【正文】 傳遞到底板和穩(wěn)定支架的作用。 頂梁長(zhǎng)度的確定支架頂梁的長(zhǎng)度與配套尺寸有直接關(guān)系。除此以外，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)下工作，以此來(lái)計(jì)算頂梁長(zhǎng)度。頂梁寬度根據(jù)支架間距和架型來(lái)定。對(duì)于穩(wěn)定頂板覆蓋率δ值要求為60～70%，對(duì)于中等穩(wěn)定頂板覆蓋率δ值要求為75～85%，對(duì)于破碎頂板，覆蓋率δ指應(yīng)達(dá)到85～95%。 立柱間距立柱間距指對(duì)支撐式和支撐掩護(hù)式支架而言前、后柱的間距。 立柱柱窩位置的確定對(duì)于支撐掩護(hù)式液壓支架的柱窩位置確定，根據(jù)支撐力分布與頂板載荷相一致的原則，通過(guò)受力分析計(jì)算，確定柱窩合力作用點(diǎn)位置。本次設(shè)計(jì)選用較接式頂梁，鉸接式頂梁在前梁千斤頂?shù)耐评?，前梁可以上下擺動(dòng)，對(duì)不平頂板的適應(yīng)性強(qiáng)。本次設(shè)計(jì)的液壓支架為了適應(yīng)復(fù)雜的頂板情況，所以采用鉸接式頂梁。掩護(hù)梁是掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架的掩護(hù)構(gòu)件，除防止采空區(qū)冒落矸石涌入工作面外，并承受冒落矸石的壓力和頂梁分解的水平力。掩護(hù)梁上端與頂梁鉸接，下部與前、后連桿或直接與底座鉸接。 四連桿機(jī)構(gòu)的作用1 通過(guò)四連桿機(jī)構(gòu)，使支架頂梁端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡呈近似雙曲線，從而使支架頂梁前端的端頭離煤壁距離大大減小，提高了管理頂板的性能。設(shè)計(jì)步驟：掩護(hù)梁上絞點(diǎn)與頂梁頂面之距根據(jù)支架最大高度確定,一般支架取150～200mm，重型支架取210～260mm。首先用解析法確定掩護(hù)梁和后連桿的長(zhǎng)度，如圖41所示。 (3) 過(guò)O點(diǎn)作一條直線與水平線H－H線相交其交角為。 (7) 過(guò)E1點(diǎn)作一條直線與水平線H－H平行的F－F直線，則H－H線與F－F線的距離為h1，即為液壓支架最高位置的計(jì)算高度。 (10) 在垂線上作液壓支架在最低位置時(shí)，頂梁與掩護(hù)梁的鉸點(diǎn)為E3。 (14) 以E3點(diǎn)為圓心，以掩護(hù)梁長(zhǎng)L為半徑作圓，與圓弧相交于A2點(diǎn)，此點(diǎn)為液壓支架在最高位置時(shí)，掩護(hù)梁與后連桿的鉸點(diǎn)。 (16) 連接A1O、A2O，為液壓支架降到中間位置和最低位置時(shí)，后連桿的位置。最終確定四連桿機(jī)構(gòu)的各項(xiàng)尺寸為：AO = 1500 mm AB = 400 mmBC = 2300 mm CD = 342 mm 底座液壓支架的底座常用形勢(shì)有3種，即整體式剛性底座、低分式剛性底座和鉸接式分體底座。結(jié)合本次設(shè)計(jì)的需求，選擇直角式雙側(cè)活動(dòng)側(cè)護(hù)板。根據(jù)安裝位置的不同，側(cè)推千斤頂?shù)脑O(shè)計(jì)也會(huì)有所不同，詳細(xì)參數(shù)見(jiàn)表41。，液壓支架需要有護(hù)幫裝置，以防止片幫的發(fā)生。當(dāng)千斤頂縮回時(shí)，因千斤頂活塞桿腔無(wú)液控單向閥鎖緊，所以在前梁上加設(shè)一個(gè)彈簧的機(jī)械鎖。插板由插板千斤頂與掩護(hù)梁梁相連，與掩護(hù)梁鉸接，是實(shí)現(xiàn)放頂煤的直接部件，其主要作用有：3．當(dāng)有大塊煤落下時(shí)，利用插板尖齒可將塊煤破碎。