【正文】 支撐能力，底座前端比壓增大，連桿受力增加。 在進(jìn)行強度計算時，要以頂梁承受最大負(fù)荷時的支護(hù)高度為依據(jù)，按此時的工況進(jìn)行計算。對于掩護(hù)式支架而言，兩者并不相等。為簡化計算又不失其有效性，假設(shè)底座對底板均勻接觸且載荷為線性分布。于是可以求出支架的實際支護(hù)強度如下式： )( 13LLL PKq np s?? (MPa) 支撐式支架隨著支撐高度的不同，其支護(hù)面積和工作阻力不變，故其支護(hù)強度不變。 ay 和 ax 是前梁在鉸接點 a處對后梁的作用力。據(jù)此把支架簡化為平面桿系進(jìn)行受力分析和計算。 6. 作用在頂梁上水平力的產(chǎn)生有兩 種情況：一種是由于支架在承載讓壓時，由于頂梁前端運動軌跡為雙紐線，所以頂梁與底板有產(chǎn)生位移的趨勢，水平力為頂梁合力與靜摩擦系數(shù)的乘積，其方向與頂梁產(chǎn)生位移方向趨勢相反；另一種是由于頂板向采空區(qū)方向移動，使支架頂梁受一指向老塘的水平力，最大水平力值與上相通。這時立柱以“工作阻力”支護(hù)頂板。隨著煤壁的推進(jìn)，老頂懸露長度變短， Q2 在增加。 2. 推移千斤頂行程 推移千斤頂?shù)男谐膛c推移步距有關(guān)，當(dāng)推移步距為 600mm 時，推移千斤頂?shù)男谐虨?700～ 750mm,按規(guī)定取 700mm 或 750mm。 則有 2020200c o s40 ??????? ?? ad np FD(cm) 按照北京煤礦機械廠標(biāo)準(zhǔn)（ Q/BM32782）表 21 選取比計算值大的標(biāo)準(zhǔn)作為內(nèi)徑 eD ，再按表 22，表 23選取配合尺寸。當(dāng)密封液體壓力較高時，可采用半圓環(huán)結(jié)構(gòu)連接方式。工作壓力小于 時，可以不加擋圈。用鋼制作活塞時，可在活塞上安裝導(dǎo)向環(huán)與缸體內(nèi)徑配合。 本支架在用單伸縮懸浮式立柱。 圖 23 垛式支架頂梁結(jié)構(gòu) 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計 19 圖 24 頂梁斷面 底座 底座是將頂板壓力傳遞到底板和穩(wěn)固支架的部件。 本支架為垛式支架，故采用剛性頂梁帶鉸接式前梁，如下圖 23 所示，頂梁由前、后梁鉸接。故選立柱數(shù)目為 4。 2 液壓支架整體結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計 液壓支架的主要尺寸的確定 支架高度和伸縮比 由題目已知 支架的最大高度 Hm= 支架最小高度 Hn= 指最大與最小支架高度之比值 即： ??? nmHHm 支架間距 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計 15 支架間距就是指相鄰支架中心線間的距離，按下式計算 3cmb B n C? ? ? 式中 cb — 支架間距（支架中心距） mB — 每架支架頂梁總 寬 度 3c — 相鄰支架（或框架）頂梁之間的間隙 n — 每架所包含的組架或框架數(shù) ， 整體自移式支架 n =1；整體邁步 式支架 n =2；節(jié)式邁步支架 ， n =支架節(jié)數(shù)。即時支護(hù)的特點是，頂板暴露時間短，梁端距較小。當(dāng)降到安全閥的調(diào)定壓力時，安全閥關(guān)閉。 支架的承載過程 支架的承載過程是指支架與頂板之間相互力學(xué)作用的過程。因此，支架要實現(xiàn)升、降、推、移四個基本動作，這些動作是利用泵站供給的高壓液體，通過工作性質(zhì)不同的幾個液壓缸來完成的，如圖 13所示。一般來說，它的頂梁較長，支護(hù)空間較大，具有較大的支撐力，并兼有支撐和錨固作用，其整體性和結(jié)構(gòu)強度均較高。將輸送機推向煤壁，實現(xiàn)推溜。） 采煤工藝 放頂煤支架 機械鋪（連）網(wǎng)支架 充填支架 使用地點 排頭支架 端 頭支架 工作面支架 順槽超前支架 按主要結(jié)構(gòu)特點（表 12） 表 12 按主要結(jié)構(gòu)特點分類 分類標(biāo)準(zhǔn) 具體分為 分類標(biāo)準(zhǔn) 具體分為 四連桿式 控制方式 本架控制 單鉸點式 鄰架控制 擺桿式 成組控制和順槽控制 配套方式 插腿式 組合方式 單架式 不插腿式 組合式 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計 9 液壓支架工作狀態(tài)及布置 圖 11 所示為液壓支架在工作面的布置示意圖。 3．支撐掩護(hù)式支架 ： 支撐掩護(hù)式支架具有支撐式的頂梁和掩護(hù)式的掩護(hù)液壓支架 支撐式 掩護(hù)式 支撐掩護(hù)式 節(jié)式 （圖 11a） 垛式（圖 11b） 支掩式（圖 11c） 支頂式（圖 11d） 支頂支掩式（圖 11e） 支頂式（圖 11f） 支頂支掩式（圖 11g） 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計 7 梁，它兼有切頂性能和防護(hù)作用，適于壓力較大、易于冒落的中等穩(wěn)定或穩(wěn)定的頂板。 