【正文】 —平衡千斤頂推力/拉力(推力取“+”，拉力取“—”)W —頂板與頂梁之間的摩擦系數(shù)，—支架在最高位置時(shí)立柱傾角—支架在最高位置時(shí)平衡千斤頂傾角為保證平衡千斤頂與掩護(hù)梁不發(fā)生干涉，保證支架在不同高度時(shí)平衡千斤頂與掩護(hù)梁平行，可以取在最高位置時(shí)頂梁上平面與掩護(hù)梁的夾角。為保證平衡千斤頂與掩護(hù)梁不發(fā)生干涉，按下式計(jì)算 （410）式中 —掩護(hù)梁厚度（） —平衡千斤頂外徑（） P—平衡千斤頂外徑與掩護(hù)梁間之間隙，～（） L2—平衡千斤頂上鉸點(diǎn)至頂梁和掩護(hù)梁鉸點(diǎn)之距平衡千斤頂受拉力時(shí)，取x= 平衡千斤頂受推力時(shí)取x=以上參數(shù)具體數(shù)值如下表，將數(shù)據(jù)代入得出兩個(gè)來(lái)，再取兩個(gè)的平均值即可表44 計(jì)算平衡千斤頂各種參數(shù)W32006334541553160260L4Db6118006702201601661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(duì)平衡千斤頂?shù)男谐逃腥缦乱螅寒?dāng)支架在最高位置時(shí)，頂梁能下擺15度；支架在最低位置時(shí)頂梁能上擺10度，或頂梁和掩護(hù)梁近似180度。為簡(jiǎn)化計(jì)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(shí)頂梁和掩護(hù)梁成180度；平衡千斤頂?shù)幕钊靠s回時(shí)，支架恰好在最高位置。當(dāng)支架在最高位置時(shí)，平衡千斤頂達(dá)到最小長(zhǎng)度。如圖48所示 圖48平衡千斤頂最短位置上式中X由下式進(jìn)行計(jì)算 當(dāng)頂梁和掩護(hù)梁成180度時(shí)，平衡千斤頂達(dá)到最大長(zhǎng)度,如圖49所示。 行程 查表液壓活塞行程系列表取 圖49平衡千斤頂最長(zhǎng)位置平衡千斤頂?shù)男谐檀_定后，即可確定它在掩護(hù)梁上的位置 （411）式中 —1當(dāng)活塞全部縮回時(shí)，缸體上鉸點(diǎn)之活塞上部之距，對(duì)于掩護(hù)型支架， =209。 —當(dāng)活塞桿全部縮回時(shí)，活塞桿鉸點(diǎn)之活塞桿腔出油孔中心線(xiàn)之距，對(duì)于掩護(hù)式支架，=141。 側(cè)推千斤頂位置的確定 側(cè)推千斤頂伸出時(shí)，使活動(dòng)側(cè)護(hù)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(shí)，使活動(dòng)側(cè)護(hù)板回縮，可減少移架阻力。 1. 無(wú)鎖緊回路且在不操作時(shí)，側(cè)推千斤頂處于浮動(dòng)狀態(tài)，靠彈簧筒的彈簧力控制活動(dòng)側(cè)護(hù)板與鄰架的間隙。防止頂板巖石從架間冒落，移架時(shí)摩擦阻力小。這種結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)在于防矸、防倒效果與彈簧式差不多。 2. 有鎖緊回路時(shí)，用液控單向閥鎖緊。優(yōu)點(diǎn)為防矸、防倒效果好。缺點(diǎn)在于移架時(shí)要操縱千斤頂，使移架操作復(fù)雜化，而且架間易掉矸。由于頂梁在頂板載荷作用下，要求側(cè)推千斤頂?shù)耐评Υ?，才能靈活操縱頂梁側(cè)護(hù)板。因此在頂梁上一般布置兩個(gè)側(cè)推千斤頂，兩個(gè)彈簧筒。在掩護(hù)梁上一般僅在中間一個(gè)側(cè)推千斤頂，兩端各對(duì)稱(chēng)布置一個(gè)彈簧筒。由于在頂梁和掩護(hù)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(duì)稱(chēng)布置，這樣可以使側(cè)護(hù)板受力平衡。具體布置方式有如下三種：二孔式—采用兩個(gè)側(cè)推千斤頂，在側(cè)推千斤頂處同時(shí)布置彈簧筒，靠彈簧力實(shí)現(xiàn)架間密封。三孔式—中間孔安裝側(cè)推千斤頂，兩側(cè)對(duì)稱(chēng)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。第5章 支架的受力分析計(jì)算 頂板狀態(tài)在采煤工作面中，當(dāng)煤被采出后，就會(huì)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(shí)支護(hù)，頂板就要冒落，不支護(hù)的時(shí)間越長(zhǎng)，危險(xiǎn)就越大。