整個(gè)插板的具體形式見(jiàn)裝配圖。將數(shù)據(jù)代入（51）式得：MPa初撐力大小對(duì)支架的支護(hù)性能和成本都有很大的影響。根據(jù)設(shè)計(jì)要求：初撐力 = =kN 移駕力和推溜力 移駕力和推溜力都是有推移千斤頂來(lái)決定的，所以要正確地選擇推移千斤頂，一般而言，移架力與支架結(jié)構(gòu)、質(zhì)量、煤層厚度、頂板性質(zhì)有關(guān)。 支柱及相關(guān)液壓系統(tǒng)參數(shù)確定立柱的缸體內(nèi)徑按下式進(jìn)行計(jì)算： （52）式中： ——立柱缸體內(nèi)勁，mm ——支架承受的理論支護(hù)阻力，kN ——每架支架立柱數(shù)； ——安全閥的正壓力，MPa ——立柱最大傾角。支架立柱為單伸縮機(jī)械加長(zhǎng)式，根據(jù)液壓缸推薦相關(guān)鋼材最終確定尺寸如下表：表51 立柱相關(guān)尺寸外徑(mm)內(nèi)徑(mm)壁厚(mm)長(zhǎng)度(mm)缸體2452001056活柱180150151100加長(zhǎng)桿1308002泵站壓力確定泵站壓力確定按產(chǎn)品目錄規(guī)定的泵站工作壓力，再考慮壓力損失，型工作壓力為20MPa和35MPa兩種，一般選35MPa計(jì)算時(shí)考慮損失按32MPa進(jìn)行計(jì)算 。油缸的穩(wěn)定性條件為： （58） 式中 : ——油缸穩(wěn)定的極限力，kN； ——最大工作阻力，kN； ——活塞桿斷面慣性矩（設(shè)加長(zhǎng)桿為活塞桿進(jìn)行驗(yàn)算）。 （1）在承受同心最大軸向載荷時(shí)，油缸的初始撓度為： (59) 式中 ——立柱總重，（假設(shè)350kg）； ——缸體軸線與水平面夾角，； ——活塞桿端部銷孔至最大撓度處的距離，取1889mm； ——缸底銷孔至最大撓度處的距離，981mm； ——工作位置時(shí)立柱長(zhǎng)度，； ——活塞桿全部外伸時(shí)，導(dǎo)向套前端至活塞末端間距，； ——活塞桿與導(dǎo)向套處的最大配合間隙，； ——活塞桿與缸體的最大配合間隙，； ——和范圍內(nèi)的斷面慣性矩； ——立柱的初始撓度； ——立柱在工作載荷下的最大撓度； ——活塞桿頭部至最大撓度處的距離； ——工作中立柱的最大縱向載荷。若加長(zhǎng)桿留在活柱內(nèi)的長(zhǎng)度為200mm，則加長(zhǎng)桿全部外伸時(shí)，最大偏距mm。將數(shù)據(jù)代入(510)式得:安全系數(shù)為： （511） 式中 ——缸體材料為無(wú)縫鋼管，MPa； ——許用安全系數(shù)，一般取。將數(shù)據(jù)代入（513）式得：所以，焊縫強(qiáng)度滿足要求。)51最高位置后連桿與水平面的夾角α2(176。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(qiáng)度。為了保證它們具有足夠的強(qiáng)度，就必須根據(jù)力學(xué)原理進(jìn)行強(qiáng)度校核。下面簡(jiǎn)單介紹我國(guó)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)。 （4） 結(jié)構(gòu)件、銷軸和活塞桿的強(qiáng)度條件為： 式中 ——危險(xiǎn)斷面計(jì)算出的最大應(yīng)力，MPa； ——許用安全系數(shù)。 （2）如果各結(jié)構(gòu)件計(jì)算出來(lái)的安全系數(shù)偏大時(shí)，可按標(biāo)準(zhǔn)鋼材厚度減薄，或減少加強(qiáng)筋數(shù)量和筋板高度，以減輕支架重量，降低成本。對(duì)各點(diǎn)左右剪力計(jì)算如下：分析得，A、B、。 ，；，；，；。