【導讀】本論文主要闡述了一般掩護式液壓支架的設計過程。選架型、總體設計、主要零部件的設計、主要零部件的校核。支架除了要有效的對頂板進行有效支撐，還要實現(xiàn)升、降、推移四個步驟。支架采用四連桿機構，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的距離。立柱采用單伸縮液壓缸，前端帶有加長桿，以滿足支架最。低及最高位置時的高度要求。頂梁掩護梁、底座都做成箱體結構用鋼板焊接而成。和回收亦難滿足連續(xù)采煤的要求。并以支柱加鉸接頂梁的結構形式支護回采工作面。這種支架頂梁很短，并與掩護梁。頂梁頂點相對于煤壁作圓弧運動。很大，不利于頂板的維護。長頂梁、二柱、四柱以及多柱四連桿機構的液壓支架相繼問世。觸面積較大的底座；為防止碎矸竄入采區(qū)，采用了各種防竄矸的掩護裝置。國國家煤炭局實施的“高科技采礦工程”推動了液壓支架及采煤設備的進一步發(fā)展。煤炭產量和改善作業(yè)環(huán)境。

　　

【正文】 (1) 底座用鋼板焊接成箱型結構，底部封閉，具有整體性能、強度高、穩(wěn)定性好、對底板比壓小等特點。 (2) 排矸性能差，容易堵卡，損壞推移機構部件 。 (3) 多用于支撐掩護式、掩護式或垛式支架 。 (4) 使用于地板比較松軟，采高與傾角較大以及頂板穩(wěn)定或頂板來壓較強烈等條件 。 2. 分體剛性式 特點 與適用條件： (1) 底座分左右兩部分，上部用過橋或相形結構固定連接、這種底座在剛性、穩(wěn)定性和強度等方面基本與整體剛性底座相同。 (2) 排矸性能好，有利于保證推移裝置正常工作。 (3) 適用于支撐掩護式、掩護式支架。 本次設計采用圖 43 示的底座結構。底座為整體式剛性底座，四連桿機構鉸接在底座前部，有兩個球面柱窩與立柱缸底相連，底座中間布置有推移裝置，側面有拉后輸送機千斤頂固定耳座。該底座整體性強，穩(wěn)定性好，與底板接觸面積大，比壓小。上連桿與底座的鉸接座為兩突出的內主筋形成的箱體結構，應合 理設計，使突變過渡處強度足夠，呈圓弧狀過渡，以免損壞。 華北科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 33 頁 共 65 頁 圖 43 底座 底座參數的確定 1. 底座長度的確定 底座是將頂板壓力傳遞到底板和穩(wěn)固支架的部件。在設計支架的底座長度時，應考慮如下諸方面：支架對底板的接觸比壓要??；支架內部應有足夠的空間用于安裝立柱、液壓控制裝置、推移裝置和其他輔助裝置；使于人員操作和行走；保證支架的穩(wěn)定性等。通常，掩護式支架的底座長度取 3． 5 倍的移架步距 (一個移架步距為 0． 6m)，即 左右；支撐掩護式支架的底座長度取 4倍的移架步距，即 左右，在此選 取 。 2. 底座寬度的確定 一般，中心距為 的掩護式或支撐掩護式支架底座可取 ～ 。工作面傾角大，采高大或者底板松軟時，宜取上限。在此根據自己設計支架的情況取 。 3. 底座高度的確定 要適應支架總體結構，如厚煤層支架總體結構高、前后連桿受力大，為縮短掩護梁和連桿的長度，可適當加高底座后部連桿區(qū)的高度，而薄煤層支架底座相反，往往要盡可能見效后部連桿區(qū)的高度。 立柱的設計 支護面積 支架的支護面積按下式計算： )( ??? LgbF cc mm （ 41） cF — 支護面積， mm； cB — 支架間距（支架中心距），一般為 中厚煤層掩護式液壓支架總體設計分析及掩護梁設計 第 34 頁 共 65 頁 gL — 頂梁長度 ?— 移架后頂梁前端點到煤壁的距離 (m )，一般 ? =+e 將各數值代入公式 （ 41） 得支架的支護面積為： )( ??cF ＝ 支護強度 支護強度的計算可借助表 ，首先按表 根據老頂級別和直接頂類別確定支架架型，再根據老頂級別和采高確定支護強度。由于實際最大采高不一定正好和表 所列采高相同，所以要用插值法重新計算。 qqqmx hh hHqqqq121121 )( ????? kN/ 2m （ 42） xq — 當支架最大采高為 mH 時，支架應有的支護強度， kN/ 2m ； 1q — 在架型選樣表 中與低于 mH 但與之相鄰的采高相對應的支護強度； kN/ 2m ； 2q — 在架型選擇表 mH 但與之相鄰的采高相對應的支護強度， kN/ 2m ； qh1 — 1q 所對應的采高， m； qh2 — 2q 所對應的采高， m。 根據表 將各數值代入公式得支護強度為： 23 . 