【正文】 角形設(shè)計）。如圖b所示為潛入式頂梁，頂梁后端為扇形結(jié)構(gòu)，掩護梁可潛入扇形結(jié)構(gòu)內(nèi)，消除三角區(qū)。如圖e所示為帶伸縮前梁的鉸接式頂梁，可及時支護頂板，減少頂板的暴露時間鉸接式頂梁加伸縮和擺動前梁，為如圖d、e所示兩種型式的結(jié)合型，由前梁千斤頂調(diào)節(jié)前梁角度，并在前梁內(nèi)加伸縮前探梁。頂梁前端呈滑撬式或圓弧形，移減少移架阻力。按頂梁的斷面形狀，還可以把頂梁分成如下結(jié)構(gòu)式：1）閉式頂梁頂梁上下蓋板與筋板焊接成封閉型，如圖(34)所示：圖34 頂梁筋板焊接圖2）開式頂梁開式頂梁結(jié)構(gòu)如圖所示其特點為減輕頂梁重量，曾強頂梁抗彎強度。從側(cè)面看掩護梁，有直線型，折線型兩種。從掩護梁的寬度方向分，可分為整體式和相分式兩種。一般燕傾斜方向的上方為固定側(cè)護板，下方為活動側(cè)護板。這種側(cè)護板可以適應(yīng)工作面開采方向變化的要求，有利于防倒和調(diào)架。這種類型側(cè)護板又有三種形式，如圖37a所示，頂梁上無頂板，側(cè)護板易被冒落的矸石卡住，影響側(cè)護板的伸縮；如圖37b、c所示，在頂梁上加設(shè)頂板，克服了以上的缺點，但支架承受偏載時，側(cè)護板裝置受力很大。1）整體式。2）對分式。3）底靴式。同時底座后部的重力大于前部，避免移架時啃底。1．立柱的結(jié)構(gòu)立柱按動作方式分為單作用和雙作用立柱；按結(jié)構(gòu)分為活塞式和柱塞式立柱；按伸縮方式分為單伸縮和雙伸縮式立柱，如圖39所示。2）雙伸縮立柱的動作原理雙伸縮立柱動作原理如圖310所示當高壓液進入中缸下腔，上腔回液，使中缸伸起，如圖310a所示。立柱上部進液孔經(jīng)中缸小孔進入上柱上腔，下腔液體經(jīng)底閥從立柱下部孔回液，上柱下降，如圖310d所示圖310 雙伸縮立柱動作原理3．機械加長桿的結(jié)構(gòu)原理由于雙伸縮立柱結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，為了降低成本，在單伸縮立柱上安裝機械加長桿，滿足支撐高度的變化要求。第二個原因，當立柱為傾斜布置時，在支架升降過程中，立柱一方面要伸縮，一方面要傾斜，立柱與頂梁和立柱與底座之間依靠立柱上、下端半球形發(fā)生轉(zhuǎn)動，從而增大了支架的調(diào)高范圍。2．護幫裝置：液壓支架的護幫裝置時為了開采厚煤層或煤質(zhì)松軟的一些中厚煤層時防止煤壁片幫而設(shè)計的。3．擋矸裝置：矸石涌入支架內(nèi)會造成行人不便，移架困難，有時甚至會埋住操縱閥把手，損壞高壓軟管，嚴重影響支架的正常工作，架內(nèi)矸石的清理也需要繁重的體力勞動。當煤層傾角增大至使支架失去橫向穩(wěn)定性時，支架會向下傾倒，因此，為了保證支架的正常工作，必須采用相應(yīng)的防滑、第4章液壓支架的整體結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計支架的高度確定應(yīng)根據(jù)所采煤層的厚度，采區(qū)范圍內(nèi)地質(zhì)條件的變化等因素來確定，其最大與最小最小高度為Hm≥hm＋S1（41）Hn≤－α－σα（42）式中Hm——支架最大高度；Hn——支架最小高度；hm——煤層最大厚度（最大采高）；hm=hn——煤層最小厚度（最小采高）；hn=S1——考慮偽頂、煤皮冒落以后仍有可靠初撐力的支撐高度，一般取200～300mm；S2——頂板最大下沉量，一般取100～200mm；σα——移架時支架的最小可伸縮量，一般取50mm；α——浮矸、浮煤厚度，一般取50mm。