【正文】 如有一底座 ， 如圖 所示 。 底座接觸比壓的計(jì)算 頂板對(duì)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華北科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 46 定的比壓。 實(shí)際支護(hù)強(qiáng)度的計(jì)算 支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)束，其結(jié)構(gòu)尺寸已定。 設(shè)頂梁長為 gL ，頂板的集中載荷為 1F ，其作用點(diǎn)距頂梁一端為 x。 華北科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 44 圖 支撐掩護(hù)式液壓支架整體受力 該支架結(jié)構(gòu)較前兩種復(fù)雜 ，但分析 方法則完全相同。 華北科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 42 圖 寫出力系的 x方向和 y方向的平衡方程，解出 56FF、 為 8 2 3 2 3 3 364 4 3( c o s s in s in c o s ) s in c o sc o s s in c o s aap x yF ? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ?? ?（ 59） 8 2 6 43c o s s inc o sax p FF ??????? （ 510） 底板對(duì)底座的支撐反力 11FF?和 大小相等 1F? 作用點(diǎn)的位置可以由取整體支架為分離體 ， 如圖 。所以，在驗(yàn)算頂梁強(qiáng)度時(shí)，按平衡千斤頂受拉且 W＝ 時(shí)進(jìn)行計(jì)算，若這個(gè)條件強(qiáng)度計(jì)算能滿足，其他條件都能滿足。 圖 各力對(duì) a點(diǎn)取矩，可寫出 1F 作用點(diǎn)的位置 x的表達(dá)式： 8 2 2 8 2 1 2 1 1 2 1 1 2 1 21s in c o s ( ) c o s ( ) s in ( )ttp L p h h p L L p h h F W hx F? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?? （ 55） 式中 sp ：平衡千斤頂?shù)耐啤⒗?(推力時(shí)，受力方向向上；拉力時(shí)相反 )。 圖 后梁分離受力 圖中結(jié)構(gòu)尺寸 23LL、 為已知。 （ 8）各結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度校核，按理論支護(hù)阻力校核危險(xiǎn)斷面 。 （ 6）產(chǎn)生作用在頂梁上的水平力的情況有兩種，一是由于支架讓壓回縮，頂梁前端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡為近似雙紐線頂梁與頂板間產(chǎn)生相對(duì)位移。 （ 3）頂梁、底座和頂?shù)装灞徽J(rèn)為均勻接觸，載荷沿支架長度方向按線性分布，沿支架寬度方向均勻分布。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》第一百零五條規(guī)定，工作面的風(fēng)速應(yīng)小于 5m／ s。在過風(fēng)量 — 定時(shí)，采煤工作面的通風(fēng)斷面積不應(yīng)過小。 具體布置方式有如下 3種 二孔式一采用兩個(gè)側(cè)椎千斤頂，在側(cè)推千斤頂處同時(shí)布置彈簧筒，靠彈簧力實(shí)現(xiàn)架間密封。 2)側(cè)推干斤頂位置布置。這種華北科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 37 結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)在于防矸、防倒效果與彈簧式差不多。 1b ：當(dāng)活塞桿全部縮回時(shí)，活塞桿鉸點(diǎn)至活塞 桿腔出油孔中心線的距離 。 