【正文】 8 1 0 9 5 02 1 6 5 0 2 2 2? ? ? ?? ??＝ 7 由于11650105ld ? ＝ 5，且 225JJ? 2122111lltKtKl????????? ??? ?? (318) 式中 1K ＝1EJP , 2K ＝2EJP ； 其中： E－鋼材的彈性模量， E＝ 10 aMP? ； 1t ＝ 11( )tg K l ? ； 2t ＝ 22( )tg K l ? ； 經(jīng)計(jì)算得 1 ? , 2 ? 。 c o s 0 . 3 2 5s in 0 . 2 4 39。1 CCACBCBCDD fPPPP ???????? = 底座強(qiáng)度計(jì)算成都理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 根據(jù)頂板地質(zhì)條件選支撐掩護(hù)式支架。 支架工作阻力計(jì)算 掩護(hù)梁上沒有負(fù)載，摩擦系數(shù)為 ，支架最高位置，每根立柱工作阻力為1000KN。加入頂梁上受向前的水平載荷，很容易使支架向前傾倒，這種趨勢(shì)使頂梁對(duì)于頂板向前滑動(dòng)，則水平載荷又變成向后作用。 另外指出，支撐式支架的支護(hù)高度對(duì)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(jī)構(gòu)的角度等的不同，使受力也不同。在支架的工作高度范圍內(nèi)，一般把 tg θ值控制在 以下，從而把附加力控制在支架名義工作阻力的 10％范圍內(nèi)。因此叢支架承載能力的角度看，立柱傾角不要 大于 圖 32 角度變化 18? 。 (1) 立柱傾角對(duì)承載能力的影響 由于支撐掩護(hù)式支架的立柱大部分是傾斜布置的，傾角 ? 又隨著支架的高度變化，所以支架的承載能力的大小也隨著支架的高度而變化。1 ????????? XDCBBA QPPPPfP ??? （ 32） 0?? yF ，即： 0s i ns i nc o sc o s 239。 支撐掩護(hù)式支架各支撐點(diǎn)受力計(jì)算： 假設(shè)頂梁受以集中載荷 AP ,水平分力為 AfP 。 (7) 支架各部分受力，按不同支護(hù)高度時(shí)受力最大值進(jìn)行強(qiáng)度校核。 液壓支架載荷的確定 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并不是很規(guī)律，分布規(guī)律隨著支架與頂?shù)装宓慕佑|情況而變化，為簡(jiǎn)化計(jì)算作如下規(guī)定。 圖 26 前連桿 圖 27 后連桿 其主要作用是： （ l） 使支架在高低變化范圍內(nèi)，頂梁能夠平穩(wěn)地升降，使頂梁前端與煤壁的距離變化盡可能小，更好地支護(hù)頂板。 底座 底座是穩(wěn)定支架的主要結(jié)構(gòu)件，頂板的壓力通過立柱傳向底座，使底座受到載荷。四柱支撐掩護(hù)式液壓支架如圖 22 所示： 圖 22 四柱支撐掩護(hù)式液壓支架 液壓支架主要由金屬結(jié)構(gòu)件、油缸和液壓控制元件三大部分組成。因此，液壓支架要實(shí)現(xiàn)升、降、推、移四個(gè)基本動(dòng)作，這些動(dòng)作是利用泵站供給的高壓液體，通過幾個(gè)液壓缸的不同工作性質(zhì)來完成的，如圖 21 所示。 （ 3） 將液壓支架部件進(jìn)行裝配。液壓支架未來主要的發(fā)展趨勢(shì)是向兩柱掩護(hù)式和四柱掩護(hù)式架型發(fā)展，架型結(jié)構(gòu)進(jìn)一步完善，設(shè)計(jì)方法更先進(jìn)，參數(shù)向高工作 阻力、大中心距發(fā)展。形成了研制液壓支架的雄厚基礎(chǔ)。 電液控制系統(tǒng)已在國(guó)內(nèi)應(yīng)用 22 套左右。 另外，采煤設(shè)備的合理選用并且使用先進(jìn)的技術(shù)，可以解決采煤工作中遇到的許多問題，可以提高工作效率，降低成本，減少機(jī)器的損耗，保護(hù)工作人員和設(shè)備的安全，以及減輕笨重的體力勞動(dòng)，可為煤礦產(chǎn)業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益。 首先 ，通過對(duì)液壓支架的相關(guān)資料收集，整理；了解 液壓支架的結(jié)構(gòu)，類型，工作原理，特點(diǎn)，目的及要求； 其次 ， 對(duì)支撐掩護(hù)式液壓支架結(jié)構(gòu)作了設(shè)計(jì) ，受力分析以及 強(qiáng)度校核； 再次 ， 利用三維軟件 Pro/E進(jìn)行三維建模，并且根據(jù)運(yùn)動(dòng)關(guān)系將各個(gè)部件在Pro/E中裝配起來。； 最后 ， 進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真 ，保存運(yùn)動(dòng)仿真結(jié)果，用于 運(yùn)動(dòng)分析。 這次設(shè)計(jì)主要目的是利用 Pro/E軟件進(jìn)行液壓支架的三維建模，并根據(jù)運(yùn)動(dòng)關(guān)系將支架的各個(gè)部件在 Pro/E中裝配起來，最后進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真和運(yùn)動(dòng)分析，檢查機(jī)械結(jié)構(gòu)各部分的干涉與協(xié)調(diào)情況。據(jù) 1992 年統(tǒng)計(jì) , 美國(guó)煤礦綜采工作中有 %使用德國(guó)液壓支架。