【導(dǎo)讀】本課題主要論述了液壓支架的主要設(shè)計(jì)過程。的選型、總體設(shè)計(jì)、主要零部件的設(shè)計(jì)以及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)。支架的形式為掩護(hù)式支架。支架除了要有效的對(duì)頂板進(jìn)行支撐外，還要實(shí)現(xiàn)升、降、推、移幾個(gè)步驟。支架采用四連桿機(jī)構(gòu)，改善支架的。受力狀況，縮小支架的升降過程中頂梁前端前后移動(dòng)的距離。頂梁掩護(hù)梁、底座都做成箱體結(jié)構(gòu)用鋼板焊接而成。方案等方面綜合性的科學(xué)技術(shù)問題。

　　

【正文】 程 ? ? ? ?44c o s c o s c o sA Q E B P C ?? ? ? ? ? ? （ 436） B 點(diǎn)的 y 坐標(biāo)值應(yīng)滿足下列方程 ? ? ? ?4s i n s i n s i nA Q B C D?? ? ? ? ? ?4P （ 437） 圖 43順心位置圖 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì)（ 論文 ） 28 圖 44四連桿機(jī)構(gòu)方程圖 由式（ 437）得： ? ? ? ?44si n si nsi n A Q B P DC? ? ? ? ?? （ 438） 將式（ 438）代入式（ 436）得： ? ? ? ?? ? ? ?442442c o s c o ssin sin1A Q E B PA Q B P DCC? ? ? ?? ? ? ?????? ? ? （ 439） 將式（ 439）整理得： ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ?2 2 2 2 244 4 4442 c o s2 s i n c o s 2 2 c o ss i n 2 s i n 2 0A B D C E A E QA D Q P E B A B QP A B Q B D? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?????? ? ? ? ? ? ? ? ????? (440) 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì)（ 論文 ） 29 令： ? ?4cosZP? 。 ? ? 24sin 1PZ?? ? ?42 2 c o sK E B A B Q? ? ? ? ? ? ? (441) ? ?42 s in 2J A B Q B D? ? ? ? ? ? ? (442) ? ? ? ?2 2 2 2 2 442 c o s 2 s i nR A B D C E A E Q A D Q? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? (443) 將式 (441),式（ 443）代入式（ 440）可得： 210R Z K J Z? ? ? ? ? ? (444) 則式（ 444）可變成以 Z 為變量之方程，得： ? ? ? ?2 2 2 2 2 222K R K R K J R JZKJ? ? ? ? ? ??? (445) 不合題意之根已舍去。 當(dāng) ? ? ? ?2 2 2 2 2 2 0K R K J R J? ? ? ? ? ?時(shí)，式（ 445）才有意義。 在圖 44 中 39。e 點(diǎn)任一位置時(shí)之坐標(biāo) x,y 可寫成： ? ? ? ?44c o s c o sx A Q G P? ? ? ? ? (446) ? ? ? ?44s in s iny A Q G P? ? ? ? (447) 其中， ? ?4 arccosPZ? 則 24 1a r c t a n ZP Z?? 式（ 446）和式（ 447）就是液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)的曲線方程。 