【導(dǎo)讀】液壓支架是在摩擦支柱和單體液壓支柱等基礎(chǔ)上發(fā)展起來的工作面機(jī)械化支護(hù)設(shè)備。液壓支架能可靠而有效的支撐和控制工作面頂板，隔離采空區(qū)，防止矸石竄入工作面，煤壁，從而滿足了工作面高產(chǎn)、高效和安全生產(chǎn)的要求。液壓支架的總重量和初期投資費(fèi)。作面后，放頂煤開采進(jìn)入一個(gè)新發(fā)展階段。采用采煤機(jī)或刨煤機(jī)采煤。放頂煤作業(yè)在安全可靠的工作條件下進(jìn)行，從而使工作面產(chǎn)量。近年來，綜采放頂煤技術(shù)在我國得到了迅速的發(fā)展和廣泛的普及，綜采放頂。布朗齊礦區(qū)試驗(yàn)成功。該支架為四柱式，尾梁呈“香蕉”型，其擺動(dòng)角度由千斤頂控制，配有兩臺(tái)輸送機(jī)，第二臺(tái)輸送機(jī)安置于尾梁后部的底板上。英國研制的“開天窗”式放頂煤支架在掩護(hù)梁上。開了放頂煤“天窗”，由液壓千斤頂控制開關(guān)，“天窗”附件設(shè)有攪動(dòng)桿，以便于冒落頂煤，MB17×28S和FB21×30S型放頂煤液壓支架分別代表了插板式和“開天窗”式放頂煤。發(fā)火中止了試驗(yàn)。支架在緩傾斜工作面試驗(yàn)，最高月產(chǎn)達(dá)萬t獲得了成功。

　　

【正文】 梁及其千斤頂組成放煤機(jī)構(gòu)，能夠操縱鉸接在掩護(hù)梁上的尾梁千斤頂，使尾梁向上轉(zhuǎn)動(dòng)擋矸或松動(dòng)頂煤。向下轉(zhuǎn)動(dòng)尾梁時(shí)收回插板進(jìn)行放煤，可反復(fù)多次進(jìn)行放煤。這種架型穩(wěn)定性好，操作方便，放煤口大，利于放煤。 尾梁由尾梁體、插板千斤頂、插板、側(cè)護(hù)板及其千斤頂組成。尾梁體和插板均為焊接箱體結(jié)構(gòu)，插板千斤頂控制插板在尾梁的導(dǎo)軌上滑動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)伸縮。插板千斤頂?shù)男谐虘?yīng)滿足擋矸要求，尾梁長度的確定應(yīng)滿足工作空間的要求，插板應(yīng)盡可能加寬以減小架間間隙，如圖 382。 中國礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 33 頁 圖 382 后四連桿結(jié)構(gòu)的小插板放煤機(jī)構(gòu) 本文選擇小插板機(jī)構(gòu)，其尾梁可上擺 14176。，下擺 33176。 4 液壓支架的受力分析 概述 液壓支架工作狀態(tài) 在工作面中，當(dāng)煤采空后，會(huì)出現(xiàn)一定的空間。受上部巖層壓力，會(huì)出現(xiàn)裂縫和離層。不及時(shí)支護(hù)就會(huì)出現(xiàn)頂板冒落的情況。不支護(hù)時(shí)間越長，危險(xiǎn)就越大。 頂板冒落一般可分為三個(gè)階段：開始時(shí)頂板處于無壓狀態(tài)，此時(shí)頂板較完整且不下沉，此時(shí)稱為無壓狀態(tài)； 但經(jīng)一定時(shí)間，頂板就會(huì)下沉，稱為老頂來壓。此時(shí)頂板并不破裂，而且這種下沉是具有一定周期性的，所以稱為周期來壓；如果不及時(shí)支護(hù)，頂板就會(huì)因?yàn)槠屏讯奥?，此時(shí)稱為冒落狀態(tài)。 液壓支架在三種狀態(tài)下工作情況如下：無壓狀態(tài)時(shí)支架以初撐力支撐頂板。當(dāng)周期來壓時(shí)，頂板下沉，立柱下腔的壓力增加，當(dāng)壓力增加到大于安全閥調(diào)整壓力時(shí)，安全閥打開，立柱下腔壓力下降，此時(shí)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，就不斷讓壓，故立柱需要有一定的向下行程，如果沒有向下行程，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。支架前移后，頂板處于無支護(hù)狀態(tài)，頂板就要冒落。 支架在工作面受力是由于頂板下沉 ,又有向采空區(qū)移動(dòng)的趨勢(shì) ,使底座受底板反力和頂梁受合力 ,其中頂板合力的垂直分力 F由支架的工作阻力來克服，所以計(jì)算支架的工作載荷時(shí)按支架的工作阻力確定。 計(jì)算載荷的確定 支架實(shí)際受載荷的情況很復(fù)雜，底座和頂梁上的載荷既非集中載荷，又非均勻載荷，中國礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 34 頁 其分布規(guī)律隨著頂?shù)装迮c支架的接觸情況而變化，為簡化計(jì)算，作如下規(guī)定： 1. 