【正文】 底座.（4）掩護(hù)梁掩護(hù)梁承受頂梁部分載荷和掩護(hù)梁背部載荷并通過(guò)千斤頂傳遞給底座。掩護(hù)梁和頂梁（包括活動(dòng)側(cè)護(hù)板）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)梁為面板式箱形結(jié)構(gòu)件。焊接方式與頂梁相似，掩護(hù)梁上鉸接座與頂梁鉸接，下端通過(guò)千斤頂與底座鉸接。掩護(hù)梁上的側(cè)護(hù)板的裝配方式與頂梁相同。圖 33　掩護(hù)梁焊接方式圖 34　掩護(hù)梁1耳板 2主筋板 3擋板 4耳板295加強(qiáng)筋板 6板 7側(cè)推千斤頂 8蓋板 9護(hù)幫板（5）推移千斤頂 本液壓支架采用活塞式推移千斤頂，其結(jié)構(gòu)如下圖所示。圖 35　插板千斤頂結(jié)構(gòu)圖1缸體 2活塞 3擋圈 4壓盤 68 5半環(huán) 556壓環(huán) 7活塞導(dǎo)向環(huán) 8鼓形密封圈 9O 形密封圈10擋圈 11活塞 12蕾形密封圈 擬定液壓系統(tǒng) 本支架的液壓系統(tǒng)，由乳化液泵站，主進(jìn)，主回液膠管，各種液壓元件，立柱及各種千斤頂?shù)冉M成。液壓系統(tǒng)原理：本支架操作方式采用鄰架操作控制，使用快速接頭拆裝方便，性能可靠。 本支架液壓系統(tǒng)所使用的乳化液，是由乳化油和水配制而成的，乳化油的配比濃度為 5％，使用乳化液應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1） 定期檢查濃度，濃度過(guò)高增加成本，濃度太低，可能造成液壓元件銹蝕，影響液壓元件的密封和使用壽命（2） 防止污染，定期清理乳化液箱和支架過(guò)濾器（3） 防凍：乳化液的凝固點(diǎn)為零下三度左右，與水一樣也具有凍結(jié)膨脹性，乳化液受凍后，不但體積膨脹 ，穩(wěn)定性也受影響，乳化液地面配制和冬季運(yùn)輸時(shí)要注意防凍。30圖 36 液壓支架液壓系統(tǒng)圖1－前立柱；2－壓力指示器；3－安全閥；4－液控單向閥；5－后立柱；6－頂梁側(cè)推千斤頂；7－掩護(hù)梁側(cè)推千斤頂；8－護(hù)幫千斤頂；9－雙向液控單向閥；10－操縱閥；11－推移千斤頂；12－前梁千斤頂；第四章. 支架的受力分析與計(jì)算 支架的工作狀態(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，由于上部巖從壓力，出現(xiàn)離從和裂隙，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，而頂板冒落時(shí)有一定過(guò)程的，一般分為三個(gè)階段，開(kāi)始頂板處于無(wú)壓狀態(tài)，次時(shí)頂板較完整，而且沒(méi)有下沉，通常稱為老頂來(lái)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(lái)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(kāi)始支架以初承力支承頂板，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(kāi)，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(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(shì)，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(lái)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(lái)確定。31 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(jiǎn)化計(jì)算作如下規(guī)定。（1） 把支架化簡(jiǎn)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(lái)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(zhǎng)度方向按線性規(guī)律，沿支架寬度方向?yàn)榫?。?） 通過(guò)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(lái)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(shì)，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(shì)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 ，目前國(guó)內(nèi)一般取～。（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《液壓支架型式試驗(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(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。 支架受力分析支架的受力分析與計(jì)算，是按理論力學(xué)中一個(gè)物體受幾個(gè)力的作用下處于平滑狀態(tài)時(shí)，所受力和力矩之和為零的原理來(lái)進(jìn)行分析和計(jì)算的。即以當(dāng)支架支承后在處于平衡狀態(tài)時(shí)，取整體或某一個(gè)部分為分離體也處于平衡狀態(tài)，其合力和合力矩為零。即滿足靜力平衡的充分必要條件為各力在 x 上的投影之和為零，各力在 y 上的投影之和為零。各力對(duì)某點(diǎn)取矩之和為零。下面就根據(jù)這一理論對(duì)支架簡(jiǎn)化成平面桿系進(jìn)行受力分析和計(jì)算。 各主要參數(shù)的影響掩護(hù)式支架在工作過(guò)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a32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 COSBP?BP有直接的關(guān)系。因?yàn)?COS ≤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)系表示在圖 3－1 看到，當(dāng) 18 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。 圖 4－1?因此叢支架承載能力的角度看，立柱傾角不要大于 18 。但是，有些支架為了使高度變化范圍增大，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= 時(shí)，附加力可達(dá)支架名義工作阻力的 30％。所以 tgθ 值過(guò)大對(duì)支架受力不利。在支架的工作高度范圍內(nèi)，一般把 tgθ 值控制在 以下，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AP??l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(lái)擴(kuò)大支架的調(diào)高范圍。