【導(dǎo)讀】端頭支架分別用于上下順槽，主要功能是維護好巷道和回采工作面交叉口處的頂板；定的超前支護作用。高等一系列缺點。在工程實際當(dāng)中節(jié)省了大量的勞動力，而且，還提高了端頭支架工作。作業(yè)情況得到了巨大改善。2端頭液壓支架主要部件的設(shè)計........

　　

【正文】 ??= 式 () 取整后為 40mm 根 據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，立柱主要技術(shù)參數(shù)如下： 缸體內(nèi)徑 200mm 活柱外徑 190/185mm 工作阻力 1764kN 額定工作壓力 推薦選用鋼材 245 28 鋼材規(guī)格 200*24/194*25 立柱的初撐力與泵站額定工作壓力 泵站額定工作壓力為 32Mpa。 F=32106 cos02+32 106 cos42=4005KN 立柱初撐力按下式計算 : F1= 42Da? Pc=32106 = 安全閥的調(diào)定壓力與立柱的實際工作壓力 安全閥的調(diào)定值 Pa 由支架的理論支護阻力來確定： Pa=240DaFz? 式 () ?????? 0c os24c os2 FmFz 式 () 安全閥的調(diào)定壓力設(shè)定為 32 Mpa，立柱的工作阻力 39。22 4 PaDaF ??=3210 0 0 40 3 1 ?? 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。單頂板載荷復(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)，簡化為平面桿系結(jié)構(gòu)。同時為偏于安全，可以認為頂梁前端載XXXX 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 23 荷為零，載荷沿頂梁長度方向向后越來越大呈三角形分布， 并且按集中載荷計算。所以，支架支撐力分布也為三角形，以此計算立柱柱窩的位置。 前面已經(jīng)設(shè)定出立柱下鉸點之間的距離為 2675 mm ， L 21 L? =2675mm。 取頂梁為分離體，其受力如下圖所示： 圖 頂梁受力圖 對 A 點取距： 即 0?? AM ? ? ? ? ? ? 034s i n0c os4s i n26850c os 112222121211 ?????????????? gLFhhPLPhhPLPfh 式 () 式中 ： F ? f= wF1 KNPP 0 0 0 0 4221 ???? h mmLmmhmm g 4300。200。320 21 ??? 把數(shù)據(jù)代入上式中可得： L2 =4300mm 根據(jù)前后立柱的傾角，便可確定立柱下柱窩的位置。 四連桿結(jié)構(gòu)的設(shè)計 四連桿的作用 四連桿機構(gòu)是掩護式支架和支撐掩護式支架的最重要部件之一。起作用概括起來主要有兩個： 其一：當(dāng)支架由高到低變化時，借助四連桿機構(gòu)式支架頂梁前端點的運動軌跡呈近XXXX 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 24 似雙紐線，從而 使支架頂梁前端點與煤壁間距離的變化大大減小，提高了管理頂板的性能； 其二：是使支架能承受較大的水平力。 為了掌握四連桿機構(gòu)的設(shè)計方法，必須正確理解四連桿機構(gòu)的作用。下面通過四連桿機構(gòu)動作過程的幾何特征進一步闡述其作用。這些特征是四連桿動作過程的必然結(jié)果。 掩護式和支撐式支架均采用雙搖桿機構(gòu) ,雙搖桿機構(gòu)形成的條件是最短桿和最長桿之和小于其余兩桿長度之和 ,而最短桿為上連桿 (掩護梁 ),最短桿的對邊為固定桿 (底座 )。四連桿機構(gòu)使支架頂部端點的運動軌跡呈近似雙扭線 ,從而使支架頂梁前端的端面離煤壁距離大大減小 ,提高了管 理頂板性能 ,使支架能承受較大的水平力。 (1) 支架從高到低運動時 ,頂梁端點運動軌跡的最大寬度應(yīng)不大于 70ｍｍ ,最好為 30ｍｍ以下。 (2) 支架在最高位置時和最低位置時 ,橫梁和掩護梁的夾角α和后連桿與底面夾角β ,滿足以下要求 :支架最高位置時 ,α =52~62176。 ,β =75~85176。 。