【正文】 . 5 1 2 0 00 . 0 2 ( 0 . 1 2 4 ) / 6Ql M P a M P anZ? ??? ? ? ??? 因此，確定簧片的數(shù)量為 4 片。 1200 180 50 900 430l mm? ? ? ? ? 彈簧鋼板截面尺寸 及板片數(shù)量的確定 本課題中的彈簧鋼板 的 截面尺寸參照我國目前鐵路用的車輛板簧常用尺寸確定 [27]，選擇彈簧鋼板的截面尺寸為 mmbh 12020 ??? 。 a：簧箍的寬度 30mm。 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的尺寸關(guān)系如圖所示 ： 圖 柔性導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的尺寸關(guān)系 1－底座； 2－導(dǎo)向滑套； 3－柔性導(dǎo)桿； 4－簧箍； 5頂梁 滑套長度： 160 0 160 0 280 180 30 120 0dzL l l a m m? ? ? ? ? ? ? ? ? :dl 頂梁的高度 200mm和卷耳中心到頂梁底板的距離 80mm。 柔性導(dǎo)桿是由多片彈簧鋼板疊加而成，由主板簧、副板簧和簧箍三部分組成，其中主板簧的上部為卷耳結(jié)構(gòu)， 通過銷軸將其與頂梁鉸接在一起 。 彈簧鋼板長度的確定 彈簧鋼板長度的確定主要是考慮能夠滿足支架最大、最小高度的要求。柔性導(dǎo)桿采用類似于彈簧鋼板的結(jié)構(gòu)，即將彈簧鋼板 視為一端固定，一端 為 自由端的結(jié)構(gòu)，使支架在工作過程中受水平力時，由于彈簧鋼板的彈性變形，能夠?qū)崿F(xiàn)水平方向的讓壓承載。 （ 4）柱窩形式 一般為埋入底座箱型機(jī)構(gòu)內(nèi)的球窩形柱窩，具有強(qiáng)度大，對立柱缸底的適應(yīng)性強(qiáng)，可保證支架由較大的調(diào)高范圍等特點，其缺點是對底座的強(qiáng)度減弱較大，柱窩處容易堆積煤矸，影響正常動作。現(xiàn)取 1220mm . （ 3） 移架機(jī)構(gòu)導(dǎo)向通道 一 般支 架底座在其寬度的中部有一個通道，用于放置移架機(jī)構(gòu)，便于導(dǎo)向 排矸。 1a ：前后排立柱間底座長度，為 900mm； 2a ：后排立柱距底座后緣的距離，為 600 mm； 則底座長度 2021L mm? （ 2） 寬度 移架時，保證相鄰底座間不擠卡，移架順利，必須留有安全間隙，其值一般不小于 150㎜。 確定底座結(jié)構(gòu)尺寸 根據(jù)底座類型可以初步制定出底座的長、寬、高等各部件的結(jié)構(gòu)尺寸。 各種型式的底座前端都制成滑撬形，以減小支架的移架阻力，同時底座后部重量大于前部，避免移架時啃底。如圖 (a) 2 對分式 為使底座在一定范圍內(nèi)適應(yīng)底板起伏不平的變化，通常把底座制成前、后或左、右對分的形式，如圖（ b），兩者用過橋連接。 由于所設(shè)計的分體頂梁柔性支架采用三排立柱支撐結(jié)構(gòu)，每兩排立柱之間設(shè)置一個推移千斤頂，因此底座選擇五腔室局部開口的截面形式，采用六條主筋板組成五腔室，其中最左、最右和正中間的三腔室封閉，其余兩腔室開口，以 便 安裝推移機(jī)構(gòu)。這種底座對底板不平的適應(yīng)性好，減少了底座的扭轉(zhuǎn)和偏載載荷 ，但支架的整體剛性有所降低。目前，高產(chǎn)高效工作面液壓支架一般采用分體剛性底座。 為了使底座在一定范圍內(nèi)適應(yīng)底板起伏不平的變化，通常把底座 設(shè)計為 底分式剛性底座。該結(jié)構(gòu)的推移千斤頂一般安裝在箱形體之下，整體剛性底座立柱柱窩前一般要設(shè)計一過橋，以提高底座的整體剛性和抗扭能力。 底座結(jié)構(gòu)設(shè)計 底座是液壓支架的主要承載部件，它把頂板的壓力傳遞給底板，它是支架的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，因此，對底座的設(shè)計有以下要求： 1 要有足夠的強(qiáng)度和剛度； 2 對底板有較好的適應(yīng)性和較小的比壓； 3 能獲得足夠的空間安裝立柱、推移千斤頂、液壓操縱系統(tǒng)和其他裝置； 4 便于人員行走、操縱支架和采煤機(jī)等； 5 有一定的重量以保持支架的穩(wěn)定性； 6 滿足快速移架和順序排矸的要求； 液壓支架底座常用型式有 3 種，即整體剛性底座、底分式剛性底座和鉸接分體式底座。 