【正文】 每個(gè)零件對(duì)截面形心的慣性矩為： 代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得：；；；；；；；。，；，；，；，；，；，；，；。對(duì)各點(diǎn)左右剪力計(jì)算如下：F點(diǎn)：E點(diǎn)：D點(diǎn)：C點(diǎn)：B點(diǎn)：A點(diǎn)：（2）彎矩：從A點(diǎn)向D點(diǎn)取矩（從左向右取，順時(shí)針為正）A點(diǎn)：B點(diǎn)：C點(diǎn)：D點(diǎn)：從F點(diǎn)向D點(diǎn)取矩（從左向右取，順時(shí)針為正）F點(diǎn)：E點(diǎn)：D點(diǎn)：，其誤差在允許范圍內(nèi)。所以，（5）彎曲應(yīng)力和安全系數(shù)的計(jì)算 （） （）代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得：式中：——材料屈服極限。以上各式中：：各板截面形心至aa面距離，；：各板截面面積，；：各板厚度。（2）彎矩：從A點(diǎn)向C點(diǎn)取矩（從右向左取，逆時(shí)針為正）A點(diǎn)： B點(diǎn)： C點(diǎn)： 所以BB截面為危險(xiǎn)截面。根據(jù)計(jì)算表明，改變結(jié)構(gòu)件高度對(duì)強(qiáng)度影響較大，而改變結(jié)構(gòu)件鋼板厚度對(duì)強(qiáng)度影響較小，在設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)結(jié)構(gòu)件具體情況酌情處理。3 缸體材料采用27SiMn無縫鋼管，取抗拉強(qiáng)度，強(qiáng)度條件為： （）式中 ——缸體許用應(yīng)力，MPa；——許用安全系數(shù)，～4。2 結(jié)構(gòu)件、銷軸、活塞桿的屈服極限及強(qiáng)度條件：（1） 各結(jié)構(gòu)件通常采用15MnVN等普通低合金結(jié)構(gòu)鋼，并由具有保證厚度的鋼板焊接而成，按手冊(cè)中的屈服極限取值。在液壓支架的研制、試驗(yàn)過程中，各構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算是極為必要的。則在設(shè)計(jì)支架時(shí)，應(yīng)驗(yàn)算底板的比壓。 頂梁梯形載荷分布頂梁前端比壓為： （）頂梁后端比壓為: （）式中：——頂梁前端比壓，；——頂梁后端比壓，；——頂梁長(zhǎng)度，；——頂梁承受最大載荷，；——頂板對(duì)頂梁作用力作用的距頂梁后絞點(diǎn)位置，；——頂梁寬度。為計(jì)算方便，假設(shè)頂梁與頂板均勻接觸且載荷為線性分布。 支架底座受力分析已知：。解：： （）： （）： （）由式（）可得： （）由式（）可得： （） 由式（）可得： （）取掩護(hù)梁為分離體。)70 支架整體受力關(guān)系取前梁為分離體。即：滿足靜力平衡的充分必要條件為:下面就根據(jù)這一理論將支架簡(jiǎn)化成平面桿系進(jìn)行受力分析與計(jì)算。：mm2 MPa式中：——軸銷剪切面積； ——銷軸材料屈服極限，MPa；——安全系數(shù)，一般取。：活柱材料：，MPa；卡環(huán)材料：，MPa。代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得：所以，焊縫強(qiáng)度滿足要求。代入相關(guān)數(shù)據(jù)，得：安全系數(shù)為： （）式中：——缸體材料為無縫鋼管，MPa； ——許用安全系數(shù)，一般取。若加長(zhǎng)桿留在活柱內(nèi)的長(zhǎng)度為200mm，則加長(zhǎng)桿全部外伸時(shí)，最大偏距mm。