不僅能滿足國(guó)內(nèi)的需要，還向美國(guó)、俄羅斯、土耳其和印度等國(guó)家出口液壓支架或成套綜采設(shè)備。液壓支架另一重大突破是控制系統(tǒng)，應(yīng)用電液控制技術(shù)，采用電磁控制的先導(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)，紅外線遙感技術(shù)等現(xiàn)代科技成果，使液壓支架的動(dòng)作自動(dòng)連續(xù)進(jìn)行，移架速度大大提高，支架循環(huán)時(shí)間達(dá)到 6~8s。 （ 4） 在 Pro/E中對(duì)液壓支架進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真及運(yùn)動(dòng)分析。 圖 21 液壓支架工作原理 1—頂梁； 2—立柱； 3—推移千斤頂； 4—安全閥； 5—單向筏； 7—操縱閥； 本次設(shè)計(jì)主要采用四柱支撐掩護(hù)式液壓支架進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)部件的計(jì)算校核。 （ 1）金屬結(jié)構(gòu)件主要有主頂梁、掩護(hù)梁、前連桿、后連桿、底座、側(cè)護(hù)板、護(hù)幫板等。該支架設(shè)計(jì)為整體剛性底座，底座平整接地面積大，有利于減小對(duì)底板的比壓。 （ 2） 承受頂板的水平分力和側(cè)向力，使立柱不受側(cè)向力。 (1) 把支架化簡(jiǎn)成一個(gè)平面桿系結(jié)構(gòu)，按集中載荷進(jìn)行計(jì)算。 (8) 各種結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度校核，除按理論支護(hù)阻力校核危險(xiǎn)端面外，還要按《液壓支架形式試驗(yàn)技術(shù)規(guī)范》的 各種加載方法，以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(yàn)，將由安全系數(shù)來保證強(qiáng)度。掩護(hù)梁上載荷的合力分量各為xQ 和 yQ 。1 ??????????? yDDCCBBA QPPPPP ????（ 33） 取頂梁為隔離體， 01 ?? oM ,即： 成都理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 0c o sc o s 239。現(xiàn)在 ? 對(duì)承載能力的影響。但是，有些支架為了使高度變化的范圍增大，傾角往往大于 30? 。 最后，必須指出， tg θ不僅對(duì)承載能力有影響，而且對(duì)各受力部件有影響，并相當(dāng)復(fù)雜，因此 tg θ是大是小，由具體情況而定。成都理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 在進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，要算出頂梁最大載荷時(shí)的支護(hù)高度為依據(jù)，按此時(shí)的情況進(jìn)行受力分析。 f 值在 11 tg??中隨承載能力有很大影響。 取頂梁和掩護(hù)梁為隔離體，忽略頂梁和掩護(hù)梁的鉸接點(diǎn)都頂梁之間的距離。根據(jù)頂板支護(hù)強(qiáng)度、煤層厚度、即采煤機(jī)等條件，支架尺寸表示在 31 圖和表 31 中 圖 31 支架尺寸 表 31 角度與位置參數(shù) 角度 支架最高位置 1? ??3 2? ?7 ? ? C? ? D? ? 現(xiàn)在求支點(diǎn) A 反力。 s in 0 . 2 49 3 9 . 6 8 K N . mC A B BBBM R P pPp????? ? ? ? ? ? ? ?? ? ??? ? ?KN PPM DDDDE i o s? ??????? ?? 在 Pc 點(diǎn)處彎矩雖然最大，但是側(cè)板較高。1t ＝ ； 2t ＝ ； ?? ； 活塞桿的合成應(yīng)力： WPAP ?? ?? (319) 式中 A－活塞桿的橫截面積； A= W－活塞桿的端面模數(shù)； w＝ ； 2 3 1 2 3 1 5 .68 6 .5 1 1 3 .7? ??? == 安全系數(shù)計(jì)算如下： ??sn? (320) 成都理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 活塞桿采用 45 號(hào)鋼 s? ＝ 450～ 550MPa ? =[]n 式中 []n －許用安全系數(shù)，一般最小為 。 設(shè)頂梁長(zhǎng)度為 Lg，頂板的集中載荷為 F1，其作用點(diǎn)距頂梁一端為 X 。 （ 3）千斤頂?shù)耐评?duì)對(duì)支架的受力影響 平衡千斤頂為拉力時(shí)，頂梁后端比壓增大，可增強(qiáng)切頂能力，底座比壓分布狀態(tài) 較好，連桿受力較??；平衡千斤頂為推力時(shí)，合力作用點(diǎn)前移，可增加前端支護(hù)能力，此時(shí)底座前端比壓增大，連桿力增。 (4) 焊接抗拉強(qiáng)度取 b? = 5500 Kg/㎝ 178。在支架建模過程中主要用到了拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、陣列、鏡像等特征工具，對(duì)于某 一特定特征，其經(jīng)?？梢杂啥喾N不同的方法來生成，此時(shí)就要選取最合理的方法進(jìn)行操作。 液壓支架裝配 虛擬裝配是零部件通過相互之間的定位關(guān)系裝配在一起的。 (4) 選擇 插入 / 元件 / 裝配命令 ,調(diào)入零件。然后通過選擇構(gòu)件及其相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)副組成機(jī)構(gòu) ,最后由各機(jī)構(gòu)組成完整的液壓支架模型。 圖 49 電動(dòng)機(jī)參數(shù)設(shè)置 設(shè)置完成后，進(jìn)行仿真 運(yùn)動(dòng) ，保存視頻。以頂梁頂點(diǎn)為例進(jìn)行位置，速度，加速度分析得到一下圖形。拓寬了我的知識(shí)視野，開闊了我的理性思維，為我將來無論是走向工作崗位，還是繼續(xù)學(xué)習(xí)深造都奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，作為一個(gè)本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，所學(xué)的知識(shí)并不牢靠，難免有許多考慮不周全的 地方，如果沒有老師的指導(dǎo)，同學(xué)的熱情幫助，想要完成畢業(yè)設(shè)計(jì)是非常困難的。借此之際，特向指導(dǎo)老師表示衷心的感謝。 另外，在設(shè)計(jì)過程中，我進(jìn)一步提高了個(gè)人發(fā)現(xiàn)問題，分析問題，解決問題的能力，并且我對(duì)大學(xué)幾年所學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)課知識(shí)作了全面鞏固和全新的總結(jié)，我能夠?qū)⒆约核鶎W(xué)知識(shí)用于實(shí)踐。 圖 412 速度與時(shí)間關(guān)系 圖示為頂梁頂點(diǎn)速度隨著時(shí)間變化的曲線。靜態(tài)檢查是檢查各零件之間相對(duì)位置是否存在零部件之間的運(yùn)動(dòng)干涉。 圖 46 液壓支架模型 成都理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 圖 47 液壓支架模型 運(yùn)動(dòng)仿真 Mechanism(機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析 ) 模塊是 Pro/E 軟件中包含的一個(gè)運(yùn)動(dòng)分析和仿真模塊 ,該模塊既可實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)構(gòu)的定義、建立零件之間的連接及裝配自由度、對(duì)輸入軸添加相應(yīng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生設(shè)計(jì)要求的運(yùn)動(dòng) ,又可以在分析機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)觀察和記錄分析仿真過程的一些測(cè)量值 ,如位置、速度和加速度等 ,還可以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)干涉檢查和運(yùn)動(dòng)軌跡顯示等。 類似方法 ,對(duì)其他零件進(jìn)行裝配，完成零件三維模型。進(jìn)行零件裝配時(shí)最重要的步驟就是對(duì)零部件進(jìn)行適當(dāng)?shù)募s束。 啟動(dòng) Pro/E ，新建文件：選 “零件 ”/“ 實(shí)體 ”， 文件名默認(rèn)。根據(jù)計(jì)算表明改變結(jié)構(gòu)件高度對(duì)強(qiáng)度影響較大，改變結(jié)構(gòu)件鋼板厚度對(duì)強(qiáng)度影響較小，在設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)結(jié)構(gòu)件具體情況進(jìn)行考慮。 （ 5）支架強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)考慮的因素 由于支護(hù)高度，摩擦系數(shù)，平衡千斤頂和煤塊作用對(duì)支架受力有明顯的影響，在支架強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，對(duì)不同的受力桿件應(yīng)參考實(shí)際使用中產(chǎn)生的最惡劣狀態(tài)選擇支護(hù)高度，平衡千斤頂推拉力，摩擦系數(shù)的數(shù)值進(jìn)行計(jì)算。如圖 37 所示 成都理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 圖 37 載荷分布圖 頂梁前端比壓 2q 為 0，頂梁后端比壓 3q 為： 3323 101 ?? mBFq ＝ （ MPa） (323) 當(dāng) Lg/2xLg/3 時(shí)，載荷呈梯形分布，如上圖 36 所示。 ? ? ? ?? ?CCDP ???? ??? (321) 式中 []? －缸體實(shí)際承受的最大應(yīng)力， MPa。 圖 32 彎矩圖 結(jié)構(gòu)形心位置為 ()NNC NFYY F??? (311) =[ 5 4 0 1 9 3 6 4 9 4 7 2 2 2 2 6 0 1 6 4 ][ 5 4 0 1 3 6 4 4 7 2 2 1 6 4 ]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? = 慣性矩為 ? ?? ?? ??? 2CNNN YYFJJ