購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖 紙 摘要 本課題主要論述了液壓支架的主要設(shè)計過程。其中包括：液壓支架的選型、總體設(shè)計、主要零部件的設(shè)計、校核以及液壓系統(tǒng)設(shè)計。 支架的形式為掩護(hù)式支架。支架除了要有效的對頂板進(jìn)行有效支撐，還要實現(xiàn)升、降、推移四個步驟。支架采用四連桿機(jī)構(gòu)，改善支架的受力狀況，縮小支架的升降過程中頂梁前端前后移動的距離。立柱采用單伸縮液壓缸，前端帶有加長桿，以滿足支架最低及最高位置時的高度要求。頂梁掩護(hù)梁、底座都做成箱體結(jié)構(gòu)用鋼板焊接而成。 在研制液壓支架時，需要對支架進(jìn)行生產(chǎn)試驗和分析研究，確定合理的液壓支架受力參數(shù)、運動參數(shù)和 結(jié)構(gòu)參數(shù)，以及選定液壓支架最佳方案等方面綜合性的科學(xué)技術(shù)問題。本設(shè)計主要從支架的工作原理這手，然后進(jìn)行總體結(jié)構(gòu)設(shè)計以及校核。 關(guān)鍵詞 ：液壓支架；頂梁；底座；立柱；結(jié)構(gòu)設(shè)計 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖 紙 he of of he on to to to to in to be in a At to to on to of to be to to of of of of of on 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖 紙 目 錄 摘要 . I . 緒 論 . 1 . 1 . 2 2液壓支架基本理論分析 . 3 壓支架的工作原理 . 3 壓支架的類型和結(jié)構(gòu) . 5 液壓支架的基本要求 . 6 . 7 3 液壓支架的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計 . 9 架高度、中心距的確定 . 9 . 10 . 11 . 15 4支架主要部件的設(shè)計 . 17 . 17 . 17 . 18 技術(shù)參數(shù)和立柱的設(shè)計 . 18 . 23 斤頂技術(shù)參數(shù)的確定 . 25 5 支架受力分析與計算 . 30 . 30 . 30 梁載荷分布 . 33 6 液壓支架的強(qiáng)度校核 . 35 度條件 . 35 . 35 護(hù)梁強(qiáng)度校核 . 37 座強(qiáng)度校核 . 39 . 42 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖紙 購買設(shè)計文檔后加 費領(lǐng)取圖 紙 7 液壓系統(tǒng)設(shè)計 . 49 . 49 壓系統(tǒng)的設(shè)計方法 . 49 斤頂系統(tǒng) . 50 . 51 參 考 文 獻(xiàn) . 57 致謝 . 58 附錄一（英文） . 59 附錄二（譯文） . 66 1 1 緒 論 內(nèi)外液壓支架的研究現(xiàn)狀及發(fā)展 地下開采的煤產(chǎn)量主要是利用由液壓支架配套的綜采設(shè)備產(chǎn)出的。綜采設(shè)備的研制和廣泛的運用，對煤炭工業(yè)革新技木裝備不僅有著重大的作用，而且對采煤工藝各個環(huán)節(jié)技術(shù)水平的發(fā)展和提高，是強(qiáng)有力的促進(jìn)因素。 加速現(xiàn)代化進(jìn)程，必須加速煤炭工業(yè)企業(yè)的建設(shè)、改造和革新技術(shù)裝備的進(jìn)程，增加地下開采和露天開采的煤產(chǎn)量。地下開采方法是最復(fù)雜和閑難的方法，但是，這種方法在工業(yè)發(fā)達(dá) 國家和以煤作為 次能源的地區(qū)，仍然普遍應(yīng)用。而且，開采優(yōu)質(zhì)煤，包括煉焦煤，都是采用地下開采方法。 綜合機(jī)械化采煤是煤炭工業(yè)的一次技術(shù)革命，從根本上改變了煤炭工業(yè)的面貌，綜合機(jī)械化采煤是 20 世紀(jì)人類科技發(fā)展的重要成果。 綜合機(jī)械化采煤技術(shù)在我國的研究試驗、使用、發(fā)展，徹底改變了我國煤炭工業(yè)的面貌，降低了工人的勞動強(qiáng)度，提高了產(chǎn)量、勞動生產(chǎn)率和企業(yè)效益，滿足了國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)對煤炭的需求，合理的集中生產(chǎn)簡化了生產(chǎn)系統(tǒng)，提高了生產(chǎn)安全性。