【正文】 4. 焊條抗拉強(qiáng)度取 561?b? MPa，其強(qiáng)度條件為： ??bn? ≥ [n] （ 55） 式中： ? — 計(jì)算出的焊縫許用應(yīng)力 b? — 按焊條類型來(lái)定。下面簡(jiǎn)單介紹我國(guó)液壓支架強(qiáng)度計(jì)算中的強(qiáng)度條件： s? 計(jì)算安全系數(shù)； 、銷軸、活塞桿的屈服極限及強(qiáng)度條件； (1).各結(jié)構(gòu)件采用 16Mn 低合金高強(qiáng)度 結(jié)構(gòu) 鋼，并由具有標(biāo)準(zhǔn)厚度的鋼板焊接而成，取 345?s? MPa； (2).各銷軸均采用 35CrMo 等合金結(jié)構(gòu)鋼，取屈服極限 835?s? MPa； (3).活塞桿均采用 27SiMnTi 鋼，取屈服極限 835?s? MPa； (4).結(jié)構(gòu)件、銷軸和活塞桿的強(qiáng)度條件為： max??sn? ≥ [n] （ 53） 式中 ， max? — 危險(xiǎn)斷面計(jì)算出的最大 應(yīng)力， MPa； ][n — 許用安全系數(shù) 。前面的內(nèi)容已經(jīng)給出了支架主要零部件受力分析和負(fù)荷的 計(jì)算方法，但是由于液壓支架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、外載荷特點(diǎn)以及其使用條件的特殊性，在強(qiáng)度計(jì)算中的強(qiáng)度條件也是有其特殊性的。 從 ax 和 ay 的式子中可以看出，當(dāng) 8P 為正 ，即平衡千斤頂為推力時(shí) , ax 和 ay 有最大值，掩護(hù)梁受力最大，同時(shí)前后連桿受力也最大，所以驗(yàn)算掩護(hù)梁和前后連桿強(qiáng)度時(shí)，也應(yīng)按此種情況進(jìn)行。取 1F 為最大值時(shí)進(jìn)行梁的強(qiáng)度校核 。對(duì) O 點(diǎn)取矩可求得 1F 的表達(dá)式。為簡(jiǎn)便計(jì)算，以下均在支架的最高位置進(jìn)行各部分的受力計(jì)算 。隨著支架高度的變化，支架各個(gè)部件所受的力也隨之變化。 （ 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，還要按原煤炭部標(biāo)準(zhǔn) MT－ 8684《液壓支架型式試驗(yàn)技術(shù)規(guī)范》的各種加載方式，以支架的額定工作阻力逐一校核，超過(guò)額定工作阻力 10％的超載試驗(yàn) ，將由安全系數(shù)來(lái)保證強(qiáng)度。頂梁和頂板的靜摩擦系數(shù) W一般取 ～ 。 （ 5） 立柱和短柱按最大工作阻力計(jì)算。 （ 4） 通過(guò)分析和計(jì)算可知，掩護(hù)梁上矸石的作用力，只能使支架實(shí)際支護(hù)阻力降低。 （ 2） 金屬結(jié)構(gòu)件按直梁理論計(jì)算。 為了設(shè)計(jì)計(jì)算方便，要對(duì)支架的外載荷和支架本身進(jìn)行簡(jiǎn)化，現(xiàn)概述如下： （ 1） 把支架簡(jiǎn)化成一個(gè)平面系機(jī)構(gòu)。設(shè)垂直于頂梁的力為 1F ， 1F 由支架的工作阻力 來(lái)平衡。 由上述可知，支架承受的外載荷是頂板下沉行成的。隨著頂板壓力不斷加大，立柱就要不斷“讓壓”下縮。稱此現(xiàn)象為液壓支架的“讓壓”現(xiàn)象。此時(shí)，頂板尚無(wú)下沉現(xiàn)象，支架以“初撐力”支撐頂板。 5 液壓支架頂梁受力分析及強(qiáng)度計(jì)算 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。而由于高壓液體把液控單向閥 K打開，因而中缸可以縮回。 屈服極限： MPas 835?? ； 安全系數(shù)：取 2n? ； 允用應(yīng)力： ? ? sn?? ? 