【正文】 繩或銷軸把立柱和頂梁連接起來，掩護式支架和支撐掩護式支架在頂梁后端有銷孔，通過銷軸與掩護梁上 的銷孔相連。因此，除滿足一定的剛度和強度外，對底板的適應性要強；對底板的接觸比壓要??；支架內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。 ZY3200 計成雙單連桿，后連桿設計成整體連桿，如圖 、圖 ，整體連桿由兩根單連桿組焊而成，用在后連桿，抗扭轉能力強，銷軸與銷孔最大配合間隙控制在 1mm以內 ,以增強支架的穩(wěn)定性?；顒觽茸o板通過彈簧筒和側推千斤頂與梁體連接，以保證活動側護板與鄰架的固定側護板靠緊。 所以綜合考慮各個方面， ZY3200 型掩護式支架采用圖 b 所示的側護板。 屈服極限： MPas 835?? ； 安全系數(shù)：取 2n? ； 允用應力： ? ? sn?? ? 2835? ? MPa 缸筒 所需最小厚度 ： ? ?? ? ???????????? ppD ??? ???????? ??? ???? 11? mm 考慮到需要安裝導向套，選取缸筒內壁厚度為 30 20?? mm 二級 立柱的 工作壓力 已知二級缸徑為 200mm，按下式可求得二級缸內的壓力： 12 224000 cosadFP nD??? mm 式中： 1F —— 支架 工作阻 力， kNF 36001 ? ； n—— 每架支架立柱數(shù)， n=2； 2D —— 二級缸內徑 ， mmD 20xx ? ； ? —— 立柱最大傾角，（支架降到最低位置時 α 角最大）， ?28?? 。稱此現(xiàn)象為液壓支架的“讓壓”現(xiàn)象。 為了設計計算方便，要對支架的外載荷和支架本身進行簡化，現(xiàn)概述如下： （ 1） 把支架簡化成一個平面系機構。頂梁和頂板的靜摩擦系數(shù) W 一般取 ～ 。對 O 點取矩可求得 1F 的表達式。下面簡單介紹我國液壓支架強度計算中的強度條件： s? 計算安全系數(shù)； 、銷軸、活塞桿的屈服極限及強度條件； (1).各結構件采用 16Mn 低合金高強度 結構 鋼，并由具有標準厚度的鋼板焊接而成，取 345?s? MPa； (2).各銷軸均采用 35CrMo 等合金結構鋼，取屈服極限 835?s? MPa； (3).活塞桿均采用 27SiMnTi 鋼，取屈服極限 835?s? MPa； (4).結構件、銷軸和活塞桿的強度條件為： max??sn? ≥ [n] （ 53） 式中 ， max? — 危險斷面計算出的最大應力， MPa； ][n — 許用安全系數(shù) 。前面的內容已經(jīng)給出了支架主要零部件受力分析和負荷的計算方法，但是由于液壓支架的結構特點、外載荷特點以及其使用條件的特殊性，在強度計算中的強度條件也是有其特殊性的。為簡便計算，以下均在支架的最高位置進行各部分的受力計算 。 （ 5） 立柱和短柱按最大工作阻力計算。設垂直于頂梁的力為 1F ， 1F 由支架的工作阻力來平衡。此時，頂板尚無下沉現(xiàn)象，支架以“初撐力”支撐頂板。 立柱尺寸確定 一級 立柱的缸體內徑： 14000cosdaFD nP??? mm 式中： 1F —— 支架工作阻力， kNF 36001 ? ； n—— 每架支架立柱數(shù)， n=2； aP —— 安全閥調整壓力， aa MPP 35? ； ? —— 立柱最大傾角，（支架降到最低位置時 α 角最大）， ?28?? 。 另一種是鉸接式側護板，如圖 d 所示。在設計時，根據(jù)左右工作面來確定左側或右 側為活動側護板。 如圖 所示： 圖 掩護梁 26 連桿的設計 前、后連桿是四連桿機構中重要的運動和承載部件，與掩護梁和底座的一部分共同組成四連桿機構，使支架能承 受圍巖載荷、水平作用力和保持支架穩(wěn)定。 圖 頂梁斷面 本設計中的支架頂梁的型式如圖 所示。頂梁前端呈滑撬式或圓弧形，以減少移架阻力。 為了使冒落的頂板矸石滑向采空區(qū)，保護擋矸簾，還可以增加尾梁 3，如圖 e 所示。由于頂煤易產生裂隙、破碎及跨落，要求頂梁盡可能適應這種變化，具有良好的接頂 性能，避免因局部壓力而引起損壞。本次設計取推溜力為 150KN 。