【正文】 這些都有待于以后去研究、探討。在此基礎(chǔ)上，對(duì)掩護(hù)梁的強(qiáng)度進(jìn)行了校核，滿足強(qiáng)度條件。此處截面的彎曲強(qiáng)度為：圖63掩護(hù)梁受力分析圖主頂梁做成等斷面箱式結(jié)構(gòu)，在最大彎矩處的斷面如圖64所示： 圖64最大彎矩?cái)嗝鎴D 1. 形心位置各板件計(jì)算數(shù)據(jù)如表61所示：表61掩護(hù)梁板件數(shù)據(jù)件號(hào)1234567數(shù)量1242122面積4040形心位置cm結(jié)構(gòu)件的形心位置為：代入數(shù)據(jù)得： 2. 慣性矩 將數(shù)據(jù)代入公式，算得總慣性矩為： = 3. 彎曲應(yīng)力kN/ 鋼板材料選取16Mn，σs =34335 KN/ 滿足強(qiáng)度要求。掩護(hù)梁有直線型、折線型兩種。2. 整體折線型特點(diǎn)與適用條件（1）折線形掩護(hù)梁加工工藝性差。圖61 掩護(hù)梁的形狀（a）折線型 （b）直線型 1. 直線型掩護(hù)梁特點(diǎn)與適用條件（1）整體性好、強(qiáng)度大，加工簡單，工藝性好。 掩護(hù)梁的選型掩護(hù)梁是掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架的特征部件之一，它直接承受冒落矸石的載荷和頂板通過頂梁傳遞的水平載荷，通常由鋼板焊接而成箱型結(jié)構(gòu),上端與頂梁鉸接，下端通過前、后連桿與底座鉸接成四連桿機(jī)構(gòu), 起著穩(wěn)定支架重心和防止采空區(qū)巖石涌入工作面的作用, 既能保證支架前梁頂端與煤壁的間距基本恒定, 又承擔(dān)了支架在工作過程中的水平分力, 保證了支架的工作穩(wěn)定性。則在設(shè)計(jì)支架時(shí)，應(yīng)驗(yàn)算底板的比壓。一般要求在支架工作段內(nèi)，掩護(hù)式支架由于立柱傾角較大，值應(yīng)大于90%以上。作用點(diǎn)的位置可以由取整體支架為分離體求出。若這個(gè)條件強(qiáng)度計(jì)算能滿足，其他條件都能滿足。支架在工作面受力是由于頂板下沉，同時(shí)又有向采空區(qū)移動(dòng)的趨勢(shì)，使頂梁受合力和底座受底板反力，其中頂板合力的垂直分力,由支架工作阻力來克服，所以在計(jì)算支架的工作載荷時(shí)按支架的工作阻力來確定。四孔式—中間兩孔安裝側(cè)推千斤頂，側(cè)面兩孔布置彈簧筒。由于在頂梁和掩護(hù)梁上焊有橫筋板，則側(cè)推千斤頂?shù)陌惭b位置要與橫筋板相適應(yīng)。缺點(diǎn)在于移架時(shí)要操縱千斤頂，使移架操作復(fù)雜化，而且架間易掉矸。防止頂板巖石從架間冒落，移架時(shí)摩擦阻力小。 行程 查表液壓活塞行程系列表取 圖49平衡千斤頂最長位置平衡千斤頂?shù)男谐檀_定后，即可確定它在掩護(hù)梁上的位置 （411）式中 —1當(dāng)活塞全部縮回時(shí)，缸體上鉸點(diǎn)之活塞上部之距，對(duì)于掩護(hù)型支架， =209。為保證平衡千斤頂與掩護(hù)梁不發(fā)生干涉，按下式計(jì)算 （410）式中 —掩護(hù)梁厚度（） —平衡千斤頂外徑（） P—平衡千斤頂外徑與掩護(hù)梁間之間隙，～（） L2—平衡千斤頂上鉸點(diǎn)至頂梁和掩護(hù)梁鉸點(diǎn)之距平衡千斤頂受拉力時(shí)，取x= 平衡千斤頂受推力時(shí)取x=以上參數(shù)具體數(shù)值如下表，將數(shù)據(jù)代入得出兩個(gè)來，再取兩個(gè)的平均值即可表44 計(jì)算平衡千斤頂各種參數(shù)W32006334541553160260L4Db6118006702201601661為了防止平衡千斤頂?shù)亩h(huán)或平衡千斤頂本身背被拉壞，對(duì)平衡千斤頂?shù)男谐逃腥缦乱螅寒?dāng)支架在最高位置時(shí)，頂梁能下擺15度；支架在最低位置時(shí)頂梁能上擺10度，或頂梁和掩護(hù)梁近似180度。由于是中厚煤層，所以取=150 kN，代入公式得推移千斤頂缸體內(nèi)徑為： 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。