圖 支架在最高位置時(shí)的 4L 華北科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 36 47L L x??? （ 416） 式中 ，由下式進(jìn)行 計(jì)算 2 2 2 2 712 7 1 4 2 7 12( ) s in ( ) s in ( 9 0 a r c ta n )hhx L h h L h h L?? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（ 417） 當(dāng)頂梁和掩護(hù)梁成 180? 角時(shí)，平衡千斤頂達(dá)到最大長度 5L ，如圖 所示。為防止平衡千斤頂耳環(huán)或平衡千斤頂本身被拉壞，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? 。通過式 (413)求出 3F ，代人式 (414)求得 2L 。 取頂梁和掩護(hù)梁為分離體，如圖 ?，F(xiàn)按兩種情況進(jìn)行分折。 平衡千斤頂?shù)奈恢煤托谐痰拇_定 掩護(hù)式液壓支架中平衡 千斤頂?shù)奈恢脩?yīng)按下述方法計(jì)算確定。立柱下柱窩位置的確定，要有利于移架，使底座前端比壓小。同時(shí)為偏于安全，可以認(rèn)為頂梁前端載荷為零，載荷沿頂梁長度方向向后越來越大，呈三角形分布，并按集中載荷計(jì)算。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。支撐式和支撐掩護(hù)式液壓支架的立柱間距為 1— 。同時(shí)由于頂梁較短，立柱傾角加大可以使頂梁柱窩位置前移，使頂梁前端支護(hù)能力增大。 (2)支撐式液壓支架頂梁長度計(jì)算：頂梁長度＝配套尺寸十底座長度 300 立柱位置的確定 1）支架立柱數(shù)的確定 目前國內(nèi)支撐式液壓支架立柱數(shù)為 2— 6根，常用為 4根，掩護(hù)式液壓 支架為 2 根，支撐掩護(hù)式液壓支架為 4根。一般為 135— 150mm，也是為了防止采煤機(jī)截割煤壁不齊，給推移輸送機(jī)留有一定距離。 掩護(hù)式液壓支架： AG ＝ ～ 支撐掩護(hù)式液壓支架： AG ＝ ～ （ 47） 支架最高位位時(shí)的計(jì)算高度為： 111s in s inH G P A Q??（ 48） 根據(jù) AG 的比值和式 (48)可以求得掩護(hù)梁的長度 G 和后連桿長度 A，經(jīng)過取整后，再重新算出 1P 、 2P 、 1Q 、 2Q 的角度，這幾個(gè)參數(shù)就確定了。 圖 掩護(hù)梁和后連桿長度的確定 華北科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 設(shè) ： G： 掩護(hù)梁長度； A： 后連桿長度； 2L ： ,e 點(diǎn)引垂線到后連桿下鉸點(diǎn)的距離； 1H ：支架最高位置時(shí)的計(jì)算高度； 2H ：支架最低位置時(shí)的計(jì)算高度。 用幾何作圖法來設(shè)計(jì)四連桿機(jī)構(gòu) 四連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的幾何作圖法按如下步驟進(jìn)行： (1)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)至底座底面的距離。我國刮板輸送機(jī)中部槽每節(jié)長度為 ，千斤頂連接塊位置在中部槽中間位置，所以除節(jié)式 和 邁步式支架外，支 架間距一般為 。但考慮盡量減輕支架重量，降低造價(jià)，可搞系列化架型，加強(qiáng)支架對(duì) 頂?shù)装宓倪m應(yīng)性，降低伸縮比，盡量采用單伸縮油缸或帶機(jī)械加長桿來增加調(diào)高范圍。 支 架 的伸縮比和單位缸長行程的確定 支架的伸縮比指支架最大與最小高度之比，即 mnHm H? 。根據(jù) 井筒罐籠尺寸，考慮支架的運(yùn)輸外形尺寸 。根據(jù)工作面煤壁條件，決定是否用護(hù)幫裝置 。根據(jù)最大和最小 采 高 ，來確定支架的 最大和最小高度 。主體部分接近垛 式 ，支架后部有四連桿機(jī)構(gòu)和掩護(hù)梁，增強(qiáng)了支架的穩(wěn)定性和防護(hù)性，提高了支架的支撐力和承載能力 ， 所以、此種支架介于以上兩種支架之間，提高了適用范圍，適用于頂板較堅(jiān)硬、頂 扳壓力較大或頂板破碎的各種煤層，其受力狀況如圖 。周期來壓時(shí)． 由于 頂梁后部頂板不能充分切斷。