井都存有薄及較薄煤層。薄及較薄煤層可采儲量61.5億噸，約占煤炭總開采量的19%。為了充分實現(xiàn)較薄煤層的高效開采，充分利用煤炭資源，可以對較薄煤層采取長壁開采方式，本設(shè)計就是較薄煤層長臂開采的配套設(shè)備中液壓支架的設(shè)計。在設(shè)計過程中得到了王利群老師的親切指導。從液壓支架選型到參數(shù)確定過程中，王利群老師給予多次指導，最初的設(shè)計也是修改多次原稿。本文設(shè)計的液壓支架主要有以下特點：(1)針對較薄煤層儲存特點，結(jié)構(gòu)緊湊，過機空間、人員操作、行走空間相對較大；頂梁為變斷面薄型、前翹整體頂梁，結(jié)構(gòu)簡單，對前部頂板的支撐效果好，并具有較高的可靠性；(2)平衡千斤頂采用兩個φ125mm缸徑千斤頂，增加了平衡千斤頂作用可靠性以及連接裝置的可靠性；(3)采用前單、后雙連桿機構(gòu)，支架穩(wěn)定性好，縱向尺寸小，搬運輸方便；(4)底座采用整體剛性底座，即可保證推移機構(gòu)能順利出煤，又可提高支架整體剛度；(5)推移機構(gòu)為短推桿機構(gòu)，結(jié)構(gòu)可靠，拆裝方便，利于實現(xiàn)快速移架；根據(jù)現(xiàn)有支架的結(jié)構(gòu)和特點，設(shè)計出了頂梁、底座、四連桿、立柱等重要部件的結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，對各個結(jié)構(gòu)件的強度進行了校核，均滿足強度條件。在設(shè)計中，先繪制支架的主要的結(jié)構(gòu)件：頂梁、掩護梁、前后連桿、底座、立柱、平衡千斤頂，并進行裝配成整體支架。通過繪制完整液壓支架加深了設(shè)計過程中對液壓支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計和參數(shù)設(shè)計的理解。在結(jié)構(gòu)確定和參數(shù)確定過程中參閱了大量的資料，并參考了在實習中看到的液壓支架的實體，最終確定最后結(jié)構(gòu)形式和具體參數(shù)。在進行最后的強度校核時，選取了眾多方法種的一種，主要以建立支架力學模型和受力分析為主。參考文獻[1]丁紹南.《液壓支架設(shè)計》.北京：世界圖書出版社，1998，1～95[2]楊振復，羅恩波.《放頂煤開采技術(shù)與放頂煤液壓支架》.北京：煤炭工業(yè)出版社，2003，5～45[3]程居山.礦山機械.徐州：《中國礦業(yè)大學出版社》，2000，77～117[4]邢福康，劉玉堂.《煤礦支護手冊》.北京：煤炭工業(yè)出版社，2001，8～15[5]趙宏珠.《綜采面礦壓與液壓支架設(shè)計》.徐州：中國礦業(yè)大學出版社，2005，20～35[6]雷天覺.《新編液壓工程手冊》.北京：北京理工大學出版社，2001，8～12致謝三年大學學習時光已經(jīng)接近尾聲，在此我想對我的母校，我的父母、親人們，我的老師和同學們表達我由衷的謝意。在這大學學習生活的最后階段，我們按照學校安排，完成了畢業(yè)設(shè)計，這不僅是對三年所學知識的全面系統(tǒng)的總結(jié)和檢驗，也是今后學習和工作的開始。在這里，我要感謝我的畢業(yè)設(shè)計指導老師——王利群老師。每次遇到難題，我最先做的就是向王老師尋求幫助，王老師平日里工作繁多，而王老師每次不管忙或閑，總會和我面談，然后一起商量解決的辦法。我做畢業(yè)設(shè)計的每個階段，從選題到查閱資料，