【導(dǎo)讀】本課題主要論述了液壓支架的主要設(shè)計過程。型、總體設(shè)計、主要零部件的設(shè)計、校核以及液壓系統(tǒng)設(shè)計。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。底座都做成箱體結(jié)構(gòu)用鋼板焊接而成。面綜合性的科學(xué)技術(shù)問題。

　　

【正文】 表 51 選取比計算值大的標準值作為內(nèi)徑 eD ，再選取配合尺寸。 表 51 內(nèi)徑標準 50 63 80 100 110 125 140 (145) 160 180 200 210 220 230 250 查表 51，選 eD =230mm， 查表，選取配合尺寸為：外缸 內(nèi)徑 230mm，活柱外徑 210mm，工作阻力 1800kN，額定工作壓 MPa，泵站壓力 Mpa。 取泵站額定工作壓力 bp ( MPa)減去從泵站到支架沿程壓力損失后的值39。bp 為 30 MPa，代入公式得立柱初撐力為： 2 4 630104 2 ?????tP kN 安全閥壓力與立柱工作阻力的確定 安全閥的調(diào)整壓力，按選定后的立柱缸體內(nèi)徑 eD 和支架承受的理論支護 阻力 mF1 來確定。即 240 cza DFP ??? MPa （式 ） 式中的 zF 按下式計算： ndmz n FF ?cos1?? kN （式 ） 式中 n? — 支架在最高位置時立柱傾角，度； 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 31 將數(shù)據(jù)代入公式得 zF 為： 5 0 615c o s2 2 9 1 0 ??? ?zF kN 由公式得安全閥的調(diào)整壓力為： 2 ????aP MPa Pa 求出后，在選定一種動作壓力與 Pa 相近的標準安全閥。此安全閥的動作壓力即為支架安全閥的調(diào)整壓力。取 Pa=38MPa。 立柱工作阻力 2P 按下式進行計算： ae PDP 10422 ??? ? kN （式 ） 將各數(shù)值代入公式 得立柱工作阻力 2P 為： 5 7 838104 22 ?????P kN 表 52 支架工作阻力數(shù)值圓整標準（ MT16987）（ kN） 1200 1600 20xx 2400 2800 3200 3600 4000 4400 4800 5200 5600 6400 7200 8000 9000 10000 120xx 圓整取支架工作阻力為 3200kN，則 P2=1600kN。 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，載荷沿頂梁山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 32 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 51 所示。 對 A 取距，可算得 x 圖 51 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； 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 33 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=800m 由立柱傾角可得下柱窩位置。 千斤頂技術(shù)參數(shù)的確定 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 選取平衡千斤頂缸徑 160mm ，推力 /拉力 633/454(KN)。 取頂梁為分離體如 圖 52 所 示 ， 對 a 點取距有： 圖 52 頂梁受力圖 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 34 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 53 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 6h 21 LL? L4 eB Db 3L 611 800 800 220 160 1661 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 35 (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螅寒斨Ъ茉谧罡呶恢脮r，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。 當支架在最高位置時，平衡千斤頂達到最小長度 L4,如圖 53 所示 a 3L6L 7L 4x 39。aa 4L2h1h7 圖 53 平衡千斤頂最短位置 XLL ?? 74 （式 ） 上式中 X 由下式進行計算 )/)(90s i n ()( 21721722 lhha r c t gahhLX ?????? （式 ） 當頂梁和掩護梁成 180 度時，平衡千斤頂達到最大長度 L5,如圖 514 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? 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 36 L 5L 7L 2h 7 圖 54 平衡千斤頂最長位置 4．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 54 mLSbaLLL 211257 ??????? （ ） 式中 1a 當活塞全部縮回時，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 ??????? 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 cm （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。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 37 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： 15 040 ????tDcm 由以上計算出來的推移千斤頂?shù)母左w內(nèi)徑，再按表 54 選取標準值： 表 54 推 移千斤頂缸、桿配合關(guān)系 經(jīng)查表，選用標準缸徑為 80mm。 推移千斤頂?shù)男谐膛c推移步距有關(guān)，當推移步距為 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。 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 ／ ／ ／ ／ 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 38 6 支架受力分析與計算 受力計算 該支架整體受力如圖 61 所示，圖中 tP 和 8P 為已知，需求 1F 、 39。1F 及作用點位置。 61 鉸接式頂梁支架受力 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 39 首先取頂梁為分離體： 62 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 63 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。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 40 F 1F 1 Wh 2P tL 3h 6P 5P 6axh 1oL 1 +L 2a 1 39。 63 頂梁和掩護梁分離體 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 =， 2h =， kh = 1F 為： 代入數(shù)據(jù)算得 1F =3242kN 將 1F 值代入公式 () 得 1F 作用點的位置 x 為： 3242)(15s i n3200 o s3200)(53c o i n454?????????????? ????x = 再取掩護梁為分離體如圖 64 所示 : 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 41 圖 64 掩 護梁分離體 由頂梁分離體寫出力系平衡方程，再由此解出頂梁與掩護梁鉸點的內(nèi)力 WFPPx ta 1281 co ss in ??? ?? （式 ） 1281 s inco s FPPy ta ??? ?? （式 ） 從這兩式中可以看出平衡千斤頂受推力時，有最大值，掩護梁受力最大，前后連桿受力也最大，所以，演算掩護梁和前后連桿強度時， 用這種情況進行。 計算得 3 2 4 253c o s6 3 315s i n3 2 0 0 ???????ax kN 5 43 2 4 253s i n6 3 315c o s3 2 0 0 ??????ay kN 取掩護梁為分離體，寫出力系的 x 方向和 y 方向平衡方程解出 5F 、 6F 。