【正文】 由于是中厚煤層，所以取 移F =150 kN，代入公式得推移千斤頂缸體內(nèi)徑為： 4 0 1 5 0 7 1 .43 .1 4 2 5tD m m???? 由以上計(jì)算出來的推移千斤頂?shù)母左w內(nèi)徑，再按表 43 選取標(biāo)準(zhǔn)值： 經(jīng)查表，選用標(biāo)準(zhǔn)缸徑為 80mm。 由 前面的計(jì)算可知道 q＝ tp =2 2P =3200kN 1h = 2h = ? =15 度 中厚煤層掩護(hù)式液壓支架總體設(shè)計(jì)分析及掩護(hù)梁設(shè)計(jì) 第 40 頁(yè) 共 65 頁(yè) 代入得 x=800mm 由立柱傾角可得下柱窩位置。同時(shí)為偏于安全，可以認(rèn)為頂華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 39 頁(yè) 共 65 頁(yè) 梁前端載荷為零，載荷沿頂梁長(zhǎng)度方向向后越來越大呈三角形分布，并按集中載荷計(jì)算。 2. 立柱柱窩位置的確定 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。 1. 立柱布置 (1) 立柱數(shù)，本課題設(shè)計(jì) ZY3200/15/35 取支架為 2 柱。雖然采用 在支架上裝設(shè)機(jī)械加長(zhǎng)桿的方法，在一定程度上可以擴(kuò)大其調(diào)高范圍。 立柱柱窩位置和受力計(jì)算 立柱是液壓支架的主要承載與高度調(diào)節(jié)件。在直徑 D （ mm）處的底后可用下列公式計(jì)算： ? ? 4 3 .30 .4 3 0 .4 3 1 8 0 5 1100PD m m? ?? ? ? ? ? 式中 p— 缸內(nèi)所能形成的最大壓力， P=； ][? — 缸底材料的許用應(yīng)力，鑄鋼 ][? =100MPa?；钊麑挾?B則取缸內(nèi)徑的 ～ 倍 。如果導(dǎo)向長(zhǎng)度過小，將使立柱的初折曲增大，影響立柱的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。此安全閥的動(dòng)作壓力即為支架安全閥的調(diào)整壓力。 表 41 內(nèi)徑標(biāo)準(zhǔn) 單位： mm 50 63 80 100 110 125 140 (145) 160 180 200 210 220 230 250 查表 41，選 eD =230mm， 查表，選取配合尺寸為：外缸內(nèi)徑 230mm，活柱外徑 210mm，工作阻力 1800KN，額定工作壓 MPa，泵站壓力 。 根據(jù)表 將各數(shù)值代入公式得支護(hù)強(qiáng)度為： 23 . 5 2( 1 . 3 4 4 1 ) 1 . 3 ( 4 4 1 2 4 5 ) 5 9 8 . 7 8 /42xq k N m?? ? ? ? ?? 支架理論支護(hù)阻力為： 1F = cF 3. 底座高度的確定 要適應(yīng)支架總體結(jié)構(gòu)，如厚煤層支架總體結(jié)構(gòu)高、前后連桿受力大，為縮短掩護(hù)梁和連桿的長(zhǎng)度，可適當(dāng)加高底座后部連桿區(qū)的高度，而薄煤層支架底座相反，往往要盡可能見效后部連桿區(qū)的高度。通常，掩護(hù)式支架的底座長(zhǎng)度取 3． 5 倍的移架步距 (一個(gè)移架步距為 0． 6m)，即 左右；支撐掩護(hù)式支架的底座長(zhǎng)度取 4倍的移架步距，即 左右，在此選 取 。該底座整體性強(qiáng)，穩(wěn)定性好，與底板接觸面積大，比壓小。 (2) 排矸性能好，有利于保證推移裝置正常工作。 (2) 排矸性能差，容易堵卡，損壞推移機(jī)構(gòu)部件 。 圖42開式頂梁斷面 中厚煤層掩護(hù)式液壓支架總體設(shè)計(jì)分析及掩護(hù)梁設(shè)計(jì) 第 32 頁(yè) 共 65 頁(yè) （ 6） 與工作面輸送機(jī)等組成交替前移的支撐點(diǎn)，防止支架與運(yùn)送機(jī)下滑。 （ 2） 是整個(gè)支架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，整體性的基礎(chǔ)。開式頂梁的特點(diǎn)：可減輕頂梁重量，增加頂梁的抗彎強(qiáng)度。