【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 桿機(jī)構(gòu)液壓支架。現(xiàn)分別介紹幾種形式液壓支架的特點(diǎn)。 垛式液壓支架的特點(diǎn) 垛式液壓支架式支撐式液壓支架的一種。支撐式液壓支架是在一個(gè)底座上放置幾根立柱支撐頂梁，并通過(guò)頂梁支撐頂板這樣簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。 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(mǎn)足通風(fēng)和行人的要求，重量輕，價(jià)格便宜。 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。所以垛式支架應(yīng)在直接頂穩(wěn)定或堅(jiān)硬的煤層中使用。 由此可見(jiàn)，垛式液壓支架雖然有很多的優(yōu)點(diǎn)，但卻存在它的弊端，并不是我們理想的架型。 四連桿機(jī)構(gòu)液壓支架 這種液壓支架是目前使用最多的液壓支架。不論是支撐式還是掩護(hù)式液壓支架都一般都用到了這種機(jī)構(gòu)。四連桿機(jī)構(gòu)使頂板對(duì)頂梁的水平載荷由掩護(hù)梁傳遞給兩個(gè)連桿，立柱不承受橫向力，因此不易產(chǎn)生彎曲現(xiàn)象。因此 ，要求連桿要有足夠的強(qiáng)度。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。 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(xiàn)。雙紐線(xiàn)支架的兩個(gè)河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 連桿雖然增加了支架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，但也因要抵抗頂板的水平運(yùn)動(dòng)大大增加了對(duì)支架承載機(jī)構(gòu)件的作用力，結(jié)構(gòu)使構(gòu)件斷面 增大，重量增加。而掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架的進(jìn)一步發(fā)展方向之一是尋求減輕支架重量的途徑。因此，這種機(jī)構(gòu)雖然廣泛使用，但仍舊不是我們理想的一種架型。 單擺桿機(jī)構(gòu)液壓支架 這種支架是由四連桿機(jī)構(gòu)液壓支架演化而成的一種支架機(jī)構(gòu)形式。 它用一個(gè)單擺桿機(jī)構(gòu)代替了傳統(tǒng)的四連桿機(jī)構(gòu)，從而使支架在升降的過(guò)程中頂梁前端的軌跡由雙扭線(xiàn)變成了一條圓弧線(xiàn)。我們可以通過(guò)增加擺桿長(zhǎng)度的方法來(lái)使軌跡更加接近垂直直線(xiàn)。但是與四連桿機(jī)構(gòu)類(lèi)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(xiàn)。也就無(wú)法去除頂梁所 受的橫向摩擦力。 由以上的分析可知，傳統(tǒng)的機(jī)構(gòu)形式總是存在其弊端，我們努力尋求一種機(jī)構(gòu)形式是頂梁升降時(shí)的軌跡為一條垂直直線(xiàn)。 圖 分體頂梁柔性液壓支架機(jī)構(gòu)示意圖 因此我們通過(guò)機(jī)構(gòu)形式的演化，找到了一種垂直導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。這種機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是，真正使支架升降時(shí)頂梁前端的軌跡成為了一條垂直直線(xiàn)，使支架不再受到頂板摩擦力的作用。改善了支架的受力狀況，減小可承載件的斷面面積，從而減輕了支架的重量。這種 分體頂梁柔性 液壓支架的機(jī)構(gòu)示意圖 如上圖所示。 通過(guò)上述分析知，這幾種 架型 形式都不是我們理想的選擇，我們要求的機(jī)構(gòu)形 式是頂梁上下運(yùn)動(dòng)時(shí)的軌跡為 變化的 。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 。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 。該架型 穩(wěn)定性好，重量輕，工作面過(guò)人空間大，結(jié)構(gòu)緊湊，支護(hù)強(qiáng)度大。 所以，在理論上分析可以得出， 滑塊機(jī)構(gòu)和柔性導(dǎo)桿 機(jī)構(gòu)是對(duì) 分體頂梁 液壓支架的一個(gè) 很 好的演化形式。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 第 3 章 總體 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3. 1 支架基本參數(shù)的確定 支架高度 支架的高度由工作面的厚度及地質(zhì)條件的變化 等因素決定 ，考慮通風(fēng)、運(yùn)輸、行人的要求以及一定的富 余 系數(shù)，確定支架的最低高度 min ? ，最高支護(hù)高度 max ? 。 支架伸縮比 支架的伸縮比是指最大和最小支架高度之比值，即： m axm in2 .4 1 .51 .6Hm H? ? ? 