【正文】 圖 則其與底板的接觸面積為 dA 1 1 2 2()d a dA L b L h L h? ? ?（ 515） 式中：底座寬度， m 然后計(jì)算底座對(duì)底板的平均比壓： 210 *10dFq A ??? （ 516） 由于底板凹凸不平或底座下墊有碎矸，底座對(duì)底板的比壓很不均勻，為簡(jiǎn)化計(jì)算而又不失其有效性，假設(shè)底座對(duì)底板均勻接觸且載荷為線性分布，設(shè)支架的整體結(jié)構(gòu)和外載荷如圖 所示 。計(jì)算底板比壓時(shí)，首先計(jì)算底板與底座的接觸面積。由于底板巖性不同，含水量不同等因素，使底板具有不同的抗壓強(qiáng)度。而掩護(hù)式液壓支架和支撐掩護(hù)式液壓支架，由于支架的工作阻力因支架支撐高度不同而 異，故支護(hù)強(qiáng)度也因支架支撐高度變化而變化 (為簡(jiǎn)化計(jì)算，不考慮支護(hù)面積在支撐過程中的變化 )。再經(jīng)受力分析，其外載荷也已確定。 圖 頂梁梯形載荷分布 頂梁前端比壓： 16 32 2( 2 ) *10ggmF x Lq LB ??? （ 513） 式中： mB 頂梁寬度。當(dāng) xgL /3，載荷分布為三角形，如圖 所示。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。 頂梁載荷的分布 當(dāng)把頂梁所受頂板的載荷求出后，就可以進(jìn)一步計(jì)算出載荷在頂梁上面的分布情況。 支撐掩護(hù)式液壓支架的受力 分析和計(jì)算 支撐掩護(hù)式液壓支架整體受力如圖 。 華北科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 43 圖 整體支架分離體受力 對(duì) d? 點(diǎn)取矩，整理后有 1 1 11()F x x F W hx F??? ? ? （ 511） 由式 56可知，當(dāng)平衡千斤頂為拉力，即 sp ?為 且 W= 時(shí)， 1F 由最大值， 1F? 也有最大值。再取 掩護(hù)梁為分離體，如圖 。由圖 x方向和 y方向的力系平衡方程，再由此解出頂梁與掩護(hù)梁鉸點(diǎn)的內(nèi)力 aaxy、 ： 1 8 2 1sin c o satx p p F W??? ? ? （ 57） 1 8 2 1c os si naty p p F??? ? ? （ 58） 從式 (57)和式 (58)可以看出，當(dāng) tp 取“十”值，即平衡千斤頂為推力時(shí) aaxy、 有最大值，掩護(hù)梁受力最大，同時(shí)前、后連桿受力也最大。當(dāng) sp為“一” (平衡千斤項(xiàng)為拉力 )且 W＝ 時(shí)， 1F 有最大值。再取頂梁和掩護(hù)梁為分離體，如圖 。 首先取頂梁為分離體，如圖 。可由圖 52求出 ： a a m ay y F p? ? ? ? ? （ 52） 由圖 53，寫出力系 y方向平衡方程和 b點(diǎn)取短的力矩平衡方程，并由此求出 nF 和其作用點(diǎn)的距離 x為 n a bF y p??? （ 53） 32banp L y Lx F ??? （ 54） 鉸接式頂梁掩護(hù)式液壓支架的受 力分析和計(jì)算 鉸接式頂梁掩護(hù)式液壓支架整體受力如圖 。圖中 L和 1L 為已知，對(duì) a點(diǎn)取矩，可求得 mF為 1pLF L?? （ 51） 再取后梁為分離體，如圖 。 液壓支架受力分析與計(jì)算 鉸接式頂梁支撐式液壓支架的受力分析和計(jì)算 鉸接式頂梁支撐式液 壓支架受力如圖 。 （ 7）按不同支護(hù)高度時(shí)各部件最大受力值進(jìn)行強(qiáng)度校核 。頂板給與頂梁水平摩擦力；另一種是由于頂板向采空區(qū)方向移動(dòng)，使支架頂梁受到一個(gè)指向采空區(qū)的水平摩擦力。 （ 5）立柱 和短柱按最大工作阻力計(jì)算 。 （ 4）通過分析和計(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)力受阻降低。 （ 2）金屬構(gòu)件按直梁理論計(jì)算 。 采煤工作面風(fēng)速計(jì)算按下式進(jìn)行： 160QV A? 采 （ 420） V：工作面風(fēng)速， m／ s； 1A ：支架在采煤工作面的通風(fēng)斷回積， m2； Q采 ：采煤工作面所需風(fēng)量， 2m ／ min。一般按工作面允許風(fēng)速進(jìn)行驗(yàn)算。但在工作面中安裝液壓支架后，通風(fēng)斷面積明顯減小。 通風(fēng)斷面的驗(yàn)算 采煤工作面的過風(fēng)量有一定要求。 三孔式 — 中間孔安裝側(cè)推千 斤頂，兩側(cè)對(duì)稱安裝彈簧筒。由于在頂梁和掩護(hù)梁上焊有橫筋板，則側(cè)椎千斤頂?shù)陌惭b位置要與橫筋板相適應(yīng)，一般為對(duì)稱布置，這樣可以使側(cè)護(hù)板受力平衡。由于頂梁在頂板載荷作用下，要求側(cè)推千斤頂?shù)耐评Υ?，才能靈活操作頂梁側(cè)護(hù)板，因此在頂梁上一般布置兩個(gè)側(cè)推千斤項(xiàng)、兩個(gè)彈簧筒。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。 (2)有鎖緊回路時(shí)，用液控單向閥鎖緊。其優(yōu)點(diǎn)是防止頂板巖石從架間冒落，移架時(shí)摩擦阻力小。 側(cè)推千斤頂?shù)?控 制方式和位置的確定 側(cè)推千斤頂伸出時(shí)，使活動(dòng)側(cè)護(hù)板外移，可密閉架間間隙，起到防矸、導(dǎo)向、防倒和調(diào)架等作用；側(cè)推千斤頂縮回時(shí)，使活動(dòng)側(cè)護(hù)板縮回，可減少移架阻力。 7 5 2 1 1 22L L L a b S L? ? ? ? ? ? （ 419） 式中 ： 1a ：當(dāng)活塞桿全部縮回后，缸體上鉸點(diǎn)至活塞桿上部的距離，如圖 。 圖 5L 計(jì)算圖 7 5 2L L L?? （ 418） 行程 5 4 2S L L L x?? ? ? ? (3)平衡干斤頂在掩護(hù)梁上位置的確 定。當(dāng)支架在最高位置時(shí)，平衡千斤頂達(dá)到最小長(zhǎng)度 4L ，如圖 。；支架在最低位置時(shí)，頂梁能上擺 10? ，或頂梁和掩護(hù)梁近似成 180? 。 （ 2） 平衡千斤頂?shù)男谐逃?jì)算。由于平衡千斤頂?shù)耐屏屠Σ煌?，?x值不同。 華北科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 35 當(dāng)支架降到頂梁和掩抄梁成 180? 角時(shí)．為使平衡干斤頂不與掩護(hù)梁發(fā)生干涉 ，可以按下式計(jì)算 7h ： eB22b bDhh ?? ? ? ? （ 415） 式中 ： eB ：掩護(hù)梁厚度， m； bD ：平衡千斤頂外徑． m； b? ：平衡干斤頂外徑與掩護(hù)梁間之間隙， — 般取 ； 1h ： 瞬心 點(diǎn)至頂梁和掩護(hù)梁鉸點(diǎn)的距離， m； 平衡千斤頂在作拉力時(shí)，取 x＝ ／ gL ；平衡千斤頂在作推力時(shí)，取 x＝ gL 。 華北科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34 圖 頂梁和掩護(hù)梁分離體 1 1 2 1 1 2 3 1 1 6 2 1 30 , ( ) c o s ( ) sin ( ) ( ) 0ot tM F W h h p L L L p h h h F x L?? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? （ 413） 取頂梁為分離體，如圖 。 （ 1） 平衡千斤頂在頂梁上位置的確定。當(dāng)頂梁前端出現(xiàn)空頂時(shí)，頂梁后端載荷加大．頂板載荷合力作用點(diǎn)位置后移，此時(shí)平衡千斤頂受拉，為使支架支撐力分布適應(yīng)頂板載荷分布，假設(shè)合力作用點(diǎn)位置在頂梁后端 倍頂梁長(zhǎng)度處來進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)立柱的上、下柱窩位置確定后，就可以根據(jù)頂板載荷分布來確定平衡千斤頂?shù)奈恢谩? 1） 平衡千斤頂安裝位置的確定原則。 ②根據(jù)前、后立柱間行人的要求，對(duì)支撐掩護(hù)式液壓支架還要考慮立柱傾角的要求，分配前、后柱窩位置。同時(shí)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(diǎn)的距離．一般按支架在最低工作位置時(shí)，立柱最大傾角應(yīng)小于 30? 來考慮，具體計(jì)算如圖 所示。 圖 頂梁受力分析 對(duì) A 點(diǎn)取矩： 0aM ?? 11 1 1 2 1c o s s in ( ) 03 gt FLF W h p x p h h??? ? ? ? ? （ 49） 1 1 1 1 2 1s i n ( )3c osgLF F Wh p h hx p ??? ? ?? 式中 x： 立柱上柱窩至頂梁和掩護(hù)梁鉸點(diǎn)的距離， m； 1F ：支架支護(hù)阻力， 1cF qF? ， kN； g：支架最大支護(hù)強(qiáng)度， kN／ 2m ； 華北科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 cF ：支護(hù)面積， 2m ； gL：頂梁長(zhǎng)度 (不包括頂梁與掩護(hù)梁鉸點(diǎn)至頂梁后端的距離 )， m； tp ：立柱工作阻力之和， kN； 1h ：頂梁和掩護(hù)梁鉸點(diǎn)至頂梁頂面的距離， m； 2h ：立柱上校窩中心至頂梁頂面的距離， m； ? ：立柱在最高位置時(shí)的傾角 ； ②立柱下柱窩位置的確定。所以，支架支撐力分布也為三角形，以此計(jì)算立柱上柱窩位置。把支架的空間桿系結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化成平面桿系結(jié)構(gòu)。但頂板載荷復(fù)雜．分布規(guī)律因支架頂梁與頂板的接觸情況而異。 ①立柱上柱窩位置的確定。 3）立柱柱窩位置的確定 （ 1）掩護(hù)式液壓支架柱窩位置的確定 掩護(hù)式液壓支架立柱上、下柱窩位置的確定，對(duì)液壓支架能否正常工作，極為重要。立柱間距的選擇原則為有利于操作、行人和部件合理布置。支撐掩護(hù)式液壓支架，根據(jù)結(jié)構(gòu)要求呈傾斜或直立布置，一般立柱軸線與頂梁垂線的夾角小 10? (支架在最高工作位置時(shí) )，因?yàn)閵A角較小，有效支撐能力較大。一般立柱軸線與頂梁垂線的夾角小于 30? (支架在最低工作位置時(shí) )，因?yàn)榻嵌容^大，可使調(diào)高范圍增加。 2）支架立柱的支撐方式和支柱間距的確定 支撐式液壓支架立柱為垂直布置。 底座長(zhǎng)度 ： 底座前端至后這桿下鉸點(diǎn)的距離； E：支架由高到低頂梁前端點(diǎn)最大變化距離； 11QP、 ：支架在最高位置時(shí)，分別為后連桿和掩護(hù)梁與水平面的夾角。除此以外，所有配套設(shè)備包括采煤機(jī)和輸送機(jī)，均要在頂華北科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 梁掩護(hù)下工作，以此來計(jì)算頂梁長(zhǎng)度。另外，在輸送機(jī)鏟煤板前也留有一定距離。 頂梁參數(shù)的確定 1）頂梁長(zhǎng)度計(jì)算的有關(guān)因索 支架頂梁長(zhǎng)度與配套尺寸有直接關(guān)系。 