【正文】 幾乎沒有老師不知道的，總是能一眼就看出我的關(guān)鍵問題。除了液壓支架本身的安裝問題，考慮支架在井下作業(yè)時(shí)與采煤機(jī)，輸送機(jī)的配合安裝問題，設(shè)計(jì)了足夠的井下安裝空間，同時(shí)也使各零部件的維修方便。①中性軸以上（或以下）的部分截面面積對(duì)中性軸的靜矩 （6—17）式中：——中性軸以上（或以下）各部分零件斷面的面積； ——中性軸以上（或以下）各部分零件的中心坐標(biāo)（對(duì)截面形心）； ——危險(xiǎn)截面的形心矩； ——每個(gè)零件形心至面之距； ——中性軸以上（或以下）各部分零件面積對(duì)中性軸之矩。、剪力圖和彎矩圖，如圖68所示⑴剪力：（從左向右取，向上力為正，向下力為負(fù)）。圖65 底座受力圖、剪力圖和彎矩圖圖66底座危險(xiǎn)截面示意圖⑴ 各板形心位置 ⑵ 整個(gè)截面形心至底板距離y: （6—10）將數(shù)據(jù)代入（6—10）得： ⑶ 每個(gè)零件中心至截面形心之距： （6—11）將數(shù)據(jù)代入（6—11）式得： ⑷ 截面中心主慣性矩矩形截面的慣性矩為：式中： b—寬度； h—高度。（6）剪切應(yīng)力和安全系數(shù)的計(jì)算由力矩圖可以看出，在危險(xiǎn)截面處的剪應(yīng)力為最大，并且腹板采用鋼板焊接，不如型鋼，故需校核。所以，（5）彎曲應(yīng)力和安全系數(shù)的計(jì)算 （6—4） （6—5）將數(shù)據(jù)代入（6—4）、（6—5）得：式中： ——材料屈服極限。⑵彎矩：從A點(diǎn)向C點(diǎn)取矩(從右向左取，逆時(shí)針為正)A點(diǎn)：B點(diǎn)：C點(diǎn)：所以BB截面是危險(xiǎn)截面，截面形狀如圖62。3 缸體材料采用27SiMn無縫鋼管，取抗拉強(qiáng)度，強(qiáng)度條件為： 式中 ——缸體許用應(yīng)力，MPa； ——許用安全系數(shù)，～4。在液壓支架的研制、試驗(yàn)過程中，各構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算是極為必要的。)80圖51 支架整體受力關(guān)系圖 前梁受力分析取前梁為分離體圖52 前梁受力關(guān)系圖受力分析：（設(shè)定向左為正，向下為正，逆時(shí)針為正）求：解：求得： 頂梁受力分析取頂梁為分立體，受力關(guān)系如圖53圖53 頂梁受力示意圖已知數(shù)據(jù)：；；；；；；；；；；；；求： 。將數(shù)據(jù)代入（511）式得:所以，缸體壁厚滿足強(qiáng)度要求。將數(shù)據(jù)代入（59）式得： （2）油缸的最大撓度： 當(dāng)時(shí)， 當(dāng)，或時(shí)， 當(dāng)，時(shí)， 式中 ——鋼材彈性模量， MPa； ,.，所以由上列各式可得：,；,；。因此，取泵站壓力為32MPa。一般薄煤層支架的移架力為100～150 kN；中厚煤層支架為150～300 kN；厚煤層支架為300～400 kN。第5章 液壓支架受力分析支護(hù)強(qiáng)度是指支架對(duì)單位面積頂板提供的工作阻力。 護(hù)幫千斤頂?shù)母左w用銷軸固定在前梁上，活塞桿固定在護(hù)幫板上。 千斤頂 推移千斤頂推移千斤頂按連接方式分有直接連接方式、框架連接方式和浮動(dòng)活塞式。 (17) 分別作B B1和B1 B2的垂直平分線交于C點(diǎn)，即為前連桿的下鉸點(diǎn)，BC為前連桿的長(zhǎng)度。 (11) 取E1E3中點(diǎn)為E2點(diǎn)，為液壓支架在降到中間位置時(shí)，掩護(hù)梁與頂梁的鉸點(diǎn)。 (4) 以O(shè)點(diǎn)為圓心，以L1為半徑作圓，與該直線相交于A點(diǎn)，即為后連桿與掩護(hù)梁的上鉸點(diǎn)。本文取250mm?；顒?dòng)側(cè)護(hù)板裝在掩護(hù)梁的一側(cè)。 立柱立柱是支架的承壓構(gòu)件，它長(zhǎng)期處于高壓受力狀態(tài)，它除應(yīng)具有合理的工作阻力和可靠的工作特性外，還必須有足夠的抗壓、抗彎強(qiáng)度，良好的密封性能，結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單，并能適應(yīng)支架的工作要求。根據(jù)前后連桿間行人的要求，對(duì)支撐掩護(hù)式液壓支架還要考慮立柱傾角的要求，分配前，后柱窩位置。此設(shè)計(jì)的頂梁覆蓋率： 支架立柱數(shù)的確定目前國(guó)內(nèi)支撐式液壓支架立柱數(shù)為2～6根，常用為4根；掩護(hù)式液壓支架為2根；支撐掩護(hù)式液壓支架為4根。 頂梁的長(zhǎng)度計(jì)算掩護(hù)式與支撐掩護(hù)式液壓支架頂梁長(zhǎng)度計(jì)算公式：式中 配套尺寸——參考原煤炭部煤炭科學(xué)研究院編制的綜采設(shè)備配套圖冊(cè)確定； 底座長(zhǎng)度——底座前端至連桿下鉸點(diǎn)的距離； e——支架由高到低頂梁前端點(diǎn)最大變化距離； ——如圖所示，支架在最高位置時(shí)，分別為后連桿和掩護(hù)梁與水平面的夾角。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；保證支架保持穩(wěn)定性。一般根據(jù)單位缸長(zhǎng)行程來確定，當(dāng)范圍內(nèi)可采用單伸縮。 支架高度支架高度的確定原則，一般應(yīng)首先確定支架適用煤層的平均采高，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，然后確定支架高度對(duì)于大采高支架，按下式確定計(jì)算高度，即： 式中 ——支架最大高度,mm； ——支架最小高度, mm； ——煤層最大厚度, mm； ——煤層最小厚度, mm； ——考慮偽頂、煤皮冒落后仍有可能初撐力所需要的支撐高度，一般取mm； ——頂板最大下沉量，一般取mm； ——移架時(shí)支架的最小可縮量，一般mm； ——浮矸石、浮煤厚度，一般取mm。5 要求液壓支架能保證采煤工作面有足夠的通風(fēng)斷面，從而保證人員呼吸、稀釋有害氣體等安全方面的的要求。因此，液壓支架的設(shè)計(jì)工作時(shí)很重要的。向下轉(zhuǎn)動(dòng)尾梁時(shí)收回插板進(jìn)行放煤，可視情況反復(fù)多次進(jìn)行放煤。 在放煤擺動(dòng)板內(nèi)裝有可伸縮的小插板，小插板前端設(shè)有用于插煤的齒條，齒條下部有耳坐，與插板千斤頂聯(lián)接。 4頂梁相對(duì)較長(zhǎng)，掩護(hù)空間較大，通風(fēng)斷面大，而且對(duì)頂板的反復(fù)支撐可使較穩(wěn)定的頂煤在礦壓作用下預(yù)先斷裂破碎，利于放煤。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，本次設(shè)計(jì)的液壓支架的頂板為2類Ⅱ級(jí)，查《支護(hù)手冊(cè)》選用四柱支撐掩護(hù)式液壓支架。 放頂煤液壓支架適用范圍1 煤層厚度一般為5~12m左右，或者厚度變化比較大。支架尾梁還可以擺動(dòng)，提高頂煤的回收率。