【導讀】采煤綜合機械化，是加速我國煤炭工業(yè)發(fā)展，大幅度提高勞動生產率，實現煤炭工業(yè)現代化的一項戰(zhàn)略措施。綜合機械化不僅產量大，效率高，液壓支架是綜合機械化采煤方法中最重要的設備之一。液壓支架主要由以下幾個基本部分組成：頂梁，掩護梁，四連桿機構，側護板，底座，立柱和千斤頂等。設計要遵循支護性能好、強度高、移架。速度快、安全可靠等原則。改細節(jié)，最后對主要構件進行強度校核，并用有限元分析部分構件。

　　

【正文】 ???q = 頂梁后端比壓為 3q 3213 10lg )64( ????mBxLgFq 式（ ） 代入公式（ 39）得 : 40 323 )( ??? ?????q = Mpa 支護強度 支架的結構設計結束，其結構尺寸已定。再經受力分析，其外載荷也已確定。于是可求出支架實際支護強度如下式： 31 10)( ?????mBLgFq 式（ ） 式中： Lg—頂梁長度， mm Bm —頂梁寬度， Δ—頂梁前端至煤壁的距離， 300mm 代入公式（ 310）得 : )( ?????q ＝ 掩護梁受力分析 如圖 所示。寫出連桿受力 F5,F6 的表達式。 41 圖 掩護梁分離體受力 后連桿受力 : 4343 s intanc os tan ??? ? ??? aa yxF ＝后連桿 式（ ） 式中： 4? —后連桿與水平的夾角， 75 度 3? —前連桿與水平面的夾角， 57 度 `, ` ,a a a ay x y x? 的反作用力。 代入公式（ ）得 : ???? ????? 75s i n57tan75c os )(57tan)(＝后連桿F ＝ KN 前連桿受力： 34a s in s in39。y ? ??? 后連桿前連桿 ＝ FF 式（ ） 代入公式（ ）得 42 ? ???? 57s i n s i )(＝前連桿F＝ KN 液壓支架的底座受力分析及計算 取 底座為分離體進行受力分析 取底座為分離體進行受力分析，如圖 所示，可求出底板對底座的支撐反力 39。1F 及作用點的位置 39。X 如下： 圖 底座分離體受力 1 ` ` c os 1 ` c os 2 si n 4 si n 3F Pa Pb F F? ? ? ?? ? ? ?后 連 桿 前 連 桿 式（ ） ???????????? 57s i i o s251218c o s251239。1F =3767.48 KN ` c os 1 ( 5 6) ` c os 2 6 ` si n 2( 5 3 )si n 3 c os 3 ( 4 5 ) 1 ` 5`1`Pa l l Pb l Pb h hF F h h F hxF? ? ?? ? ?? ? ? ? ?? ? ?? 前 連 桿 前 連 桿`` 43 式（ ） 式中： F1`—底座集中力大小， KN F 前連桿 ＇ —F 前連桿 的反作用力。 X＇ —底座集中力距底座后端距離， mm 3h —前后立柱下鉸點距底座下平面之距， 3h =200mm 4h —前連桿下鉸點距底 座下平面之距， 4h =1452mm 5h —后連桿下鉸點距底座下平面之距， 5h =900mm 5l —前后立柱下鉸點之距， 5l =1200mm 6l —后排立柱 下鉸點與底座后端之距， 6l =1192mm 4l —前后連桿下鉸點水平距離 ， 4l =792mm baPP???? ba P,P 的反作用力 由于支架重量相對于支架所受工作阻力很小，所以支架的重量可以忽略不計，支架底座集中力與頂梁集中力相等 , ?? 1139。 FF KN 由 式（ 38）得 )9001452(57c o i )202100(8s i n251211928c o s2512)11921200(18c o s251239。 ????????????????????????x X`= 小結 本章對支架重要部件進行了受力分析，主要包括頂梁、掩護梁及底座的受力分析，由于這些構件在工況下的受力較為復雜，在對其受力分析時采用分離式的分析方法，這樣就簡化了分析過程，式分析過程更為清晰。 44 第 4 章 液壓支架強度校核 在液壓支架的研制，試驗過程中，各構件的強度計算是極為必要的。由于液壓支架的結構特點，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。當然強度條件要以現階段液壓支架所選用的材料 、制造工藝以及失效形式等為依據，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的調整。 材料的選擇 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。 2. 結構件、銷軸、活塞桿的屈服極限及強度條件。 1) 各構件通常采用 16Mn 等普通低合金結構鋼，并由具有標準厚度的鋼板焊接而成，取 s? ＝ 459MPa 2) 底座用 HT300，取 MPab 230?? 3) 主要銷軸均采 用 CrMo 等合金結構鋼取屈服極限 s? ＝ 561Mpa 4) 活塞桿均采用 45 號鋼，取屈服極限 s? ＝ 5) 結構件、銷軸和活塞桿的強度條件為 ? ?nn s ?? m ax?? 式（ ） 式中 max? －危險斷面計算出的最大應力， MPa， ??n －許用安全系數 3. 缸體材料采用 27SiMn 無縫鋼管，取抗 拉強度 b? ＝ 1020MPa，強度條 45 件為 ? ? ? ?nn b ?? ?? 式（ ） 式中： ??? －缸體許用應力， MPa ??n －許用安全系數，取 ～ 4 1）焊條抗拉強度取 b? ＝ 561Mpa，其強度條件 ? ?nn b ?? ?? 式中 σ－計算出的焊縫許用應力 b? 按焊條類型確定 2）許用擠壓應力按下式計算 ? ? sc ?? ? 式（ ） 安全系數，查書得表： 表 41 安全系數 安全系數 前梁 頂梁 底座 主要軸 缸體 焊縫 活塞桿 [n] ～ 4 ～ 4 46 頂梁的強度校核 圖 頂梁中部集中載荷實驗加載方式示意圖 如圖 所示 ，剖面線部分為頂梁中部所加的鋼條，也就是作用力的位置。鋼條所在的位置為，兩柱窩中點。 現將此實驗中頂梁的受力模型列于下圖中： 畫出頂梁結構簡圖、受力圖、剪力圖和彎矩圖 圖 b 為剪力圖，從右向左取，向上為負，向下為正。對一個點左右的剪力計算如下： A: QA 左 ＝ P1=2512 KN B: QB 右 =P2=2512 KN QB 左 =P2+F=2512+= KN C: QC 右 =P2=2512 KN 圖 c 為彎矩圖 ???? a x LPM 25121000=105 按彎曲應力計算進行強度校核 由計算得知，按彎壓聯合計算，不如按最大彎曲應力計算應力大。為了安全，在 AA 截面，采用最大彎曲應力進行校核 ，如圖 所示 。 計算截面面積 F 及截面形心至 a－ a 面的距離 y。 全部厚度為 δ＝ 30mm 47 首先對每塊鋼板編號，把位置狀態(tài)相同和截面積相同的鋼板編成一個號，然后計算截面面積 iF 最后計算截面形心距 iy 即： 圖 頂梁截面圖 F1=L1δ2=2= F2=F3=L2δ2=2= m2 F4=F5=L4δ== m2 y1= 21L = y5=2? = y2=y3= 22L +2δ= y4=L1δ== y=543215544332211 FFFFF yFyFyFyFyFF yFiii ???? ??????? 式（ ） = 每個零件中心到截面形心的距離： a1=yy1== a2=yy2== a3=yy3== a4=yy4== 48 a5=yy5== 矩形截面的慣性矩為： 123bhJzc ? 式（ ） 式中 b－截面寬度 h－截面高度 計算每個零件的對截面形心的慣性矩 ziJ ??????? 