由于支架型式不同，一般 AG 的比值按以下范圍來取。 從幾何關(guān)系出發(fā)可以列出如下兩式： Gcos 1P 一 Acos 1Q ＝ 2L （ 44） Gcos 2P — Acos 2Q ＝ 2L （ 45） 將式 (44)和式 (45)聯(lián)立 可得 21cos coscos cosPPAG Q Q?? ? （ 46） 以上關(guān)系式說明支架計(jì)算高度為支架高度減去掩護(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。 如圖 所示。 (2)掩護(hù)梁和后連桿長(zhǎng)度的確定。通常，掩護(hù)式液 壓 支架的底座長(zhǎng)度取移架步距的 3． 5 倍 (一個(gè)移架步距為 ，即 2． 1m 左右；支撐掩護(hù)式液壓支架的底座長(zhǎng)度取移架步距的 4倍，即 左右。 底座長(zhǎng)度的確定 底座是將頂板壓力傳遞到底板 和 穩(wěn)固支架的部件。 支架間距 eb 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)中部槽相連，因此目前主要根據(jù)輸送機(jī)中部槽每節(jié)長(zhǎng)度及槽幫上千斤頂連接塊的位置來確定。一般根據(jù)單位缸長(zhǎng)行程1K 來確定，當(dāng) 1K ＜ ，可采用單伸縮立 柱 。 一般 范圍 為 ，煤層較薄時(shí)選較大值。 由于液壓支架的使用壽命較長(zhǎng)，并可能被安裝在不同采高的采煤工作面，所以支架應(yīng)具有較大的伸縮比。 液壓支架的參數(shù)確定 液壓支架的高度確定 支架高度的確定原則，應(yīng)根據(jù)所采煤層的厚度，采區(qū)范圍內(nèi)地質(zhì)條件的確定，其最大與最小高度為 ： m m 1H h +S? （ 41） n n 2 aH h S a?? （ 42） 式中 mH ： 支架最小高度； nH ： 支架最 大 高度 ； mh ： 煤層最 大 厚度 (最 大 采高 )； nh ：煤層最小厚度 (最小采高 )； 1S ： 考慮偽頂、煤皮冒落后仍有可靠初撐力所需要的支撐高度， 一般取 200 300mm； 2S ： 頂板最大下沉量，一般取 100— 200mm； 華北科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 a： 移架時(shí)支架的最小可縮量，一般取 50mm a? ： 浮 矸 、浮煤厚度，一般取 50mm。 (7)配套尺寸。 (6)井筒罐籠尺寸。 (5)煤層傾角。 （ 4） 工作面煤壁條件。 （ 3） 瓦斯等級(jí)。 （ 2） 最大和最小采高。 圖 支撐掩護(hù)式液壓支架的支撐力分布圖 華北科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 第 4 章 液壓支架的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) （ 1） 頂板條件。 圖 華北科學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 支撐 掩 護(hù)式液壓支架的支撐力分布與 承 載的關(guān)系及適用范圍 支撐掩護(hù)式液壓支架是為了改善支撐式液壓支架和掩護(hù)式液壓支架的性能和對(duì)頂板的適應(yīng)性而設(shè)計(jì)的?；卷攭毫⒂烧麄€(gè)支架和采空區(qū)垮落巖 石承擔(dān) ，或者 有 可能在切頂時(shí)，基本頂直接加壓在掩護(hù)梁上，這就使掩 護(hù)梁上載荷劇增，迫使頂粱 支 撐力減少，使支架難以承受頂板的壓力 和 控制頂板的 冒 落。 直 接頂冒落時(shí)．冒落巖 石 分別作用在頂梁上和掩護(hù)梁上。 圖 (2)掩 護(hù) 式液壓支架在中等穩(wěn)