支架在最低位置時 ,考慮矸石便于下滑 ,防止矸石停留在掩護梁上 ,根據(jù)物理學(xué)摩擦理論可知 :要求ｔｇα ｆ ,如果按鋼和矸石的摩擦系數(shù)ｆ =,可求得ｔｇα =0 3,α =176。 ,為了安全可靠 ,最低位時應(yīng)使α≥ 25176。為宜 ,而β角主要考慮 掩護梁底部距底板要有一定距離 ,防止支架后部冒落矸石卡住后連桿 ,使支架不能降下來。 (3) 掩護梁與頂梁鉸點ｏ′和瞬時中心Ｏ之間的連線與水平線夾角為θ ,設(shè)計時要使ｔｇθ≤ 0 .35。 (4) 支架工作段要取曲線向前凸的一段ｈ段。其原因是因為頂板來壓時 ,立柱受壓下縮 ,使頂梁有向前移的趨勢 ,防止巖石向后移動 ,又可以使作用在頂梁上的摩擦力指向老塘 ,同時底板阻止底座向后移 ,使整個支架產(chǎn)生順時針轉(zhuǎn)動的趨勢 ,從而增加了前梁端部的支撐力 ,防止頂梁前端頂板冒落 ,又可以使底座前端比壓減小 ,又可防止啃底 ,有利于移架 ,再則減小了水 平力的合力 ,由于支架承受的水平力由掩護梁來克服 ,所以減輕了掩護梁的受力 下面用解析法來確定掩護梁和后連桿的長度： 設(shè)： G —— 掩護梁長度； A —— 后連桿長度； XXXX 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 25 L 2 —— e’ 點引垂線到后連桿的長度； H1 —— 支架最高位置時的計算高度； H2 —— 支架最低位置時的計算高度 ； 按照幾何關(guān)系可得出： G cosP 1－ A cosQ ＝ L 2 式 () G cosP 21－ A cosQ＝ Ｌ 2 式 () 將（ 1）、（ 2）兩式聯(lián)立可得： 1212C OS QC OS QC OS PC OS PGA??? 式 () 按四連桿機構(gòu)的幾何特征要求，初選： P1=45176。 ,P2=60176。 ,Q1=60176。 ,Q2=45176。 把各個角的數(shù)值代入（ 3）式可得： 支架在最高位置時的計算高度為： H1 =G sin P1 + Asin Q1 式 () 由（ 4）、（ 5）兩式連立可得： G =2182mm A=1682mm 取 G=2100 A=1600mm 重新算得 P1=45176。 P2=28 176。 Q1= 58176。 Q2=31176。 四連桿的幾何作圖法過程 用幾何作圖法確定四連桿結(jié)構(gòu)的各部尺寸，具體做法如圖 34 所示。作圖步驟如下： (1) 確定后連桿下鉸點 O 點的位置，使它大體比底座地面略高出 200 ～ 250 mm (或類比同類型支架 )。 (2) 過 O 點作于底座底 面平行的水平線 HH 線。 (3) 過 O 點作與 HH 線的夾角為 1Q 的斜線。 (4) 在此斜線上截取線段 oa ,oa 長度等于 A ， a 點即為后連桿與掩護梁的鉸點。 (5) 過 a 點作與 H H 線有交角 1a 斜線，以啊點為圓心，以 G為半徑作弧交此斜線一點 e 39。 ，XXXX 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 26 此點為掩護梁與頂梁的鉸點。 (6) 過 e 39。點作 H H 線的平行線 F F 線 ，則 H H 線與 F F 線的距離為 1H ，為液壓支架座高位置時的計算高度。 圖 四連桿機構(gòu)的幾何作圖法 (7) 以 a 點為圓心，以 ( ～ )G 長度為半徑作弧，在掩護梁上交一點 b ，為前連桿上鉸點位置。 (8) 過 e 39。 點作 F F 線的垂線 (認為液壓支架由高到低變化時， e 39。點在此直線上滑動 )。 (9) 在垂線上作液壓支架在最低位置時，頂梁與掩護梁的鉸點 e 39。39。 。 (10) 取 39。39。39。ee 線中間 某一點 e’’ ,為液壓支架降到此高度時掩護梁與頂梁的鉸點 (液壓支架由高到低變化時，頂梁前端點運動軌跡為近似雙扭線，中間這一點的位置直接影響到頂梁運動軌跡的形狀、變化寬度等 )。 (11) 以 o 點為圓心， oa 為半徑作圓弧。 (12) 以 e 39。39。 點為圓心，掩護梁長度 39。ae 為半徑作弧，交前圓弧上一點 a 39。，此點為液壓支架降到中間某一位置時，掩護梁與后連桿的鉸點。 XXXX 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 27 (13) 以 e 39。39。39。 點為圓心，掩護梁長 39。ae 為半徑作弧，交最前面圓弧上一點 a 39。39。