【正文】 第 35 頁 6013?? kN 結(jié)果中的“－”號，表示前連桿的受力方向與圖中的方向相反，即前連桿受拉力作用。； 2? — 后立柱與豎直線的交角， 1? =2176。 液壓支架的工作阻力 假設(shè)掩護(hù)梁上沒有負(fù)載，其摩擦系數(shù)為 ? 。 (2) 金屬結(jié)構(gòu)件按材料力學(xué)上的 直梁理論來計算。 24000D Fp ?? 4004000??? = MPa 缸筒材料采用 27SiMn 無縫鋼管 屈服極限： σ s= 835 2Nmm ； 安全系數(shù)：取 2n? ； 允用應(yīng)力： ? ? sn?? ? 2835? 417? 2Nmm 缸筒內(nèi)壁厚度： 中國礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 31 頁 ? ?? ? ???????????? ppD ??? ????????? ?? ??? = mm 考慮到在液壓缸中處需要安裝導(dǎo)向套，選取缸筒內(nèi)壁厚度為 20?? mm 移架千斤頂?shù)男谐? 移架千斤頂?shù)男谐膛c推移步距的關(guān)，推移步距為 600mm ，所以移架千斤頂?shù)男谐桃话銥?700～ 750mm 。本支架立柱間距選 。較大的初 撐力能使支架較快達(dá)到工作阻力，減慢頂板的早期下沉速度，增加頂板的穩(wěn)定性。其配套尺寸如圖 2－ 6 所示。AB39。 (17) 分別作 BB’和 B’B’’的垂直平分線交于 C 點(diǎn)，即為前連桿的下鉸點(diǎn)，BC 為前連桿的長度 。 (11) 取 E’E’’’中點(diǎn)為 E’’點(diǎn)，為液壓支架在降到中間位置時，掩護(hù)梁與頂梁的鉸點(diǎn)。 (4) 以 O 點(diǎn)為圓心，以 1L 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)。HOHFE39。 (3) 由圖 21 可知，掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn) E’和瞬時中心 O之間的連線與水平線的夾角為 Q，設(shè)計時，要使 tan ?? 范圍內(nèi)，主要原因是 Q角直接影響附加力 Qy 的數(shù)值大小。 支架整體機(jī)構(gòu)尺寸確定 底座長度 底座是將頂板壓力傳遞到底板和穩(wěn)定支架的作用。 本文要做的主要工作 本文所做的主要工作是：支架總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計、支架液壓系統(tǒng)原理的設(shè)計、支架各結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計以及 各結(jié)構(gòu)件的受力分析及強(qiáng)度校核 。 (5) 液壓支架控制系統(tǒng)有了重大進(jìn)步。目前，液壓支架設(shè)計研究取得重要進(jìn)展，主要在以下方面： (1) 設(shè)計理論和方法有了突破。在支架架型功能上我國與國外相差無幾 ， 有些地方特別是特厚煤層用的放頂煤支架、鋪網(wǎng)支架、兩硬煤層的強(qiáng)力支架、端頭支架還有獨(dú)到之處 ， 但國產(chǎn)液壓支架技術(shù)含量偏低 ， 電液控制閥可靠性差 ， 所用鋼材一般為 16Mn ， 最好的屈服極限才 700MPa ， 液壓系統(tǒng)壓力在 35MPa 以下 ， 流量在 200L/min 以內(nèi) ， 供液管Φ 25～Φ 32mm ， 回液管Φ 25～Φ 50mm ， 最快移架速度 10～ 12s/架 (井下實(shí)際應(yīng)用有時在 20s 以上 ) ， 工作阻力更是相對較低。支架結(jié)構(gòu)件設(shè)計時，摩擦系數(shù)取值應(yīng)考慮 f= 時水平力對支架強(qiáng)度的影響。如有的支架在低位狀態(tài)時，掩護(hù)梁與垂線夾角仍有 300 左右，相當(dāng)于一般支架在高位狀態(tài)時的掩護(hù)梁夾角。 (5) 工作面煤壁條件 根據(jù)工作面煤壁條件，決定是否用護(hù)幫裝置。 (9) 要求支架有足夠的剛度，能夠承受一定的不均勻載荷。 (2) 液壓支架要有足夠的推溜力和移架力。 液壓支架的設(shè)計 設(shè)計目的 采用綜合機(jī)械化采煤方法是大幅度增加煤炭產(chǎn)量、提高經(jīng)濟(jì)效益的必由之路。選取框架式推移裝置。 前連桿設(shè)計成雙單連桿，后連桿設(shè)計成整體連桿，如圖 1圖 18所示，整體連桿由兩根單連桿組焊而成，用在后連桿，以增強(qiáng)支架的穩(wěn)定性。 3． 側(cè)護(hù)板的結(jié)構(gòu)型式分為兩種： 一種是側(cè)護(hù)板在頂梁的外側(cè)。 