2835? ? MPa 缸筒 所需最小厚度 ： ? ?? ? ???????????? ppD ??? ???????? ??? ???? 11? mm 考慮到需要安裝導(dǎo)向套，選取缸筒內(nèi)壁厚度為 30 20?? mm 二級(jí) 立柱的 工作壓力 已知二級(jí)缸徑為 200mm，按下式可求得二級(jí)缸內(nèi)的壓 力： 12 224000 cosadFP nD??? mm 式中： 1F —— 支架 工作阻 力， kNF 36001 ? ； n—— 每架支架立柱數(shù)， n=2； 2D —— 二級(jí)缸內(nèi)徑 ， mmD 2021 ? ； ? —— 立柱最大傾角，（支架降到最低位置時(shí) α 角最大）， ?28?? 。 立柱尺寸確定 一級(jí) 立柱的缸體內(nèi)徑： 14000cosdaFD nP??? mm 式中： 1F —— 支架工作阻力， kNF 36001 ? ； n—— 每架支架立柱數(shù)， n=2； aP —— 安全閥調(diào)整壓力， aa MPP 35? ； ? —— 立柱最大傾角，（支架降到最低位置時(shí) α 角最大）， ?28?? 。好的結(jié)構(gòu)不但可以使支架外形美觀，還可以改善支架的受力狀況，使支架受力更合理，能承受更大的外載荷 。如圖 所示： 圖 頂梁側(cè)護(hù)板高度一般取 250～ 500mm，薄煤層支架取下限，掩護(hù)梁側(cè)護(hù)板和后連桿側(cè)護(hù)板高度一般根據(jù)支架最大高度時(shí)，側(cè)護(hù)板水平尺寸一般按移架步距加 100～ 200mm 搭 接量的原則來(lái)確定。 所以綜合考慮各個(gè)方面， ZY3200 型掩護(hù)式支架采用圖 b 所示的側(cè)護(hù)板。 另一種是鉸接式側(cè)護(hù)板，如圖 d 所示。 側(cè)護(hù)板的結(jié)構(gòu)型式 圖 側(cè)護(hù)板的結(jié)構(gòu)型式 一種是側(cè)護(hù)板在頂梁的外側(cè)。另一種是兩側(cè)皆為活動(dòng)側(cè)護(hù)板?；顒?dòng)側(cè)護(hù)板通 過(guò)彈簧筒和側(cè)推千斤頂與梁體連接，以保證活動(dòng)側(cè)護(hù)板與鄰架的固定側(cè)護(hù)板靠緊。在設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)左右工作面來(lái)確定左側(cè)或右側(cè)為活動(dòng)側(cè)護(hù)板。 側(cè)護(hù)板的種類與選擇 頂梁和掩護(hù)梁的側(cè)護(hù)板有兩種，如圖 所示：一種是一側(cè)固定另一側(cè)活動(dòng)的側(cè)護(hù)板。 圖 連桿 27 圖 連桿 頂梁側(cè)護(hù)板的設(shè)計(jì) 支架側(cè)護(hù)板裝置一般由側(cè)護(hù)板、彈簧筒、側(cè)推千斤頂、導(dǎo)向桿和連接銷軸等組成。 ZY3200 計(jì)成雙單連桿，后連桿設(shè)計(jì)成整體連桿，如圖 、圖 ，整體連桿由兩根單連桿組焊而成，用在后連桿，抗扭轉(zhuǎn)能力強(qiáng)，銷軸與銷孔最大配合間隙控制在 1mm以內(nèi) ,以增強(qiáng)支架的穩(wěn)定性。 如圖 ： 圖 掩護(hù)梁 26 連桿的設(shè)計(jì) 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。掩護(hù)梁上端與頂梁鉸接，下部與前、后連桿鉸接。由于中擋底板分體，推移裝置處的浮煤、浮矸可隨支架移架從后端排到采空區(qū)，不需要人工清理，適 25 應(yīng)高產(chǎn)高效生產(chǎn)要 求。因此，除滿足一定的剛度和強(qiáng)度外，對(duì)底板的適應(yīng)性要強(qiáng)；對(duì)底板的接觸比壓要??；支架內(nèi)部應(yīng)有足夠的空間用于安裝立柱、液壓控制裝置、推移裝置和其他輔助裝置；便于人員操作和行走；保證支架的穩(wěn)定性。 圖 頂梁斷面 本設(shè)計(jì)中的支架頂梁的型式如圖 所示。 