每個(gè)零件對(duì)截面形心的慣性矩為： （6—3）將數(shù)據(jù)代入（6—3）式得：； ；； 。 ⑴剪力：（從右向左取，向上力為負(fù)，向下力為正）。圖63頂梁受力圖、剪力圖和彎矩圖圖64頂梁危險(xiǎn)截面示意圖設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)：⑴截面面積⑵整個(gè)截面型心至a—a面的距離代入數(shù)據(jù)得：⑶每個(gè)零件中心至截面形心之距：帶入數(shù)據(jù)得：⑷截面中心距慣性矩形截面的慣性距為： 式中：b—寬度 h—高度每個(gè)零件對(duì)截面形心的慣性矩為： （6—6）將數(shù)據(jù)代入（6—6）式得:所以： （6—7）將數(shù)據(jù)代入（6—7）式得：材料屈服極限故:頂梁的彎曲強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求。此處按中性軸以上進(jìn)行計(jì)算，代入有關(guān)數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算，得：所以 ②危險(xiǎn)截面中性軸處最大剪應(yīng)力 （6—8）式中： ——最大剪應(yīng)力； ——截面沿中性軸的總寬度；將數(shù)據(jù)代入（6—8）式得： ③安全系數(shù)計(jì)算 （6—9）將數(shù)據(jù)代入（6—9）式得：所以頂梁的剪力強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。最大彎矩。⑹剪切應(yīng)力和安全系數(shù)的計(jì)算由力矩圖可以看出，在危險(xiǎn)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。、力轉(zhuǎn)換，如圖67所示圖67 掩護(hù)梁受力示意圖已知數(shù)據(jù)：；；；；；；；；；；；。圖68掩護(hù)梁受力圖、剪力圖和彎矩圖圖69 掩護(hù)梁危險(xiǎn)截面示意圖 ⑴各板形心位置⑵整個(gè)截面形心至1底面距離y: （6—13）將數(shù)據(jù)代入（6—13）得：⑶每個(gè)零件中心至截面形心之距： （6—14）將數(shù)據(jù)代入（6—14）得：⑷截面中心主慣性矩矩形截面的慣性矩為： （6—15）式中： b—寬度； h—高度。由材料力學(xué)可知，中性軸處剪應(yīng)力為最大，所以按此處進(jìn)行校核。在支護(hù)方面選擇穩(wěn)定性和支護(hù)性能較為優(yōu)良的四柱支撐掩護(hù)式形式，另外因?yàn)檫M(jìn)行放頂煤開(kāi)采不需要大采高，所以沒(méi)有設(shè)計(jì)太高的支護(hù)高度；在放頂煤方面，選擇了小插板式放煤機(jī)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)在實(shí)際生產(chǎn)中一直都表現(xiàn)出很優(yōu)良的性能。在整個(gè)裝配圖的設(shè)計(jì)過(guò)程中充分考慮了各部件作業(yè)的干涉問(wèn)題，做到不干涉，不碰撞。在這里我首先要感謝我的指導(dǎo)老師——趙存友老師，趙老師在指導(dǎo)我們畢業(yè)設(shè)計(jì)方面非常嚴(yán)格，也相當(dāng)?shù)呢?fù)責(zé)。在這里我除了佩服老師的工作態(tài)度以外，我還相當(dāng)?shù)呐宸蠋煹膶I(yè)水品。 Geomechanics Abstracts. 1980, 17(4):7071.73。最后我還要感謝學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)和四年來(lái)傳授我們知識(shí)的各位老師，他們雖然不是我的指導(dǎo)老師，但是正是通過(guò)老師們的細(xì)心教導(dǎo)，使我們掌握好較好的專業(yè)知識(shí)才能成功的完成這次畢業(yè)設(shè)計(jì)。