5 2( 1 . 3 4 4 1 ) 1 . 3 ( 4 4 1 2 4 5 ) 5 9 8 . 7 8 /42xq k N m?? ? ? ? ?? 支架理論支護阻力為： 1F = cF xq （ 43） 代入數值得 1F =2910kN 確定立柱的技術參數 立柱缸徑按下式進行計算： madd pnFD ?? c o s40 1?? cm （ 44） dD — 立柱缸體內徑 1F — 支架承受的理論支護阻力 華北科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 35 頁 共 65 頁 xc qFF ??1 kN dn — 每架支架立柱數； ap — 安全閥調整壓力， MPa，按產品樣本選取 (或參考同類支架選取 )。其中， Y 1F B型 ap =40 MPa； Y 2F 型 ap =30~60 MPa； m? — 立柱最大傾角 (度 )， (支架降到 最低工作位置時， m? 角最大 )。 將各數值代入公式 44得立柱缸徑為： o 29 1040 ???? ?? ?dD cm 按北京煤礦機械廠標準（ Q/BM327— 82）表 41 選取比計算值大的標準值作為內徑eD ，再選取配合尺寸。 表 41 內徑標準 單位： mm 50 63 80 100 110 125 140 (145) 160 180 200 210 220 230 250 查表 41，選 eD =230mm， 查表，選取配合尺寸為：外缸內徑 230mm，活柱外徑 210mm，工作阻力 1800KN，額定工作壓 MPa，泵站壓力 。 取泵站額定工作壓力 bp ( MPa)減去從泵站到支架沿程壓力損失后的值 39。bp 為 30 MPa，代入公式得立柱初撐力為： 4 10tbDPP??? ?? ? 4 23 30 12 46 .34 10tP k N?? ? ?? 安全閥壓力與立柱工作阻力的確定 1. 安全閥壓力 安全閥的調整壓力，按選定后的立柱缸體內徑 eD 和支架承受的理論支護阻力 mF1 來確定。 中厚煤層掩護式液壓支架總體設計分析及掩護梁設計 第 36 頁 共 65 頁 240 cza DFP ??? MPa （ 45） 式中的 zF 按下式計算： ndmz n FF ?cos1?? kN （ 46） 式中 n? — 支架在最高位置時立柱傾角 度 ， 取 15na? 將數據代入公式得 zF 為： 5 0 615c o s2 2 9 1 0 ??? ?zF kN 由公式得安全閥的調整壓力為： 2 ????aP MPa Pa求出后，在選定一種動作壓力與 Pa相近的標準安全閥。此安全閥的動作壓力即為支架安全閥的調整壓力。取 Pa=40MPa。 2. 立柱工作阻力 2P 按下式進行計算： ae PDP 10422 ??? ? kN （ 47） 將各數值代入公式得立柱工作阻力 2P 為： 6 6 140104 22 ?????P kN 表 42 支架工作阻力數值圓整標準（ MT16987）（ KN） 1200 1600 2020 2400 2800 3200 3600 4000 4400 4800 5200 5600 6400 7200 8000 9000 10000 12020 查表 42圓整取支架工作阻力為 3200kN，則 P2=1600kN。 3. 最小導向長度的確定 當活柱全部伸出時，從活塞導向環(huán)中點到 導向套中點的距離稱為最小導向長度的 H，如圖 44 所示。如果導向長度過小，將使立柱的初折曲增大，影響立柱的強度和穩(wěn)定性。華北科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 37 頁 共 65 頁 因此在設計時，必須保證有一定的最小導向長度。一般要求滿足下式。 2D10LH 2?? 式中 L — 立柱最大工作行程， L=1000mm 2D — 缸筒內徑 mm 一般導向長度 A，當缸內徑 mm802 ?D ，取活柱外徑的 ～ 倍 ?；钊麑挾?B則取缸內徑的 ～ 倍 。 C取缸內徑的 ～ 倍。為了保證導向長度，過分增大導向套長度和活塞寬度都是不適宜的，最好在活塞上不裝一個距離套，距離套的寬度有所需要的最小導向長度決定。 圖 44立柱導向長度關系圖 1— 缸筒； 2— 活塞； 3— 導向環(huán)； 4— 距離套； 5— 導向套； 6— 缸蓋； 7— 活柱 4. 缸底厚度計算 掩護式和支撐掩護式支架立柱的缸底，一般在缸內做成平地，在缸外做成球面形，如圖 45 所示。