（1）在承受同心最大軸向載荷時(shí)，油缸的初始撓度為： （）， ——立柱總重，350kg； ——缸體軸線與水平面夾角，；——活塞桿頭部至缸體A點(diǎn)的距離，；——缸體尾部至缸體A點(diǎn)的距離，；——工作位置時(shí)立柱長(zhǎng)度， cm；——活塞桿全部外伸時(shí)，導(dǎo)向套前端至活塞末端間距，；——活塞桿與導(dǎo)向套處的最大配合間隙， cm；——活塞桿與缸體的最大配合間隙， cm；——和范圍內(nèi)的斷面慣性矩；——立柱的初始撓度；——立柱在工作載荷下的最大撓度；——活塞桿頭部至最大撓度處的距離；——工作中立柱的最大縱向載荷。油缸的穩(wěn)定性條件為： （）式中 ——油缸穩(wěn)定的極限力，kN；——最大工作阻力，kN；——活塞桿斷面慣性矩（設(shè)加長(zhǎng)桿為活塞桿進(jìn)行驗(yàn)算）。支架立柱為單伸縮機(jī)械加長(zhǎng)式，根據(jù)液壓缸推薦相關(guān)鋼材最終確定尺寸如下表： 立柱相關(guān)尺寸外徑(mm)內(nèi)徑(mm)壁厚(mm)長(zhǎng)度(mm)缸體2732301037活柱21018015加長(zhǎng)桿1791229泵站壓力確定按產(chǎn)品目錄規(guī)定的泵站工作壓力，再考慮壓力損失，XRB2B型工作壓力為20MPa和35MPa兩種，一般選35MPa計(jì)算時(shí)考慮損失按32MPa進(jìn)行計(jì)算 。立柱的缸體內(nèi)徑按下式進(jìn)行計(jì)算： （）式中： ——立柱缸體內(nèi)徑，cm； ——支架承受的理論支護(hù)阻力，kN； ——每架支架立柱數(shù)； ——安全閥調(diào)正壓力，MPa；按產(chǎn)品樣本選取，選型安全閥，MPa； ——立柱最大傾角。根據(jù)設(shè)計(jì)要求：初撐力 = = kN移架力與支架結(jié)構(gòu)、質(zhì)量、煤層厚度、頂板性質(zhì)有關(guān)。帶入以上數(shù)據(jù)可得：MPa初撐力大小對(duì)支架的支護(hù)性能和成本都有很大的影響。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(jiǎn)化計(jì)算，作如下規(guī)定：，同時(shí)為偏于安全，按集中載荷進(jìn)行計(jì)算。4 液壓支架的受力分析 在采煤工作面中，當(dāng)煤被采空后，就會(huì)出現(xiàn)一定的空間，由于受上部巖層壓力，出現(xiàn)離層和裂縫，如果不及時(shí)支護(hù)，頂板就要冒落，不支護(hù)的時(shí)間越長(zhǎng)，危險(xiǎn)就越大。尾梁體和插板均為焊接箱體結(jié)構(gòu)，由插板千斤頂操縱插板在尾梁體的導(dǎo)軌上滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)伸縮。由尾梁及其千斤頂組成放煤機(jī)構(gòu)，操縱鉸接在掩護(hù)梁上的尾梁千斤頂，可使尾梁向上轉(zhuǎn)動(dòng)，以松動(dòng)頂煤或擋矸。掩護(hù)梁下部有可伸縮插板，放煤時(shí)收回插板，利用千斤頂?shù)纳炜s調(diào)整放煤口進(jìn)行放煤，放煤后伸出插板擋住矸石流入后輸送機(jī)內(nèi)。 長(zhǎng)推移桿倒拉式布置 短推移桿正拉式布置 本文選擇長(zhǎng)推移桿倒拉式布置。 整體箱式長(zhǎng)推移桿，鉸接式長(zhǎng)推移桿一般由前后兩段箱式結(jié)構(gòu)件組成，中間通過十字連接頭鉸接，可以上、下、左、右擺動(dòng)?？蚣苁介L(zhǎng)推移桿適用于中型以下的支架。實(shí)踐證明，在頂板破碎和底板松軟條件下，長(zhǎng)框架間往往填滿了煤塊或巖塊，清理十分困難。 推移裝置設(shè)計(jì)推移裝置由推移桿、推移千斤頂和連接頭等主要零件組成，其中推移桿是決定推移裝置形式和性能的關(guān)鍵部位。護(hù)幫千斤頂?shù)母左w用銷軸固定在前梁上，活塞桿固定在護(hù)幫板上。