【導(dǎo)讀】本課題主要論述了液壓支架的主要設(shè)計過程。支架的形式為掩護式支架。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(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(jié)構(gòu)用鋼板焊接而成。

　　

【正文】 則平均接觸比壓為： ??jq （式 ） 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度。 結(jié)論：該底座比壓在允許范圍內(nèi)。 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(diào)節(jié)件。它除了要具有較高的承載能力外，還應(yīng)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(yīng)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(shè)機械加長桿的方法，在一定程度上可以擴大其調(diào)高范圍。但機械加長桿在安裝后就成為固定活塞桿，需要調(diào)節(jié)時裝拆比較困難。目前，在國內(nèi)外一些大高度的新型支架上日益采用伸縮式立柱。本設(shè)計采用單伸縮加長桿立柱結(jié)構(gòu)。 立柱布置 1）立柱數(shù)，本課題設(shè)計 3200/15/35 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(diào)高范圍。一般立柱軸線與頂兩的垂線夾角小于 ?30 （支架在最低工作位置時），由于角度較大，可是調(diào)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 24 前移，是頂梁前端支護能力增大。 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(fù)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(jié)構(gòu)，簡化成平面桿系結(jié)構(gòu)。同時為偏于安全，可以認為頂梁前端載荷為零，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 所示。對 A 取距，可算得 x 圖 頂梁受力分析 ??c os)(s in3 12111ttPhhPWhFLgFx ????? （式 ） 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 代入得 x=800mm 25 由立柱傾角可得下柱窩位置。 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： 39。40bt PFD ?? ? 移 mm （式 ） 式中 移F — 推移千斤頂?shù)囊萍芰Γ?kN。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(nèi)徑為： 15040 ????tD mm 由以上計算出來的推移千斤頂?shù)母左w內(nèi)徑，再按表 選取標(biāo)準(zhǔn)值： 表 推移千斤頂缸、桿配合關(guān)系 經(jīng)查表，選用標(biāo)準(zhǔn)缸徑為 80mm。 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，推移千斤頂?shù)男谐虨?700~750mm，按液壓缸行程系列表選用 700mm。 平衡千斤頂在頂梁上位置的確定 (1)參考液壓支架技術(shù)表千斤頂缸徑、活塞桿徑與工稱載力匹配關(guān)系 缸徑 (mm) 160 140 125 100 80 63 桿徑 (mm) 140 100 85 100 85 70 70 (63) 50 45 45 40 泵壓(MPa) 推力 (kN) 633 490 392 245 157 98 拉力 (kN) 1500 382 445 234 304 284 127 157 98 108 48 58 推薦材料規(guī)格(mm) 缸 194? 