【正文】 E— 材料的彈性模量， MPaE ?? 圖 板簧受載圖 I — 截面慣性矩， 43 12 mmI bh? ； b— 寬度， 120mm； h— 厚度， 20mm； f— 總變形 量， mm； ? — 輸入端的法向應(yīng)力， MPa； Z — 彈簧鋼板固定端截面的抗彎截面系數(shù) ， 32 6mmbhZ ? 。因此在設(shè)計(jì)支柱時(shí)除要求具有合理的工作阻力和可靠的工作性能外，還需要具有足夠的抗壓、抗彎強(qiáng)度，良好的密封性能，并能適應(yīng)支架的要求。 K:相鄰頂梁間的間隙，取 180mm. (2)覆蓋率 ? ? ? ?/ 1 0 0 % 7 9 . 9 %d LBFF L C B K? ?? ? ? ??? dF :頂梁的面積； CF :支護(hù)面積。 （ 4）活塞寬度的確定 活塞立柱的關(guān)鍵元件，對(duì)它的主要要求是保證密封性能良好，運(yùn)動(dòng)表面能承受外力的沖擊。 （ 7）活塞寬度 活塞的寬度取缸徑的 ~ 倍，取 90mm. 推移千斤頂 推移裝置的選型 推移裝置推移裝置由推移千斤頂和推移桿組成。 短框架推移裝置 與長(zhǎng)框架推移裝置工作原理形同 無(wú)論是長(zhǎng)框架還是短框架推移裝置，都可以把推移千斤頂設(shè)計(jì)成傾斜裝置，前高后低。由于液壓支架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，外載荷特點(diǎn)以及使用條件的特殊性，在強(qiáng)度計(jì)算中的強(qiáng)度條件也有其特殊性。 現(xiàn)將此實(shí)驗(yàn)中頂梁的受力模型列于下圖中： 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 圖 頂梁結(jié)構(gòu)及受力圖 、受力圖、剪力圖和彎矩圖 圖 b為剪力圖， 從右向左取，向上為負(fù)，向下為 正。為了安全，在 AA截面，采用最大彎曲應(yīng)力進(jìn)行校核。 B－ B截面的剪切強(qiáng)度： 在截面 B－ B的剪力最大，且腹板采用鋼板焊接，故需要校核，現(xiàn)對(duì)中性軸處剪切力進(jìn)行校核，即： max 0max0zQSJb? ? maxQ －最大剪力 0b －截面沿中性軸的總寬度 mb ??? ? 0S －截面中心軸之上各塊面積對(duì)中性軸靜矩 ? ?39。 ○ 1 各構(gòu)件通常采用 16MnVN 等普通低合金結(jié)構(gòu)鋼，并由具有標(biāo)準(zhǔn)厚度的鋼板焊接而成，取 s? ＝ 459MPa ○ 2 主要銷軸均采用 CrMo 等合金結(jié)構(gòu)鋼取屈服極限 s? ＝ 561Mpa ○ 3 活塞桿均采用 45 號(hào)鋼，取屈服極限 s? ＝ ○ 4 結(jié)構(gòu)件、銷軸和活塞桿的強(qiáng)度條件為： ? ?nn s ?? max?? 式中 max? －危險(xiǎn)斷面計(jì)算出的最大應(yīng)力， MPa， ??n －許用安全系數(shù) (3)缸體材料采用 27SiMn 無(wú)縫鋼管 ，取抗拉強(qiáng)度 b? ＝ 1020MPa，強(qiáng)度條件為： ? ? ? ?nn b ?? ?? 式中 ??? －缸體許用應(yīng)力， MPa ??n －許用安全系數(shù)，取 ～ 4 ○ 1 焊條抗拉強(qiáng)度取 b? ＝ 561Mpa，其強(qiáng)度條件： 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 ? ?nn b ?? ?? 式中σ－計(jì)算出的焊縫許用應(yīng)力 b? 按焊條類型確定 ○ 2 許用擠壓應(yīng)力按下式計(jì)算： ? ? sc ?? ? （ 4） 安全系數(shù)，查書 [1]表 安全系數(shù) 前 梁 頂梁 底座 主要軸 缸體 焊縫 活塞桿 [n] ～ 4 ～ 4 頂梁的強(qiáng)度校核 頂梁受力有兩種，按集中載荷在兩根立柱中間和在頂梁兩端兩種情況，理論支護(hù)阻力在頂梁的最危險(xiǎn)斷面處， 對(duì)頂梁進(jìn)行強(qiáng)度校核。 推移前千斤頂?shù)拇_定 (1)框架式推移千斤頂缸體內(nèi)徑： 40 6 9 .7t bFD m mP???