【正文】 .....................53第5章 液壓支架液壓系統(tǒng)分析........................54 液壓支架的液壓系統(tǒng)的簡介...............................54 液壓支架的液壓系統(tǒng)擬定.................................56 小結(jié)...................................................60第6章 結(jié)論........................................61參考文獻(xiàn)...........................................62致謝...............................................63附錄...............................................64 85 第1章 放頂煤液壓支架概論支架的作用不僅是支護(hù)頂板、保證安全，而且要有效的控制頂板、提高效率。放頂煤工作面由液壓支架實(shí)現(xiàn)可靠、快速地支護(hù)和放煤，采用采煤機(jī)采煤，使厚煤層全厚開采在安全、可靠的工作條件下進(jìn)行，保證了工作面實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效。英國研制開“天窗”，該支架在掩護(hù)梁上開了放頂煤“天窗，由液壓千斤頂控制開關(guān)，“天窗”附近裝有攪動(dòng)桿，以便于對(duì)頂煤進(jìn)行二次破碎。在此后的幾十年里，我國設(shè)計(jì)、研制了數(shù)十種放頂煤液壓支架，從仿制東歐的高位放頂煤至支架，西歐的多種類型中位及低位放煤支架，到后來自己設(shè)計(jì)。在此類放頂煤支架架型逐漸統(tǒng)一后，又陸續(xù)研究出了幾種新的低位放煤支架，形成了我國具有自己特點(diǎn)的放頂煤支架系列。綜合機(jī)械化。液壓支架是以高壓液體為動(dòng)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，能實(shí)現(xiàn)支撐、降落移架和推移運(yùn)輸機(jī)等一整套工序。實(shí)踐證明，液壓支架具有強(qiáng)度高、支護(hù)性能好、移設(shè)速度快、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，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(dòng)強(qiáng)度，降低成本和掘進(jìn)率，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。要求：底座應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度；底座對(duì)底板的起伏變化適應(yīng)性好；底座與底板的接觸面積大，以減小底座對(duì)底板的接觸比壓，避免支架陷入底板；底座應(yīng)有足夠的地方來安設(shè)立柱、推移裝置以及液壓控制裝置；底座要能把落入支架內(nèi)的碎矸排棄到老塘中。 六、放煤板 主要用于放下頂煤。雖然支架的液壓缸（立柱和千斤頂）種類、數(shù)量很多，但其液壓系統(tǒng)都是采用多執(zhí)行元件的并聯(lián)系統(tǒng)。：當(dāng)旋轉(zhuǎn)式操縱閥轉(zhuǎn)到降柱位置，打開供液閥時(shí)，高壓液體由主進(jìn)液管經(jīng)操縱閥和油管，進(jìn)入支柱活塞桿腔，同時(shí)也進(jìn)入液控單向閥的控制管路，打開液控單向閥，支柱活塞腔的油液經(jīng)油管、液控單向閥和操縱閥，流回主回液管，支柱卸載下降。操縱閥轉(zhuǎn)到升柱位置，打開供液閥，高壓液體由主進(jìn)液管進(jìn)入，經(jīng)操縱閥到液控單向閥，進(jìn)入到推移千斤頂?shù)幕钊麠U腔，支柱活塞矸腔的油液，同時(shí)也進(jìn)入液控油路，經(jīng)油管和操縱閥流回主回液管，活塞和頂梁升起，支撐頂板。