【正文】 圖 12 液壓支架在工作面布置示意圖 1－采煤機 2－液壓支架 3－傳送帶輸送機 4－轉(zhuǎn)載機 5－刮板輸送機 6－主進液管 7－主回液管 8－乳化液泵 9－乳化液箱 10－端頭支架 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計 10 11－單體液壓支柱 液壓支架結(jié)構(gòu)型式及特點 根據(jù)用途和在采煤工作面的安裝位置，液壓支架 分為兩大類，即端頭支架和中間支架。液壓支架的分類主要是對中間支架進行分類。移架時，先使支架卸載下降，再把操縱閥 7 置于移架位置，從乳化液泵站來的高壓液體進入推移千斤頂 4 的前腔即活塞桿腔，后腔即活塞腔回液。合理的初撐力是防止直接頂過早的因下沉而離層、減緩頂板下沉速 度、增加其穩(wěn)定性和保證安全生產(chǎn)的關(guān)鍵。對于掩護式和支撐掩護式支架，其初撐力和工作阻力的計算還要考慮到立柱傾角的影響因素?？捎糜诜€(wěn)定、完整的頂板。 由前排立柱到頂梁前端的長度由下式計算 ： cadkb ?????? 式中 ? — 鏟煤板到煤壁間距離，一般為 50～ 100mm； k — 輸送機寬度， 包括連接千斤 頂裝置； a — 前柱中心到底座前端的距離 d — 采煤機滾筒截深 c— 頂梁前端到煤壁的距離 ，一般為 250~350mm。支撐式支架和支撐掩護式支架的立柱間距為 1～ 。頂梁前端呈滑撬式或圓弧形，以減少移架阻力。同時底座后部重量大于前部，避免移架時啃底。一般用 27SiMn 無縫鋼管制成。鼓型密封圈是兩個夾布 U 型橡膠圈壓制而成的整體實心密封圈，它和兩個 L型防擠圈一起使用，適用于工作壓力 ～ ，在壓力小于 時，可以不加擋圈。為防止在礦井條件下表面生銹和腐蝕，表面要鍍鉻，并要注 意保護，防止外部硬傷。前梁千斤頂?shù)幕钊?腔液路上，裝有液控單向閥和安全閥，以保證前梁的初撐力和工作阻力。 tF —— 推 溜 力 (kN)。若直接頂很破碎，在工作面煤壁上方的直接頂已經(jīng)斷裂，則 Q1由支架單獨承受。采煤機采過一個截深之后，支架前移一個步距，支護新暴露出來的頂板。 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計 32 2. 金屬結(jié)構(gòu)件按材料力學(xué)上的直梁理論來計算。 液壓支架的受力分析 支架的受力分析與計算，是按理論力學(xué)中一物體受幾個力作用下處于平衡狀態(tài)時，所受的合力矩之和為零的原理來進行分析和計算得。圖中 kP 為前梁千斤頂支撐力為已知， l 和 1l 均已知。 設(shè)頂梁長為 gL ，頂梁的集中載荷為 1F ，其作用點距頂梁一端為 x 。由于底板巖性不同，含水量不同等因素，使底板具有不同的抗壓強度。此時底座前端的比dn 4q dL 5q 1F 圖 37 底座三角形比壓分 不 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計 40 壓為： 3214 10)64( ???? bL nLFqddd (MPa) 3215 10)26( ???? bL LnFqddd (MPa) 求出底座的最大比壓之后，要與底板允許 比壓進行比較。 支架受力的影響因素 掩護式和支撐掩護式支架在工作過程中，各主要部件的 受力是變化的，中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計 42 其影響因素有諸多方面。根據(jù)液壓支架架型實驗規(guī)范規(guī)定，按摩擦系數(shù) W 為 0；； 。所以，在支架受力計算和強度分析時，為偏于安全，一般對矸石作用力忽略不計。因此，通常按頂板對頂梁的摩擦力指向支架后方的工況來校核支架主要部件的強度。 ： sc ?? ][ ? 安全系數(shù)如表 41所示 表 41 安 全 系 數(shù) 表 安全 系數(shù) 前梁 頂梁 底座 掩護梁 前連 桿 后連桿 ][n 1.1 1.1 1.1 1.3 1.3 1.3 安全系數(shù) 主要軸 缸體 焊縫 活塞桿 ][n ～ 4 ～ 4 〉 注：（ 1）頂梁、底座安全系數(shù)為 ，主要考慮加載時，工作阻力 ，掩護梁、連桿、銷軸等不能進行加載強度校核，為偏于安全取 。為安全計，在 C點處 截面（如圖 42）采用最大彎曲應(yīng)力進行校核。 