【正文】 如圖 所示 圖 底座 掩護(hù)梁的設(shè)計(jì) ZY3200 型掩護(hù)式支架掩護(hù)梁采用整體箱形焊接結(jié)構(gòu)，充分考慮了支架復(fù)雜的三維空間受力，以及垮落頂板對(duì)梁體可能造成的沖擊破壞，安全系數(shù)大，強(qiáng)度高。掩護(hù)梁上端與頂梁鉸接，下部與前、后連桿鉸接?；顒?dòng)側(cè)護(hù)板裝在掩護(hù)梁的一側(cè)。 如圖 ： 圖 掩護(hù)梁 26 連桿的設(shè)計(jì) 前、后連桿是四連桿機(jī)構(gòu)中重要的運(yùn)動(dòng)和承載部件，與掩護(hù)梁和底座的一部分共同組成四連桿機(jī)構(gòu)，使支架能承受圍巖載荷、水平作用力和保持支架穩(wěn)定。對(duì)四連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行合適的設(shè)計(jì)（長(zhǎng)度和角度）， 能使支架在整個(gè)高度范圍內(nèi)梁端距的變化在 50～ 100mm之內(nèi)。 ZY3200 計(jì)成雙單連桿，后連桿設(shè)計(jì)成整體連桿，如圖 、圖 ，整體連桿由兩根單連桿組焊而成，用在后連桿，抗扭轉(zhuǎn)能力強(qiáng)，銷軸與銷孔最大配合間隙控制在 1mm以內(nèi) ,以增強(qiáng)支架的穩(wěn)定性。為了加強(qiáng)支架后部的擋矸和防轉(zhuǎn)性能，在后連桿上設(shè)置側(cè)護(hù)板。 圖 連桿 27 圖 連桿 頂梁側(cè)護(hù)板的設(shè)計(jì) 支架側(cè)護(hù)板裝置一般由側(cè)護(hù)板、彈簧筒、側(cè)推千斤頂、導(dǎo)向桿和連接銷軸等組成。 主要作用 （ 1）擋矸 可改善頂梁與 掩護(hù)梁的護(hù)頂、防矸性能，隔離控頂區(qū)與采空區(qū)、防止冒落矸石竄入工作面，減少冒矸形成的粉塵； （ 2）導(dǎo)向 在支架移架時(shí)起導(dǎo)向作用； （ 3）防倒、調(diào)架 活動(dòng)側(cè)護(hù)板增強(qiáng)了支架側(cè)向穩(wěn)定性，其上設(shè)置的彈簧與千斤頂都起防倒與調(diào)架作用。 側(cè)護(hù)板的種類與選擇 頂梁和掩護(hù)梁的側(cè)護(hù)板有兩種，如圖 所示：一種是一側(cè)固定另一側(cè)活動(dòng)的側(cè)護(hù)板。由于固定側(cè)護(hù)板與梁體焊接在一起，既節(jié)省材料又可加固梁體。在設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)左右工作面來(lái)確定左側(cè)或右側(cè)為活動(dòng)側(cè)護(hù)板。一般沿傾斜方向的上方為固定側(cè)護(hù)板，下方為活 28 動(dòng)側(cè)護(hù)板?；顒?dòng)側(cè)護(hù)板通 過(guò)彈簧筒和側(cè)推千斤頂與梁體連接，以保證活動(dòng)側(cè)護(hù)板與鄰架的固定側(cè)護(hù)板靠緊。但當(dāng)改換工作面開(kāi)采方向時(shí)，活動(dòng)側(cè)護(hù)板便位于傾斜方向的上方，對(duì)調(diào)架、防倒等帶來(lái)不便，所以很少采用。另一種是兩側(cè)皆為活動(dòng)側(cè)護(hù)板。這種側(cè)護(hù)板可以適應(yīng)工作面開(kāi)采方向變化的要求，有利于防倒和調(diào)架。 側(cè)護(hù)板的結(jié)構(gòu)型式 圖 側(cè)護(hù)板的結(jié)構(gòu)型式 一種是側(cè)護(hù)板在頂梁的外側(cè)。這種類型側(cè)護(hù)板又有三種型式，圖 a，頂梁上無(wú)頂板，側(cè)護(hù)板易被冒落矸石壓住，影響側(cè)護(hù)板的伸縮；圖 、 c，在頂梁上加設(shè)頂板，克服了以上的缺點(diǎn)，但支架承 載時(shí)，側(cè)護(hù)板裝置受力很大。 