【正文】 ........................36 受力分析 ............................................36 IV 受力分析 ..........................................40 ............................................42 ....................................................43 第 4章 液壓支架強(qiáng)度校核 ............................44 ..............................................44 頂梁的強(qiáng)度校核 .........................................46 底座的強(qiáng)度校核 .........................................50 ..........................................52 ....................................................53 第 5章 液壓支架液壓系統(tǒng) 分析 ........................54 液壓支架的液壓系統(tǒng)的簡(jiǎn)介 ...............................54 液壓支架的液壓系統(tǒng)擬定 .................................56 小結(jié) ...................................................60 第 6章 結(jié)論 ........................................61 參考文獻(xiàn) ...........................................62 致謝 ...............................................63 附錄 ...............................................64 1 第 1 章 放頂煤 液壓支架概論 支架的作用不僅是 支護(hù)頂板、保證安全，而且要有效的控制頂板、提高效率。液壓支架是綜合機(jī)械化采煤方法中最重要的設(shè)備之一。綜合機(jī)械化不僅產(chǎn)量大，效率高，成本低，而且能減輕笨重的體力勞動(dòng)，改善作業(yè)環(huán)境，是煤炭工業(yè)技術(shù)的發(fā)展方向。 在這次放頂煤液壓支架的設(shè)計(jì)過程中，主要以底座、主頂梁、尾梁和立柱等結(jié)構(gòu)件的機(jī)械部分設(shè)計(jì)為重點(diǎn)，用普通設(shè)計(jì) 步驟設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)尺寸，再用 Solidworks 初繪總體架型檢查配合尺寸，然后轉(zhuǎn)化 為 CAD 并修改 細(xì)節(jié)，最后對(duì)主要構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度校核，并用有限元分析部分構(gòu)件。它的發(fā)明和應(yīng)用，使放頂煤開采技術(shù)從高落式進(jìn)入一個(gè)全面機(jī)械化的新的發(fā)展階段。 自 20 世紀(jì) 70 年代開始，法國(guó)、前聯(lián)邦德國(guó)、英國(guó)等國(guó)家陸續(xù) 研制成功了開“天窗”的支撐掩護(hù)式或帶插板的支撐式放頂煤液壓支架，如 圖 1所示 。 1982 年，我國(guó)首次由煤炭科學(xué)研究總院北京開采研究所與沈陽(yáng)煤炭研究所共同設(shè)計(jì)，鄭州煤礦機(jī)械廠生產(chǎn)制造了 FY40014/128 型放頂煤液 2 壓支架，如圖 所示。采用低位放煤明顯的減少了工作面粉塵，減少了煤損，取得很好的效果。自 1954年英國(guó)裝備了世界上第一個(gè)液壓支架工作面開始，采煤技術(shù)實(shí)現(xiàn)了綜合機(jī)械化。這幾種設(shè)備相互配合，組成了綜合機(jī)械化采煤設(shè)備 [4]。1974 年以來(lái)，從西德、英國(guó)、蘇聯(lián)和波蘭等國(guó)引進(jìn)了許多不同類 型的液壓支架。 二．底座 用途： 5 為支架的其他結(jié)構(gòu)件和工作機(jī)構(gòu)提供安設(shè)的基礎(chǔ)； 與前后連桿和掩護(hù)梁一起組成四連桿機(jī)構(gòu)； 將立柱和前后連桿傳遞的頂板壓力傳遞給底板。 五．活動(dòng)側(cè)護(hù)板 用途： 6 消除相鄰支架掩護(hù)梁和頂梁之間的架間間隙，防止冒落的矸石進(jìn)入支護(hù)空間； 作為支架移架過程中的導(dǎo)向板； 防止支架降落后傾倒； 調(diào)整支架的間距。 八．