【文章內容簡介】 通過上述，對液壓支架的工結構和工作原理的分析，可初步確定液壓支架圖16液壓系統(tǒng)原理圖 液壓支架整體結構設計 高度的確定一般首先確定支架適用煤層的平均采高，然后確定支架高度。支架的最大高度與最小高度的之差為支架的調高范圍。調高范圍越大，支架的適用范圍越廣，但過大的調高范圍會給支架結構設計造成困難，可靠性降低。該參數(shù)以給出，取支架高度（米）： ～ 中心距和寬度的確定支架中心距一般等于工作面一節(jié)溜槽長度。 m。，輕型支架為適應中小煤礦工作面快速般家的要求。本設計中也取中心距（米）：支架寬度是指，頂梁的最大和最小寬度。寬度的確定應考慮支架的運輸、安裝和調架要求。支架頂梁一般裝有活動側護板，側護板一般行程為170～200mm。，最小寬度一般取1400～1430mm，最大寬度一般取1570～1800mm。若取側護板行程為180mm，則可選支架寬度為： 最小寬度：1410mm； 最大寬度：1800mm。 梁端距和頂梁長度的確定所謂梁端距是指移架后頂梁端部至煤壁的距離（），如圖21所示。梁端距是考慮由于工作面頂板起伏不平造成的運輸機和采煤機的傾斜，以及采煤機割煤時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。支架高度越大，梁端距也應越大。當采用即時支護時，一般大采高支架梁端距應取350～480mm，中厚煤層支架梁端距應取280～340mm；薄煤層支架梁端距應取200～300mm。 現(xiàn)取梁端距： 圖21 液壓支架尺寸關系 頂梁長度受支架形式、配套采煤截深、刮板輸送機尺寸、配套關系及立柱缸徑、通道要求、底座長度、支護形式等的制約。當采用及時支護方式時：=0現(xiàn)根據支護面積、支架最大寬度得： 頂梁形式的選擇 支架常用頂梁形式有三種：整體頂梁、鉸接頂梁和楔形結構頂梁。鉸接頂梁的前段稱為前梁，后段稱為主梁，一般簡稱頂梁。(1) 整體頂梁整體頂梁（圖22）的特點是：結構簡單、可靠性好；頂梁對頂板載荷的平衡能力較強；前端支撐力較大；可以設置全長側護板，有利于提高頂板覆蓋率，改善支護效果，減少架間漏矸。為改善接頂效果和補償焊接變形，整體頂梁前端（800～100mm）, 一般上翹1～。圖22 整體頂梁(2) 鉸接式頂梁 鉸接式頂梁如圖23所示。在前梁千斤頂?shù)耐评拢傲嚎梢陨舷聰[動，對不平頂板的適應性較強。運輸時可以將前梁放下與頂梁垂直，以減少運輸尺寸。前梁千斤頂必須有足夠的支撐力的聯(lián)接強度。前 梁上不宜設置側護板。為了順 利移架，前梁間一般要留有 100～500mm間隙，從而增加了破碎頂板漏矸的可能性。圖23 鉸接頂梁1. 前梁；2. 前梁千斤頂；3. 頂梁(3) 楔形頂梁楔形結構梁如圖24所示。楔形梁1和后梁4通過銷軸鉸接，而千斤頂鉸接于頂梁上。楔形結構梁利用構件間摩擦自鎖原理，通過楔塊2與楔形梁1和頂梁4之間的摩擦作用，使楔形梁楔塊2和后梁4在受載時保持為一個 剛性頂梁，這樣，該 梁宜具有整體剛性頂梁前端支護力 大的優(yōu)點。由于楔形梁1與后梁4為鉸接結構，當操作楔形梁千斤頂伸出或縮回時帶動楔形塊前后移動，從而使楔形梁1繞鉸軸上下擺動，其擺動范圍取決于楔形塊的行程和楔角的大小。由于擺動范圍較鉸接頂梁小，因而該梁不具有鉸接頂梁的靈活性。此外，在運輸時楔形梁1可以放到下垂位置，縮短了運輸尺寸，從而方便運輸和安裝?，F(xiàn)根據常用液壓支架頂梁形式各自特點，本文選取鉸接式頂梁。圖24楔形結構梁1. 楔形梁；2. 楔塊；3. 楔形梁千斤頂；4. 后 梁 頂梁的設計影響因素與設計原則頂梁是液壓支架的關鍵部分，設計需遵循一定的原則，以及豐富的經驗。設計原則如下表表21結構參數(shù)影響因素與設計原則長度1. 機道寬度是指采煤機與輸送機配套后最大外緣寬度，它取決于它們的寬度、附件（如擋煤板、電纜）寬度，以及采煤機與輸送機的相對位置2. 