對(duì)A取距，可算得x 圖46 頂梁受力分析 （48）式中 x－立柱上柱窩至頂梁和掩護(hù)梁鉸點(diǎn)之距；－支架支護(hù)阻力； q－支架最大支護(hù)強(qiáng)度； －支護(hù)面積；Lg－頂梁長度； －支護(hù)工作阻力之和；－頂梁和掩護(hù)梁鉸點(diǎn)至頂梁頂面之距；－立柱上柱窩中心至頂梁頂面之距；－立柱在最高位置時(shí)的傾角。把支架的空間桿系結(jié)構(gòu)，簡化成平面桿系結(jié)構(gòu)。同時(shí)又與頂梁較短，立柱傾角較大可以使頂梁柱窩位置前移，是頂梁前端支護(hù)能力增大。本設(shè)計(jì)采用單伸縮加長桿立柱結(jié)構(gòu)。此時(shí)，單伸縮立柱就難以滿足要求。一般液壓缸的缸體長度不應(yīng)大于內(nèi)徑的20～30倍。圖44立柱導(dǎo)向長度關(guān)系圖1—缸筒；2—活塞；3—導(dǎo)向環(huán)；4—距離套；5—導(dǎo)向套；6—缸蓋；7—活柱4. 缸底厚度計(jì)算 掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架立柱的缸底，一般在缸內(nèi)做成平地，在缸外做成球面形，如圖45所示。 式中 —立柱最大工作行程，L=1000mm —缸筒內(nèi)徑mm一般導(dǎo)向長度A，當(dāng)缸內(nèi)徑，～。3. 最小導(dǎo)向長度的確定 當(dāng)活柱全部伸出時(shí)，從活塞導(dǎo)向環(huán)中點(diǎn)到導(dǎo)向套中點(diǎn)的距離稱為最小導(dǎo)向長度的H，如圖44所示。 MPa （45）式中的按下式計(jì)算： kN （46）式中 —支架在最高位置時(shí)立柱傾角度，取 將數(shù)據(jù)代入公式得為：kN 由公式得安全閥的調(diào)整壓力為： MPaPa求出后，在選定一種動(dòng)作壓力與Pa相近的標(biāo)準(zhǔn)安全閥。其中，YB型=40 MPa；Y型=30~60 MPa；—立柱最大傾角(度)，(支架降到最低工作位置時(shí)，角最大)。所以要用插值法重新計(jì)算。2. 底座寬度的確定一般，～。上連桿與底座的鉸接座為兩突出的內(nèi)主筋形成的箱體結(jié)構(gòu)，應(yīng)合理設(shè)計(jì)，使突變過渡處強(qiáng)度足夠，呈圓弧狀過渡，以免損壞。(3) 適用于支撐掩護(hù)式、掩護(hù)式支架。 (3) 多用于支撐掩護(hù)式、掩護(hù)式或垛式支架。 底座的選型底座是將頂板壓力傳到底板和穩(wěn)固支架的部件。（3）為整個(gè)支架輔助件，例如推移裝置，防倒裝置，操縱閥架等提供依托與根基。對(duì)于掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架，為便于側(cè)護(hù)板能自由伸縮，要在頂梁頂面上加焊一塊比側(cè)護(hù)板鋼板稍厚的鋼板，稱為頂板同時(shí)也增強(qiáng)了頂梁的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。在頂梁下面焊有鑄鋼柱窩，柱窩兩側(cè)有孔，用鋼絲繩或銷軸把立柱和頂梁連接起來，掩護(hù)式支架和支撐掩護(hù)式支架在頂梁后端有銷孔，通過銷軸與掩護(hù)梁上的銷孔相連。 頂梁的結(jié)構(gòu)與斷面形狀選擇各類頂梁都為箱式結(jié)構(gòu)，一般由鋼板焊接而成。為改善接頂效果和補(bǔ)償焊接變形，整體頂梁前端(800～1000mm)。特點(diǎn)與適用條件：（1）在整個(gè)控頂長度內(nèi)，頂梁為一整體機(jī)構(gòu)，剛性大，承載能力較大。（3）頂梁在支撐狀態(tài)時(shí)，伸縮較困難，因而一般不用于整頂梁。 頂梁的結(jié)構(gòu)形式支架常用頂梁形式有2種：整體頂梁和鉸接式頂梁。6. 液壓控制系統(tǒng)及立柱、千斤頂液壓系統(tǒng)由各液壓件、管路系統(tǒng)組成，它應(yīng)保證立柱、千斤頂完成支架要求的各種性能，并達(dá)到設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)。