支架 間 距 所謂支架間距，就是相鄰兩支架中心線(xiàn)間的距離。 確定支架中心距時(shí)，應(yīng)考慮到下列幾個(gè)方面的因素： （ 1）頂板允許暴露的面積 。 （ 2）運(yùn)輸機(jī)溜槽的長(zhǎng)度 。 支架中心距一般等于工作面一節(jié)溜槽長(zhǎng)度，以便配套。目前國(guó)內(nèi)外液壓支架中心距大部分采用 。大采高支架為提高穩(wěn)定性中心距可采用 ，輕型支架中心距可采用 ； （ 3）支架的穩(wěn)定性 。 一般支架中心距大，支架穩(wěn)定性好 。 分體頂梁柔性液壓支架是適用于中小地下工作面，屬輕型支架，因此確定中心距為mbc ? 。 支架寬度 支架寬度是指頂梁的最小和最大寬度。寬度的確定應(yīng)考慮支架的運(yùn)輸、安裝和調(diào)架要求。支架頂梁一般裝有活動(dòng)側(cè)護(hù)板，側(cè)護(hù)板行 程一般為 170～ 200mm。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。當(dāng)支架中心距為，最小寬度一般取 1650～ 1680mm，最大寬度一般取 1850～ 1880mm。當(dāng)支架中心距為 ，如果頂梁帶有活動(dòng)側(cè)護(hù)板，則最小寬度取 1150～ l 180 mm．最大寬度取1320～ 1350mm；如果頂梁不帶活動(dòng)側(cè)護(hù)板，則寬度一般取 1150～ l 200mm[26]。 分體頂梁柔性液壓支架的頂梁采用三個(gè)相互獨(dú)立的小面積窄梁，為了提高支架的穩(wěn)定性，各 頂梁之間通過(guò)連接機(jī)構(gòu)相連，綜合考慮支架的中心距、每個(gè)頂梁受力的合理性以及河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 減少架間空隙，確定支架的寬度為 mmBm 1220? 。 底座長(zhǎng)度 底座是將頂板壓力傳遞到底板和穩(wěn)固支架的構(gòu)件。在設(shè)計(jì)支架的底座長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)考慮如下諸方面：支架對(duì)底板的接觸比壓要??；支架內(nèi)部應(yīng)有足夠的空間用于安裝立柱、液壓控制裝置、推移裝置和其他輔助裝置；便于人員操作和行走，保證支架的穩(wěn)定性等。 通常，掩護(hù)式支架的底座取 倍的移架距；支撐掩護(hù)式支架的底座長(zhǎng)度取 4 倍的移架距。本支架為支撐掩護(hù)式支架，移架步 距為 650mm,所以該分體頂梁液壓支架底座長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為 2600mm。 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)。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。 頂梁前部尺寸為： cH tgadyb ??????? ? ? —— 運(yùn)輸機(jī)鏟煤板端至煤壁距離，一般為 50— 100 mm,取 50mm； y —— 包括鏟煤板和電線(xiàn)槽在內(nèi)的運(yùn)輸機(jī)寬度， 經(jīng)查表取 980mm； 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 d —— 推移步距 650mm； a —— 底座前柱窩中心到底座 前端的距離， 一般為 500800mm，取 500mm； H —— 支架的最低高度， 1600mm； ? —— 支架最低位置時(shí)立柱的傾角， 8176。； c —— 梁端距，梁端距是考慮由于工作面頂板起伏不平造成輸送機(jī)和采煤機(jī)的傾斜，以及采煤機(jī)割煤時(shí)垂直分力使搖臂和滾筒向支架傾斜，為避免割頂梁而留的安全距離，一般 為 250350mm,取 300mm。 5 0 9 8 0 6 5 0 1 6 0 0 8 3 0 0 1 6 5 5b tg m m? ? ? ? ? ? 9 0 0 1 6 0 0 8 1 1 2 5n tg m m? ? ? 1655 1125 550 3330L b n u mm? ? ? ? ? ? ? 由此 確定分體頂梁剛性液壓支架的頂梁長(zhǎng)度為 3330mm。 支架工作阻力 支架的工作阻力定為 2400kN，采用六柱支撐，因此每根立柱的工作阻力為kNF 4 0 062 4 0 01 ?? 。 頂梁 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 頂梁形式的選擇 支架常用的頂梁形式有 兩 種：整體頂梁 和 鉸接頂梁 [18]。 整體頂梁特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性好；頂梁對(duì)頂板載荷的平衡能力較強(qiáng)；前端支撐力較大；可設(shè)置全長(zhǎng) 側(cè)護(hù)板，有利于提高頂板覆蓋率，改善支護(hù)效果，減少架間漏矸。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。 鉸接頂梁 由前后兩段組成， 前段稱(chēng)為前梁，后段為主梁，一般簡(jiǎn)稱(chēng)頂梁。 鉸接式頂梁在前梁千斤頂?shù)耐评?，前梁可以上下擺動(dòng)，對(duì)不平頂板的適應(yīng)性強(qiáng)。