【正文】 第 27 頁(yè) 圖 27 立柱定位簡(jiǎn)圖 確定立柱和千斤頂 立柱的尺寸 立柱采用單伸縮液壓缸 立柱的缸體內(nèi)徑： ?? c os4000Pan FD ? mm 式中 F— 支架承受的理論總載荷力， F＝ 10000 kN ； n— 每架支架立柱數(shù)， n = 4； Pa— 安全閥調(diào)整壓力， Pa = 40 MPa ； α — 立柱最大傾角，（支架降到最低位置時(shí) α 角最大）， α = 011 。本支架立柱間距選 。 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。一般厚煤層支架的為移架力 300～ 400 kN ，取移架力為 400 kN ； 推溜力一般為 100～ 150 kN ，取推溜力為 150 kN 。一般取初撐力為（ ～ ）倍的工作阻力。較大的初 撐力能使支架較快達(dá)到工作阻力，減慢頂板的早期下沉速度，增加頂板的穩(wěn)定性。取最大截割高度， M = m ρ — 巖石密度，一般取 10??? ( 3kg m ) 510 ??? ?KMq 53 ?????? = (MPa ) 液壓支架的工作阻力 支架支撐頂板的有效工作阻力為 310R qFc?? kN 式中 Fc— 支架的支 護(hù)面積， 2m ? ?? ?F c L C B K? ? ? 2m 式中 L— 支架頂梁長(zhǎng)度， L = m ； C— 梁端距， C = m ； B— 支架頂梁寬度， B = m ； 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 26 頁(yè) K— 架間距， K = m 。 由前面知， oP 601 ? ； ? ? ? ?eCPGQALBL ?????? 111 c o sc o s ? ? ? ?503 0 060c o s2 9 1 080c o s2 0 1 03 2 0 02 4 2 5 ???????? oo = 4169 mm 取 L = 4170 mm 液壓支架的性能參數(shù) 液壓支架的支護(hù)強(qiáng)度 支護(hù)強(qiáng)度： 510q KM ? ??? MPa 式中 K— 作用于支架上的頂板巖石厚度系數(shù)，一般為 5～ 9。 取 C = 300 mm ； 1Q — 液壓支架在最高位置時(shí)，后連桿與水平面的夾角。其配套尺寸如圖 2－ 6 所示。FE39。E39。39。AB39。39。39。則 AO、 AB、 BC、 CD 為液壓支架的四連桿機(jī)構(gòu)。 (17) 分別作 BB’和 B’B’’的垂直平分線交于 C 點(diǎn)，即為前連桿的下鉸點(diǎn)，BC 為前連桿的長(zhǎng)度 。即 B、 B’、 B’’三個(gè)點(diǎn)為液壓支架在三個(gè)位置時(shí)的前連桿的上鉸點(diǎn)。 (15) 并以 A’點(diǎn)為圓心，以 倍的 L 為半徑作圓，與 E’’A’相交于 B’點(diǎn)。 (13) 以 E’’點(diǎn)為圓心，以掩護(hù)梁長(zhǎng) L 為半徑作圓，與圓弧相交于 A’點(diǎn)，此點(diǎn)為液壓支架在降到中間位置時(shí)，掩護(hù)梁與后連桿的鉸點(diǎn)。 (11) 取 E’E’’’中點(diǎn)為 E’’點(diǎn)，為液壓支架在降到中間位置時(shí)，掩護(hù)梁與頂梁的鉸點(diǎn)。假設(shè)在液壓支架升降過(guò)程中， E’點(diǎn)近似在此直線上滑動(dòng)。 (8) 以 A 點(diǎn)為圓心，以 倍的 L 為半徑作 圓，即為 前連桿的上鉸點(diǎn)。 (6) 以 A 點(diǎn)為圓心，以 L 為半徑作圓，與該直線相交于 E’點(diǎn)，即為掩護(hù)梁、與頂梁的鉸點(diǎn)。 (4) 以 O 點(diǎn)為圓心，以 1L 為半徑作圓，與該直線相交于 A 點(diǎn)，即為后連桿與掩護(hù)梁的上鉸點(diǎn)。 (2) 過(guò) O 點(diǎn)作水平線 H－ H 線與底座相平行。 12121 c o sc o s c o sc o s PPLL ??? oooo80c o s40c o s 60c o s25c o s ??? ? 支架在最高位置時(shí)的值為： 1111 s ins in QLPLh ?? 因此掩護(hù)梁的長(zhǎng)度為： 1111s ins in QLLPhL???????? oo 80s in 4 5 0 0?? = 2910 mm 取 L = 2910 mm 后連桿長(zhǎng)度為： LLLL ??????? 11 ?? = 20xx mm 取 1L = 20xx mm 前后連桿上鉸點(diǎn)之間的距離 L’為： 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 22 頁(yè) 一般， L’ = L L’ = L = 2910 = 728 mm 具體作圖步驟如下： L39。E39。HOHFE39。從這個(gè)觀點(diǎn)出發(fā)，只要按支架在工作段，支架由高到低，在掩護(hù)梁上前連桿上鉸點(diǎn)所作的運(yùn)動(dòng)軌跡上，任找?guī)c(diǎn)，把掩護(hù)梁上前連桿上鉸點(diǎn)連線的垂直平分線所交的點(diǎn)為前連桿的下鉸點(diǎn)，這樣四連桿機(jī)構(gòu)就可以確定了 四連桿機(jī)構(gòu)的幾何作圖法 首先用解析法確定掩護(hù)梁和后 連桿的長(zhǎng)度，如圖 2－ 3 所示。圖 22 掩護(hù)梁和后連桿構(gòu)成的曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 從圖 2－ 2 可以看 出，當(dāng)掩護(hù)梁和后連桿已知，只要找到前連桿的長(zhǎng)度和位置就可以了，其具體作法是順時(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。 