720144 0 受力圖 彎距圖 圖 43 底座受力情況 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計 53 底座強度校核 1）形心位置： 各板件的計算數(shù)據(jù)如表 42 所示： 42 底座截面各板件的計算數(shù)據(jù)表 零件號 1 2 3 4 數(shù)量 1 2 2 2 總面積 2cm/nF 312 161 126 形心位置cm/nY 1 總慣性矩4cm/nJ 8 5 7691 表結(jié)構(gòu)件的形心位置為： 圖 44 底座中間斷面 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計 54 )mm(1 2 6 0 04 6 0 01 6 1 0 03 1 2 0 01551 2 6 0 01454 6 0 01451 6 1 0 0103 1 2 0 0543215544332211????????????????????????FFFFFyFyFyFyFyFFyFYiiiC 2）慣性矩： )( m 4 8 5 1 2 8 0 47 6 9 0 9 8 5 3 1 6 6 4 6 5 6 0 8 2 6 3 51 4 2 3 5 3 8 4 844321????????? JJJJJ z 3)計算彎曲應(yīng)力： x m a xm a xm a x ???? z cz J yMyJM? (MPa) 計算安全系數(shù)： 0 494 59m a x ??? ?? sn 對比安全系數(shù)表 41， n = ][n = 所以底座彎曲強度校核滿足設(shè)計要求 。本支架校核頂梁與前梁鉸接處的耳板，其結(jié)構(gòu)如圖 45 所示。 首先對每塊鋼板編號，把位置狀態(tài)相同和截面積 相同的鋼板編成 1個號，再計算截面積 tF ，最后計算截面形心距 tY )cm(50202 2 5 0 21 ???F )cm( 5 02021 ????y )cm(350201750 22 ???F )cm(3220202 ???y 圖 42 頂梁中間斷面 )cm(432402704 23 ????F )cm( 7 02023 ????y )cm(84220210 24 ????F ????y )cm( )cm(5420270 25 ???F 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計 50 )cm( ?? yy 則： )cm(80132118276350543215544332211???????????????????????????FFFFFyFyFyFyFyFFyFyiii 每個零件中心到截面形心的距離 ia 為： )cm( 3 511 ????? yya )cm(21 5 51 3 522 ?????? yya )cm( 8 01 3 533 ?????? yya )cm( 8 01 3 544 ?????? yya )cm( 8 01 3 555 ?????? yya 計算截面中心主慣性矩 ziJ 矩形截面的慣性矩為： 123bhJzc ? 式中 b — 截面寬度； h — 截面高度。根據(jù)計算結(jié)果 表明，改變結(jié)構(gòu)件高度對強度影響較大，而改變結(jié)構(gòu)件的鋼板厚度對強度影響較小，在設(shè)計時可根據(jù)結(jié)構(gòu)件的具體情況酌情處理。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荷的計算方法，但是由于液壓支架的結(jié)構(gòu)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。當(dāng)摩擦系數(shù)?W ， 1tan ?? 時，附加力可高達支架名義工作阻力的 30%。 、拉力對支架受力的影響 支架在實際工作中，平衡千斤頂?shù)耐屏屠κ亲兓?。在進行支架設(shè)計時，要充分注意到這些因素及其規(guī)律，找出各主要部件受力最大的狀態(tài)。 