【正文】 4 4 411 15 .8 30 58 c m64 64dJ ? ? ?? ? ? 2J —— 缸體斷面 慣性矩 ? ? ? ?4 4 4 40 42 2 7 . 3 2 3 1 3 5 2 2 c m6 4 6 4DDJ ??? ? ?? ? ? 2113522 2 .1 0 33058JJ ?? 21981 0 .5 22 8 7 0 9 8 1ll ??? 中國礦業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 39 頁 1l —— 活塞桿端部銷孔至油缸限位處間距 ， cm； 2l —— 缸底銷孔至油缸限位處間距 ， cm； 由以上條件查 極限力計算圖，得到116KPJ ? 。 32bP? MPa 帶入數(shù)據(jù)得： 2 239。 35bP? MPa 39。 則有 04 0 4 0 5 4 0 0 2 0 . 9c o s 4 3 . 1 4 4 0 c o s 1 0d a FD nP?? ?? ? ?? ? ? 取： 23dD? cm 230? mm 支架立柱的壁厚 ? （ mm） 一般為 16 ???,即中等壁厚，按下式計算： ? ?? ?2 .3 dpD cp? ??????? （ ） 式中： p —— 缸內(nèi)工作壓力，24 dPp D?? MPa； P —— 單個立柱的工作阻力，取 5400 / 4 1350P ?? kN 則： 324 1350 10 230p ????? MPa c —— 考慮管壁公差及腐蝕的附加厚度，一般取 2mm； ? —— 強度系數(shù)，無縫鋼管取 1?? ； ??? —— 缸體材料許用應(yīng)力， MPa，缸體選用 27SiMn ， ???? 980MPa； dD —— 立柱缸體內(nèi)徑， cm。推溜力一般為 100～150 kN。但對乳化液和液壓元件的耐壓要求提高。 Pq F??? （ ） 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 1?? 支頂掩護(hù)式支架 ?? 支掩掩護(hù)式支架 ?? 本設(shè)計為支撐掩護(hù)式支架，取 F —— 支架的支護(hù)面積， m2。頂梁與頂板的靜摩擦系數(shù) f ，目前國內(nèi)一般取 ～ 。 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，沿支架寬度方向為均勻分布。 支架在這三種狀態(tài)下工作情況如下：開始支架以初撐力支撐頂板，此時為無壓狀態(tài)；當(dāng)周期來壓時，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，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)計和使用中必須注意避免的現(xiàn)象；當(dāng)支架前移后，此時頂板處于無支護(hù)狀態(tài)，頂板就要冒落。 圖 后四連桿結(jié)構(gòu)的小插板放煤機構(gòu) 本文選擇小插板機構(gòu)，其尾梁可上擺 14176。這種架型穩(wěn)定性好，利于放煤，放煤口大，操作方便。從支架整體設(shè)計看，其橫向穩(wěn)定性差，特別是那種由底座上雙千斤頂支撐掩護(hù)梁的支架，極易將千斤頂及其支座損壞 ， 結(jié) 構(gòu)如圖 。不論何種架型，其橫向長度均為架寬，縱向長度根據(jù)架型、配套設(shè)備不同而異。 圖 鉸接式長推移桿 在以上的兩種推移機構(gòu)中，長推移桿采用倒拉式， 千斤頂活塞桿收回為推溜 ,活塞桿伸出為移架，推溜力小于拉架力， 其布置圖如圖 。它的結(jié)構(gòu)簡單、可靠性好、防止支架和輸送桿下滑的性能好，但在工作面難以更換，因此，必須保證其有足夠大的安全系數(shù)。 框架式長推移桿結(jié)構(gòu)如圖 所示，它由前后兩段組成，前段為箱式結(jié)構(gòu)，后段為雙桿式結(jié)構(gòu)和導(dǎo)向塊。 短推移桿一般結(jié)構(gòu)如圖 所示，是由鋼板組焊而成的箱型結(jié)構(gòu)件，結(jié)構(gòu)簡單可靠，重量輕，被廣泛采用。在千斤頂活塞腔油路上加液控單向閥鎖緊，并加安全閥進(jìn)行保護(hù)。前梁千斤頂?shù)幕钊灰郝飞?，裝有液控單向閥和安全閥，以保證前梁的初撐力與工作阻力。 該支架設(shè)計時選用了（ 2）中的側(cè)推千斤頂安裝方式 。側(cè)推千斤頂?shù)陌惭b位置有如下幾種： （ 1）安裝在頂梁和掩護(hù)梁結(jié)構(gòu)的下面，避免在頂梁和掩護(hù)梁上開窗口，加強了頂梁和掩護(hù)梁的強度，但影響支架有效空間。 （ 2）框架連接方式推移千斤頂?shù)奶攸c：移架力大于推溜力，用于掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式 支架 。掩護(hù)梁側(cè)護(hù)板和后連桿側(cè)護(hù)板高度一般根據(jù)支架最大高度 取 ，側(cè)護(hù)板水平尺寸等于移架步距加 中國礦業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 29 頁 100～ 200mm 搭接量的原則確定。它的主要特點是結(jié)構(gòu)簡單，千斤頂可以布置在梁體的 外側(cè)，便于拆裝和維修。直角式單側(cè)活動側(cè)護(hù)板適用 中國礦業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 28 頁 于上作面傾角較小 (15 以下 )的緩傾斜煤層或水平煤層，具有擋矸密封性好和導(dǎo)向性好的特點。活動側(cè)護(hù)板增強了支架側(cè)向穩(wěn)定性，其上設(shè)置的彈簧與千斤頂都起防倒與調(diào)架作用。 中國礦業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 27 頁 圖 本文底座結(jié)構(gòu)及其附屬機構(gòu) 側(cè)護(hù)板 頂梁側(cè)護(hù)板裝置一般由側(cè)護(hù)板、彈簧 套筒 、側(cè)護(hù)千斤頂、導(dǎo)向桿和連接銷軸等組成。這種底座對底板不平的適應(yīng)性好，減少了底座的扭轉(zhuǎn)和偏載載 荷，但支架的整體剛性有所降低。底座底板是中分式的，中擋 推 移機構(gòu)直接落在煤層底板上，前立柱柱窩前有過橋板，小擋后部上方為箱形結(jié)構(gòu)。整體剛性底座立柱柱窩的前方一般要設(shè)計一過橋板，以提高底座的整體剛性和抗扭能力。 (2)與前后連桿和掩護(hù)梁一起組成四連桿機構(gòu)。 整體連桿由兩根單連桿組焊而成，用在前連桿，抗扭轉(zhuǎn)能力強，銷軸與銷孔最大配合間隙控制在 1mm以內(nèi)，以增強支架的穩(wěn)定性。低位放頂煤液壓支架的掩護(hù)梁還要連接支架的尾梁與插板，安裝尾梁千斤頂 ， 具體結(jié)構(gòu)見圖 。充分考慮了大采高支架復(fù)雜的三維空間受力，以及垮落頂板對梁體可能造成的沖擊破壞，安全系數(shù)大，強度高。 固定鋼絲和鋼絲擋圈的連接方式，不能耐高壓。 活柱和活塞桿是立柱傳遞機械力的重要零件，它要能承受壓力和彎曲等載荷作用，必須耐磨和耐腐蝕，可用 27SiMn 或 45 號鋼 制成。它適用于裝入各種液壓活塞頭和導(dǎo)向套上，為單向密封。 活塞靠密封圈密封，密封圈有 O 型、 Y 型、 U 型、 V 型、鼓型、蕾型等。 活塞可以套在活柱上，或直接焊接在活柱上。 缸體是立柱的承壓部件。 中國礦業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 21 頁 圖 本文支架頂梁 立柱 立柱是支架的承壓構(gòu)件，它長期處于高壓受力狀態(tài)，它除應(yīng)具有合理的工作阻力和可靠的工作特性外，還必須有足夠的抗壓、抗彎強度，良好的密封性能，結(jié)構(gòu)要簡單，并能適應(yīng)支架的工作要求。此外，在運輸時，楔形梁 1 可以放到下垂位置，縮短了運輸尺寸，從而方便運輸和安裝。 楔形結(jié)構(gòu)梁利用構(gòu)件間 的 摩擦自鎖原理，通過楔塊 2 與楔形梁 1 和頂梁 4 之間的摩擦作用，使楔形梁 楔塊 2 和后梁 4 在受載時保持為 —個整體，如同整體剛性頂梁。為順利移架，前梁間一般要留有 100～ 中國礦業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 20 頁 150mm 間隙，從而增加了破碎頂板漏矸的可能性。 圖 整體頂梁 （ 2）．鉸接式頂梁 鉸接式頂梁如圖 所示。 （ 1）．整體 頂梁 整體頂梁的特點是：結(jié)構(gòu)簡單，可靠性好；頂梁對頂板載荷的平衡能力較強；前端 支撐力較大；可設(shè)置全長側(cè)護(hù)板，有利于提高頂板覆蓋 率，改善支護(hù)效果，減少 支 架間漏矸。 頂梁 頂梁是工作面頂板直接接觸的部件，除要滿足一定的剛度和強度要求外，還要保 證支護(hù)頂板的需要，如：足夠的頂板覆蓋率；同時要適應(yīng)頂板的不平整性，避免因局部應(yīng)力而引起損壞。 采煤工作面風(fēng)速 計算按下式進(jìn)行。