【導(dǎo)讀】采煤綜合機(jī)械化，是加速我國(guó)煤炭工業(yè)發(fā)展，大幅度提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，實(shí)現(xiàn)煤炭工業(yè)現(xiàn)代化的一項(xiàng)戰(zhàn)略措施。綜合機(jī)械化采煤不僅產(chǎn)量大，效率高，命安全，是煤炭工業(yè)技術(shù)的發(fā)展方向。我國(guó)綜采技術(shù)日趨成熟，不但生產(chǎn)水。平，而且工藝水平已進(jìn)入世界先進(jìn)行列。液壓支架是在摩擦支柱和單體液壓。采設(shè)備總費(fèi)用的60%-70%。它與滾筒采煤機(jī)、可彎曲刮板輸送機(jī)、

　　

【正文】 附加力控制在支架名義工作阻力的 10%范圍內(nèi)。 由于掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式液壓支架由四連桿機(jī)構(gòu)，所以當(dāng)支架高度變化時(shí)，頂梁前端的運(yùn)動(dòng)軌跡近似為雙紐線，則頂梁和頂板之間出現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此摩擦力的產(chǎn)生是必然的。計(jì)算表明，當(dāng)頂板對(duì)頂梁的摩擦力方向指向采空區(qū)時(shí)，頂梁和底座均有較大載荷。在試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行壓架試驗(yàn)時(shí)，也是檢查頂梁和底座的強(qiáng)度。因此，通常按頂板對(duì)頂梁的摩擦力指向支架后方的工況來(lái)校核支架主要部件的強(qiáng)度。 4 液壓支架的強(qiáng)度條件 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 44 強(qiáng)度條件 在液壓支架的研制、試驗(yàn)過(guò)程中，各構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算是極為必要的。前面 的內(nèi)容已經(jīng)給出了支架主要零部件受力分析和負(fù)荷的計(jì)算方法，但是由于液壓支架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、外載荷特點(diǎn)以及其使用條件的特殊性，在強(qiáng)度計(jì)算中的強(qiáng)度條件也是有其特殊性的。當(dāng)然強(qiáng)度條件要以現(xiàn)階段液壓支架所選用的材料、制造工藝以及失效形式等為依據(jù)，隨著時(shí)間的推移，如果上述諸點(diǎn)有變化，強(qiáng)度條件也必須作相應(yīng)調(diào)整。下面簡(jiǎn)單介紹我國(guó)液壓支架強(qiáng)度計(jì)算中的強(qiáng)度條件： 強(qiáng)度校核均以材料的屈服極限 s? 計(jì)算安全系數(shù)。 、銷(xiāo)軸、活塞桿的屈服極限及強(qiáng)度條件 : (1).各結(jié)構(gòu)件通常采用 15MnVN 等普通低和金結(jié)構(gòu)鋼，并由具有標(biāo)準(zhǔn)厚度的鋼板焊接而成，取 459?s? MPa。 (2).各銷(xiāo)軸均采用 CrMo 等合金結(jié)構(gòu)鋼，取屈服極限 561?s? MPa (3).活塞桿均采用 45 號(hào)鋼，取屈服極限 ?s? MPa (4).結(jié)構(gòu)件、銷(xiāo)軸和活塞桿的強(qiáng)度條件為 ： ][max nns ???? 式中 max? — 危險(xiǎn)斷面 計(jì)算出的最大應(yīng)力， MPa ][n — 許用安全系數(shù) 27SiMn 無(wú)縫鋼管，取抗拉強(qiáng)度 1000?b? MPa，強(qiáng)度條件為 ][][ nn b ?? ?? 式中 ][? — 缸體許用應(yīng)力， MPa 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 45 ][n — 許用安全系數(shù)，取 ～ 4。 561?b? MPa，其強(qiáng)度條件為： ][nn b ?? ?? 式中 ? — 計(jì)算出的焊縫許用應(yīng)力 b? — 按焊條類(lèi)型來(lái)定。 ： sc ?? ][ ? 安全系數(shù)如表 41所示 表 41 安 全 系 數(shù) 表 安全 系數(shù) 前梁 頂梁 底座 掩護(hù)梁 前連 桿 后連桿 ][n 1.1 1.1 1.1 1.3 1.3 1.3 安全系數(shù) 主要軸 缸體 焊縫 活塞桿 ][n ～ 4 ～ 4 〉 注：（ 1）頂梁、底座安全系數(shù)為 ，主要考慮加載時(shí)，工作阻力 ，掩護(hù)梁、連桿、銷(xiāo)軸等不能進(jìn)行加載強(qiáng)度校核，為偏于安全取 。 （ 2）如果各結(jié)構(gòu)件計(jì)算出來(lái)的安全系數(shù)偏大時(shí)，可按標(biāo)準(zhǔn)鋼材厚度減薄，或減少加強(qiáng)筋數(shù)量和筋板高度，以減輕支架重量，降低成本。