【正文】 支架的重量。 (2) 最大和最小采高 根據(jù)最大和最小采高，確定支架的最大和最小高度，以及支架的支護(hù)強(qiáng)度。 (6) 煤層傾角 根據(jù)煤層傾角，決定是夠選用防滑防倒裝置。一但冒落，瞬間頂板壓力顯著增大，支架立柱安全閥來(lái)不及釋放，立柱可能遭破 壞。如果在工作高度時(shí)，掩護(hù)梁大部分都能被頂梁所遮蓋是較為理想的。為此，安全閥流量的選擇應(yīng)考慮立柱缸徑、沖擊載荷來(lái)壓程度。 液壓支架的設(shè)計(jì)動(dòng)向 21 世紀(jì)是以網(wǎng)絡(luò)信息為代表高科技迅猛發(fā)展的新時(shí)期，也是是煤礦以高效集約化生產(chǎn)為特征的新時(shí)期 ， 為了滿足高產(chǎn)綜采工作面生產(chǎn)發(fā)展的需要 ， 就煤炭綜采而言 ， 國(guó)外主要產(chǎn)煤國(guó)家從未停止過(guò)依靠更大的技術(shù)投入取得采煤更高經(jīng)濟(jì)效益的努力。工作面的技術(shù) 設(shè)備又正在以迅猛之勢(shì)向前發(fā)展。 今后 10 年 ， 我國(guó)的液壓支架將朝技術(shù)含量大、鋼板強(qiáng)度高、移架速度快 (6～ 8s/架 ) 和電液控制閥的方向發(fā)展 ， 對(duì)有破碎帶和斷層的工作面將加大支架的移架力 ， 盡量采用整體可靠推桿和抬底座機(jī)構(gòu) ， 并減少千斤頂?shù)臄?shù)量。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 15 頁(yè) 作為一種回采工作面的支護(hù)設(shè)備，液壓支架的架型、結(jié)構(gòu)與相關(guān)參數(shù)，必須與回采工作面的頂、底板條件和煤層條件相適應(yīng)，才能取得良好的支護(hù)效果。煤炭科學(xué)研究總院北京開(kāi)采研究所對(duì)支架力學(xué)持性進(jìn)行了深入的研究，提出了液壓支架三維力學(xué)模型的計(jì)算方法 ，克服了傳統(tǒng)平面力系計(jì)算方法的缺陷，提出了液壓支架總體結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，開(kāi)發(fā)出液壓支架設(shè)計(jì)計(jì)算通用軟件系統(tǒng)，并廣泛應(yīng)用，使我國(guó)液壓支架設(shè)計(jì)計(jì)算提高到一個(gè)新水平。我們已先后制定液壓支 架系列技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 17 項(xiàng)，成為國(guó)際上液壓支架標(biāo)準(zhǔn)較完善的國(guó)家之一，促進(jìn)了液壓支架技術(shù)的發(fā)展。根據(jù)我國(guó)國(guó)情研制的全液壓手動(dòng)控制快速移架系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，使支架降、移、升速度大幅度提高，由過(guò)去的 20～ 30s/架 ，提高到 9～ 12s/架 。 (2) 研究特殊煤層使用的液壓支架，以適應(yīng)不同的開(kāi)采條件。 2 液壓支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 液壓支架基本尺寸的確定 支架高度和伸縮比 支架高度的確定原則，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(lái)確定，其最大和最小高度為： 1m a xm a x SMH ?? mm 2m inm in SMH ?? mm 式中 maxH — 支架最大高度， 5000m ax ?H mm ； minH — 支架最小高度 3000m in?H mm ； maxM — 煤層最大截度， mm ； minM — 煤層最小截度， mm ； S1 — 考慮偽頂冒落的最大厚度，對(duì)于大采高支架取 200～ 400mm，對(duì)于中厚煤層支架取 200～ 300mm，對(duì)于薄煤層支架取 100～ 200mm，本支架取 300mm； 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、底 板下的浮矸之和，對(duì)于大采高支架取 500～ 900mm，對(duì)于中厚煤層支架取 300～400mm，對(duì)于薄煤層支架取 150～ 250mm，本支架取 600mm； maxM = maxH S1 = 5000 300 = 4700mm 。目前液壓支架中心距大部分采用 ，大采高支架為提高穩(wěn)定性中心距可采用 。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。 四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征 (1) 支架從最高高度降到最低高度時(shí)，如圖 2－ 1 所示，頂梁端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的最大寬度 70e ? mm ，最好為 30mm 以下。 