但在工作面中安裝液壓支架后，通風(fēng)斷面積明顯減小。支撐式支架和支撐掩護(hù)式支架的立柱間距為 1～ 。 支撐方式 本設(shè)計為支撐掩護(hù)式支架，根據(jù)結(jié)構(gòu)要求呈傾斜或垂直布置，一般立柱與頂梁垂線夾角小于 10 ，由于夾角較小，有效支撐能力較大。 （ 3）頂梁覆蓋率 δ 頂板覆蓋率按下式計算： 100%( ) ( )1500 4000( 4000 300) (1500 0)93%BLL b B k? ???? ? ???? ? ?? ( ) 式中： ? —— 頂梁覆蓋率 ； B —— 頂梁寬度（包括側(cè)護(hù)板伸出寬度） ， mm； L —— 頂梁總長度 ， mm； b —— 梁端距 ， mm； k —— 相鄰頂梁間間隙 。 中國礦業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 17 頁 圖 MG200/475W 型采煤機配套尺寸 （ 2）頂梁寬度： 由于取中心距為 ，有活動側(cè)護(hù)板頂梁寬度取值范圍為 ~ ，本次設(shè)計取支架頂梁的最小寬度為 1420mm,最大寬度為 1590mm,選取單側(cè)活動側(cè)護(hù)板，亦即頂梁側(cè)護(hù)板側(cè)推千斤頂?shù)男谐倘?170mm。 頂梁參數(shù)的計算 所謂梁端距是指移架后頂梁端部至煤壁的距 離 ( C )，如圖 所 示。 支架工作方式對頂梁長度的影響 支架工作方式對支架頂梁長度有很大影響。 圖 液壓支架四連桿機構(gòu)作圖結(jié)果 最終確定四連桿機構(gòu)的各項尺寸為： AO = 1201 mm AB = 429 mm BC = 1481 mm CD = 342 mm 基于 SolidWorks Motion 的 梁端曲線模擬 根據(jù) 上述計算得到的四連桿機構(gòu)尺寸，在 SolidWorks 中建立簡單的機構(gòu)模型，如圖 所示。 (17)、分別作 B B1和 B1 B2的垂直平分線交于 C 點，即為前連桿的下鉸點， BC 為前連桿的長度。 (15)、以 A1點為圓心，以 倍的 L 為半徑作圓，與 E2A1相交于 B1點。 (11)、取 E1E3中點為 E2點，為液壓支架在降到中間位置時，掩護(hù)梁與頂梁的鉸點。 (8)、以 A 點為圓心，以 倍的 L 為半徑作圓，即為前連桿的上鉸點。 （ 4） 、以 O 點為圓心，以 L1為半徑作圓，與該直線相交于 A 點，即為后連桿與掩護(hù)梁的上鉸點。 圖 液壓支架四連桿機構(gòu)幾何關(guān)系圖 作圖步驟如下： （ 1）、確定后連桿下鉸點 O 點的位置，使它大體比底座略高，一般為 200～ 250mm，考 慮太低安裝銷子困難，太高底座又笨重。 中國礦業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 12 頁 圖 掩護(hù)梁和后連桿計算示意圖 ? ? ? ?1 2 1 2 1c o s c o s c o s c o sL L P P Q Q? ? ? ? ? ? ?0 0 0 0c o s 2 8 c o s 5 9 c o s 3 0 c o s 7 0? ? ? ? 支架在最高位置時的值為： 1 1 1 1si n si nh L P L Q?? ( ) 因此掩護(hù)梁的長度為： ? ?1 1 1 1s i n s i nL h P L L Q?????? ? 002 6 0 0 s i n 5 9 0 .7 s i n 7 0?? ? mm ?。?1716L? mm 后連桿長度為： ? ?11L L L L? 1716 ? ? ? mm 取： 1 1201L? mm 一般， ? ?39。本文取 450mm。從這個觀點出發(fā)，只要按支架在工作段，支架由高到低，在掩護(hù)梁上前連桿上鉸點所作的運動軌跡上，任找?guī)c，把掩護(hù)梁上前連桿上鉸點連線的垂直平分線所交的點為前連桿的下鉸點，這樣四連桿機構(gòu)就可以確定了 。 圖 四連桿機構(gòu)幾何特征 支架工作段要求曲線向前凸的一段，如圖 所示的 h 段 ，其原因為當(dāng)頂板來壓時，立柱讓壓而下縮，使頂梁有 向煤壁 移 動 的趨勢 ，對于保持梁端頂板處于擠壓狀態(tài)有利 ， 防止頂板產(chǎn)生離層或斷裂， 又可以使作用在頂梁上的摩擦力指向 采空區(qū) ，同時 使 底板 對 底座的作用力 向后移 ，底座前端比壓減少 ，可防止啃底，有利 于 移架，再則減少了水平力的合力，由于支架所承受的水平力由 連桿 來克服，所以減輕了掩護(hù)梁的受力。 四連桿機構(gòu)