【正文】 過程的，一般分為三個(gè)階段，開始頂板處于無壓狀態(tài)，次時(shí)頂板較完整，而且沒有下沉，通常稱為老頂來壓，次時(shí)頂板并不破裂，且這種下沉帶有一定的周期，所以稱為老頂周期來壓狀態(tài)，如不及時(shí)支護(hù)，頂板就會(huì)破裂而冒落，此時(shí)叫冒落狀態(tài)。開始支架以初承力支承頂板，此時(shí)為無壓狀態(tài)，當(dāng)周期來壓時(shí)，頂板下沉，使立柱下腔壓力增加，當(dāng)增加到大于安全閥調(diào)定正壓力時(shí)，安全閥被打開，使立柱下腔壓力下降，稱立柱讓壓狀態(tài)，使支架以工作阻力支護(hù)頂板；如繼續(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，稱壓死狀態(tài)，這是在設(shè)計(jì)和使用中，必須要注意避免的現(xiàn)象。支架在工作面受力是由于頂板下沉，同時(shí)又有向采空區(qū)移動(dòng)的趨勢，使頂梁受合力和底座受底板壓力，其中頂板合力的垂直分力，由支架工作阻力來克服，所以我們?cè)谟?jì)算支架的工作載荷F時(shí)按支架的工作阻力來確定。 支架載荷的確定液壓支架實(shí)際受載荷情況很復(fù)雜，頂梁和底座上的載荷即非集中載荷又非均布載荷，分布規(guī)律隨著支架與頂?shù)装宓慕佑|情況而變化，為簡化計(jì)算作如下規(guī)定。(1) 把支架化簡成一個(gè)平面桿系結(jié)構(gòu)，同時(shí)為防于安全，按集中載荷進(jìn)行計(jì)算。(2) 金屬結(jié)構(gòu)件按材料力學(xué)上的直梁理論來計(jì)算。(3) 頂梁，底座與頂?shù)装逭J(rèn)為均勻接觸，載荷沿支架長度方向按線性規(guī)律，沿支架寬度方向?yàn)榫肌?4) 通過分析和計(jì)算可知，掩護(hù)梁上煤塊的作用力，只能使支架實(shí)際支護(hù)阻力降低，所以在計(jì)算強(qiáng)度時(shí)不計(jì)。(5) 立柱和短柱按最大工作阻力來計(jì)算。(6) 作用在頂梁上水平力的產(chǎn)生有二種情況：一種是支架在承載讓壓時(shí)，由于頂梁前端運(yùn)動(dòng)軌跡為雙扭線，所以頂梁與頂板有產(chǎn)生位移的趨勢，水平力為頂梁合力與靜摩擦系數(shù)的乘積，其方向與頂梁產(chǎn)生位移方向趨勢相反；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)的水平力，最大水平力值與上相同。頂梁與頂板的靜摩擦系數(shù)f，～。 (7) 支架各部分受力，按不同支護(hù)高度時(shí)受力最大值進(jìn)行強(qiáng)度校核。(8) 各種結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度校核，除按理論支護(hù)阻力校核危險(xiǎn)端面外，還要按《液壓支架形式試驗(yàn)技術(shù)規(guī)范》的各種加載方法，以支架的額定工作阻力逐一校核，超過額定工作阻力10％的超載試驗(yàn)，將由安全系數(shù)來保證強(qiáng)度。4．3支架的受力分析 當(dāng)支架撐牢在頂?shù)装逯g時(shí)，取其整體或部件為分離體，皆處于平衡狀態(tài)。據(jù)此把三種支架簡化成平面桿系進(jìn)行受力分析和計(jì)算。 鉸接式頂梁掩護(hù)支架受力分析該支架整體受力如圖4－1所示。圖中和已知，需要求出,及其作用點(diǎn)。