【正文】 的合力矩之和為零的原理來(lái)進(jìn)行分析和計(jì)算得。 7. 支架各部件受力，按不同支護(hù)高度時(shí)受力最大值進(jìn)行強(qiáng)度校核。 6. 作用在頂梁上水平力的產(chǎn)生有兩 種情況：一種是由于支架在承載讓壓時(shí)，由于頂梁前端運(yùn)動(dòng)軌跡為雙紐線，所以頂梁與底板有產(chǎn)生位移的趨勢(shì)，水平力為頂梁合力與靜摩擦系數(shù)的乘積，其方向與頂梁產(chǎn)生位移方向趨勢(shì)相反；另一種是由于頂板向采空區(qū)方向移動(dòng)，使支架頂梁受一指向老塘的水平力，最大水平力值與上相通。 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，所以在進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算時(shí)不計(jì)，使掩護(hù)梁偏于安全。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 32 2. 金屬結(jié)構(gòu)件按材料力學(xué)上的直梁理論來(lái)計(jì)算。為避免立柱完全縮回，支架出現(xiàn)“壓死”現(xiàn)象，采煤工作面的生產(chǎn)循環(huán)應(yīng)保證在“壓死”前就前移。這時(shí)立柱以“工作阻力”支護(hù)頂板。此后，頂板開(kāi)始破碎和下沉或斷裂，支架承載加大，直至立柱下腔壓力達(dá)到安全閥調(diào)整定值，安全閥釋放，立柱下縮。采煤機(jī)采過(guò)一個(gè)截深之后，支架前移一個(gè)步距，支護(hù)新暴露出來(lái)的頂板。 Q2 每次遞增直至老頂斷裂，稱為老頂周期來(lái)壓。隨著煤壁的推進(jìn)，老頂懸露長(zhǎng)度變短， Q2 在增加。當(dāng)直接頂在支架頂梁之后冒落時(shí)， 老頂呈懸臂狀態(tài)。若直接頂很破碎，在工作面煤壁上方的直接頂已經(jīng)斷裂，則 Q1由支架單獨(dú)承受。作用在支架上的載荷，大體上可以分為兩個(gè)部分（如圖 41 所示），其一是直接頂形成的壓力 Q1，其二是老頂形成的壓力 Q2 。 2. 推移千斤頂行程 推移千斤頂?shù)男谐膛c推移步距有關(guān)，當(dāng)推移步距為 600mm 時(shí)，推移千斤頂?shù)男谐虨?700～ 750mm,按規(guī)定取 700mm 或 750mm。 則有： )(0 4 1 0 02 0 04040 cmP FFD b ty ?? ????? ?? 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 缸徑 (mm) 160 140 125 100 80 63 50 桿徑 (mm) 140 100 85 100 85 70 70 (63) 50 45 45 40 32 泵壓 (MPa) 推力 (kN) 637 490 392 245 157 98 63 拉力 (kN) 1500 38 44 23 30 284 12 15 9 10 4 5 4中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 由以上計(jì)算出來(lái)的推移千斤頂缸體內(nèi)徑，再按 上表 選取 。 tF —— 推 溜 力 (kN)。 立柱的初撐力與泵站的額定工作壓力 立柱的初撐力按下式進(jìn)行計(jì)算： bpDP ??? 10421 ? 式中 bp — 泵站額定工作壓力 (MPa)，這里 取 bp = 則有 9 5 221 ???????? bpDP ?(kN) 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 安全閥壓力和立柱工作阻力的確定 立柱工作阻力計(jì)算公式如下： aPDP ??? 10422 ? 式中： aP — 安全閥的調(diào)正壓力，這里取 aP =40MPa 則有 502440104 222 ??????? aPDP ? (kN) 推移千斤頂 參數(shù)確定 1． 推移千斤頂 的缸徑確定 本支架 采用 浮動(dòng)活塞式 推移千斤頂，其缸體內(nèi)徑 按下兩式聯(lián)立求得 ： 240 dPFDby ?? ? ； btPFd ?? 式中 D—— 推移千斤頂缸體內(nèi)徑 (cm)； bP —— 泵站額定工作壓力 (MPa)； d—— 活塞桿直徑 (cm)。 則有 2020200c o s40 ??????? ?? ad np FD(cm) 按照北京煤礦機(jī)械廠標(biāo)準(zhǔn)（ Q/BM32782）表 21 選取比計(jì)算值大的標(biāo)準(zhǔn)作為內(nèi)徑 eD ，再按表 22，表 23選取配合尺寸。 支護(hù)面積 支架的支護(hù)面積按下式計(jì)算： )( ??? LbF （ m2） 式中 F — 支架的支護(hù)面積（ m2） L — 支架頂梁的長(zhǎng)度（ m） ? — 移架后頂梁前端到煤壁的距離（ m），一般取 ? =300mm 故本支架支護(hù)面積為： )(2)( ??????? LbF （ m2） 支護(hù)強(qiáng)度 支護(hù)強(qiáng)度是液壓支架的一個(gè)重要參數(shù)，它是 指支架對(duì)單位面積頂板提供的工作阻力，按下式計(jì)算： )( 13LLL pKq nP s??