【文章內(nèi)容簡介】 立柱的初撐力按下式進行計算： 式中 —泵站額定工作壓力(MPa)，這里取=則有 (kN)立柱工作阻力計算公式如下： 式中： —安全閥的調(diào)正壓力，這里取=40MPa則有(kN)1．推移千斤頂?shù)母讖酱_定本支架采用浮動活塞式推移千斤頂，其缸體內(nèi)徑按下兩式聯(lián)立求得：； 式中 D——推移千斤頂缸體內(nèi)徑(cm)； ——泵站額定工作壓力(MPa)； d——活塞桿直徑(cm)。 ——移架力(kN)。 ——推溜力(kN)。一般=100kN，在薄煤層中=100~150kN；中厚煤層中=150~250kN；厚煤層中=300~400kN。則有： 缸徑(mm)160140125100806350桿徑(mm)14010085100857070(63)5045454032泵壓(MPa)推力(kN)6374903922451579863拉力(kN)150038244523430428412715798108485840推薦材料規(guī)格(mm)缸19422168201461412114102148311桿15217105圓鋼 95圓鋼110105圓鋼95圓鋼 85圓鋼8085圓鋼70圓鋼///// 由以上計算出來的推移千斤頂缸體內(nèi)徑，再按上表選取。本支架中D取125mm，d取70mm。2. 推移千斤頂行程推移千斤頂?shù)男谐膛c推移步距有關(guān)，當推移步距為600mm時，推移千斤頂?shù)男谐虨?00～750mm,按規(guī)定取700mm或750mm。90表25 液壓支架主要技術(shù)參數(shù)表設(shè)備（部件）名稱項目單位技術(shù)參數(shù)支架整體性能支架高度m支架寬度m支架中心距m支護強度kN/㎡2170對底板比壓MPa初撐力kN3956工作阻力20000操作方法本架操作泵站壓力MPa立柱型式懸浮式根數(shù)根4缸徑mm450柱徑mm350初撐力kN工作阻力（）kN5024行程mm790推移千斤頂型式浮動活塞式根數(shù)根1缸徑mm100柱徑mm90行程mm800回拉千斤頂型式雙作用單伸縮根數(shù)根1缸徑mm240桿徑mm200行程mm800前梁千斤頂型式雙作用單伸縮根數(shù)根2缸徑mm200桿徑mm150行程mm500尾梁千斤頂型式雙作用單伸縮根數(shù)根2缸徑mm200桿徑mm150行程mm500配套設(shè)備采煤機MXA300/刮板輸送機SGB732/3203 液壓支架的受力分析 概述 液壓支架工作狀態(tài)在采煤工作面液壓支架支護頂板時，當煤層被采動后，頂板有壓力顯現(xiàn)。作用在支架上的載荷，大體上可以分為兩個部分（如圖41所示），其一是直接頂形成的壓力Q1，其二是老頂形成的壓力Q2 。如果直接頂比較完整，在工作面煤壁上方的直接頂呈懸臂狀態(tài)，則Q1由工作面煤壁和支架共同承受。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由支架單獨承受。位于直接上方的老頂通常不與直接頂一起冒落。當直接頂在支架頂梁之后冒落時，老頂呈懸臂狀態(tài)。由老頂形成的懸臂梁的一端支撐在直接頂跨落后的碎矸上，另一端則支撐在支架和煤壁上方的直接頂上，并形成載荷Q2。隨著煤壁的推進，老頂懸露長度變短，Q2在增加。當老頂懸露部分達到一定長度，起自重使其斷裂，于是老頂懸露長度變短，Q2立刻降到最小值，在采煤工作面連續(xù)開采過程中，工作面不斷前移，Q2由小到大，再由大到小，這樣周而復(fù)始的變化。Q2每次遞增直至老頂斷裂，稱為老頂周期來壓。圖41 支撐式支架在中硬以上穩(wěn)定頂板條件下的受力情況液壓支架的結(jié)構(gòu)和支架液壓系統(tǒng)必須保證液壓支架具有完全適應(yīng)頂板變化的性能。采煤機采過一個截深之后，支架前移一個步距，支護新暴露出來的頂板。此時，頂板尚無下沉現(xiàn)象，支架以“初撐力”支撐頂板。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到安全閥調(diào)整定值，安全閥釋放，立柱下縮。稱此現(xiàn)象為液壓支架的“讓壓”現(xiàn)象。這時立柱以“工作阻力”支護頂板。隨著頂板壓力不斷加大，立柱就要不斷“讓壓”下縮。為避免立柱完全縮回，支架出現(xiàn)“壓死”現(xiàn)象，采煤工作面的生產(chǎn)循環(huán)應(yīng)保證在“壓死”前就前移。 