根據(jù)四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征要求，支架由高到低， 4Q = ?? 25~85 ,即： 弧度弧度 0. 436~ 。所以在 4Q 變化范圍內(nèi)可以畫出一條近似雙紐線的軌跡來。如果在這個(gè)變化范圍內(nèi)按間隔 ,可以算出 x,y 值表，河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì)（ 論文 ） 30 y 的變化相當(dāng)于支架計(jì)算高度的變化，則 x 的變化相當(dāng)于頂梁前端距煤壁之距變化，所以 e 值為支架高度變化范圍內(nèi)，相應(yīng)的 max minxx? ，凸弧段的長(zhǎng)度為支架的結(jié)構(gòu)高度有高到低時(shí)， x 值漸增所對(duì)應(yīng)的 y 值相減，即： 凸弧段長(zhǎng)度 h h h?大 ?。? 式中， 大h —— 支架最大高度所對(duì)應(yīng)的 y 值； h小 —— 支架由高到低， x 值漸增，增加到極限位置所對(duì)應(yīng)的 y 值。 底座的設(shè)計(jì) 液壓支架的底座 圖 45四連桿機(jī)構(gòu)的底座 底座為整體式剛性底座，四連桿機(jī)構(gòu)鉸接在底座前部 (有的鉸接在中部或后部 )，有兩個(gè)球面柱窩與立柱缸底相連，底座中間布置有推移裝置，側(cè)面有拉后輸送機(jī)千斤頂固定耳座。該底座整體性強(qiáng)，穩(wěn)定性好，與底板接觸面積大，比壓小。由于四連桿機(jī)構(gòu)在中部連接，使底座受力河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì)（ 論文 ） 31 狀態(tài)不好。上連桿與底座的鉸接座為兩突出的內(nèi)主筋形成的箱體結(jié)構(gòu)，應(yīng)合理設(shè)計(jì)，使突變過渡處強(qiáng)度足夠，呈圓弧狀過渡，以免損壞。 底座接觸比壓 頂板對(duì)支架的巨大載荷有整臺(tái)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(qiáng)度。則在設(shè)計(jì)支架時(shí)，應(yīng)驗(yàn)算底板的比壓。 bLpq Aj ? （ 448） 則平均接觸比壓為： 1 0 01 3 0 0 101 6 0 0 3 ????jq （ 449） 式中 jq — 平均接觸比壓； Ap — 支架工作阻力； B— 底座與底板的接 觸寬度； L— 底座與底板的接觸長(zhǎng)度。 結(jié)論：該底座比壓在允許范圍內(nèi)。 千斤頂技術(shù)參數(shù)的確定 推移千斤頂 推移千斤頂選用框架推移方式，則其缸體內(nèi)徑為： bt PFD ?? ? 移4 mm （ 450） 式中 移F — 推移千斤頂?shù)囊萍芰Γ?200kN。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì)（ 論文 ） 32 移F =200 kN，代入公式得推移千斤頂缸體內(nèi)徑為： ???? 2020 004tD 由以上計(jì)算出來的推移千斤頂?shù)母左w內(nèi)徑，按煤礦支護(hù)手冊(cè)（ ISBN 7— 5020— 0694— X/TD? 639）表 41 表 41普通千斤頂主要技術(shù)特征 規(guī)格 缸徑 /柱徑 代號(hào) 額定承載能力 連接尺寸 適用范圍 推力 拉力 工作 壓力 桿頭 孔徑 缸底 140/85 (Q140/85N) Q140/85W 485 306 42 42 用于液壓支架推移千斤頂、平衡千斤頂伸縮梁千斤頂?shù)? 125/70 (Q125/70W) 386 265 34 34 100/70 Q100/70W 245 158 32 32 80/45 Q80/45W 158 108 用于伸縮梁、護(hù)幫、側(cè)護(hù)板推移、復(fù)位等千斤頂 63/45 Q63/45W 98 48 21 21 經(jīng)查表，選用標(biāo)準(zhǔn)缸徑為 100mm。 