側(cè)推千斤頂?shù)钠渌鼌?shù)見計(jì)算部分，具體安裝位置見設(shè)計(jì)圖紙。（3）在頂梁和掩護(hù)梁下面開窗口，把側(cè)推千斤頂安裝在窗口內(nèi)，便于安裝和檢修。按千斤頂?shù)倪m用性選用框架式推移千斤頂作推移千斤頂。 本文頂梁側(cè)護(hù)板 千斤頂推移千斤頂按連接方式分有直接連接方式、框架連接方式和浮動(dòng)活塞式。主要用于頂板比較穩(wěn)定或堅(jiān)硬條件的支撐掩護(hù)式支架，且只能安裝于頂梁。另一側(cè)活動(dòng)，適應(yīng)性強(qiáng)，可用于各種支架。 直角式單側(cè)活動(dòng)側(cè)護(hù)板，一側(cè)為固定側(cè)護(hù)板，一側(cè)為活動(dòng)側(cè)護(hù)板?？筛纳祈斄号c掩護(hù)梁的護(hù)頂、防矸性能，隔離控頂區(qū)與采空區(qū)、防止冒落矸石竄入工作面，減少冒矸形成的粉塵； 導(dǎo)向。目前這種底座結(jié)構(gòu)已較少采用。目前，高產(chǎn)高效工作面液壓支架一般均采用分體剛性底座。底座接底面積大，有利于減小對(duì)底板的比壓，但中擋推移機(jī)構(gòu)處易積存浮煤碎矸，清理較困難，一般用于軟底板條件下工作面支架。支架底座常用形式有3種，即整體剛性底座、底分式剛性底座和鉸接分體底座。后連桿設(shè)計(jì)成單連桿，為支架后部節(jié)省出部分空間，有利于后部輸送機(jī)的維護(hù)與工作。 本文支架掩護(hù)梁前、后連桿是四連桿機(jī)構(gòu)中重要的運(yùn)動(dòng)和承載部件，與掩護(hù)梁和底座的一部分共同組成四連桿機(jī)構(gòu)，使支架能承受圍巖載荷、水平作用力和保持支架穩(wěn)定。配置單向活動(dòng)側(cè)護(hù)板，減少架間漏矸和防止大采高支架橫向傾倒。當(dāng)密封液體壓力較高時(shí)，可采用半圓環(huán)結(jié)構(gòu)連接方式。為防止在礦井條件下表面生銹和腐蝕，表面要鍍鉻，并要注意保護(hù)，防止外部劃傷。可以不加擋圈。鼓型密封圈是兩個(gè)夾布U型橡膠圈壓制而成的整體實(shí)心密封圈，它和兩個(gè)L型導(dǎo)向環(huán)一起使用，～，可以不加擋圈。用鋼制作活塞時(shí)，可在活塞上安裝導(dǎo)向環(huán)與缸體內(nèi)徑配合。一般用27SiMn無縫鋼管制成。立柱按動(dòng)作方式，可分為單作用和雙作用；按支架種類，可分為活塞式和活柱式；按伸縮方式，可分為單伸縮和雙伸縮。1．1楔形梁；2楔塊；3楔形梁斤頂；4后梁。這樣，該梁就具有整體剛性頂梁前端支護(hù)力大的優(yōu)點(diǎn)。1前梁；2前梁千斤頂；3頂梁。在前梁千斤頂?shù)耐评拢傲嚎梢陨舷聰[動(dòng)，對(duì)不平頂板的適應(yīng)性強(qiáng)。（1）．整體頂梁整體頂梁的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性好；頂梁對(duì)頂板載荷的平衡能力較強(qiáng)；前端支撐力較大；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(qiáng)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(shí)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(jì)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～。本設(shè)計(jì)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，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(jì)算： ( )式中： ——頂梁覆蓋率；——頂梁寬度（包括側(cè)護(hù)板伸出寬度），mm；——頂梁總長(zhǎng)度，mm；——梁端距，mm；——相鄰頂梁間間隙。 