移ˊ F:推移千斤頂?shù)囊萍芰Γ诒∶簩又?100150KN；中厚煤層中 150250KN；厚煤層中 300400KN。為獲得較大的移架力，掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架的推移裝置常增加一個(gè)推移框架，以便利用推移千斤頂?shù)耐屏σ萍?，拉力推溜? （ 5）最大工作行程 L 液壓缸的最大工作行程是由工作要求和結(jié)構(gòu)計(jì)算的最大值來(lái)確定的。 4 0 2 3 3 0 . 8D 1 1 . 1 8 1 1 1 . 8 ( m m )6 4 0 c o s 8 cm?? ? ?? ? ?π 再按照北京煤礦機(jī)械廠標(biāo)準(zhǔn)（ Q/BM32782）選取計(jì)算比較大的標(biāo)準(zhǔn)值作為內(nèi)徑，取D=： 內(nèi)徑系列表 50 63 80 110 110 125 140 145 160 180 200 210 220 230 250 將缸徑圓整到標(biāo)準(zhǔn)值取 125D mm? 立柱初撐力： ? ?21 3 8 6 .44 1 0 bDP P K N???? ˊ bPˊ ：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 35 ( )aMP?? 安全閥調(diào)整壓力： 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 1 240 3 2 . 0 ( )6 c o saaFp M PD???? 安全閥調(diào)整壓力取 40 aMP 立柱工作阻力： ? ?2 4 9 0 .64 1 0 aDF P K N???? 選取標(biāo)準(zhǔn)值：?jiǎn)紊炜s立柱 缸體內(nèi)徑： 125mm； 活柱外徑： 105 mm； 工作阻力： 588KN； 額定工作壓力： 50 MPa； （ 2）缸體壁厚的計(jì)算 液壓支架立柱的壁厚δ（ mm）一般為 16 / ???，即中等壁厚，按下式計(jì)算 : [ ]pD p?? ?δ 式中 p：缸內(nèi)工作壓力， MPa； []? ：缸體材料許用應(yīng)力，安全系數(shù)取 5n? ,[ ] 600 / 5 120 aMP? ?? 將上述數(shù)據(jù)代入壁厚公式得： δ= 根據(jù)液壓設(shè)計(jì)手冊(cè)將缸體壁厚圓整為標(biāo)準(zhǔn)值 28mm?δ 缸體外徑 eD 2 1 2 5 2 2 8 1 8 1 ( )eD D m m?? ? ? ? ? ? （ 3）厚度計(jì)算 支撐掩護(hù)式支架立柱的缸底，一般在缸內(nèi)做成平底，在缸外做成球面形，如圖 11 所示。 本支架采用雙作用的單伸縮立柱，下面介紹立柱的設(shè)計(jì)計(jì)算。 立柱間距指支撐式和支撐掩護(hù)式支架而言即前后兩立柱間距。 zl :底板的高度 180mm。 （ 5）底座厚度 按類比法取數(shù)值 ： 180A mm? 柔性導(dǎo)桿 穩(wěn)定 機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 柔 性導(dǎo)桿 穩(wěn)定 機(jī)構(gòu)是分體頂梁柔性支架的穩(wěn)定機(jī)構(gòu)，它由焊接在支架底座上的導(dǎo)向筒和多塊彈簧鋼板組成的導(dǎo)桿組成。 根據(jù)以上分析，選擇 整體 式底座。 鉸接分體式底座分為左右相對(duì)獨(dú)立的兩部分，在中間處鉸接，左右底座在垂直方向可河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 相對(duì)錯(cuò)動(dòng)，無(wú)剛性約束。 （ a） （ b） 圖 頂梁結(jié)構(gòu) 伸縮梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)頂梁與煤壁的距離，伸縮梁的伸縮長(zhǎng)度為 ，伸縮梁內(nèi)置，根據(jù)頂梁尺寸，伸縮梁的高度為 150mm,寬度定位 300 mm，為增加伸縮梁與頂梁的接觸面積，在伸縮梁兩個(gè)側(cè)板底部焊接厚度為 12 mm，寬度為 40 mm 的鋼板。