【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 又分為單腔室和多腔室兩種。本次設(shè)計(jì)的分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相對(duì)錯(cuò)動(dòng)，無剛性約束。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，其余兩腔室開口，以便安裝推移機(jī)構(gòu)。 底座的結(jié)構(gòu)型式通常有三種類型： （a） （b）圖 底座分類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。（1） 長(zhǎng)度 式中：：前立柱與底座前端距，取500mm。：前后排立柱間底座長(zhǎng)度，為900mm；：后排立柱距底座后緣的距離，為600 mm；則底座長(zhǎng)度（2） 寬度移架時(shí)，保證相鄰底座間不擠卡，移架順利，必須留有安全間隙，其值一般不小于150㎜。一般中心距為1500㎜的支撐掩護(hù)式支架底座寬度可以取1100～1300㎜?，F(xiàn)取1220mm .（3） 移架機(jī)構(gòu)導(dǎo)向通道 一般支架底座在其寬度的中部有一個(gè)通道，用于放置移架機(jī)構(gòu)，便于導(dǎo)向排矸。通常寬度取決于移架機(jī)構(gòu)寬度，一般為250～350㎜，取300㎜。 （4）柱窩形式 一般為埋入底座箱型機(jī)構(gòu)內(nèi)的球窩形柱窩，具有強(qiáng)度大，對(duì)立柱缸底的適應(yīng)性強(qiáng)，可保證支架由較大的調(diào)高范圍等特點(diǎn)，其缺點(diǎn)是對(duì)底座的強(qiáng)度減弱較大，柱窩處容易堆積煤矸，影響正常動(dòng)作。 （5）底座厚度 按類比法取數(shù)值： 柔性導(dǎo)桿穩(wěn)定機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)柔性導(dǎo)桿穩(wěn)定機(jī)構(gòu)是分體頂梁柔性支架的穩(wěn)定機(jī)構(gòu)，它由焊接在支架底座上的導(dǎo)向筒和多塊彈簧鋼板組成的導(dǎo)桿組成。柔性導(dǎo)桿采用類似于彈簧鋼板的結(jié)構(gòu)，即將彈簧鋼板視為一端固定，一端為自由端的結(jié)構(gòu)，使支架在工作過程中受水平力時(shí)，由于彈簧鋼板的彈性變形，能夠?qū)崿F(xiàn)水平方向的讓壓承載。對(duì)柔性導(dǎo)桿穩(wěn)定機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要是確定彈簧鋼板的長(zhǎng)度、橫截面積和板簧的片數(shù)。 彈簧鋼板長(zhǎng)度的確定彈簧鋼板長(zhǎng)度的確定主要是考慮能夠滿足支架最大、最小高度的要求。即當(dāng)支架處于最低位置時(shí)，柔性導(dǎo)桿的最低位置應(yīng)在底座底蓋板之上；而支架處于最高位置時(shí)，柔性導(dǎo)桿的最低位置應(yīng)處于導(dǎo)向滑套內(nèi)，為了保證支架的穩(wěn)定性，支架在最高位置時(shí)柔性導(dǎo)桿與導(dǎo)向滑套間必須保證有一定的重合度。柔性導(dǎo)桿是由多片彈簧鋼板疊加而成，由主板簧、副板簧和簧箍三部分組成，其中主板簧的上部為卷耳結(jié)構(gòu)，通過銷軸將其與頂梁鉸接在一起。確定彈簧鋼板長(zhǎng)度可按主板簧進(jìn)行，而主板簧的長(zhǎng)度取決于支架的高度，卷耳部分在柔性導(dǎo)桿上下移動(dòng)的過程中對(duì)支架的高度無影響，因此可以按從銷軸中心到彈簧鋼板底部的距離計(jì)算，最后再加上卷耳的弧長(zhǎng)；由于多片彈簧鋼板是應(yīng)用簧箍連接的，因此還需留有簧箍的寬度a，[27]，取35mm。導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的尺寸關(guān)系如圖所示：圖 柔性導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的尺寸關(guān)系1－底座；2－導(dǎo)向滑套；3－柔性導(dǎo)桿；4－簧箍；5頂梁滑套長(zhǎng)度：頂梁的高度200mm和卷耳中心到頂梁底板的距離80mm。:底板的高度180mm。a：簧箍的寬度30mm。