1. 初撐增阻階段：在升柱過程中，從頂梁接觸頂板起，至支柱活塞腔的油液壓力達(dá)到泵站的工作壓力時(shí)，松開手把，停止供液，液控單向閥立即關(guān)閉，閥球封閉了支柱活塞腔的油液，這就是支架的初撐階段。2. 承載增阻階段：支架初撐后，隨頂板的下沉，支柱活塞腔被封閉的油液受到壓縮，油液壓力繼續(xù)升高，呈現(xiàn)承載增阻狀態(tài)。根據(jù)開灤局井下實(shí)測(cè)，在各種不同的初撐力、工作阻力高的情況下，MZ1928型支柱的彈性可縮量在6～10mm范圍內(nèi)。 3. 恒阻階段：支架承載后，如果完全支撐住頂板，不允許頂板下沉，需要有強(qiáng)大的支撐力。液壓支架的這種特性，是由支柱的安全閥來控制的。安全閥使支柱具有恒定的設(shè)計(jì)工作阻力，同時(shí)又使支柱在承受大于設(shè)計(jì)工作阻力的頂板壓力時(shí)，可隨頂板的下沉而下縮，這就是液壓支架的恒阻性和可縮性。支架支護(hù)強(qiáng)度 式（）式中：A－支架的支護(hù)面積（米2）由上可知，支柱或支架工作時(shí)，其支撐力隨時(shí)間的變化是，支架升起，頂梁開始接觸頂板至液控單向閥關(guān)閉時(shí)的初撐增阻階段to，初撐結(jié)束至安全閥卸載前的承載增阻階段t1和安全閥出現(xiàn)重復(fù)卸載時(shí)的恒定階段t2。因此，液控安全閥、單向閥、支柱這三個(gè)部件，是保證支架性能的關(guān)鍵元件。第2章 液壓支架整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)液壓支架主要由以下幾個(gè)基本部分組成：頂梁，掩護(hù)梁，四連桿機(jī)構(gòu)，側(cè)護(hù)板，底座，立柱和千斤頂?shù)?。支架的最大高度與最小高度的之差為支架的調(diào)高范圍。薄煤層支架取150～250mm，中厚煤層支架取300～400mm。所謂支架間距，就是相鄰兩支架中心之間的距離。支架頂梁一般裝有活動(dòng)側(cè)護(hù)板，側(cè)護(hù)板行程一般為170～200mm。在設(shè)計(jì)支架的底座長度時(shí)，應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面：支架對(duì)底板的接觸比壓要??；支架內(nèi)部應(yīng)有足夠的空間用于安裝立柱、液壓控制裝置、推移裝置和其他輔助裝置；便于人員操作和行走；保證支架的穩(wěn)定性等。這樣可使托梁鉸接點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)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(shí)，借此可以保證梁端頂板維護(hù)良好。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(gè)重量較大的整體，在支架承載階段，其穩(wěn)定程度較高?！?5176。為宜。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。其原因?yàn)楫?dāng)頂板來壓時(shí)，立柱隨之下降，使頂梁有向前移的趨勢(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)。所以，當(dāng)已知掩護(hù)梁和后連桿的長度后，在設(shè)計(jì)時(shí)只要把掩護(hù)梁和后連桿簡化成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，運(yùn)用作圖法就可以了。 掩護(hù)梁和后連桿計(jì)算圖設(shè)： G——掩護(hù)梁長度（mm）。Q1——支架最高位置時(shí)，后連桿與底平面夾角（度）。具體作圖步驟如下：1. 確定后連桿下鉸點(diǎn)O點(diǎn)的位置，使它比底座面略高900mm。5. 過a點(diǎn)作與H—H線有交角P1的斜線，以a點(diǎn)為圓心，以G點(diǎn)為半徑作弧交斜線一點(diǎn)E,此點(diǎn)為掩護(hù)梁與頂梁的鉸點(diǎn)。