我國綜采技術(shù)發(fā)展的 30 多年，使我國的煤炭生產(chǎn)技術(shù)水平跨進(jìn)了世界先進(jìn)行列，綜放技術(shù) 躍居世界領(lǐng)先地位。 工作面支護(hù)問題始終是困擾煤礦生產(chǎn)安全、產(chǎn)量和效率的重要問題。以液壓支架為主要設(shè)備的綜合機(jī)械化采煤 (以下簡稱綜采 )的誕生和發(fā)展是煤礦生產(chǎn)發(fā)展史上的一次重大革命。不僅從根本上改善了勞動和安全條件，也為工作面產(chǎn)量和效率的迅速提高奠定了基礎(chǔ)。但是綜采設(shè)備初期投資高，特別是液壓支架占綜采設(shè)備總投資約 60%，因此液壓支架的合理選用特顯重要。 30 多年來在液壓支架技術(shù)不斷發(fā)展中，形成了以煤科總院專業(yè)研究所和骨干支架制造廠設(shè)計所為主的支架研究設(shè)計隊伍，采用計算機(jī) 行各種類型支架的設(shè)計，用有限元計算 軟件等進(jìn)行計算，并普及計算機(jī)繪圖。我國制訂的緩傾斜工作面頂板分類及其它研究成果為支架設(shè)計、選型和使用提供了有力的指導(dǎo)依據(jù)。制造方面形成以原部屬專業(yè)制造廠為主、機(jī)械工業(yè)部及船舶制造總公司等專業(yè)廠為輔的制造體系，以及以國家煤礦支護(hù)設(shè)備質(zhì)量檢測中心為骨干的檢測隊伍。制定有關(guān)支架檢測標(biāo)準(zhǔn) 11項，建立了各項支架檢測手段，造就了一支研究、制造和使用液壓支架的龐大隊伍 ;形成了研制液壓支架的雄厚基礎(chǔ)。不僅能滿足國內(nèi)的需要，還向美國、俄羅斯、土耳其和印度等國家出口液壓支架或成套綜采設(shè)備。 為適應(yīng)我國煤礦綜采機(jī)械化的發(fā)展，國內(nèi) 綜采設(shè)備科研設(shè)計和制造企業(yè)已研制開發(fā)出具有較先進(jìn)技術(shù)水平的大功率電牽引采煤機(jī)、重型刮板輸送機(jī)、電液控制強(qiáng)力液壓支架和多點驅(qū)動大運力帶式輸送機(jī)。配套設(shè)備的生產(chǎn)能力達(dá)到 15002 500 t/h， 在適宜的煤層和礦井條件下，綜采工作面可實現(xiàn)年產(chǎn) 300 萬噸 以上。 新型礦用單體支護(hù)設(shè)備，采用懸浮式液壓技術(shù)原理，生產(chǎn)礦用單體支護(hù)設(shè)備，技 2 術(shù)水平達(dá)到了國際領(lǐng)先水平，填補(bǔ)了國際空白。 液壓支柱的柱塞懸浮，密封脹緊，密封補(bǔ)償，無內(nèi)泄漏、無圓弧焊縫等技術(shù)和安全特點，具有獨創(chuàng)性。新型礦用單體支護(hù)設(shè)備的誕生，消除了五十年 來國內(nèi)外單體支護(hù)設(shè)備一直存在的內(nèi)泄漏和圓弧焊縫脆斷等安全隱患問題。解決了深部煤礦開采沖擊地壓條件下回采工作面頂板支護(hù)的關(guān)鍵技術(shù)，結(jié)束了由德國人發(fā)明的第二代單體支護(hù)設(shè)備的歷史，開創(chuàng)了中國人發(fā)明的第三代單體支護(hù)技術(shù)設(shè)備的歷史，并將會長期使用下去。該產(chǎn)品普遍適用于煤礦回采工作面的頂板支護(hù)和端頭支護(hù)，可廣泛應(yīng)用于薄煤層、中厚煤層及較厚煤層工作面，是煤礦的重要支護(hù)設(shè)備。 近 10 年來主要的發(fā)展趨勢是向兩柱掩護(hù)式和四柱掩護(hù)式架型發(fā)展，架型結(jié)構(gòu)進(jìn)一步完善，設(shè)計方法更先進(jìn)，參數(shù)向高工作阻力、大中心距發(fā)展。液壓支架另一重大突破 是控制系統(tǒng)，應(yīng)用電液控制技術(shù)，采用電磁控制的先導(dǎo)閥，先進(jìn)可靠的壓力和位移傳感器，靈活自由編程的微處理機(jī)技術(shù)，紅外線遙感技術(shù)等現(xiàn)代科技成果，使液壓支架的動作自動連續(xù)進(jìn)行，移架速度大大提高，支架循環(huán)時間達(dá)到 68s。 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)歷了消化、吸收和改進(jìn)提高的過程，到目前已形成了較完整的設(shè)計、制造和科研體系，掩護(hù)式液壓支架的制造和采煤技術(shù)已有長遠(yuǎn)發(fā)展。 課題的研究目的和意義 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。為了滿足對煤炭增長 的日益需要，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。由于采煤工作面的底頂板條件、煤層厚度、煤層的物理機(jī)械性質(zhì)等的不同，對液壓支架的要求也不同。