在后期的設(shè)計(jì)過(guò)程我，因?yàn)槿狈?jīng)驗(yàn)，以及對(duì)支架的了解不是很深，所以沒(méi)少麻煩趙老師，從一開(kāi)始的參數(shù)計(jì)算到后來(lái)的圖紙糾錯(cuò)，幾乎每周都要麻煩老師一兩次。致 謝畢業(yè)設(shè)計(jì)作為我們大四畢業(yè)生的最后一次考核，它是對(duì)我們四年所獲知識(shí)的一次全方面綜合性的運(yùn)用。對(duì)于四連桿的設(shè)計(jì)，主要考慮能使支架的上升和下降成近似直線，運(yùn)動(dòng)寬度不能大于70mm。此處按中性軸以下進(jìn)行計(jì)算，代入數(shù)據(jù)由（6—17）事得：所以： ②危險(xiǎn)截面中性軸處最大剪應(yīng)力式中： 帶入數(shù)據(jù)，得： ③安全系數(shù)計(jì)算 （6—18）將數(shù)據(jù)代入（6—18）得：所以掩護(hù)梁的剪力強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。所以底座的彎曲強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)的計(jì)算要求。對(duì)各點(diǎn)左右剪力計(jì)算如下：A點(diǎn)：B點(diǎn)：C點(diǎn)：⑵彎矩：從A點(diǎn)向C點(diǎn)取距（從左向右取，順時(shí)針為正）A點(diǎn)：B點(diǎn)：C點(diǎn)：所以CC截面為危險(xiǎn)截面，截面形狀如圖69。①中性軸以上（或以下）的部分截面面積對(duì)中性軸的靜矩 式中：——中性軸以上（或以下）各部分零件斷面的面積； ——中性軸以上（或以下）各部分零件的中心坐標(biāo)（對(duì)截面形心）； ——危險(xiǎn)截面的形心矩； ——每個(gè)零件形心至底面之距； ——中性軸以上（或以下）各部分零件面積對(duì)中性軸之矩。每個(gè)零件對(duì)截面形心的慣性矩為： （6—11）將數(shù)據(jù)代入（6—11）式得：所以，⑸彎曲應(yīng)力和安全系數(shù)的計(jì)算同上代入數(shù)據(jù)得：式中：—材料屈服極限，Q550，=550MPa。⑴剪力：（從右向左取，向上為負(fù)，向下力為正）E點(diǎn)：D點(diǎn)：C點(diǎn)：B點(diǎn)：A點(diǎn)：⑵彎矩：從A點(diǎn)向D點(diǎn)取距（從左向右取，順時(shí)針為正）A點(diǎn)：B點(diǎn)： C點(diǎn)：D點(diǎn)： 從E點(diǎn)向D點(diǎn)取距（從右向左取，逆時(shí)針為正）E點(diǎn)：D點(diǎn)：，其誤差在允許范圍內(nèi)。由材料力學(xué)可知，中性軸處剪應(yīng)力為最大，所以按此處進(jìn)行校核。所以DD截面為危險(xiǎn)截面，截面形狀如圖64。所以前梁的彎曲強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求。（2）整個(gè)截面形心至面的距離： （6—1）將數(shù)據(jù)代入（6—1）式得：（3）每個(gè)零件中心至截面形心之距： （6—2）將數(shù)據(jù)代入（6—2）式得：。最大彎矩421740Nm。 液壓支架的強(qiáng)度校核按理論支護(hù)阻力在前梁梁的最危險(xiǎn)斷面處，對(duì)前梁進(jìn)行強(qiáng)度校核。 4 焊條抗拉強(qiáng)度取，其強(qiáng)度條件為： 式中： ——計(jì)算出的焊縫許用應(yīng)力；——按焊條類型來(lái)定。 （2） 主要銷軸均采用CrMo或40Cr等合金結(jié)構(gòu)鋼，按手冊(cè)中的屈服極限取值。前面的內(nèi)容已經(jīng)給出了支架主要零部