【正文】 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 55 耳板在擠壓應(yīng)力 6F 作用下，銷軸向耳板銷孔擠壓。其截面圖如圖所示。 計(jì)算每個(gè)零件對截面形心的慣性矩 ziJ ： 8 6 4 03 5 28012 23121311 ??????? FaLJ z ? (cm2) 1 3 2 7 12 7 6)2(12 2326126 23222312 ????????? FahJ z ? (cm2) 4 8 4 81 1 8)(12 25912 23323343 ???????? FaLJ z ? (cm2) 2 7 7 7 51 3 2)(12 23312 23424334 ???????? FaLJ z ? (cm2) 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 51 6 8 3 380)(12 22020 23525325 ???????? FaLJ z ? (cm2) ? ?? ?? ??? 2nn YYFJJ ? ? ? ? ? ? ?????????? 222 1 4 21 1 4 8 4 82172 7 61 3 2 7 121 0 83 5 01 3 8 6 4 0 ? ? ? ?22 1 4 6 8 3 321 4 22 7 7 7 52 ???? =4121040+186070++95878+ cm? 計(jì)算彎曲應(yīng)力： m a xm a xm ax yJM z?? (MPa) ? ? 1 0 0 8 8 1 1 8 3 4 6 9 4 1 8 ??? ? 計(jì)算安全系數(shù)： 245 9m a x ??? ?? sn 對比安全系數(shù)表 41， n = ][n = 所以，主頂梁 安全系數(shù)合 格 。 從 A向 C取矩： A點(diǎn)： 03 ??? hxM aAz B點(diǎn)： 03 ??? lyMM aAzBy 3 0Bz Az xM M P l? ? ? 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 47 C 點(diǎn)：)mN(72020000021440100000)2(2 3212???????????? llyhPlPMM axyAzCy 從 E點(diǎn)向 C點(diǎn)取矩： E點(diǎn)： )mN( i n13502 ????????? hxM kEy D點(diǎn)： 8 0 045s i n1 3 5 8 1 3 4 51 ??????? lyMM kEyDz = )mN( ? )m( ?????? NhPMM xDzDy C點(diǎn)：)mN( 4 6 9 4 1 82144010000)21440800(45s i 2)2(21212???????????????? lPhPllyhxM yxkkcz 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 48 圖 41 頂梁結(jié)構(gòu)受力分析圖 由計(jì)算得知，按彎壓聯(lián)合作用計(jì)算，不如按最大彎曲應(yīng)力計(jì)算應(yīng)力大。 液壓支架的強(qiáng)度校核 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 46 頂梁強(qiáng)度校核 按理論支護(hù)阻力在頂梁的最危險(xiǎn)截面處，對頂梁進(jìn)行校核。 561?b? MPa，其強(qiáng)度條件為： ][nn b ?? ?? 式中 ? — 計(jì)算出的焊縫許用應(yīng)力 b? — 按焊條類型來定。當(dāng)然強(qiáng)度條件要以現(xiàn)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(jù)，隨著時(shí)間的推移，如果上述諸點(diǎn)有變化，強(qiáng)度條件也必須作相應(yīng)調(diào)整。在試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行壓架試驗(yàn)時(shí)，也是檢查頂梁和底座的強(qiáng)度。所以， ?tan 值過大對支架受力不利。 計(jì)算結(jié)果表明，矸石作用力增加，使支護(hù)強(qiáng)度、支護(hù)效率和切頂能力減小，同時(shí)連桿受力也減小，底座分布改善，增加了支架的縱向穩(wěn)定性。按支架在如下工況時(shí)進(jìn)行計(jì)算：支護(hù)高度為頂梁承受最大合力時(shí)的高度值，矸石作用力03?P ，摩擦系數(shù) ?W ，并且按平衡千斤頂產(chǎn)生推力和拉力兩種情況分別進(jìn)行支架的受力計(jì)算。 在液壓支架實(shí)際工作中，摩擦系數(shù)并非常數(shù)，而是與巖石種類、水分含量等許多因素有關(guān)。 支撐式支架的支護(hù)高度對支架受力沒有影響，而掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架，由于支護(hù)高度的變化，使立柱的支撐角度、平衡千斤頂?shù)慕嵌?、掩護(hù)梁和四連桿機(jī)構(gòu)的角度等的不同，使支架受力也不同。