為改善接頂效果和補(bǔ)償焊接變形，整體頂梁前端 800～ 1000mm 處一般上翹 13。 頂梁長(zhǎng)度 頂梁是支護(hù)頂板的直接承載部件，其長(zhǎng)度取決于必要的作業(yè)空間和通風(fēng)斷面要求，還與支護(hù)方式有關(guān)。當(dāng)支架中心距為 時(shí)，最小寬度一般取 1400～ 1430mm，最大寬度一般取 1570～ 1600mm。 支架中心距一般等于工作面一節(jié)溜槽長(zhǎng)度，以便配套。因此我們通過(guò) 各種架型 形式的演化，研究了這種 分體頂梁柔性液壓支架 。但是與四連桿機(jī)構(gòu)類似，不論我們?cè)鯓舆M(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，仍舊無(wú)法使頂梁前端的軌跡真正變成一條垂直直線。四連桿機(jī)構(gòu)主要有兩種形式，一種是前后連桿都為單連桿；另一種是后連桿為整體鑄造件或焊接件，前連桿為左右分置的單連桿鑄鋼件或焊接件，這樣可增大支架的有效利用空間。 垛式支架的優(yōu)點(diǎn)是：垂直支撐的立柱數(shù)量多，支架的工作阻力大；多數(shù)立柱位于支架后部，切頂性能好，工作空間大，易滿足通風(fēng)和行人的要求，重量輕，價(jià)格便宜。在架型設(shè)計(jì)上 ,針對(duì)大多數(shù)放頂煤工作面頂板壓力不大、煤質(zhì)較松軟、要求的工作阻力很小 ,以及許多中小礦井井筒和巷道運(yùn)輸斷面較小的特點(diǎn) ,要求支架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、體積小、工 作可靠 ,搬運(yùn)靈活的情況 ,吸收了國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有放頂煤液壓支架的優(yōu)點(diǎn) ,特別是考慮厚煤層的放頂煤開(kāi)采地質(zhì)、礦壓特點(diǎn) ,設(shè)計(jì)了該輕型導(dǎo)向 放頂煤液壓支架。而我國(guó)的液壓支架的發(fā)展方向主要是多品種，高適應(yīng)性。 在我國(guó)，條件好 、 資金雄厚的工作面基本上都采 用了大型液壓支架。支架工作阻力的提高和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的加大，可以帶來(lái)支架較高的安全性和工作可靠性。 隨著長(zhǎng)壁工作面長(zhǎng)度的不斷增加，為適應(yīng)快速移架的需 要，國(guó)外還廣泛采用高壓大流量乳化液泵站，其額定壓力為 40～ 50MPa，額定流量 400～ 500L/min, 可實(shí)現(xiàn)工作面成組或成排快速移架，達(dá)到 6~8s/架。因此液壓支架是實(shí)現(xiàn)采煤綜合 機(jī)械化和自動(dòng)化不可缺少的主要設(shè)備。 the use of splittype roof top beam instead of the whole beam. Stent because of this simple structure, light weight, low cost and save space, reduce the overall weight of the stent, the use of telescopic beam, and support the process of contact with the floor, cover not only play a role, but also play a supporting role, so that a more stable support. Key words: hydraulic support。河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) I 摘 要 本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容是 分體頂梁柔性 液壓支架， 我在本次 設(shè)計(jì)中主要負(fù)責(zé)該支架的液壓系統(tǒng)部分。 points of the top beam； flexible； hydraulic cylinder。 