支撐式支架后端焊有掛簾板，作為掛擋 矸 簾之用。 本次設(shè)計(jì)選取頂梁型式為：整體式頂梁， 長(zhǎng)度為 2910mm。 （ 3） 可設(shè)置全長(zhǎng)側(cè)護(hù)板，有利于提高頂板覆蓋率，改善支護(hù)效果，減少架間漏矸。為順利移架，前梁間一般要留有 100～ 150mm 間隙，從而增加了破碎頂板漏矸的可能性。 （ 2） 支撐面積大，對(duì)端面積頂板的支撐接頂性能好，因而適用于頂板中中等穩(wěn)定以下的掩護(hù)式或支撐掩護(hù)式支架。 （ 3） 為護(hù)幫、防倒裝置等提供依托。 5. 推移裝置 此機(jī)構(gòu)關(guān)系到支架能否正常推移，由千斤頂和推移桿組成。 3. 掩護(hù)梁 受扭力和橫向載荷力大，是十分重要的部件。 各部件設(shè)計(jì)的基本要求： 1. 四連桿機(jī)構(gòu) 對(duì)其應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使支架梁端距變化小，支架受力狀態(tài)最佳，結(jié)構(gòu)上既滿足工作空間要求，又能承受足夠的縱向、橫向力及扭矩。 如果給定 ? 和 j 值，可以求出 B 值，即 ）（ ）（ cll jclB ?? ?? ?? （ 37） 取， ε =79% 、 j=200mm。查綜采設(shè)備手冊(cè)得三機(jī)配套尺寸為：配套尺寸 =671+1553=2224mm 代入相關(guān)數(shù)據(jù)得： 頂梁長(zhǎng)度 =[2224+2100+1131cos(78176。這是因?yàn)椴捎孟纫萍芎笸屏锏墓ぷ鞣绞綍r(shí)，支架要超前輸送機(jī)一個(gè)步距，以便采煤機(jī)過后，支架能及時(shí)前移，支控新暴露的頂板，做到及時(shí)支護(hù)，因此，先移架后推溜時(shí)頂梁長(zhǎng)度要比先推溜后移架時(shí)的頂梁長(zhǎng)度要長(zhǎng)一個(gè)步距，一般為 600 mm 。 (16) 過 c 點(diǎn)向 HH 作垂線，交與點(diǎn) d，則線段 Oa、 ab、 bc、 cd 和 dO 為液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)（ cd 長(zhǎng)度為 400mm）。 (13) 連接 e’’a’ 、 e’’’a’’，并以 a’點(diǎn)位圓心， ab 長(zhǎng)為半徑作 圓弧，交 a’’e’’’上于 b’點(diǎn)；以 a’’點(diǎn)位圓心， ab長(zhǎng)為半徑作弧，交與 a’’e’’’上于 b’’點(diǎn)。 (9) 取 e’e’’’線中間某點(diǎn) e’’，為液壓支架降到此高度時(shí)掩護(hù)梁與頂梁的鉸點(diǎn)（液壓支架由高到低變化時(shí)，頂梁前端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡為近似雙紐線，中間 這一點(diǎn)的位置直接影響頂梁前端活動(dòng)軌跡的形狀、變化寬度等）。 (7) 以 a為圓心，以 （ 575mm）長(zhǎng)度為半徑作?。ɡ碚撘?G取 ～ 之間），在掩護(hù)梁上交與一點(diǎn) b，為前連桿上鉸點(diǎn)的位置。 (4) 在此斜線上截取線段 oa,oa 長(zhǎng)度等于 A（ 1131mm） ， a 點(diǎn)即為后連桿與掩護(hù)梁的鉸點(diǎn)。 支架在最高位置時(shí)有： 111 s i ns i n QAPGH ?? （ 35） 因此掩護(hù)梁長(zhǎng)度為： 111 s in)./(s in QGAp HG ?? = 后連桿長(zhǎng)度為： A=G(A/G) = 取整得： G=2300 A=1131 圖 33 掩護(hù)梁和后連桿長(zhǎng)度的確定 中厚煤層掩護(hù)式液壓支架總體設(shè)計(jì)分析及掩護(hù)梁設(shè)計(jì) 第 24 頁(yè) 共 65 頁(yè) 3．幾何作圖作圖過程 用幾何做圖法確定四連桿機(jī)構(gòu)的各部分尺寸，具體作圖如圖 34 所示。 因此，由類比法取鉸點(diǎn)至頂梁頂面的距離為 160mm，后連桿下鉸點(diǎn)至底座地面的距離為 400mm。Je =L ； A IG? ； 39。 四連桿機(jī)構(gòu)各部尺寸的 確定 1. 