【正文】 構件的強度校核，除按理論支護阻力校核危險斷面外，還要按原煤炭部標準 MT－ 8684《液壓支架型式試驗技術規(guī)范 》的各種加載方式，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，將由安全系數(shù)來保證強度。為簡便計算，以下均在支架的最高位置進行各部分的受力計算 。取 1F 為最大值時進行梁的強度校核 。前面的內(nèi)容已經(jīng)給出了支架主要零部件受力分析和負荷的計算方法，但是由于液壓支架的結構特點、外載荷特點以及其使用條件的特殊性，在強度計算中的強度條件也是有其特殊性的。 4. 焊條抗拉強度取 561?b? MPa，其強度條件為： ??bn? ≥ [n] 。下面簡單介紹我國液壓支架強度計算中的強度條件： s? 計算安全系數(shù)； 、銷軸、活塞桿的屈服極限及強度條件； (1).各結構件采用 16Mn 低合金高強度 結構 鋼，并由具有標準厚度的鋼板焊接而成，取 345?s? MPa； (2).各銷軸均采用 35CrMo 等合金結構鋼，取屈服極限 835?s? MPa； (3).活塞桿均采用 27SiMnTi 鋼，取屈服極限 835?s? MPa； (4).結構件、銷軸和活塞桿的強度條件為： max??sn? ≥ [n] （ 53） 式中 ， max? — 危險斷面計算出的最大應力， MPa； ][n — 許用安全系數(shù) 。 從 ax 和 ay 的式子中可以看出，當 8P 為正 ，即平衡千斤頂為推力時 , ax 和 ay 有最大值，掩護梁受力最大，同時前后連桿受力也最大，所以驗算掩護梁和前后連桿強度時，也應按此種情況進行。對 O 點取矩可求得 1F 的表達式。隨著支架高度的變化，支架各個部件所受的力也隨之變化。頂梁和頂板的靜摩擦系數(shù) W 一般取 ～ 。 （ 4） 通過分析和計算可知，掩護梁上矸石的作用力，只能使支架實際支護阻力降低。 為了設計計算方便，要對支架的外載荷和支架本身進行簡化，現(xiàn)概述如下： （ 1） 把支架簡化成一個平面系機構。 由上述可知，支架承受的外載荷是頂板下沉行成的。稱此現(xiàn)象為液壓支架的“讓壓”現(xiàn)象。 5 液壓支架頂梁受力分析及強度計算 液壓支架頂梁受力分析 液壓支架的結構和支架液壓系統(tǒng)必須保證液壓支架具有完全適應頂板變化的性能。 屈服極限： MPas 835?? ； 安全系數(shù)：取 2n? ； 允用應力： ? ? sn?? ? 2835? ? MPa 缸筒 所需最小厚度 ： ? ?? ? ???????????? ppD ??? ???????? ??? ???? 11? mm 考慮到需要安裝導向套，選取缸筒內(nèi)壁厚度為 30 20?? mm 二級 立柱的 工作壓力 已知二級缸徑為 200mm，按下式可求得二級缸內(nèi)的壓力： 12 224000 cosadFP nD??? mm 式中： 1F —— 支架 工作阻 力， kNF 36001 ? ； n—— 每架支架立柱數(shù)， n=2； 2D —— 二級缸內(nèi)徑 ， mmD 20xx ? ； ? —— 立柱最大傾角，（支架降到最低位置時 α 角最大）， ?28?? 。好的結構不但可以使支架外形美觀，還可以改善支架的受力狀況，使支架受力更合理，能承受更大的外載荷 。 所以綜合考慮各個方面， ZY3200 型掩護式支架采用圖 b 所示的側護板。 側護板的結構型式 圖 側護板的結構型式 一種是側護板在頂梁的外側?；顒觽茸o板通過彈簧筒和側推千斤頂與梁體連接，以保證活動側護板與鄰架的固定側護板靠緊。 側護板的種類與選擇 頂梁和掩護梁的側護板有兩種，如圖 所示：一種是一側固定另一側活動的側護板。 ZY3200 計成雙單連桿，后連桿設計成整體連桿，如圖 、圖 ，整體連桿由兩根單連桿組焊而成，用在后連桿，抗扭轉能力強，銷軸與銷孔最大配合間隙控制在 1mm以內(nèi) ,以增強支架的穩(wěn)定性。掩護梁上端與頂梁鉸接，下部與前、后連桿鉸接。因此，除滿足一定的剛度和強度外，對底板的適應性要強；對底板的接觸比壓要小；支架內(nèi)部應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。 