取最大截割高度， ? m ? — 巖石密度，一般取 33 10??? 3Kgm 故： 510 ??? ?KMq 53 1010335 ?????? ? MPa 支架支撐頂板的有效工作阻力為： 310CR qF?? KN 式中： CF — 支架的支護面積， 2m ? ?? ?g k mF L L B K? ? ? 2m 式中： gL — 支架頂梁長度， ?gL m ； kL — 梁端距， ?kL m ； mB — 支架頂梁寬度， ?mB m ； K — 架間距， ? m 。 +300+19) +200 =3974mm 立柱布置 本支架采用雙伸縮立柱。這是因為采用先移架后推溜的工作方式時，支架要超前輸送機一個步距，以便采煤機過后，支架能及時前移，支控新暴露的頂板，做到及時支護。、 2Q =25176。 已知條件是支架的最大高度 mH ＝ 3200mm 和支架的最低高度 nH ＝ 1400mm，要求在這范圍內掩護梁上的鉸點上下運動時的軌跡是一條直線或近似直線，水平偏移量不許超過70mm。 圖 掩護梁和后連桿構成的曲柄滑塊機構 其具體做法是順時針轉動后連桿使支架最高位置時的 e? 點向下作近似直線運動，在掩護梁上定有一點在運動中有一段近似圓弧軌跡，只要找到這個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度了。為了安全可靠最低工作位置應使 P≥ 25176。 四連桿機構在具有以上諸作用的同時，也有一些缺點。因為在輸送機向采空區(qū)方向歪斜，底版沿走向方向有下凹或運輸機推移量不足時，采煤機的上滾筒和頂梁之間的距離就會減少，甚至相碰。但是考慮盡量減輕支架重量，降低造價，可搞系列化，加強支架對頂?shù)装宓倪m應性，降低伸縮比，盡量采用單伸縮油缸或帶機械加長桿來增加調高范圍。 為防止煤壁片幫，液壓支架增設二級護幫板，以增強對煤壁支護效果。支架的寬度應與刮板輸送機中部槽長度相一致，推移千斤頂?shù)男谐虘炔擅簷C截深大 100— 200mm，支架沿工作面的移架速 度應能跟上采煤機的工作牽引速度并能滿足生產指標。復合支護的特點是，支護滯后時間短，但增加了反復支撐次數(shù)。 3 個工序的不同組合順序，可形成液壓支架的 3種支護方式，從而決定工作面“三機”的不同配套關系。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 。增阻性主要取決于液控單向 立柱的密封性能，恒阻性與可縮性主要由安全閥來實現(xiàn)，因此安全閥、液控單向閥和立柱是保證支架性能的三個重要元件。 如尤蘭礦用電流控制的兩柱掩護式支架，在 1995 年 8 月 8 日創(chuàng)下澳大利亞有史以來日產 萬 t 的最高紀錄，班產一直保持在 5 000 t～ 6 000 t。 支架還采用屈服強度 800 MPa～ 1 000 MPa 的鋼板，既有較高的強度 、 硬度和韌性，又具有良好的冷焊性能 。 現(xiàn)在國外的普通綜采工作面液壓支架已實現(xiàn)了微機紅外線電液自動控制，可成組 、 成排地向前移架，額定供液壓力達到 40MPa，流量 300 L/min～ 450 L/min，供液管徑 100 mm～ 120 mm，移架速度超過了 10 組 /min。 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，以及支架的支護強度。 液壓支架設計目的、要求和設計支架的必要參數(shù) 采用綜合機械化采煤機械方法是大幅度增加煤炭產量、提高經(jīng)濟效益的必由之路 。 1970 年在山西大同首次全工作面裝備了 TZ— 140 型垛式液壓支架 。綜上所述，大力發(fā)展綜采機械化采煤，研制和使用液壓支架式十分關鍵的。端頭液壓支架簡稱端頭支架，專門安裝在每個采煤工作面的兩端。 液壓支架頂梁強度計算 ................................................ 31 強度條件 ..................................................... 35 頂梁強度校核 ................................................. 