為了有效的支護(hù)和控制頂板，必須設(shè)計出不同類型和不同結(jié)構(gòu)尺寸的液壓支架。因此液壓支架的設(shè)計工作是很重要的。由于液壓支架的類型很多，因此其設(shè)計工作量也是很大的，由此可見，研制和開發(fā)新型液壓支架是必不可少的一個環(huán)節(jié)。 通過對液壓支架的理論學(xué)習(xí)，完成液壓支架的設(shè)計工作，加深對液壓支架工作原理、工作性能、工作環(huán)境及其結(jié)構(gòu)的認(rèn)識和了解。通過對液壓支架結(jié)構(gòu)的分 析，加深和鞏固機(jī)械原理的相關(guān)內(nèi)容；通過對液壓支架受力的分析和強(qiáng)度的校核，加深對專業(yè)基礎(chǔ)課理論力學(xué)和材料力學(xué)及專業(yè)課機(jī)械設(shè)計相關(guān)內(nèi)容的鞏固和理解。同樣通過對液壓支架的設(shè)計，能夠更好的認(rèn)識國內(nèi)外液壓支架的發(fā)展趨勢和發(fā)現(xiàn)目前煤礦液壓支架主要存在的問題，從而為以后更深認(rèn)的了解和設(shè)計液壓支架打下良好的基礎(chǔ)。 通過自己獨立地完成指定的課程設(shè)計任務(wù)，提高理論聯(lián)系實際、分析問題和解決問題的能力，學(xué)會查閱參考書和工具書的方法，提高編寫技術(shù)文件的能力，進(jìn)一步加強(qiáng)設(shè)計計算和制圖等基本技能的訓(xùn)練，為畢業(yè)后成為一名出色的機(jī)械工程師打 好基礎(chǔ)。 3 現(xiàn)代社會對人才提出了更高的要求，作為一名當(dāng)代大學(xué)畢業(yè)生，不僅打好堅實的專業(yè)知識，還應(yīng)具備工程技術(shù)人才應(yīng)有的綜合素質(zhì)。為了適應(yīng)這一發(fā)展趨勢，我們應(yīng)立足變傳統(tǒng)的、僵化的、單純的畢業(yè)設(shè)計為培養(yǎng)主動學(xué)習(xí)、提高創(chuàng)新能力、樹立團(tuán)結(jié)協(xié)作精神、強(qiáng)化計算機(jī)運用等多維兼容性畢業(yè)設(shè)計 ;同時通過完成畢業(yè)設(shè)計，鍛煉學(xué)生解決實際工程問題的能力；在整個畢業(yè)設(shè)計的過程中，以我們的主動學(xué)習(xí)為主，教師適時指導(dǎo)為輔；將素質(zhì)教育也畢業(yè)設(shè)計教學(xué)相融合，從根本上提高畢業(yè)設(shè)計的質(zhì)量和水平 。 2 液壓支架基本理論分析 壓支架的工作原 理 液壓支架在工作過程中，不僅要可靠的支撐頂板，維護(hù)一定的安全工作空間，而且要隨工作面的推進(jìn)，進(jìn)行移架和推移輸送機(jī)。因此，支架要實現(xiàn)升、降、推、移四個基本動作，這些動作是利用泵站供給的高壓液體，通過工作面性質(zhì)不同的幾個液壓缸來完成的，如圖 示。 圖 壓支架工作原理 1 頂梁； 2 立柱； 3 推移千斤頂； 4 安全閥； 5 單向筏； 6、 7 操縱閥； 架升降 當(dāng)操作閥處于升柱位置時，從乳化液泵站來得高壓液體通過操縱閥液控單向閥 5進(jìn)入立柱 2 的下腔，立 柱上腔回液，支架升起，并撐緊頂板。當(dāng)操縱閥處于降柱位置時，工作液體進(jìn)入立柱的上腔，同時打開液控單向閥，立柱下腔回液，支架下降。 架推移 支架的前移和推移輸送機(jī)是通過操縱閥和推移千斤頂 3 來進(jìn)行的。移架時，先使支架卸載下降，再把操縱閥置于移架位置，從乳化液泵站來的高壓液體進(jìn)入推移千斤頂?shù)那扒患椿钊麠U腔，后腔即活塞腔回液。這時，支架以輸送機(jī)為支點前移。移架結(jié)束后，再把支架升起，使支架撐緊頂板。若將操縱閥置于推溜位置，高壓液體進(jìn)入推 4 移千斤頂后腔即活塞腔，前腔即活塞桿腔回液，這時輸送機(jī)以支架為支點被推向煤 壁。 架承載過程 支架的承載過程是指支架與頂板之間相互力學(xué)作用的過程，它包括初撐、承載增阻和恒阻三個階段。 (1) 初撐階段 在升架過程中，當(dāng)支架的頂梁接觸頂板，直到立柱下腔的液體壓力逐漸上升到泵站工作壓力時，停止供液，液控單向閥 6 立即關(guān)閉，這一過程為支架的初撐階段。此時支架對頂板的支撐力為初撐力。 (2) 承載增阻階段 支架初撐結(jié)束后，隨著頂板的下沉，立柱下腔的液體壓力逐漸升高，支架對頂板的支撐力也隨之增大，呈現(xiàn)增阻狀態(tài)，這一過程為支架的承載增阻階段。 (3) 恒阻階段 隨著頂板壓力 的進(jìn)一步增加，立柱下腔的液體壓力越來越高，當(dāng)升高到安全閥 5的調(diào)定壓力時，安全閥打開溢流，立柱下縮，液體壓力隨之降低。當(dāng)降到安全閥的調(diào)定壓力時，安全閥關(guān)閉。隨著頂板的繼續(xù)下沉，安全閥重復(fù)這一過程。