計算載荷的確定液壓支架實際受載荷情況很復(fù)雜，頂梁和底座上的載荷既非集中載荷，又非均勻載荷，分布規(guī)律隨著支架與頂?shù)装宓慕佑|情況而變化，為簡化計算，作如下規(guī)定：把支架簡化成一個平面桿系結(jié)構(gòu)，同時為偏于安全，按集中載荷進行計算。2. 金屬結(jié)構(gòu)件按材料力學上的直梁理論來計算。 3. 頂梁、底座與頂?shù)装逭J為均勻接觸，載荷沿支架長度方向按線性規(guī)律，沿支架寬度方向為均勻分布。4. 通過分析和計算可知，掩護梁上矸石的作用力，只能使支架實際支護阻力降低，所以在進行強度計算時不計，使掩護梁偏于安全。5. 立柱和短柱按最大工作阻力來計算。6. 作用在頂梁上水平力的產(chǎn)生有兩種情況：一種是由于支架在承載讓壓時，由于頂梁前端運動軌跡為雙紐線，所以頂梁與底板有產(chǎn)生位移的趨勢，水平力為頂梁合力與靜摩擦系數(shù)的乘積，其方向與頂梁產(chǎn)生位移方向趨勢相反；另一種是由于頂板向采空區(qū)方向移動，使支架頂梁受一指向老塘的水平力，最大水平力值與上相通。頂梁與頂板的靜摩擦系數(shù)，～。7. 支架各部件受力，按不同支護高度時受力最大值進行強度校核。8. 各結(jié)構(gòu)件的強度校核，除按理論支護阻力校核危險斷面外，還要按《液壓支架形式試驗技術(shù)規(guī)范》的各種加載方式，以及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，將由安全系數(shù)來保證。支架的受力分析與計算，是按理論力學中一物體受幾個力作用下處于平衡狀態(tài)時，所受的合力矩之和為零的原理來進行分析和計算得。所以當支架支撐后在處于平衡狀態(tài)時，取整體或某一部件為分離體也處于平衡狀態(tài)，其合力和合力矩為零。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，各力對某點取矩之和為零，下面根據(jù)這一理論對支架進行受力分析和計算。在支架撐牢在頂?shù)装逯g時，取其整體或某一部件為分離體，皆處于平衡狀態(tài)。據(jù)此把支架簡化為平面桿系進行受力分析和計算。支架整體受力關(guān)系如圖31所示，圖31 液壓支架受力分析圖中——前梁端部所受集中載荷；——后梁所受集中載荷；——前探梁千斤頂?shù)闹瘟?；、——前、后立柱的工作阻力；（為支架工作阻力）——底板對底座的支撐力。借助于取分離體的方法求出、及其作用點的位置。首先取前梁為分離體，如圖32所示。圖中為前梁千斤頂支撐力為已知，和均已知。圖32 前梁分離體受力分析 (31) (32) (33) (31),(32),(33)聯(lián)立求得： 再取后梁為分離體，如圖33所示。圖中、為前后立柱的工作阻力，其和為，是液壓支架的工作阻力。是前梁千斤頂?shù)闹瘟?。和是前梁在鉸接點a處對后梁的作用力。由圖33，利用力系的y方向平衡方程式和對b點的力矩平衡方程式，可以求出及其作用點的距離圖33 后梁分離體受力圖 (34) (35) (34),(35)聯(lián)立求得： 帶入數(shù)據(jù)得： (kN) (Kn) mm支架底座受到的支撐反力由圖31可知：本支架中 (kN) 頂梁載荷分布在把頂梁所受的載荷求出來后，就可以進一步計算載荷在頂梁上面的分布情況。由于頂板與頂梁接觸情況不同，載荷實際分布很復(fù)雜。為計算方便，假設(shè)頂梁和頂板均勻接觸且載荷為線性分布。設(shè)頂梁長為，頂梁的集中載荷為，其作用點距頂梁一端為。則當時，載荷分布為三角形。如圖34所示q3q2圖34 頂梁三角形載荷分布F1頂梁前端比壓為0，頂梁后端比壓為： (MPa)當時，載荷呈梯形分布，如圖35所示：頂梁前端比壓為：q2F1q3圖35 頂梁梯形載荷分布 頂梁后端比壓為： 由于,故本支架頂梁受力為梯形分布，計算得：頂梁前端比壓為： (MPa)頂梁后端比壓為： (MPa) 支護強度計算支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)束，其結(jié)構(gòu)尺寸已定。再經(jīng)受力分析，其外載荷也已確定。于是可以求出支架的實際支護強度如下式： (MPa)支撐式支架隨著支撐高度的不同，其支護面積和工作阻力不變，故其支護強度不變。