【正文】 ..................................... 41 第六章 液壓支架的強(qiáng)度設(shè)計(jì) ................................................................................................ 43 液壓支架在強(qiáng)度設(shè)計(jì)時(shí)的強(qiáng)度條件 ....................................................................... 43 液壓支架各結(jié)構(gòu)件強(qiáng)度校核 ................................................................................... 45 頂梁強(qiáng)度校核 ................................................................................................ 45 立柱強(qiáng)度校核 ................................................................................................ 49 底座強(qiáng)度校核 ................................................................................................ 52 第七章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ........................................................................................................ 56 液壓系統(tǒng) ................................................................................................................... 56 立柱和千斤頂 ........................................................................................................... 57 液壓閥 ....................................................................................................................... 58 結(jié)束語(yǔ) ...................................................................................................................................... 60 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................. 61 致 謝 ...................................................................................................................................... 62 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 1 第一章 緒論 液壓支架的用途 液壓 支架是綜采設(shè)備的重要組成部分。在生產(chǎn)過(guò)程中，液壓支架的性能的好壞將直接影響煤礦生產(chǎn)的質(zhì)量 ,特別是生產(chǎn)過(guò) 程中對(duì)人員的安全保障問(wèn)題是極為重要的。 ① 支撐式液壓支架是一個(gè)在底座上放置幾根立柱支撐頂梁，通過(guò)頂梁支撐頂板的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它是世界上發(fā)展最早的液壓支架。 ② 掩護(hù)式液壓支架 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 2 掩護(hù)式液壓支架是利用立柱、頂梁與掩護(hù)梁支護(hù)頂板和防止巖石落入工作面。這種支架采用了支撐式支架雙排立柱支撐頂梁的結(jié)構(gòu)形式，保證了支撐式支架支撐力大，切頂性能好，工作空間寬敞的優(yōu)點(diǎn)，采用了掩護(hù)式支架堅(jiān)固的掩護(hù)梁以及側(cè)護(hù)板將工作面與采空區(qū)完全隔離開(kāi)的結(jié)構(gòu)形式，保留了掩護(hù)式支架防護(hù)性能好，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的長(zhǎng)處。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 3 液壓支架的工作情況介紹 圖 1－ 1 綜采工作面 圖 1－ 1所示為液壓支架在工作面的布置示意圖。 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^(guò)程。 ：頂壓是設(shè)計(jì)支架承載能力的依據(jù)，承載能力安全系數(shù)一般取 。 3．煤層傾斜度：煤層傾斜角度過(guò)大時(shí)，支架應(yīng)設(shè)置防滑防倒裝置。因此涉及到支架底座的結(jié)構(gòu)形式、底座作用于底板合力的位置（即與支架架型和支架整體結(jié)構(gòu)布局有關(guān)）和推 移千斤頂設(shè)置形式等。 ⑴ 承載結(jié)構(gòu)件 ① 頂梁 直接與頂板相接觸并承受頂板載荷的支架部分叫頂梁。掩護(hù)梁是掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架的特征部件之一。支架通過(guò)底座與推移裝置相連，以實(shí)現(xiàn)自身前移和推移輸送機(jī)前移。 ⑶ 控制元件 液壓支架的液壓系統(tǒng)中所使用的控制元件主要有兩大類(lèi)：壓力控制閥和方向控制閥。 ② 擋矸裝置 擋矸裝置由懸掛在頂梁后端的擋矸簾或擋矸板構(gòu)成，其作 用是防止矸石從采空區(qū)涌入工作面。護(hù)幫裝置安設(shè)在支架頂梁前端，由護(hù)幫板和護(hù)幫千斤頂組成。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 7 液壓支架的工作原理 圖 11 液壓支架工作原理 1—— 輸送機(jī)； 2—— 推移千斤頂； 3—— 立柱； 4—— 安全閥； 5—— 液控單向閥； 6—— 操縱閥 液壓支架在工作過(guò)程中，必須具備升、降、推、移四個(gè)基本動(dòng)作，這些動(dòng)作是利用泵站供給的高壓乳化液通過(guò)工作性質(zhì)不同的幾個(gè)液 壓缸來(lái)完成。 ⑵ 降柱 當(dāng)需要降柱時(shí)，高壓液進(jìn)入立柱的活塞桿腔，另一腔回液，迫使活塞桿下降，于是頂梁脫離頂板。支架立柱工作時(shí)，其支撐力隨時(shí)間的變化過(guò)程可以分為三個(gè)階段。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 9 第三章 液壓支架整體結(jié) 構(gòu)尺寸的確定 為了滿(mǎn)足采煤工藝及地質(zhì)條件的要求，液壓支架要有足夠的初撐力和工作阻力，以便有效的控制頂板，保證合理的下沉量。 整體結(jié)構(gòu)的確定 支架高度和支架伸縮比 已知設(shè)計(jì)條件已給出支架的最大支撐高度和最小支撐高度分別為 ， 。在設(shè)計(jì) 支架的底座長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)考慮如下諸方面：支架對(duì)頂板的接觸比壓要??；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)定性等。取底座寬度： m。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 11 ΘO 圖 32 四連桿的幾何特征圖 ⑵ 支架在最高位置時(shí)和最低位置時(shí)，頂梁與掩護(hù)梁的夾角 P和后連桿與底平面的夾角 Q，應(yīng)滿(mǎn)足如下要求：支架在最高位置時(shí)， P ≤ 52176。；支架在最低位置時(shí)，為有利于矸石下滑，阻止矸石停留在掩護(hù)梁上，一般取 Q ≥ 25176。 圖 33 四連桿的幾何特征 ⑷ 應(yīng)取頂梁前端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡雙紐線向前凸的一段為支架的工作段。 從以上分析得知，為使支架受力合理和工作可靠，在設(shè)計(jì)四連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)軌跡時(shí)，應(yīng)盡量是 e值減小，取雙紐線向前凸的一段為支架的工作段。它們可歸結(jié)為以下設(shè)計(jì)要求： （ 1）應(yīng)滿(mǎn)足采高范圍要求；（ 2）支架升降過(guò)程中的梁端距的變動(dòng)量 ? 70～ 100mm；（ 3）掩護(hù)梁的速度瞬心與鉸點(diǎn) A的連線與水平線的夾角 ? 應(yīng)小于 ?9 ，如圖 310，最大不能超過(guò)?19 ，以限制支架支撐力的波動(dòng)量小于 5? %。（ 7）前、后搖桿都向采空區(qū)傾斜，前搖桿與水平面夾角的最大值 1? 〈 ?80 ，后搖桿與水平面夾角的最大值 ?801?? ，一般取?20?? ～ ?80 ，這樣支架整體受力比較合理，其結(jié)構(gòu)尺寸也較緊湊。 按四連桿機(jī)構(gòu)和掩護(hù)梁的幾何特征要求，選定 2121 ???? 、 代入上式，分別取上述四者值經(jīng)過(guò)調(diào)整，可求出兩者之間的比值為 。 作圖過(guò)程如下： （ 1）選頂梁與掩護(hù)梁的鉸接點(diǎn)擬作頂梁前端點(diǎn)，它的高度變化范圍就好似支架的調(diào)高范圍，它在調(diào)高范圍內(nèi)的水平偏移量就是梁端距變化量。在 Q點(diǎn)作 mm垂線 xx。 （ 4） 在 AC 線上找 一點(diǎn) B，使 AC 4BC? ， 再利用以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，取 3L =1328mm，2L =1419mm。直到 E、 B點(diǎn)位置滿(mǎn)意為止。一般 E 點(diǎn)距地面高度可取到300～ 1200 ㎜， D點(diǎn)距地面高度可取到 30～ 50㎜。 配套尺寸對(duì)頂梁長(zhǎng)度的影響 設(shè)備配套尺寸與支架頂梁長(zhǎng)度有直接的關(guān)系。