圖 頂梁閉式 立筋型式 24 圖 頂梁開式立筋型式 開式頂梁的特點(diǎn)，可減輕頂梁重量，增強(qiáng)頂梁的抗彎強(qiáng)度。 一種為立筋凸出型，如圖 a 所示，增加了焊接強(qiáng)度；另一種為立筋凹下，焊接后使頂梁平整，但焊接強(qiáng)度如前一種，如圖 b 。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(lái)，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(guò)銷軸與掩護(hù)梁上的銷孔相連。頂梁前端呈滑撬式或圓弧形，以減少移架阻力。 頂梁斷面形狀 各類頂梁都為箱式結(jié)構(gòu)，一般由鋼板焊接而成。 為了使支架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且具有更好的支護(hù)能力。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少長(zhǎng)度。 為了使冒落的頂板矸石滑向采空區(qū)，保護(hù)擋矸簾，還可以增加尾梁 3，如圖 e 所示。 圖 d 為剛性頂梁帶鉸接式前梁，頂梁由前、后梁鉸接。其中圖 b 為全鉸接式，它能適應(yīng)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。但對(duì)頂板的適應(yīng)性差。由于頂煤易產(chǎn)生裂隙、破碎及跨落，要求頂梁盡可能適應(yīng)這種變化，具有良好的接頂性能，避免因局部壓力而引起損壞。因此除滿足一定的剛度和強(qiáng)度外，對(duì)底板起伏不平的適應(yīng)性要強(qiáng)；對(duì)底板接觸比壓 要?。灰凶銐虻目臻g安裝立柱、液壓控制裝置、推移裝置和其它輔助裝置；要便于人員操作行走，能起一定的擋矸作用；要考慮排矸能力；要有一定的重量，以保證支架的穩(wěn)定性等。 掩護(hù)梁是支架的掩護(hù)構(gòu)件，除防止采空區(qū)冒落的矸石涌于工作面外，并承受冒落矸石的壓力和頂梁分解的水平力。薄煤層一般為 100～ 150KN ，中厚煤層為 150～ 300KN ，厚煤層為 300～ 400KN ，本次設(shè)計(jì)取移架力為 200KN ； 22 4 液壓支架主要部件設(shè)計(jì) 支架主要部件的設(shè)計(jì)要求 頂梁是支護(hù)頂板的直接支撐構(gòu)件，除滿足一定的剛度和強(qiáng)度外，還 要滿足支護(hù)頂板足夠的頂板覆蓋率；同時(shí)盡可能的要適應(yīng)頂板的不平整性，使頂梁與頂板的接觸應(yīng)力均勻，避免因局部壓力而引起損壞。本次設(shè)計(jì)取推溜力為 150KN 。 初撐力 在立柱設(shè)計(jì) 中 計(jì)算。但對(duì)乳化液泵站和液壓元件的耐壓要求提高。 21 初 撐力的大小對(duì)支架的支護(hù)性能和成本都有很大影響。取最大截割高度， ? m ? — 巖石密度，一般 取 33 10??? 3Kgm 故： 510 ??? ?KMq 53 1010335 ?????? ? MPa 支架支撐頂板的有效工作阻力為： 310CR qF?? KN 式中： CF — 支架的支護(hù)面積， 2m ? ?? ?g k mF L L B K? ? ? 2m 式中： gL — 支架頂梁長(zhǎng)度， ?gL m ； kL — 梁端距， ?kL m ； mB — 支架頂梁寬度， ?mB m ； K — 架間距， ? m 。 510q KM ? ??? MPa 式中 ， K — 作用于支架上的頂板巖石厚度系數(shù)，取 K=5。頂板所需的支護(hù)強(qiáng)度取決于頂板的等級(jí)和煤層厚度。故選立柱數(shù)目為 2。 +300+19) +200 =3974mm 立柱布置 本支架采用雙伸縮立柱。 刮板輸送機(jī)型號(hào) SGB764/264， 規(guī)格（長(zhǎng) 寬 高）（ mm）為 1500 764 222 配套尺寸 =800+154+130+764+190+25=2063mm 底座長(zhǎng)度 =2800mm 頂梁長(zhǎng)度 =(2063+2800+1234 cos70176。 