支護方式滯后支護方式頂梁長度比及時支護方式要短一個移動步距的長度。及時支護支架如果帶伸縮梁，則支架主頂梁（包括前頂梁）的長度較長，比滯后支護方式相同；當伸縮梁伸出時、頂梁總長度相當于及時支護時的長度 3. 立柱布置對支架頂梁長度影響較大。前排立柱的位置應考慮與機道之間留人行空間或安全間隙。掩護式或支撐式支架，前排立柱可以前傾布置，以減少頂梁前部懸臂長度。單排立柱的掩護式支架，應該保證使柱頭在底座上的投影位置距底座前端的距離足夠大，滿足對地板比壓的要求。但也不能使該距離過大，以免使頂梁太長。前后排立柱的間距主要考慮行人等因素，縮短后排立柱與頂梁、掩護梁鉸點的距離，或者使后排立柱支撐在掩護梁上，這有利于縮短支撐掩護式支架頂梁長度。4. 掩護式支架頂梁，以柱頭鉸點（支定式）或頂梁掩護梁鉸點（支撐式）為界分為前后兩段。為了保證頂梁前端對頂板的支撐力，對剛性頂梁，理論上頂梁前后段長度比不應超過2:，頂板條件比較穩(wěn)定時，可以適當加大該比值，以縮短頂梁總長度，:15. 通風需要當工作面沼氣涌出量大時，需要加長頂梁、滿足通風斷面的要求6. 采煤工藝的需要特殊采煤工藝支架某些功能的需要（如充填工作面支架，分層鋪網支架），或者采煤機截深加大時，支架頂梁都要相應地加大7. 根據目前我國綜采配套情況，不同架型支架頂梁長度如下：支頂掩護式 2~3m支撐掩護式 3~4m寬度1. 主要取決于支架中心距、頂板穩(wěn)定性及是否帶活動側護板等因素2. 對掩護式或支撐掩護式支架、頂梁寬度可參見下表頂梁寬度（m）中心距（m）無活動護板有活動護板（左右）（左右）（左右）～～～3. 對支撐式支架、頂梁寬度可適當減小。剁式支架：頂梁寬度=支架中心距架間間隙（可取200～300mm）節(jié)式支架或分式頂梁剁式支架、條梁寬度視中心距、架間和梁間間隙（可取200～300）而定厚度1. 滿足強度要求在選定鋼材之后，由強度計算確定2. 滿足行人、通風斷面要求中厚煤層以上支架，頂梁厚度可以適當加高。但對薄煤層支架，為滿足行人及通風斷面的要求，應盡可能減薄頂梁的厚度3. 要考慮在滿足強度、行人等要求的前提下適當增大頂梁高度，減少鋼材消耗。應盡可能采用通用鋼材，改善經濟性前梁擺動角為適應頂板起伏、臺階及局部冒頂?shù)惹闆r，前梁上擺角，一般為10186。～20186。前梁下擺角，一般為15186。～30186。下擺角過小，會造成頂板下凸時前后梁呈剛性連接而損壞伸縮梁行程一般等于移動步距，但也可根據支護方式等因素而確定 液壓立柱 立柱形勢及優(yōu)缺點液壓立柱是液壓支架承載與實現(xiàn)升降動作的主要液壓元部件。常用的立柱結構型式及優(yōu)缺點見表31表31 液壓立柱型式及優(yōu)缺點型式優(yōu)缺點單伸縮雙作用全液壓1. 結構簡單，調整高度方便，為液壓無級式2. 調高范圍小機械加長1. 調高范圍比全液壓單伸縮立柱大2. 比采用雙伸縮立柱結構簡單經濟3. 有級調高，因此調整較復雜。如果在操作管理上不加注意，就可能產生支架壓死與頂空等現(xiàn)象。因此，一般只適用于工作面采高變化不大的情況雙伸縮雙作用全液壓不泄油1. 調高范圍比單伸縮立柱大2. 結構復雜，加工要求高，成本高3. 操作靈活方便全液壓小孔泄油1. 基本特點同上。但省去了活柱上的接口和管路，而在二級缸缸壁上采用小孔結構泄油，因而管路與結構比較簡單2. 由于小孔泄油造成油液損失，影響操作人員的安全3. 多用于薄煤層的短立柱中機械加長1. 調高范圍比全液壓雙伸縮立柱更大，多用于薄煤層支架2. 比三伸縮立柱結構簡單而經濟3. 有級調高。操作管理應注意 液壓支架立柱的結構液壓缸一般由活塞、缸體、缸蓋和活塞桿等部分組成。立柱和千斤頂在結構上的差異在于活塞桿直徑差別較大。這是因為立柱承受頂板載荷較大，而迫降力較少，故活柱多采用空心結構，以便增大活柱直徑，保證足夠的剛度和強度。