由于安全閥的作用，支架的支撐力維持在某一恒定數(shù)值上，這是支架的恒阻階段。此時，支架對頂板的支撐力成為工作阻力，它是由支架安全閥的調(diào)定壓力決定的。對于掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架，其初撐力和工作阻力的計算還要考慮到立柱傾角的影響因素。 圖 架的工作特性曲線 由上可知，支架工作時，其支撐力與時間的關(guān)系， 可用支架工作特性曲線表示，如圖 所示，曲線上的0t、 1t 、3阻、和恒阻階段的時間。 上述工作過程表明：支架在達(dá)到額定工作阻力以前具有增阻性，以保證支架對頂板有效的支撐作用；當(dāng)支架達(dá)到額定工作阻力以后，支架能隨頂板的下沉而下縮，即具有可縮性和恒阻性，支架的工作特性決定于立柱、液控單向閥、安全閥和操縱閥的性能和密封的好壞。所以這些元件是支架的關(guān)鍵液壓元件 5 通常液控 單向閥和安全閥組合在一起，稱為控制閥。支架的工作阻力是支架的一個重要參數(shù)，它表示支架支撐力的大小。但是，由于支架的頂梁長短和間距大小不同，所以并不能完全反映支架對頂板的支撐能力。因此，通常單位支護(hù)面積頂板上所受支架工作阻力值的大小，即支護(hù)強(qiáng)度來表示支架的支護(hù)性能。即 10 (式 式中 F 支架的支護(hù)面積， 2m 壓支架的類型和結(jié)構(gòu) 液壓支架按其對頂板的支護(hù)方式和結(jié)構(gòu)特點的不同，分為支撐式、掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式三種基本架型。 撐式支架 支撐式支架是出現(xiàn)最早的一種架型，按其結(jié)構(gòu)和動作方式的不同，支撐式支架又分為垛式支架和節(jié)式支架兩種結(jié)構(gòu)型式。垛式支架每架為一整體，與輸送機(jī)聯(lián)接并互為支點整體前移。節(jié)式支架由 23 個框節(jié)組成，移架時，各節(jié)之間互為支點交替前移，輸送機(jī)用與支架相連的推移千斤頂推移。節(jié)式支架由于穩(wěn)定性 差，現(xiàn)已基本淘汰。 支撐式支架的結(jié)構(gòu)特點是：頂梁較長，其長度多在 4m 左右；而且立柱多，一般46 根，且垂直支撐；支架后部設(shè)復(fù)位裝置和擋矸裝置。以平衡水平推力和防止矸石竄入支架的工作空間內(nèi)。支撐式支架的支護(hù)性能是：支撐力大，且作用點在支架后部，故切頂性能好；對頂板重復(fù)支撐的次數(shù)多，容易把本來完整的頂板壓碎；抗水平載荷的能力差，穩(wěn)定性差；護(hù)矸能力差，矸石易竄入工作空間；支架的工作空間和通風(fēng)斷面大。 由上可知，支撐式支架適用于直接頂穩(wěn)定、老頂有明顯或強(qiáng)烈周期來壓，且水平力小的條件。 護(hù)式支架 掩護(hù)式支架的結(jié)構(gòu)特點是：有一個較寬的掩護(hù)梁以擋住采空區(qū)的矸石進(jìn)入作業(yè)空間，其掩護(hù)梁的上端與頂梁鉸接，下端通過前后連桿與底座連接。底座、前后連桿和掩護(hù)梁形成四連桿機(jī)構(gòu)，以保持穩(wěn)定的梁端距和承受水平推力。立柱的支撐力間接作用于頂梁或直接作用于頂梁上。掩護(hù)式支架的立柱較少，除少數(shù)掩護(hù)式支架 1 根立柱外，一般都是一排 2 根立柱。這種支架的立柱都為傾斜布置，以增加支架的調(diào)高范圍，支架的兩側(cè)有活動側(cè)護(hù)板，可以把架間密封。通常頂梁較短，一般為 右。 掩護(hù)式支架的支護(hù)性能是：支撐 力較小，切頂性能差，但由于頂梁短，支撐力集中在靠近煤壁的頂板上，所以支護(hù)強(qiáng)度較大、且均勻，掩護(hù)性好，能承受較大的水平推力，對頂板反復(fù)支撐的次數(shù)少，能帶壓移架。但由于頂梁短，立柱傾斜布置，故作 6 業(yè)空間和通風(fēng)斷面小。 由上可知，掩護(hù)式支架適用于頂板不穩(wěn)定和中等穩(wěn)定、老頂周期來壓不明顯、瓦斯含量少的破碎頂板條件。 撐掩護(hù)式支架 支撐掩護(hù)式支架是在吸收了支撐式和掩護(hù)式兩種支架優(yōu)點的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種支架。因此，它兼有支撐式和掩護(hù)式支架的結(jié)構(gòu)特點和性能，可適用于各種頂?shù)装鍡l件。 支撐掩護(hù)式支架的頂梁由前 梁與主梁構(gòu)成，四根立柱支撐在頂梁和立柱之間，掩護(hù)梁的上端與頂梁鉸接，下端用連桿與底座相連。這種支架的優(yōu)點是：支撐力大，切頂性能強(qiáng)，防護(hù)性能好，通風(fēng)斷面大，穩(wěn)定性好，應(yīng)用范圍廣。