頂梁和掩護(hù)梁的側(cè)護(hù)板的結(jié)構(gòu)型式，如圖 15 所示： 圖 15 側(cè)護(hù)板的結(jié)構(gòu)型式 一種是一側(cè)固定另一側(cè)活動的側(cè)護(hù)板。 立柱 用途： (1) 支撐頂梁，承受載荷的作用； (2) 調(diào)節(jié)支架的高度，使支架的高度滿足工作面的要求； (3) 立柱設(shè)置有大流量安全閥，以避免頂板沖擊壓力造成支架過載較大。前、后立柱交叉布置的支架適用于薄煤層。其特點(diǎn)是：立柱多，支 撐力大，切頂性能好；頂梁長，通風(fēng)斷面大，適用于中等穩(wěn)定以上的頂板。它表明液壓支架在低于額定工作阻力下工作時，具有增阻性，以保證支架對頂板的有效支撐作用，在達(dá)到額定工作阻力時，具有恒阻性；為使支架恒定在此最大支撐力，又具有可縮性，即支架在保持恒定工 作阻力下，能隨頂板下沉而下縮。 支架升降 支架的升降依靠立柱 2 的伸縮來實(shí)現(xiàn)，其工作過程如圖 11 中國礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 2 頁 (1) 初撐 操縱閥 7 處于升柱位置，由泵站輸送來的高壓液體經(jīng)液控單向閥 5進(jìn)入立柱的下腔，同時立柱的上腔排液，于是活柱和頂 梁升起，支撐頂板。 中國礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 1 頁 通過各專業(yè)全套畢業(yè)設(shè)計 1 概述 液壓支架的用途 在采煤工作面的煤炭生產(chǎn)過程中，為了防止頂板冒落，維持一定的工作空間，保證工人安全和各項作業(yè)正常進(jìn)行，必須對頂板進(jìn)行支護(hù)。每架支架的液壓管路都與工作面主管路并聯(lián)，形成各自獨(dú)立的液壓系統(tǒng)，如圖 1－ 1 所示，其中液控單向閥和安全閥設(shè)在架內(nèi)，操縱閥可設(shè)在本架或鄰架內(nèi)，前者為本架操作，后者為鄰架操作。 中國礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 4 頁 圖 12 液壓支架工作特性曲線 由以上分析可以看出，支架工作時的支撐力變化可分為三個階段，如圖1－ 2，即：開始升柱至單向閥關(guān)閉時的初撐增阻階段 t0，初撐后至安全閥開啟前的增阻階段 t1，以及安全閥出現(xiàn)脈動卸載時的恒阻階段 t2，這就是液壓支架的阻力－時間特性。 圖 1— 3 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(jī)構(gòu) ； 12－護(hù)幫千斤頂 ； 13－前梁千斤頂 ； 14－擋矸簾 (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。 根據(jù)使用條件，支撐掩護(hù)式支架的前、后排立柱可前傾或后傾，傾角大小也可不同。 要求： (1) 底座應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度； (2) 底座對底板的起伏變化適應(yīng)性好 ； (3) 底座與底板的接觸面積大，以減小底座對底板的接觸比壓，避免支架陷入底板； (4) 底座應(yīng)有足夠的地方來安設(shè)立柱、推移裝置以及液壓控制裝置； (5) 底座要能把落入支架內(nèi)的碎矸排棄到老塘中?；顒觽?cè)護(hù)板增強(qiáng)了支架側(cè)向穩(wěn)定性，其上設(shè)置的彈簧與千斤頂都起防倒與調(diào)架作用。這種側(cè)護(hù)板可以適應(yīng)工作面開采方向變化的要求，有利于防倒和調(diào)架。其四連桿機(jī)構(gòu)的作用： 中國礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 10 頁 (1) 通過四連桿機(jī)構(gòu)，使支架頂 梁端點(diǎn)的運(yùn)動軌跡呈近似雙紐線，從而使用使支架前端頭離煤距離大大減小，提高了管理頂板性能； (2) 能承受較大的水平力。 現(xiàn)采用的推移裝置有三種方式：差動式、浮動活塞式 和框架式。 容積式液壓傳動可最大限度的滿足這些要求，因此，所有液 壓支架均采用這種傳動。 對液壓支架的基本要求 (1) 為了滿足采煤工藝及地質(zhì)條件的要求，液壓支架要有足夠的初撐力和工作阻力，以便有效的控制頂板，保證合理的下沉量。 (8) 支架的穩(wěn)定性要好，底座最大比壓要小于規(guī)定值。 (4) 底板巖性和小時涌水量 根據(jù)底板巖性和小時涌水量驗算底板比壓。 (2) 應(yīng)盡量減小掩護(hù)梁長度，增大掩護(hù)梁與水平夾角，減小掩護(hù)梁在水平線上的投影長度。 (6) 應(yīng)考慮支架可能承受的水平方向沖擊力。 