【正文】 1946 kN/m2。如圖 34 所示 q3 F1 q2 圖 34 頂梁三角形載荷分布 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 37 頂梁前端比壓 2q 為 0，頂梁后端比壓 3q 為： 313 103 2 ????mBFq (MPa) 當(dāng) 3gLx? 時(shí)，載荷呈梯形分布，如圖 35 所示： 頂梁前端比壓為： mggBL LxFq ??? 212 )26( 頂梁后端比壓為： mgg BL xLFq ??? 213 )64( 由于 33 0 4 7 2 7 ??x ,故本支架頂梁受力為 梯 形分布，計(jì)算得： 頂梁前端比壓為： ? ? ? ? 17503040 32212 ??? ?????? mg gBL LxFq(MPa) 頂梁后端比壓為： F1 q3 q2 圖 35 頂梁梯形載荷分布 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 38 ? ? )64( 32213 ??? ????? ??mgg BL xLFq (MPa) 支護(hù)強(qiáng)度計(jì)算 支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)束，其結(jié)構(gòu)尺寸已定。由于 頂板與頂梁接觸情況不同，載荷實(shí)際分布很復(fù)雜。圖中 aP 、 bP 為前后立柱的工作阻力，其和為 2P ， 2P 是液壓支架的工作阻力。 借助于取分離體的方法求出 mF 、 nF 、 zF 及其作用點(diǎn)的位置。即：滿足靜力平衡的充分必要條件為，各力在 x 軸上的投影之和為零，各力在 y 軸上的投影之和為零，各力對(duì)某點(diǎn)取矩之和為零，下面根據(jù)這一理論對(duì)支架進(jìn)行受力分析和計(jì)算。 7. 支架各部件受力，按不同支護(hù)高度時(shí)受力最大值進(jìn)行強(qiáng)度校核。 4. 通過分析和計(jì)算可知，掩護(hù)梁上矸石的作用力，只能使支架實(shí)際支護(hù)阻力降低，所以在進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算時(shí)不計(jì)，使掩護(hù)梁偏于安全。為避免立柱完全縮回，支架出現(xiàn)“壓死”現(xiàn)象，采煤工作面的生產(chǎn)循環(huán)應(yīng)保證在“壓死”前就前移。此后，頂板開始破碎和下沉或斷裂，支架承載加大，直至立柱下腔壓力達(dá)到安全閥調(diào)整定值，安全閥釋放，立柱下縮。 Q2 每次遞增直至老頂斷裂，稱為老頂周期來壓。當(dāng)直接頂在支架頂梁之后冒落時(shí)， 老頂呈懸臂狀態(tài)。作用在支架上的載荷，大體上可以分為兩個(gè)部分（如圖 41 所示），其一是直接頂形成的壓力 Q1，其二是老頂形成的壓力 Q2 。 則有： )(0 4 1 0 02 0 04040 cmP FFD b ty ?? ????? ?? 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 缸徑 (mm) 160 140 125 100 80 63 50 桿徑 (mm) 140 100 85 100 85 70 70 (63) 50 45 45 40 32 泵壓 (MPa) 推力 (kN) 637 490 392 245 157 98 63 拉力 (kN) 1500 38 44 23 30 284 12 15 9 10 4 5 4中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 由以上計(jì)算出來的推移千斤頂缸體內(nèi)徑，再按 上表 選取 。 立柱的初撐力與泵站的額定工作壓力 立柱的初撐力按下式進(jìn)行計(jì)算： bpDP ??? 10421 ? 式中 bp — 泵站額定工作壓力 (MPa)，這里 取 bp = 則有 9 5 221 ???????? bpDP ?