【導讀】工人安全和各項工作的正常運行，必須對頂板進行支護。而液壓支架是以高壓液體用為。推移輸送機等一整套工序，實踐表明液壓支架具有支護性能好、強度高、移架速度快，安全可靠等優(yōu)點。液壓支架與可彎曲輸送機和采煤炭機組成綜合機械化采煤設(shè)備，它的。全生產(chǎn)是不可缺少的有效措施。是實現(xiàn)采煤綜合機械自動化不可缺少的主要設(shè)備。重點是對液壓支架頂梁的受力分析和計算；用計算機計算液壓支架受力；對頂梁、掩護梁、立柱進行強度校核。通過設(shè)計對液壓支架整體和主要部件有了清楚的。認識，掌握了用CAD繪圖的技巧。傳感器，采煤機裝有紅外線傳感裝置，立柱缸徑超過400mm。和韌性，又具有良好的冷焊性能。新產(chǎn)品在不斷的改進和研制中，在掩護式和支撐掩護式液壓支架中的四連桿機構(gòu)，護梁和前、后連桿的強度計算中安全系數(shù)比其他構(gòu)件增加20％。安全系數(shù)，減輕了液壓支架的重量。為適應破碎頂板下使用液壓支架的需要，設(shè)計了一種不在底板上移架的液壓支架，

　　

【正文】 35 當支架降到頂梁和掩抄梁成 180? 角時．為使平衡干斤頂不與掩護梁發(fā)生干涉 ，可以按下式計算 7h ： eB22b bDhh ?? ? ? ? （ 415） 式中 ： eB ：掩護梁厚度， m； bD ：平衡千斤頂外徑． m； b? ：平衡干斤頂外徑與掩護梁間之間隙， — 般取 ； 1h ： 瞬心 點至頂梁和掩護梁鉸點的距離， m； 平衡千斤頂在作拉力時，取 x＝ ／ gL ；平衡千斤頂在作推力時，取 x＝ gL 。通過式 (413)求出 3F ，代人式 (414)求得 2L 。由于平衡千斤頂?shù)耐屏屠Σ煌?，?x值不同。所以，可用兩個 x代人式 (414)進行計算，求出兩個人 2L 值來，再取兩個人 2L值的平均值即可。 （ 2） 平衡千斤頂?shù)男谐逃嬎?。為防止平衡千斤頂耳環(huán)或平衡千斤頂本身被拉壞，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? 。；支架在最低位置時，頂梁能上擺 10? ，或頂梁和掩護梁近似成 180? 。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? 角；平衡千斤頂?shù)幕钊麠U全部縮回時，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 4L ，如圖 。 圖 支架在最高位置時的 4L 華北科學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 36 47L L x??? （ 416） 式中 ，由下式進行 計算 2 2 2 2 712 7 1 4 2 7 12( ) s in ( ) s in ( 9 0 a r c ta n )hhx L h h L h h L?? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（ 417） 當頂梁和掩護梁成 180? 角時，平衡千斤頂達到最大長度 5L ，如圖 所示。 圖 5L 計算圖 7 5 2L L L?? （ 418） 行程 5 4 2S L L L x?? ? ? ? (3)平衡干斤頂在掩護梁上位置的確 定。平衡干斤頂?shù)男谐檀_定后，即可確定它在掩護梁上的位置，如圖 。 7 5 2 1 1 22L L L a b S L? ? ? ? ? ? （ 419） 式中 ： 1a ：當活塞桿全部縮回后，缸體上鉸點至活塞桿上部的距離，如圖 。 1b ：當活塞桿全部縮回時，活塞桿鉸點至活塞 桿腔出油孔中心線的距離 。 側(cè)推千斤頂?shù)?控 制方式和位置的確定 側(cè)推千斤頂伸出時，使活動側(cè)護板外移，可密閉架間間隙，起到防矸、導向、防倒和調(diào)架等作用；側(cè)推千斤頂縮回時，使活動側(cè)護板縮回，可減少移架阻力。 1)側(cè)推千斤頂控制方式 (1)無鎖緊回路且不操作時，側(cè)推千斤頂處于浮動狀態(tài)，靠彈簧筒的彈簧力控制活動側(cè)護板與鄰架的間隙。其優(yōu)點是防止頂板巖石從架間冒落，移架時摩擦阻力小。這種華北科學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 37 結(jié)構(gòu)的缺點在于防矸、防倒效果與彈簧式差不多。 (2)有鎖緊回路時，用液控單向閥鎖緊。優(yōu)點為防矸、防倒效果好。缺點在于移架時要操 縱千斤頂，使移架操作復雜化，而且架間易掉矸。 2)側(cè)推干斤頂位置布置。由于頂梁在頂板載荷作用下，要求側(cè)推千斤頂?shù)耐评Υ螅拍莒`活操作頂梁側(cè)護板，因此在頂梁上一般布置兩個側(cè)推千斤項、兩個彈簧筒。在掩護梁上 — 般僅在中間布置一個側(cè)推千斤頂，兩端各對稱布置一個彈簧簡。由于在頂梁和掩護梁上焊有橫筋板，則側(cè)椎千斤頂?shù)陌惭b位置要與橫筋板相適應，一般為對稱布置，這樣可以使側(cè)護板受力平衡。 