【導(dǎo)讀】本論文主要設(shè)計(jì)了普通型支撐掩護(hù)式液壓支架。煤層厚度變化較大，選用調(diào)高范圍大且抗水平推力強(qiáng)且?guī)ёo(hù)幫裝置的支撐掩護(hù)式支架。支架采用四連桿機(jī)構(gòu)，以改善支架受力狀況。頂梁、掩護(hù)梁、底座均做成箱體結(jié)構(gòu)；立柱采用雙伸縮作用液壓缸，以增加工作行程來滿足支架調(diào)高范圍的需要。采用框架結(jié)構(gòu)，以減少推溜力和增大移架力。為了提高移架速度，確保對頂板的及時(shí)支。護(hù)，采用錐閥液壓系統(tǒng)。

　　

【正文】 活塞桿直徑 d 對于液壓支架的液壓缸，一般取桿徑 d為： d= (mm) （ ） 式中： D—— 缸徑內(nèi)徑（ mm）。 （ 3）缸筒內(nèi)徑 D 對立柱和前梁千斤頂?shù)母淄矁?nèi)徑，一般可按下式計(jì)算： apRD ? 3104 ??? (mm) （ ） 式中： R—— 每個(gè)液壓缸所承受的最大載荷荷值，這個(gè)值可由頂梁的受力分析得到（ kN）； pa—— 安全閥的開啟壓力 10（ MPa)，它可以根據(jù) R值和現(xiàn)用安全閥使用情況來選取。 對其他千斤頂?shù)母淄矁?nèi)徑，可按下式計(jì)算： 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 28 32) 10]( 4[ ????? ab aab pp ppp RD d? （ mm） （ ） 式中 : R， d,D的意義同前； Pb—— 泵站壓力 50（ MPa）； 由計(jì)算可以得出立柱的直徑 D為 287mm,液壓千斤頂?shù)闹睆?=221mm。 （ 4） 最大工作行程 L 液壓缸的最大工作行 程是由工作要求和結(jié)構(gòu)計(jì)算的最大值來確定的。在結(jié)構(gòu)計(jì)算中還可參考最大工作行程 L與液壓缸自身最小基長 Lmin之間有如下對應(yīng)關(guān)系 對單伸縮液壓缸?。? L=（ 50~80） %Lmin （ mm） （ ） 對雙伸縮液壓缸取： L=（ 90~150） %Lmin （ mm） （ ） 由前面計(jì)算可知雙伸縮立柱 ,由計(jì)算得： maxL =, Lmin=。 （ 5）最小導(dǎo)向桿長度的 確定 當(dāng)活塞桿全部外伸時(shí)，從活塞支撐面中點(diǎn)到缸口導(dǎo)向套滑動(dòng)面中點(diǎn)的距離稱為最小導(dǎo)向長度。若導(dǎo)向長度太小，將使液壓缸因間隙引起的初始擾度增大，從而影響液壓缸的工作穩(wěn)定性。對于一般液壓缸，其最小導(dǎo)向長度 H應(yīng)滿足下式要求： 220 DLH ?? （ mm） （ ） 式中 : L—— 液壓缸的最大工作行程（ mm）； D—— 缸筒內(nèi)徑（ mm）； 一般導(dǎo)向套滑動(dòng)面的長度 A，缸筒內(nèi)徑 D80mm時(shí)，取 A=（ ~） D （ mm） （ ） 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 29 當(dāng) D80mm以后 ， 取 A=（ ~） d （ mm） （ ） B=（ ~） D （ mm） （ ） 式中 : d—— 活塞桿徑（ mm）； B—— 活寬寬度（ mm）。 為了保證最小的導(dǎo)向長度而過分增大導(dǎo)向套長度和活塞寬度都 是不適宜的，最好的辦法是在導(dǎo)向套和活塞之間裝一隔離套 K，如圖 4— 2，其長度 C由所需要的最小導(dǎo)向長度決定。采用隔離套不僅能保證最小導(dǎo)向長度，而且可以擴(kuò)大導(dǎo)向套及活塞的通用性。 圖 42液壓缸導(dǎo)向長度 （ 6）缸筒壁厚和外徑的計(jì)算 液壓缸筒壁是圓容器的應(yīng)力狀態(tài)，其應(yīng)力狀態(tài)隨缸筒內(nèi)徑與壁厚的比值?D的取值范圍有關(guān)。液壓支架中所用的缸筒是無縫鋼管制成，其?D=~。屬于中厚壁應(yīng)力狀態(tài)。可近似看成兩相應(yīng)力狀態(tài)，其缸筒壁厚可按如下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算： 0}][{ ??? nDn ??? （ mm） （ ） 式中 : n—— 液壓缸的最大工作壓力（ MPa）； 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 30 0?—— 缸筒材料的強(qiáng)度系數(shù)，對無縫鋼管取 0?=1. ][?—— 缸筒材料的許用應(yīng)力（ MPa）； )(][ MPanb?? ? （ ） 式中 : b?—— 缸體材料的抗拉強(qiáng)度（ MPa）； n—— 安全系數(shù)，一般取 n=5. 