四連桿機(jī)構(gòu)各 部參數(shù) 四連桿機(jī)構(gòu)各 部參數(shù) 如圖 32 所示 ，圖中的 1H 為支架在最高位置時(shí)的計(jì)算高度。 5. 應(yīng)取頂梁前端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡雙紐線向前凸的一段為支架工作段，如圖 31 所示的 h段。為了安全可靠，最低工作位置應(yīng)使 ??25p 。 4. 提高支架穩(wěn)定性 鑒于四連桿機(jī)構(gòu)將液壓支架連成一個(gè)重量較大的整體，在支架承載階段，其穩(wěn)定程度較高。這樣可使托梁鉸接點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)與煤壁接近于保持等距，當(dāng)梁端距處于允許值范圍之內(nèi)時(shí)，借此可以保證梁端頂板維護(hù)良好。在設(shè)計(jì)支架的底座長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)考慮如下諸方面：支架對(duì)底板的接觸比壓要小；支架內(nèi)部應(yīng)有足夠的空間用于安裝立柱，液壓控制控制裝置、推移裝置和其他輔助裝置；使于人員操作相行走，保證支架的穩(wěn)定性等。 寬度的確定應(yīng)考慮支架的運(yùn)輸安裝和調(diào)架要求 。 支架間距 bc 要根據(jù)支架型式來確定，但由于每架支架的推移千斤頂都與工作面輸送機(jī)的一節(jié)溜槽 。推溜力一般為 100KN 左右；移架力按煤層厚度而定，薄煤層一般為 100kN～ 150kN,中厚煤層一般為 150kN～ 250kN,厚煤層一般為300kN～ 400kN。 液壓支架基本參數(shù)的確定 初撐力 初撐力的大小是相對(duì)于支架的工作阻力而言的，并與頂板的性質(zhì)有關(guān)。支架的適應(yīng)高度為 ～ 老頂 II級(jí)、直接頂 II級(jí)，底板平整，無影響支架通過的斷層，根據(jù)表 31初步選定為掩護(hù)式兩柱液壓支架。 6. 設(shè)備成本 在滿足要求的前提下，應(yīng)選用價(jià)格便宜的支架。 3. 底板性質(zhì) 底板承受支架的全部載荷，對(duì)支架的底板影響較大，底板的軟硬和平整性，基本上決定了支架底座的結(jié)構(gòu)和支承面積。當(dāng)煤層厚度大于 ～ （軟煤取下限，硬煤取上限 ） 時(shí)，應(yīng)選用抗水平推力強(qiáng)且?guī)ёo(hù)幫裝置的掩護(hù)式或支撐掩護(hù)式支架。 中厚煤層掩護(hù)式液壓支架總體設(shè)計(jì)分析及掩護(hù)梁設(shè)計(jì) 第 16 頁(yè) 共 65 頁(yè) 第 3 章 液壓 支架總體結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì) 液壓支架的選型 設(shè)計(jì)的原始條件 煤層厚度： H＝ ～ ；頂設(shè)條件老頂 II 級(jí)、直接頂 II級(jí)，底板平整，無影響支架通過的斷層。 5． 工作面煤壁條件 根據(jù)工作面煤壁條件決定是否用護(hù)幫裝置。 液壓支架 設(shè)計(jì)的基本參數(shù) 1． 頂板條件 根據(jù)老頂和直接頂?shù)姆诸悾瑢?duì)支架進(jìn)行選型。 (9) 要求支架有足夠的剛度，能承受事實(shí)上不均衡載荷 和沖擊載荷。 (5) 要求液壓支架能保證采煤工作面有足夠的通風(fēng)面積，從而保證人員呼吸、稀釋有害氣體等安全方面的要求。 液壓支架 設(shè)計(jì) 的 基本要求和參數(shù) 中厚煤層掩護(hù)式液壓支架總體設(shè)計(jì)分析及掩護(hù)梁設(shè)計(jì) 第 14 頁(yè) 共 65 頁(yè) 液壓支架 設(shè)計(jì)的基本要求 液壓支架設(shè)計(jì)的基本要求 如下 ： (1) 為了滿足采煤工藝及地質(zhì)條件的要求，液壓支架要有足夠的初撐力和工作阻力，以使有效地控制頂板，保證合理的下沉量?？捎糜诜€(wěn)定、完整的頂板。即時(shí)支護(hù)的特點(diǎn)是，頂板暴露時(shí)間短，梁端距較小。工作特性曲線表明，支架在達(dá)到額定工作阻力之前具有增阻性，以保證支架對(duì)頂板的有效 支撐，當(dāng)支架達(dá)到額定工作阻力以后，支架能隨頂板的下沉而下縮，即具有可縮性和恒阻性。