（ kN/m2） 式中： P— 立柱總工作阻力（ N）； sK— 支護(hù)效率； pL — 支架中心距（ mm）； nL — 梁端距（ mm）； 13L — 頂梁長(zhǎng)度（ mm）。前梁千斤頂?shù)幕钊?腔液路上，裝有液控單向閥和安全閥，以保證前梁的初撐力和工作阻力。這種千斤頂結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，推溜力較小，一般用于支撐式支架。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。這種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝卸方便，但要求活塞桿外徑與缸體內(nèi)徑之間有比較大的空間，這種固定方式使用較多。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)，防止外部硬傷。 活塞的軸向固定方式由三種：用螺帽加防松螺釘固定；用壓盤和螺釘固定；用半圓環(huán)加彈性擋圈固定。工作壓力小于 時(shí)，可以不加擋圈。 蕾型密封圈是一個(gè) U 型夾布橡膠圈和唇內(nèi)夾橡膠壓制而成的單向?qū)嵭拿芊馊?。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型防擠圈一起使用，適用于工作壓力 ～ ，在壓力小于 時(shí)，可以不加擋圈。在不承受橫向力或橫向力很小的情況下，可以用保護(hù)密封圈的尼龍擋圈兼做圖 25 底座的結(jié)構(gòu)形式 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 導(dǎo)向環(huán)。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。 活塞是立柱的關(guān)鍵元件，對(duì)它的主要 要求是保證密封性能良好，運(yùn)動(dòng)表面能承受外力的沖擊。一般用 27SiMn 無(wú)縫鋼管制成。 立柱的結(jié)構(gòu)由缸體、活塞、缸口和活塞桿等組成。 本支架在用單伸縮懸浮式立柱。在整體式底座后部中間去掉一塊鋼板，減少底座后部與底板的接觸面積，增加底座后部的比壓，同時(shí)有利于排矸。同時(shí)底座后部重量大于前部，避免移架時(shí)啃底。 支撐式支架底座結(jié)構(gòu)選整體式底座，如圖 25，整體式底座是用鋼板焊接成的箱式結(jié)構(gòu)，整體性強(qiáng)，強(qiáng)度高，不易變形，與底板接觸面積達(dá)，接觸比壓小，便于安裝復(fù)位裝置。 圖 23 垛式支架頂梁結(jié)構(gòu) 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 圖 24 頂梁斷面 底座 底座是將頂板壓力傳遞到底板和穩(wěn)固支架的部件。在頂梁下焊有鑄鋼柱窩，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)。頂梁前端呈滑撬式或圓弧形，以減少移架阻力。 各類頂梁都為箱式結(jié)構(gòu)，一般有鋼板焊接而成。 本支架為垛式支架，故采用剛性頂梁帶鉸接式前梁，如下圖 23 所示，頂梁由前、后梁鉸接。 各部件結(jié)構(gòu)選擇 液壓支架各個(gè)部件的結(jié)構(gòu)形式與工作面的頂?shù)装鍡l件和支架結(jié)構(gòu)形式有關(guān)，選擇時(shí)根據(jù)支架的結(jié)構(gòu)和工作面頂?shù)装鍡l件，對(duì)各個(gè)部件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，最后擇優(yōu)選 擇。支撐式支架和支撐掩護(hù)式支架的立柱間距為 1～ 。 立柱間距 ： 立柱間距指支撐式和支撐掩護(hù)式支架而言即前、后柱的間距。故選立柱數(shù)目為 4。 刮板輸送機(jī)型號(hào) SGZ730/220,所以： 故 k =732mm， d =656mm 取 ? =100mm， c =300mm， 另外 a =700mm 得 cadkb ?????? =100+732+656+700300=1888mm 則頂梁總長(zhǎng) L=1888+1440+800=4128mm 取 L=4540mm 立柱布置 本支架采用懸浮式立柱。 由前排立柱到頂梁前端的長(zhǎng)度由下式計(jì)算 ： cadkb ?????? 式中 ? — 鏟煤板到煤壁間距離，一般為 50～ 100mm； k — 輸送機(jī)寬度， 包括連接千斤 頂裝置； a — 前柱中心到底座前端的距離 d — 采煤機(jī)滾筒截深 c— 頂梁前端到煤壁的距離 ，一般為 250~350mm。在設(shè)計(jì)支架底座的長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)考慮如下方面：支架對(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。 2 液壓支架整體結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) 液壓支架的主要尺寸的確定 支架高度和伸縮比 由題目已知 支架的最大高度 Hm= 支架最小高度 Hn= 指最大與最小支架高度之比值 即： ??? nmHHm 支架間距 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 支架間距就是指相鄰支架中心線間的距離，按下式計(jì)算 3cmb B n C? ? ? 