圖 頂梁閉式 立筋型式 24 圖 頂梁開式立筋型式 開式頂梁的特點，可減輕頂梁重量，增強頂梁的抗彎強度。在頂梁下面焊有鑄鋼柱窩，柱窩兩側有孔，用鋼絲繩或銷軸把立柱和頂梁連接起來，掩護式支架和支撐掩護式支架在頂梁后端有銷孔，通過銷軸與掩護梁上 的銷孔相連。 頂梁斷面形狀 各類頂梁都為箱式結構，一般由鋼板焊接而成。由于前梁可以及時伸出支護剛暴露的頂板，從而允許固定頂梁減少長 度。 圖 d 為剛性頂梁帶鉸接式前梁，頂梁由前、后梁鉸接。但對頂板的適應性差。因此除滿足一定的剛度和強度外，對底板起伏不平的適應性要強；對底板接觸比壓要?。灰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；要便于人員操作行走，能起一定的擋矸作用；要考慮排矸能力；要有一定的重量，以保證支架的穩(wěn)定性等。薄煤層一般為 100～ 150KN ，中厚煤層為 150～ 300KN ，厚煤層為 300～ 400KN ，本次設計取移架力為 200KN ； 22 4 液壓支架主要部件設計 支 架主要部件的設計要求 頂梁是支護頂板的直接支撐構件，除滿足一定的剛度和強度外，還要滿足支護頂板足夠的頂板覆蓋率；同時盡可能的要適應頂板的不平整性，使頂梁與頂板的接觸應力均勻，避免因局部壓力而引起損壞。 初撐力 在立柱設計 中 計算。 21 初撐力的大小對支架的支護性能和成本都有很大影響。 510q KM ? ??? MPa 式中 ， K — 作用于支架上的頂板巖石厚度系數(shù)，取 K=5。故選立柱數(shù)目為 2。 刮板輸送機型號 SGB764/264， 規(guī)格（長 寬 高）（ mm）為 1500 764 222 配套尺寸 =800+154+130+764+190+25=2063mm 底座長度 =2800mm 頂梁長度 =(2063+2800+1234 cos70176。 圖 支架工作方式比較圖 A — 先推溜后移架工作方式（活塞桿處于收縮狀態(tài)） B — 先移架后推溜工作方式（活塞桿處于伸出狀態(tài)） 頂梁長度計算 支架在工作面的相對位置關系如圖 。 最終 液壓支架四連桿機構的幾何作圖得到的最終結果 ，如圖 圖 四連桿機構的的最終結果 18 頂梁長度的確定 支架工作方式對頂梁長度的影響 支架工作方式對頂梁長度的影響很大，如圖 。 用幾何作圖法確定四連桿機構的各部分尺寸具體做法如圖 所示。、 2P =14176。 用解析法來確定掩護梁和后連桿的長度，如圖 所示： 設： G— 掩護梁長度； A— 后連桿長度； 2L — e? 點垂直線到后連桿鉸點之距； 1h — 支架最高位置時的計算高度； 2h — 支架最低位置時的 計算高度。 這個尺寸的選取最好進行同類支架的選取，在設計中我發(fā)現(xiàn)若是這 15 兩個尺寸選取不當會導致后續(xù)的麻煩。這樣四連桿機構就可以確定了。 以上分析得知，為使支架受力合理和工作可靠，在設 計四連桿機構的曲線運動軌跡時，應盡量使支架的工作段要取雙紐線向前凸的那一段，所以當已知掩護梁和后連桿的長度后，從這個觀點出發(fā)，在設計時，只要把掩護梁和后連桿簡化成曲柄滑塊機構，進行作圖就可以了，其掩護梁和后連桿構成的曲柄滑塊機構如圖 所示?！?30176?！?85176。 四連桿機構 尺寸設計 在設計四連桿機構時，要根據(jù)四連桿機構的幾何特征來確定。這樣可使托梁鉸接點運動時與煤壁接近于保持等距，當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良好； （二） 擋矸 鑒于組成四連桿機構的掩護梁既是連接件，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，掩護梁一般做成整體箱形結構，具有一定強度。 支架底座長度的確定 底座是將頂板壓力傳遞到底板和穩(wěn)固支架的部件，在設計支架的底座長 度時，應考慮如下諸方面：支架對底板的比壓要小，支架內(nèi)部應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。我國綜采實踐認為：梁端距的大小對支架前頂板的冒落情況有很大影響，尤其是破碎頂板，梁端距過大，會使頂板難以控制。 