圖 21 四連桿機(jī)構(gòu)幾何特征圖 (4) 支架工作段要求曲線向前凸的一段，如圖 2－ 1 所示的 h 段，其原因?yàn)楫?dāng)頂板來(lái)壓時(shí)，立柱讓壓而下縮，使頂梁有前移的趨勢(shì)防止巖石向后移動(dòng)，又可以使作用在頂梁上的摩擦力指向老塘，同時(shí)底板 阻 止底座向后移；使整個(gè)支架產(chǎn)生順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)，從而增加了前梁端部的支護(hù)力，防止頂梁前端頂板冒落又可以使底座前端比壓減小，可防止啃底， 有利移架，再則減少了水平力的合力，由于支架所承受的水平力由掩護(hù)梁來(lái)克服，所以減輕了掩護(hù)梁的受力。只要找到這個(gè)圓弧軌跡的曲率半徑和曲率中心，就可以找到前連桿的位置和長(zhǎng)度了。39。L1La圖 24 四連桿幾何作圖法原理圖 (1) 確定后連桿下鉸點(diǎn) O 點(diǎn)的位置，使它大體比底座略高，一般為 200～250mm，太低安裝銷子困難，太高底座又笨重。 (5) 過(guò) A 點(diǎn)作一條直線與水平線 H－ H 線相交其交角為 1P 。 (9) 過(guò) E’點(diǎn)作 F－ F 線的垂線。 (12) 以 O 點(diǎn)為圓心，以 1L 為半徑作圓弧。以 A’’點(diǎn)為圓心，以 倍的 L 為半徑作圓，與 E’’’A’’相交于 B’’點(diǎn)。 (18) 過(guò)點(diǎn) C 向 H－ H 線作垂線，交于 D 點(diǎn)。B39。BE39。39。 24258002501000240135 ??????B A— 后連桿長(zhǎng)度， A = 20xx mm ； G— 掩護(hù)梁長(zhǎng)度， G = 2910 mm ； e— 支架由高到低頂梁前端最大位移量， 50e? mm ； C— 梁端距， 圖 26 液壓支架與配套設(shè)備的關(guān)系圖 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 25 頁(yè) 考慮由于工作面頂板起伏不平造成輸送機(jī)和采煤機(jī)的傾 斜，以及采煤機(jī)割煤時(shí)垂直分力使搖臂和滾筒向支架傾斜，為避免割頂梁而留的安全距。 取 K = ； M— 截割高度， m。但對(duì)乳化液泵站和液壓元件的耐壓要求提高。 立柱布置 該液壓支架采用單伸縮立柱，立柱數(shù)目為 4。 對(duì)于支撐掩護(hù)式支架，前柱窩一般近似 在頂梁后部三分之二處，而下柱窩的位置根據(jù)立柱的角度來(lái)確定，一般立柱與底座垂線的夾角а角要小于o10 ，其具體位置如圖 27所示。 PbDp ??? 321 104? 32 ???? =2190 kN 立柱的工作阻力 立柱的工作阻力 ： 22 34 10Dp Pa???? kN 式中 D — 缸體內(nèi)徑， D = 300 mm ； Pa — 安全閥額定工作壓力， Pa = MPa 。 取行程為 750mm 。 (2) 支架工作狀 態(tài) 支架在這三種狀態(tài)下是如何工作的呢 ?只要看支架的實(shí)際工作情況就可以知道，開(kāi)始支架以初撐力為支撐頂板，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)，安全閥被打開(kāi)，使立柱下腔壓力降低，稱為立柱讓壓狀態(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，如果沒(méi)有向下行程，稱為壓死狀態(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)榫鶆蚍植肌ｍ斄号c頂板的靜摩擦系數(shù) f ，目前國(guó)內(nèi)一般取～ 。 液壓支架在最高位置時(shí)，每根立柱的工作阻力為： p = 10000 / 4 = 2500 kN 取頂梁和掩護(hù)梁為隔離體，忽略頂梁與掩護(hù)梁的鉸點(diǎn)到頂梁之間的距離，并作出瞬時(shí)中心 O，求得 ?? 在第四象限中，如圖 31 所示。1 s i ns i nc o sc o s1 1 ?????? 式中 f — 摩擦系數(shù)， ? ； Bp 、 39。 ? ?? ??????? tgpppptgfp BBBBA 239。211 c o sc o s1 ?? BBA plplpS ?? ? ?1 1 5 7 1 5 0 0 0 c o s 6 3 6 9 5 0 0 0 c o s 29000 oo? ? ? ? 1073? mm 支架前連桿的受力 前連桿的受力為： ? ? ? ? ? ?? DBDBCDC ppp ?????? ?????? 239。 支架后連桿的受力 后連桿的受力為： ? ? ? ? ? ?? CBCBCDD ppp ?????? ?????? 