由于安全閥的作用，支架的支撐力維持在某一恒定數(shù)值上，這是支架的恒阻階段。 3. 恒阻階段 隨著頂板壓力的進(jìn)一步增加，立柱下腔的液體壓力越來越高。如圖 24所示 圖 24 支架的工作特性曲線 1. 初撐階段 在升架過程中，當(dāng)支架的頂梁接觸頂板 ，直到立柱下腔的液體壓力逐漸上 升到泵站工作壓力時(shí)，停止供液，液控單向閥 6立即關(guān)閉，這一過程為支架的初撐階段 。 支架和輸送機(jī)前移 ： 支架和輸送機(jī) 的前移都是由底座上的推移千斤頂來完成。不同結(jié)構(gòu)形式的支撐掩護(hù)式液壓支架，其主要區(qū)別是立柱的布置方 式不同。它保留了支撐式支架支撐力大、切頂性能好、工作空間寬敞等優(yōu)點(diǎn)，采用雙排立柱支撐；同時(shí)又吸取掩護(hù)式支架擋矸掩護(hù)性能好，抗水平力腔結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等長(zhǎng)處。 2. 掩護(hù)式液壓支架 掩護(hù)式液壓支架有插腿式和非插腿式兩種形式。 前梁較長(zhǎng)，支柱較多并呈垂直分布，支架的穩(wěn)定性由支柱的復(fù)位裝置來保證。端頭液壓支架簡(jiǎn)稱端頭支架，專門安裝在每個(gè)采煤工作面的兩端。因此，液壓支架是技術(shù)上先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)上合理，安全可靠，是實(shí)現(xiàn)采煤綜合機(jī)械化和自動(dòng)化不可缺少的主要設(shè)備。 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 9 頁(yè) 共 65 頁(yè) 第 2 章 液壓支架 的 概述 液壓支架的 作用 在采煤工作面的煤炭生產(chǎn)過程中，為了防止頂板冒落，維持一定的工作空間，保證工作面安全和各項(xiàng)作業(yè)的順利進(jìn)行，必須對(duì)頂板進(jìn)行支護(hù)。 通過自己獨(dú)立地完成指定的課程設(shè)計(jì)任務(wù)，提高理論聯(lián)系實(shí)際、分析問題和解決問題的能力，學(xué)會(huì)查閱參考書和工具書的方法，提高編寫技術(shù)文件的能力，進(jìn)一步加強(qiáng)設(shè)計(jì)計(jì)算和制圖等基本技能的訓(xùn)練，為畢業(yè)后成為一名出色的機(jī)械工程師打好基礎(chǔ)。由于液壓支架的類型很多，因此其設(shè)計(jì)工作量也是很大的，由此可見，研制和開發(fā)新型液壓支架是必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。為了滿足對(duì)煤炭增長(zhǎng)的日益需要，必須大量生產(chǎn)綜合機(jī)械化采煤設(shè)備，迅速增加綜合機(jī)械化采煤工作面。掩護(hù)式支架的立柱較少，且為傾斜布置，以增加支架的調(diào)高范圍；支架的兩側(cè)有活動(dòng)側(cè)護(hù)板，可以把架間密封；通常頂梁較短，一般為 mm 左右。立柱經(jīng)過頂梁直接對(duì)頂板進(jìn)行支撐，支撐效率高，頂梁比支掩掩護(hù)式支架長(zhǎng)，頂梁后端與掩護(hù)梁鉸接，作業(yè)空間和通風(fēng)端面均大于支掩掩護(hù)式支架；頂梁和掩護(hù)梁側(cè)面都裝有活動(dòng)側(cè)護(hù)板，擋矸性能好；多數(shù)支架將平衡千斤頂設(shè)在頂梁與掩護(hù)梁之間，少數(shù)支架將平衡千斤頂設(shè)在底座與掩護(hù)梁之 間；支架底座前端對(duì)底板比壓較大；頂梁有交接式和整體式頂梁；底座有整體式剛性，底分式剛性底座和交接分體式底座三種。 支掩掩護(hù)式支架立柱通過掩護(hù)梁對(duì)頂板進(jìn)行間接支撐，支架的支撐效率低，頂梁短，控頂距??；多數(shù)在頂梁與掩護(hù)梁之間設(shè)有平衡千斤頂，少數(shù) 支架只設(shè)機(jī)械限位裝置；頂梁后部與掩護(hù)梁構(gòu)成“三角帶”易卡進(jìn)矸石 ，影響頂梁擺動(dòng)，故一般在頂梁后端掛有擋板，作業(yè)空間狹窄，通風(fēng)面積??；采用 整體剛性底座；支架有插底式和不插底式兩種形式。因此，我國(guó)必須加大綜