【文章內容簡介】 的需要，如：足夠的頂板覆蓋率；同時要適應頂板的不平整性，避免因局部應力而引起損壞。支架常用頂梁形式有3種：整體頂梁、鉸接頂梁和楔形結構頂梁。本次設計選用較接式頂梁，鉸接式頂梁在前梁千斤頂?shù)耐评?，前梁可以上下擺動，對不平頂板的適應性強。運輸時可以將前梁放下與頂梁垂直，以減小運輸尺寸。前梁千斤頂必須有足夠的支撐力和連接強度，前梁上不宜設置側護板。為順利移架，前梁間一般要留有100～150mm間隙，從而增加了破碎頂板漏矸的可能性。本次設計的液壓支架為了適應復雜的頂板情況，所以采用鉸接式頂梁。 立柱立柱是支架的承壓構件，它長期處于高壓受力狀態(tài)，它除應具有合理的工作阻力和可靠的工作特性外，還必須有足夠的抗壓、抗彎強度，良好的密封性能，結構要簡單，并能適應支架的工作要求。立柱按動作方式，可分為單作用和雙作用；按支架種類，可分為活塞式和活柱式；按伸縮方式，可分為單伸縮和雙伸縮。本次設計采用單伸縮機械加長立柱。掩護梁是掩護式和支撐掩護式支架的掩護構件，除防止采空區(qū)冒落矸石涌入工作面外，并承受冒落矸石的壓力和頂梁分解的水平力。掩護梁采用整體箱形鋼板焊接結構，在掩護梁上端與頂梁鉸接，下部焊有與前后連桿鉸接的耳座。充分考慮了大采高支架復雜的三維空間受力，以及垮落頂板對梁體可能造成的沖擊破壞，安全系數(shù)大，強度高。配置單向活動側護板，減少架間漏矸和防止大采高支架橫向傾倒。掩護梁上端與頂梁鉸接，下部與前、后連桿或直接與底座鉸接?；顒觽茸o板裝在掩護梁的一側。低位放頂煤液壓支架的掩護梁還要連接支架的尾梁與插板，安裝尾梁千斤頂。 四連桿機構由于考慮放頂煤后鉸接插板擺動千斤頂?shù)母缮鎲栴}，本次設計前后四連桿都采用單獨鉸接。 四連桿機構的作用1 通過四連桿機構，使支架頂梁端點的運動軌跡呈近似雙曲線，從而使支架頂梁前端的端頭離煤壁距離大大減小，提高了管理頂板的性能。2 能承受較大的水平力。1 支架從最高高度降到最低高度時，頂梁端點運動軌跡的最大寬度最好為30mm以下。2 支架在最高位置時和最低位置時，頂梁與掩護梁的夾角P和后連桿與底平面的夾角Q，應滿足以下要求：支架在最高位置時，~，～；支架在最低位置時，考慮矸石便于下滑，以防矸石停留在掩護梁上，根據(jù)物理學摩擦理論可知，,如果按鋼和矸石的摩擦系數(shù)為,即：,求得；為了安全可靠在最低工作位置時，應使為宜，而Q角主要考慮掩護梁底部距底板要有一定的距離，防止支架后部冒落的巖石卡住后連桿，使支架不能降下來，一般取，在特殊情況下需要角度較小時，可提高后連桿下鉸點的高度。設計步驟：掩護梁上絞點與頂梁頂面之距根據(jù)支架最大高度確定,一般支架取150～200mm，重型支架取210～260mm。本文取250mm。后連桿下鉸點與底座底面之距根據(jù)支架最小高度確定，薄煤層支架取150～250mm，中厚煤層支架取250～450mm，大采高支架取450～600mm。本文取450mm。首先用解析法確定掩護梁和后連桿的長度，如圖41所示。圖中： ——掩護梁長度； ——后連桿長度； ——過E1點的垂直線到后連桿下鉸點之距； ——支架最高位置時的計算高度；mm ——支架最低位置時的計算高度；mm從幾何關系可以列出: (41) (42)Y由（41）、（42）聯(lián)立解得： (43)按四連桿機構的幾何特征所要求的角度，選定：圖41 掩護梁和后連桿計算示意圖將數(shù)據(jù)代入（43）得： 支架在最高位置時的值為：因此掩護梁的長度為：?。篖=1600 mm后連桿長度為：一般， 故取：mm根據(jù)掩護梁長度和后連桿長度重新計算出：圖42 液壓支架四連桿機構幾何關系圖作圖步驟如下： (1) 確定后連桿下鉸點O點的位置，使它大體比底座略高，一般為200～250mm，考慮太低安裝銷子困難，太高底座又笨重。根據(jù)支架結構取450mm。 (2) 過O點作水平線H－H線與底座相平行。 (3) 過O點作一條直線與水平線H－H線相交其交角為。 (4) 以O點為圓心，以L1為半徑作圓，與該直線相交于A點，即為后連桿與掩護梁的上鉸點。 (5) 過A點作一條直線與水平線H－H線相交其交角為。 (6) 以A點為圓心，以L為半徑作圓，與該直線相交于E1點，即為掩護梁、與頂梁的鉸點。 (7) 過E1點作一條直線與水平線H－H平行的F－F直線，則H－H線與F－F線的距離為h1，即為液壓支架最高位置的計算高度。 (8) 以A點為圓心，即為前連桿的上鉸點。 (9) 過E1點作F－F線的垂線。假設在液壓支架升降過程中，E1點近似在此直線上滑動。 (10) 在垂線上作液壓支架在最低位置時，頂梁與掩護梁的鉸點為E3。 (11) 取E1E3中點為E2點，為液壓支架在降到中間位置時，掩護梁與頂梁的鉸點。 (12) 以O點為圓心，以為半徑作圓弧。 (13) 以E2點為圓心，以掩護梁長L為半徑作圓，與圓弧相交于A1點，此點為液壓支架在降到中間位置時，掩護梁與后連桿的鉸點。 (14) 以E3點為圓心，以掩護梁長L為半徑作圓，與圓弧相交于A2點，此點為液壓支架在最高位置時，掩護梁與后連桿的鉸點。 (15) 以A1點為圓心，與E2A1相交于B1點。以A2點為圓心，與E3A2相交于B2點。即B、BB2三個點為液壓支架在三個位置時的前連桿的上鉸點。 (16) 連接A1O、A2O，為液壓支架降到中間位置和最低位置時，后連桿的位置。 (17) 分別作B B1和B1 B2的垂直平分線交于C點，即為前連桿的下鉸點，BC為前連桿的長度。 (18) 過點C向H－H線作垂線，交于D點。則AO、AB、BC、CD為液支架的的四連桿機構。最終確定四連桿機構的各項尺寸為：AO = 1500 mm AB = 400 mmBC = 2300 mm CD = 342 mm 底座液壓支架的底座常用形勢有3種，即整體式剛性底座、低分式剛性底座和鉸接式分體底座。通過比較和對本次設計任務的環(huán)境適應性分析，最終決定本次設計采用整體式剛性底座，它的整體性剛度和強度好，底座接觸面積大，有利于減小對底板的比壓。頂梁側護板裝置一般由側護板、彈簧套筒、側護板千斤頂、導向套和連接銷軸等組成。支架常用的活動側護板形式有3種，即直角式單側活動側護板、直角式雙側活動側護板和折頁式單側活動側護板。結合本次設計的需求，選擇直角式雙側活動側護板。 千斤頂 推移千斤頂推移千斤頂按連接方式分有直接連接方式、框架連接方式和浮動活塞式。本次設計要求拉架力大于推溜力，且為支撐掩護式液壓支架，因此選擇框架連接方式。 側推千斤頂作用：側推千斤頂伸出時，使活動側護板外移，可密閉架間間隙，起到防矸、導向、防倒和調架的作用；側推千斤頂縮回時，使活動側護板縮回，可以減少移駕阻力。根據(jù)安裝位置的不同，側推千斤頂?shù)脑O計也會有所不同，詳細參數(shù)見表41。 前梁千斤頂前梁千斤頂?shù)母左w用圓柱銷固定在主梁下的耳座上，活塞桿與前梁相連。前梁有伸縮梁和挑梁兩種，本次采用跳梁設計。挑梁可以使前梁上下擺動，加大前梁端部的支撐力。，液壓支架需要有護幫裝置，以防止片幫的發(fā)生。護幫千斤頂?shù)母左w用銷軸固定在前梁上，活塞桿固定在護幫板上。當千斤頂伸出時，護幫板支撐在煤壁上。在千斤頂活塞腔油路上加液控單向閥鎖緊，并加安全閥進行保護。當千斤頂縮回時，因千斤頂活塞桿腔無液控單向閥鎖緊，所以在前梁上加設一個彈簧的機械鎖。 后推移輸送機千斤頂后推移千斤頂主要用于放頂煤開采后輸送機的調整，跟推移千斤頂類似，只是不需要較大的拉架力。