另一種是鉸接式側(cè)護(hù)板，如圖 d 所示。它克服了以上兩種側(cè)護(hù)板的缺點(diǎn)，但由于架間側(cè)護(hù)板造成三角帶容易填入碎矸，影響架間密封效果。 所以綜合考慮各個(gè)方面， ZY3200 型掩護(hù)式支架采用圖 b 所示的側(cè)護(hù)板?？梢愿鶕?jù)工作面傾角方向調(diào)整一側(cè)固定，另一側(cè)活動(dòng)，適應(yīng)性強(qiáng)。如圖 所示： 圖 頂梁側(cè)護(hù)板高度一般取 250～ 500mm，薄煤層支架取下限，掩護(hù)梁側(cè)護(hù)板和后連桿側(cè)護(hù)板高度一般根據(jù)支架最大高度時(shí)，側(cè)護(hù)板水平尺寸一般按移架步距加 100～ 200mm 搭 接量的原則來(lái)確定。 29 支架的各部分尺寸確定以后，可以對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。好的結(jié)構(gòu)不但可以使支架外形美觀，還可以改善支架的受力狀況，使支架受力更合理，能承受更大的外載荷 。 本章在第二章的基礎(chǔ)上對(duì)支架進(jìn)行更進(jìn)一步的設(shè)計(jì)。 立柱尺寸確定 一級(jí) 立柱的缸體內(nèi)徑： 14000cosdaFD nP??? mm 式中： 1F —— 支架工作阻力， kNF 36001 ? ； n—— 每架支架立柱數(shù)， n=2； aP —— 安全閥調(diào)整壓力， aa MPP 35? ； ? —— 立柱最大傾角，（支架降到最低位置時(shí) α 角最大）， ?28?? 。 14000cosdaFD nP??? ?28c 36004000 ??? ?? mm272? 圓整取 mm280 取 一級(jí) 缸 /柱徑： 280/200 mm ； 二級(jí) 缸 /柱徑： 260/180 mm ； 缸筒材料采用 27SiMn 無(wú)縫鋼管 。 屈服極限： MPas 835?? ； 安全系數(shù)：取 2n? ； 允用應(yīng)力： ? ? sn?? ? 2835? ? MPa 缸筒 所需最小厚度 ： ? ?? ? ???????????? ppD ??? ???????? ??? ???? 11? mm 考慮到需要安裝導(dǎo)向套，選取缸筒內(nèi)壁厚度為 30 20?? mm 二級(jí) 立柱的 工作壓力 已知二級(jí)缸徑為 200mm，按下式可求得二級(jí)缸內(nèi)的壓 力： 12 224000 cosadFP nD??? mm 式中： 1F —— 支架 工作阻 力， kNF 36001 ? ； n—— 每架支架立柱數(shù)， n=2； 2D —— 二級(jí)缸內(nèi)徑 ， mmD 2021 ? ； ? —— 立柱最大傾角，（支架降到最低位置時(shí) α 角最大）， ?28?? 。 12 224000 cosadFP nD??? ?28c os2021 36004000 2 ??? ?? ? MPa65? 二級(jí)缸 筒 所需最小厚度 ： ? ?? ? ???????????? ppD ??? ???????? ??? ???? mm15? 考慮到需要安裝導(dǎo)向套，選取缸筒內(nèi)壁厚度為 20?? mm 雙伸縮立柱動(dòng)作原理 雙伸縮立柱動(dòng)作原理如下： 31 圖 高壓液體從 B 進(jìn)入立柱下腔，把中缸推起，同時(shí)中缸上腔液體從 A排出； 當(dāng)中缸全部升起時(shí)，由于中缸下腔壓力增大而使單向閥打開(kāi)，液體進(jìn)入中缸內(nèi)部，把活柱推起，同時(shí)中缸上腔液體從 A 排出； 需要降柱時(shí)，使液體從 A進(jìn)入立柱，同時(shí)進(jìn)入中缸上腔和立柱上腔，由于中缸底部單向閥無(wú)法打開(kāi)，所以活柱不能縮回。