一般要求在支架工作段內(nèi)，支撐掩護(hù)式支架由于立柱傾角較小， ? 值應(yīng)在 95%～ 105%之間；掩護(hù)式支架由于立柱傾角較大， ? 值應(yīng)大于90%以上；支撐式支架由于立柱垂直布置又無四連桿機(jī)構(gòu)，所以 ? 值應(yīng)為 100%，故本支架支護(hù)效率為 100%。涌水量大，巖石變軟，降低了允許比壓 [P]— 允許比壓 (MPa) 對于本支架， dn =，所以有 ? ? ??? ???????? ?? 323214 )64( bL nLFqddd (MPa) ? ? )26( 323215 ??? ???????? ??bL LnFqddd (MPa) 支護(hù)效率 整臺(tái)支架的阻力是由立柱的工作阻力產(chǎn)生的。 當(dāng) 3dd Ln ?時(shí)，底座前端比壓 4q 為： 314 1032 ??? bnFqd (MPa) 當(dāng) 3dd Ln ? 時(shí)，底座載荷呈梯形分布，如圖 38 所示。如圖 36所示 圖 36 底座面積 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 39 則其與底板的接觸面積 A 為： 7 7 )()2(1 ?????????? hbllbA d (m2) 然后計(jì)算底座對 底板的平均比壓如下： 3310 ????? ??dAFq (MPa) 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。 底座接觸比壓計(jì)算 頂板對于支架的巨大載荷經(jīng)由整臺(tái)支架傳到底板，在支架底座與底板接觸處將具有一定的比壓。再經(jīng)受力分析，其外載荷也已確定。為計(jì)算方便，假設(shè)頂梁和頂板均勻接觸且載荷為線性分布。 kP 是前梁千斤頂?shù)闹瘟Α? 首先取前梁為分離體，如圖 32 所示。 在支架撐牢 在頂?shù)装逯g時(shí)，取其整體或某一部件為分離體，皆處于平中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 33 衡狀態(tài)。 8. 各結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度校核，除按理論支護(hù)阻力校核危險(xiǎn)斷面外，還要按《液壓支架形式試驗(yàn)技術(shù)規(guī)范 》的各種加載方式，以及支架的額定工作阻力逐一校核，超過額定工作阻力 10%的超載試驗(yàn)，將由安全系數(shù)來保證。 5. 立柱和短柱按最大工作阻力來計(jì)算。 計(jì)算載荷的確定 液壓支架實(shí)際受載荷情況很復(fù)雜，頂梁和底座上的載荷 既非集中載荷，又非均勻載荷，分布規(guī)律隨著支架與頂?shù)装宓慕佑|情況而變化，為簡化計(jì)算，作如下規(guī)定： 把支架簡化成一個(gè)平面桿系結(jié)構(gòu)，同時(shí)為偏于安全，按集中載荷進(jìn)行計(jì)算。稱此現(xiàn)象為液壓支架的“讓壓”現(xiàn)象。 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 31 圖 41 支撐式支架在中硬以上穩(wěn)定 頂板條件下的受力情況 液壓支架的結(jié)構(gòu)和支架液壓系統(tǒng)必須保證液壓支架具有完全適應(yīng)頂 板變化的性能。由老頂形成的懸臂梁的一端支撐在直接頂跨落后的碎矸上，另一端則支撐在支架和煤壁上方的直接頂上，并形成載荷 Q2。如果直接頂比較完整，在工作面煤壁上方的直接頂呈懸臂狀態(tài)，則 Q1由工作面煤壁和支架共同承受。本支架中 D 取125mm， d取 70mm。 yF —— 移架力 (kN)。 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 支撐式支架 sK =1，所以有： )( 13LLL pKq nP s??=)4540300(1900 120200000? ?= 確定立柱的技術(shù)參數(shù) 立柱的缸體內(nèi)徑按下式進(jìn)行計(jì)算： ?? c os40ad np FD ?(cm) 式中 dD — 立柱缸體內(nèi)徑（ cm） F — 支架承受的理論支護(hù)阻力（ kN） n — 每架支架立柱數(shù) ap — 安全閥調(diào)正壓力（ MPa），按產(chǎn)品樣本選取 ? — 立柱最大傾角 本支架中， F =20200kN， n =4， ap =40MPa， ? =0176。 前梁千斤頂 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 前梁千斤頂?shù)母左w用圓柱銷固定在前梁下端的耳座上，活塞桿與主梁與主梁相連接。 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(jī)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)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 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(qiáng)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。 