我國液壓支架經(jīng)過 20 多年的發(fā)展 ， 盡管取得了顯著成績 ， 在雙高礦井建設(shè)中出現(xiàn)過日產(chǎn)萬噸、甚至班產(chǎn)超萬噸的記錄 ， 但總體水平與世界先進(jìn)采煤國家仍存在一定差距。即使對于緩傾斜中厚煤層的液壓支架，其結(jié)構(gòu)、性能與控制方式如何更適應(yīng)不同的生產(chǎn)條件，仍需不斷的改進(jìn)和研究。開發(fā)了 CAD 工作站和微機(jī) CAD系統(tǒng)，建成了較完整的液壓支架數(shù)據(jù)庫和通用件國庫，并正在逐步實(shí)現(xiàn)支架設(shè)計 CAD 化。 (4) 研究 支架的遙控、程序控制和性能自動監(jiān)測，為回采工作面的半自動化與自動化創(chuàng)造條件。 支架的寬度 支架的寬度應(yīng)考慮支架的運(yùn)輸，安裝和調(diào)架要求，支架頂梁上裝有活動側(cè)護(hù)板，側(cè)護(hù)板的行程一般為 170～ 200mm ，取 170mm . 支架的最小寬度，一般為 1650～ 1680mm ，取 1650mm ； 支架的最大寬度，一般為 1850～ 1880mm ，取 1820mm 。 為宜，而 Q 角主要考慮掩護(hù)梁底部距底板要有一定的距離，防止支架后部冒落的巖石卡住后連桿，使支架不能降下來，一般取 25 ~ 30ooQ? 。 L — 掩護(hù)梁長度； 中國礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 20 頁 1L — 后連桿長度； 2L — E’點(diǎn)垂直線到后連桿下鉸點(diǎn)之距； 1h — 支架最高位置時的計算高度； 1h = 5000 – 500 = 4500 mm 2h — 支架最低位置時的計算 高度； 2h = 3000 – 500 = 2500 mm 從幾何關(guān)系可以列出 2111 c o sc o s LQLPL ?? 2212 c o sc o s LQLPL ?? 將以上兩式聯(lián)立解得 12121 c o sc o s c o sc o s PPLL ??? L2P2Q 2h2h1P1Q 1LL1FAA39。 (3) 過 O 點(diǎn)作一條直線與水平線 H－ H 線相交其交角為 1Q 。 中國礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 23 頁 (10) 在垂線上作液壓支架在最低位置時，頂梁與掩護(hù)梁的鉸點(diǎn)為 E’’’。 (16) 連接 A’O、 A’’O，為液壓支架降到中間位置和最低位置時，后連桿的位置。A39。F859980183520xx7282910圖 25 四連桿機(jī)構(gòu)的作圖結(jié)果 中國礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 24 頁 確定頂梁的長度 頂梁長度： ? ? ? ?eCPGQALBL ?????? 111 c o sc o s 式中 B— 液壓支架的配套尺寸； 液 壓 支架 的配 套設(shè) 備有 ： MG － 750/1910WD 型 采煤 機(jī) ，SGZ1000/2700 型刮板輸送機(jī)。 ? ?? ?KBCLFc ??? ? ?? ? ??? ? 2m 310?? qFcR ??? = kN 液壓支架的初撐力 初撐力的大小對支架的支護(hù)性能和成本都有很大影響。立柱間距的選擇原則為：有利于操作、行人和部件合理布置。 缸筒內(nèi)壓力為：24000Fp D?? 式中 F— 移架力， F＝ 400 kN ； D— 缸筒內(nèi)徑， D＝ 180 mm 。 計算載荷的確定 液壓支架實(shí)際受載荷情況很復(fù)雜，頂梁和底座上的載荷既非集中載荷，又非均勻載荷，分布規(guī)律隨著支架與頂?shù)装宓慕佑|情況而變化，為簡化計算，作如下規(guī)定： (1) 把支架簡化成一個平面桿系結(jié)構(gòu)，同時為偏于安全，按集中載荷進(jìn)行計算。 (8) 各結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度校核，除按理論支護(hù)阻力校核危險斷面外，還要按《液壓支架形式試驗技術(shù)規(guī)范》的各種加載方式，以及支架的額定工作阻力逐一校核，超過額定工作阻力 10%的超載試驗，將由安全系數(shù)來保證。Bp = 2p = 2 2500 = 5000 kN θ— 直線 OE與水平線的交角， ?? ； 1? — 前立柱與豎直線的交角， 1? =6176。 ? ? ? ? ? ?? DBDBCDC ppp ?????? ?????? 239。最大彎矩為： 05 0 0 0 c o s 6 (1 . 5 7 1 . 0 7 3 )2 4 7 1 .