本次設(shè)計的分河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 11 體頂梁柔性液壓支架由于頂梁 為窄長型 ，并設(shè)置有內(nèi)伸縮式伸縮梁，考慮梁體內(nèi)需要安裝伸縮千斤頂，因此頂梁選用單腔式的整體頂梁形式，其結(jié)構(gòu)形式如圖 32 所示 ，（ a）為頂梁的結(jié)構(gòu)形式，（ b）為頂梁在柱窩處的斷面圖 。 本課 題 所設(shè)計的分體頂梁柔性液壓支架是介于整體支架與簡易支架之間的輕型支架，適用于中小型工作面，因此頂梁應(yīng)選擇結(jié)構(gòu)簡單、成本低的整體頂梁。運輸時可以將前梁放下與頂梁垂直，以減小運輸尺寸，但前梁千斤頂必須有足夠的支撐能力和連接強(qiáng)度，前梁上不宜設(shè)置側(cè)護(hù)板。 鉸接頂梁 由前后兩段組成， 前段稱為前梁，后段為主梁，一般簡稱頂梁。 整體頂梁特點是結(jié)構(gòu)簡單，可靠性好；頂梁對頂板載荷的平衡能力較強(qiáng)；前端支撐力較大；可設(shè)置全長 側(cè)護(hù)板，有利于提高頂板覆蓋率，改善支護(hù)效果，減少架間漏矸。 支架工作阻力 支架的工作阻力定為 2400kN，采用六柱支撐，因此每根立柱的工作阻力為kNF 4 0 062 4 0 01 ?? 。； c —— 梁端距，梁端距是考慮由于工作面頂板起伏不平造成輸送機(jī)和采煤機(jī)的傾斜，以及采煤機(jī)割煤時垂直分力使搖臂和滾筒向支架傾斜，為避免割頂梁而留的安全距離，一般 為 250350mm,取 300mm。如圖 31 所示，頂梁長度由三部分尺寸組成 [15]，即 ： L b n u? ? ? 圖 液壓支架尺寸關(guān)系 式中 b — 頂梁前部尺寸； n— 頂梁上前、后排立柱柱窩之間的距離； u — 頂梁上后柱窩中心到鉸接點的距離 ，取 550mm。本支架為支撐掩護(hù)式支架，移架步 距為 650mm,所以該分體頂梁液壓支架底座長度設(shè)計為 2600mm。在設(shè)計支架的底座長度時，應(yīng)考慮如下諸方面：支架對底板的接觸比壓要??；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)定性等。 分體頂梁柔性液壓支架的頂梁采用三個相互獨立的小面積窄梁，為了提高支架的穩(wěn)定性，各 頂梁之間通過連接機(jī)構(gòu)相連，綜合考慮支架的中心距、每個頂梁受力的合理性以及河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 9 減少架間空隙，確定支架的寬度為 mmBm 1220? 。當(dāng)支架中心距為，最小寬度一般取 1650～ 1680mm，最大寬度一般取 1850～ 1880mm。支架頂梁一般裝有活動側(cè)護(hù)板，側(cè)護(hù)板行 程一般為 170～ 200mm。 支架寬度 支架寬度是指頂梁的最小和最大寬度。 一般支架中心距大，支架穩(wěn)定性好 。目前國內(nèi)外液壓支架中心距大部分采用 。 （ 2）運輸機(jī)溜槽的長度 。 支架伸縮比 支架的伸縮比是指最大和最小支架高度之比值，即： m axm in2 .4 1 .51 .6Hm H? ? ? 支架 間 距 所謂支架間距，就是相鄰兩支架中心線間的距離。 所以，在理論上分析可以得出， 滑塊機(jī)構(gòu)和柔性導(dǎo)桿 機(jī)構(gòu)是對 分體頂梁 液壓支架的一個 很 好的演化形式。這種 架型的特點是：采用多梁滑塊機(jī)構(gòu)和柔性導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) ，克服了單擺桿機(jī)構(gòu)和四連桿機(jī)構(gòu)支架在支護(hù)高度發(fā)生變化時，由于內(nèi)力大而造成的支架易損壞的潛在因河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 7 素，真正 成為 支架升降 導(dǎo)向，并承擔(dān)支架外部的縱向水平力 。 通過上述分析知，這幾種 架型 形式都不是我們理想的選擇，我們要求的機(jī)構(gòu)形 式是頂梁上下運動時的軌跡為 變化的 。改善了支架的受力狀況，減小可承載件的斷面面積，從而減輕了支架的重量。 