9. 以E2點(diǎn)為圓心，掩護(hù)梁長為半徑，以o為圓心， 點(diǎn)，oa2的長度等于A，a2點(diǎn)為支架降到最低位置時(shí)，掩護(hù)梁與后連桿的鉸點(diǎn)。13)以e1點(diǎn)為圓心，掩護(hù)梁長為半徑作弧，交前圓弧上一點(diǎn)a1，以點(diǎn)為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)。16. 過C點(diǎn)H－H線作垂線，交點(diǎn)d，則線段,和為液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)。支架常用頂梁形式有三種：整體頂梁、鉸接頂梁和楔形結(jié)構(gòu)頂梁。鉸接式頂梁 。前梁上不宜設(shè)置側(cè)護(hù)板。楔形結(jié)構(gòu)梁利用構(gòu)件間摩擦自鎖原理，通過楔塊2與楔形梁1和頂梁4之間的摩擦作用，使楔形梁楔塊2和后梁4在受載時(shí)保持為一個(gè) 整體，如同整體剛性頂梁，這樣，該梁宜具有整體剛性頂梁前端支護(hù)力大的優(yōu)點(diǎn)。現(xiàn)根據(jù)常用液壓支架頂梁形式各自特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用整體頂梁。2)配套尺寸對(duì)頂梁長度的影響設(shè)備配套尺寸與支架頂梁長度有直接關(guān)系。除此而外，所有配套設(shè)備包括采煤機(jī)和輸送機(jī)，均要在頂梁掩護(hù)之下工作，在此來計(jì)算頂梁長度。P1=52。A=LB 式（）式中： L—頂梁長度mm；B—頂梁寬度mm；代入公式（210）得A=31581500= m2 Fc = Bc(L＋Δ) 式（）式中：Fc—支護(hù)面積 m2 ； Δ—移架后頂梁前端點(diǎn)到煤壁的距離 m,一般Δ=300mm；Bc—支架間距（支架中心距），一般為1500mm；代入公式(212)得：Fc = 1500(3412＋300)= δ=A/Fc100% 式（）式中： δ—頂板覆蓋率A—頂梁面積 m2Fc—支護(hù)面積 m2代入式中得:δ=100%=%F1=Fcq 式（）式中: F1—支架的理論支護(hù)阻力，KN Fc—支護(hù)面積 m2q—支護(hù)強(qiáng)度 343KN/M2掩護(hù)梁是支架的掩護(hù)構(gòu)件，它有承受冒落矸石的載荷和頂板通過頂梁傳遞的水平載荷引起的彎矩，掩護(hù)梁的用途，掩護(hù)梁承受頂梁部分載荷和掩護(hù)梁背部載荷并通過前后連桿傳遞給底座。有的支架在掩護(hù)梁上焊有立柱柱窩。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?！⊙谧o(hù)梁底座是液壓支架的主要承載部件，它把頂板的壓力傳遞給底板，它是支架的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，因此，對(duì)底座的設(shè)計(jì)有以下要求： ；；、推移千斤頂、液壓操縱系統(tǒng)和其他裝置；、操縱支架和采煤機(jī)等；；6 滿足快速移架和順序排矸的要求； 底座的結(jié)構(gòu)型式通常有三種類型： （a） （b） 底座分類1整體式整體式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，(a)所示。 整體式底座根據(jù)以上分析，選擇整體式底座。該底座整體性強(qiáng)，穩(wěn)定性好，比壓小。掩護(hù)式支架為傾斜布置，這樣可克服一部分水平力，并能增大調(diào)高范圍。3)立柱間距立柱間距指支撐式和支撐掩護(hù)式支架而言即前、后柱的間距。a b cd e f 立柱類型單作用活塞式；b—單作用柱塞式；c—雙作用活塞式；d、e、f—雙伸式1)立柱缸體內(nèi)徑和活塞外徑D= 式（）式中： D—立柱缸體內(nèi)徑mmF1—支架承受的理論支護(hù)阻力KNnd—每架支架立柱數(shù)Pa—安全閥的正壓力，pa=40mpaαm —立柱最大傾角（度） 代入公式（213）得Dd==查表21 取整為200mm。