而千斤頂則要求盡可能縮小推拉力差距，以滿足工作需要，故活塞桿在保證一定剛度和強度的前提下，盡量做得細些為好。其他部分的結構基本相同。 1）活塞 活塞是液壓缸的關鍵部件，對它的主要要求是保證密封性能良好，運動面能承受力的沖擊和振動等?；钊梢耘c活套，也可以與活柱成為一體?；钊习惭b有密封元件，密封元件主要是密封圈。密封圈有 O 型、Y 型、V 型和活塞環(huán)密封等。最近廣泛使用鼓形和蕾形密封圈。 2）導向套 導向套裝在缸體的上端，它在活柱或千斤頂活塞桿伸縮時起導向作用。導向套與活塞桿表面既要緊密接觸，又要動作靈活，而且要承受住外部載荷對活塞桿的橫向壓力、彎曲、振動等產生的影響。 導向套與缸體的連接方式常用下列三種： （1）用螺紋連接。螺紋連接方式比較簡單，但在井下使用久了易生銹，拆卸不方便； （2）用壓緊帽和固定鋼絲連接。這種結構簡單，但裝拆麻煩； （3）用鋼絲擋圈固定連接。這種結構簡單，裝卸方便，但要求活塞桿外徑與缸體內徑之間有比較大的空間，所以在千斤頂上使用較多。 3）缸體活柱和活塞桿是立柱和千斤頂傳遞機械力的重要部件，它要承受壓力、彎曲等載荷的作用，必須耐磨和耐腐蝕。它們可用合金無縫鋼管或圓鋼制成。為了防止在礦井條件下表面生銹和腐蝕，在它們表面要鍍銅或鍍鉻，在井下使用時要注意保護。 承載結構件材料及工藝 承載結構件材料分析材料是設計的一個重要部分，據下表可知，本文選取頂梁的材料為16Mn，該材料具有可焊性好，焊后無需熱處理等優(yōu)點，經濟實惠，強度高，應用普遍表32 承載結構件材料及工藝主要零部件名稱常用材料δa（(MPa)工藝特點備注頂梁，掩護梁，底座、連桿16Mn280～350可焊性好、焊后無需熱處理應用最為普遍15MnVN450～470可焊性差、焊接時需要預熱，工藝困難主要用于某些強力支架或薄煤層支架14MnNbB700柱帽、連接座ZG270～500 ZG35CrMnSi270350一般需要調制處理，鑄造缺陷較多，要嚴格控制質量用于形狀復雜的零部件，也可用于重要結構件、如連桿、底座等銷軸40Cr4540Mn230CrMnSi550360750900調制處理用于結構部件之間的連接 承載結構件加工工藝工藝是機械制造的一個非常重要的部分，一臺好的機器離不開工藝的合理安排，選擇合適的工藝是一個設計者應該著重研究的地方，但是工藝的安排又充滿了難度和挑戰(zhàn)，沒有最好的工藝設施，只有更好的工藝方案。表33 承載件加工工藝工序工藝特點裝備準備1. 整形調直2. 清洗去繡，也可在下料后進行調直機清洗去繡設備下料1. 氣割2. 剪切、沖壓3. 開坡口4. 切削加工各種氣割設備剪板機、沖壓機、壓力機坡口機、氣割機切削加工機床拼裝使各零件定位，保證相互之間的位置與精度達到設計要求拼裝專用胎具、電焊機等焊接1. 為保證焊接質量，需根據材料選擇合適的焊條2. 目前大多采用二氧化碳氣體保護焊與手工電弧焊3. 為減少焊接變形，應保證一定的焊接順序，并采取相應地措施4. 對可焊性差的材料需要預熱電焊機焊后處理1. 對要求精度與形位公差比較嚴格的連接孔進行焊后整體鏜孔2. 對某些結構件在焊接后的變形進行調整3. 其他保證最終質量的修補措施鏜床、調直機、壓力機、電焊機等 軟件簡介Pro/Engineer是美國參數(shù)技術公司(Parametric Technology Corporation,簡稱PTC)的最新一代CAD/CAE/CAM軟件，它包含許多先進的設計理念，是一套設計至生產的機械自動化軟件包，是一個參數(shù)化、基于特征的實體造型系統(tǒng)。Pro/Engineer Wildfire ，可用于機械設計、功能仿真、加工制造和數(shù)據管理等領域，為用戶提供了目前功能最全面、集成最緊密的產品開發(fā)環(huán)境。 Pro/Engineer的發(fā)展歷程Pro/E