22 168? 20 146? 14 121? 14 102? 14 83? 11 桿 152? 17 105元鋼 95元鋼 110 105元鋼 95元鋼 85 元 鋼 80 85元鋼 70元鋼 ／ ／ ／ ／ 26 選取平衡千斤頂缸徑 160mm ，推力 /拉力 (KN )633/454。 取頂梁為分離體如圖所示，對 a 點取距有： 圖 頂梁受力圖 0)(s i n )(c os)(c oss i n 11121 21117282281 ???? ????? WhFhhP LLphhPLPF t t? ??? （式 ） 8p — 平衡千斤頂推力 /拉力 W — 頂板與頂梁之間的摩擦系數(shù)，計算時取 1? — 支架在最高位置時立柱傾角 2? — 支架在最高位置時平衡千斤頂傾角 為保證平衡千斤頂與掩護梁不發(fā)生干涉，保證支架在不同高度時平衡千斤頂與掩護梁平行，可以取在最高位置時頂梁上平面與掩護梁的夾角。 為保證平衡千斤頂與 掩護梁不發(fā)生干涉， 7h 按下式計算 )(2/2/17 mpDBhh be ???? （式 ） )( mh ????? 式中： eB — 掩護梁厚度（ m ） bD — 平衡千斤頂外徑（ m ） P— 平衡千斤頂外徑與掩護梁間之間隙，一般取 ~（ m ） L2— 平衡千斤頂上鉸點至頂梁和掩護梁鉸點之距 平衡千斤頂受拉力時，取 x= 平衡千斤頂受推力時取 x= 以上參數(shù)具體數(shù)值如下表，將數(shù)據(jù)代入得 L2= 表 計算平衡千斤頂各種參數(shù) tp 8p 8p W 1? 2? 1h 2h 3200 633 454 15 53 160 260 27 6h 21 LL? L4 eB Db 3L 611 800 670 220 160 1661 (2)平 衡千斤頂?shù)男谐逃嬎? 為了防止平衡千斤頂?shù)亩h(huán)或平衡千斤頂本身背被拉壞，對平衡千斤頂?shù)男谐逃腥缦乱螅寒?dāng)支架在最高位置時，頂梁能下擺 15 度；支架在最低位置時頂梁能上擺10 度，或頂梁和掩護梁近似 180 度。為簡化計算，取如下兩種情況：假設(shè)平衡千斤頂?shù)幕钊麠U全部伸出時頂梁和掩護梁成 180 度；平衡千斤頂?shù)幕钊靠s回時，支架恰好在最高位置。 當(dāng)支架在最高位置時，平衡千斤頂達到最小長度 L4,如圖 所示 圖 平衡千斤頂最短位置 39。74 XLL ?? （式 ） 上式中 X 由下式進行計算 )/)(90s i n()( 2172172239。 lhhar c t gahhLX ?????? （式 ） 當(dāng)頂梁和掩護梁成 180 度時，平衡千斤頂達到最大長度 L5,如圖 所示。 275 LLL ?? 行程 312=0 .0 10 .3 2 2=XL=S 2 （ m ） 查表液壓活塞行程系列表取 mmS 320? a 3L6L 7L 4x 39。aa 4L2h1h7 28 L 5L 7L 2h 7 圖 平衡千斤頂最長位置 (3)平衡千斤頂在掩護梁上位置的確定 平衡千斤頂?shù)男谐檀_定后，即可確定它在掩護梁上的位置，如圖 mLSbaLLL 211257 ??????? （ ） 式中 1a 當(dāng)活塞全部縮回時，缸體上鉸點之活塞上部之距，如圖 所示。對于掩護型支架， 1a =209mm 。 1b 當(dāng)活塞桿全部縮回時，活塞 桿鉸點之活塞桿腔出油孔中心線之距，對于掩護式支架， 1b =141mm 。 mpDBL be ??????? 側(cè)推千斤頂位置的確定 側(cè)推千斤頂伸出時，使活動側(cè)護板外移，可密閉架間間隙，起到防矸、導(dǎo)向、防倒和調(diào)架等作用；側(cè)推千斤頂縮回時，使活動側(cè)護板回縮，可減少移架阻力。 1. 側(cè)推千斤頂控制方式 (1)無鎖緊回路且在不操作時，側(cè)推千斤頂處于浮動狀態(tài)，靠彈簧筒的彈簧力控制活動側(cè)護板與鄰架的間隙。