(kN) 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 安全閥壓力和立柱工作阻力的確定 立柱工作阻力計(jì)算公式如下： aPDP ??? 10422 ? 式中： aP — 安全閥的調(diào)正壓力，這里取 aP =40MPa 則有 502440104 222 ??????? aPDP ? (kN) 推移千斤頂 參數(shù)確定 1． 推移千斤頂 的缸徑確定 本支架 采用 浮動(dòng)活塞式 推移千斤頂，其缸體內(nèi)徑 按下兩式聯(lián)立求得 ： 240 dPFDby ?? ? ； btPFd ?? 式中 D—— 推移千斤頂缸體內(nèi)徑 (cm)； bP —— 泵站額定工作壓力 (MPa)； d—— 活塞桿直徑 (cm)。 支護(hù)面積 支架的支護(hù)面積按下式計(jì)算： )( ??? LbF （ m2） 式中 F — 支架的支護(hù)面積（ m2） L — 支架頂梁的長(zhǎng)度（ m） ? — 移架后頂梁前端到煤壁的距離（ m），一般取 ? =300mm 故本支架支護(hù)面積為： )(2)( ??????? LbF （ m2） 支護(hù)強(qiáng)度 支護(hù)強(qiáng)度是液壓支架的一個(gè)重要參數(shù)，它是 指支架對(duì)單位面積頂板提供的工作阻力，按下式計(jì)算： )( 13LLL pKq nP s??（ kN/m2） 式中： P— 立柱總工作阻力（ N）； sK— 支護(hù)效率； pL — 支架中心距（ mm）； nL — 梁端距（ mm）； 13L — 頂梁長(zhǎng)度（ mm）。這種千斤頂結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，推溜力較小，一般用于支撐式支架。這種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝卸方便，但要求活塞桿外徑與缸體內(nèi)徑之間有比較大的空間，這種固定方式使用較多。 活塞的軸向固定方式由三種：用螺帽加防松螺釘固定；用壓盤和螺釘固定；用半圓環(huán)加彈性擋圈固定。 蕾型密封圈是一個(gè) U 型夾布橡膠圈和唇內(nèi)夾橡膠壓制而成的單向?qū)嵭拿芊馊ΑＴ诓怀惺軝M向力或橫向力很小的情況下，可以用保護(hù)密封圈的尼龍擋圈兼做圖 25 底座的結(jié)構(gòu)形式 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 導(dǎo)向環(huán)。 活塞是立柱的關(guān)鍵元件，對(duì)它的主要 要求是保證密封性能良好，運(yùn)動(dòng)表面能承受外力的沖擊。 立柱的結(jié)構(gòu)由缸體、活塞、缸口和活塞桿等組成。在整體式底座后部中間去掉一塊鋼板，減少底座后部與底板的接觸面積，增加底座后部的比壓，同時(shí)有利于排矸。 支撐式支架底座結(jié)構(gòu)選整體式底座，如圖 25，整體式底座是用鋼板焊接成的箱式結(jié)構(gòu)，整體性強(qiáng)，強(qiáng)度高，不易變形，與底板接觸面積達(dá)，接觸比壓小，便于安裝復(fù)位裝置。在頂梁下焊有鑄鋼柱窩，柱窩兩側(cè)有孔，用鋼絲繩或銷軸把立柱和頂梁連接起來。 各類頂梁都為箱式結(jié)構(gòu)，一般有鋼板焊接而成。 各部件結(jié)構(gòu)選擇 液壓支架各個(gè)部件的結(jié)構(gòu)形式與工作面的頂?shù)装鍡l件和支架結(jié)構(gòu)形式有關(guān)，選擇時(shí)根據(jù)支架的結(jié)構(gòu)和工作面頂?shù)装鍡l件，對(duì)各個(gè)部件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，最后擇優(yōu)選 擇。 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。 