根據(jù)計(jì)算結(jié)果 表明，改變結(jié)構(gòu)件高度對(duì)強(qiáng)度影響較大，而改變結(jié)構(gòu)件的鋼板厚度對(duì)強(qiáng)度影響較小，在設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)結(jié)構(gòu)件的具體情況酌情處理。 液壓支架的強(qiáng)度校核 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 46 頂梁強(qiáng)度校核 按理論支護(hù)阻力在頂梁的最危險(xiǎn)截面處，對(duì)頂梁進(jìn)行校核。 頂梁的強(qiáng)度校核步驟如下： 、受力圖、剪力圖和彎矩圖，如圖 41 所示 圖 為剪力圖。從右向左取，向上力為負(fù)，向下力為正。對(duì)各點(diǎn)左右剪力計(jì)算如下： A點(diǎn)： 0??? aAz YQ B點(diǎn)： 0??? aBy YQ 1 0 0 0 0????? yaBz PYQ (kN) C點(diǎn)： 10000??? BzCy (kN) 9 4 9 11 9 4 9 11 0 0 0 0 ?????? nCyCz F (kN) D點(diǎn)： 9491?? CzDy (kN) 509100009491 ?????? yDyDz P (kN) E點(diǎn)： 509??? DzEy (kN) ??????? kEyEz Y (kN) 圖 41e 為彎矩圖。 從 A向 C取矩： A點(diǎn)： 03 ??? hxM aAz B點(diǎn)： 03 ??? lyMM aAzBy 3 0Bz Az xM M P l? ? ? 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 47 C 點(diǎn)：)mN(72020000021440100000)2(2 3212???????????? llyhPlPMM axyAzCy 從 E點(diǎn)向 C點(diǎn)取矩： E點(diǎn)： )mN( i n13502 ????????? hxM kEy D點(diǎn)： 8 0 045s i n1 3 5 8 1 3 4 51 ??????? lyMM kEyDz = )mN( ? )m( ?????? NhPMM xDzDy C點(diǎn)：)mN( 4 6 9 4 1 82144010000)21440800(45s i 2)2(21212???????????????? lPhPllyhxM yxkkcz 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 48 圖 41 頂梁結(jié)構(gòu)受力分析圖 由計(jì)算得知，按彎壓聯(lián)合作用計(jì)算，不如按最大彎曲應(yīng)力計(jì)算應(yīng)力大。為安全計(jì)，在 C點(diǎn)處 截面（如圖 42）采用最大彎曲應(yīng)力進(jìn)行校核。 l1 l2 l3 A Fn F Px Py xa ya Py Px yk xk h2 h1 h3 a b c d e A B C D E 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 49 計(jì)算截面積 F 及截面形心至 AA 面的距離 y 。 首先對(duì)每塊鋼板編號(hào)，把位置狀態(tài)相同和截面積 相同的鋼板編成 1個(gè)號(hào)，再計(jì)算截面積 tF ，最后計(jì)算截面形心距 tY )cm(50202 2 5 0 21 ???F )cm( 5 02021 ????y )cm(350201750 22 ???F )cm(3220202 ???y 圖 42 頂梁中間斷面 )cm(432402704 23 ????F )cm( 7 02023 ????y )cm(84220210 24 ????F ????y )cm( )cm(5420270 25 ???F 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 50 )cm( ?? yy 則： )cm(80132118276350543215544332211???????????????????????????FFFFFyFyFyFyFyFFyFyiii 每個(gè)零件中心到截面形心的距離 ia 為： )cm( 3 511 ????? yya )cm(21 5 51 3 522 ?????? yya )cm( 8 01 3 533 ?????? yya )cm( 8 01 3 544 ?????? yya )cm( 8 01 3 555 ?????? yya 計(jì)算截面中心主慣性矩 ziJ 矩形截面的慣性矩為： 123bhJzc ? 式中 b — 截面寬度； h — 截面高度。 計(jì)算每個(gè)零件對(duì)截面形心的慣性矩 ziJ ： 8 6 4 03 5 28012 23121311 ??????? FaLJ z ? (cm2) 1 3 2 7 12 7 6)2(12 2326126 23222312 ????????? FahJ z ? (cm2) 4 8 4 81 1 8)(12 25912 23323343 ???????? FaLJ z ? (cm2) 2 7 7 7 51 3 2)(12 23312 23424334 ???????? FaLJ z ? (cm2) 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 51 6 8 3 380)(12 22020 23525325 ???????? FaLJ z ? (cm2) ? ?? ?? ??? 