液壓支架的分類 液壓支架分類的方式很多，主要可以按照支架與圍巖的相互作用關(guān)系，立柱布置方式、使用條件和結(jié)構(gòu)特點等來分類。支架最大高度已經(jīng)達(dá) 5m，最小高度為 ；適應(yīng)最大傾角可達(dá) 55176。 它與滾筒采煤機（或刨煤機） 、可彎曲刮板輸送機、轉(zhuǎn)載機及膠帶輸送機等形成了一個有機的整體，實現(xiàn)了包括采、支、運等主要工序的綜合機械化采煤工藝，從而使長壁采煤技術(shù)進(jìn)入了一個新的階段。 液壓支架是在摩擦支柱和單體液壓支柱等基礎(chǔ)上發(fā)展起來的工作面機械化支護(hù)設(shè)備， 作為綜合機械化采煤的關(guān)鍵設(shè)備之一， 液壓支架的 重量約 為 綜采設(shè)備總重量的 80%90%，其費用約占綜采設(shè)備總費用的 60%70%。在引進(jìn)、消化國外支架的基礎(chǔ)上，我國已經(jīng)形成了一支具有一定規(guī)模的從事液壓支架的設(shè)計、研究、制造和檢驗的專業(yè)隊伍，積累了豐富的經(jīng)驗，中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計 5 已經(jīng)開發(fā)研制了多種適合我國煤礦不同生產(chǎn)地質(zhì)條件的液壓支架。因此，液壓支架是技術(shù)上先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上合理、安全上可靠，是實現(xiàn)采煤綜合機械化和自動化不可缺少的主要設(shè)備 。其特點是：立柱少，切頂能力弱；頂梁短，控頂距??；由前后連桿和底座鉸接構(gòu)成的四連桿機構(gòu)使抗水平力的能力增強，立柱不受橫向力；而且使板前端的運動軌跡為近似平行于煤壁的雙紐線，梁端距變化??；架間通過側(cè)護(hù)板密封，掩護(hù)性能好；調(diào)高范圍大，適用于松散破碎的不穩(wěn)定或中等穩(wěn)定的頂板。） 傾斜工作面支架（≥ 45176。支架支撐頂板后，以其為支點操作推溜千斤頂。因此，端頭支架具有特殊性。 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計 11 圖 13液壓支架結(jié)構(gòu)型式 a) 支撐式 b) 掩護(hù)式 c) 支撐掩護(hù)式 1－前探梁 2－頂梁及其側(cè)護(hù)板 3－掩護(hù)梁及其側(cè) 護(hù)板 4－前連桿 5－后連桿 6－底座 7－立柱 8－推移千斤頂 9－平衡千斤頂 10－操縱閥與控制閥 11－護(hù)幫機構(gòu) 12－護(hù)幫千斤頂 13－前梁千斤頂 14－擋矸簾 液壓支架的工作原理 液壓支架在工作過程中，不僅要可靠的支撐頂板，維護(hù)一定的安全工作空間，而且要隨工作面的推進(jìn)，進(jìn)行移架和推移輸送機。若將操縱閥 7 置于推溜位置，高壓液體進(jìn)入推移千斤頂后腔即活塞腔，前腔即活塞桿腔回液，這時輸送機以支架為支點被推向煤壁。當(dāng)升高到安全閥 5 的調(diào)定壓力時，安全閥打開溢流，立柱下縮，液體壓力隨之降低。 即時支護(hù) 一般循環(huán)方式為：割煤 — 移架 — 推溜?？蛇m用于各種頂板條件，但支架操作次數(shù)增加，不能適應(yīng)高產(chǎn)高效要求，目前應(yīng)用較少。 立柱數(shù) ： 國內(nèi)支撐式支架立柱數(shù)為 2～ 6 根，常用為 4根。 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計 18 頂梁 頂梁是與頂板直接接觸的構(gòu)件，除滿足一定的剛度和強度要求外，還要保證支護(hù)頂板的需要，如：有足夠的頂板覆蓋率；同時要求適應(yīng)頂板的不平衡性，避免因局部應(yīng)力而引起損壞。 取頂梁的斷面形狀為閉式頂梁，頂梁上、下蓋板與筋板焊成封閉型，如圖 24 所示。 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計 20 立柱 立柱是支架的承壓構(gòu)件，它長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、抗彎強度，良好的密封性能，結(jié)構(gòu)要簡單，并能適應(yīng)支架的工作要求。 活塞可以套在活柱上，或直接焊接在活柱上。它適用于裝入各種液壓活塞頭和導(dǎo)向套上，為單向密封。 固定鋼絲和鋼絲擋圈的連接方式，不能耐高壓。 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計 23 支撐式支架 sK =1，所以有： )( 13LLL pKq nP s??=)4540300(1900 120200000? ?