【正文】 aP 8P tF 1WF 1WF 1F 1R2R1首先取頂梁為分離體，如下圖所示，根據(jù) 0M?? ，可得 1 2 2 8 2 2 8 2 2 1 。 該支架整體受力如下圖所示。 當(dāng)支架撐牢在頂板之間時 ，取其整體或某一部件為分離體，皆處于平衡狀態(tài)。 （ 5） 桿水平角對連桿受力的影響 由 cP 和 DP 的計算式可知，當(dāng)它的分母為零時， cP 和 DP 將無限大。當(dāng)支架升高時， c? 和 D? 就逐漸增大， cSin? 和 DSin? 也就逐漸變大。只有 tgθ值很小時， ftg? 才能忽略不計。加入頂梁上受向前的水平載荷，很容易使支架向前傾倒，這種趨勢使頂梁對于頂板向前滑動，則水平載荷又變成向后作用。所以此值的大小在 0～ maxf 范圍內(nèi)變化。但是，它的極限值卻可以用頂梁和頂板支間產(chǎn)生相對滑動時的極限摩擦力求得。 （ 4） 摩擦系數(shù)的影響 1） 對支架承載能力的影響 摩擦系數(shù)對支架承載能力的影響表現(xiàn)在 11 tg??項中。 另外指出，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，使受力也不同。但是支架在設(shè)計中一般都要按可能的最大承載力來設(shè)計，顯然這就使支架不能發(fā)揮應(yīng)有的作用，在很大的一段承載范圍內(nèi)就要大材小用。而 ? 角越大，支架的承載能力越 小。在調(diào)高范圍內(nèi)，支架的承載能力在兩側(cè)的高度內(nèi)比較小。（詳細(xì)分析間《液壓支架》課本張家鑒 主編此處不再贅述） 最后，必須指出， tgθ不僅對承載能力有影響，而且對各受力部件有影響，并相當(dāng)復(fù)雜，因此 tgθ是大是小，由具體情況而定。所以 tgθ值過大對支架受力不利。 tgθ值增加，附加力增加。當(dāng) O點在頂梁上方時， tgθ取正值。但是，有些支架為了使高度變化范圍增大，角往往大于 30? 。當(dāng) ? 26時， COS? ，所以支架承載能力將顯著的減小。因為 COS? ≤ 1，因此立柱傾斜布置將使支架的承載能力降低。現(xiàn)在 ? 對承載能力的影響。 各主要參數(shù)的影響 掩護(hù)式支架在工作過程中，各主要部件的受力是變化的，其影響因素有諸多方面。各力對某點取矩之和為零。即以當(dāng)支架支承后在處于平衡狀態(tài)時，取整體或某一個部分為分離體也處于平衡狀態(tài)，其合力和合力矩為零。 （ 8） 各種結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度校核，除按理論支護(hù)阻力校核危險端面外，還要按《液壓支架型式試驗技術(shù)規(guī)范》的各種加載方法，以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，將由安全系數(shù)來保證強(qiáng)度。頂梁與頂板的靜摩擦系數(shù) f ， 目前國內(nèi)一般取～ 。 （ 5） 立柱和短柱按最大工作阻力來計算。 （ 3） 頂梁，底座與頂?shù)装逭J(rèn)為均勻接觸，載荷沿支架長度方向按線性規(guī)律，沿支架寬度方向為均布。 （ 1） 把支架化簡成一個平面桿系結(jié)構(gòu)，同時為防于安全，按集中載荷進(jìn)行計算。 支架在工作面受力是由于頂板下沉，同時又有向采空區(qū)移動的趨勢，使頂梁受合力和底座受底板壓力，其中頂板合力的垂直分力，由支架工作阻力來克服，所以我們在計算支架的工作載荷 F時按支架的工作阻力來確定。 