缸筒外徑按下式計(jì)算： ?2??DDe （ mm） （ ） 式中 : De—— 缸筒的外徑，算出 De后，按無縫鋼管的標(biāo)準(zhǔn)值圓整。 （ 7）缸底厚度 1? 液壓支架所用的缸底幾乎都是平底缸底，其厚度計(jì)算式為： 11 ][ ?? pDz? （ mm） （ ） 式中 : zD—— 缸底止口最大工作壓力（ MPa）； P—— 液壓缸最大工作壓力（ MPa）； ns?? ?1][ （ MPa） （ ） 式中 : s?— — 活塞桿的材料屈服限（ MPa）； n—— 安全系數(shù)，一般取 n=~ 液壓缸的穩(wěn)定性 支架中的立柱，前梁千斤頂，平衡千斤頂和推移千斤頂都要受壓縮載荷，都類似于壓桿。當(dāng)液壓缸活塞桿全部外伸時(shí)，液壓缸的總長 Lmax與活塞桿徑 d之比大于 10時(shí)，液壓缸就存在有壓桿穩(wěn)定性問題。因此除了要進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算外，還需要進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算。 液壓缸用等截面法近似計(jì)算，即缸筒看成與活塞桿等截面，截面計(jì)算都以活塞桿為內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 31 準(zhǔn)，受離可按材料力學(xué)的公式算出，活塞桿的穩(wěn)定條件是： kknFR? （ kN） （ ） 式中 : Fk—— 活塞桿失穩(wěn)的臨界力（ kN）； nk—— 安全系數(shù)，一般取 nk =2~4，對于工作條件惡劣時(shí)可取 nk =6； R—— 活塞桿上的最大推力（ kN）。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 32 第五章 液壓支架受力分析與計(jì)算 液壓支架工作狀態(tài) 頂板狀態(tài) 在采煤工作面中， 當(dāng)煤被采空后，就會(huì)出現(xiàn)一定的空間，由于受上部巖層壓力，出現(xiàn) 裂縫，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，危險(xiǎn)就越大。而頂板冒落 是有一定的過程的，一般可分為三個(gè)階段：開始時(shí)頂板 處于無壓狀態(tài)，此時(shí)頂板較完整，而且沒有下沉， 稱為 無壓狀態(tài)；但經(jīng)一定時(shí)間后，頂板就會(huì)下沉，通常稱為老頂來壓，此時(shí)頂板并不破裂，而且這種下沉是由一定的周期性的，所以成為老頂板來壓狀態(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)。 液壓支架的工作狀態(tài) 開始支架以初撐力支撐頂板，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)整壓力時(shí)，安全閥打開，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(hù)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(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)頂板處于無支護(hù)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 液壓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)淺載移動(dòng)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，所以我在計(jì)算支架的工作載荷時(shí)按支架的工作阻力來確定。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 33 計(jì)算載荷的確定 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既非集中載荷，又非均勻載荷，分布規(guī)律隨著支架與頂 底板的接觸情況而變化，為簡化計(jì)算，作如下規(guī)定： （ 1） .把支架簡化成一個(gè)平面桿系結(jié)構(gòu)，同時(shí)為偏于安全，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)榫鶆蚍植肌? （ 4） .通過分析和計(jì)算可知，掩護(hù)梁上矸石的作用力，只能使支架實(shí)際支護(hù)阻力降低，所以在進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算時(shí)不計(jì)，使掩護(hù)梁偏于安全。 （ 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)生有兩種情況：一種是由于支架在承載讓 壓時(shí)，由于頂梁前端運(yùn)動(dòng)軌跡為雙紐線，所以頂梁與底板有產(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老塘的水平力，最大水平力值與上相 同 。頂梁與頂板的靜摩擦系數(shù) W，目前國內(nèi)一般取 ～ 。 （ 7） .支架各部件受力，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)斷面外，還要按《液壓支架形式試驗(yàn)技術(shù)規(guī)范》的各種加載方式，以及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。 液壓支架的受力分析 支架的受力分析與計(jì)算，是按理論力學(xué)中一物體受幾個(gè)力作用下處于平衡狀態(tài)時(shí)，所受的合力矩之和為零的原理來進(jìn)行分析和計(jì)算得。所以當(dāng)支架支撐后在處于平衡狀態(tài)內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 34 時(shí)，取整體或某一部件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 軸上的投影之和為零，各力在 y 軸上的投影之和為零，各力對某點(diǎn)取矩之和為零，下面根據(jù)這一理論對支架進(jìn)行受力分析和計(jì)算。 據(jù)此把支架簡化為平面桿系進(jìn)行受力分析和計(jì)算。 整體受力如圖 5－ 1 所示。圖中 Pt和 P8為 已知，需求 1F 、 ?1F 及作用點(diǎn)位置。 R 2R 1aP 8P tF 1F 1WF 139。WF 139。 圖 5－ 1 頂梁支架受力 取頂梁為分離體 如圖 5－ 2 所示。各力對 a 點(diǎn)取矩，可寫出 F1作用點(diǎn)的位置 x 的表達(dá)式： 8 2 2 8 2 2 1 1 2 1 1 2 1 21s in c o s ( ) c o s ( ) s in ( )? ? ? ? ? ? ?? k t tP a l P a h h P a l l P a h h F w hx F （ 5－ 1） 式中 P8－平衡千斤頂?shù)耐啤⒗Γㄍ屏r(shí)，受力方向向上；拉力時(shí)相反）。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 35 h2y aP 8a 1a 2 l 2l 1x ah2P th1F 1WF 1x 5－ 2 頂梁分離體受力 再取頂梁和掩護(hù)梁為分離體，如圖 5－ 3 所示對 0 點(diǎn)取矩，可求得 1F 的表達(dá)式，將此式與（ 5－ 1） 式聯(lián)立，解出 1F 如下： xF 1F 1 Wl 3P th2h3OR 2R 1a 1h1l 1 +l 2 圖 5－ 3 頂梁和掩護(hù)梁分離體 3 1 3 1 8 2 2 2 2133( c o s s in ) [ s in c o s ( ) ]tkP l a h a P l a a h hF l W h? ? ? ?? ? （ 5－ 2） 再把（ 5－ 2）代入（ 5－ 1）式， x 可解出。 全部按支 架在 最高工 作位置 來取 數(shù)據(jù)， 將 965?? 拉PPs kN ， ??512? ，7061?l mm, 2942?l mm， 2303?l mm ， ?h mm, 3922 ?h mm, 2453 ?h mm ，?tP kN， ??201? ， 637K?h mm, ? 代入式 （ 4－ 2） 得： 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 36 ? ?? ? ）（ 62 .)245637(51c os51s i n942965 20s i n62 .420c os23011 70 ???????? ??????? ????????F = kN 然后求 x 得值。將數(shù)據(jù) 965?? 拉PPs kN ， ??512? ， 9422 ?l mm ，3921?h mm, 2452 ?h mm, ?h mm， ?tP kN， ??201? ， 100021 ??ll mm, ?F kN， ? 代入式（ 5－ 1）得： x= [ (－ 965)sin51176。294+(－ 965)cos51176。(637－ 245)+ cos20176。1000+5400sin20186。147+245]/ = mm≈900mm 從（