推移千斤頂?shù)男谐膛c推移步距有關(guān)，當(dāng)推移步距為 600mm 時(shí)，推移千斤頂?shù)男谐虨?700— 750mm，按液壓缸行程系列表選用 700mm。 立柱 1．立柱的結(jié)構(gòu) 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì)（ 論文 ） 33 立柱按動(dòng)作方式分為單作用和雙作用立柱；按結(jié)構(gòu)分為 活塞式和柱塞式立柱；按伸縮方式分為單伸縮和雙伸縮式立柱，如圖 46所示(a) (b) (c) (d) (e ) (f) 圖 46 立柱類型 a單作用活塞式； b單作用柱塞式； c雙作用活塞式； d、 e、 f雙伸縮式 2．幾種立柱的動(dòng)作原理 1）單伸縮立柱的動(dòng)作原理 單伸縮單作用活塞式或柱塞式立柱，靠液壓力伸柱，靠自重或彈簧力降柱。單伸縮雙作用活塞式立柱，靠液壓力伸柱和降柱。當(dāng)下腔進(jìn)液上腔回液時(shí)伸柱，反之為降柱。 2）雙伸縮立柱的動(dòng)作原理 雙伸縮立柱動(dòng)作原理如圖 47 所示 當(dāng)高壓液進(jìn)入中缸下腔，上腔回液，使中缸伸起，如圖 47a 所示。 當(dāng)中缸全部伸出后中缸下腔壓力增加，當(dāng)壓力增加至超過底閥彈簧調(diào)正壓力時(shí)，底閥打開，高壓液進(jìn)入上柱下腔，上柱上腔液體經(jīng)中腔上部小孔排出，使上柱伸出，如圖 47b所示。降柱時(shí)如圖 47c、 d 所示。 當(dāng)高壓液進(jìn)入中缸上腔，下腔回液，中缸下降；當(dāng)中缸降到底時(shí)，一方面底閥被缸底頂開，另一方面中缸上孔正對(duì)立柱上部進(jìn)液孔，如圖河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì)（ 論文 ） 34 47c 所示。 立柱上部進(jìn)液孔經(jīng)中缸小孔進(jìn)入上柱上腔，下腔液體經(jīng)底閥從立柱下部孔回液，上柱下降，如圖 47d所示 (a )(b )(c )(d ) 圖 47 雙伸縮立柱動(dòng)作原理 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì)（ 論文 ） 35 3．機(jī)械加長(zhǎng)桿的結(jié)構(gòu)原理 由于雙伸縮立柱結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，為了降低成本 ，在單伸縮立柱上安裝機(jī)械加長(zhǎng)桿，滿足支撐高度的變化要求。 需要增加支架到最大高度時(shí)（在井上），可以拆下 4 根立柱中對(duì)角線上的 2 根立柱上機(jī)械加長(zhǎng)桿卡環(huán)，操作支架升柱，支架頂梁升起，帶動(dòng)機(jī)械加長(zhǎng)桿從立柱中拔出，當(dāng)達(dá)到所調(diào)高度時(shí)，再把這兩根機(jī)械加長(zhǎng)桿的卡環(huán)固定。把支架降至原來高度，拆下另兩根機(jī)械加長(zhǎng)桿的卡環(huán)，用同樣的方法使這兩根機(jī)械加長(zhǎng)桿達(dá)到與前兩根相同的高度為止。 4．立柱上、下端頭設(shè)計(jì)成半球形的原因 第一個(gè)原因，由于支架在伸縮過程中，頂梁不可能同步造成立柱與頂梁和立柱與底座之間轉(zhuǎn)動(dòng)，所以立柱的上、下端頭用半球形 ，形成鉸接，就可以適應(yīng)這種轉(zhuǎn)動(dòng)。 第二個(gè)原因，當(dāng)立柱為傾斜布置時(shí)，在支架升降過程中，立柱一方面要伸縮，一方面要傾斜，立柱與頂梁和立柱與底座之間依靠立柱上、下端半球形發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，從而增大了支架的調(diào)高范圍。 