它的主要缺點是：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。 支撐掩護(hù)式支架的立柱均為兩排，立柱可前傾和后傾。也可倒八字形布置和交叉布置。通常，兩排立柱都直接支撐在頂梁上，個別情況下，也有后排立柱支撐在掩護(hù)梁上而前排立柱支撐在頂梁上。 種液壓支架 特種液壓支架是為滿足某些特殊要求而發(fā)展起來的液壓支架，在結(jié)構(gòu)型式仍屬于上述某種基本架型。 液壓支架的基本要求 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，以便有效地控制頂板，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 100右；移架力按煤層厚度而定，薄煤層一般為 10050厚煤層一般為 150250煤層一般為 250400 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、稀釋有毒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)定植。 9. 要求支架有足夠的剛度，能夠承受一定的不均勻載荷和沖擊載荷。 10. 在滿足強(qiáng)度條件下，盡可能減輕支架重量。 11. 要易于拆卸，結(jié)構(gòu)要簡單。 12. 液壓元件要可靠。 7 架的選型設(shè)計 計的原始條件 煤層厚度： H ；頂設(shè)條件老頂 、直接頂 ，底板平整，無影響支架通過的斷層。工作面配套設(shè)備：采煤機(jī)： 板輸送機(jī)： 30/320。煤層傾斜角小于 15 度，支護(hù) 強(qiáng)度、底板抗壓強(qiáng)度、泵站壓力、安全閥調(diào)定壓力 40 架的支護(hù)性能與外載荷 由液壓支架的工作狀態(tài)知，支架承受的外載荷是頂板下沉形成的。在頂板下沉過程中，支架的頂梁與頂板有相對滑動的現(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。垂直于頂梁的力由支架的工作阻力來平衡。在支架承載過程中，支架底座承受工作面底板反作用力。 為了設(shè)計計算方便，要對支架的外載荷和支架本身進(jìn)行簡化，概述如下： 把支架簡化成一個平面桿系結(jié)構(gòu)。為偏于安全，在計算時把外載荷視為集中載荷；金屬結(jié)構(gòu)件按直梁理論計算； 頂梁、底座與頂?shù)装灞徽J(rèn)為均勻接觸，載荷沿支架長度方向按線性規(guī)律分布，沿支架寬度方向為均布；通過分析和計算可知，掩護(hù)梁上矸石的作用力，只能使支架實際支護(hù)阻力降低所以，在進(jìn)行強(qiáng)度計算時不計，使掩護(hù)梁偏于安全；立柱和短柱按最大工作阻力計算；產(chǎn)生作用在頂梁上的水平力的情況有兩種， 是由于支架讓壓回縮，頂梁前端點運動軌跡為近似雙紐線，頂梁與頂板間產(chǎn)生相對位移，頂板給予頂梁水平摩擦力，另一種是由于頂柜向采空區(qū)方向移動，使支架頂梁受一指向采空區(qū)的水平摩擦力。頂梁和頂板的靜摩擦系數(shù) W， 一般取 不同支護(hù)高 度時各部件最大受力值進(jìn)行強(qiáng)度校核。 響架型選擇的因素 (1) 煤層厚度 煤層厚度不但直接影響到支架的高度和工作阻力，而且還影響到支架的穩(wěn)定性。當(dāng)煤層厚度大于 煤取下限，硬煤取上限 ） 時，應(yīng)選用抗水平推力強(qiáng)且?guī)ёo(hù)幫裝置的掩護(hù)式或支撐掩護(hù)式支架。當(dāng)煤層厚度變化較大時，應(yīng)選用調(diào)高范圍大的支架。 (2) 煤層傾角 煤層傾角主要影響支架的穩(wěn)定性，傾角大時易發(fā)生傾倒、下滑象。當(dāng)煤層傾角大于 10 15 時，應(yīng)設(shè)防滑和調(diào)架裝置，當(dāng)傾角超過 18 時，應(yīng)同時具有防滑防倒裝置。 (3) 底板性質(zhì) 底板承受支架的全部載荷，對支架的底板影響較大，底板的軟硬和平整性，基本上決定了支架底座的結(jié)構(gòu)和支承面積。選型時，要驗算底座對底板的接觸比壓，其值要小于底板的允許比壓 (對于砂巖底板，允許比壓為 底板為 左右 )。 (4) 瓦斯涌出量 對于瓦斯涌出量大的工作面，支架的通風(fēng)斷面應(yīng)滿足通風(fēng)的要求，選型時要進(jìn)行驗算。 (5) 地質(zhì)構(gòu)造 地質(zhì)構(gòu)造 十分復(fù)雜，煤層厚度變化又較大，頂板允許暴露面積和時間分別在58 2m 和 20下時，暫不宜采用液壓支架。 (6) 設(shè)備成本 在滿足要求的前提下，應(yīng)選用價格便宜的支架。 架架型的確定 從架型的結(jié)構(gòu)特點來看，由于架型的不同，它的支撐力分布和作用也不同；從頂板條件來看，由于直接頂類別和老頂級別的不同，支架所承受的載荷也不同。