【正文】 （ 13）以 e′′′ 點(diǎn)為圓心，掩護(hù)梁長 ae′ 為半徑作弧，交最前面圓弧上一點(diǎn) a′′ ，此點(diǎn)為支架降到最低位置時(shí)，掩護(hù)梁與后連桿的鉸點(diǎn)。 （ 16）分別作和的垂直平分線，其交點(diǎn)即為前連桿下鉸點(diǎn)，為前連桿長度。 25 圖 32 頂梁筋板焊接方式 這里采用前后鉸接式頂梁。一般梁的支撐力，未伸出前為 200～ 400kN。要使側(cè)護(hù)板固定，只要把彈簧套筒收回，用銷子銷在銷孔中。 頂梁尺寸 ① 頂梁長度 頂梁長度受支架型式、配套采煤機(jī)截深 (滾筒寬度 )、刮板輸送機(jī)尺寸、配套關(guān)系及立柱缸徑、通道要求、底座長度、支護(hù)方式等因素的制約?？捎霉饺缦?: 頂梁長度＝ [配套尺寸＋底座尺寸＋ A 按條件取底座長度大約為 26 故頂梁長度 L=2950mm ② 頂梁寬度 頂梁寬度根據(jù)支架間距和架型來定，架間間隙為 左右。 此處ζ ==﹪ （ 2）立柱柱窩的確定 立柱是支撐在頂梁和底座之間能承受頂板載荷的液壓缸，立柱是承壓元件，它長期處于高壓受力狀態(tài)，它除應(yīng)具有合理的工作阻力和可靠的工作特性外，還必須有足夠的抗壓、抗彎強(qiáng)度，良好的密封性能，結(jié)構(gòu)要簡 單，并能適應(yīng)支架的工作要求。 ①立柱上柱窩位置的確定 確定立柱布置可以用類比法 ,其確定原則考慮支架的穩(wěn)定性及支架的合力作用位置綜合進(jìn)行考慮 ,我們知道 ,作用位置超前易產(chǎn)生啃底現(xiàn)象 ,所以一般盡量使合力位置向后移。同時(shí)考慮柱前行人和支架的調(diào)高范圍以及下柱窩與前連桿下鉸點(diǎn)的距離，一般按支架在最低工作位置時(shí)，立柱最大傾角應(yīng)小于 30176。則 1 8 0 0 c o s 3 1 9 2 0 c o s 4 6 1 6 0 0 c o s 2 5 9 5 1 .2 7xG? ? ? ? ? ? ? ?mm 故 1x 取整后為 950mm。除了滿足一定的剛度和強(qiáng)度外，對(duì)底板不平的適應(yīng)性要強(qiáng)，對(duì)底板的接觸比壓要?。挥凶銐虻目臻g安裝立柱液壓控制裝置，推移裝置和其它輔助裝置；便于人員操作行走，起一定的擋煤作用，考慮排煤能力，有一定的 28 重量，以保證支架的穩(wěn)定性能等。掩護(hù)梁和頂梁（包括活動(dòng)側(cè)護(hù)板）一起，構(gòu)成了支架完善的支撐和掩護(hù)體，完善了支架的掩護(hù)和擋矸性能。 圖 33 掩護(hù)梁焊接方式 圖 34 掩護(hù)梁 1耳板 2主筋板 3擋板 4耳板 29 5加強(qiáng)筋板 6板 7側(cè)推千斤頂 8蓋板 9護(hù)幫板 （ 5）推移千斤頂 本液壓支架采用活塞式推移千斤頂，其結(jié)構(gòu)如下圖所示。 30 圖 36 液壓支架液壓系統(tǒng)圖 1－前立柱； 2－壓力指示器； 3－安全閥； 4－液控單向閥； 5－后立柱； 6－頂梁側(cè)推千斤頂； 7－掩護(hù)梁側(cè)推千斤頂； 8－護(hù)幫千斤頂； 9－雙向液控單向閥； 10－操縱閥； 11－推移千斤頂； 12－前梁千斤頂； 第四章 . 支架的受力分析與計(jì)算 支架的工作狀態(tài) 在采煤工作面中，當(dāng)煤被采出后，就會(huì)出現(xiàn)一定的空間 ，由于上部巖從壓力，出現(xiàn)離從和裂隙，如果不及時(shí)支護(hù)，頂板就要冒落，不支護(hù)的時(shí)間越長，危險(xiǎn)就越大，而頂板冒落時(shí)有一定過程的，一般分為三個(gè)階段，開始頂板處于無壓狀態(tài)，次時(shí)頂板較完整，而且沒有下沉，通常稱為老頂來壓，次時(shí)頂板并不破裂，且這種下沉帶有一定的周期，所以稱為老頂周期來壓狀態(tài)，如不及時(shí)支護(hù)，頂板就會(huì)破裂而冒落，此時(shí)叫冒落狀態(tài)。 （ 1） 把支架化簡成一個(gè)平面桿系結(jié)構(gòu)，同時(shí)為防于安全，按集中載荷進(jìn)行計(jì)算。 （ 5） 立柱和短柱按最大工作阻力來計(jì)算。 （ 8） 各種結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度校核，除按理論支護(hù)阻力校核危險(xiǎn)端面外，還要按《液壓支架型式試驗(yàn)技術(shù)規(guī)范》的各種加載方法，以支架的額定工作阻力逐一校核，超過額定工作阻力 10％的超載試驗(yàn)，將由安全系數(shù)來保證強(qiáng)度。各力對(duì)某點(diǎn)取矩之和為零?，F(xiàn)在 ? 對(duì)承載能力的影響。當(dāng) ? 26 時(shí)， COS? ，所以支架承載能力將顯著的減小。當(dāng) O 點(diǎn)在頂梁上方時(shí)， tgθ取正值。所以 tgθ值過大對(duì)支架受力不利。在調(diào)高范圍內(nèi)，支架的承載能力在兩側(cè)的高度內(nèi)比較小。但是支架在設(shè)計(jì)中一般都要按可能的最大承載力來設(shè)計(jì)，顯然這就使支架不能發(fā)揮應(yīng)有的作用，在很大的一段承載范圍內(nèi)就要大材小用。 （ 4） 摩擦系數(shù)的影響 1） 對(duì)支架承載能力的影響 摩擦系數(shù)對(duì)支架承載能力的影響表現(xiàn)在 11 tg??項(xiàng)中。所以此值的大小在 0～ maxf 范圍內(nèi)變化。只有 tgθ值很小時(shí)， ftg? 才能忽略不計(jì)。 （ 5） 桿水平角對(duì)連桿受力的影響 由 cP 和 DP 的計(jì)算式可知，當(dāng)它的分母為零時(shí)， cP 和 DP 將無限大。當(dāng)支架升高時(shí)， c? 和 D? 就逐漸增大， cSin? 和 DSin? 也就逐漸變大。加入頂梁上受向前的水平載荷，很容易使支架向前傾倒，這種趨勢(shì)使頂梁對(duì)于頂板向前滑動(dòng)，則水平載荷又變成向后作用。但是，它的極限值卻可以用頂梁和頂板支間產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)時(shí)的極限摩擦力求得。 另外指出，支撐式支架的支護(hù)高度對(duì)支架受力沒有影響，而掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架，由于支護(hù)高度的變化，使立柱的支撐角度、平衡千斤頂?shù)慕嵌?、掩護(hù)梁和四連桿機(jī)構(gòu)的角度等的不同，使受力也不同。而 ? 角越大，支架的承載能力越 小。（詳細(xì)分析間《液壓支架》課本張家鑒 主編此處不再贅述） 最后，必須指出， tgθ不僅對(duì)承載能力有影響，而且對(duì)各受力部件有影響，并相當(dāng)復(fù)雜，因此 tgθ是大是小，由具體情況而定。 tgθ值增加，附加力增加。但是，有些支架為了使高度變化范圍增大，角往往大于 30? 。因?yàn)?COS? ≤ 1，因此立柱傾斜布置將使支架的承載能力降低。 各主要參數(shù)的影響 掩護(hù)式支架在工作過程中，各主要部件的受力是變化的，其影響因素有諸多方面。即以當(dāng)支架支承后在處于平衡狀態(tài)時(shí)，取整體或某一個(gè)部分為分離體也處于平衡狀態(tài)，其合力和合力矩為零。頂梁與頂板的靜摩擦系數(shù) f ， 目前國內(nèi)一般取～ 。 （ 3） 頂梁，底座與頂?shù)装逭J(rèn)為均勻接觸，載荷沿支架長度方向按線性規(guī)律，沿支架寬度方向?yàn)榫肌? 支架在工作面受力是由于頂板下沉，同時(shí)又有向采空區(qū)移動(dòng)的趨勢(shì)，使頂梁受合力和底座受底板壓力，其中頂板合力的垂直分力，由支架工作阻力來克服，所以我們?cè)谟?jì)算支架的工作載荷 F 時(shí)按支架的工作阻力來確定。液壓系統(tǒng)原理：本支架操作方式采用鄰架操作控制，使用快速接頭拆裝方便，性能可靠。焊接方式與頂梁相似，掩護(hù)梁上鉸接座與頂梁鉸接，下端通過千斤頂與底座鉸接。在整體式底座后部中間底板去掉一塊，增加底座后部比壓，同時(shí)有利排煤。 