30 圖 36 液壓支架液壓系統(tǒng)圖 1－前立柱； 2－壓力指示器； 3－安全閥； 4－液控單向閥； 5－后立柱； 6－頂梁側(cè)推千斤頂； 7－掩護(hù)梁側(cè)推千斤頂； 8－護(hù)幫千斤頂； 9－雙向液控單向閥； 10－操縱閥； 11－推移千斤頂； 12－前梁千斤頂； 第四章 . 支架的受力分析與計算 支架的工作狀態(tài) 在采煤工作面中，當(dāng)煤被采出后，就會出現(xiàn)一定的空間 ，由于上部巖從壓力，出現(xiàn)離從和裂隙，如果不及時支護(hù)，頂板就要冒落，不支護(hù)的時間越長，危險就越大，而頂板冒落時有一定過程的，一般分為三個階段，開始頂板處于無壓狀態(tài)，次時頂板較完整，而且沒有下沉，通常稱為老頂來壓，次時頂板并不破裂，且這種下沉帶有一定的周期，所以稱為老頂周期來壓狀態(tài)，如不及時支護(hù)，頂板就會破裂而冒落，此時叫冒落狀態(tài)。液壓系統(tǒng)原理：本支架操作方式采用鄰架操作控制，使用快速接頭拆裝方便，性能可靠。 圖 33 掩護(hù)梁焊接方式 圖 34 掩護(hù)梁 1耳板 2主筋板 3擋板 4耳板 29 5加強(qiáng)筋板 6板 7側(cè)推千斤頂 8蓋板 9護(hù)幫板 （ 5）推移千斤頂 本液壓支架采用活塞式推移千斤頂，其結(jié)構(gòu)如下圖所示。焊接方式與頂梁相似，掩護(hù)梁上鉸接座與頂梁鉸接，下端通過千斤頂與底座鉸接。掩護(hù)梁和頂梁（包括活動側(cè)護(hù)板）一起，構(gòu)成了支架完善的支撐和掩護(hù)體，完善了支架的掩護(hù)和擋矸性能。在整體式底座后部中間底板去掉一塊，增加底座后部比壓，同時有利排煤。除了滿足一定的剛度和強(qiáng)度外，對底板不平的適應(yīng)性要強(qiáng)，對底板的接觸比壓要小；有足夠的空間安裝立柱液壓控制裝置，推移裝置和其它輔助裝置；便于人員操作行走，起一定的擋煤作用，考慮排煤能力，有一定的 28 重量，以保證支架的穩(wěn)定性能等。 本底座是由鋼板焊接成的箱形整體結(jié)構(gòu)。則 1 8 0 0 c o s 3 1 9 2 0 c o s 4 6 1 6 0 0 c o s 2 5 9 5 1 .2 7xG? ? ? ? ? ? ? ?mm 故 1x 取整后為 950mm。 27 2??1? 按幾何關(guān)系列出的下述諸公式進(jìn)行計算。同時考慮柱前行人和支架的調(diào)高范圍以及下柱窩與前連桿下鉸點的距離，一般按支架在最低工作位置時，立柱最大傾角應(yīng)小于 30176。立柱上柱窩到頂梁與掩護(hù)梁的鉸點的距離為 800mm，立柱柱窩到頂梁梁面的距離為 150mm。 ①立柱上柱窩位置的確定 確定立柱布置可以用類比法 ,其確定原則考慮支架的穩(wěn)定性及支架的合力作用位置綜合進(jìn)行考慮 ,我們知道 ,作用位置超前易產(chǎn)生啃底現(xiàn)象 ,所以一般盡量使合力位置向后移。一般立柱與頂梁夾角小于 ?30 （支架在最低工作位置時），由于角度較大，可使調(diào)高范圍增加。 此處ζ ==﹪ （ 2）立柱柱窩的確定 立柱是支撐在頂梁和底座之間能承受頂板載荷的液壓缸，立柱是承壓元件，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。 ③ 頂板覆蓋率ζ ζ =( )( )Bll c B j?? 100﹪ 式中 B:頂梁的寬度 (㎡ ) l:支架頂梁長度 (m) ｊ :支架間距 (m) 對破碎機(jī)頂板：覆蓋率 s 值應(yīng)達(dá)到 85﹪～ 95﹪，故掩護(hù)式支架裝可移動護(hù)板，以維護(hù)架間的間隙，中等穩(wěn)定頂板覆蓋率ζ值為 75﹪～ 85﹪，穩(wěn)定側(cè)護(hù)板覆蓋率為 60﹪～ 70﹪。 