所以，此種支架能在破碎不穩(wěn)定頂板下工作。 圖 掩護(hù)式液壓支架支撐力分布圖 2)掩護(hù)式液壓支架在不同頂板條件下的承載分折 (1)掩護(hù)式液壓支架在破碎不穩(wěn)定頂板條件下的受力情況： 頂梁受力：由于支架頂梁短 ， 使支架重復(fù)支撐次數(shù)少，所以頂板較完整。 由于支撐式液壓支架頂梁較長，在支架重復(fù)支撐過程中 (假設(shè)頂梁長為 4m，支架每前進(jìn)一次為，則支架頂梁對(duì)頂板的重復(fù)支撐次數(shù)為 6— 7次 )，使直接頂破碎冒落，支架頂梁后部出現(xiàn)空頂，使頂板壓力前移，合力為 3Q ，作用點(diǎn)靠近前柱，頂梁載荷呈階梯狀分布，出現(xiàn)支架頂梁前部支撐能力小而載荷大、支架后部支撐能力大而載荷小的受力狀態(tài)。作用在支架上的壓力為 2Q ，作用點(diǎn)位于支架頂梁后部，相當(dāng)于三角形載荷分布。 圖 支撐式液壓支架支撐力分布圖 華北科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 2)支撐式液壓支架在不同頂板條件下的承載分析 (1)支撐式液壓支架在中硬以上穩(wěn)定頂板的受力情況，如圖 。 支撐式液壓支架的支 撐 力分布與承 載 的關(guān)系及適用范圍 1)支撐式液壓支架的特點(diǎn)和支撐力的分布 支撐式液壓支架的特點(diǎn)是頂梁較長，控頂距較大，立柱呈直立布置，而且一般都位于頂梁的后半部。支護(hù)強(qiáng)度被定義為單位支 護(hù)面積的支護(hù)阻力 (或叫支架的工作阻力 )。 華北科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 表 直接頂類別 表中 1D 按下式計(jì)算： 1 1 2D cc?? 式中 ? ： 巖備單向抗壓強(qiáng)度 ； 1c ： 節(jié)理裂隙影響系數(shù) 2c ： 分層厚度影響系數(shù) 1c ： 按所測(cè) 量 的節(jié)理裂隙間距 l查表 。 具體選擇可根據(jù)原煤炭部 (81)煤科字第 429 號(hào)文件關(guān)于試用《緩傾斜煤層工作面頂板分類》來選取，架型選樣過程如下： (1)確定基本頂級(jí)別和直接頂類別： ①基本頂級(jí)別的確定。 華北科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 5)地質(zhì)構(gòu)造 斷層十分 復(fù)雜 ，煤層厚度變化過大 ，頂板的允許暴露面積和時(shí)間在 5— 8 2m 和 20mm以 下時(shí)，暫不 宜 使用綜采。 2)煤層傾角 (1)傾角在 10 15?? ? (支撐式液壓支架取下限， 掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式液壓支架 取上限 )以上時(shí)，應(yīng)選用帶有防滑裝置的液壓支架 (2)傾角在 18? 以上時(shí)，應(yīng)選用同時(shí)帶防滑防倒裝置的液壓支架。 1)煤層厚度 (1)厚度超過 ，不宜用 支 撐式液壓支架。 華北科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 第 3 章 液壓支架的選型原則 從液壓支架架型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來看，由于架型的不同，它的支撐力分布和作用也不同；從頂板條件來看、由于直接頂類別和基本頂級(jí)別的不同，支架所承受的載荷也 不 同。但是，與立柱相比，千斤頂仍有一些區(qū) 別，如：立柱受力大，一般承載力 800～ 2800KN；千斤頂受力小，一般為 100～ 1000KN。 千斤頂 千斤頂是完成支架及其各部位動(dòng)作、承載的主要元件。 為需要增加支架最大高度時(shí)，可以先拆下四根立柱中對(duì)角線上的兩根立柱上機(jī)械加長桿的卡環(huán)，操作支架升柱，支架頂梁升起，帶動(dòng)機(jī)械加長桿從立柱中拔出，當(dāng)達(dá)到所調(diào)高度時(shí)，再把這兩根機(jī)械加長桿的卡環(huán)固定。這類立柱的調(diào)高范圍較大，可在較大范圍內(nèi)適應(yīng)煤層厚度 的變化。 立柱的結(jié)構(gòu)型式如圖 。導(dǎo)向套為活柱和活塞桿導(dǎo)向?；钪突钊麠U與導(dǎo)向套的配合精度為 89H/f ，表面粗糙為 。 