底座前端制成滑撬形，以減小支架的移架阻力。 取頂梁的斷面形狀為閉式頂梁，頂梁上、下蓋板與筋板焊成封閉型，如圖 24 所示。為加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的剛度，在上下蓋板之間焊有加強(qiáng)筋板，構(gòu)成封閉式棋 盤形。 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 頂梁 頂梁是與頂板直接接觸的構(gòu)件，除滿足一定的剛度和強(qiáng)度要求外，還要保證支護(hù)頂板的需要，如：有足夠的頂板覆蓋率；同時(shí)要求適應(yīng)頂板的不平衡性，避免因局部應(yīng)力而引起損壞。立柱間距的選擇原則為：有利于操作、行人和部件合理布置。 立柱數(shù) ： 國內(nèi)支撐式支架立柱數(shù)為 2～ 6 根，常用為 4根。 因此，取底座長度為 2840m，如下圖所示 圖 21 底座示意圖 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 頂梁長度的確定 支架在工作面的相對位置關(guān)系如圖 22所示。可適用于各種頂板條件，但支架操作次數(shù)增加，不能適應(yīng)高產(chǎn)高效要求，目前應(yīng)用較少。滯后支護(hù)的特點(diǎn)是 ，支護(hù)滯后時(shí)間較長，梁端距大，支架頂梁較短。 即時(shí)支護(hù) 一般循環(huán)方式為：割煤 — 移架 — 推溜。此時(shí)，支架對頂板的支撐 力稱為工作阻力，它是由支架安全閥的調(diào)定壓力決定的。當(dāng)升高到安全閥 5 的調(diào)定壓力時(shí)，安全閥打開溢流，立柱下縮，液體壓力隨之降低。初撐力的大小取決于泵站的工作壓力，立柱缸徑和立柱的數(shù)量。若將操縱閥 7 置于推溜位置，高壓液體進(jìn)入推移千斤頂后腔即活塞腔，前腔即活塞桿腔回液，這時(shí)輸送機(jī)以支架為支點(diǎn)被推向煤壁。 支架的前移和推移輸送機(jī)是通過操縱閥 7 和推移千斤頂 4 來進(jìn)行的。 中國礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 圖 13液壓支架結(jié)構(gòu)型式 a) 支撐式 b) 掩護(hù)式 c) 支撐掩護(hù)式 1－前探梁 2－頂梁及其側(cè)護(hù)板 3－掩護(hù)梁及其側(cè) 護(hù)板 4－前連桿 5－后連桿 6－底座 7－立柱 8－推移千斤頂 9－平衡千斤頂 10－操縱閥與控制閥 11－護(hù)幫機(jī)構(gòu) 12－護(hù)幫千斤頂 13－前梁千斤頂 14－擋矸簾 液壓支架的工作原理 液壓支架在工作過程中，不僅要可靠的支撐頂板，維護(hù)一定的安全工作空間，而且要隨工作面的推進(jìn)，進(jìn)行移架和推移輸送機(jī)。因此，一方面，要求中間支架工作可靠，使 用方便，易于制造和運(yùn)輸，在整個(gè)服務(wù)年限內(nèi)使用費(fèi)用的總和最低；另一方面，要求中間支架的結(jié)構(gòu)即及布置方式采場圍巖的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，與其支護(hù)的工作面頂板壓力相適應(yīng)，兼有支撐和掩護(hù)作用－既能支撐住采煤工作面下沉的頂板，又能防止矸石涌入工作面。因此，端頭支架具有特殊性。從而對頂板進(jìn)行及時(shí)支護(hù)，防止頂板冒落，保持一定的作業(yè)空間，確保綜采工作面人員和設(shè)備的安全，實(shí)現(xiàn)頂板管理及采煤作業(yè)過程機(jī)械化，提高采煤工作效率。支架支撐頂板后，以其為支點(diǎn)操作推溜千斤頂。采煤機(jī)每切割一刀，液壓支架依次完成降柱、移架、升柱和推溜四個(gè)主要?jiǎng)幼鬟^程。） 傾斜工作面支架（≥ 45176。 圖 11 液壓支架的分類 按使用條件分類 表 11 詳細(xì)表示了支架按使用條件分類情況。其特點(diǎn)是：立柱少，切頂能力弱；頂梁短，控頂距?。挥汕昂筮B桿和底座鉸接構(gòu)成的四連桿機(jī)構(gòu)使抗水平力的能力增強(qiáng)，立柱不受橫向力；而且使板前端的運(yùn)動(dòng)軌跡為近似平行于煤壁的雙紐線，梁端距變化??；架間通過側(cè)護(hù)板密封，掩護(hù)性能好；調(diào)高范圍大，適用于松散破碎的不穩(wěn)定或中等穩(wěn)定的頂板。其特點(diǎn)是：立柱多，支撐力大，切頂性能好；頂梁長，通風(fēng)斷面大，適用于中等穩(wěn)定以上的頂板。因此，液壓支架是技術(shù)上先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上合理、安全上可靠，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 。 液壓支架的用途 、分類和結(jié)構(gòu) 液壓支架的用途 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