防止 頂板巖石從架間冒落，移架時摩擦阻力小。其中 ZYZ型掩護式支架每個彈簧筒的彈簧力為 ， QY 型掩護式支架每個彈簧筒的彈簧力為。這種結(jié)構(gòu)的缺點在于防矸、防倒效果與彈簧式差不多。 (2)有鎖緊回路時，用液控單向閥鎖緊。優(yōu)點為防矸、防倒效果好。缺點在于移架時要操縱千斤頂，使移架操作復(fù)雜化，而且架間易掉矸。 2. 側(cè)推千斤頂位置布置 由于頂梁在頂板載荷作用下，要求側(cè)推千斤頂?shù)耐评Υ螅拍莒`活操縱頂梁側(cè)護板。因此在頂梁上一般布置兩個側(cè)推千斤頂，兩個彈簧筒。 在掩護梁上一般僅在中間一個側(cè)推千斤頂，兩端各對稱 布置一個彈簧筒。 29 由于在頂梁和掩護梁上焊有橫筋板，則側(cè)推千斤頂?shù)陌惭b位置要與橫筋板相適應(yīng)。一般為對稱布置，這樣可以使側(cè)護板受力平衡。具體布置方式有如下三種： 二孔式 — 采用兩個側(cè)推千斤頂，在側(cè)推千斤頂處同時布置彈簧筒，靠彈簧力實現(xiàn)架間密封。 三孔式 — 中間孔安裝側(cè)推千斤頂，兩側(cè)對稱安裝彈簧筒。 四孔式 — 中間兩孔安裝側(cè)推千斤頂，側(cè)面兩孔布置彈簧筒。 30 5 支架受力分析與計算 支架工作狀態(tài) 頂板狀態(tài) 在采煤工作面中，當(dāng)煤被采出后，就會出現(xiàn)一定的空間，由于 受上部巖層壓力，出現(xiàn)離層和裂隙，如果不及時支護，頂板就要冒落，不支護的時間越長，危險就越大。而頂板冒落是有一定過程的，一般可分為三個階段，開始頂板處于無壓狀態(tài)，此時頂板較完整，而且沒有下沉，稱為無壓狀態(tài)；但經(jīng)一定時間后，頂板就會下沉，通常稱為老頂來壓，此時頂板并不破裂，而且這種下沉帶有一定的周期性，所以稱為老頂周期來壓狀態(tài)；如果不及時支護，頂板就會破裂而冒落，此時叫冒落狀態(tài)。 支架工作狀態(tài) 支架在這三種狀態(tài)下是這樣工作的：開始支架以初撐力支撐頂板，此時為無壓狀態(tài)；當(dāng)周期來壓時，頂板下沉，使立柱下腔 壓力增大，當(dāng)增大到大于安全閥調(diào)正壓力時，安全閥被打開，使立柱下腔壓力下降，稱為立柱讓壓狀態(tài)，使支架以工作阻力支護頂板；如果繼續(xù)來壓，就要不斷讓壓，所以立柱要有一定的向下行程，如沒有向下行程，稱為壓死狀態(tài)，這是在設(shè)計和使用中必須注意避免的現(xiàn)象；當(dāng)支架前移后，此時頂板處于無支護狀態(tài)，頂板就要冒落，這就是液壓支架在工作過程中的三種狀態(tài)。 支架受力 支架在工作面受力是由于頂板下沉，同時又有向采空區(qū)移動的趨勢，使頂梁受合力和底座受底板反力，其中頂板合力的垂直分力 F ,由支架工作阻力來克服，所以在計算支架的工作載荷 F 時按支架的工作阻力來確定。 受力計算 該支架整體受力如圖 所示，圖中 tP 和 8P 為已知，需求 1F 、 39。1F 及作用點位置。 圖 鉸接式頂梁支架受力 31 首先取頂梁為分離體： 圖 頂梁分離體受力 各力對 a 點取矩，可寫出 1F 作用點的位置 x 的表達式： 121211211228228 )(s i n)(c o s)(c o ss i n F WhFhhPllPhhPlPx ttk ???????? ???? (式 ） 再取頂梁和掩護梁為分離體： 如圖 所示，對 O 點取矩，可求得 1F 的表達式，將此式與上式聯(lián)立，解出 1F 如下： 332222813131 )](c o ss i n[)s i nc o s( Whl hhlPhlPF kt ? ????? ???? （式 ） 再把此式代回上式， x 可解出。 F 1F 1Wh 2P tL 3h 6P 5P 6axh 1oL 1+L 2a 1 39。 圖 頂梁和掩護梁分離體 32 所以，在驗算頂梁強度時，按平衡千斤頂受拉且 W = 時進行計算。若這個條件強度計算能滿足，其他條件都能滿足。 將 tP =3200 kN， 8P =454 kN， W =， 1? =15? ， 2? =53? ， 2l =， 3l =，3h =， 2