而掩護式支架和支撐掩護式支架，由于支架的工作阻力因支架支撐高度不同而不同，故支護強度也因支架高度變化而變化（為簡化計算，不考慮支護面積在支撐過程中的變化）。本支架為支撐式支架，故支護強度不變，為1946 kN/m2。 底座接觸比壓計算頂板對于支架的巨大載荷經(jīng)由整臺支架傳到底板，在支架底座與底板接觸處將具有一定的比壓。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度。則在設(shè)計支架時，應(yīng)驗算底板的比壓。計算底板比壓時，首先要計算底板與底座的接觸面積。如圖36所示圖36 底座面積則其與底板的接觸面積為： (m2)然后計算底座對底板的平均比壓如下： (MPa)由于底板凹凸不平或底座下墊有碎矸，底座對底板的比壓很不均勻。為簡化計算又不失其有效性，假設(shè)底座對底板均勻接觸且載荷為線性分布。設(shè)外載荷呈三角形分布，如圖37所示，底座前端有最大比壓，后端比壓為0。為求，應(yīng)先求出底座的集中載荷的作用點的位置。 圖37 底座三角形比壓分不當時，底座前端比壓為： (MPa)當時，底座載荷呈梯形分布，如圖38所示。此時底座前端的比壓為： (MPa) (MPa)求出底座的最大比壓之后，要與底板允許比壓進行比較。底座對底板的最大比壓應(yīng)小于底板的允許比壓，否則應(yīng)重新設(shè)計底座乃至整個支架。圖38 底座梯形比壓分布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)V2V=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—底板抗壓入強度 (MPa)V—礦井小時涌水量，(m3/h)。涌水量大，巖石變軟，降低了允許比壓[P]—允許比壓 (MPa)對于本支架，=，所以有 (MPa)(MPa) 支護效率整臺支架的阻力是由立柱的工作阻力產(chǎn)生的。對于掩護式支架而言，兩者并不相等。用支護效率來評價立柱工作阻力轉(zhuǎn)變?yōu)橹Ъ芄ぷ髯枇τ行У闹ёo，支護效率按下式計算：值與支架的架型、結(jié)構(gòu)尺寸和支架高度有關(guān)，值過大或過小都不好。由于支架的工作阻力由立柱工作阻力之和的垂直分力及掩護梁和前后連桿承擔，而立柱的工作阻力之和不變，當值過大，說明掩護梁和前、后連桿受載增加，對掩護梁和前、后連桿不利；當值過小時，說明立柱的工作阻力不能充分發(fā)揮。一般要求在支架工作段內(nèi)，支撐掩護式支架由于立柱傾角較小，值應(yīng)在95%～105%之間；掩護式支架由于立柱傾角較大，值應(yīng)大于90%以上；支撐式支架由于立柱垂直布置又無四連桿機構(gòu)，所以值應(yīng)為100%，故本支架支護效率為100%。 支架受力的影響因素掩護式和支撐掩護式支架在工作過程中，各主要部件的受力是變化的，其影響因素有諸多方面。本節(jié)僅指出幾種支架受力又顯著影響的因素，同時說明這些因素的影響規(guī)律。在進行支架設(shè)計時，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)。支撐式支架的支護高度對支架受力沒有影響，而掩護式和支撐掩護式支架，由于支護高度的變化，使立柱的支撐角度、平衡千斤頂?shù)慕嵌?、掩護梁和四連桿機構(gòu)的角度等的不同，使支架受力也不同。在進行強度計算時，要以頂梁承受最大負荷時的支護高度為依據(jù)，按此時的工況進行計算。液壓支架在工作過程中，頂梁與頂板、底座之間以及掩護梁與其上的矸石之間均存在著相對運動，于是在相對運動兩者之間產(chǎn)生摩擦力。這摩擦力的大小與摩擦系數(shù)有關(guān)，且直接影響支架受力、支護效率等。在液壓支架實際工作中，摩擦系數(shù)并非常數(shù)，而是與巖石種類、水分含量等許多因素有關(guān)。根據(jù)液壓支架架型實驗規(guī)范規(guī)定，按摩擦系數(shù)為0；；。在進行強度計算時，要取前、后連桿、頂梁等主要部件有最大負荷時的工況。、拉力對支架受力的影響支架在實際工作中，平衡千斤頂?shù)耐屏屠κ亲兓?。按支架在如下工況時進行計算：支護高度為頂梁承受最大合力時的高度值，矸石作用力，摩擦系數(shù)，并且按平衡千斤頂產(chǎn)生推力和拉力兩種情況分別進行支