具體布置方式有如下 3種 二孔式一采用兩個側(cè)椎千斤頂，在側(cè)推千斤頂處同時布置彈簧筒，靠彈簧力實現(xiàn)架間密封。 三孔式 — 中間孔安裝側(cè)推千 斤頂，兩側(cè)對稱安裝彈簧筒。 四孔式 —— 中間兩孔安裝側(cè)椎千斤頂，側(cè)面兩孔布置彈簧筒。 通風斷面的驗算 采煤工作面的過風量有一定要求。在過風量 — 定時，采煤工作面的通風斷面積不應過小。但在工作面中安裝液壓支架后，通風斷面積明顯減小。因此必須驗算通風斷面積。一般按工作面允許風速進行驗算。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》第一百零五條規(guī)定，工作面的風速應小于 5m／ s。 采煤工作面風速計算按下式進行： 160QV A? 采 （ 420） V：工作面風速， m／ s； 1A ：支架在采煤工作面的通風斷回積， m2； Q采 ：采煤工作面所需風量， 2m ／ min。 2qQKQ = mC沼采 （ 421） 式中 K：通風不均勻系數(shù)．一般取 K= qC ：《煤礦安全規(guī)程》第一目零五條允許的甲烷 (俗稱沼氣 )含量一般取 qC =1% 華北科學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 38 第 5 章 液壓支架的受力分析 為設(shè)計計算方便，對支架的外載荷和支架本身簡化，先概括如下 ： （ 1）把支架簡化成一個平面桿系結(jié)構(gòu)，為偏于安全，計算時把外載荷視為集中載荷。 （ 2）金屬構(gòu)件按直梁理論計算 。 （ 3）頂梁、底座和頂?shù)装灞徽J為均勻接觸，載荷沿支架長度方向按線性分布，沿支架寬度方向均勻分布。 （ 4）通過分析和計算可知，掩護梁上矸石的作用力，只能使支架實際支護力受阻降低。所以，進行強度計算時忽略不計，使掩護梁偏于安全。 （ 5）立柱 和短柱按最大工作阻力計算 。 （ 6）產(chǎn)生作用在頂梁上的水平力的情況有兩種，一是由于支架讓壓回縮，頂梁前端點運動軌跡為近似雙紐線頂梁與頂板間產(chǎn)生相對位移。頂板給與頂梁水平摩擦力；另一種是由于頂板向采空區(qū)方向移動，使支架頂梁受到一個指向采空區(qū)的水平摩擦力。頂梁和頂板的靜摩擦力系數(shù) W一般取 。 （ 7）按不同支護高度時各部件最大受力值進行強度校核 。 （ 8）各結(jié)構(gòu)件的強度校核，按理論支護阻力校核危險斷面 。 液壓支架受力分析與計算 鉸接式頂梁支撐式液壓支架的受力分析和計算 鉸接式頂梁支撐式液 壓支架受力如圖 。已知立柱工作阻力 a b m np p F F F ?、 ， 求 、 、 華北科學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 39 圖 鉸接式頂梁支架受力 圖 首先取前梁為分離體，如圖 。圖中 L和 1L 為已知，對 a點取矩，可求得 mF為 1pLF L?? （ 51） 再取后梁為分離體，如圖 。 圖 后梁分離受力 圖中結(jié)構(gòu)尺寸 23LL、 為已知。可由圖 52求出 ： a a m ay y F p? ? ? ? ? （ 52） 由圖 53，寫出力系 y方向平衡方程和 b點取短的力矩平衡方程，并由此求出 nF 和其作用點的距離 x為 n a bF y p??? （ 53） 32banp L y Lx F ??? （ 54） 鉸接式頂梁掩護式液壓支架的受 力分析和計算 鉸接式頂梁掩護式液壓支架整體受力如圖 。 華北科學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 40 圖 鉸接式頂梁支架受力 圖中 tspp、 為己知，需求從 11FF?和 及作用點位置。 首先取頂梁為分離體，如圖 。 圖 各力對 a點取矩，可寫出 1F 作用點的位置 x的表達式： 8 2 2 8 2 1 2 1 1 2 1 1 2 1 21s in c o s ( ) c o s ( ) s in ( )ttp L p h h p L L p h h F W hx F? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?? （ 55） 式中 sp ：平衡千斤頂?shù)耐?、拉?(推力時，受力方向向上；拉力時相反 )。再取頂梁和掩護梁為分離體，如圖 。 華北科學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 41 圖 頂梁和掩護梁分離體 對 O 點取矩，可求得 1F 的表達式，將此 此式與（ 55）聯(lián)立，解 1F 如下 ： ? ?3 1 3 1 8 2 2 2 2133( c o s s in ) s in c o s ( )tkp L h p L h hF L W h? ? ? ?? ? ? ?? ? （ 56） 從式 56)可知：當 sp 為“十” (平衡千斤項為推力 )且 W＝ 0時， 1F 有最小值。