【正文】 斜工作面支架（≤ 25176。 AA截面是采煤機(jī)割煤前支架的工作狀態(tài)。 圖 12 液壓支架在工作面布置示意圖 1－采煤機(jī) 2－液壓支架 3－傳送帶輸送機(jī) 4－轉(zhuǎn)載機(jī) 5－刮板輸送機(jī) 6－主進(jìn)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 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 11－單體液壓支柱 液壓支架結(jié)構(gòu)型式及特點(diǎn) 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(duì)中間支架進(jìn)行分類。移架時(shí)，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(jìn)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(duì)于掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架，其初撐力和工作阻力的計(jì)算還要考慮到立柱傾角的影響因素。可用于穩(wěn)定、完整的頂板。 由前排立柱到頂梁前端的長度由下式計(jì)算 ： cadkb ?????? 式中 ? — 鏟煤板到煤壁間距離，一般為 50～ 100mm； k — 輸送機(jī)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(jī)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(hù)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(shí)底座后部重量大于前部，避免移架時(shí)啃底。一般用 27SiMn 無縫鋼管制成。鼓型密封圈是兩個(gè)夾布 U 型橡膠圈壓制而成的整體實(shí)心密封圈，它和兩個(gè) L型防擠圈一起使用，適用于工作壓力 ～ ，在壓力小于 時(shí)，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(hù)，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(dú)承受。采煤機(jī)采過一個(gè)截深之后，支架前移一個(gè)步距，支護(hù)新暴露出來的頂板。 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 32 2. 金屬結(jié)構(gòu)件按材料力學(xué)上的直梁理論來計(jì)算。 液壓支架的受力分析 支架的受力分析與計(jì)算，是按理論力學(xué)中一物體受幾個(gè)力作用下處于平衡狀態(tài)時(shí)，所受的合力矩之和為零的原理來進(jìn)行分析和計(jì)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(diǎn)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(qiáng)度。此時(shí)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 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 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(jìn)行比較。 支架受力的影響因素 掩護(hù)式和支撐掩護(hù)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 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 42 其影響因素有諸多方面。根據(jù)液壓支架架型實(shí)驗(yàn)規(guī)范規(guī)定，按摩擦系數(shù) W 為 0；； 進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。所以，在支架受力計(jì)算和強(qiáng)度分析時(shí)，為偏于安全，一般對(duì)矸石作用力忽略不計(jì)。因此，通常按頂板對(duì)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(qiáng)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(hù)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(shí)，工作阻力 倍，掩護(hù)梁、連桿、銷軸等不能進(jìn)行加載強(qiáng)度校核，為偏于安全取 。為安全計(jì)，在 C點(diǎn)處 截面（如圖 42）采用最大彎曲應(yīng)力進(jìn)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 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 53 底座強(qiáng)度校核 1）形心位置： 各板件的計(jì)算數(shù)據(jù)如表 42 所示： 42 底座截面各板件的計(jì)算數(shù)據(jù)表 零件號(hào) 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 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 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(jì)算彎曲應(yīng)力： x m a xm a xm a x ???? z cz J yMyJM? (MPa) 計(jì)算安全系數(shù)： 0 494 59m a x ??? ?? sn 對(duì)比安全系數(shù)表 41， n = ][n = 所以底座彎曲強(qiáng)度校核滿足設(shè)計(jì)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(duì)每塊鋼板編號(hào)，把位置狀態(tài)相同和截面積 相同的鋼板編成 1 個(gè)號(hào)，再計(jì)算截面積 tF ，最后計(jì)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 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 50 )cm( ?? yy 則： )cm(80132118276350543215544332211???????????????????????????FFFFFyFyFyFyFyFFyFyiii 每個(gè)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(jì)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(jì)算結(jié)果 表明，改變結(jié)構(gòu)件高度對(duì)強(qiáng)度影響較大，而改變結(jié)構(gòu)件的鋼板厚度對(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(fù)荷的計(jì)算方法，但是由于液壓支架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、外載荷特點(diǎn)以及其使用條件的特殊性，在強(qiáng)度計(jì)算中的強(qiáng)度條件也是有其特殊性的。當(dāng)摩擦系數(shù)?W ， 1tan ?? 時(shí)，附加力可高達(dá)支架名義工作阻力的 30%。 、拉力對(duì)支架受力的影響 支架在實(shí)際工作中，平衡千斤頂?shù)耐屏屠κ亲兓?。在進(jìn)行支架設(shè)計(jì)時(shí)，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(qiáng)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 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 41 V— 礦井小時(shí)涌水量， (m3/h)。 計(jì)算底板比壓時(shí)，首先要計(jì)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 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 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(shí)，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(jì)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 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 38 ? ? )64( 32213 ??? ????? ??mgg BL xLFq (MPa) 支護(hù)強(qiáng)度計(jì)算 支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(duì)某點(diǎn)取矩之和為零，下面根據(jù)這一理論對(duì)支架進(jìn)行受力分析和計(jì)算。 4. 通過分析和計(jì)算可知，掩護(hù)梁上矸石的作用力，只能使支架實(shí)際支護(hù)阻力降低，所以在進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算時(shí)不計(jì)，使掩護(hù)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(dá)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(shí)， 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 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 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 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 由以上計(jì)算出來的推移千斤頂缸體內(nèi)徑，再按 上表 選取 。 支護(hù)面積 支架的支護(hù)面積按下式計(jì)算： )( ??? LbF （ m2） 式中 F — 支架的支護(hù)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(hù)面積為： )(2)( ??????? LbF （ m2） 支護(hù)強(qiáng)度 支護(hù)強(qiáng)度是液壓支架的一個(gè)重要參數(shù)，它是 指支架對(duì)單位面積頂板提供的工作阻力，按下式計(jì)算： )( 13LLL pKq nP s??（ kN/m2） 式中： P— 立柱總工作阻力（ N）； sK— 支護(hù)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(gè) U 型夾布橡膠圈和唇內(nèi)夾橡膠壓制而