而由于高壓液體把液控單向閥 K打開(kāi)，因而中缸可以縮回。當(dāng)中缸縮回到 最低位置時(shí)，靠外力把單向閥 M 頂開(kāi)，此時(shí)，活柱縮回，完成降柱過(guò)程。 5 液壓支架頂梁受力分析及強(qiáng)度計(jì)算 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 32 煤機(jī)采過(guò)一個(gè)截深之后，支架前移一個(gè)步距，支護(hù)新暴露出來(lái)的頂板。此時(shí)，頂板尚無(wú)下沉現(xiàn)象，支架以“初撐力”支撐頂板。此后，頂板開(kāi)始破碎和下沉或斷裂，支架支撐加大，直至立柱下腔壓力達(dá)到安全閥整定值，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(shí)立柱以 “工作阻力”支護(hù)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)英保證在“壓死”前就前移。 由上述可知，支架承受的外載荷是頂板下沉行成的。在頂板下沉過(guò)程中，支架的頂梁與頂板有相對(duì)滑動(dòng)的現(xiàn)象，支架不僅受有垂直于頂梁的力，還受有平行于頂梁的摩擦力。設(shè)垂直于頂梁的力為 1F ， 1F 由支架的工作阻力 來(lái)平衡。在支架承載過(guò)程中，支架底板承受工作面底板的反作用力。 為了設(shè)計(jì)計(jì)算方便，要對(duì)支架的外載荷和支架本身進(jìn)行簡(jiǎn)化，現(xiàn)概述如下： （ 1） 把支架簡(jiǎn)化成一個(gè)平面系機(jī)構(gòu)。為偏于安全，在計(jì)算時(shí)把外載荷視為載荷。 （ 2） 金屬結(jié)構(gòu)件按直梁理論計(jì)算。 （ 3） 頂梁、底座與頂?shù)装灞徽J(rèn)為均勻接觸，載荷沿支架長(zhǎng)度按線形規(guī)律分布，沿支架寬度方向?yàn)榫肌? （ 4） 通過(guò)分析和計(jì)算可知，掩護(hù)梁上矸石的作用力，只能使支架實(shí)際支護(hù)阻力降低。所以，在強(qiáng)度計(jì)算時(shí)不計(jì)，使掩護(hù)梁偏于安全。 （ 5） 立柱和短柱按最大工作阻力計(jì)算。 （ 6） 產(chǎn)生 作用在頂梁上的水平力的情況有兩種，一是支架讓壓回縮，頂梁前端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡近似為雙紐線，頂梁與頂板間產(chǎn)生相對(duì)位移，頂板給予頂梁水平摩擦力；另一種是由于頂板向采空區(qū)方向移動(dòng)，使支架頂梁受一指向采空區(qū)的水平摩擦力。頂梁和頂板的靜摩擦系數(shù) W一般取 ～ 。 （ 7） 按不同支護(hù)高度時(shí)各部件最大受力值進(jìn)行強(qiáng)度校核。 （ 8） 各結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度校核，除按理論支護(hù)阻力校核危險(xiǎn)斷面外，還要按原煤炭部標(biāo)準(zhǔn) MT－ 8684《液壓支架型式試驗(yàn)技術(shù)規(guī)范》的各種加載方式，以支架的額定工作阻力逐一校核，超過(guò)額定工作阻力 10％的超載試驗(yàn) ，將由安全系數(shù)來(lái)保證強(qiáng)度。 當(dāng)支架支撐在頂板和底板之間時(shí)，無(wú)論取其整體或是某部分為分離體，皆處于平衡狀態(tài)。隨著支架高度的變化，支架各個(gè)部件所受的力也隨之變化。進(jìn)行某一部件的強(qiáng)度校核時(shí)，應(yīng)取其受力最大時(shí)的高度。為簡(jiǎn)便計(jì)算，以下均在支架的最高位置進(jìn)行各部分的受力計(jì)算 。 