圖4－1 首先，取頂梁為分離體，如下圖42所示。圖4－2 支架受力圖各力對(duì)a點(diǎn)取矩，可寫出作用點(diǎn)的位置x的表達(dá)式：再取頂梁和掩護(hù)梁為分離體，如圖43所示對(duì)O點(diǎn)取矩，可求得的表達(dá)式。此式和上式聯(lián)立，可求出：分兩種情況代入進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算：(a) 平衡千斤頂為推力時(shí)：計(jì)算得：（b）平衡千斤頂為拉力時(shí)：計(jì)算得： 注意：平衡千斤頂為推力時(shí)，取“十” ； 平衡千斤頂為拉力時(shí)，取“－”?！「髦饕獏?shù)的影響掩護(hù)式支架在工作過程中，各主要部件的受力是變化的，其影響因素有諸多方面。(1) 立柱傾角對(duì)承載能力的影響由于掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架的立柱大部分是傾斜布置的，傾角又隨著支架的高度變化，所以支架的承載能力的大小也隨著支架的高度而變化?，F(xiàn)在對(duì)承載能力的影響。立柱支撐在頂梁，當(dāng)立柱的工作阻力為，傾角為時(shí)，顯然支架的承載能力與COS有直接的關(guān)系。因?yàn)镃OS≤1，因此立柱傾斜布置將使支架的承載能力降低。角和COS之間的關(guān)系表示在右圖中。由圖看到，當(dāng)15時(shí)，COS，支架的承載能力降低值不等大于５％。當(dāng)26時(shí)，COS，所以支架承載能力將顯著的減小。因此叢支架承載能力的角度看，立柱傾角不要大于15。但是，有些支架為了使高度變化的范圍增大，角往往大于30。(2) tgθ值對(duì)支架承載能力的影響在以上各式中有多項(xiàng)公式包含tgθ，分析如下：O點(diǎn)是瞬時(shí)中心，隨著支架高度的變化，O點(diǎn)　的位置也發(fā)生變化，tgθ也跟著發(fā)生變化。當(dāng)O點(diǎn)在頂梁上方時(shí)，tgθ取正值。當(dāng)O點(diǎn)在頂梁下方時(shí)tgθ取負(fù)值。tgθ值增加，附加力增加。當(dāng)摩擦系數(shù)W＝，tgθ=，附加力可達(dá)支架名義工作阻力的30％。所以tgθ值過大對(duì)支架受力不利。在支架的工作高度范圍內(nèi)，從而把附加力控制在支架名義工作阻力的10％范圍內(nèi)。（詳細(xì)分析間《液壓支架》課本張家鑒　　主編此處不再贅述）最后，必須指出，tgθ不僅對(duì)承載能力有影響，而且對(duì)各受力部件有影響，并相當(dāng)復(fù)雜，因此tgθ是大是小，由具體情況而定。(3) 支架承載能力隨高度的變化　　由支架載荷的計(jì)算式直到，其中、是隨高度而變化的，因此支架的支撐力也就隨著高度而變化。在調(diào)高范圍內(nèi)，支架的承載能力在兩側(cè)的高度內(nèi)比較小。一般情況下，掩護(hù)式支架常用加大立柱的傾角來擴(kuò)大支架的調(diào)高范圍。而角越大，支架的承載能力圍越大，承載力變化越大。但是支架在設(shè)計(jì)中一般都要按可能的最大承載力來設(shè)計(jì)，顯然這就使支架不能發(fā)揮應(yīng)有的作用，在很大的一段承載范圍內(nèi)就要大材小用。所以設(shè)計(jì)掩護(hù)式或支撐掩護(hù)式支架時(shí)，應(yīng)特別注意使支架承載力在整范圍內(nèi)的變化盡量小。越小。