表41 各千斤頂參數(shù)表 推移千斤頂型式反拉框架式缸徑/柱徑mm125/70推力/拉力kN386/265行程mm700 側推千斤頂型式雙側直角式活動側護板缸徑/柱徑mm63/45推力/拉力kN98/48行程mm170 護幫千斤頂型式雙作用單伸縮缸徑/柱徑mm80/45推力/拉力kN158/108行程mm400尾梁擺動千斤頂型式雙作用單伸縮缸徑/柱徑mm100/60推力/拉力kN245/158行程mm400 插板千斤頂型式雙作用單伸縮缸徑/柱徑mm80/45 推力/拉力kN158/108續(xù)表行程mm300拉后溜千斤頂型式雙作用單伸縮缸徑/柱徑mm125/70推力/拉力kN386/265行程mm800 前梁千斤頂型式雙作用單伸縮缸徑/柱徑mm125/70推力/拉力kN386/265行程mm140 放煤機構設計 現(xiàn)有低位放頂煤液壓支架的放煤機構主要是以插板的形式放煤，其中有兩種比較普遍，一種是以整個掩護梁為為插板形式，另一種是一種是在掩護梁上鉸接一個插板的形式。由于這兩種放煤機夠都有自己配套的支架結構形式，本次設計采用了支撐掩護式液壓支架的結構，因此這里設計成在掩護梁后鉸接一個插板的放煤結構。插板由插板千斤頂與掩護梁梁相連，與掩護梁鉸接，是實現(xiàn)放頂煤的直接部件，其主要作用有： 1．收回插板實現(xiàn)放頂煤；2．伸出插板阻擋矸石進入后部運輸機；3．當有大塊煤落下時，利用插板尖齒可將塊煤破碎。本支架插板是由鋼板拼焊的等斷面結構，插板千斤頂耳座放在插板內部，在插板下部開以窗口方便插板千斤頂?shù)陌惭b。同時在插板下部外表面焊接有耳座，用于連接插板擺動千斤頂，以實現(xiàn)插板的擺動，有利于放煤。整個插板的具體形式見裝配圖。第5章 液壓支架受力分析支護強度是指支架對單位面積頂板提供的工作阻力。 (51)式中 ——支架總工作阻力，N； ——支護效率；因此架的支護面積，m2。式中 —— 支架頂梁長度，mm； —— 梁端距，mm； —— 支架頂梁寬度，mm； —— 相鄰支架頂梁間隙，mm。將數(shù)據(jù)代入（51）式得：MPa初撐力大小對支架的支護性能和成本都有很大的影響。較大的初撐力能使支架較快達到工作阻力，減緩頂板的早期下沉速度，增加頂板的穩(wěn)定性。但對乳化液和液壓元件的耐壓要求提高。一般取初撐力為倍的工作阻力。根據(jù)設計要求：初撐力 = =kN 移駕力和推溜力 移駕力和推溜力都是有推移千斤頂來決定的，所以要正確地選擇推移千斤頂，一般而言，移架力與支架結構、質量、煤層厚度、頂板性質有關。一般薄煤層支架的移架力為100～150 kN；中厚煤層支架為150～300 kN；厚煤層支架為300～400 kN。推溜力一般為100～150 kN。 根據(jù)設計要求：取移架力為300kN，推溜力為150kN。 支柱及相關液壓系統(tǒng)參數(shù)確定立柱的缸體內徑按下式進行計算： （52）式中： ——立柱缸體內勁，mm ——支架承受的理論支護阻力，kN ——每架支架立柱數(shù)； ——安全閥的正壓力，MPa ——立柱最大傾角。 本支架中，=4000kN，=4，=40MPa， = 10176。將數(shù)據(jù)代入（52）式得：取：支架立柱的壁厚（mm）一般為,即中等壁厚，按下式計算： （53）式中： ——缸內工作壓力， ——單個立柱的工作阻力，取 則： ——考慮管壁公差及腐蝕的附加厚度，一般取2mm； ——強度系數(shù)，無縫鋼管取； ——缸體材料許用應力，MPa，缸體選用， 980MPa； ——立柱缸體內徑，mm。將數(shù)據(jù)代入（53）式得：圓整，取mm。支架立柱為單伸縮機械加長式，根據(jù)液壓缸推薦相關鋼材最終確定尺寸如下表：表51 立柱相關尺寸外徑(mm)內徑(mm)壁厚(mm)長度(mm)缸體2452001056活柱180150151100加長桿1308002泵站壓力確定泵站壓力確定按產(chǎn)品目錄規(guī)定的泵站工作壓力，再考慮壓力損失，型工作壓力為20MPa和35MPa兩種，一般選35MPa計算時考慮損失按32MPa進行計算 。因此，取泵站壓力為32MPa。 3立柱的初撐力立柱初撐力按下式進行計算：