輔助裝置 1．推移裝置：推移裝置是液壓支架必備的重要輔助結(jié)構(gòu)件，由推移千斤頂和其它附屬裝置組成。移架和推溜的動(dòng)作就是通過推移千斤頂及其附屬裝置來完成的，但隨著礦山地質(zhì)條件、液壓支架結(jié)構(gòu)和工作過程不同，推移方式和推移千斤頂?shù)牟贾靡膊灰粯印? 由于液壓支架的工作過程的不同，推移方式有兩種：先移架后推溜，先 推溜后移架兩種。 2．護(hù)幫裝置：液壓支架的護(hù)幫裝置時(shí)為了開采厚煤層或煤質(zhì)松軟的一些中厚煤層時(shí)防止煤壁片幫而設(shè)計(jì)的。 護(hù)幫裝置一般由液壓千斤頂和護(hù)幫板構(gòu)成，安裝在前梁下部。正常河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì)（ 論文 ） 36 情況下，護(hù)幫板伸出緊貼煤壁，防止片幫，或在片幫時(shí)起緩沖作用，防止硬傷工作人員。當(dāng)采煤機(jī)割到液壓支架前面時(shí)，需要將護(hù)幫收回，讓采煤機(jī)通過，然后，隨支架移到新的工作位置后重新伸出以支護(hù)新暴露的煤壁。 3．擋矸裝置：矸石涌入支架內(nèi)會(huì)造成行人不便，移架困難，有時(shí)甚至?xí)褡〔倏v閥把手，損壞高壓軟管，嚴(yán)重影響支架的正常工作，架內(nèi)矸石的清理也需要繁重 的體力勞動(dòng)。為此，需要良好的擋矸裝置。 4．防滑防倒裝置：液壓支架在移架過程中，由于支架自重在傾斜方向的分力會(huì)使支架沿傾斜下滑，所以煤層傾角越大，下滑力也越大。支架的后部因重量大，離固定點(diǎn)較遠(yuǎn)，所以下滑程度比前部嚴(yán)重，造成支架的傾斜。當(dāng)煤層傾角增大至使支架失去橫向穩(wěn)定性時(shí)，支架會(huì)向下傾倒，因此，為了保證支架的正常工作，必須采用相應(yīng)的防滑 。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì)（ 論文 ） 37 液壓支架頂梁設(shè)計(jì) 工作方式對(duì)支架頂梁長(zhǎng)度的影響 支架的工作方式對(duì)頂梁長(zhǎng)度影響很大，如圖 48所示的工作方式 ： 圖 48支架工作方式比較 從圖 48 可以看出先移架后推溜的方式（又稱及時(shí)防護(hù)措施）要求有較大長(zhǎng)度；先推溜后移架的方式（有稱滯后支護(hù)方式）要求頂梁長(zhǎng)度較短。這是因?yàn)椴捎孟纫萍芎笸埔频姆绞綍r(shí)支架要超前輸送機(jī)一個(gè)步距，以便采煤機(jī)過后，支架能及時(shí)前移，支控新暴露的頂板，做到及時(shí)支護(hù)。所以前一個(gè)要比后一個(gè)步距多一個(gè)（一般為 600 毫米）。 設(shè)計(jì)中采用及時(shí)支護(hù)方式。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì)（ 論文 ） 38 配套尺寸對(duì)頂梁的影響 設(shè)備配套尺寸與支架頂梁長(zhǎng)度有直接關(guān)系，為了防止采煤機(jī)想內(nèi)部?jī)A斜時(shí)，采煤機(jī)滾筒不截割頂梁，同時(shí)考慮到采 煤機(jī)截割時(shí)不一定把煤壁割成一個(gè)垂直面，所以我在設(shè)計(jì)時(shí)頂梁前端距煤壁最小距離為 300 毫米，這個(gè)距離叫做空頂距。另外在輸送機(jī)鏟煤板前也要留有一定距離。一般為 130~150 毫米。也是為防止采煤機(jī)截割煤壁不齊，給推移輸送機(jī)留有一定距離。除此之外所有配套設(shè)備均要在頂梁掩護(hù)下工作。以此來計(jì)算頂梁長(zhǎng)度。 頂梁其它有關(guān)尺寸的確定 采用類比法，確定頂梁上立柱柱窩位置，底座上立柱柱窩位置，進(jìn)而確定支架結(jié)構(gòu)尺寸如圖 49 所示 圖 49 頂梁外