取頂梁為分離體，如圖所示： 33 圖 對(duì) a點(diǎn)取矩可以寫出 x的表達(dá)式： ? ? ? ? ? ?121211211228228 s i nc osc oss i n F WhFhhPLLPhhPLPx ttk ???????? ???? (51) 再取頂梁和掩護(hù)梁作為分離體 ，如圖 。對(duì) O 點(diǎn)取矩可求得 1F 的表達(dá)式。將此式與上式聯(lián)立解出如下： ? ?? ?33222813131 c oss i n)s i nc os( WhL hhLPhLPF kt ? ????? ??? (52) 34 圖 的受力分析 當(dāng) 8P 為正 且 0?W , 1F 有最小值；當(dāng) 8P 為負(fù) 且 0?W ,1F 有最大值。取 1F 為最大值時(shí)進(jìn)行梁的強(qiáng)度校核 。 ? ?? ? os30s i )10s i (36001 ?? ??????????? ????F kNF 37401 ? 將求的 1F 代入 (51)求出 x ? ? ????????? 3740 i n381x ? ?3740 i os3600 ???????? ?? ?x 列出水平方向和垂直方向的力系平衡方程，再由此解出頂梁和掩護(hù)梁的鉸接內(nèi)力 ax 和 ay kNWFPPx ta o s49910s i n3600c o ss i n 1281 ??????????? ???? kNFPPy ta 553 7 4 030s i n4 9 910c o s3 6 0 0s i nc o s 1281 ????????? ???? 則合力 ? ? kNF 855565 22 ???? ,與水平線的夾角是 ?406555arc tan ??? 。 從 ax 和 ay 的式子中可以看出，當(dāng) 8P 為正 ，即平衡千斤頂為推力時(shí) , ax 和 ay 有最大值，掩護(hù)梁受力最大，同時(shí)前后連桿受力也最大，所以驗(yàn)算掩護(hù)梁和前后連桿強(qiáng)度時(shí)，也應(yīng)按此種情況進(jìn)行。 35 液壓支架 頂梁 的強(qiáng)度計(jì)算 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： s? 計(jì)算安全系數(shù)； 、銷軸、活塞桿的屈服極限及強(qiáng)度條件； (1).各結(jié)構(gòu)件采用 16Mn 低合金高強(qiáng)度 結(jié)構(gòu) 鋼，并由具有標(biāo)準(zhǔn)厚度的鋼板焊接而成，取 345?s? MPa； (2).各銷軸均采用 35CrMo 等合金結(jié)構(gòu)鋼，取屈服極限 835?s? MPa； (3).活塞桿均采用 27SiMnTi 鋼，取屈服極限 835?s? MPa； (4).結(jié)構(gòu)件、銷軸和活塞桿的強(qiáng)度條件為： max??sn? ≥ [n] （ 53） 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) 。 1． 缸體材料采用 27SiMn 無(wú)縫鋼管，取抗拉強(qiáng)度 1000?b? MPa，強(qiáng)度條件為 ][??bn?≥ [n] （ 54） 式中 ， ][? — 缸體許用應(yīng)力， MPa； ][n — 許用安全系數(shù)，取 ～ 4。 4. 焊條抗拉強(qiáng)度取 561?b? MPa，其強(qiáng)度條件為： ??bn? ≥ [n] （ 55） 式中： ? — 計(jì)算出的焊縫許用應(yīng)力 b? — 按焊條類型來(lái)定。 5. 許用擠壓應(yīng)力按下式計(jì)算： sc ?? ][ ? （ 56） 6. 安全系數(shù) 36 安全系數(shù)如表 3所示 表 3安 全 系 數(shù) 表 安全系數(shù)