36 結 論 ..................................................................... 41 參考文獻 ................................................................... 42 致謝 ....................................................................... 43 附錄 (一 )三維模型 ........................................................... 44 附錄 (二 )專業(yè)翻譯 ........................................................... 47 7 1 前言 煤炭是我國的主要能源，在國民經(jīng)濟建設中，具有重要的戰(zhàn)略地位。 液壓支架在煤炭行業(yè)是一種非常重要的設備，它在采煤工作面中為了防止頂板冒頂，維持一定的空間，保證工人安全和各項工作的正常運行，對頂板進行支護。根據(jù)我國社會發(fā)展的需求，要把我國建設為“資源節(jié)約型，環(huán)境友好型”的社會，煤炭工業(yè)面臨著歷史性的挑戰(zhàn)與機遇，經(jīng)歷著關鍵性的轉變。因支護設備不同，其機械化程度也不一樣。 2 1 液壓支架的概述 國內外液壓支架的發(fā)展歷程 作為煤礦井下綜采工作面支護關鍵設備的液壓支架，經(jīng)歷了幾個 階段的發(fā)展過程 。 通過消化吸收國外先進技術，我國科研人員自主研發(fā)了多種用途的液壓支架，最具代表性的有 QY 系列和 YZ 系列支架 。 由于不同采煤工作面的頂板條件、煤層厚度、煤層傾角、煤層物理機械性質等的不同，對不同液壓支架的需求也不同。 5． 工作面煤壁條件 根據(jù)工作面煤壁條件決定是否用護幫裝置。 最大的支架供液壓力不超過32 MPa，供液管徑 25 mm～ 30 mm，流量在 150 L/min～ 200 L/min。 美國的高產高效工作面采用兩柱掩護式支架，使用壽命 8～ 10 年，可用率高達 95％～ 98％ 。如圖 所示。 液壓支架工作狀態(tài)及布置 圖 所示為液壓支架在工作面的布置示意圖。將輸送機推向煤壁，實現(xiàn)推溜。適用于各種頂板條件，是目前應用最廣泛的支護方式。 采煤機生產能力選擇，采煤機的生產能力的決定是依據(jù)工作面的年產量及每小時生產能力而確定的。 支架中心距的確定 支架的中心距，目前國內外有 、 、 、 。 采煤機選型 采煤機的選型直接關系到安全高效能否實現(xiàn)。 取 3ncBb mc ?? ， 1003?C ， 1?n 則 1 4 0 01 0 011 5 0 03 ?????? ncbB cm 梁端距的確定 梁端距即移架后梁端到煤壁的距離，通常 指不考慮煤壁片幫、煤壁歪斜或移架不足等因素影響的理論值。通常，掩護式支架的底座長度取 ，一個移架步距為 ，即 。其四連桿機構的幾何特征如下： （ 1）支架從最高高度降到最低高度時，如圖 e應小于或等于 70mm ，最好為 30mm 以下； 圖 四連桿機構幾何特征圖 （ 2）支架在最高位置時和最低位置時，頂梁與掩護梁的夾角 P和后連桿與底平面的夾角 Q，為圖 ，應 滿足如下要求： 支架在最高位置時， P≤ 52176。； 還有書上的說法：是 在支架最小支護高度時，掩護梁傾角應保證移架過程中掩護梁背負的殲石能沿梁體下滑，即滿足 P＝ ?12 ～ 18176。 （一） 幾何作圖來設計四連桿機構 掩護梁上鉸點至頂梁頂面之距 0H 一般根據(jù)支架工作阻力初步確定頂梁梁體的高度后，再根據(jù)結構的合理性確定，一般支架取 0H =150— 200mm，重型支架可取 0H ＝ 210— 260mm。 圖 掩護梁和后連桿計算圖 從幾何關系可以列出如下兩式 211 c o sc o s LQAPG ?? （ 35） 222 c o sc o s LQAPG ?? （ 36） 將（ 3— 5）式和（ 3— 6）式聯(lián)立可得：