幾種軟巖底板的允許比壓如表 31所示： 表 31 幾種較軟巖石底板允許比壓 底板巖性 Rc(MPa) [P] (MPa) V2 V= V5 粘質(zhì)可塑頁巖 1 ～ ～ 可塑頁巖 灰質(zhì)頁巖 2 ～ ～ ～ 沙質(zhì) 灰質(zhì) 泥漿頁巖 4 ～ ～ ～ 注： Rc— 底板抗壓入強度 (MPa) 圖 38 底座梯形比壓分布 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計 41 V— 礦井小時涌水量， (m3/h)。 計算底板比壓時，首先要計算底板與底座的接觸面積。如圖 34 所示 q3 F1 q2 圖 34 頂梁三角形載荷分布 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計 37 頂梁前端比壓 2q 為 0，頂梁后端比壓 3q 為： 313 103 2 ????mBFq (MPa) 當(dāng) 3gLx? 時，載荷呈梯形分布，如圖 35 所示： 頂梁前端比壓為： mggBL LxFq ??? 212 )26( 頂梁后端比壓為： mgg BL xLFq ??? 213 )64( 由于 33 0 4 7 2 7 ??x ,故本支架頂梁受力為 梯 形分布，計算得： 頂梁前端比壓為： ? ? ? ? 17503040 32212 ??? ?????? mg gBL LxFq(MPa) 頂梁后端比壓為： F1 q3 q2 圖 35 頂梁梯形載荷分布 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計 38 ? ? )64( 32213 ??? ????? ??mgg BL xLFq (MPa) 支護強度計算 支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)束，其結(jié)構(gòu)尺寸已定。圖中 aP 、 bP 為前后立柱的工作阻力，其和為 2P ， 2P 是液壓支架的工作阻力。即：滿足靜力平衡的充分必要條件為，各力在 x 軸上的投影之和為零，各力在 y 軸上的投影之和為零，各力對某點取矩之和為零，下面根據(jù)這一理論對支架進行受力分析和計算。 4. 通過分析和計算可知，掩護梁上矸石的作用力，只能使支架實際支護阻力降低，所以在進行強度計算時不計，使掩護梁偏于安全。此后，頂板開始破碎和下沉或斷裂，支架承載加大，直至立柱下腔壓力達到安全閥調(diào)整定值，安全閥釋放，立柱下縮。當(dāng)直接頂在支架頂梁之后冒落時， 老頂呈懸臂狀態(tài)。 則有： )(0 4 1 0 02 0 04040 cmP FFD b ty ?? ????? ?? 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計 27 缸徑 (mm) 160 140 125 100 80 63 50 桿徑 (mm) 140 100 85 100 85 70 70 (63) 50 45 45 40 32 泵壓 (MPa) 推力 (kN) 637 490 392 245 157 98 63 拉力 (kN) 1500 38 44 23 30 284 12 15 9 10 4 5 4中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計 28 由以上計算出來的推移千斤頂缸體內(nèi)徑，再按 上表 選取 。 支護面積 支架的支護面積按下式計算： )( ??? LbF （ m2） 式中 F — 支架的支護面積（ m2） L — 支架頂梁的長度（ m） ? — 移架后頂梁前端到煤壁的距離（ m），一般取 ? =300mm 故本支架支護面積為： )(2)( ??????? LbF （ m2） 支護強度 支護強度是液壓支架的一個重要參數(shù)，它是 指支架對單位面積頂板提供的工作阻力，按下式計算： )( 13LLL pKq nP s??（ kN/m2） 式中： P— 立柱總工作阻力（ N）； sK— 支護效率； pL — 支架中心距（ mm）； nL — 梁端距（ mm）； 13L — 頂梁長度（ mm）。這種結(jié)構(gòu)簡單，裝卸方便，但要求活塞桿外徑與缸體內(nèi)徑之間有比較大的空間，這種固定方式使用較多。 蕾型密封圈是一個 U 型夾布橡膠圈和唇內(nèi)夾橡膠壓制而成的單向?qū)嵭拿芊馊Α? 活塞是立柱的關(guān)鍵元件，對它的主要 要求是保證密封性能良好，運動表面能承受外力的沖擊。在整體式