【正文】 化的要求，有利于防倒和調(diào)架。一般沿傾斜方向的上方為固定側(cè)護板，下方為活動側(cè)護板?；顒觽?cè)護板增強了支架側(cè)向穩(wěn)定性，其上設(shè)置的彈簧與千斤頂都起防倒與調(diào)架作用。 支架側(cè)護板裝置一般由側(cè)護板、彈簧筒、側(cè)推千斤頂、導(dǎo)向桿和連接銷軸等組成。 要求： (1) 底座應(yīng)有足夠的強度和剛度； (2) 底座對底板的起伏變化適應(yīng)性好 ； (3) 底座與底板的接觸面積大，以減小底座對底板的接觸比壓，避免支架陷入底板； (4) 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； (5) 底座要能把落入支架內(nèi)的碎矸排棄到老塘中。 要求： (1) 頂梁應(yīng)有足夠的強度，即使在接觸應(yīng)力分布不均勻的情況下也不致被壓壞； (2) 梁應(yīng)有足夠的剛度，以承受扭力； (3) 頂梁對頂板的覆蓋率高； (4) 頂梁能適應(yīng)頂板的起伏變化。 根據(jù)使用條件，支撐掩護式支架的前、后排立柱可前傾或后傾，傾角大小也可不同。 ②垛式 整個支架為一整體結(jié)構(gòu)，整體移動，通常有 4～ 6 根立柱，可以支撐堅 中國礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 6 頁 硬與極堅硬的頂板。 圖 1— 3 液壓支架結(jié)構(gòu)型式 a) 支撐式 b) 掩護式 c) 支撐掩護式 1－前探梁 ； 2－頂梁及其側(cè)護板 ； 3－掩護梁及其側(cè)護板 ； 4－前連桿 ； 5－后連桿 ； 6－底座 ； 7－立柱 ； 8－推移千斤頂 ； 9－平衡千斤頂 ； 10－操縱閥與控制閥 ； 11－護幫機構(gòu) ； 12－護幫千斤頂 ； 13－前梁千斤頂 ； 14－擋矸簾 (1) 支撐式支架 支撐式支架利用立柱與頂梁直接支撐和控制工作面的頂板。 需要移架時，先降柱卸載，然后通過操縱閥使高壓液體進入推移液壓缸9 的活塞桿腔，活塞腔回液，以輸送機為支點，缸體前移，把整個支架拉向煤壁。 中國礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 4 頁 圖 12 液壓支架工作特性曲線 由以上分析可以看出，支架工作時的支撐力變化可分為三個階段，如圖1－ 2，即：開始升柱至單向閥關(guān)閉時的初撐增阻階段 t0，初撐后至安全閥開啟前的增阻階段 t1，以及安全閥出現(xiàn)脈動卸載時的恒阻階段 t2，這就是液壓支架的阻力－時間特性。隨著頂板的緩慢下沉，頂板對支架的壓力不斷增加，立柱下腔被封閉的液體壓力將隨之迅速升高，液壓支架受到彈性壓縮，并由于立柱缸壁的彈性變形而使缸徑產(chǎn)生彈性擴張，這一過程就是支架的增阻過程。每架支架的液壓管路都與工作面主管路并聯(lián)，形成各自獨立的液壓系統(tǒng)，如圖 1－ 1 所示，其中液控單向閥和安全閥設(shè)在架內(nèi)，操縱閥可設(shè)在本架或鄰架內(nèi)，前者為本架操作，后者為鄰架操作。液壓支架與可彎曲輸送機和采煤機組成綜合機械化采煤設(shè)備，它的應(yīng)用對增加采煤工作面產(chǎn)量、提高勞動生產(chǎn)率、降低成本、減輕工人的體力勞動和保證安 全生產(chǎn)是不可缺少的有效措施。 中國礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 1 頁 通過各專業(yè)全套畢業(yè)設(shè)計 1 概述 液壓支架的用途 在采煤工作面的煤炭生產(chǎn)過程中，為了防止頂板冒落，維持一定的工作空間，保證工人安全和各項作業(yè)正常進行，必須對頂板進行支護。因此，液壓支架是技術(shù)上先進、經(jīng)濟上合理、安全上可靠，是實現(xiàn)采煤綜合機械化和自動化不可缺少的主要設(shè)備。 支架升降 支架的升降依靠立柱 2 的伸縮來實現(xiàn)，其工作過程如圖 11 中國礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 2 頁 (1) 初撐 操縱閥 7 處于升柱位置，由泵站輸送來的高壓液體經(jīng)液控單向閥 5進入立柱的下腔，同時立柱的上腔排液，于是活柱和頂 梁升起，支撐頂板。當下腔液體的壓力超過安全閥 5 的動作壓力時，高壓液體經(jīng)安全閥 5 瀉出，立柱下縮，直至立柱下腔的液體壓力小于安全閥的動作壓力 時，安全閥關(guān)閉，停 止泄液，從而使立柱工作阻力保持恒定，這就是恒阻過程。