自20世紀(jì)70年代以來，我國(guó)放頂煤支架經(jīng)歷了從引進(jìn)國(guó)外的高位開天窗式單輸送機(jī)放頂煤支架和中位開天窗式雙輸送機(jī)放頂煤支架，到自行研制的四柱支撐掩護(hù)式低位放頂煤支架的發(fā)展過程，每一次架型的重大改革都帶來了放頂煤技術(shù)的重大進(jìn)步，成為放頂煤技術(shù)發(fā)展階段的標(biāo)志。 base。液壓支架是機(jī)械化采煤的重要設(shè)備之一，為此對(duì)它的設(shè)計(jì)研發(fā)有重大的意義。本次設(shè)計(jì)，通過任務(wù)書的要求，設(shè)計(jì)適用于煤層厚度為5~12米滿足底板和頂板要求的的低位放頂煤液壓支架。 caving agency.目 錄 摘 要目前，在我國(guó)煤礦高位和中位放頂煤支架已被淘汰，在放頂煤工作面推廣使用的主導(dǎo)架型有正連桿四柱支撐掩護(hù)式低位放頂煤支架、反向四連桿四柱支撐掩護(hù)式低位放頂煤支架和單擺桿四柱支撐掩護(hù)式低位放頂煤支架[7]。因此，低位放頂煤液壓支架一出現(xiàn)，即得到了用戶的認(rèn)可。2 煤質(zhì)比較松軟，或節(jié)理發(fā)育，容易在礦壓作用下冒落的煤層。 通過查閱相關(guān)資料，本次設(shè)計(jì)在以支撐掩護(hù)式為設(shè)計(jì)條件下設(shè)計(jì)了三種不同形式的結(jié)構(gòu)方案。 5反向四連桿機(jī)構(gòu)經(jīng)過總體參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)，連桿力較小，是一般正向四連桿機(jī)構(gòu)連桿力的50%～70%，支架的結(jié)構(gòu)可靠性高。在插板千斤頂作用下，插板伸出或收回，用于啟閉局部窗口。這種架型穩(wěn)定性好，有利于放煤，放煤口大，操作方便。由于液壓支架的類型很多，因此其設(shè)計(jì)工作量也是很大的。6 為了操作和生產(chǎn)的需要，要有足夠的人行道。 本次設(shè)計(jì)給定支架最大高度3000mm，最小高度1600mm。由公式（31）得 式中 ——單位缸長(zhǎng)行程； ——活塞全部伸出時(shí)立柱的總長(zhǎng)度，mm； ——活塞全部縮回時(shí)立柱的總長(zhǎng)度，mm； ——活塞行程，mm。（）， ，支撐掩護(hù)式支架的底座長(zhǎng)度取4倍的移架步距。本次設(shè)計(jì)選用的配套采煤機(jī)為MG150/380—WD 配套尺寸圖配套尺寸=（630+173+1130）mm=1933mm頂梁長(zhǎng)度=（1933+2400+160030052+150）=3492mm取3600mm。本次設(shè)計(jì)考慮設(shè)計(jì)任務(wù)書給定的條件查支護(hù)手冊(cè)，選定支護(hù)方式為支撐掩護(hù)式，故立柱數(shù)目為4 支撐方式 本設(shè)計(jì)為支撐掩護(hù)式支架，根據(jù)結(jié)構(gòu)要求呈傾斜或垂直布置，一般立柱與頂梁垂線夾角小于，由于夾角較小，有效支撐能力較大。第4章 液壓支架的部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 頂梁頂梁是工作面頂板直接接觸的部件，除要滿足一定的剛度和強(qiáng)度要求外，還要保證支護(hù)頂板的需要，如：足夠的頂板覆蓋率；同時(shí)要適應(yīng)頂板的不平整性，避免因局部應(yīng)力而引起損壞。立柱按動(dòng)作方式，可分為單作用和雙作用；按支架種類，可分為活塞式和活柱式；按伸縮方式，可分為單伸縮和雙伸縮。