239。 頂梁強(qiáng)度計(jì)算 頂梁受力情況 頂梁承受一集中載荷，其受力圖如圖 3－ 2 所示。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 37 頁(yè) 表 3－ 1 機(jī)構(gòu)件的形心及慣性距 件 號(hào) 1 2 3 4 5 數(shù) 量 1 2 4 1 2 nF 2mm 25312 11160 32320 8260 10360 ny mm 26 9 236 417 417 nJ 4mm 10? 10? 10? 10? 10? 機(jī)構(gòu)件的形心距為： ()nnC nFYy F??? [ 2 5 3 1 2 2 6 1 1 1 6 0 9 3 2 3 2 0 2 3 6 8 2 6 0 4 1 7 1 0 3 6 0 4 1 7 ][ 2 5 3 1 2 1 1 1 6 0 3 2 3 2 0 8 2 6 0 1 0 3 6 0 ]1 8 4 . 8 m m? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? b．慣性矩 每個(gè)零件中心到截面形心的距離 ia 為： 11 18 4. 8 26 15 8. 8ca y y? ? ? ? ? 22 18 4. 8 9 17 5. 8ca y y? ? ? ? ? 33 236 y y? ? ? ? ? ? 44 417 y y? ? ? ? ? ? 55 417 y y? ? ? ? ? ? 計(jì)算截面中心慣性距 ziJ ： 計(jì)算每個(gè)零件對(duì)截面形心的慣性矩 ziJ ： 3 32 2 8 411 1 1 1582 16 25312 10 m m12 12z LJ a F? ?? ? ? ? ? ? ? 3 32 2 8 422 2 2 31 0 18 17 5. 8 11 16 0 3. 45 10 m m12 12z LJ a F? ?? ? ? ? ? ? ? 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 38 頁(yè) 3 32 2 7 433 3 3 40 4 20 ( 51 .2) 32 32 0 0 10 m m12 12z LJ a F? ?? ? ? ? ? ? ? ? 3 32 2 8 444 4 4 590 14 ( ) 8260 10 m m12 12z LJ a F? ?? ? ? ? ? ? ? ? 3 32 2 8 455 5 5 37 0 14 ( 23 2. 2) 10 36 0 5. 59 10 m m12 12z LJ a F? ?? ? ? ? ? ? ? ? 1 2 3 4 5z z z z z zJ J J J J J? ? ? ? ? 8 8 7 8 86 . 3 9 1 0 3 . 4 5 1 0 8 . 5 0 1 0 4 . 4 5 1 0 5 . 5 9 1 0? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 10?? c．計(jì)算彎曲應(yīng)力 m a xm a x m a x6922 4 7 1 .4 1 0 ( 4 0 4 1 6 1 8 1 8 4 .8 )2 .0 7 1 03 0 2 .3 N/ m mzM yJ? ?? ? ? ???? d. 安全系數(shù) ? ?m a x 459 1 .5 23 0 2 .3snn??? ? ? ? 故：頂梁強(qiáng)度安全通過(guò)。 底座接觸比壓計(jì)算 頂板對(duì)支架的巨大載荷經(jīng)由整臺(tái)支架傳到底板，在支架底座與底板接觸處將具有一定的比壓。該底座的特點(diǎn)有：底座分左右對(duì)稱的兩部分，上部 用過(guò)橋或箱形結(jié)構(gòu)固定連接，以提高整體剛性和抗扭能力。 因此 ? ? 3 . 0 ~ 2 . 0 M P aP ? 取 ? ? M PaP ? 計(jì)算底板比壓時(shí)，首先計(jì)算底板與底座的接觸面積。根據(jù)液壓缸的參數(shù)、用途、毛坯的來(lái)源等可選用以下各種材料： 25，35 ， 45 等； ZG200400,ZG230450,1Cr18Ni9,ZL105,5A03,5A06 等；ZCuAl10Fe3,ZCuAl10Fe3Mn2 等。 與端蓋焊接的缸筒，使用 35 號(hào)鋼，機(jī)械預(yù)加工后再調(diào)質(zhì)。 有足夠的剛度，能承受活塞側(cè)向力和安裝的反作用力而不致產(chǎn)生彎曲。 設(shè)計(jì)液壓缸筒時(shí)，應(yīng)該正確確定各部分的尺寸，保證液壓缸又足夠的輸出力、運(yùn)動(dòng)速度和有效行程，同時(shí)還必須具有一定的速度，能足以承受液壓力、負(fù)載力和意外沖擊力；缸筒的內(nèi)表面應(yīng)具有合適的公差等級(jí)、表面粗糙度和形位公差等級(jí)，以保證液壓缸的密封性、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性和耐用