當 sp為“一” (平衡千斤項為拉力 )且 W＝ 時， 1F 有最大值。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。由圖 x方向和 y方向的力系平衡方程，再由此解出頂梁與掩護梁鉸點的內(nèi)力 aaxy、 ： 1 8 2 1sin c o satx p p F W??? ? ? （ 57） 1 8 2 1c os si naty p p F??? ? ? （ 58） 從式 (57)和式 (58)可以看出，當 tp 取“十”值，即平衡千斤頂為推力時 aaxy、 有最大值，掩護梁受力最大，同時前、后連桿受力也最大。所以，在驗算掩護梁和前、后連桿強度時，應按此種情況進行。再取 掩護梁為分離體，如圖 。 華北科學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 42 圖 寫出力系的 x方向和 y方向的平衡方程，解出 56FF、 為 8 2 3 2 3 3 364 4 3( c o s s in s in c o s ) s in c o sc o s s in c o s aap x yF ? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ?? ?（ 59） 8 2 6 43c o s s inc o sax p FF ??????? （ 510） 底板對底座的支撐反力 11FF?和 大小相等 1F? 作用點的位置可以由取整體支架為分離體 ， 如圖 。 華北科學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 43 圖 整體支架分離體受力 對 d? 點取矩，整理后有 1 1 11()F x x F W hx F??? ? ? （ 511） 由式 56可知，當平衡千斤頂為拉力，即 sp ?為 且 W= 時， 1F 由最大值， 1F? 也有最大值。所以在驗算底座強度時，按此條件進行 。 支撐掩護式液壓支架的受力 分析和計算 支撐掩護式液壓支架整體受力如圖 。 華北科學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 44 圖 支撐掩護式液壓支架整體受力 該支架結(jié)構(gòu)較前兩種復雜 ，但分析 方法則完全相同。 頂梁載荷的分布 當把頂梁所受頂板的載荷求出后，就可以進一步計算出載荷在頂梁上面的分布情況。由于頂板與頂梁接觸情況不同，載荷實際分布很復雜。為計算方便，假設(shè)頂梁與頂板均勻接觸且載荷為線性分布。 設(shè)頂梁長為 gL ，頂板的集中載荷為 1F ，其作用點距頂梁一端為 x。當 xgL /3，載荷分布為三角形，如圖 所示。 圖 頂梁三角形載荷分布 頂梁前端比壓 2q 為 o．頂梁后端比壓 3q 計算式如下 華北科學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 45 313 2 *103mFq B ?? （ 512） 當23ggLLx??時，載荷呈梯形分布，如圖 所示。 圖 頂梁梯形載荷分布 頂梁前端比壓： 16 32 2( 2 ) *10ggmF x Lq LB ??? （ 513） 式中： mB 頂梁寬度。 實際支護強度的計算 支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)束，其結(jié)構(gòu)尺寸已定。再經(jīng)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： 31 *10()gcFq Lb ?? ?? （ 514） 支撐式液壓支架隨支架支撐高度不同，其支護面積和工作阻力不變，故其支護強度不變。而掩護式液壓支架和支撐掩護式液壓支架，由于支架的工作阻力因支架支撐高度不同而 異，故支護強度也因支架支撐高度變化而變化 (為簡化計算，不考慮支護面積在支撐過程中的變化 )。 底座接觸比壓的計算 頂板對支架的巨大載荷經(jīng)由整臺支架傳到底板，在支架底座與底板接觸處將具有一華北科學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 46 定的比壓。由于底板巖性不同，含水量不同等因素，使底板具有不同的抗壓強度。則在設(shè)計支架時，應驗算底板的比壓。計算底板比壓時，首先計算底板與底座的接觸面積。如有一底座 ， 如圖 所示 。 圖 則其與底板的接觸面積為 dA 1 1 2 2()d a dA L b L h L h? ? ?（ 515） 式中：底座寬度， m 然后計算底座對底板的平均比壓： 210 *10dFq A ??? （ 516） 由于底板凹凸不平或底座下墊有碎矸，底座對底板的比壓很不均勻，為簡化計算而又不失其有效性，假設(shè)底座對底板均勻接觸且載荷為線性分布，設(shè)支架的整體結(jié)構(gòu)和外載荷如圖 所示 。