低位放頂煤液壓支架的掩護(hù)梁還要連接支架的尾梁與插板，安裝尾梁千斤頂。后連桿下鉸點(diǎn)與底座底面之距根據(jù)支架最小高度確定，薄煤層支架取150～250mm，中厚煤層支架取250～450mm，大采高支架取450～600mm。 (5) 過A點(diǎn)作一條直線與水平線H－H線相交其交角為。 (12) 以O(shè)點(diǎn)為圓心，以為半徑作圓弧。 (18) 過點(diǎn)C向H－H線作垂線，交于D點(diǎn)。本次設(shè)計(jì)要求拉架力大于推溜力，且為支撐掩護(hù)式液壓支架，因此選擇框架連接方式。當(dāng)千斤頂伸出時(shí)，護(hù)幫板支撐在煤壁上。1．收回插板實(shí)現(xiàn)放頂煤； (51)式中 ——支架總工作阻力，N； ——支護(hù)效率；因此架的支護(hù)面積，m2。推溜力一般為100～150 kN。 3立柱的初撐力立柱初撐力按下式進(jìn)行計(jì)算： （54）式中 ——泵站額定工作壓力減去從泵站到支架沿程壓力損失后的值，取MPa將數(shù)據(jù)代入(54)式得:4. 安全閥壓力和立柱工作阻力的確定安全閥的的調(diào)整壓力，按選定后的立柱缸體內(nèi)徑和支架承受的理論支護(hù)阻力來確定，即： （55）式中按下式計(jì)算: （56）式中——支架在最高位置時(shí)立柱傾角，度。 （3）活塞桿的合成應(yīng)力： 式中 ——活塞桿截面積，當(dāng)活塞桿為空心時(shí)，其截面積,為減弱系數(shù)； ——活塞桿的斷面模數(shù)，當(dāng)活塞桿為空心時(shí)，其斷面模 數(shù),為減弱系數(shù)。 （2）缸體與缸底焊縫強(qiáng)度驗(yàn)算焊縫應(yīng)力： （512） 式中 ——環(huán)形焊縫內(nèi)徑，200mm； ——環(huán)形焊縫外徑（缸筒外徑）, 245mm； ——焊接效率，??； ——立柱工作阻力,12561kN。解：： ：： 求得： 掩護(hù)梁受力分析取掩護(hù)梁為分離體，受力分析如圖圖54 支架掩護(hù)梁受力分析圖已知：求：。前面的內(nèi)容已經(jīng)給出了支架主要零部件受力分析和負(fù)荷的計(jì)算方法，但是由于液壓支架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、外載荷特點(diǎn)以及其使用條件的特殊性，在強(qiáng)度計(jì)算中的強(qiáng)度條件也是有其特殊性的。 4 焊條抗拉強(qiáng)度取，其強(qiáng)度條件為： 式中： ——計(jì)算出的焊縫許用應(yīng)力；——按焊條類型來定。最大彎矩421740Nm。所以前梁的彎曲強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求。由材料力學(xué)可知，中性軸處剪應(yīng)力為最大，所以按此處進(jìn)行校核。每個(gè)零件對(duì)截面形心的慣性矩為： （6—11）將數(shù)據(jù)代入（6—11）式得：所以，⑸彎曲應(yīng)力和安全系數(shù)的計(jì)算同上代入數(shù)據(jù)得：式中：—材料屈服極限，Q550，=550MPa。對(duì)各點(diǎn)左右剪力計(jì)算如下：A點(diǎn)：B點(diǎn)：C點(diǎn)：⑵彎矩：從A點(diǎn)向C點(diǎn)取距（從左向右取，順時(shí)針為正）A點(diǎn)：B點(diǎn)：C點(diǎn)：所以CC截面為危險(xiǎn)截面，截面形狀如圖69。此處按中性軸以下進(jìn)行計(jì)算，代入數(shù)據(jù)由（6—17）事得：