立柱 由缸體、活塞、缸口和活塞桿等組成。因此，必須控制梁端距的變化。 底推式防滑裝置一般安設(shè)在底座的后下側(cè)，由底推千斤頂和推桿組成，同鄰架底座不連接，支架降架后，推出防滑千斤頂，頂往下方支架的底座，便可將本架底座上調(diào)，由于推底座的后部，效果較好，得到廣泛應(yīng)用，大多用于工作面支架。 （ 2） 防滑裝置有兜角式、底調(diào)式和底推式幾種型式。 （ 1） 防倒裝置有斜拉式和平拉式兩種。 當(dāng)傾角小于 25176。 華北科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 圖 華北科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 頂 梁和掩護(hù)梁 側(cè) 護(hù)板上的側(cè)推千斤 頂 和彈簧筒的組成 頂梁側(cè)護(hù)板由中間兩個(gè)側(cè) 護(hù) 千斤頂和外側(cè)兩個(gè)彈簧筒組成；掩護(hù)梁側(cè)護(hù)板由中間一個(gè)側(cè) 推 千斤頂和外側(cè)兩個(gè)彈簧 筒 組成，如圖 。各種型式的底座前端都制成滑橇形，以減小支架的移架阻力。 (3)底靴式。 (2)對(duì)分式。 （ 1）整體式 。這種類型的側(cè)護(hù)板又有 3種型式，如 圖 所示，頂梁上無頂板，側(cè) 護(hù) 板易被冒落 矸 石壓住，影響側(cè)護(hù)板的伸縮；如圖 、 c所示，在頂梁上加設(shè)頂板，克服了以上的缺點(diǎn)，但支架承受偏載時(shí)，側(cè)護(hù)板裝置受力很大。利于防倒和調(diào)架。一般沿傾斜方向的上方為固定側(cè)護(hù)板．下方為活動(dòng)側(cè)護(hù)板。有的支架在后連桿上加側(cè)護(hù)板．在后連桿上安裝一個(gè)側(cè)推千斤頂和兩個(gè)導(dǎo)向筒。 如圖 、后連桿是單桿式的結(jié)構(gòu)型式。如圖 所 示 為帶伸縮前梁的鉸接式頂梁 ，可及時(shí)支護(hù)頂板，減少頂梁的暴露時(shí)間 。 如圖 所示為潛入式頂梁，頂梁后端為扇形結(jié)構(gòu)，掩護(hù)梁可潛入扇形結(jié)構(gòu)內(nèi)，消除三角區(qū)。因?yàn)樗茉陧敯灏纪棺兓瘯r(shí)自取平衡，所以叫平衡式華北科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 頂梁。如圖 所示為不帶伸縮前梁的剛性頂梁，伸縮千斤頂 5使前梁 1伸縮，由于前梁可以及時(shí)伸出支護(hù)剛暴露的頂板，從而允許固定頂梁減小長度，也 可以使 前梁千斤頂和伸縮千斤頂配合使用，使前梁既可以伸縮，也可以上下擺動(dòng)。其中，如圖 所示為全 鉸 式，它能適應(yīng)支架頂梁上方前、后頂板的變化，但當(dāng)頂板出現(xiàn)凹坑時(shí)，頂梁易成人字形，影響支撐效果和切頂性能。這樣，前梁對(duì)頂板的支撐力能較快地達(dá)到額定值，從而可以有效地支控工作 面 前端的頂板，防止離層。在操縱閥上加一個(gè)配液閥，通過單向閥可使在升柱時(shí)高低壓同時(shí)供液，使升柱速度加快，初撐力增大，有效地防止頂板離層。操縱閥為二位二通閥的組合體，控制前梁升降、前柱升降、后柱升降和移架推溜等 8 個(gè)動(dòng)作。泵站供給的高壓液體經(jīng)主進(jìn)液管通向各架 的操縱閥。 (11)要易于拆卸，結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單。 (6)為了操作和生產(chǎn)的需要，要有足夠?qū)挼娜诵械?。椎溜力一般?100kN；移架力按煤層厚度而定，薄煤層一般為 100150kN，中厚煤層 一 般為 150250kN，厚煤層一般 300400kN。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。而每個(gè)綜采工作面平均需要安裝 150 臺(tái)液壓支架，可見對(duì)華北科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 液壓支架的需要量是很大的。支架的支撐力與時(shí)間的曲線，稱為支架的工作特性曲線，如圖。當(dāng)需要降柱時(shí)，高壓液進(jìn)入立柱的活塞桿腔， 另一腔回液，迫使活塞扦下降，于是頂梁脫離頂板。 圖 液壓支架工作原理