圖 分體頂梁柔性液壓支架機(jī)構(gòu)示意圖 因此我們通過機(jī)構(gòu)形式的演化，找到了一種垂直導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。也就無法去除頂梁所 受的橫向摩擦力。我們可以通過增加擺桿長度的方法來使軌跡更加接近垂直直線。 單擺桿機(jī)構(gòu)液壓支架 這種支架是由四連桿機(jī)構(gòu)液壓支架演化而成的一種支架機(jī)構(gòu)形式。而掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架的進(jìn)一步發(fā)展方向之一是尋求減輕支架重量的途徑。 四連桿機(jī)構(gòu)液壓支架的機(jī)構(gòu)簡圖如圖所示： 圖 四連桿式液壓支架機(jī)構(gòu)簡圖 這種機(jī)構(gòu)使支架在升降的過程中，頂梁前端的軌跡為一條雙紐線。因此 ，要求連桿要有足夠的強(qiáng)度。不論是支撐式還是掩護(hù)式液壓支架都一般都用到了這種機(jī)構(gòu)。 由此可見，垛式液壓支架雖然有很多的優(yōu)點，但卻存在它的弊端，并不是我們理想的架型。 其缺點是：頂梁較長，移架時空頂面積較大；同一段頂梁受到的垂直支撐的次數(shù)較多，不利于頂板的管理，擋矸簾的強(qiáng)度低，頂板碎矸還可以從架間落入工作空間，防矸能力弱。支撐式液壓支架是在一個底座上放置幾根立柱支撐頂梁，并通過頂梁支撐頂板這樣簡單的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的?，F(xiàn)分別介紹幾種形式液壓支架的特點。 這種輕型導(dǎo)向放頂煤液壓支架是專門為中小煤礦開發(fā)設(shè)計的一種支護(hù)產(chǎn)品，它打了傳統(tǒng)支架的設(shè)計理念，采用柔性導(dǎo)桿結(jié)構(gòu)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的四連桿或單擺桿結(jié)構(gòu)，克服了四連桿機(jī)構(gòu)、單擺桿機(jī)構(gòu)支架在支護(hù)高度發(fā)生變化時，由于內(nèi)力大而造成的支架易損壞的潛在因素，河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 4 穩(wěn)定性好，支護(hù)強(qiáng)度大，重量輕，工作面許用運動空間大；采用分體頂梁來代替整體頂梁，減輕了重量，結(jié)構(gòu)更加緊湊；為中小礦井機(jī)采放頂煤工作面支護(hù)提供了一個很好的選擇。與同類支架相比 ,具有強(qiáng)度高 ,支撐力大 ,穩(wěn)定性好 ,抗水平力能力強(qiáng)。針對上述普遍問題 ,經(jīng)過大量調(diào)研 ,在吸取了現(xiàn)有許多支架在設(shè)計使用中的經(jīng)驗教訓(xùn)的基礎(chǔ)上 ,研制了新型輕型導(dǎo)向 放頂煤液壓支架。③目前 ,常用放頂煤液壓支架掩護(hù)梁形式易造成較薄頂煤的混矸 ,而且安裝于掩護(hù)梁上的長尾梁機(jī)構(gòu)的尾梁兩側(cè)也易混煤混矸 。目前 ,國內(nèi)用于厚煤層的重型放頂煤液壓支架技術(shù)趨于成熟 ,但因其重量大、成本高，并不適合中小煤礦廣泛使用， 而輕型低位放頂煤液壓支架還存在一些普遍的問題 ，主要表現(xiàn)在 ①采用四連桿機(jī)構(gòu) ,結(jié)構(gòu)復(fù)雜 ,后部空間小 ,重量較大 ，承受水平力能力弱 。這主要是由我國煤炭的賦存狀況決定的。國外的支架主要的研究熱點及發(fā)展方向是高強(qiáng)度，自動化。 鑒于上述 情況，研究開發(fā)具有良好的整體性、導(dǎo)向性、穩(wěn)定性 ，防倒、防漏、防插底、防埋柱，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，重量輕，價格低，移架快，適應(yīng)性強(qiáng)的 輕型液壓 支架 便成了擺在專業(yè)人士面前的一個突出的現(xiàn)實問題。而在我國 中、小工作面在我國總工作面中占有相當(dāng)比重，其開采技術(shù)水平落后，特別是小型工作面，目前基本上還是以摩擦支柱或單體液壓支柱加鉸接頂梁的結(jié)構(gòu)形式支護(hù)工作面，直接導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下，安全生產(chǎn)沒有保障。