支架間距bc要根據(jù)支架型式來確定，但由于每架支架的推移千斤頂都與工作面輸送機的一節(jié)中部槽相連，因此目前主要根據(jù)輸送機中部槽每節(jié)長度及槽幫上千斤頂連接塊的位置來確定。通常，（），；支撐掩護式液壓支架的底座長度取移架步距的4倍。如圖41所示：2．支架在最高和最低位置時，頂梁與掩護梁的夾角為P和后連桿與低平面的夾角為Q，如圖41所示，應(yīng)滿足如下要求:支架在最高位置時，P≤52176。支架在最低位置時有利于矸石的下滑，防止矸石停留在掩護梁上，根據(jù)物理學摩擦理論可知，要求tanP〉w,如果鋼和矸石的摩擦系數(shù)W=，則P=176。3．從圖41可知，掩護梁與頂梁的餃點e’和瞬時中心O之間的連線與水平線夾角為θ其范圍要為tgθ圖41四連桿機構(gòu)的幾何特征4．應(yīng)取頂端梁前端點運動軌跡雙紐線向前凸的一段為支架工作段，如圖41的h段。以上可知當知道掩護梁和后連桿的長度后，只要把掩護梁和后連桿簡化成曲柄滑塊機構(gòu)就可以了，如圖42所示：1．確定掩護梁上鉸點至頂梁頂面的距離和后連桿下鉸點至底座地面的距離。2．掩護梁和后連桿距離的確定。掩護式液壓支架： AG =～支撐掩護式液壓支架： AG =～支架最高位置時的計算高度為： H1=GsinP1+AsinQ1 (46)根據(jù)AG的比值和式46可以求得掩護梁的長度G和后連桿長度A，經(jīng)過取整后計算出PP2的角度，確定這幾個參數(shù)。 Q2=35176。+176。2) 過O點作于底座地面平行的水平線HH線。）的斜線，以a點為圓心，以G（1950mm）為半徑作圓弧交此斜線于一點e‘，此點為掩護梁與頂梁的鉸點。 P2=26176。9) 在垂線上作液壓支架在最低位置時（距HH1520mm），頂梁與掩護梁的鉸點e’’’。13) 以e’’’為圓心，掩護梁長ae’為半徑作弧，交與最前面圓弧上一點a’’，此點為支架降到最低位置時，掩護梁與后連桿的鉸點。16) 分別作bb’和b’b’’的垂直平分線，其交點c即為前連桿下鉸點，bc為前連桿長度（作圖后測得長度為1717mm）。所以前一個要比后一個步距多一個（一般為600毫米）。一般為130~150毫米。掩護式與支撐掩護式頂梁長度的計算公式為頂梁長度=(配套尺寸+底座長度+AcosQ1)（GcosP1+300+e）+掩護梁與頂梁鉸點至頂梁后端點之距式中： 底座長度—底座前端至后連桿下鉸點之距；e—支架又高到低頂梁前端點最大變化距離；QP1—支架在最高位置時，分別為后連桿與掩護梁與水平面的夾角。bc = = Δ= 所以 Fc = （＋）＝根據(jù)公式 qx = q1 + (q2–q1)(52)qx支架最大采高Hm時支架支護強度，KN/m2；q1在表（25）中低于Hm有與之相近的支護強度KN/m2；q2在表（25）中高于Hm有與之相近的支護強度KN/m2；hq1q1對應(yīng)的采高；Hq2q2對應(yīng)的采高；將數(shù)值代入式52計算可得：qx = 343 + (441–343)=支護強度qx = 從而可得頂梁的支撐阻力： F = qxFc = 立柱缸體內(nèi)徑計算公式：Dd=40F1πndPacosαm(53)F1=Fcqx式中Dd—立柱缸體內(nèi)徑，cm；F1—支架承受的理論支護阻力，kN；nd—每架支架立柱數(shù)，支撐掩護式液壓支架立柱數(shù)為4柱；Pa—安全閥調(diào)整壓力，MPa，按產(chǎn)品樣本選取(或參考同類支架選取)。