刮板輸送機(jī)型號(hào) SGZ730/220,所以： 故 k =732mm， d =656mm 取 ? =100mm， c =300mm， 另外 a =700mm 得 cadkb ?????? =100+732+656+700300=1888mm 則頂梁總長(zhǎng) L=1888+1440+800=4128mm 取 L=4540mm 立柱布置 本支架采用懸浮式立柱。在設(shè)計(jì)支架底座的長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)考慮如下方面：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。復(fù)合支護(hù)的特點(diǎn)是，支護(hù)滯后時(shí)間短，但增加了反復(fù)支撐次數(shù)。 滯后支護(hù) 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 一般循環(huán)方式為：割煤 — 推溜 — 移架。 3 個(gè)工序的不同組合順序，可形成液壓支架的 3 種支護(hù)方式，從而決定工作面“三機(jī)”的不同配套關(guān)系。由于安全閥的作用，支架的支撐力維持在某一恒定數(shù)值上，這是支架的恒阻階段。 （ 3）恒阻階段 隨著頂板壓力的進(jìn)一步增加，立柱下腔的液體壓力越來越高。 （ 1）初撐階段 在升架過程中，當(dāng)支架的頂梁接觸頂板，直到立柱下腔的液體壓力逐漸圖 13 液壓支架工作原理圖 1頂梁； 2立柱； 3底座； 4推移千斤頂； 5安全閥； 6液控單向閥； 8操縱閥； 9輸送機(jī)； 10乳化液泵； 11主供液管； 12主回液管 PO192345681171210中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 上升到泵站工作壓力時(shí)，停止供液，液控單向閥 6 立即關(guān)閉，這一過程為支架的初撐階段。移架結(jié)束后，再把支架升起，使支架撐緊頂 板。當(dāng)操縱閥 8 處于降柱位置時(shí)，工作液體進(jìn)入立柱的上腔，同時(shí)打開液控單向閥， 立柱下腔回液，支架下降。后兩類又統(tǒng)稱為掩護(hù)型液壓支架。其作業(yè)是確保采煤工作面人員與設(shè)備的安全，并實(shí)現(xiàn)頂板管理與支護(hù)以及采煤作業(yè)過程機(jī)械化。由于此處頂板懸露面積較大，綜采設(shè)備較多，又是人員的安全出口，要求端頭支架不僅能支護(hù)頂板，而且要與端面處的各種機(jī)械設(shè)備相適應(yīng)。 隨著采煤機(jī) 割煤的繼續(xù)，工作面液壓支架不斷重復(fù)上述四個(gè)主要?jiǎng)幼鬟^程。采煤機(jī)割煤后，支架尚未前移時(shí)（ BB截面），端面距最大（等于采煤機(jī)截深）；當(dāng)支架降柱卸載前移，然后升柱支護(hù)新裸露頂板時(shí)，端面距又達(dá)到最小（ CC 截面）。為了實(shí)現(xiàn)頂板及時(shí)支護(hù)，常采用 先移架后推溜的方式。＜α＜ 45176。前、后立柱交叉布置 的支架適用于薄煤層。 2．掩護(hù)式支架 ： 掩護(hù)式支架利用立柱、短頂梁支撐頂板，利用掩護(hù)梁來防止巖石落入 工作面。 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。液壓支架與可彎曲輸送機(jī)和采煤機(jī)組成綜合機(jī)械化采煤設(shè)備，它的應(yīng)用對(duì)增加采煤工作面產(chǎn)量、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、降低成本、減輕工人的體力勞動(dòng)和保證安全生產(chǎn)是不可缺少的有效措施。不僅有用于一般工作面的液壓支架，還有用于放頂煤采煤、分層鋪網(wǎng)采煤等條件下的特種用途液壓支架。由于這種架型的優(yōu)良性能，很快就獲得了推廣，并逐步取代了早期的垛式與節(jié)式支架。 