1Q 、 1P — 支架在最高位置，分別為后連桿和掩護(hù)梁與水平面的夾角。 圖 支架工作方式比較圖 A — 先推溜后移架工作方式（活塞桿處于收縮狀態(tài)） B — 先移架后推溜工作方式（活塞桿處于伸出狀態(tài)） 頂梁長(zhǎng)度計(jì)算 支架在工作面的相對(duì)位置關(guān)系如圖 所示 。這是因?yàn)椴捎孟纫萍芎笸屏锏墓ぷ鞣绞綍r(shí)，支架要超前輸送機(jī)一個(gè)步距，以便采煤機(jī)過(guò)后，支架能及時(shí)前移，支控新暴露的頂板，做到及時(shí)支護(hù)。 最終 液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)的幾何作圖得到的最終結(jié)果 ，如圖 圖 18 頂梁長(zhǎng)度的確定 支架工作方式對(duì)頂梁長(zhǎng)度的影響 支架工作方式對(duì)頂梁長(zhǎng)度的影響很大，如圖 。并以 a? 點(diǎn)為圓心， ab 為半徑，交 ea?? 上一點(diǎn) b? 點(diǎn)；以 a? 為圓心， ab 為半徑，交 ea??? 上一點(diǎn) b? 點(diǎn)，該 b 、 b? 、 b? 三點(diǎn)為液壓支架在三個(gè)位置時(shí)前連桿的上鉸點(diǎn)； 1連接 oa? 、 oa? 為液壓支架降到中間位置和最低位置時(shí)后連桿的位置； 1分別作 b? 和 bb?? 的垂直平分線交一點(diǎn) c ，即為前連桿下鉸點(diǎn)， bc 為前連桿長(zhǎng)度； 1過(guò) c 點(diǎn)向 H— H線作垂線，交一點(diǎn) d ，則 oa ， ab ， bc ， cd 和 do 為液壓支架的四連桿機(jī)構(gòu)。 用幾何作圖法確定四連桿機(jī)構(gòu)的各部分尺寸具體做法如圖 。、 2Q =25176。、 2P =14176。已知 mH =， nH = ，最大計(jì)算高度和最小計(jì)算高度的確定。 用解析法來(lái)確定掩護(hù)梁和后連桿的長(zhǎng)度，如圖 所示： 設(shè)： G— 掩護(hù)梁長(zhǎng)度； A— 后連桿長(zhǎng)度； 2L — e? 點(diǎn)垂直線到后連桿鉸點(diǎn)之距； 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。 已知條件是支架的最大高度 mH ＝ 3200mm 和支架的最低高度 nH ＝ 1400mm，要求在這范圍內(nèi)掩護(hù)梁上的鉸 點(diǎn)上下運(yùn)動(dòng)時(shí)的軌跡是一條直線或近似直線，水平偏移量不許超過(guò)70mm。 這個(gè)尺寸的選取最好進(jìn)行同類支架的選取，在設(shè)計(jì)中我發(fā)現(xiàn)若是這 15 兩個(gè)尺寸選取不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致后續(xù)的麻煩。 后連桿下鉸點(diǎn)至底座底面之距 0Y ,0Y 般根據(jù)支架最小高度確定，薄煤層支架取0Y =150— 250vmm，對(duì)中厚煤層支架取 0Y ＝ 250— 450mm，對(duì)大采高支架取 0Y ＝ 450— 600mm。這樣四連桿機(jī)構(gòu)就可以確定了。 圖 掩護(hù)梁和后連桿構(gòu)成的曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 其具體做法是順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)后連桿使支架最高位置時(shí)的 e? 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，只要找到這個(gè)圓弧軌跡的曲率半徑和曲率中心，就可以找到前連桿的位置和長(zhǎng)度了。 以上分析得知，為使支架受力合理和工作可靠