而 角越大，支架的承載能力越小。所以支架的調(diào)高范圍越大，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(lái)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。 另外指出，支撐式支架的支護(hù)高度對(duì)支架受力沒(méi)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331） 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)1tg??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maxf和頂板的摩擦系數(shù)。所以此值的大小在 0～ 范圍內(nèi)變化。maxf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(shì)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f1tg?? ftg?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cPD響表現(xiàn)在 和 項(xiàng)中。當(dāng)支架升高時(shí)， 和 就逐漸增大， 和AcfPSin?ADfi c?DcSin?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。Di（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(wú)限大。因此其極限條件為：cPD cPD()0DCSin???得：　　　　　　　　　 ＝0即：　　　　　　　　 DC?當(dāng)分母等于 1 時(shí)， 和 得最小值，其條件為：cP()1DCSin??＝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 。? 支架的受力計(jì)算當(dāng)支架撐牢在頂板之間時(shí)，取其整體或某一部件為分離體，皆處于平衡狀態(tài)。據(jù)此把三種支架簡(jiǎn)化成平面桿系進(jìn)行受力分析和計(jì)算。34該支架整體受力如下圖所示。圖中 Pt=，P8 為平衡千斤頂?shù)耐疲ɡ┝?，P8 為推力時(shí)，P8=，當(dāng) P8 為拉力時(shí)，P8=，需求 FF1′及作用點(diǎn)位置。aP8tF1WF1R2首先取頂梁為分離體，如下圖所示，根據(jù) ，可得0M?? ①128282121sincos()cos()sin()0kttFxwhPlhPl??????? yaxkWt8再取頂梁和掩護(hù)梁為分離體，如下圖所示，根據(jù) 可得0M??35 ②13123123123()()cos()sin()0t tkFxlwhPllPh??????????WtR2聯(lián)立①、②兩式可得 ??31318221 3(cosin)sincos()t kPlhPlhFwh?????? KN????823822211sinco()o()sin()Kt tPlhPlPhFwhF??????????當(dāng) 為推力時(shí), w=0, , ，?2238,56,10,??????(17cos029sin)..20in6(.?????????? m???????? ?當(dāng) 為拉力時(shí), w=, , ，?12238,56,10,h??????(17cos0sin).290in65(.6..429F??????36????..38.. m?????????? ?從以上求出的結(jié)果可知：當(dāng) 為正值時(shí)，（平衡千斤頂為推力）且 W=0 時(shí)，F(xiàn)1 有最小值。8P當(dāng) 為負(fù)值時(shí)，（平衡千斤頂為拉力）且 W= 時(shí)，F(xiàn)1 有最大值。所以，在驗(yàn)算頂梁強(qiáng)度時(shí)，按平衡千斤頂受拉且 W= 時(shí)計(jì)算。若這個(gè)條件強(qiáng)度計(jì)算能滿足，其它條件都能滿足。根據(jù)以頂梁為分離體的受力平衡圖，寫出 X 和 Y 方向的力系平衡方程，再由此解出頂梁與掩護(hù)梁的內(nèi)力 xa 和 Ya：1821sincostPFw???iaty?當(dāng) 為正值時(shí)，（平衡千斤頂為推力）且 W=0 KN??????coin5y?當(dāng) 為負(fù)值時(shí)，（平衡千斤頂為拉力）且 W= KN?????從以上求出的結(jié)果可以看出，當(dāng) 為正值時(shí)（平衡千斤頂為推力），xa、Ya 有最大值，8P掩護(hù)梁受力最大，同時(shí)前、后連桿受力也最大。所以，在驗(yàn)算掩護(hù)梁和前后連桿強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)按此種情況進(jìn)行。再由掩護(hù)梁為分離體，如下圖所示寫出力系的 x 方向和 y 方向平衡方程，解出 F5 和 F6。37aP8oF65xay ①538264coscsosaxFPF?????? ②8253iniiny?聯(lián)立以上兩式可得: 42424533(cosisico)sincosaaxyF? ??????3864cosaPx?故當(dāng)平衡千斤頂為推力時(shí),將 , , ,???3461,83????, 代入可得:?(cosin3si6co) KN?????????????當(dāng)平衡千斤頂為拉力時(shí),將 , , ,? ,83????, 代入可得:???52947(cos6insi6co3) KN????????? ???38 KN??????? ??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F? 1F?（如下圖所示）求出。 WF1對(duì)點(diǎn)取矩，整理后有 ??11FXwhx?????當(dāng) 為負(fù)值時(shí)（平衡千斤頂為拉力）， ??? m??????當(dāng) 為正值時(shí)（平衡千斤頂為推力）， 時(shí)8 ? ????????（1） 求底座所受內(nèi)力并畫出受力簡(jiǎn)圖(a)和內(nèi)力分析計(jì)算圖(b)（支架高為 2600mm 時(shí)）。39（2）求各點(diǎn)處的剪力并畫出剪力圖(c) ??40（2） 求各點(diǎn)處的彎矩并畫彎矩圖(d) ??AA左右左右左右雙向取矩誤差矯正如下： 10%.3EMK????左 右 右41圖 62 底座受力分析及彎矩圖畫彎矩圖(d)，如上圖所示：由彎矩圖和底座結(jié)構(gòu)圖可知，應(yīng)力集中處為危險(xiǎn)截面，對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。（3） 按彎曲應(yīng)力應(yīng)力集中處計(jì)算的強(qiáng)度 應(yīng)力集中處的截面： 213（4） 計(jì)算各截面的截面積 F1 和截面形心距 y1：42 . 212224173634FLcmLc??????????????() cm????計(jì)算每個(gè)零件中心到截面的距離 a：..3ycm????計(jì)算截面