所以支架的調(diào)高范 另外指出，支撐式支架的支護(hù)高度對(duì)支架受力沒有影響，而掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架，由于支護(hù)高度的變化，使立柱的支撐角度、平衡千斤頂?shù)慕嵌?、掩護(hù)梁和四連桿機(jī)構(gòu)的角度等的不同，使受力也不同。在進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，要以頂梁承受最大負(fù)荷時(shí)的支護(hù)高度為依據(jù)，按此時(shí)的工況進(jìn)行受力分析。(4) 摩擦系數(shù)的影響① 對(duì)支架承載能力的影響　　摩擦系數(shù)對(duì)支架承載能力的影響表現(xiàn)在項(xiàng)中。產(chǎn)生水平載荷的原因很多，所以它的大小和方向也是根據(jù)具體情況而變化。但是，它的極限值卻可以用頂梁和頂板支間產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)時(shí)的極限摩擦力求得。即壁系數(shù)斷裂極限值等于頂梁和頂板的摩擦系數(shù)。所以此值的大小在0～范圍內(nèi)變化。水平載荷的方向可以只考慮向后作用，也就是從煤壁向老塘的方向作用。加入頂梁上受向前的水平載荷，很容易使支架向前傾倒，這種趨勢使頂梁對(duì)于頂板向前滑動(dòng)，則水平載荷又變成向后作用。值在中隨承載能力有很大影響。只有tgθ值很小時(shí)，才能忽略不計(jì)。② 對(duì)連桿受力影響　　由連桿受力和的計(jì)算式可以看出，摩擦力對(duì)連桿受力的影響表現(xiàn)在和項(xiàng)中。當(dāng)支架升高時(shí)，和就逐漸增大，和也就逐漸變大。因此，隨著支架的高度，摩擦力對(duì)連桿的影響逐漸增大。(5) 桿水平角對(duì)連桿受力的影響由和的計(jì)算式可知，當(dāng)它的分母為零時(shí)，和將無限大。因此其極限條件為：得：　　　　　　　　　　 　　 ＝0即：　　　　　　　　　　　 當(dāng)分母等于1時(shí)，和得最小值，其條件為：＝90由以上兩個(gè)條件得到下列結(jié)論，前后連桿不能平行放置，前后連桿的水平支架必須要有差值，從連桿受力的角度著眼，其差值應(yīng)越大越好，極限差是90?！≈饕考膹?qiáng)度校核強(qiáng)度條件(1) 強(qiáng)度校核均從材料的屈服極限計(jì)算安全系數(shù)(2) 結(jié)構(gòu)件，銷柱，活塞桿的屈服極限及強(qiáng)度條件① 各結(jié)構(gòu)件受力普通低合金結(jié)構(gòu)鋼為15MnVN或16Mn鋼板焊接成，取極限4500Kg/㎝178?；?4335N/㎝178。② 主要銷柱均采用合金結(jié)構(gòu)鋼為35CrMo元鋼，取屈服極限5500 Kg/㎝178。③ 活塞桿均采用45鋼，取屈服極限3600 Kg/㎝178。④ 以上主要件的強(qiáng)度條件為 n = ≥[n]其中 :危險(xiǎn)斷面計(jì)算出的最大應(yīng)力[n]：許用安全系數(shù)(3) 缸體材料采用27SiMn無縫鋼管，取抗拉強(qiáng)度1000 Kg/㎝178。強(qiáng)度條件為 n = /[],式中[]—缸體許用應(yīng)力Kg/㎝178。(4) 焊接抗拉強(qiáng)度取 = 5500 Kg/㎝178。