本底座是由鋼板焊接成的箱形整體結(jié)構(gòu)。 27 2??1? 按幾何關(guān)系列出的下述諸公式進(jìn)行計(jì)算。立柱上柱窩到頂梁與掩護(hù)梁的鉸點(diǎn)的距離為 800mm，立柱柱窩到頂梁梁面的距離為 150mm。一般立柱與頂梁夾角小于 ?30 （支架在最低工作位置時(shí)），由于角度較大，可使調(diào)高范圍增加。 ③ 頂板覆蓋率ζ ζ =( )( )Bll c B j?? 100﹪ 式中 B:頂梁的寬度 (㎡ ) l:支架頂梁長度 (m) ｊ :支架間距 (m) 對(duì)破碎機(jī)頂板：覆蓋率 s 值應(yīng)達(dá)到 85﹪～ 95﹪，故掩護(hù)式支架裝可移動(dòng)護(hù)板，以維護(hù)架間的間隙，中等穩(wěn)定頂板覆蓋率ζ值為 75﹪～ 85﹪，穩(wěn)定側(cè)護(hù)板覆蓋率為 60﹪～ 70﹪。 cos1P +300+e] 式中： 配套尺寸＝ 2088mm A:后連桿長度（ mm） G:掩護(hù)梁長度（ mm） e:支架由高到低頂梁前端最大位移量（ mm） 2E 、 1E ：支架在最高位置時(shí)，分別為后連桿與水平面及掩護(hù)梁與水平面的夾角 2E ＝ 83176。減少頂板反復(fù)支護(hù)次數(shù)，保持支架結(jié)構(gòu)緊湊，減輕重量。如果銷不住，側(cè)護(hù)板就在彈簧作用下伸出。中間以兩根主骨架為主體，在主骨 中焊接四個(gè)柱窩。前梁由前梁千斤頂支撐，對(duì)頂板的適應(yīng)性較好。dcaabbeebHHFFae? （ 18）按以上初步求出的四連桿機(jī)構(gòu)的幾何尺寸，再利用幾何作圖法畫出液壓支架掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)曲線，只要逐步變化四連桿機(jī)構(gòu)的幾何的尺寸，便可以畫出不同的曲線來，再按液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征進(jìn)行 校核，最終選出較優(yōu)的四連桿機(jī)構(gòu)尺寸來。則三點(diǎn)為液壓支架在三個(gè)位置時(shí)，前連桿的鉸點(diǎn)。 （ 11）以 O 點(diǎn)為圓心， oa 為半徑作圓弧。 （ 7）以 a 點(diǎn)為圓心，以（ ～ ） G 長度為半徑作弧，在掩護(hù)梁上交一點(diǎn) b，為前連桿上鉸點(diǎn)的位置。 （ 3）過 O 點(diǎn)作與 H— H 線的夾角為 Q1 的斜線。 23 用解析法來確定掩護(hù)梁和后連桿的長度，如下圖所示。 ， Q=26176。 ， Q=26176。 掩護(hù)梁和后連桿的長度的確定 用解析法來確定掩護(hù)梁和后連桿的長度，如下圖所示 其中 G掩護(hù)梁長度； A后連桿長度； L2e′點(diǎn)引垂線到后連桿下鉸點(diǎn)之距； H1支 架最高位置時(shí)的計(jì)算高度； H2支架最低位置時(shí)的計(jì)算高度。當(dāng)支架中心距為 ，如果帶有活動(dòng)側(cè)護(hù)板，最小寬度一般 1150～ 1180mm，最大寬度一般 1320～ 1350mm；如果不帶活動(dòng)側(cè)護(hù)板，則寬度一般取1150～ 1200mm。寬度的確定應(yīng)考慮支架的運(yùn)輸安裝和調(diào)高要求。 （ 2） 中心距和寬度的確定 支架中心距一般等于工作面一節(jié)溜槽長度。 綜合以上分析我們?cè)谠O(shè)計(jì)過程中取 Hmax ＝ 2600mm， Hmin =1200mm。 （ 1） 液支架的高度及其伸縮比的確定 一般應(yīng)首先確定支架適用煤層的平均采高，然后確定支架高度。 （ 2） 確定支架結(jié)構(gòu)參數(shù)的內(nèi)容 ① 確定正常工作條件下，支架與相應(yīng)設(shè)備的位置關(guān)系 。 （ 7） 設(shè)備成本 綜合各條件，宜選用支撐掩護(hù)式支架的架型，即本組畢業(yè)設(shè)計(jì)所選擇架型。 ② 為使移架容易，設(shè)計(jì)時(shí)要使支架底座前部比后部的比壓小。以上時(shí)，應(yīng)選用帶有防滑裝置的支架。 ④ 假頂分層開采，應(yīng)選用掩護(hù)式支架。一般情況下可根據(jù)頂板的級(jí)別，由表 315 見《綜采技術(shù)手冊(cè)》（上冊(cè)）中直接選出架型。即二柱式支架對(duì)頂板的實(shí)際支撐力高于同樣名義額定阻力的四柱式支架，特別是對(duì)機(jī)道上方頂板的支護(hù)強(qiáng)度。但在底板極松軟條件下，必須嚴(yán)格驗(yàn) 算并限制支架底座尖端比壓，不得超過底板容許比壓即極限載荷強(qiáng)度。支承式支架適合于穩(wěn)定頂板。 （ 1） 液壓支架的力學(xué)特征綜述（見表 31） 表 31 不同結(jié)構(gòu)液壓支架的力學(xué)特征比較 支架型式 結(jié)構(gòu)特征 主要力學(xué)特性 18 掩護(hù)式 支掩式 二支柱掩護(hù)式 支架承載力較小，底板比壓均勻，主動(dòng)水平力較大 支頂式 二柱支頂掩護(hù)式 支架承載力大，穩(wěn)定性好，底座尖端比壓較大，對(duì)頂板的主動(dòng)水平力較大，前端支撐力大 支撐掩護(hù)式 支頂支掩 四柱（或三柱） 穩(wěn)定性好，抗水平力強(qiáng)，比壓均勻，但支柱能力利用率低 支頂式 四柱 X 型 頂梁合力調(diào)節(jié)范圍大，伸縮比大，承載力高 四柱支撐掩護(hù)式 承載力大，切頂能力強(qiáng)，比壓較均勻 液壓支架的架型選擇原則 在選擇液壓支架時(shí)既要保證對(duì)工作面頂板實(shí)現(xiàn)可靠的支撐，又要避免 過大的設(shè)備投資，導(dǎo)致不必要的浪費(fèi)。有直支式和間支式兩種。 （ 2） 掩護(hù)式支架 掩護(hù)式支架都有掩護(hù)梁擋住采空區(qū)矸石，立柱較少，均呈傾斜布置，頂梁較短，立柱可斜支在底座與頂梁或掩護(hù)梁之間。這類支架的工作阻力較大，支撐合力位于后部，切頂能力強(qiáng)，架型空間較大。鑄后要進(jìn)行淬火和高溫回火，以降低硬度，增加強(qiáng)度和韌性。該支架設(shè)計(jì)為整體剛性底座，底座接底面積大，有利于減小對(duì)底板的比壓。 其主要作用是： （ 1） 接頂板巖石及煤的載荷； （ 2） 反復(fù)支撐頂煤，可對(duì)比較堅(jiān)硬的頂煤起破碎作用； （ 3） 隔離頂板，為回采工作面提供足夠的安全空間。 （ 1） 金屬結(jié)構(gòu)件主要有頂梁、掩護(hù)梁、前梁、上連桿、前連桿、后連桿、底座、側(cè)護(hù)板、護(hù)幫板等。頂板壓力作用在頂梁上，并通過頂梁和底座間立柱將壓力傳遞底板。 13 液壓支架的工作原理 液壓支架是由乳化液泵站提供高壓乳化液（這里采用水包油型乳化液）作為動(dòng)力由液壓操作系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，液壓油缸和金 屬構(gòu)件組成。 3 采用高壓乳化液泵，以提 高支架的初撐力，很多國家使用的泵站壓力已達(dá)到 300 公斤/ 2厘米 以上。 2 液壓支架的進(jìn)一步發(fā)展，是著重解決擴(kuò)大使用范圍的問題。每種支架的支柱從一根到八根，支撐力從 50 噸到 800 噸，支架的適應(yīng)煤層厚度的范圍從 米，以至更厚的煤層，適應(yīng)煤層傾角由 0? 到45? ，甚至 70? 左右 。由此 12 可見，移架速度和初撐力問題是研究和設(shè)計(jì)液壓支架及其液壓系統(tǒng)的核心問題。初撐增壓閥的研究和開發(fā)，可用于解決初撐力問題，同時(shí)有助于解除高壓力和大流量的制約關(guān)系。 電液控制技術(shù)在液壓支架上的應(yīng)用能夠提高液壓支架的自 動(dòng)化程度和移架速度 (將不同工序或不同支架的操作時(shí)間間隔縮短到最小程度 )，能夠?qū)崿F(xiàn)定壓初撐和遠(yuǎn)距離程序控制等功能。 關(guān)于液壓支架初撐力問題存在的原因以及解決這 —