液壓支架可靠而有效地支撐和控制工作面頂板，隔離采空區(qū)，防止矸石竄入工作面，保證作業(yè)空間，并且能夠隨著工作面的推進(jìn)而機(jī)械化移動(dòng)，不斷的將采煤機(jī)和輸送機(jī)推向煤壁，從而滿足了工作面高產(chǎn)、高效和安全生產(chǎn)的要求。我國(guó)綜采技術(shù)日趨成熟，不但生產(chǎn)水平，而且工藝水平已進(jìn)入世界先進(jìn)行列。綜合機(jī)械化采煤不僅產(chǎn)量大，效率高，成本低，而且能減輕繁重的體力勞動(dòng)，改善工人的作業(yè)環(huán)境，保護(hù)工人的生命安全，是煤炭工業(yè)技術(shù)的發(fā)展方向。因此，為了降低成本，提高采煤的經(jīng)濟(jì)效益，世界各產(chǎn)煤大國(guó)都一直在積極地開展液壓支架的研究。 70 年代中期，研制成功了掩護(hù)式與支撐掩護(hù)式支架。；最 大工作阻力達(dá)10000kN。實(shí)踐表明液壓支架具有支護(hù)性能好、強(qiáng)度高、移架速度快、安 全可靠等優(yōu)點(diǎn)。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 按照支架與圍巖的相互作用和立柱布置特點(diǎn)分類 ， 液壓支架 的形式一般和分為三大類，即 支撐式、掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式三類 ，如圖 11 所示。 （ 1）節(jié)式 ： 節(jié)式支架由 2～ 4 個(gè)框架組成，用導(dǎo)向機(jī)構(gòu)互相聯(lián)系，交替前進(jìn)， （ 2）垛式 ： 整個(gè)支架為一整體結(jié)構(gòu)，整體移動(dòng)，通常有 4～ 6 根立柱，可以支撐堅(jiān)硬與極堅(jiān)硬的頂板。 根據(jù)使用條件，支撐掩護(hù)式支架的前、后排立柱可前傾或后傾，傾角大小也可不同。） 傾斜工作面支架（ 25176。每個(gè)工作面一般由滾筒、采煤機(jī)、液壓支架、刮板輸送機(jī)、裝載機(jī)、乳化液壓站和油管等主要設(shè)備組成。此時(shí)，推溜千斤頂活塞桿處于伸出狀態(tài)，端間距為零，輸送機(jī)緊靠煤壁。此時(shí)，推溜千斤頂?shù)幕钊麠U又處于伸出狀態(tài)（ DD截面），以便完成下一個(gè)動(dòng)作過程。 端頭支架安裝在采煤工作面兩端與順槽連接處。 中間支架安裝在除端頭支架以外的采煤工作面的全部作業(yè)位置。 中間支架按其結(jié)構(gòu)及與圍巖相互作用方式可分為 :支撐式、掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式三大類，如圖 12。 支架升降和推移 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 當(dāng)操縱閥 8處于升柱位置時(shí)，從乳化液 泵站來的高壓液體通過操縱閥 液控單向閥 6進(jìn)入立柱 2的下腔，立柱上腔回液，支架升起，并撐緊頂 板。這時(shí)，支架以輸送機(jī)為支點(diǎn)前移。它包括初撐、承載增阻和恒阻三個(gè)階段。 （ 2）承載增阻階段 支架初撐結(jié)束后，隨著頂板的下沉，立柱下腔的液體壓力逐漸升高，支架對(duì)頂板的支撐力也隨之增大，呈現(xiàn)增阻狀態(tài)，這一過程為支架的承載增阻階段。隨著頂板的繼續(xù)下沉，安全閥重復(fù)這一過程。 液壓支架的支護(hù)方式 綜采工作面的主要生產(chǎn)工序有采煤、移架和推溜。適用于各種頂板條件，是目前應(yīng)用最廣泛的支護(hù)方式。 復(fù)合支護(hù) 一般循環(huán)方式為：割煤 — 支架伸出伸縮梁 — 推溜 — 收伸縮梁 — 移架。 取 mB =1750mm， 3c =150mm,n =1 則 3ncBb mc ?? =1750+150 1 =1900mm 底座長(zhǎng)度 底座是將頂板壓力傳遞到底板和穩(wěn)定支架的作用。