MG200/475W型采煤機(jī)配套尺寸（2）頂梁寬度：，本次設(shè)計(jì)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(dòng)側(cè)護(hù)板，亦即頂梁側(cè)護(hù)板側(cè)推千斤頂?shù)男谐倘?70mm。所謂梁端距是指移架后頂梁端部至煤壁的距離( C )。支架工作方式對(duì)支架頂梁長(zhǎng)度有很大影響。 液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)作圖結(jié)果最終確定四連桿機(jī)構(gòu)的各項(xiàng)尺寸為：AO = 1201 mm AB = 429 mmBC = 1481 mm CD = 342 mm Motion的梁端曲線模擬根據(jù)上述計(jì)算得到的四連桿機(jī)構(gòu)尺寸，在SolidWorks中建立簡(jiǎn)單的機(jī)構(gòu)模型。(17)、分別作B B1和B1 B2的垂直平分線交于C點(diǎn)，即為前連桿的下鉸點(diǎn)，BC為前連桿的長(zhǎng)度。(15)、以A1點(diǎn)為圓心，與E2A1相交于B1點(diǎn)。(11)、取E1E3中點(diǎn)為E2點(diǎn)，為液壓支架在降到中間位置時(shí)，掩護(hù)梁與頂梁的鉸點(diǎn)。(8)、以A點(diǎn)為圓心，即為前連桿的上鉸點(diǎn)。（4）、以O(shè)點(diǎn)為圓心，以L1為半徑作圓，與該直線相交于A點(diǎn)，即為后連桿與掩護(hù)梁的上鉸點(diǎn)。 液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)幾何關(guān)系圖作圖步驟如下：（1）、確定后連桿下鉸點(diǎn)O點(diǎn)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?！谧o(hù)梁長(zhǎng)度；——后連桿長(zhǎng)度；——過E1點(diǎn)的垂直線到后連桿下鉸點(diǎn)之距；——支架最高位置時(shí)的計(jì)算高度；mm ——支架最低位置時(shí)的計(jì)算高度；mm　從幾何關(guān)系可以列出: ( ) ( )將以上兩式聯(lián)立解得： ( )按四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征所要求的角度，選定：； 。本文取150mm。 掩護(hù)梁和后連桿構(gòu)成的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，當(dāng)掩護(hù)梁和后連桿已知，只要找到前連桿的長(zhǎng)度和位置就可以了，其具體作法是順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)后連桿，使支架最高位置時(shí)的E1點(diǎn)向下作近似直線運(yùn)動(dòng)，在掩護(hù)梁上定有一點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)中有一段近似圓弧軌跡。支架從最高高度降到最低高度時(shí)，頂梁端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的最大寬度mm，最好為30mm以下 支架在最高位置時(shí)和最低位置時(shí)，頂梁與掩護(hù)梁的夾角P和后連桿與底平面的夾角Q，應(yīng)滿足以下要求：支架在最高位置時(shí)，P≤ ～，Q≤ ～；支架在最低位置時(shí)，考慮矸石便于下滑，以防矸石停留在掩護(hù)梁上，根據(jù)物理學(xué)摩擦理論可知，,如果按鋼和矸石的摩擦系數(shù)為,即：,求得；為了安全