其它工作面雖有部分大型液壓支架，但隨著開發(fā)強(qiáng)度加大，工作面條件越來越差，走向長度越來越短，回河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 3 采失調(diào)越來越嚴(yán)重。 我國液壓支架研究與應(yīng)用中存在的問題 國內(nèi)外一些研究開發(fā)機(jī)構(gòu)大都把研究重心放在重型、高強(qiáng)、智能化的液壓支架的研制上。 目前，國內(nèi)外支架發(fā)展趨勢是向著高強(qiáng)度，大支架，電液控制 ，吾人開采的方向發(fā)展。人們在設(shè)計中總是遵循著一定的設(shè)計理論，憑借設(shè)計者本身經(jīng)驗來選擇設(shè)計參數(shù)，并借助一些手冊，圖表，經(jīng)驗數(shù)據(jù)來完成各種設(shè)計。但也會增加支架重量和結(jié)構(gòu)體積，對于支架制造企業(yè)，在滿足煤狂要求的條件下，盡可能合理的利用高強(qiáng)度優(yōu)質(zhì)鋼材，在降低支架重量同時，盡可能降低支架制造成本。對于煤礦企業(yè)，為滿足工作面高產(chǎn)高效的要求，必須加大支架的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，提高支架工作阻力和工作可靠性。 國內(nèi) 液壓支架研究 情況 在我國，煤礦地質(zhì)及生產(chǎn)技術(shù)條件均較復(fù)雜，資金不足，特別是高強(qiáng)度鋼緊缺。 20 世紀(jì) 70 年代中期，英國煤炭局首先提出研制電液控制液壓支架，最先將電液控制液壓支架用于長壁工作面的是澳大利亞的科里曼爾煤礦，由 74 架英國原道銻公司研制的四柱垛式液壓支架組成， 1981年工作面投產(chǎn)，但是技術(shù)還不夠完善； 1983 年底英國原道銻公司又為美國坎塞爾煤礦制造了兩按鈕式微機(jī)控制液壓支架， 1984 年投產(chǎn)； 1995 年底英國原道銻公司又研制出全工作面集中電液控制系統(tǒng)；現(xiàn)在世界上已經(jīng)有 70 多個電液自動化控制工作面。 并且在 控制系統(tǒng) 方面取得了 重大突破 ， 應(yīng)用 了 電液控制技術(shù)，采用電磁（ 或微電機(jī)）控制的先導(dǎo)閥，先進(jìn)可靠的壓力和位移傳感器，靈活自由編程的微處理機(jī)技術(shù)，紅外遙感技術(shù)等現(xiàn)代科技成果，使液壓支架的動作能自動連續(xù)進(jìn)行。國外液壓支架液 在材料選用 、 加工工藝 、性能要求等方河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 2 面做出的巨大改進(jìn)使支架的 性能和使用壽命都 有了很大的提高， 使支架更加安全可靠。 美國的高產(chǎn)高效工作面采用兩柱掩護(hù)式支架，支架平 均工作阻力 6470kN(最大為9800kN)，支架寬度普遍增大，中心距達(dá)到 ，并向 2m發(fā)展，增大架寬有利于減少工作面架數(shù)、縮短移架時間、增加有效工作時間和提高單產(chǎn)；澳大利亞也基本上采用一井一面的高度集中化生產(chǎn)，使用兩柱掩護(hù)式支架，支架的平均工作阻力為 7640kN；英國也在大力發(fā)展兩柱掩護(hù)式支架，工作阻力了很大提高，達(dá)到 6000~8000kN。 液壓支架的發(fā)展現(xiàn)狀 1． 1． 1 國外液壓支架的發(fā)展現(xiàn)狀 20 世紀(jì) 80 年代以來，世界主要施工機(jī)械生產(chǎn)商一直積極開發(fā)和應(yīng)用新技術(shù)，致力于高性能、高可靠性的重型液壓支架的研制。 本次設(shè)計的重點是液壓支架的選型和支架總體設(shè)計及部件結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算、強(qiáng)度校核，其中液壓支架選型部分主要通過對目前煤礦廣泛使用的四連桿和單擺桿機(jī)構(gòu)的支架進(jìn)行分析比較， 在吸取了現(xiàn)有許多支架在 設(shè)計使用中的經(jīng)驗教訓(xùn)的基礎(chǔ)上 ,研制 了 這種 新型分體頂梁 液壓支架 。由于液壓支架具有支護(hù)性能好、強(qiáng)度高、移架速度快、安全可靠等優(yōu)點，所以它的使用能增加采煤工作量的產(chǎn)量、提高勞動生產(chǎn)率、降低成本、減輕工人的體力勞動和保證生產(chǎn)的