按條件取底座長度大約為 26 故頂梁長度 L=2950mm ② 頂梁寬度 頂梁寬度根據(jù)支架間距和架型來定，架間間隙為 。 cos1P +300+e] 式中： 配套尺寸＝ 2088mm A:后連桿長度（ mm） G:掩護(hù)梁長度（ mm） e:支架由高到低頂梁前端最大位移量（ mm） 2E 、 1E ：支架在最高位置時，分別為后連桿與水平面及掩護(hù)梁與水平面的夾角 2E ＝ 83176?？捎霉饺缦?: 頂梁長度＝ [配套尺寸＋底座尺寸＋ A減少頂板反復(fù)支護(hù)次數(shù)，保持支架結(jié)構(gòu)緊湊，減輕重量。 頂梁尺寸 ① 頂梁長度 頂梁長度受支架型式、配套采煤機(jī)截深 (滾筒寬度 )、刮板輸送機(jī)尺寸、配套關(guān)系及立柱缸徑、通道要求、底座長度、支護(hù)方式等因素的制約。如果銷不住，側(cè)護(hù)板就在彈簧作用下伸出。要使側(cè)護(hù)板固定，只要把彈簧套筒收回，用銷子銷在銷孔中。中間以兩根主骨架為主體，在主骨 中焊接四個柱窩。一般梁的支撐力，未伸出前為 200～ 400kN。前梁由前梁千斤頂支撐，對頂板的適應(yīng)性較好。 25 圖 32 頂梁筋板焊接方式 這里采用前后鉸接式頂梁。dcaabbeebHHFFae? （ 18）按以上初步求出的四連桿機(jī)構(gòu)的幾何尺寸，再利用幾何作圖法畫出液壓支架掩護(hù)梁與頂梁鉸點的運動曲線，只要逐步變化四連桿機(jī)構(gòu)的幾何的尺寸，便可以畫出不同的曲線來，再按液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征進(jìn)行 校核，最終選出較優(yōu)的四連桿機(jī)構(gòu)尺寸來。 （ 16）分別作和的垂直平分線，其交點即為前連桿下鉸點，為前連桿長度。則三點為液壓支架在三個位置時，前連桿的鉸點。 （ 13）以 e′′′ 點為圓心，掩護(hù)梁長 ae′ 為半徑作弧，交最前面圓弧上一點 a′′ ，此點為支架降到最低位置時，掩護(hù)梁與后連桿的鉸點。 （ 11）以 O點為圓心， oa為半徑作圓弧。 （ 9）在垂線上作液壓支架在最低位置時，頂梁與掩護(hù)梁的鉸點 e′′′ 。 （ 7）以 a點為圓心，以（ ～ ） G長度為半徑作弧，在掩護(hù)梁上交一點 b，為前連桿上鉸點的位置。 （ 5）過 a點作與 H— H線有夾角 a1的斜線，以 a點為圓心，以 G為半徑作弧交此斜線一點e′，此點為掩護(hù)梁與頂梁的鉸點。 （ 3）過 O點作與 H— H線的夾角為 Q1的斜線。 （ 1）確定后連桿下鉸點 O點的位置，使它大體比底座底面略高 200～ 250mm（或類比同類型支架確定）。 23 用解析法來確定掩護(hù)梁和后連桿的長度，如下圖所示。 確定掩護(hù)梁上鉸點至頂梁頂面之距和后連桿下鉸點至底座至底面之距。 ， Q=26176。重新 計算后可得： Q1=78176。 ， Q=26176。 ， Q1=78176。 掩護(hù)梁和后連桿的長度的確定 用解析法來確定掩護(hù)梁和后連桿的長度，如下圖所示 其中 G掩護(hù)梁長度； A后連桿長度； L2e′點引垂線到后連桿下鉸點之距； H1支 架最高位置時的計算高度； H2支架最低位置時的計算高度。支架間距 b主要根據(jù)支架型式，但目前主要根據(jù)刮板運輸機(jī)油槽節(jié)長度及槽幫上千斤頂連接的位置來確定， 目前我國刮板運輸機(jī)油槽每節(jié)長度為 ,千斤頂連接位置在刮板槽中間，所以除節(jié)式和邁步式支架外，支架間距一般為 ，此處恰取 1500mm。