,其強(qiáng)度條件為 n=/≥[n]其中T為計(jì)算出的焊接應(yīng)力(5) 許用擠壓應(yīng)力按下式進(jìn)行計(jì)算 [] = (6) 各結(jié)構(gòu)件鋼板應(yīng)選用標(biāo)準(zhǔn)尺寸(7) 安全系數(shù)，各安全系數(shù)如下所示 前 梁： 頂 梁： 底 座： 掩護(hù)梁： 活塞桿 前連桿： 后連桿： 立 柱： 缸 體： 焊 縫：注：，掩護(hù)梁、連桿、銷軸不能進(jìn)行加載強(qiáng)度校核，各結(jié)構(gòu)件計(jì)算出來的安全系數(shù)如果偏大時(shí)可按標(biāo)準(zhǔn)鋼材厚度減小，或減少鋼板筋數(shù)量，筋板高度，使安全系數(shù)不要超過太大，以減輕支架重量，降低成本。根據(jù)計(jì)算表明改變結(jié)構(gòu)件高度對(duì)強(qiáng)度影響較大，改變結(jié)構(gòu)件鋼板厚度對(duì)強(qiáng)度影響較小，在設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)結(jié)構(gòu)件具體情況進(jìn)行考慮。液壓支架前梁 頂梁 掩護(hù)梁 四連桿 底座等都屬于焊接結(jié)構(gòu)件，它們的強(qiáng)度都決定于液壓支架工作阻力及鋼板和焊縫的許用應(yīng)力。為了保證它們有足夠的強(qiáng)度，就需根據(jù)力學(xué)原理進(jìn)行計(jì)算。煤層情況根據(jù)支撐掩護(hù)式液壓支架的一般適用條件，可知煤層厚度為2～4ｍ，傾角小于，頂板為中等穩(wěn)定或中等穩(wěn)定以下，頂板支護(hù)強(qiáng)度小于441KN/。底板較為平整。頂梁強(qiáng)度計(jì)算：（1）頂梁的受力情況假設(shè)頂?shù)膬啥酥?，如下圖4－3所示。則： 圖4－3 頂梁彎矩圖AA斷面圖如下頁圖4－4所示圖4－4（2）頂梁強(qiáng)度計(jì)算(a)慣性矩各板件的計(jì)算計(jì)算數(shù)據(jù)列于下表41件號(hào) 1 2 3 4 5 6數(shù)量 1 1 6 1 2 2（㎝178。）261 420 192 80 96 80(cm) () 4326．19 －第i件板的截面積； －第i件板中心到截面形心的距離； －第i件板對(duì)截面形心的慣性矩。故慣性矩為(b)形心位置：＝(－第i件板厚度的一半)（c）彎曲應(yīng)力（d）安全系數(shù) 頂梁材料選用16Mn,屈服極限為34335N/㎝178。 故安全系數(shù)為：【】，所以頂梁滿足強(qiáng)度要求。 頂梁載荷分布 把頂梁所受頂板的載荷求出后，就可以進(jìn)一步計(jì)算出載荷在頂梁上面的分布情況。有戲頂板與頂梁接觸情況不同，載荷實(shí)際分布很復(fù)雜。為計(jì)算方便，假設(shè)頂梁與頂板均勻接觸且載荷為線性分布。 設(shè)頂梁長度為Lg，頂板的集中載荷為F1，其作用點(diǎn)距頂梁一端為x。則當(dāng)x≤Lg/3時(shí)，載荷分布為三角形。如圖4－5所示圖　4－5　　載荷分布圖由以上計(jì)算得，x＝，F(xiàn)=,Lg=。由此可知x≤Lg/3載荷分布為三角形，頂梁前端比壓為0，頂梁后端比壓為：當(dāng)Lg/2xLg/3時(shí)，載荷呈梯形分布，如上圖3－6所示。頂梁前端比壓為：（MPa）頂梁后端比壓為：（MPa） 支護(hù)強(qiáng)度和底座接觸比壓支護(hù)強(qiáng)度為單位面積的支護(hù)阻力按下式進(jìn)行計(jì)算 由于底板條件的變化，底座的接觸比壓很不均勻，為計(jì)算方便起見，假設(shè)底座與底板均勻接觸且為線性載荷分布。