操縱控制系統(tǒng) 液壓支架由不同數(shù)量的立柱和千斤頂組成，采用不同的操縱閥以實(shí)現(xiàn)升柱、降柱、移架、推溜等動(dòng)作。下面按支架降柱、移架、升柱和推溜的工作過程分別加以敘述。 3．升柱 :液壓支架移到新的位置后，應(yīng)及時(shí)升柱，以支撐新暴露的頂板。 （ 2）液壓支架的支撐承載能力：液壓支架的支撐承載能力是指液壓支架 8 與頂板之間相互力學(xué)原理，它包括初撐增 阻、承載增阻和恒阻三個(gè)工作階段。實(shí)際上支柱初撐后，活塞腔的油液壓力由于阻力損失、操作情況和閥的靈敏度等原因，往往低于泵站工作壓力 。因此，這個(gè)支柱長(zhǎng)度上的縮短量，稱為支柱的彈性可縮量。具體措施是，使用高壓乳化液泵，提高支柱 初撐力；改善單向閥的質(zhì)量，要能及時(shí)關(guān)閉也路；注意操作方法，使支柱下腔盡可能達(dá)到泵站的工作壓力。要求支架即具有一定的支撐力，又具有可縮性。 支柱工作阻力 2za()4 1 0 0 0DfP?? ? ?? 噸 式（ ） 支架工作阻力 zz()F n f ???＝ 噸 式（ ） 式中： aP －安全閥的動(dòng)作壓力（公斤 /厘米 2） 支架的工作阻力取決于安全閥的動(dòng)作壓力、支架支柱數(shù)、支柱缸體內(nèi)徑和架型等。但是，由于支架的頂梁長(zhǎng)短和間距大小不同，并不能完全反應(yīng)支架對(duì)頂板的支撐力，因此常采用表示單位面積頂板上所受支架工作阻力值大小的支 11 護(hù)強(qiáng)度參數(shù)，來(lái)比較支架的支護(hù)性能。支架本身的增阻性取決于液控單向閥和支柱的密封性能，可縮性和恒阻性則由安全閥的溢流性能決定。并對(duì)液壓支架的組成及工作原理進(jìn)行了較為詳細(xì)的描述，其中液壓支架工作原理的敘述是本章的重點(diǎn)。 支架主要尺寸的確定 支架的高度 一般首先確定支架適用煤層的平均采高，然后確定支架高度。大采高支架取 200～ 400 mm，中厚煤層支架取 200～ 300mm，薄煤層支架取 100～ 200mm； S2——考慮周期來(lái) 壓時(shí)的下沉量、移架時(shí)支架的下降量和頂梁上、 13 底板下的浮矸之和。即 0045 00 ??ks 式（ ） Ks 反映支架對(duì)煤層厚度的適應(yīng)能力，采用單伸縮立柱 Ks 值一般為 左右；若進(jìn)一步提高伸縮比，需采用帶機(jī)械加長(zhǎng)桿的立柱或雙伸縮立柱，Ks 值一般為 左右。寬度的確定應(yīng)考慮支架的運(yùn)輸、安裝和調(diào)架要求。 14 底座長(zhǎng)度 所謂底座，就是將頂板壓力 傳遞到底板的穩(wěn)固支架的部件。 支架四連桿機(jī)構(gòu)的確定 四連桿機(jī)構(gòu)的作用 1．梁端護(hù)頂 鑒于四連桿機(jī)構(gòu)可使托梁鉸接點(diǎn)呈雙紐線運(yùn)動(dòng)，故可選定雙紐線的近似直線部分作為托梁鉸接點(diǎn)適應(yīng)采高的變化范圍。 3．抵抗水平力 觀測(cè)表明：綜采面給予支架的外載，不但有垂直于煤層頂板的分力，而且還 會(huì)產(chǎn)生沿巖層 面指向采空區(qū)方向（或指向煤壁方向）的分力，這個(gè)水平推力由液 壓支架的四連桿機(jī)構(gòu)承受，從而避免了立柱因承受水平分力而造成立柱彎曲變形?！?62176。為了安全可靠，最低工作位置應(yīng)使 P ≥25176。～ 30176。 ，如圖 所示的 h 段。 16 圖 四 連桿機(jī)構(gòu)幾何特征圖 從以上分析可知，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)盡量使 e 值減小，取雙扭線向前凸的一段為支架工作段。 圖 掩護(hù)梁和后梁桿構(gòu)成曲 柄滑塊機(jī) 構(gòu) 17 圖 液 壓支架尺寸關(guān)系 掩護(hù)梁和后連桿長(zhǎng)度的確定 用解析法來(lái)確定掩護(hù)梁和后連桿的長(zhǎng)度，如圖 所示 。 18 P2——支架最低位置 時(shí)，掩護(hù)梁與頂梁夾角 (度 )。 支架在最高位置時(shí)有 111 s ins in QAPGH ?? 式（ ） H1=3200mm 因此掩護(hù)梁長(zhǎng)度為 111 s in)./(s in QGAp HG ?? 式（ ） 后連桿長(zhǎng)度為 A=G(A/G) = mm 取整得 G=1885mm A=1162mm 幾何作圖法作圖過程 用幾何作圖法確定四連桿機(jī)構(gòu)的各部尺寸，具體作法如圖 所示。 4. 在此斜線截取線段 oa ， oa 長(zhǎng)度等于 A=1936mm,a 點(diǎn)為支架在最高位置時(shí)后連桿與掩護(hù)梁的鉸點(diǎn)。 8. 作點(diǎn) E2 距 E 點(diǎn) 1500mm,此為支架在最低位置時(shí)，頂梁與掩護(hù)梁的鉸點(diǎn)。 12. 以 O 為圓心， oa 為半徑圓弧。 15. 由 b， b1,b2 三點(diǎn)確定的圓心 C，為前連桿下鉸點(diǎn)位置。 