在直徑 D （ mm）處的底后可用下列公式計算： ? ? 4 3 .30 .4 3 0 .4 3 1 8 0 5 1100PD m m? ?? ? ? ? ? 式中 p— 缸內所能形成的最大壓力， P=； ][? — 缸底材料的許用應力，鑄鋼 ][? =100MPa。 中厚煤層掩護式液壓支架總體設計分析及掩護梁設計 第 38 頁 共 65 頁 圖 45立柱缸底示意圖 5. 缸體長度的確定 液壓缸缸體內部長度應等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體的外形長度還要考慮到兩端端蓋的厚度。一般液壓缸的缸體長度不應大于內徑的 20～ 30 倍。 立柱柱窩位置和受力計算 立柱是液壓支架的主要承載與高度調節(jié)件。它除了要具有較高的承載能力外，還應有較大的伸縮行程，以滿足支架工作高度的要求。在厚煤層開采中，為了增大支架對煤層厚度變化的適應性，常需使支架的伸縮比較大。此時，單伸縮立柱就難以滿足要求。雖然采用 在支架上裝設機械加長桿的方法，在一定程度上可以擴大其調高范圍。但機械加長桿在安裝后就成為固定活塞桿，需要調節(jié)時裝拆比較困難。目前，在國內外一些大高度的新型支架上日益采用伸縮式立柱。本設計采用單伸縮加長桿立柱結構。 1. 立柱布置 (1) 立柱數，本課題設計 ZY3200/15/35 取支架為 2 柱。 (2) 支撐方式：掩護式支架為傾斜布 置，這樣可克服一部分水平力，并能增大調高范圍。一般立柱軸線與頂梁 的垂線夾角小于 ?30 （支架在最低工作位置時），由于角度較大，可是調高范圍增加 。同時又與頂梁較短，立柱傾角較大可以使頂梁柱窩位置前移，是頂梁前端支護能力增大。 2. 立柱柱窩位置的確定 液壓支架立柱上柱窩位置的確定原則，從理論上分析，要使頂梁支撐力分布與頂板載荷分布一致。但頂板載荷復雜，分布規(guī)律因支架頂梁與頂板的接觸情況而異。為簡化計算，假定頂梁與頂板均勻接觸，載荷沿頂梁長度方向按線性規(guī)律變化，沿支架寬度方向均布。把支架的空間桿系結構，簡化成平面桿系結構。同時為偏于安全，可以認為頂華北科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 39 頁 共 65 頁 梁前端載荷為零，載荷沿頂梁長度方向向后越來越大呈三角形分布，并按集中載荷計算。所以，支架支撐力分布也為三 角形，以此計算立柱上柱窩位置。此時認為支架頂梁承受集中載荷 1F 在頂梁 1/3 處，取頂梁為分離體，受力情況如圖 46 所示。對 A 取距，可算得 x 圖 46 頂梁受力分析 0AM?? 11 1 2 1c o s s in ( ) 03tt F LgF W h P x P h h?? ?? ? ? ? ? ? ??c os)(s in3 12111ttPhhPWhFLgFx ????? （ 48） 式中 x－立柱 上柱窩至頂梁和掩護梁鉸點之距； 1F －支架支護阻力； q－支架最大支護強度； cF －支護面積； Lg－頂梁長度； tp －支護工作阻力之和； 1h －頂梁和掩護梁鉸點至頂梁頂面之距； 2h －立柱上柱窩中心至頂梁頂面之距； ? －立柱在最高位置時的傾角。 由 前面的計算可知道 q＝ tp =2 2P =3200kN 1h = 2h = ? =15 度 中厚煤層掩護式液壓支架總體設計分析及掩護梁設計 第 40 頁 共 65 頁 代入得 x=800mm 由立柱傾角可得下柱窩位置。 推移 千斤頂的設計 推移千斤頂選用框架推移方式，則其缸體內徑為： 39。40bt PFD ?? ? 移 mm （ 49） 式中 移F — 推移千斤頂的移架力。在薄煤層中 移F =100～ 150 kN；中厚煤層中移F =150～ 250 kN；厚煤層中 移F =300～ 400 kN。 由于是中厚煤層，所以取 移F =150 kN，代入公式得推移千斤頂缸體內徑為： 4 0 1 5 0 7 1 .43 .1 4 2 5tD m m???? 由以上計算出來的推移千斤頂的缸體內徑，再按表 43 選取標準值： 經查表，選用標準缸徑為 80mm。推移千斤頂的行程與推移步距有關，當推移步距為 600mm時，推移千斤頂的行程為 700~750mm，按液壓缸行程系列表選用 700mm。 華北科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 41 頁 共 65 頁 表 43 推移千斤頂