當(dāng)支架中心距為 ，如果帶有活動側(cè)護(hù)板，最小寬度一般 1150～ 1180mm，最大寬度一般 1320～ 1350mm；如果不帶活動側(cè)護(hù)板，則寬度一般取1150～ 1200mm。當(dāng)支架中心距為 ，最小寬度一般1400～ 1430mm，最大寬度一般 1570～ 1620mm。寬度的確定應(yīng)考慮支架的運輸安裝和調(diào)高要求。大采高支架為促高穩(wěn)定性中心距可采用 1． 75m，輕型支架為適應(yīng)中小煤礦工作面快速搬家的要求，中心距可采用 。 （ 2） 中心距和寬度的確定 支架中心距一般等于工作面一節(jié)溜槽長度。在采用雙伸縮立柱時，垛式支架的伸縮比為 ；支撐式支架為 ；掩護(hù)式支架可達(dá) 3，一般范圍是 ，煤層較薄時選大值。 綜合以上分析我們在設(shè)計過程中取 Hmax ＝ 2600mm， Hmin =1200mm。 對于中厚煤層支架，按下式確定支架高度， 即： Hmax ＝ Mmax ＋ (200～ 300) Hmin ＝ Mmin － (300～ 400) 對于薄煤層支架，則按下式確定支架高度，即 Hmax ＝ Mmax ＋ (100～ 200) Hmin ＝ Mmin － (150～ 250) 21 支架的最大高度與最小高度之差為支架的調(diào)高范圍。 （ 1） 液支架的高度及其伸縮比的確定 一般應(yīng)首先確定支架適用煤層的平均采高，然后確定支架高度。 液壓支架 整體結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計 液壓支架的結(jié)構(gòu)型式很多，且隨著采高和應(yīng)用條件的不同，支架的結(jié)構(gòu)布置和尺 寸也各異。 （ 2） 確定支架結(jié)構(gòu)參數(shù)的內(nèi)容 ① 確定正常工作條件下，支架與相應(yīng)設(shè)備的位置關(guān)系 。 20 ③ 結(jié)構(gòu)緊湊，行人操作方便 。 （ 7） 設(shè)備成本 綜合各條件，宜選用支撐掩護(hù)式支架的架型，即本組畢業(yè)設(shè)計所選擇架型。 （ 5） 煤層硬度 當(dāng)煤層為軟煤層時，支架最大采高一般≤ ；中硬煤層時，支架最大采高一般≤ ；硬煤層時，支架最大采高 5m。 ② 為使移架容易，設(shè)計時要使支架底座前部比后部的比壓小。時，排頭支架設(shè)防倒滑裝置，工作面中部支架設(shè)底調(diào)千斤頂，工作面中部輸送機(jī)設(shè)置防倒滑裝置。以上時，應(yīng)選用帶有防滑裝置的支架。 ② 傾角在 10176。 ④ 假頂分層開采，應(yīng)選用掩護(hù)式支架。 ② 當(dāng)煤層厚度達(dá)到 ～ ，需選擇帶有護(hù)幫裝置的掩護(hù)式或支承掩護(hù)式支架。一般情況下可根據(jù)頂板的級別，由表 315 見《綜采技術(shù)手冊》（上冊）中直接選出架型。 影響架型選擇的因素 液壓支架的選型受到礦井的煤層、地質(zhì)、技術(shù)和設(shè)備條件的限制，因此，以上因素都會影響到支架的選型。即二柱式支架對頂板的實際支撐力高于同樣名義額定阻力的四柱式支架，特別是對機(jī)道上方頂板的支護(hù)強(qiáng)度。 （ 2） 對于非常穩(wěn)定和穩(wěn)定的難垮落頂板和周期來壓強(qiáng)烈和十分強(qiáng)烈的頂板，應(yīng)優(yōu)先考慮選取四柱支撐掩護(hù)式支架。但在底板