【正文】 耳板的強度校核 支架所有連接處的耳板，要受擠壓和拉伸的作用，所以，要計算擠壓應力和拉應力進行強度校核。 l1 l2 l3 A Fn F Px Py xa ya Py Px yk xk h2 h1 h3 a b c d e A B C D E 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2020屆畢業(yè)設計 49 計算截面積 F 及截面形心至 AA 面的距離 y 。 （ 2）如果各結構件計算出來的安全系數(shù)偏大時，可按標準鋼材厚度減薄，或減少加強筋數(shù)量和筋板高度，以減輕支架重量，降低成本。 4 液壓支架的強度條件 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2020屆畢業(yè)設計 44 強度條件 在液壓支架的研制、試驗過程中，各構件的強度計算是極為必要的。 5. ?tan 值對支架受力的影響 ?tan 值對支架受力的影響： ?tan 值增加，附加力也增加。 在進行強度計算時，要取前、后連桿、頂梁等主要部件有最大負荷時的工況。本節(jié)僅指出幾種支架受力又顯著影響的因素，同時說明這些因素的影響規(guī)律。底座對底板的最大比壓應小于底板的允許比壓，否則應重新設計底座乃至整個支架。則在設計支架時，應驗算底板的比壓。則當3gLx? 時，載荷分布為三角形。 圖 31 液壓支架受力分析 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2020屆畢業(yè)設計 34 0??xF 0co s ?? ?ka PX (31) ? ?0yF 0s in ???? ?kam PYF (32) ? ?0aM 0s in 1 ?? lPlF km ? (33) (31),(32),(33)聯(lián)立求得： ?coska PX ? ?s inkma PFY ?? l lPF km 1sin?? 再取后梁為分離體，如圖 33所示。所以當支架支撐后在處于平衡狀態(tài)時，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。 3. 頂梁、底座與頂?shù)装逭J為均勻接觸，載荷沿支架長度方向按線性規(guī)律，沿支架寬度方向為均勻分布。此時，頂板尚無下沉現(xiàn)象，支架以“初撐力”支撐頂板。位于直接上方的老頂通常不與直接頂一起冒落。 一般 tF =100kN，在薄煤層中 yF =100~150kN；中厚煤層中 yF =150~250kN；厚煤層中 yF =300~400kN。 液壓支架基本技術參數(shù)的確定 確定和選擇液壓支架及其主要部件的基本參數(shù)。 缸口用鋼絲擋圈固定，是在導向套外側裝有鋼絲擋圈，內(nèi)側裝有密封圈和防塵圈。它可用于各種活塞上的雙向 密封。缸體內(nèi)表面是活塞的密封表面，所以要求很高的加工精度。 底座與立柱之間連接處用鑄鋼球面柱窩接觸，以避免因立柱偏斜受偏載，并用限位板和銷軸限位，防止立柱脫出柱窩。支撐式支架后端焊有掛簾板，作為掛擋矸簾之用。 本支架立柱間距選 。 選取采煤機型號為 MXA300/,型雙滾筒采煤機 ， 滾筒直徑 1800mm，滾圖 22 支架相對關系 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2020屆畢業(yè)設計 17 筒轉速 ， 截深 656mm。 復合支護 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。 液壓支架的支護方式 綜采工作面的主要生產(chǎn)工序有采煤、移架和推溜。 （ 2）承載增阻階段 支架初撐結束后，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。這時，支架以輸送機為支點前移。 中間支架按其結構及與圍巖相互作用方式可分為 :支撐式、掩護式和支撐掩護式三大類，如圖 12。 端頭支架安裝在采煤工作面兩端與順槽連接處。此時，推溜千斤頂活塞桿處于伸出狀態(tài)，端間距為零，輸送機緊靠煤壁。） 傾斜工作面支架（ 25176。 （ 1）節(jié)式 ： 節(jié)式支架由 2～ 4 個框架組成，用導向機構互相聯(lián)系，交替前進， （ 2）垛式 ： 整個支架為一整體結構，整體移動，通常有 4～ 6 根立柱，可以支撐堅硬與極堅硬的頂板。實踐表明液壓支架具有支護性能好、強度高、移架速度快、安 全可靠等優(yōu)點。 70 年代中期，研制成功了掩護式與支撐掩護式支架。綜合機械化采煤不僅產(chǎn)量大，效率高，成本低，而且能減輕繁重的體力勞動，改善工人的作業(yè)環(huán)境，保護工人的生命安全，是煤炭工業(yè)技術的發(fā)展方向。 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而機械化移動，不斷的將采煤機和輸送機推向煤壁，從而滿足了工作面高產(chǎn)、高效和安全生產(chǎn)的要求。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。 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。前、后立柱交叉布置 的支架適用于薄煤層。為了實現(xiàn)頂板及時支護，常采用 先移架后推溜的方式。 隨著采煤機 割煤的繼續(xù)，工作面液壓支架不斷重復上述四個主要動作過程。其作業(yè)是確保采煤工作面人員與設備的安全，并實現(xiàn)頂板管理與支護以及采煤作業(yè)過程機械化。當操縱閥 8 處于降柱位置時，工作液體進入立柱的上腔，同時打開液控單向閥， 立柱下腔回液，支架下降。 （ 1）初撐階段 在升架過程中，當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； 10乳化液泵； 11主供液管； 12主回液管 PO192345681171210中國礦業(yè)大學成人教育學院 2020屆畢業(yè)設計 13 上升到泵站工作壓力時，停止供液，液控單向閥 6 立即關閉，這一過程為支架的初撐階段。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。 滯后支護 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2020屆畢業(yè)設計 14 一般循環(huán)方式為：割煤 — 推溜 — 移架。