導(dǎo)桿長(zhǎng)度：重合長(zhǎng)度： 彈簧鋼板截面尺寸及板片數(shù)量的確定本課題中的彈簧鋼板的截面尺寸參照我國(guó)目前鐵路用的車輛板簧常用尺寸確定[27]，選擇彈簧鋼板的截面尺寸為。柔性導(dǎo)桿穩(wěn)定機(jī)構(gòu)中板簧的結(jié)構(gòu)為一端固定，一端為自由端[28]，其受載如圖36所示，變形量和應(yīng)力為：式中 l—板片的長(zhǎng)度，mm； Q—橫向載荷，即所受橫向力，N；E—材料的彈性模量，　　　 圖 板簧受載圖—截面慣性矩，； b—寬度，120mm；　　　　　　　　　　　　 h—厚度，20mm； f—總變形量，mm； —輸入端的法向應(yīng)力，MPa；—彈簧鋼板固定端截面的抗彎截面系數(shù)。橫向載荷按支架移架力的一半進(jìn)行計(jì)算，取變形量按立柱軸向最大傾角時(shí)的偏移量確定，取由此計(jì)算彈簧鋼板總的慣性矩：計(jì)算簧片的數(shù)量：取彈簧鋼板的片數(shù)為2，驗(yàn)算固定端的最大應(yīng)力：因此，確定簧片的數(shù)量為4片。目前國(guó)內(nèi)支撐式支架立柱數(shù)為26根，常用4根；支撐掩護(hù)式支架為四根。本液壓支架為分體式支架采用六根立柱。立柱間距指支撐式和支撐掩護(hù)式支架而言即前后兩立柱間距。立柱間距的選擇原則為有利于操作，行人和部件合理布置。立柱是支架的重要承壓部件，在支架正常工作時(shí)，一直處于高壓受力狀態(tài)，它的工作性能直接整個(gè)支架的工作狀態(tài)。因此在設(shè)計(jì)支柱時(shí)除要求具有合理的工作阻力和可靠的工作性能外，還需要具有足夠的抗壓、抗彎強(qiáng)度，良好的密封性能，并能適應(yīng)支架的要求。立柱分單作用和雙作用。其中單作用又分活塞式和活柱式。 雙作用分單伸縮、單伸縮帶機(jī)械加長(zhǎng)段、雙伸縮、三伸縮等。本支架采用雙作用的單伸縮立柱，下面介紹立柱的設(shè)計(jì)計(jì)算。 （1）支護(hù)面積L:支架頂梁長(zhǎng)度，取3330mm。C:梁端距，取300mm。B:支架頂梁寬度，1220mm。K:相鄰頂梁間的間隙，取180mm.(2)覆蓋率:頂梁的面積； :支護(hù)面積。（3）支護(hù)強(qiáng)度 根據(jù)老頂級(jí)別和直接頂類別確定支架型號(hào)，再根據(jù)老頂級(jí)別和采高確定支護(hù)強(qiáng)度。由于實(shí)際最大采高步一定正好和上表所列采高相同，所以要用插法重新計(jì)算。：當(dāng)支架最大采高時(shí)，支架應(yīng)有的支護(hù)強(qiáng)度；：在上表中，與低于最大采高但與之相鄰的采高對(duì)應(yīng)的支護(hù)強(qiáng)度，?。涸谏媳碇校c高于最大采高但與之相鄰的采高對(duì)應(yīng)的支護(hù)強(qiáng)度，取：對(duì)應(yīng)的采高，取：對(duì)應(yīng)的采高，取(4)液壓支架的支護(hù)力，初撐力和工作阻力立柱支護(hù)力：:液壓支架對(duì)頂板的支護(hù)力，:液壓支架支護(hù)強(qiáng)度，:液壓支架對(duì)頂板的支護(hù)面積，（1）根據(jù)支架的工作阻力或初撐力和泵壓確定，其計(jì)算公式如下： 式中 D——立柱缸徑，； ——安全閥調(diào)整壓力，； ——立柱支護(hù)力。 再按照北京煤礦機(jī)械廠標(biāo)準(zhǔn)（Q/BM32782）選取計(jì)算比較大的標(biāo)準(zhǔn)值作為內(nèi)徑，取D=：內(nèi)徑系列表506380110110125140145160180200210220230250將缸徑圓整到標(biāo)準(zhǔn)值取立柱初撐力：：泵站額定工作壓力減去從泵站到支架沿程壓力損失后的值取安全閥調(diào)整壓力：安全閥調(diào)整壓力取立柱工作阻力：選取標(biāo)準(zhǔn)值：?jiǎn)紊炜s立柱缸體內(nèi)徑：125mm； 活柱外徑：105 mm；工作阻力：588KN； 額定工作壓力：50 MPa； （2）缸體壁厚的計(jì)算液壓支架立柱的壁厚δ（mm）一般為，即中等壁厚，按下式計(jì)算: 式中 p：缸內(nèi)工作壓力，MPa； ：缸體材料許用應(yīng)力，安全系數(shù)取,將上述數(shù)據(jù)代入壁厚公式得： 根據(jù)液壓設(shè)計(jì)手冊(cè)將缸體壁厚圓整為標(biāo)準(zhǔn)值缸體外徑 （3）厚度計(jì)算支撐掩護(hù)式支架立柱的缸底，一般在缸內(nèi)做成平底，在缸外做成球面形，如圖11所示。在直徑Dˊ(mm)處