所以，為了在使用中合理地選擇架型，要對支架的支撐力、采煤高度與承載的關(guān)系進(jìn)行分析，使支架的支撐力能適應(yīng)頂板載荷的要求。 根據(jù)煤層厚度 ，屬于中厚煤層。支架的適應(yīng)高度為 煤質(zhì)條件老頂 、直接頂 ，底板平整，無影響支架通過的斷層，根據(jù)表 步選定為掩護(hù)式兩柱液壓支架。 9 表 架架型的選擇 注： 括號內(nèi)的數(shù)字是掩護(hù)式支架的支護(hù)強(qiáng)度。表中所列支護(hù)強(qiáng)度在選用時，可根據(jù)本礦情況允許有5 %的波動范圍。 表中 2 分別為、級老頂?shù)姆旨壴鰤合禂?shù)；級老頂給出最低值 2，選用時可根據(jù)本礦實際確定適宜值。 3 液壓支架的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計 架高度、中心距的確定 架高度的確定 老頂級別 直接頂類別 1 2 3 1 2 3 1 2 3 4 4 支架類型 掩護(hù)式 掩護(hù)式 支撐式 掩 護(hù) 式 掩 護(hù) 或 支 撐 掩 護(hù) 式 支 撐 式 支撐掩護(hù)式 支撐掩護(hù)式 掩護(hù)或支撐掩護(hù)式 掩護(hù)或支撐掩護(hù)式 支撐式 采高小于 支撐掩 護(hù)式 采高大于 支架支護(hù)強(qiáng)度 高m 1 2 結(jié)合深孔爆破，軟化頂板等措施處理采空區(qū) 2 2 2 2 10 支架高度的確定原則，應(yīng)根據(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，其最大與最小高度為： 1（式 2 煤層最大采高， 煤層最小采高 偽頂冒落的最大厚度，一般取 S 頂板最大下沉量，一般取 100200mm a 移架時支架的最小可縮量，一般取 50a 矸、浮煤厚度，一般取 50設(shè)計采高 支架高度為 支架伸縮比 支架的伸縮比指最大與最小支架高度之比值為： 式 代入數(shù)據(jù)得 m= 架間距 所謂支架間距，就是相鄰兩支架中心線間的距離。按下式計算： 3 n C （式 式 中： 支架間距（支架中心距）； 每架支架頂梁總長度； 3C 相鄰支架（或框架）頂梁之間的間隙 ； n 每架所包含的組架的組數(shù)或框架數(shù)，整體自移式 支 架 。 支架間距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)長度及幫槽上千斤頂連結(jié)塊的位置來確定，我國刮板輸送機(jī)溜槽每節(jié)長度為 斤頂連結(jié)塊位置在溜槽中長的中間，所以除節(jié)式和邁步式支架外，支架間距一般為 本次設(shè)計 取 支架的中心距為 座長度的確定 座長度 底座是將板壓力傳遞到底板和穩(wěn)固支架的部件。在設(shè)計支架的底座長度時，應(yīng)考慮如下諸方面：支架對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，液壓控制控制裝置、推移裝置和其他輔助裝置；使于人員操作相行走，保證支架的穩(wěn) 11 定性等。通常，掩護(hù)式支架的底座長度職 的移架步距 (一個移架步距為 即 右；支撐掩護(hù)式支架的底座長度取 4 倍移架步距，即 右。本次設(shè)計取底座長 座寬度 支架底座寬度一般為 提高橫向穩(wěn)定性和減小對底板比壓，厚煤層支架可加大到 右，放頂煤支架為 座中間安裝推移裝置的槽子寬度與推移裝置的結(jié)構(gòu)和千斤頂缸徑有關(guān)， 一般為 300380度取 1350 連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計 連桿機(jī)構(gòu)的作用與缺點 1梁端護(hù)頂 鑒于四連桿機(jī)構(gòu)可使托梁鉸接點呈雙紐線運動，故可選定雙紐線的近似直線部分作為托梁鉸接點適應(yīng)采高的變化范圍。這樣可使托梁鉸接點運動時與煤壁接近于保持等距，當(dāng)梁端距處于允許值范圍之內(nèi)時，借此可以保證梁端頂板維護(hù)良好。 2擋矸 鑒于組成四連桿機(jī)構(gòu)的掩護(hù)梁既是連接件，又是承載件，為了承受采空區(qū)內(nèi)破碎巖石所賦予的載荷，掩護(hù)梁一般做成整體箱形結(jié)構(gòu)，具有一定強(qiáng)度。由于它處在隔離采空區(qū)的位置，故可以起 到良好的擋矸作用。 3抵抗水平力 觀測表明：綜采面給予支架的外載，不但有垂直于煤層頂板的分力，而且還有沿巖層層面指向采空區(qū)方向（或指向煤壁方向）的分力，這個水平推力由液壓支架的四連桿機(jī)構(gòu)承受，從而避免了立柱因承受水平分力而造成立柱彎曲變形。 