推移桿為焊接結(jié)構(gòu),具有足夠的強(qiáng)度和剛度。支架撐緊頂板時(shí)，液壓控制使推移千斤頂活塞桿縮回，推移千斤頂?shù)睦?jīng)導(dǎo)向塊變?yōu)閷?duì)傳力框架的推力而把運(yùn)輸機(jī)推向煤壁。長框架推移裝置的缺點(diǎn)是傳力框架較長，桿端面小，因而剛度不易保證，容易發(fā)生彎曲變形。圖215 放頂煤液壓支架本章完成了液壓支架的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要包括支架主要尺寸的確定，頂梁、掩護(hù)梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及參數(shù)確定，底座、立柱及液壓千斤頂?shù)倪x擇。 頂梁分離體受力分析、X： 式（） 式（）式中：—頂梁所受集中力 KNω—頂梁頂板摩擦系數(shù) ， ω=—前排立柱的合力 =2512（KN）P—后排立柱的合力，P=2512（KN） —頂梁a 點(diǎn)所受垂直力，KN由式(31)和(32)聯(lián)立，求Fn整理得 式（）式中： θ—瞬心角（度）代入公式（33）得:≈ KN 由式（31）得:=(sin18?+sin8?)= (KN)由式（35）得:ya=－2512（cos18?+cos8?）= (KN) 式（）式中：x —后梁集中力作用點(diǎn)與頂梁后端之距 mm 。設(shè)頂梁長為Lg，頂板的集中載荷為F1，其作用點(diǎn)距頂梁一端為x。于是可求出支架實(shí)際支護(hù)強(qiáng)度如下式： 式（）式中： Lg—頂梁長度， mmB—頂梁寬度，Δ—頂梁前端至煤壁的距離，300mm代入公式（310）得:＝。X＇—底座集中力距底座后端距離，mm—前后立柱下鉸點(diǎn)距底座下平面之距， =200mm —前連桿下鉸點(diǎn)距底座下平面之距， =1452mm—后連桿下鉸點(diǎn)距底座下平面之距， =900mm—前后立柱下鉸點(diǎn)之距， =1200mm—后排立柱下鉸點(diǎn)與底座后端之距， =1192mm—前后連桿下鉸點(diǎn)水平距離 ， =792mm的反作用力由于支架重量相對(duì)于支架所受工作阻力很小，所以支架的重量可以忽略不計(jì)，支架底座集中力與頂梁集中力相等, KN由式（38）得X`=本章對(duì)支架重要部件進(jìn)行了受力分析，主要包括頂梁、掩護(hù)梁及底座的受力分析，由于這些構(gòu)件在工況下的受力較為復(fù)雜，在對(duì)其受力分析時(shí)采用分離式的分析方法，這樣就簡化了分析過程，式分析過程更為清晰。我國液壓支架強(qiáng)度計(jì)算中的強(qiáng)度條件：1. 強(qiáng)度校核均以材料的屈服極限計(jì)算安全系數(shù)?，F(xiàn)將此實(shí)驗(yàn)中頂梁的受力模型列于下圖中：、受力圖、剪力圖和彎矩圖圖b為剪力圖，從右向左取，向上為負(fù)，向下為正。 全部厚度為δ＝30mm首先對(duì)每塊鋼板編號(hào)，把位置狀態(tài)相同和截面積相同的鋼板編成一個(gè)號(hào)，然后計(jì)算截面面積最后計(jì)算截面形心距即：圖 頂梁截面圖F1=L1δ2=2=F2=F3=L2δ2=2= m2F4=F5=L4δ== m2 y1== y5==y2=y3=+2δ= y4=L1δ==y= 式（）=每個(gè)零件中心到截面形心的距離：a1=yy1==a2=yy2==a3=yy3==a4=yy4==a5=yy5==矩形截面的慣性矩為： 式（）式中b－截面寬度 h－截面高度計(jì)算每個(gè)零件的對(duì)截面形心的慣性矩103 m4103 m4103m4103 m4 103m4JZ=JZ1+JZ2+JZ3+JZ4+JZ5=103 +103+103+103+103=103m4 計(jì)算彎曲應(yīng)力和安全系數(shù) 式（）==安全系數(shù)：n=合格。圖 底座危險(xiǎn)截面因?yàn)榈鬃氰T造出來的，所以截面慣性矩近似用矩形公式計(jì)算： 式（）