而頂板冒落是有一定過(guò)程的，一般可分為三個(gè)階段，開(kāi)始頂板處于無(wú)壓狀態(tài)，此時(shí)頂板較完整，而且沒(méi)有下沉，稱(chēng)為無(wú)壓狀態(tài)；但經(jīng)一定時(shí)間后，頂板就會(huì)下沉，通常稱(chēng)為老頂來(lái)壓，此時(shí)頂板并不破裂，而且這種下沉帶有一定的周期性，所以稱(chēng)為老頂周期來(lái)壓狀態(tài)；如果不及時(shí)支護(hù)，頂板就會(huì)破裂而冒落，此時(shí)叫冒落狀態(tài)。支架在這三種狀態(tài)下是這樣工作的：開(kāi)始支架以初撐力支撐頂板，此時(shí)為無(wú)壓狀態(tài)；當(dāng)周期來(lái)壓時(shí)，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(shí)，安全閥被打開(kāi)，使立柱下腔壓力下降，稱(chēng)為立柱讓壓狀態(tài)，使支架以工作阻力支護(hù)頂板；如果繼續(xù)來(lái)壓，就要不斷讓壓，所以立柱要有一定的向下行程，如沒(méi)有向下行程，稱(chēng)為壓死狀態(tài)，這是在設(shè)計(jì)和使用中必須注意避免的現(xiàn)象；當(dāng)支架前移后，此時(shí)頂板處于無(wú)支護(hù)狀態(tài)，頂板就要冒落，這就是液壓支架在工作過(guò)程中的三種狀態(tài)。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(shì)，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,由支架工作阻力來(lái)克服，所以在計(jì)算支架的工作載荷時(shí)按支架的工作阻力來(lái)確定。該支架整體受力如圖51所示，圖中和為已知，需求、及作用點(diǎn)位置。圖51鉸接式頂梁支架受力首先取頂梁為分離體：圖52 頂梁分離體受力各力對(duì)點(diǎn)取矩，可寫(xiě)出作用點(diǎn)的位置的表達(dá)式： （51） 再取頂梁和掩護(hù)梁為分離體：如圖53所示，對(duì)點(diǎn)取矩，可求得的表達(dá)式，將此式與上式聯(lián)立，解出如下： （52）再把此式代回上式，可解出。圖53頂梁和掩護(hù)梁分離體所以，在驗(yàn)算頂梁強(qiáng)度時(shí)，按平衡千斤頂受拉且=。若這個(gè)條件強(qiáng)度計(jì)算能滿(mǎn)足，其他條件都能滿(mǎn)足。將=3200 kN，=454 kN，=，=15，=53，=，=，=，=，=：代入數(shù)據(jù)算得=3242kN 將值代入公式得作用點(diǎn)的位置為： =再取掩護(hù)梁為分離體如圖54所示:圖54掩護(hù)梁分離體由頂梁分離體寫(xiě)出力系平衡方程，再由此解出頂梁與掩護(hù)梁鉸點(diǎn)的內(nèi)力 （53） （54）從這兩式中可以看出平衡千斤頂受推力時(shí)，有最大值，掩護(hù)梁受力最大，前后連桿受力也最大，所以，演算掩護(hù)梁和前后連桿強(qiáng)度時(shí)，用這種情況進(jìn)行。計(jì)算得kN kN取掩護(hù)梁為分離體，寫(xiě)出力系的x方向和y方向平衡方程解出、。 （55） = =588kN （56） ==底板對(duì)底座的支撐反力與大小相等。作用點(diǎn)的位置可以由取整體支架為分離體求出。對(duì)圖點(diǎn)取矩，整理后有： （57） 將各數(shù)值代入公式()得值為：m整臺(tái)支架的工作阻力是由立柱工作阻力產(chǎn)生的。對(duì)于掩護(hù)式支架而言，用支護(hù)效率來(lái)評(píng)價(jià)立柱工作阻力轉(zhuǎn)為支架工作阻力的有效程度，效率按下式計(jì)算： （58） 值與支架的架型、結(jié)構(gòu)尺寸和支架高度有關(guān)，值過(guò)大或過(guò)小都不好。 由于支架的工作阻力由立柱工作阻力之和的垂直分力及掩護(hù)梁和前、后連桿來(lái)承擔(dān)，而立柱的工作阻力之和不變，當(dāng)值過(guò)大，說(shuō)明掩護(hù)梁和前、后連桿受載增加，對(duì)掩護(hù)梁和前、后連桿不利；當(dāng)值過(guò)小，說(shuō)明立柱的工作阻力不能充分發(fā)揮。一般要求在支架工作段內(nèi)，掩護(hù)式支架由于立柱傾角較大，值應(yīng)大于90%以上。故滿(mǎn)足要求。頂板對(duì)支架的巨大載荷有整臺(tái)支架傳到底板，在支架底座與底板接觸處將具有一定的比壓。由于底板巖性不同，含水量不同等因素，使底板具有不同的抗壓強(qiáng)度。