式中 cb — 支架間距（支架中心距） mB — 每架支架頂梁總 寬 度 3c — 相鄰支架（或框架）頂梁之間的間隙 n — 每架所包含的組架或框架數(shù) ， 整體自移式支架 n =1；整體邁步 式支架 n =2；節(jié)式邁步支架 ， n =支架節(jié)數(shù)。復(fù)合支護(hù)的特點(diǎn)是，支護(hù)滯后時(shí)間短，但增加了反復(fù)支撐次數(shù)。可用于穩(wěn)定、完整的頂板。 滯后支護(hù) 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 一般循環(huán)方式為：割煤 — 推溜 — 移架。即時(shí)支護(hù)的特點(diǎn)是，頂板暴露時(shí)間短，梁端距較小。 3 個(gè)工序的不同組合順序，可形成液壓支架的 3 種支護(hù)方式，從而決定工作面“三機(jī)”的不同配套關(guān)系。對(duì)于掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架，其初撐力和工作阻力的計(jì)算還要考慮到立柱傾角的影響因素。由于安全閥的作用，支架的支撐力維持在某一恒定數(shù)值上，這是支架的恒阻階段。當(dāng)降到安全閥的調(diào)定壓力時(shí)，安全閥關(guān)閉。 （ 3）恒阻階段 隨著頂板壓力的進(jìn)一步增加，立柱下腔的液體壓力越來(lái)越高。合理的初撐力是防止直接頂過(guò)早的因下沉而離層、減緩頂板下沉速 度、增加其穩(wěn)定性和保證安全生產(chǎn)的關(guān)鍵。 （ 1）初撐階段 在升架過(guò)程中，當(dāng)支架的頂梁接觸頂板，直到立柱下腔的液體壓力逐漸圖 13 液壓支架工作原理圖 1頂梁； 2立柱； 3底座； 4推移千斤頂； 5安全閥； 6液控單向閥； 8操縱閥； 9輸送機(jī)； 10乳化液泵； 11主供液管； 12主回液管 PO192345681171210中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 上升到泵站工作壓力時(shí)，停止供液，液控單向閥 6 立即關(guān)閉，這一過(guò)程為支架的初撐階段。 支架的承載過(guò)程 支架的承載過(guò)程是指支架與頂板之間相互力學(xué)作用的過(guò)程。移架結(jié)束后，再把支架升起，使支架撐緊頂 板。移架時(shí)，先使支架卸載下降，再把操縱閥 7 置于移架位置，從乳化液泵站來(lái)的高壓液體進(jìn)入推移千斤頂 4 的前腔即活塞桿腔，后腔即活塞腔回液。當(dāng)操縱閥 8 處于降柱位置時(shí)，工作液體進(jìn)入立柱的上腔，同時(shí)打開(kāi)液控單向閥， 立柱下腔回液，支架下降。因此，支架要實(shí)現(xiàn)升、降、推、移四個(gè)基本動(dòng)作，這些動(dòng)作是利用泵站供給的高壓液體，通過(guò)工作性質(zhì)不同的幾個(gè)液壓缸來(lái)完成的，如圖 13所示。后兩類又統(tǒng)稱為掩護(hù)型液壓支架。液壓支架的分類主要是對(duì)中間支架進(jìn)行分類。其作業(yè)是確保采煤工作面人員與設(shè)備的安全，并實(shí)現(xiàn)頂板管理與支護(hù)以及采煤作業(yè)過(guò)程機(jī)械化。一般來(lái)說(shuō)，它的頂梁較長(zhǎng)，支護(hù)空間較大，具有較大的支撐力，并兼有支撐和錨固作用，其整體性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度均較高。由于此處頂板懸露面積較大，綜采設(shè)備較多，又是人員的安全出口，要求端頭支架不僅能支護(hù)頂板，而且要與端面處的各種機(jī)械設(shè)備相適應(yīng)。 圖 12 液壓支架在工作面布置示意圖 1－采煤機(jī) 2－液壓支架 3－傳送帶輸送機(jī) 4－轉(zhuǎn)載機(jī) 5－刮板輸送機(jī) 6－主進(jìn)液管 7－主回液管 8－乳化液泵 9－乳化液箱 10－端頭支架 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2020屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 11－單體液壓支柱 液壓支架結(jié)構(gòu)型式及特點(diǎn) 根據(jù)用途和在采煤工作面的安裝位置，液壓支架 分為兩大類，即端頭支架和中間支架。 隨著采煤機(jī) 割煤的繼續(xù)，工作面液壓支架不斷重復(fù)上述四個(gè)主要?jiǎng)幼鬟^(guò)程。將輸送機(jī)推向煤壁，實(shí)現(xiàn)推溜。采煤機(jī)割煤后，支架尚未前移時(shí)（ BB截面），端面距最大（等于采煤機(jī)截深）；當(dāng)支架降柱卸載前移，然后升柱支護(hù)新裸露頂板時(shí)，端面距又達(dá)到最小（ CC 截面）。 AA截面是采煤機(jī)割煤前支架的工作狀態(tài)。為了實(shí)現(xiàn)頂板及時(shí)支護(hù)，常采用 先移架后推溜的方式。） 采煤工藝 放頂煤支架 機(jī)械鋪（連）網(wǎng)支架 充填支架 使用地點(diǎn) 排頭支架 端 頭支架 工作面支架 順槽超前支架 按主