23121311 FalJ z ? 103 m4 ??????? 23222322 FalJ z ? 103 m4 ??????? 23323333 FalJ z ? 103m4 ??????? 23424344 FalJ z ? 103 m4 ??????? 23525355 FalJ z ? 103m4 JZ=JZ1+JZ2+JZ3+JZ4+JZ5=103 +103+103+103+103=103m4 計算彎曲應力和安全系數 m a x m a x 2m a x m a x 2zzMM LyJJ????? ? ????? 式（ ） = 1 35 ??? = 安全系數： 49 n= a x ????? s 合格。 校核 B－ B 截面的剪切強度 在截面 B－ B 的剪力最大，且腹板采用 鋼板焊接，故需要校核，現對中性軸處剪切力進行校核，即 max 0max0zQSJb? ? 式（ ） maxQ －最大剪力 0b －截面沿中性軸的總寬度 b0=δ2= 0S －截面中心軸之上各塊面積對中性軸靜矩 ? ? ? ????? )(0 iiiii yyFyFIS ++= max 0max0zQSJb? ? 式（ ） = 35 ?? ???= 安全系數： ][ ][ m a xm a x ??????? nJn s? ?? 式（ ） 所以 B— B截面強度合格。 50 底座的強度校核 畫底座受力圖 圖 底座受力圖 已知： P1=2512, P2=2512. L1= 588mm, L2=1200mm, L3=1442mm 計算最大彎矩 mNLPM ??????? 621m a x 式（ ） 由圖 所示 ：兩柱窩中間的截面彎矩最大。 畫出危險截面 危險截面如圖 所示。 cb(a)TP 2 P 1MQ 圖 底座危險截面 51 校核計算 因為底座是鑄造出來的，所以截面慣性矩近似用矩形公式計算： 433 mbhI z ???? 式（ ） 式中： b 為截面寬 mm。 h 為截面高 mm。 彎曲截面系數： 3m a x 02 myIW zz ??? 式（ ） 式中： ymax為中性軸到最遠截面距離。 最大彎曲正應力： MP aMP aWM bz 230][ 6m a xm a x ?????? ?? 式（ ） 合格。 底座有限元分析 圖 底座有限元分析應力結果顯示 圖 為 底面固定 ，四立柱每個柱窩受豎直向下的力 P 立柱 =， 52 前連桿受壓力 P 前連桿 =59MPa，后連桿受拉力 P 后連桿 =。 結果顯示受最大應力為 108N/mm2即 ≤230MPa。 所以合格。 前后連桿的校核 前連桿的校核 由以上受力分析可知，前連桿是二力桿，只受拉力作用 F 前連桿=. 面積： A=ab=200150=30000mm2 式中： a,b 分別為截面寬和高， a=200mm,b=150mm 拉應力 aF 59M . 36A ??? ? 式（ ） 安全系數 ???? ?? sn 式（ ） 所以前連桿合格。 后連桿的校核 同前連桿一樣，后連桿也只受一個拉力作用， F 后連桿 =。 面積 A=ab=200330=66000mm2 式中： a,b 分別為截面寬和高， a=200mm,b=150mm 拉應力 53 MP aAF ???? 安全系數 ???? ?? sn 所以后連桿合格。 小結 對液壓支架承載較大的構件進行強度校核，包括頂梁強度校核 ，底座強度校核及前后連桿強度校核。在對其進行校核的過程中，通過 Pro/E進行三維建模，然后得到其應力應變圖，使分析結果一目了然。 54 第五章 液壓支架液壓系統 分析 液壓支架的液壓系統的簡介 液壓支架不僅需要有良好的結構以適應所工作的煤層地質條件，而且還要配備完善而可靠的液壓系統及液壓元件來實現支架的優(yōu)良工作性能。液壓支架的液壓系統屬于泵缸開式系統。動力源是乳化液泵，執(zhí)行元件是各種液壓缸。