則在設(shè)計(jì)支架時(shí)，應(yīng)驗(yàn)算底板的比壓。 （59）則平均接觸比壓為： （510）式中 —平均接觸比壓；—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(zhǎng)度。結(jié)論：該底座比壓在允許范圍內(nèi)。第6章 專(zhuān)題部分掩護(hù)梁的設(shè)計(jì) 掩護(hù)梁的設(shè)計(jì)1. 掩護(hù)梁承受頂梁部分載荷和掩護(hù)梁背部載荷并通過(guò)前后連桿傳遞給底座2. 掩護(hù)梁承受對(duì)支架的水平作用力及偏載扭矩3. 掩護(hù)梁和頂梁一起，構(gòu)成了支架完善的支撐和掩護(hù)體，完善了支架的掩護(hù)和擋矸性能。 掩護(hù)梁的選型掩護(hù)梁是掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架的特征部件之一，它直接承受冒落矸石的載荷和頂板通過(guò)頂梁傳遞的水平載荷，通常由鋼板焊接而成箱型結(jié)構(gòu),上端與頂梁鉸接，下端通過(guò)前、后連桿與底座鉸接成四連桿機(jī)構(gòu), 起著穩(wěn)定支架重心和防止采空區(qū)巖石涌入工作面的作用, 既能保證支架前梁頂端與煤壁的間距基本恒定, 又承擔(dān)了支架在工作過(guò)程中的水平分力, 保證了支架的工作穩(wěn)定性?；顒?dòng)側(cè)護(hù)板在其兩側(cè)，內(nèi)部留有安裝側(cè)推千斤頂和彈筒的空間。從側(cè)面看掩護(hù)梁，其形狀有直線(xiàn)型、折線(xiàn)型兩種。如圖61所示。圖61 掩護(hù)梁的形狀（a）折線(xiàn)型 （b）直線(xiàn)型 1. 直線(xiàn)型掩護(hù)梁特點(diǎn)與適用條件（1）整體性好、強(qiáng)度大，加工簡(jiǎn)單，工藝性好。（2）從側(cè)面看、掩護(hù)梁上輪廓線(xiàn)形狀為直線(xiàn)形。當(dāng)支架歪斜時(shí)，架間密封性比折線(xiàn)形掩護(hù)梁好。（3）用于支撐掩護(hù)式支架時(shí)，立柱不支撐在掩護(hù)梁上，因而這種掩護(hù)梁的受力和結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。2. 整體折線(xiàn)型特點(diǎn)與適用條件（1）折線(xiàn)形掩護(hù)梁加工工藝性差。（2）用于早期的支掩式掩護(hù)梁支架以及其他某些支架，目前應(yīng)用較少本次設(shè)計(jì)選擇整體式直線(xiàn)型掩護(hù)梁。圖62 掩護(hù)梁本次設(shè)計(jì)采用圖62所示的掩護(hù)梁結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)為鋼板焊接的箱式結(jié)構(gòu)，在掩護(hù)梁上端與頂梁鉸接，下部焊有與前、后連桿鉸接的耳座。掩護(hù)梁有直線(xiàn)型、折線(xiàn)型兩種。這里選擇直線(xiàn)型掩護(hù)梁，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，其工藝性較好。所有連桿均為箱式結(jié)構(gòu)件，用以克服頂板指向采空區(qū)的水平力，增加支架穩(wěn)定性；但承受橫向力和紐力的性能較差，在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)其鉸接孔的強(qiáng)度、擠壓壽命應(yīng)增強(qiáng)重視。 掩護(hù)梁強(qiáng)度校核掩護(hù)梁的受力分析如圖63所示處理后的力學(xué)模型由受力圖可以看出掩護(hù)梁的危險(xiǎn)截面在前連桿與掩護(hù)梁鉸接處，故需校核此危險(xiǎn)截面的彎曲強(qiáng)度。此處截面的彎曲強(qiáng)度為：圖63掩護(hù)梁受力分析圖主頂梁做成等斷面箱式結(jié)構(gòu)，在最大彎矩處的斷面如圖64所示： 圖64最大彎矩?cái)嗝鎴D 1. 形心位置各板件計(jì)算數(shù)據(jù)如表61所示：表61掩護(hù)梁板件數(shù)據(jù)件號(hào)1234567數(shù)量1242122面積4040形心位置cm結(jié)構(gòu)件的形心位置為：代入數(shù)據(jù)得： 2. 慣性矩 將數(shù)據(jù)代入公式，算得總慣性矩為： = 3. 彎曲應(yīng)力kN/ 鋼板材料選取16Mn，σs =34335 KN/ 滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。