=表51 內(nèi)徑標準 單位：mm506380100110125140(145)160180200210220230250查表51，選取立柱缸體內(nèi)徑Dd為180mm。為30 MPa，代入公式54P1=πDd2410pb39。作用在液壓支架上的載荷大體分為兩部分：其一是直接頂形成的壓力Q1；其二是老頂形成的壓力Q2。由老頂形成的懸臂一段支撐在直接頂垮落后的矸石上，另一端則支撐在支架和煤壁上方的直接頂上，并形成載荷Q2，隨著煤壁的推進，老頂懸露部分加長，Q2在增加，當老頂懸露達到一定長度后，其自重使其斷裂，于是老頂懸露長度變短，Q2降到最小值，在采煤工作面連續(xù)開采過程中，工作面不斷前移，Q2由小變大，再有大變小，這樣周而復(fù)始的變化，Q2每次遞增至老頂斷裂稱為老頂周期來壓。此現(xiàn)象為液壓支架的“讓壓”現(xiàn)象。由上述液壓支架工作狀態(tài)可知，支架承受的外載荷是頂板下沉形成的。3．頂梁、底座與頂板被認為均勻接觸，載荷沿支架長度方向按線性規(guī)律分布，沿寬度方向均勻分布。6．產(chǎn)生作用在頂梁的水平力的情況有兩種，一是由于支架讓壓回縮，頂梁前端點運動軌跡為近似雙紐線，頂梁與頂板間產(chǎn)生相對位移，頂板給予頂梁水平摩擦力；另一種是由于頂板向采空區(qū)方向移動，使支架頂梁受到一個只想采空區(qū)的水平摩擦力。以圖55中a點位坐標原點建立坐標系，列平衡方程如下：ΣFX=0 ΣFy=0 式中：Fn—頂梁所受的集中力，KN；W—頂梁頂板摩擦系數(shù)，W=；Pa—前排立柱的合力，Pa=；Pb—后排立柱的合力，Pb=； L2—前立柱柱窩與a點的水平距離，L2=1510mm： L3—后立柱柱窩與a點的水平距離，L3=310mm：hh’1—前后立柱柱窩與頂梁上表面的距離，h1=h’1=215mm；h2—a點與頂梁上表面的距離，h2=280mm；αα2—前后立柱與垂直平面的夾角，α1=α2=5176。=h3L4=1302046（512）將已知數(shù)值代入式557并化簡可得：Fx+FnWPa?sin5176?！?14）聯(lián)立式5151514可得：FyFx=Fn(Pa+Pb)?cos5176。將已知數(shù)值代入式58并化解可得：。設(shè)頂梁長為Lg，頂板的集中載荷為，其作用點距頂梁一端為。頂梁前端比壓為：MPa（517）頂梁后端比壓為：Mpa（518）由于x=（）所以載荷分布為三角形。而掩護式液壓支架和支撐掩護式液壓支架，由于支架的工作阻力因支架支撐高度不同而異，故支護強度也因支架支撐高度變化而變化。對于掩護式和支撐掩護式液壓支架而言，兩者并不相等。由于支架的工作阻力F1由立柱工作阻力之和的垂直分力及掩護梁和前、后連桿來承擔，而立柱的工作阻力之和不變，當η值過大時，說明掩護梁和前、后連桿承受載荷增加，對掩護梁和前、后連桿不利；當η值過小時，說明立柱工作阻力不能充分發(fā)揮。前面數(shù)章的內(nèi)容已經(jīng)給出了支架主要零件部件受力分析和負荷的計算方法。2. 結(jié)構(gòu)鋼、銷軸、活塞桿的屈服極限及強度條件如下：1) 各機構(gòu)件通常采用15CrMo等普通低碳合金結(jié)構(gòu)鋼，并由具體標準厚度的鋼板焊接而成，取σs=459MPa。3. 缸體材料采用27SiMn無縫鋼管，取抗拉強度σb=1020MPa，強度條件為n=σb[σ]≥[n]（522）式中[σ]—缸體許用應(yīng)力，MPa；[n]—許用安全系數(shù)，～4。 ，可按標準厚度鋼材減薄，或減少加強筋板高度，以減輕支架重量，降低成本。