初此之外，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)之下工作，以此來(lái)計(jì)算頂梁長(zhǎng)度。在風(fēng)量一定時(shí)，采煤工作面的通風(fēng)面積不應(yīng)過(guò)小。根據(jù)保安規(guī)程規(guī)定，工作面的風(fēng)速應(yīng)小于 5m/s。 圖 41 a為平衡式頂梁。這種頂梁后部和掩護(hù)梁形成區(qū)，易被冒落矸石堵住，影響支護(hù)效果，為此，在頂梁后部加設(shè)擋矸板。 QY 型掩護(hù)式支架就采用這種結(jié)構(gòu)，所以該支架使用此種頂梁。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 21 圖 41 掩護(hù)式支架頂梁結(jié)構(gòu)型式 掩護(hù)梁和四連桿結(jié)構(gòu) 掩護(hù)梁 掩護(hù)梁的結(jié)構(gòu)為鋼板焊接的箱式結(jié)構(gòu)，在掩護(hù)梁上端與頂梁鉸接，下部焊有與前、后連桿的耳座。 從側(cè)面看掩護(hù)梁，其形狀有直線型、折線型兩種。 ② 用于早期的支掩式掩護(hù)梁支架以及其他某些支架，目前應(yīng)用較少。 圖 45 為前連桿是單桿、后連桿是整體的結(jié)構(gòu)型式。因此，底座除了滿(mǎn)足一定的剛度和強(qiáng)度要求外，還要對(duì)底板起伏不平的適應(yīng)性要強(qiáng)，對(duì)底板接觸比壓要小，要有足夠的空間 能安裝立柱、液壓控制裝置、推移裝置和其他輔助裝置，要便于人員操作與行走；能起一定的擋矸和排矸作用；要有一定的重量，以保證支架的穩(wěn)定性等。 圖 47 b 所示的底座高度低，占用空間小，一般用于掩護(hù)式或支撐掩護(hù)式支架。 ⑶ 底靴式如圖 47 f 所示。 圖 48 立柱的結(jié)構(gòu)型式 ⑴ 單伸縮雙作用立柱（如圖 4－ 8a）只有一級(jí)行程，伸縮比一般為 左右。但機(jī)械行程只能在地面根據(jù)煤層的最大厚度調(diào)定。 推移千斤頂?shù)墓ぷ髫?fù)載，要考慮到溜槽、支架的自重，煤層的最大 傾角（支架能工作的煤層最大傾角），頂、底板摩擦力和是否帶移架來(lái)計(jì)算。 對(duì)其他千斤頂?shù)母淄矁?nèi)徑，可按下式計(jì)算： 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 28 32) 10]( 4[ ????? ab aab pp ppp RD d? （ mm） （ ） 式中 : R， d,D的意義同前； Pb—— 泵站壓力 50（ MPa）； 由計(jì)算可以得出立柱的直徑 D為 287mm,液壓千斤頂?shù)闹睆?=221mm。Lmin （ mm） （ ） 由前面計(jì)算可知雙伸縮立柱 ,由計(jì)算得： maxL =, Lmin=。 為了保證最小的導(dǎo)向長(zhǎng)度而過(guò)分增大導(dǎo)向套長(zhǎng)度和活塞寬度都 是不適宜的，最好的辦法是在導(dǎo)向套和活塞之間裝一隔離套 K，如圖 4— 2，其長(zhǎng)度 C由所需要的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度決定。屬于中厚壁應(yīng)力狀態(tài)。因此除了要進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算外，還需要進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算。 液壓支架的工作狀態(tài) 開(kāi)始支架以初撐力支撐頂板，此時(shí)為無(wú)壓狀態(tài)；當(dāng)周期來(lái)壓時(shí)，頂板下沉，使立柱下腔壓力增加，當(dāng)增加到大于安全閥調(diào)整壓力時(shí)，安全閥打開(kāi)，使立柱下腔壓力下降，稱(chēng)為立柱讓壓狀態(tài)，使支架以工作阻力支護(hù)頂板；如果繼續(xù)來(lái)壓，就要不斷讓壓，所以立柱要有一定的向下行程，如沒(méi)有向下 行程，稱(chēng)為壓死狀態(tài)，這是在設(shè)計(jì)和使用中必須注意避免的現(xiàn)象；當(dāng)支架前移后，此時(shí)頂板處于無(wú)支護(hù)狀態(tài)，頂板就要冒落，這就是液壓支架在工作過(guò)程中的三種狀態(tài)。 （ 3） .頂梁、底座與頂?shù)装逭J(rèn)為均勻接觸，載荷沿支架長(zhǎng)度方向按線性規(guī)律，沿支架寬度方向?yàn)榫鶆蚍植?。頂梁與頂板的靜摩擦系數(shù) W，目前國(guó)內(nèi)一般取 ～ 。所以當(dāng)支架支撐后在處于平衡狀態(tài)內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 34 時(shí)，取整體或某一部件為分離體也處于平衡狀態(tài)，其合力和合力矩為零。圖中 Pt和 P8為 已知，需求 1F 、 ?1F 及作用點(diǎn)位置。各力對(duì) a 點(diǎn)取矩，可寫(xiě)出 F1作用點(diǎn)的位置 x 的表達(dá)式： 8 2 2 8 2 2 1 1 2 1 1 2 1 21s in c o s ( ) c o s ( ) s in ( )? ? ? ? ? ? ?? k t tP a l P a h h P a l l P a h h F w hx F （ 5－ 1） 式中 P8－平衡千斤頂?shù)耐?、拉力（推力時(shí)，受力方向向上；拉力時(shí)相反）。294+(－ 965)cos511