頂梁作用是支護(hù)頂板一定面積的直接承載部件，并為 立柱、掩護(hù)梁、 21 護(hù)頂裝置等提供必要的連接點(diǎn)。為改善接頂效果和補(bǔ)償焊接變形，整體頂梁前 端（ 800～ 1000mm） , 一般 上翹 1～ ?3 。前梁千斤頂必須有足夠的支撐力的聯(lián)接強(qiáng)度。楔形梁 1 和后梁 4 通過銷軸鉸接，而千斤頂鉸接于頂梁上。此外，在運(yùn)輸時(shí)楔形梁 1可以放到下垂位置，縮短了運(yùn)輸尺寸，從而方便運(yùn)輸和安裝。因此，先移架后推溜時(shí)頂梁長(zhǎng)度要比先推溜后移架時(shí)的頂梁長(zhǎng)度要長(zhǎng)一個(gè)步距，一般為600mm。一般為 E=100～ 150mm 左右，也是為了防止采煤機(jī)截割煤壁不齊，給推移輸送機(jī)留有一定的距離。 底座長(zhǎng)度為 2675 mm。其中寬面頂一般為 ～ ,節(jié)式支架一般為 ～ ,此處取 1500mm。 掩護(hù)梁的結(jié)構(gòu)型式 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 連桿鉸接的耳座。如圖 所示。 掩護(hù)梁的參數(shù)確定 1）掩護(hù)梁的長(zhǎng)度 G 27 掩護(hù)梁就是兩鉸點(diǎn)的距離，由前面的四連桿機(jī)構(gòu)可得知，掩護(hù)梁長(zhǎng)度為 2522mm。 3 底 靴式 底靴式底座的特點(diǎn)是每根立柱支撐在一個(gè)底靴上，立柱之間用彈簧鋼板連接，立柱與底靴之間用銷軸連接，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)輕便，動(dòng)作靈活，對(duì)底板的不平整適應(yīng)性強(qiáng)，但剛性差，與底板的接觸面積小，穩(wěn)定性較差，一般用于節(jié)式支架上。在兩內(nèi)主筋間下部布置有推拉裝置。 立柱布置 1)立柱數(shù) 目前過內(nèi)支撐式支架立柱數(shù)為 2～ 6 根，常用為 4 根；掩護(hù)式支架為2 柱；支撐掩護(hù)式支架為 4 柱。同時(shí)由于 30 頂梁較短，立柱傾角加大可以使頂梁柱窩位置前移，使頂梁前端支護(hù)能力增大。支撐式和支撐掩護(hù)式支架的立柱間距為 1～ 。 代入公式（ 214）得 柱初P = 32104 2 ??? = 柱初P =24 10d aD p? ?? 式（ ） 式中： 柱P —立柱工作阻力， KN Pa —安全閥調(diào)整壓力，安全閥選用 YF1B 型調(diào)正壓力 =40 MPa。 支撐掩護(hù)式支架所需的移架力不僅應(yīng)克服底板的摩擦力，還應(yīng)克服兩旁相鄰支架的摩擦力以及由于移架時(shí)立柱的剩余載荷引起的頂板對(duì)支架的摩擦力 ，所以它需要的移架力要比支撐式支架大得多。 短框架推移裝置與長(zhǎng)框架推移裝置工作原理形同 無(wú)論是長(zhǎng)框架還是短框架推移裝置，都可以把推移千斤頂設(shè)計(jì)成傾斜裝置，前高后低。 推桿采用 16Mn 鋼板焊接而成，主要由主筋板，大耳座、小耳座、加強(qiáng)筋板組成，長(zhǎng) 1080 ㎜，寬 290 ㎜。 36 第 3 章 液壓支架的受力分析 放頂煤液壓支架作為放頂煤開采技術(shù)的關(guān)鍵設(shè)備 ,它設(shè)計(jì)的好壞 ,是放頂煤開采技術(shù)能否進(jìn)一步推廣和發(fā)展的關(guān)鍵。由于頂板與頂梁接觸情況不同，載荷實(shí)際分布很復(fù)雜。如圖 所示。寫出連桿受力 F5,F6 的表達(dá)式。1F 及作用點(diǎn)的位置 39。 FF KN 由 式（ 38）得 )9001452(57c o i )202100(8s i n251211928c o s2512)11921200(18c o s251239。當(dāng)然強(qiáng)度條件要以現(xiàn)階段液壓支架所選用的材料 、制造工藝以及失效形式等為依據(jù)，隨著時(shí)間的推移，如果上述諸點(diǎn)有變，強(qiáng)度條件也必須作相應(yīng)的調(diào)整。鋼條所在的位置為，兩柱窩中點(diǎn)。 計(jì)算截面面積 F 及截面形心至 a－ a 面的距離 y。 畫出危險(xiǎn)截面 危險(xiǎn)截面如圖 所示。 最大彎曲正應(yīng)力： MP aMP aWM bz 230][ 6m a xm a x ?????? ?? 式（ ） 合格。 前后連桿的校核 前連桿的校核 由以上受力分析可知，前連桿是二力桿，只受拉力作用 F 前連桿=. 面積： A=ab=200150=30000mm2 式中： a,b 分別為截面寬和高， a=200mm,b=150mm 拉應(yīng)力 aF 59M . 36A ??? ? 式（ ） 安全系數(shù) ???? ?? sn 式（ ） 所以前連桿合格。在對(duì)其進(jìn)行校核的過程中，通過 Pro/E進(jìn)行三維建模，然后得到其應(yīng)力應(yīng)變圖，使分析結(jié)果一目了然。系統(tǒng)回