底座對(duì)底板的比壓值應(yīng)小于底板的抗壓強(qiáng)度，否則底座會(huì)陷入底板，造成移架困難，頂?shù)装逡苿?dòng)量增大，支架失穩(wěn)及支承力降低等現(xiàn)象。支架技術(shù)特征中給出的底座與底板的平均比壓值為： = (MPa)式中 ：平均比壓（MPa） R：底座對(duì)底板的合力 （N） :底座長度 （m）：底座當(dāng)量寬度（m）求得 ＝ 支護(hù)效率 支護(hù)效率按下式進(jìn)行計(jì)算η = F/P＝F支護(hù)阻力P支護(hù)工作阻力掩護(hù)式支架由于立柱傾角較大，η值應(yīng)大90％以上，計(jì)算的η=%，說明設(shè)計(jì)的支架滿足支護(hù)效率要求。4．6立柱強(qiáng)度驗(yàn)算液壓支架立柱的強(qiáng)度驗(yàn)算，包括穩(wěn)定性驗(yàn)算，活柱和缸體的強(qiáng)度驗(yàn)算等內(nèi)容。 油缸穩(wěn)定性條件： 式中 ——油缸穩(wěn)定性極限力（kN），——油缸最大工作阻力(kN) ——活柱斷面慣性矩。 為利用以上兩式，要先計(jì)算活柱和油缸的慣性矩Jl和J2－缸體外徑；—缸體內(nèi)徑；－活柱直徑由于為活塞桿端部銷孔至最大撓度處之距；而為缸底銷孔至最大撓度處之距，則根據(jù)和之值查下圖6－13得到，然后將值代入上式：，如果該式成立，則所設(shè)計(jì)油缸滿足穩(wěn)定性要求，反之則不滿足。查上圖得＝35，故＝3044 kN980 kN，油缸滿足穩(wěn)定性要求。最大彎矩所在位置為：式中為活柱慣性矩，為彈性模量，P為立柱工作阻力。＝－活柱外徑為150mm，－活柱內(nèi)徑126mm。由上式可知最大彎矩發(fā)生在處，即加長桿與活柱發(fā)生初彎折的地方?；钪淖畲髲澗貫椋夯钪膽?yīng)力為由于軸向力形成的壓應(yīng)力和彎曲形成的彎曲形成的彎曲應(yīng)力,即:,活柱材料選用27SiMn無縫鋼管,安全系數(shù)由于活柱安全系數(shù)n=。（a）缸體壁厚驗(yàn)算參考同類型支架立柱缸體壁厚，決定取壁厚為20mm。當(dāng)時(shí)，按中等壁厚缸體計(jì)算。由式一油缸內(nèi)工作壓力，最大為[MPa]；c——計(jì)入管壁公差及侵蝕的附加厚度一般取c＝2mm；安全系數(shù)為：為立柱工作壓力。為許用安全系數(shù)。由此可見缸體壁厚滿足強(qiáng)度條件。最大彎矩所在位置為：式中為機(jī)械加長桿慣性矩，為彈性模量，P為立柱工作阻力。－機(jī)械加長桿最小截面的直徑，取為110mm。由上式可知最大彎矩發(fā)生在處，即機(jī)械加長桿與活柱結(jié)合的地方。 最大彎矩為：機(jī)械加長桿的應(yīng)力為由于軸向力形成的壓應(yīng)力和彎曲形成的彎曲形成的彎曲應(yīng)力,即：機(jī)械加長桿材料選為45號(hào)鋼，安全系數(shù)為：【n】=由此，可見機(jī)械加長桿滿足強(qiáng)度條件。第五章 液壓支架的使用和維護(hù) 液壓支架的使用操作為了保證綜采工作面的穩(wěn)定、高產(chǎn)、以及延長液壓支架的使用壽命，必須配備專職的支架工操作。　操作前的準(zhǔn)備支架操作前，應(yīng)先檢查管路系統(tǒng)和支架各有關(guān)部件的動(dòng)作是否有阻礙，要清除