將支架簡化成一個(gè)平面 桿系結(jié)構(gòu)，同時(shí)為安全，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)上的直梁來計(jì)算。 3. 頂梁、底座與頂?shù)装寰J(rèn)為是均勻接觸，載荷沿支架長度方向按線性規(guī)律分布，沿支架的寬度方向?yàn)榫鶆蚍植肌? 4. 通過分析計(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，故在進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算時(shí)不計(jì)，使掩護(hù)梁偏安全。 5. 短柱和立柱均按最大工作阻力計(jì)算。 6. 作用在頂梁上的水平力有兩種情況：一種是支架在承載讓壓時(shí)，頂梁前端運(yùn)動(dòng)軌跡為雙紐線，所以頂梁與底板有發(fā)生位移 的趨勢(shì)，頂梁合力與靜摩擦系數(shù)的乘積為水平力，方向與頂梁產(chǎn)生位移方向的趨勢(shì)相反；另一種是頂板向采空區(qū)移動(dòng)，支架頂梁受指向煤壁的水平力，最大水平力的數(shù)值大小與第一種相同。頂梁與頂板的靜摩擦系數(shù) f，國內(nèi)一般取 — 。 7. 支架的各部件受力大小按不同支護(hù)高度時(shí)受力的最大值進(jìn)行校核。 8. 各結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度校核，除應(yīng)按理論支護(hù)阻力校核危險(xiǎn)斷面外，還需要按《液壓支架形式試驗(yàn)技術(shù)規(guī)范》的各結(jié)構(gòu)件的加載方式，及支架的額定工作阻力逐一進(jìn)行校核。超過額定工作阻力 10%的超載試驗(yàn)，由安全系數(shù)保證。 液壓支架基本技術(shù)參數(shù)的確定 支護(hù)強(qiáng)度 支護(hù)強(qiáng)度是指支架對(duì)單位面積頂板提供的工作阻力。 FPq ??? （ ） 式中： p — 支架總工作阻力， N； ?— 支護(hù)效率； 不同的架型可選擇以下數(shù)據(jù)： 支撐式支架 ? = 1 支撐掩護(hù)式支架 ? = 支頂掩護(hù)式支架 ? = ， .... 支掩掩護(hù)式支架 ? =， ..... 本設(shè)計(jì)為支撐掩護(hù)式支架，取 F—— 支架的支護(hù)面積， 2m 。 ))(( KBCLF ??? （ ） 式中： L—— 支架頂梁長度； mm C—— 梁端距； mm B—— 支架頂梁寬度； mm K—— 相鄰支架頂梁間隙； mm。 中國礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 35 頁 帶入以上數(shù)據(jù)可得： 8 0 0 3 MPq ???? 初撐力 初撐力的大小對(duì)支架的成本和支護(hù)性能 有很大的影響。較大的初撐力使支架能較快達(dá)到工作阻力，增加頂板的穩(wěn)定性，減緩頂板的早期下沉速度，但對(duì)液壓元件和乳化液的耐壓要求提高。一般取初撐力為 — 倍的工作阻力。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求：初撐力 = 工作阻力 = ?? KN 移架力和推溜力 移架力與支架結(jié)構(gòu)、質(zhì)量、頂板性質(zhì)、煤層厚度有關(guān)。一般薄煤層支架的移架力為 100— 150KN，中厚煤層支架為 150— 300KN，厚煤層支架為 300— 400KN。推溜力 一般為 100—150KN。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，取移架力為 300KN，推溜力為 150KN。 立柱及相關(guān)液壓系統(tǒng)參數(shù)的確定 確定立柱參數(shù) 立柱的缸體內(nèi)徑按下式進(jìn)行計(jì)算： ?? c osp40d an FD ? （ ） 式中： dD — 立柱缸體內(nèi)徑； F— 支 架承受的理論支護(hù)阻力， N； n— 每架支架立柱數(shù)； ap — 安全閥調(diào)正壓力， Pa； 按產(chǎn)品樣本選取，選 BYF1 型安全閥， MPaa 40p ? ； ? — 立柱最大傾角； 本支架中， F=4800KN,n=4, MPaa 40p ? , ?10?? 則： ?10c o 4 8 0 040c o sp40d ??? ??? ?? an FD= ?。?dD =230mm 表 .1內(nèi)徑尺寸系列（ GB234880） 中國礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 36 頁 參照上表，故最終選取內(nèi)徑 230mm，《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表 230mm時(shí)油缸標(biāo)準(zhǔn)外徑為 273mm，活柱外徑 220mm。 