= 確定立柱的技術(shù)參數(shù) 立柱的缸體內(nèi)徑按下式進(jìn)行計算： ?? c os40ad np FD ?(cm) 式中 dD — 立柱缸體內(nèi)徑（ cm） F — 支架承受的理論支護(hù)阻力（ kN） n — 每架支架立柱數(shù) ap — 安全閥調(diào)正壓力（ MPa），按產(chǎn)品樣本選取 ? — 立柱最大傾角 本支架中， F =20200kN， n =4， ap =40MPa， ? =0176。本支架中 D 取125mm， d取 70mm。由老頂形成的懸臂梁的一端支撐在直接頂跨落后的碎矸上，另一端則支撐在支架和煤壁上方的直接頂上，并形成載荷 Q2。稱此現(xiàn)象為液壓支架的“讓壓”現(xiàn)象。 5. 立柱和短柱按最大工作阻力來計算。 在支架撐牢 在頂?shù)装逯g時，取其整體或某一部件為分離體，皆處于平中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計 33 衡狀態(tài)。 kP 是前梁千斤頂?shù)闹瘟?。再?jīng)受力分析，其外載荷也已確定。如圖 36所示 圖 36 底座面積 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計 39 則其與底板的接觸面積 A 為： 7 7 )()2(1 ?????????? hbllbA d (m2) 然后計算底座對 底板的平均比壓如下： 3310 ????? ??dAFq (MPa) 由于底板凹凸不平或底座下墊有碎矸，底座對底板的比壓很不均勻。涌水量大，巖石變軟，降低了允許比壓 [P]— 允許比壓 (MPa) 對于本支架， dn =，所以有 ? ? ??? ???????? ?? 323214 )64( bL nLFqddd (MPa) ? ? )26( 323215 ??? ???????? ??bL LnFqddd (MPa) 支護(hù)效率 整臺支架的阻力是由立柱的工作阻力產(chǎn)生的。 支撐式支架的支護(hù)高度對支架受力沒有影響，而掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架，由于支護(hù)高度的變化，使立柱的支撐角度、平衡千斤頂?shù)慕嵌?、掩護(hù)梁和四連桿機構(gòu)的角度等的不同，使支架受力也不同。按支架在如下工況時進(jìn)行計算：支護(hù)高度為頂梁承受最大合力時的高度值，矸石作用力03?P ，摩擦系數(shù) ?W ，并且按平衡千斤頂產(chǎn)生推力和拉力兩種情況分別進(jìn)行支架的受力計算。所以， ?tan 值過大對支架受力不利。當(dāng)然強度條件要以現(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)，隨著時間的推移，如果上述諸點有變化，強度條件也必須作相應(yīng)調(diào)整。 液壓支架的強度校核 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計 46 頂梁強度校核 按理論支護(hù)阻力在頂梁的最危險截面處，對頂梁進(jìn)行校核。 計算每個零件對截面形心的慣性矩 ziJ ： 8 6 4 03 5 28012 23121311 ??????? FaLJ z ? (cm2) 1 3 2 7 12 7 6)2(12 2326126 23222312 ????????? FahJ z ? (cm2) 4 8 4 81 1 8)(12 25912 23323343 ???????? FaLJ z ? (cm2) 2 7 7 7 51 3 2)(12 23312 23424334 ???????? FaLJ z ? (cm2) 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計 51 6 8 3 380)(12 22020 23525325 ???????? FaLJ z ? (cm2) ? ?? ?? ??? 2nn YYFJJ ? ? ? ? ? ? ?????????? 222 1 4 21 1 4 8 4 82172 7 61 3 2 7 121 0 83 5 01 3 8 6 4 0 ? ? ? ?22 1 4 6 8 3 321 4 22 7 7 7 52 ???? =4121040+186070++95878+ cm? 計算彎曲應(yīng)力： m a xm a xm ax yJM z?? (MPa) ? ? 1 0 0 8 8 1 1 8 3 4 6 9 4 1 8 ??? ? 計算安全系數(shù)： 245 9m a x ??? ?? sn 對比安全系數(shù)表 41， n = ][n = 所以，主頂梁 安全系數(shù)合 格 。 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計 55 耳板在擠壓應(yīng)力 6F 作用下，銷軸向耳板銷孔擠壓。其截面圖如圖所示。 從 A向 C取矩： A點： 03 ??? hxM aAz B點： 03 ??? l