4. 底座底座是將支架承受的頂板壓力和側(cè)向力傳至底板。2. 頂梁頂梁是支架主要承受頂板壓力的部件，并起切頂作用。頂梁寬度的決定，除用上式計(jì)算外，還要考慮到整體支架與一節(jié)溜槽長度相匹配的問題。)][2300cos( 53176。本次設(shè)計(jì)采用及時(shí)支護(hù)方式。結(jié)論：后連桿長度A=1131mm 掩護(hù)梁長度G=2300mm 前連桿長度C=1585mm 前后連桿下鉸點(diǎn)底座投影距離E=970mm 前連桿下鉸點(diǎn)高度D=400mm 前連桿與掩護(hù)梁鉸點(diǎn)到后連桿與掩護(hù)梁鉸點(diǎn)長度B=500mm 頂梁尺寸的確定根據(jù)支架工作方式和設(shè)備配套尺寸來確定頂梁長度。則b、b’ 、b’’三點(diǎn)為液壓支架三個(gè)位置時(shí)，前連桿上的鉸點(diǎn)。 (10) 以O(shè)點(diǎn)為圓心，Oa（1131mm）為半徑作弧。 (8) 過O點(diǎn)作與H—H線夾角為的斜線。(5) 過a點(diǎn)作與HH線有夾角（即=53176。作圖步驟如下：圖34 采用幾何作圖法設(shè)計(jì)的四連桿機(jī)構(gòu)(1) 確定支架后連桿下鉸點(diǎn)O點(diǎn)的位置，類比確定該距離為400mm。2. 掩護(hù)梁和后連桿距離的確定用解析法來確定掩護(hù)梁和后連桿的長度，如圖33所示。令：=； =； =； =； =； =； =； =； =； ； ； ==圖32四連桿機(jī)構(gòu)參數(shù)圖確定掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)至頂梁頂面的距離和后連桿下鉸點(diǎn)至底座地面的距離。圖31四連桿機(jī)構(gòu)幾何特征其原因?yàn)楫?dāng)頂板來壓時(shí)，立柱讓壓下縮，使頂梁有向前移的趨勢(shì)，可防止巖石向后移動(dòng)，又可以使作用在頂梁上的摩擦力指向采空區(qū)。3. 后連桿與掩護(hù)梁的比值，掩護(hù)式支架為I =～；支撐掩護(hù)式為I = ～。四連桿機(jī)構(gòu)在具有以上諸作用的同時(shí)，也有一些缺點(diǎn)。2. 擋矸鑒于組成四連桿機(jī)構(gòu)的掩護(hù)梁既是連接件，又是承載件，為了承受采空區(qū)內(nèi)破碎巖石所賦予的載荷，掩護(hù)梁一般做成整體箱形結(jié)構(gòu)，具有一定強(qiáng)度。在設(shè)計(jì)支架的底座長度時(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)?！⒅苯禹擨I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。～（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。第3章 液壓支架總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 液壓支架的選型煤層厚度：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。1．頂板條件根據(jù)老頂和直接頂?shù)姆诸?，?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。可用于穩(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，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。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， 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，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，控頂距小；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)面積小；