本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是液壓支架的選型和支架總體設(shè)計(jì)及部件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算、強(qiáng)度校核，其中液壓支架選型部分主要通過(guò)對(duì)目前煤礦廣泛使用的四連桿和單擺桿機(jī)構(gòu)的支架進(jìn)行分析比較， 在吸取了現(xiàn)有許多支架在設(shè)計(jì)使用中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的基礎(chǔ)上 ,研制 了 這種 新型分體頂梁 液壓支架 。 并且在 控制系統(tǒng) 方面取得了 重大突破 ， 應(yīng)用 了 電液控制技術(shù)，采用電磁（或微電機(jī)）控制的先導(dǎo)閥，先進(jìn)可靠的壓力和位移傳感器，靈活自由編程的微處理機(jī)技術(shù)，紅外遙感技術(shù)等現(xiàn)代科技成果，使液壓支架的動(dòng)作能自動(dòng)連續(xù)進(jìn)行。但也會(huì)增加支架重量和結(jié)構(gòu)體積，對(duì)于支架制造企業(yè)，在滿足煤狂要求的條件下，盡可能合理的利用高強(qiáng)度優(yōu)質(zhì)鋼材，在降低支架重量同時(shí)，盡可能降低支架制造成本。其它工作面雖有部分大型液壓支架，但隨著開(kāi)發(fā)強(qiáng)度加大，工作面條件越來(lái)越差，走向長(zhǎng)度越來(lái)越短，回河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 采失調(diào)越來(lái)越嚴(yán)重。這主要是由我國(guó)煤炭的賦存狀況決定的。與同類支架相比 ,具有強(qiáng)度高 ,支撐力大 ,穩(wěn)定性好 ,抗水平力能力強(qiáng)。 其缺點(diǎn)是：頂梁較長(zhǎng)，移架時(shí)空頂面積較大；同一段頂梁受到的垂直支撐的次數(shù)較多，不利于頂板的管理，擋矸簾的強(qiáng)度低，頂板碎矸還可以從架間落入工作空間，防矸能力弱。 四連桿機(jī)構(gòu)液壓支架的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖所示： 圖 四連桿式液壓支架機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 這種機(jī)構(gòu)使支架在升降的過(guò)程中，頂梁前端的軌跡為一條雙紐線。也就無(wú)法去除頂梁所受的橫向摩擦力。這種 架型的特點(diǎn)是：采用多梁滑塊機(jī)構(gòu)和柔性導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) ，克服了單擺桿機(jī)構(gòu)和四連桿機(jī)構(gòu)支架在支護(hù)高度發(fā)生變化時(shí)，由于內(nèi)力大而造成的支架易損壞的潛在因河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 素，真正 成為 支架升降 導(dǎo)向，并承擔(dān)支架外部的縱向水平力 。目前國(guó)內(nèi)外液壓支架中心距大部分采用 。當(dāng)支架中心距為 時(shí)，最小寬度一般取 1650～ 1680mm，最大寬度一般取 1850～ 1880mm。如圖 31 所示，頂梁長(zhǎng)度由三部分尺寸組成 [15]，即 ： L b n u? ? ? 圖 液壓支架尺寸關(guān)系 式中 b — 頂梁前部尺寸； n— 頂梁上前、后排立柱柱窩之間的距離； u — 頂梁上后柱窩中心到鉸接點(diǎn)的距離 ，取 550mm。 鉸接頂梁 由前后兩段組成， 前段稱為前梁，后段為主梁，一般簡(jiǎn)稱頂梁。 底座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 底座是 液壓支架的主要承載部件，它把頂板的壓力傳遞給底板，它是支架的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，因此，對(duì)底座的設(shè)計(jì)有以下要求：