圖58頂梁受力圖、剪力圖及彎矩圖1．根據(jù)頂梁的的具體受外力情況，將個點的力簡化到頂梁的上表面，如圖58a和圖58b所示。h1=。Pa=Pb=。α1=α2=5176。C點的力和附加力矩：。2．繪制剪力圖、彎矩圖1）確定約束力，我們可以得到頂梁在A、D兩點約束力，如圖58b所示。從圖中可以得到剪力和彎矩的絕對值的最大值 (BC段)；（B截面），下面進行頂梁強度校核，取頂梁在B點的橫截面，頂梁全部采用20mm厚的16Mn鋼板焊接而成,頂梁柱間距和筋板間尺寸參照圖59和表510中的方案4確定，具體尺寸如圖510所示。yC=Sz1+Sz2+Sz3+Sz4A1+A2+A3+A4表55頂梁鋼材參數(shù)牌號鋼材直徑或厚度mmσsMPaσbMPaδ5%特性及應(yīng)用舉例≥16Mn≤16＞16～25＞25～36＞36～50＞50～100345325315295275510～660490～640470～620470～620470～6202221212120產(chǎn)量最大，應(yīng)用廣泛的，綜合機械性能良好，低溫沖擊韌性、冷沖壓和切削加工性能好，焊接性亦佳，比Q235鋼的性能要優(yōu)越，但缺口敏感性比Q235鋼要明顯，如有缺口存在時，疲勞強度較Q235低，且易發(fā)生裂紋，正火可以提高鋼的塑性，沖擊韌性，冷壓成型性能，但其強度略有下降，一般在熱軋或正火狀態(tài)下使用，廣泛用于制造受動載荷的各種焊接鋼結(jié)構(gòu)，如橋梁、車輛、船舶、管道、鍋爐、大型容器、油缸、重型機械設(shè)備、礦山機械、電站、廠房結(jié)構(gòu)、40?以下的低溫壓力容器，橋梁等結(jié)構(gòu)件，還可制作滲碳零件注：取自《機械零件設(shè)計手冊》第三版，ISBN 75024132432．斷面關(guān)于z軸的慣性矩計算 (529)由公式529分別計算各部分對z軸的慣性矩：IZ1==289977333mm4IZ2==349093573mm4IZ4==728370373mm4IZ=IZ1+IZ2+IZ3+IZ4=109mm4=103m43．計算斷面上的最大拉應(yīng)力和最大壓應(yīng)力由圖59所示，可以確定最大拉應(yīng)力作用點和最大壓應(yīng)力作用點到中性軸的距離分別為：, ymax=彎矩計算公式如下σmax+=Mzymax+Iz(拉) （530）σmax=MzymaxIz(壓) （531）應(yīng)用公式5531，；Iz的單位化為m4；和ymax的單位化為m，將已知數(shù)值代入公式，得到：σmax+=Mzymax+Iz=103N?m103m4=106Pa= _σmax=MzymaxIz=103N?m103m4=106Pa= _4．安全系數(shù)校核查表53和表54可知頂梁許用安全系數(shù)[n]=，20mm厚的16Mn鋼板σs=325MPa計算頂梁安全系數(shù)為：＞[n]由以上計算可知頂梁強度滿足使用要求。我們作為即將畢業(yè)的機械制造及其自動化大學生，未來生產(chǎn)行業(yè)的技術(shù)人員，設(shè)計和生產(chǎn)出高技術(shù)含量、高安全系數(shù)的機械產(chǎn)品是我們的責任。支撐掩護式液壓支架設(shè)計即將結(jié)束。這次做論文的經(jīng)歷也會使我終身受益，我感受到做研究是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己學習的過程和研究的過程，沒有學習就不可能有研究的能力，沒有自己的研究，就不會有所突破。 30Cr06