它表明液壓支架在低于額定工作阻力下工作時，具有增阻性，以保證支架對頂板的有效支撐作用，在達到額定工作阻力時，具有恒阻性；為使支架恒定在此最大支撐力，又具有可縮性，即支架在保持恒定工 作阻力下，能隨頂板下沉而下縮。 需要推移輸送機時，支架支撐頂板，高壓液體進入推移活塞缸 9 的活塞 中國礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 5 頁 腔，活塞桿腔回液，以支架為支點，活塞桿伸出，把輸送機推向 煤壁。其特點是：立柱多，支 撐力大，切頂性能好；頂梁長，通風斷面大，適用于中等穩(wěn)定以上的頂板。 (2)掩護式支架 掩護式支架利用立柱、短頂梁支撐頂板，利用掩護梁來防止巖石落入工作面。前、后立柱交叉布置的支架適用于薄煤層。 鉸接式頂梁由前梁、主梁、前梁千斤頂、護幫千斤頂、護幫板組成，其結(jié)構(gòu)如圖 14 所示，這種頂梁的前梁與主梁是通過銷軸鉸接而成，它對頂板有較好的接頂能力。 立柱 用途： (1) 支撐頂梁，承受載荷的作用； (2) 調(diào)節(jié)支架的高度，使支架的高度滿足工作面的要求； (3) 立柱設(shè)置有大流量安全閥，以避免頂板沖擊壓力造成支架過載較大。 主要作用為： （ 1） 擋矸。 頂梁和掩護梁的側(cè)護板的結(jié)構(gòu)型式，如圖 15 所示： 圖 15 側(cè)護板的結(jié)構(gòu)型式 一種是一側(cè)固定另一側(cè)活動的側(cè)護板?；顒觽?cè)護板通過彈簧筒和側(cè)推千斤頂與梁體連接，以保證活動側(cè)護板與鄰架的固定側(cè)護板靠緊。 3． 側(cè)護板的結(jié)構(gòu)型式分為兩種： 一種是側(cè)護板在頂梁的外側(cè)。 所以綜合考慮各個方面，本架采用圖 15 b 所示的側(cè)護板。 前連桿設(shè)計成雙單連桿，后連桿設(shè)計成整體連桿，如圖 1圖 18所示，整體連桿由兩根單連桿組焊而成，用在后連桿，以增強支架的穩(wěn)定性。 （ 2）為適應(yīng)支架和輸送機可能出現(xiàn)的相對位置變化，推移裝置前部在推移過程中，在水平和垂直方向能有一定的擺動范圍。選取框架式推移裝置。 圖 19 框架式推移裝置原理 1— 底座過橋； 2— 框架； 3— 千斤頂； 4— 導(dǎo)向軸 液壓支架由不同數(shù)量的立柱和千斤頂組成，采用不同的操縱閥以實現(xiàn)升柱、降柱、移架、推溜等動作。 液壓支架的設(shè)計 設(shè)計目的 采用綜合機械化采煤方法是大幅度增加煤炭產(chǎn)量、提高經(jīng)濟效益的必由之路。為了有效地支護和控制頂板，必須設(shè)計出不同類型和不同結(jié)構(gòu)尺寸液壓支架。 (2) 液壓支架要有足夠的推溜力和移架力。 (5) 要求液壓支架能保證采煤工作面有足夠的通風斷面，從而保證人員呼吸、稀釋有害氣體等安全方面的要求。 (9) 要求支架有足夠的剛度，能夠承受一定的不均勻載荷。 設(shè)計液壓支架必需的基本參數(shù) 中國礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 13 頁 (1) 頂板條件 根據(jù)老頂和直接頂?shù)姆诸悾瑢χЪ苓M行選型。 (5) 工作面煤壁條件 根據(jù)工作面煤壁條件，決定是否用護幫裝置。 堅硬頂板工作面頂板不易冒落，直接頂或基本頂懸頂時間長。如有的支架在低位狀態(tài)時，掩護梁與垂線夾角仍有 300 左右，相當于一般支架在高位狀態(tài)時的掩護梁夾角。 (4) 支架立柱應(yīng)設(shè)置大流量安全閥，以避免頂板沖擊壓力造成支架過載較大。支架結(jié)構(gòu)件設(shè)計時，摩擦系數(shù)取值應(yīng)考慮 f= 時水平力對支架強度的影響。現(xiàn)在世界上已經(jīng)有 70 多個電液自動化控制工作面。在支架架型功能上我國與國外相差無幾 ， 有些地方特別是特厚煤層用的放頂煤支架、鋪網(wǎng)支架、兩硬煤層的強力支架、端頭支架還有獨到之處 ， 但國產(chǎn)液壓支架技術(shù)含量偏低 ， 電液控制閥可靠性差 ， 所用鋼材一般為 16Mn ， 最好的屈服極限才 700MPa ， 液壓系統(tǒng)壓力在 35MPa 以下 ， 流量在 200L/min 以內(nèi) ， 供液管Φ 25～Φ 32mm ， 回液管Φ 25～Φ 50mm ， 最快移架速度 10～ 12s/架 (井下實際應(yīng)用有時在 20s 以上 ) ， 工作阻力更是相對較低。所以 ， 今后除應(yīng)繼續(xù)針對我國國情和煤層具體條件 ，開發(fā)一些新架型、新品種外 ， 還應(yīng)在改進支架控制系統(tǒng)和提高支架的工作可靠性方面下功夫。目前，液壓支架設(shè)計研究取得重要進展，主要在以下方面： (1) 設(shè)計理論和方法有了突破。 (3) 技術(shù)規(guī)范和標淮化建設(shè)取得重要進展。 (5) 液壓支架控制系統(tǒng)有了重大進步。 基于以上進展，液壓支架的研究與發(fā)展方向是： (1) 在己有支架設(shè)計與應(yīng)用經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，研究支架的智能化設(shè)計方法和結(jié)構(gòu)與參數(shù)的優(yōu)化，進一步提高支架設(shè)計的科學(xué)性、可靠性和結(jié)構(gòu)性能的 中國礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 16 頁 優(yōu)化性。 本文要做的主要工作 本文所做的主要工作是：支架總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計、支架液壓系統(tǒng)原理的設(shè)計、支架各結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計以及 各結(jié)構(gòu)件的受力分析及強度校核 。 支架中心距 支架中心任務(wù)距一般等于工作面一節(jié)溜槽長度。 支架整體機構(gòu)尺寸確定 底座長度 底座是將頂板壓力傳遞到底板和穩(wěn)定支架的作用。 (2) 能承受較大的水平力。 (3) 由圖 21 可知，掩護梁與頂梁鉸點 E’和瞬時中心 O之間的連線與水平線的夾角為 Q，設(shè)計時，要使 tan ?? 范圍內(nèi)，主要原因是 Q角直接影響附加力 Qy 的數(shù)值大小。圖 22 掩護梁和后連桿構(gòu)成的曲柄滑塊機構(gòu) 從圖 2－ 2 可以看 出，當掩護梁和后連桿已知，只要找到前連桿的長度和位置就可以了，其具體作法是順時針轉(zhuǎn)動后連桿，使支架最高位置時的 E’點向下作近似直線運動，在掩護梁上定有一點在運動中有一段近似圓弧軌跡。HOHFE39。 12121 c o sc o s c o sc o s PPLL ??? oooo80c o s40c o s 60c o s25c o s ??? ? 支架在最高位置時的值為： 1111 s ins in QLPLh ?? 因此掩護梁的長度為： 1111s ins in QLLPhL???????? oo 80s in 4 5 0 0?? = 2910 mm 取 L = 2910 mm 后連桿長度為： LLLL ??????? 11 ?? = 20xx mm 取 1L = 20xx mm 前后連桿上鉸點之間的距離 L’為： 中國礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 22 頁 一般， L’ = L L’ = L = 2910 = 728 mm 具體作圖步驟如下： L39。 (4) 以 O 點為圓心，以 1L 為半徑作圓，與該直線相交于 A 點，即為后連桿與掩護梁的上鉸點。 (8) 以 A 點為圓心，以 倍的 L 為半徑作 圓，即為 前連桿的上鉸點。 (11) 取 E’E’’’中點為 E’’點，為液壓支架在降到中間位置時，掩護梁與頂梁的鉸點。 (15) 并以 A’點為圓心，以 倍的 L 為半徑作圓，與 E’’A’相交于 B’點。 (17) 分別作 BB’和 B’B’’的垂直平分線交于 C 點，即為前連桿的下鉸點，BC 為前連桿的長度 。39。AB39。E39。其配套尺寸如圖 2－ 6 所示。 由前面知， oP 601 ? ； ? ? ? ?eCPGQALBL ?????? 111 c o sc o s ? ? ? ?503 0 060c o s2 9 1 080c o s2 0 1 03 2 0 02 4 2 5 ???????? oo = 4169 mm 取 L = 4170 mm 液壓支架的性能參數(shù) 液壓支架的支護強度 支護強度： 510q KM ? ??? MPa 式中 K— 作用于支架上的頂板巖石厚度系數(shù)，一般為 5～ 9。較大的初 撐力能使支架較快達到工作阻力，減慢頂板的早期下沉速度，增加頂板的穩(wěn)定性。一般厚煤層支架的為移架力 300～ 400 kN ，取移架力為 400 kN ； 推溜力一般為 100～ 150 kN ，取推溜力為 150 kN 。本支架立柱間距選 。 24000Dn Fp ?? 100004000 ?? ?? = MPa 缸筒材料采用 27SiMn 無縫鋼管 屈服極限： σ s= 835 2Nmm ； 安全系數(shù)：取 2?n ； 允用應(yīng)力： ? ? sn?? ? 2835? 417? 2Nmm 缸筒內(nèi)壁厚度： ? ?? ?