4提高支架穩(wěn)定性 鑒于四連桿機(jī)構(gòu)將液壓支架連成一個重量較大的整體，在支架承載階段，其穩(wěn)定程度較高。 四連桿機(jī)構(gòu)在具有以上諸作用的同時，也有一些缺點。首先，支架在工作過程當(dāng)中，四連桿機(jī)構(gòu)必須承受很大的內(nèi)力，從而導(dǎo)致支架結(jié)構(gòu)尺寸的加大和重量的增加；其次，由于四連桿機(jī) 構(gòu)對頂板產(chǎn)生一個水平力（又稱水平支撐力），因此對支架的工作性能將產(chǎn)生不良影響 。 四連桿幾何特征 （ 1）支架在最高位置時，1P=52° 62° ，即： 1Q=75° 85° 即 支架在最低位置時，保證 P1 25。 （ 2）后 1 連桿與掩護(hù)梁的比值，掩護(hù)式支架為 I =撐掩護(hù)式為 I = （ 3）前后連桿上絞點之距與掩護(hù)梁的比值為 I （ 4） e 點的運動軌跡呈近似雙紐線， 支架由高到低雙紐線運動軌跡的最大寬度70e （ 5）支架在最高位置時的 應(yīng)小于 優(yōu)化設(shè)計中，對支撐掩護(hù)式支架最好應(yīng)小于 12 定 四連桿機(jī)構(gòu)各部參數(shù)如圖 示，圖中的1 ： ; B ; C ; D ; 2 ; ; ; 1 ; L ; A 1;= 1、四連桿的作用 四連桿機(jī)構(gòu)是現(xiàn)代液壓支架主要的穩(wěn)定機(jī)構(gòu)，其主要作用是保證支架縱向和橫向的穩(wěn)定性；承受和傳遞載荷以及保持液壓支架的整體剛度等。對于四連桿的選擇形式，大多數(shù)都是采用前整體后單的形式，這樣可以增加尾部的空間。 具有四連桿機(jī)構(gòu)的液壓支架從問世以來，經(jīng)過長期的實踐考驗，顯示出巨大優(yōu)越性，并從根本上克服了支撐式支架穩(wěn)定性和力學(xué)持性的缺陷，成為液壓支架技術(shù)發(fā)展史上的一個重要里程碑。 現(xiàn)代掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架都用前后連桿把掩護(hù)梁和底座連結(jié)在一起，這樣組成的雙搖桿四連桿機(jī)構(gòu)可使支 架升降時保持比較穩(wěn)定的梁端距，即要求掩護(hù)梁和頂梁的鉸接點的運動軌跡近似為一條直線，故稱底座、前連桿、后連桿和掩護(hù)梁組成的機(jī)構(gòu)為近似直線機(jī)構(gòu)，從而得到一個近似相等的端面距，以提高管理頂板性能，使支架能承受較大的水平力。 液壓支架升降時，頂梁的運動軌跡是由四連桿機(jī)構(gòu)決定的，既有頂梁與掩護(hù)梁的鉸點 E 的軌跡所決定，其軌跡如圖 示： 13 圖 2、支架四連桿機(jī)構(gòu)的運動軌跡 支架在最大高度和最小高度范圍內(nèi)運動時， E 點的運動軌跡呈 3 種形式：雙向擺動 ( )、單向向后擺動 ( )和單向向前擺 動 (和 )。選擇不同的四連桿參數(shù)可以使 E 點軌跡處于上述 3 種曲線段。支架工作時，受到頂板載荷的作用，有下縮趨勢。當(dāng) E 點軌跡處于 時，頂梁相對于頂板有向煤壁移動的趨勢，頂板對頂粱的摩擦力指向采空區(qū)側(cè)。當(dāng) E 點軌跡處于 時，頂梁相對于頂板有向采空區(qū)移動的趨勢，此時頂板對頂梁的摩擦力指向煤壁。當(dāng)頂板運動趨勢超過支架運動趨勢時，頂梁與頂板間的摩擦力方向?qū)⑷Q于頂板的運動趨勢。 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。前者對于保持粱端頂板處于擠壓狀態(tài)有利，而后者容易導(dǎo)致頂板產(chǎn) 生離層或斷裂，造成頂板斷裂線前移或梁端冒頂。因此，合理設(shè)計四連桿參數(shù)使支架工作段內(nèi)， E 點軌跡處于 比較理想，但對于調(diào)高范圍大的支架，要達(dá)到要求是困難的。然而，由于四連桿銷孔間隙的作用，使 E 點實際運動軌跡與上述理論軌跡不完全相同。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 3080壓支架的縱向穩(wěn)定性完全是由四連桿機(jī)構(gòu)決定的，而不取決于立柱的多少。 液壓支架實際受力狀態(tài)十分復(fù)雜，經(jīng)常受到非對稱載荷和橫向載荷的作用，保持支架橫向穩(wěn)定性和整體剛性十分重要。如圖示支架立柱為二力構(gòu)件，不具有承 受較大橫向載荷的能力。支架的橫向載荷只能靠四連桿機(jī)構(gòu)承受。 3、四桿機(jī)構(gòu)之間的關(guān)系 掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架的四連桿機(jī)構(gòu)都是雙搖桿機(jī)構(gòu)。