支架立柱為單伸縮機(jī)械加長式，根據(jù)液壓缸推薦相關(guān)鋼材最終確定尺寸如下： 外徑（ mm) 內(nèi)徑 (mm) 缸體 273 230 活柱 210 180 加長桿 179 支架立柱的壁厚 ）（ mm? 一般為 ?? ?dD ,即中等壁厚，按下式計(jì)算： ? ? m a xm a x pDp d?? ?? （ ） 式中： p— 缸內(nèi)工作壓力，2d4DPp ??? Pa； P— 單個(gè)立柱的工作阻力，取 P=4800/4=1200 KN 則： 23 1012 0044 232d ?? ????? DPp ? MPa ??? — 缸體材料許用應(yīng)力， MPa，缸體選用 27SiMn， ??? =980MPa dD — 立柱缸體內(nèi)徑。 代入相關(guān)數(shù)據(jù)，得 . ? ? 8 2 3 m a xm a x ??? ???? pDp d??mm 取， mm10?? 泵站壓力確定按產(chǎn)品目錄規(guī)定的泵站工作壓力 ,再考慮壓力損失 , BXRB2 型工作壓力為 20MPa 和 35MPa 兩種 ,一般選 35MPa 計(jì)算時(shí)考慮損失按 32MPa 進(jìn)行計(jì)算 .因此取泵站壓力為 32MPa。 MPaPb 35? a3239。b MPP ? 立柱初撐力按下式進(jìn)行計(jì)算 : 39。21 104 bd PDP ??? ? （ ） 式中： 39。bP — 泵站額定工作壓力減去從泵站到支架沿程壓力損失后的值，取 32MPa 帶入數(shù)據(jù)得： KNP 1321 ? 中國礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 37 頁 4. 安全閥壓力和立柱工作阻力的確定 安全閥的的調(diào)整壓力，按選定后的立柱缸體內(nèi)徑 dD 和支架承受的理論支護(hù)阻力 m1F來確定，即： 2da 40DFP z?? () 式中： zF 按下式計(jì)算 : ndmn FF ?cos1z ? （ ） 式中 n? —— 支架在最高位置時(shí)立柱傾角， 5度。 代入數(shù)據(jù)得 KNF 1 2 0 55c o s4 4 8 0 0z ??? ? 1 2 0 5402a MPP ???? 即 aP 取 40MPa 合理。 立柱工作阻力按下式進(jìn)行計(jì)算： KNPDPad 1 6 6 140104 222 ???????? ? () 液壓支架立柱強(qiáng)度驗(yàn)算 ， 表 液壓支架立柱已知參數(shù) 初撐力 KNP/1 1329 工作阻力 KNP/2 1661 油缸外徑 mmD/0 273 活柱外徑 mm/1D 210 油缸內(nèi)徑 mmDd/ 230 活柱內(nèi)徑 mm/2D 180 立柱調(diào)高行程 /mm 1600 液壓行程 /mm 900 加長桿調(diào)高 /mm 700 加長桿直徑 mm/d?D 179? 158 2. 油缸穩(wěn)定性計(jì)算 驗(yàn)算活塞桿全部伸出并受最大同心縱向載荷的穩(wěn)定性。油缸的穩(wěn)定性條件為 : PJJPP ????????????121kk () 式中： kP — 油缸穩(wěn)定的極限力； 中國礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 38 頁 P— 最大工作阻力； 1J — 活塞桿斷面慣性矩（設(shè)加長桿為活塞桿進(jìn)行驗(yàn)算）； 44411 305864 cmdJ ???? ?? 2J — 缸體斷面慣性矩 444442 1 3 5 2 264 )(64 )( cmDDJ a ?????? ?? 30581352212 ??JJ 9812870 98112 ???ll 1l — 活塞桿端部銷孔至油缸限位處間距； 2l — 缸底銷孔至油缸限位處間距； 由以上條件查極限力計(jì)算圖 ，得 161k ?JP 立柱穩(wěn)定性的極限力為 MNJJPP k 2121k?????????????? 立柱最大工作阻力小于極限力，故滿足穩(wěn)定條件。 此 kP 值僅當(dāng)活塞桿頭部距在載荷下發(fā)生最大撓度出的距離 x l 才適用 lPJx ??? 9322 80 1 其中 l 為立柱活塞桿全部伸出時(shí)缸底和柱頭的軸銷孔之距， l =2870mm。 （ 1）在承受同心最大軸向載荷時(shí)，油缸的初始撓度 1? 為： ? ?? c o s22 2121211 PllGlal ll ??