支架間距 cb 主要根據(jù)支架形式確定，但目前主要根據(jù)刮板輸送機溜槽每節(jié)長度及槽幫上千斤頂連接的位置來確定，我國刮板輸送機溜槽每節(jié)長度為 ，千斤頂連接位置在刮板槽中間，所以除節(jié)式和邁步式支架外，支架間距一般為 。 取 1=200mmS ， 2 150S mm? ， 由 得 3200?mH ， 1400?nH 得， 3000?mh ， 1700?nh （二） 支架的伸縮比 液壓支架的使用壽命較長，并可能被安裝在不同的采煤工作面，所以，支架應具有 較大的伸縮比。 10 根據(jù)工作面生產(chǎn)能力的要求以及采煤機、液壓支架和運輸機的配套關系，參照國內(nèi)外工作面輸送機的技術參數(shù)以及該礦區(qū)近幾年綜采 “三機”配套成熟的經(jīng)驗，最終選定SGZ764/264 型運輸機。初步確定工作阻力 為 3600KN，支護強度為 。如圖 所示： 9 圖 二柱支頂掩護式支架 采高的確定 支架最大高度選 ，根據(jù)雙伸縮立柱的伸縮比，支架的最低高度為 。 液壓支架的選型 液壓支架選型原則： 支護強度應與工作面礦壓相適應。 7 圖 液壓支架在工作面布置示意圖 1－采煤機 ； 2－液壓支架 ； 3－傳送帶輸送機 ； 4－轉載機； 5－刮板輸送機； 6－主進液管 7－主回液管； 8－乳化液泵； 9－乳化液箱； 10－端頭支架； 11－單體液壓支柱； 8 2 工作面設備選型 工作面設備選型配套原則 生產(chǎn)能力配套 工作面生產(chǎn)能力取決于采煤機落煤能力，而刮板輸送機、液壓支架及運輸巷運輸 設備的運輸能力要高于采煤機生產(chǎn)能力的 20％以上，要保證工作面高產(chǎn)，工作面運輸設備的運輸能力要大于采煤機的落煤能力，液壓支架的移架速度一定要滿足采煤機高產(chǎn)快速運行的要求?？捎糜诜€(wěn)定、完整的頂板。即時支護的特點是，頂板暴露時間短，梁端距較小。從而對頂板進行及時支護，防止頂板冒落，保持一定的作業(yè)空間，確保綜采工作面人員和設備的安全，實現(xiàn)頂板管理及采煤作業(yè)過程機械化，提高采煤工作效率。支架支撐頂板后，以其為支點操作推溜千斤頂。采煤機每切割一刀，液壓支架依次完成降柱、移架、升柱和推溜四個主要動作過程。當需要支架前移時，先 6 降柱卸載，然后高壓液進入推移千斤頂?shù)幕钊麠U腔，另一腔回液，以輸送機為支點，缸體前移，把整個支架拉向煤壁；當需 要推輸送機時，支架支撐頂板后，高壓液進入推移千斤頂?shù)幕钊?，另一腔回液，以支架為支點，使活塞桿伸出，把輸送機推向煤壁。 圖 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 ，即：開始升柱至單向閥關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。 液壓支架的工作原理 液壓支架在工作過程中，必須具備升、降、推、移四個基本動作，這些動作是利用泵站供給的乳化液通過工作性質(zhì)不同的幾個液壓缸來完成的。 美國綜采工作面最高日產(chǎn)超 7 萬t，最高工效 1 336 t/工 。 美國是世界上最先進的采 煤國家，早在 1990 年就已采用額定壓力 50 MPa、 額定流量 478 L/min 的乳化液泵站，以實現(xiàn)支架快速推進，移架速度達 6 s/架 ～ 8 s/架 。 新型液壓支架普遍具有微型電機或電磁鐵驅(qū)動的 電液控制閥，推移千斤頂裝有位移傳感器，采煤機裝有紅外線傳感裝置，立柱缸徑超 400 mm。 現(xiàn)場實際統(tǒng)計，前移一組支架大約需 1 min。 8． 配套尺寸 根據(jù)配套尺寸及支護方式來計算頂梁長度。 4． 底板巖性及小時涌水量 根據(jù)底板巖性及小時涌水量驗算地板比壓。由于液壓支架的類型很多，因此其設計的工作量也是很大的，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)。而每 3 個綜采工作面平均需要安裝 150 臺液壓支架，可見對液壓支架的需要量是很大的。 到目前為止，適于我國高產(chǎn)高效的國產(chǎn)液壓支架有 20 余種架型，其中用于緩傾斜中厚煤層和緩傾斜厚煤層的各占一半 。 20 世紀 70 年代末 80 年代初我國分三次大規(guī)模引進國外支架，尤其是第三批引進了當時西方國家較為先進的綜采設備共