運(yùn)輸時(shí)可以將前梁放下與頂梁垂直，以減小運(yùn)輸尺寸，但前梁千斤頂必須有足夠的支撐能力和連接強(qiáng)度，前梁上不宜設(shè)置側(cè)護(hù)板。為順利移架，前梁一般要留有 100～ 150mm 間隙，從而增加了破碎頂板漏矸的 可能性。 本課 題 所設(shè)計(jì)的分體頂梁柔性液壓支架是介于整體支架與簡(jiǎn)易支架之間的輕型支架，適用于中小型工作面，因此頂梁應(yīng)選擇結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低的整體頂梁。 頂梁 一般 是用鋼板焊接而成的箱式結(jié)構(gòu)， 又分為單腔室和多腔室兩種。 本次設(shè)計(jì)的分河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 體頂梁柔性液壓支架由于頂梁 為窄長(zhǎng)型 ，并設(shè)置有內(nèi)伸縮式伸縮梁，考慮梁體內(nèi)需要安裝伸縮千斤頂，因此頂梁選用單腔式的整體頂梁形式，其結(jié)構(gòu)形式如圖 32 所示 ，（ a）為頂梁的結(jié)構(gòu)形式，（ b）為頂梁在柱窩處的斷面圖 。 （ 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。 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： 1 要有足夠的強(qiáng)度和剛度； 2 對(duì)底板有較好的適應(yīng)性和較小的比壓； 3 能獲得足夠的空間安裝立柱、推移千斤頂、液壓操縱系統(tǒng)和其他裝置； 4 便于人員行走、操縱支架和采煤機(jī)等； 5 有一定的重量以保持支架的穩(wěn)定性； 6 滿(mǎn)足快速移架和順序排矸的要求； 液壓支架底座常用型式有 3 種，即整體剛性底座、底分式剛性底座和鉸接分體式底座。 整體剛性底座是用鋼板焊接成的箱式結(jié)構(gòu)，整體性強(qiáng)、穩(wěn)定性好，強(qiáng)度高，不易變形，與底板接觸面積大，比壓小。該結(jié)構(gòu)的推移千斤頂一般安裝在箱形體之下，整體剛性底座立柱柱窩前一般要設(shè)計(jì)一過(guò)橋，以提高底座的整體剛性和抗扭能力。但推移機(jī)構(gòu)處易積存碎矸，清理較困難，一 般用于軟底板條件下工作面支架。 為了使底座在一定范圍內(nèi)適應(yīng)底板起伏不平的變化，通常把底座 設(shè)計(jì)為 底分式剛性底座。該結(jié)構(gòu)底座底板為中分式的，推移機(jī)構(gòu)直接落在底板上，前立柱柱窩前有過(guò)橋，由于這種底座底板分體，推移裝置處的碎矸可隨支架移架從后端排到 機(jī)器 后方，不需要人工清理 ， 但減少了底座接觸面積，增大了對(duì)底板的比壓。目前，高產(chǎn)高效工作面液壓支架一般采用分體剛性底座。 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。這種底座對(duì)底板不平的適應(yīng)性好，減少了底座的扭轉(zhuǎn)和偏載載荷 ，但支架的整體剛性有所降低。 為了保證底座整體性強(qiáng)、強(qiáng)度高、比壓小等性能，此次分體頂梁柔性液壓支架的設(shè)計(jì)選用整體剛性底座。 由于所設(shè)計(jì)的分體頂梁柔性支架采用三排立柱支撐結(jié)構(gòu)，每?jī)膳帕⒅g設(shè)置一個(gè)推移千斤頂，因此底座選擇五腔室局部開(kāi)口的截面形式，采用六條主筋板組成五腔室，其中最左、最右和正中間的三腔室封閉，其余兩腔室開(kāi)口，以 便 安裝推移機(jī)構(gòu)。 底座的選型 底座的結(jié)構(gòu)型式通常有三種類(lèi)型： （ a） （ b） 圖 底座分類(lèi) 1 整體式 整體式底座是用鋼板焊接成的箱式結(jié)構(gòu)，整體性強(qiáng)，穩(wěn)定性好，強(qiáng)度高，不易變形，與底板接觸面積大，比壓小。如圖 (a) 2 對(duì)分式 為使底座在一定范圍內(nèi)適應(yīng)底板起伏不平的變化，通常把底座制成前、后或左、右對(duì)分的形式，如圖（ b），兩者用過(guò)橋連接。 3 底靴式 底靴式底座的特點(diǎn)是每根立柱支撐在一個(gè)底靴上，立柱之間用彈簧鋼板連接，立柱與底靴之間用銷(xiāo)軸連 接，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)輕便，動(dòng)作靈活，對(duì)底板的不平整適應(yīng)性強(qiáng)，但剛性差，與底板的接觸面積小，穩(wěn)定性較差，一般用于節(jié)式支架上。 各種型式的底座前端都制成滑撬形，以減小支架的移架阻力，同時(shí)底座后部重量大于前部，避免移架時(shí)啃底。 根據(jù)以上分析，選擇 整體 式底座。 確定底座結(jié)構(gòu)尺寸 根據(jù)底座類(lèi)型可以初步制定出底座的長(zhǎng)、寬、高等各部件的結(jié)構(gòu)尺寸。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 （ 1） 長(zhǎng)度 21 aaaL ??? 式中： a ： 前立柱與底座前端距，取 500mm。 1a ：前后排立柱間底座長(zhǎng)度，為 900mm； 2a ：后排立柱距底座后緣的距離，為 600 mm； 則底座長(zhǎng)度 2021L mm? （ 2） 寬度 移架時(shí)，保證相鄰底座間不擠卡，移架