在設計支架底座的長度時，應考慮如下方面：支架對底板的接觸比壓要?。恢Ъ軆?nèi)部應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。 立柱間距 ： 立柱間距指支撐式和支撐掩護式支架而言即前、后柱的間距。 各類頂梁都為箱式結構，一般有鋼板焊接而成。 支撐式支架底座結構選整體式底座，如圖 25，整體式底座是用鋼板焊接成的箱式結構，整體性強，強度高，不易變形，與底板接觸面積達，接觸比壓小，便于安裝復位裝置。 立柱的結構由缸體、活塞、缸口和活塞桿等組成。在不承受橫向力或橫向力很小的情況下，可以用保護密封圈的尼龍擋圈兼做圖 25 底座的結構形式 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2020屆畢業(yè)設計 21 導向環(huán)。 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。這種千斤頂結構簡單，推溜力較小，一般用于支撐式支架。 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行計算： 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) 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2020屆畢業(yè)設計 26 安全閥壓力和立柱工作阻力的確定 立柱工作阻力計算公式如下： aPDP ??? 10422 ? 式中： aP — 安全閥的調正壓力，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)。作用在支架上的載荷，大體上可以分為兩個部分（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 。 Q2 每次遞增直至老頂斷裂，稱為老頂周期來壓。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)應保證在“壓死”前就前移。 7. 支架各部件受力，按不同支護高度時受力最大值進行強度校核。 借助于取分離體的方法求出 mF 、 nF 、 zF 及其作用點的位置。由于 頂板與頂梁接觸情況不同，載荷實際分布很復雜。 本支架為支撐式支架，故支護強度不變，為 1946 kN/m2。為求 4q ，應先求出底座的集中載荷 1F 的作用點的位置 dn 。 由于支架的工作阻力 1F 由立柱工作阻力之和的垂直分力及掩護梁和前后連桿承擔，而立柱的工作阻力之和不變，當 ? 值過大，說明掩護梁和前、后連桿受載增加，對掩護梁和前、后連桿不利；當 ? 值過小時，說明立柱的工作阻力不能充分發(fā)揮。這摩擦力的大小與摩擦系數(shù) W 有關，且直接影響支架受力、支護效率等。矸石作用在掩護梁的負荷，為在 0～ 5 倍采高的巖石重量范圍內(nèi)，取若干個值。計算表明，當頂板對頂梁的摩擦力方向指向采空區(qū)時，頂梁和底座均有較大載荷。 (2).各銷軸均采用 CrMo 等合金結構鋼，取屈服極限 561?s? MPa (3).活塞桿均采用 45 號鋼，取屈服極限 ?s? MPa (4).結構件、銷軸和活塞桿的強度條件為 ： ][max nns ???? 式中 max? — 危險斷面 計算出的最大應力， MPa ][n — 許用安全系數(shù) 27SiMn 無縫鋼管，取抗拉強度 1000?b? MPa，強度條件為 ][][ nn b ?? ?? 式中 ][? — 缸體許用應力， MPa 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2020屆畢業(yè)設計 45 ][n — 許用安全系數(shù)，取 ～ 4。對各點左右剪力計算如下： A點： 0??? aAz YQ B點： 0??? aBy YQ 1 0 0 0 0????? yaBz PYQ (kN) C點： 10000??? BzCy (kN) 9 4 9 11 9 4 9 11 0 0 0 0 ?????? nCyCz F (kN) D點： 9491?? CzDy (kN) 509100009491 ?????? yDyDz P (kN) E點： 509??? DzEy (kN) ??????? kEyEz Y (kN) 圖 41e 為彎矩圖。 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2020屆畢業(yè)設計 52 從圖中分析可以知道：底座中間立柱處彎矩最大，應當對其進行強度校核。所以，耳板所受擠壓應力按下式計算： ZbdaF ej ?? 6? 式中 ea — 偏載系數(shù)，一般取 ?ea Z — 耳板數(shù)量，此處取 4?Z b — 耳板厚度 d — 銷孔直徑 db? — 耳板受擠壓的投影面積 計算得： 5 445s in1 3 5 06 ???F (kN) ??? ???? Z b daF ej? (MPa) 擠壓安全系數(shù)為： ][][ ?????jsjjn ? ??? ][n 取 圖 45 耳板結構圖 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2020屆畢業(yè)設計 56 由于 ][ nn ?? =，所以耳板擠壓強度符合要求。 底座的強度校核 底座的強度計算方法與頂梁一樣，按最不利的工況校核其強度， 一般按底座中點或兩端接觸底板 ，計算支架處于最高工作位置，立柱達到工作阻力時，危險截面和柱窩處的彎曲強度、剪切強度和重要焊縫的強度。 頂梁的強度校核步驟如下： 、受力圖、剪力圖和彎矩圖，如圖 41 所示 圖 為剪力圖。下面簡單介紹我國液壓支架強度計算中的強度條件： 強度校核均以材料的屈服極限 s? 計算安全系數(shù)。在支架的工作高度范圍內(nèi)，一般把 ?tan 值控制在 以下，從而把附加力控制在支架名義工作阻力的 10%范圍內(nèi)。 分析結構表明，平衡千斤頂產(chǎn)生拉力時，頂梁后端比壓增大，可增加切中國礦業(yè)大學成人教育學院 2020屆畢業(yè)設計 43 頂能力，底座比壓分布狀態(tài)較好，連桿受力較??；平衡千斤頂產(chǎn)生推力時，頂梁合力作用點前移，可增加頂梁前端