，此點為支架降到最低位置時，掩護梁與后連桿的鉸點。 (14) 連接 39。39。39。ae 、 39。39。39。39。39。 ae ,并以 a 39。點為圓心， ab 長為半徑作弧，交 39。39。39。ea 上一點 b39。 點；以 a 39。39。點為圓心， ab 長為半徑作弧，交 39。39。39。39。39。 ea 上一點 b39。39。 點。則 b、 b39。、b39。39。 三點為液壓支架在三個位置時，前連桿的上鉸點。 (15) 連接 oa39。 、 oa39。39。 為液壓支架降到中間某一位置和最低位置時后連桿的位置。 (16) 分別作 39。bb 和 39。39。39。bb 的垂直平分線，其交點 c 即為前連桿下鉸點， bc 為前連桿長度。 (17) 過 c 點向 H H 線作垂線，交點 d ,則線段 oa 、 ab 、 bc 、 cd 和 do 為液壓支架四連桿機構(gòu)。 (18) 按以上初步求出的四連桿機構(gòu)的幾何尺寸，再用幾何作圖法畫出 液壓支架掩護梁與頂梁鉸點 e 39。的運動曲線，只要逐步變化四連桿機構(gòu)的幾何 尺寸，便可以畫出不同的曲線來，再按液壓支架四連桿機構(gòu)的特征進行校核， 最終選出較優(yōu)的四連桿機構(gòu)尺寸來。 XXXX 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 28 4 端頭支架主要零部件的強度校核 在液壓支架的研制、實驗過程中，各構(gòu)件的強度計算是極其必要的。前面數(shù)章的內(nèi)容已經(jīng)給出了支架主要部件受力分析和負荷的計算方法。但是由于液壓支架的結(jié)構(gòu)特點、外載荷特點以及使用條件的特殊性，在強度計算中的強度條件也有其特殊性。當(dāng)然其強度條件要以現(xiàn)階段液壓支架所選的材料、制造工藝以及失效形式的為依據(jù)，隨著時間的推移，如果上述諸點有變，強度條件也必須作相應(yīng)的調(diào)整。下面簡單介紹我國液壓支架強度計算中的強度條件。 (1) 強度校核均以材料的屈服極限 s? ,計算安全系數(shù)。 (2) 結(jié)構(gòu)件、銷軸、活塞桿的屈服極限及強度條件。 i 各結(jié)構(gòu)件通常采用 15MnVN 等普通低合金結(jié)構(gòu)鋼，并由具有標(biāo)準(zhǔn) 厚度的鋼板焊接而成，取 s? =459MPa。 ii 主要銷軸采用 CrMo 等合金結(jié)構(gòu)鋼，取屈服極限 s? =５６１ MPa。 iii 活塞桿均采用 45 號鋼，取屈服極限 s? = a。 iv 結(jié)構(gòu)件、銷軸和活塞桿的強 度條件為： ｎ ? ?ns ??max?? 式 () 式中 max? —— 危險斷面計算出的最大應(yīng)力， Mpa； [n]—— 許用安全系數(shù)。 (3)缸體材料采用 27SiMn 無縫鋼管，取抗拉強度 1020?b? Mpa 強 度 條件為 ： ? ? ? ?nn b ???? 式 （ ） XXXX 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 29 式中 ??? —— 缸體的許用應(yīng)力 ； [n]—— 許用安全系數(shù) 。 (4)焊條的抗拉強度取 ,561MPab ?? 其強度條件為 : ? ? ? ?nn b ???? 式 () 式中 ??? —— 計算出焊縫的許用應(yīng)力； [n]—— 許用安全系數(shù) 。 取 ~4。 頂梁強度校核 頂梁受力 情況 頂梁受一集中載荷，其受力圖如下圖 所示： 圖 頂梁受力及彎距 由上面求出 F1 為 ，距離鉸接點 2052mm, 最大彎矩為 M= ? ? ??? = 頂梁做成等斷面箱式結(jié)構(gòu)，在最大彎矩處的斷面如 圖 ： XXXX 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 30 圖 頂梁剖面圖 頂梁強度計算 （ 1）形心位置 各板件計算數(shù)據(jù)如下表所示： 件號 1 2 3 4 數(shù)量 Fn (cm178。) yn (cm) Jn (cm4 ) 1 165 24 3 2 1 135 表 51 結(jié)構(gòu)件的形心位置為： ? ????nnnc FyFy 式 () ??? ??????????cy = (2)慣性矩 J= ? ?? ?? ?? 2nn yyFJ 式 () J