雙搖桿機(jī)構(gòu)形成的條件是：最短桿 C 和最長桿之和小于其余兩桿長度之和，而最短桿為上連桿（掩護(hù)梁），最短桿的對邊 a 為固定桿（底座），即： C b 在 J 點作 角，再取 C 交于 C 點， C 點作為后連桿和掩護(hù)梁的鉸接軸。 4)以 J 為圓心， 半徑畫一圓弧 以 I 為圓心，以 長度為半徑畫圓弧與 交于 E 點。 C 點 和 E 點就是后連桿在支架為最小高度和最大高度時的極限位置。 5)在 取一長度 須使 樣 是最短桿。而且要使 3荷呈梯形分布，如圖 示。 頂梁前端比壓為： 3212 10)26( （式 頂梁后端比壓為： 3213 10)64( （式 由于 x=于3 將 1F =3242 kN，x =入公式 (頂梁后端比壓3 2422 33 q 35 6 液壓支架的強(qiáng)度校核 度條件 在液壓支架的研制、試驗過程中，各構(gòu)件的強(qiáng)度汁算是極為必要的。前面數(shù)章的內(nèi)容已經(jīng)給出了支架主要零件部件受力分析和負(fù)荷的計算方法。但是由于液壓支架的結(jié)構(gòu)特點、外載荷特點以及 使用條件的特殊性，在強(qiáng)度計算中的強(qiáng)度條件也有其特殊性。當(dāng)然強(qiáng)度條件要以現(xiàn)階段液壓支架所選用的材料、制造工藝以及大致形式等為依據(jù)，隨著時間的推移，如果上述諸點有變，強(qiáng)度條件也必須作相應(yīng)調(diào)整。強(qiáng)度校核均以材料的屈服極限為計算安全系數(shù)如表 示。 表 安全系數(shù) 前梁 底座 頂梁 掩護(hù)梁 前連桿 n 全系數(shù) 后連桿 主要軸 缸體 焊縫 活塞桿 n 4 4 >頂梁的校核 頂梁的彎距計算 假設(shè)前梁失去作用，主頂梁受一集中載荷，其受力如圖 a）所示： 由上面求出 242離鉸接點 770 做主頂梁的受力及力矩圖 圖 a）頂梁受力圖 圖 b）頂梁彎矩圖 36 由圖可知： 200×200×m 主頂梁做成等斷面箱式結(jié)構(gòu)，在最大彎矩處的斷面如圖 示：圖 大彎矩斷面圖 頂梁的強(qiáng)度計算 (1) 形心位置 各板件計算數(shù)據(jù)如表 示： 表 板件計算數(shù)據(jù) 件號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 數(shù)量 1 2 2 4 2 2 2 2 1 6 5 9.1 968 結(jié)構(gòu)件的形心位置為： )( = =(2) 慣性矩 )( 2 = ) 2 37 )2 )1332 2 ) + ) 2) 22 ) 6 8 2 =（ 3） 彎曲應(yīng)力 18 8( 5m a xm a x ）2全系數(shù) 鋼板材料選取 16 s =34335 2 4 63 4 3 3 5m a s 滿足強(qiáng)度要求。 護(hù)梁強(qiáng)度校核 護(hù)梁受力情況 掩護(hù)梁的受力分析如圖 示處理后的力學(xué)模型 由受力圖可以看出掩護(hù)梁的危險截面在前連桿與掩護(hù)梁鉸接處，故需校核此危險截面的彎曲強(qiáng)度。 此處截面的彎曲強(qiáng)度為： 8s a x 2 圖 護(hù)梁受力分析圖 主頂梁做成等斷面箱式結(jié)構(gòu)，在最大彎 矩處的斷面如圖 示： 38 圖 大彎矩斷面圖 護(hù)梁強(qiáng)度計算 (1)形心位置 各板件計算數(shù)據(jù)如表 示： 表 護(hù)梁板件數(shù)據(jù) 件號 1 2 3 4 5 6 7 數(shù)量 1 2 4 2 1 2 2 面積0 40 形心位置 構(gòu)件的形心位置為： F n )( 代入數(shù)據(jù)得： 2）慣性矩 2)( 1234將數(shù)據(jù)代入公式，算得總慣性矩為： J =（ 3） 彎曲應(yīng)力 39 0 )5m a xm a x 2全系數(shù) 鋼 板材料選取 16 s =34335 2 9 03 4 3 3 5m a s 滿足強(qiáng)度要求。 座強(qiáng)度校核 座受力情況 底座通過立柱，前后連桿支撐支架的頂梁及掩護(hù)梁，是支架的主要承壓部件，主要對其壓力強(qiáng)度進(jìn)行校核，基本不受彎矩影響。 底座的受力分析見圖 。 (a)底座受力圖 (b)底座彎矩圖 圖 座受力情況 圖中立柱的壓力以及前后連桿的拉力或壓力在前面已經(jīng)算出，由 0M 得 40 0c o ss i ns i ns i nc o s 321 由上式求得前端的支反力為 1）最高位置時的情況： )co ss i ns i ns i s(1 321 = 5s i i 8c o = s 21 = c o ss i nc o s)()( 3231 = 5c o 315c o s) 2 0 9 0 = o o s 在最低位置時的情況： 3s i i 8c o = 3co 0 9 6 3c 表