2nn YYFJJ ? ? ? ? ? ? ?????????? 222 1 4 21 1 4 8 4 82172 7 61 3 2 7 121 0 83 5 01 3 8 6 4 0 ? ? ? ?22 1 4 6 8 3 321 4 22 7 7 7 52 ???? =4121040+186070++95878+ cm? 計(jì)算彎曲應(yīng)力： m a xm a xm ax yJM z?? (MPa) ? ? 1 0 0 8 8 1 1 8 3 4 6 9 4 1 8 ??? ? 計(jì)算安全系數(shù)： 245 9m a x ??? ?? sn 對(duì)比安全系數(shù)表 41， n = ][n = 所以，主頂梁 安全系數(shù)合 格 。 底座的強(qiáng)度校核 底座的強(qiáng)度計(jì)算方法與頂梁一樣，按最不利的工況校核其強(qiáng)度， 一般按底座中點(diǎn)或兩端接觸底板 ，計(jì)算支架處于最高工作位置，立柱達(dá)到工作阻力時(shí)，危險(xiǎn)截面和柱窩處的彎曲強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度和重要焊縫的強(qiáng)度。 底座受力 底座的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖、受力圖、剪力圖和彎矩圖如圖 54所示。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 52 從圖中分析可以知道：底座中間立柱處彎矩最大，應(yīng)當(dāng)對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度校核。其截面圖如圖所示。 720144 0 受力圖 彎距圖 圖 43 底座受力情況 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 53 底座強(qiáng)度校核 1）形心位置： 各板件的計(jì)算數(shù)據(jù)如表 42 所示： 42 底座截面各板件的計(jì)算數(shù)據(jù)表 零件號(hào) 1 2 3 4 數(shù)量 1 2 2 2 總面積 2cm/nF 312 161 126 形心位置cm/nY 1 總慣性矩4cm/nJ 8 5 7691 表結(jié)構(gòu)件的形心位置為： 圖 44 底座中間斷面 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 54 )mm(1 2 6 0 04 6 0 01 6 1 0 03 1 2 0 01551 2 6 0 01454 6 0 01451 6 1 0 0103 1 2 0 0543215544332211????????????????????????FFFFFyFyFyFyFyFFyFYiiiC 2）慣性矩： )( m 4 8 5 1 2 8 0 47 6 9 0 9 8 5 3 1 6 6 4 6 5 6 0 8 2 6 3 51 4 2 3 5 3 8 4 844321????????? JJJJJ z 3)計(jì)算彎曲應(yīng)力： x m a xm a xm a x ???? z cz J yMyJM? (MPa) 計(jì)算安全系數(shù)： 0 494 59m a x ??? ?? sn 對(duì)比安全系數(shù)表 41， n = ][n = 所以底座彎曲強(qiáng)度校核滿足設(shè)計(jì)要求 。 耳板的強(qiáng)度校核 支架所有連接處的耳板，要受擠壓和拉伸的作用，所以，要計(jì)算擠壓應(yīng)力和拉應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度校核。本支架校核頂梁與前梁鉸接處的耳板，其結(jié)構(gòu)如圖 45 所示。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 55 耳板在擠壓應(yīng)力 6F 作用下，銷(xiāo)軸向耳板銷(xiāo)孔擠壓。所以，耳板所受擠壓應(yīng)力按下式計(jì)算： ZbdaF ej ?? 6? 式中 ea — 偏載系數(shù)，一般取 ?ea Z — 耳板數(shù)量，此處取 4?Z b — 耳板厚度 d — 銷(xiāo)孔直徑 db? — 耳板受擠壓的投影面積 計(jì)算得： 5 445s in1 3 5 06 ???F (kN) ??? ???? Z b daF ej? (MPa) 擠壓安全系數(shù)為： ][][ ?????jsjjn ? ??? ][n 取 圖 45 耳板結(jié)構(gòu)圖 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 56 由于 ][ nn ?? =，所以耳板擠壓強(qiáng)度符合要求。 耳板拉應(yīng)力校核： 耳板受拉的危險(xiǎn)截面為銷(xiāo)軸直徑處，其應(yīng)力為： bdB aFe el )( 6???? 式中 eB — 耳板寬度，如圖 46所示：