結(jié)論本次畢業(yè)設(shè)計(jì)在張洪斌老師的指導(dǎo)下、對(duì)目前已有的掩護(hù)式液壓支架的分析基礎(chǔ)上，對(duì)一些部件進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)： ，通過(guò)加大結(jié)構(gòu)件的厚度和鋼板的厚度來(lái)提高結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度，從而達(dá)到較好的支撐效果；，為了適應(yīng)頂板的變化和改善受力狀況，立柱底端采用球面結(jié)合形式與底座鉸接，頂端用銷(xiāo)釘連接頂梁，承受壓力，并用銷(xiāo)軸固定來(lái)承受拉力。立柱柱頭與頂梁端相連接的銷(xiāo)孔，其兩側(cè)加工成喇叭口，與直銷(xiāo)配合使用，使頂梁能左右作適當(dāng)偏轉(zhuǎn)，以便立柱在架內(nèi)靈活轉(zhuǎn)動(dòng)；，改善了掩護(hù)梁受力狀況；，在底座上鉸接四連桿機(jī)構(gòu)，在底座中間設(shè)置有推移裝置，側(cè)面設(shè)置了側(cè)推千斤頂和推移桿。根據(jù)現(xiàn)有支架的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出了頂梁、前梁、前后連桿、底座、立柱等重要部件的結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，對(duì)掩護(hù)梁的強(qiáng)度進(jìn)行了校核，滿(mǎn)足強(qiáng)度條件。在設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)，由于地質(zhì)條件復(fù)雜多變，在建立支架力學(xué)模型，特別是分析掩護(hù)梁的受力時(shí)遇到了一些困難，查閱了大量資料，但是都沒(méi)有很好的對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。另外，采用平面桿系的簡(jiǎn)化精度低、安全系數(shù)大，既不符合井下支架空間受力的實(shí)際情況，又經(jīng)常導(dǎo)致使用過(guò)程中的損壞，如焊縫開(kāi)裂、連桿扭曲變形等。目前，出現(xiàn)了一些新的理論來(lái)研究支架的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，如，有限元法，薄壁箱型截面組合強(qiáng)度的計(jì)算機(jī)輔助算法以及液壓支架強(qiáng)度的概率設(shè)計(jì)法等。這些都有待于以后去研究、探討。參考文獻(xiàn)[1] ：世界圖書(shū)出版社，1992[2] 邢?？?，：煤炭工業(yè)出版社，1991[3] ：中國(guó)礦業(yè)學(xué)院出版社，1987[4] 楊振復(fù)，：煤炭工業(yè)出版社，1995[5]《綜采技術(shù)手冊(cè)》：煤炭工業(yè)出版社，2000[6] ：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2000[7] ：北京理工大學(xué)出版社，1998[8] ：化學(xué)工業(yè)出版社，2004[9] ：機(jī)械工業(yè)出版社，2003[10] ：煤炭工業(yè)出版社，1993[11] 唐大放，：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2001[12] 張家鑒，. 北京：煤炭工業(yè)出版社，1985[13] ：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2001[14] ：機(jī)械工業(yè)出版社，2003[15] ：高等教育出版社，1999[16] 中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)、：江西科學(xué)技術(shù)出版社，2002[17] ：煤炭工業(yè)出版社，1999[18] 王國(guó)彪，：煤炭工業(yè)出版社，1994 [19] 白杰平，伍鋒，：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1997[20] ：中清華大學(xué)出版社，2005附件一（英文原文一）HYDRAULIC SYSTEMThere are only three methods of transmitting power: electrical, mechanical, and fluid power. Most application actually use a binatio