從以上分析得知，為使支架受力合理和工作可靠，在設(shè)計(jì)四連桿機(jī)構(gòu)的曲線運(yùn)動(dòng)軌跡時(shí)，應(yīng)盡量使支架的工作段要取曲線向前凸的一段，所以當(dāng)已知掩護(hù)和后連桿的長(zhǎng)度后，從這個(gè)觀點(diǎn)出發(fā)，在設(shè)計(jì)時(shí)，只要把掩護(hù)梁和后連桿簡(jiǎn)化成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，進(jìn)行作圖計(jì)算就可以了，其掩護(hù)梁和后連桿構(gòu)成 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 19 頁(yè) 的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)如圖 2－ 2所示。 (3) 由圖 21 可知，掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn) E’和瞬時(shí)中心 O之間的連線與水平線的夾角為 Q，設(shè)計(jì)時(shí)，要使 tan ?? 范圍內(nèi)，主要原因是 Q角直接影響附加力 Qy 的數(shù)值大小。 (2) 支 架在最高位置時(shí)和最低位置時(shí)，頂梁與掩護(hù)梁的夾角 P和后連桿與底平面的夾角 Q，如圖 2－ 1所示，應(yīng)滿足以下要求： 支架在最高位置時(shí)， P≤ 52o ～ 62o ， Q≤ 75o ～ 85o ；支架在最低位置時(shí)，考慮矸石便于下滑，以防矸石停留在掩護(hù)梁上，根據(jù)物理學(xué)摩擦理論可知， tanPf? ,如果按鋼和 矸石的摩擦系數(shù)為 ? ,即： tan ? ,求得 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 18 頁(yè) ? ；為了安全可靠在最低工作位置時(shí)，應(yīng)使 P≥ 25176。 (2) 能承受較大的水平力。 因此，取底座長(zhǎng)度為 3200 mm 。 支架整體機(jī)構(gòu)尺寸確定 底座長(zhǎng)度 底座是將頂板壓力傳遞到底板和穩(wěn)定支架的作用。因此，取中心距為 。 支架中心距 支架中心任務(wù)距一般等于工作面一節(jié)溜槽長(zhǎng)度。 minM = minH + S2 = 3000 + 600 = 3600mm 。 本文要做的主要工作 本文所做的主要工作是：支架總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、支架液壓系統(tǒng)原理的設(shè)計(jì)、支架各結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及 各結(jié)構(gòu)件的受力分析及強(qiáng)度校核 。 (3) 研究新型元件與材質(zhì)，以減輕支架重量，提高支架的性能和使用壽命。 基于以上進(jìn)展，液壓支架的研究與發(fā)展方向是： (1) 在己有支架設(shè)計(jì)與應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，研究支架的智能化設(shè)計(jì)方法和結(jié)構(gòu)與參數(shù)的優(yōu)化，進(jìn)一步提高支架設(shè)計(jì)的科學(xué)性、可靠性和結(jié)構(gòu)性能的 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 16 頁(yè) 優(yōu)化性。 (6) 新架型研制成績(jī)顯著，架型結(jié)構(gòu)進(jìn)一步完善。 (5) 液壓支架控制系統(tǒng)有了重大進(jìn)步。 (4) 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) (CAD)有了較大發(fā)展。 (3) 技術(shù)規(guī)范和標(biāo)淮化建設(shè)取得重要進(jìn)展。 (2) 完成液壓支架計(jì)算機(jī)模擬試驗(yàn)的研究。目前，液壓支架設(shè)計(jì)研究取得重要進(jìn)展，主要在以下方面： (1) 設(shè)計(jì)理論和方法有了突破。由于地下開采條件 的復(fù)雜性和多樣性，因此，盡管國(guó)內(nèi)外對(duì)液壓支架己經(jīng)過(guò)了近半個(gè)世紀(jì)的研究和應(yīng)用，出現(xiàn)了數(shù)十種不同的結(jié)構(gòu)架型，但至今為止，也僅能在緩傾斜中厚以下煤層中獲得了較為成功的應(yīng)用，對(duì)于傾斜、急傾斜或厚煤層中的液壓支架尚處在研究和試驗(yàn)階段。所以 ， 今后除應(yīng)繼續(xù)針對(duì)我國(guó)國(guó)情和煤層具體條件 ，開發(fā)一些新架型、新品種外 ， 還應(yīng)在改進(jìn)支架控制系統(tǒng)和提高支架的工作可靠性方面下功夫。另外 ， 將普遍采用額定壓力為 40MPa 、額定流量為 400L/min 的高壓大流量乳化液泵站 ， 以適應(yīng)快速移架的需要 ； 系統(tǒng) 采用環(huán)形或雙向供液 ， 保證支架有足夠的壓力達(dá)到初撐力 ， 保證支架接頂位置準(zhǔn)確。在支架架型功能上我國(guó)與國(guó)外相差無(wú)幾 ， 有些地方特別是特厚煤層用的放頂煤支架、鋪網(wǎng)支架、兩硬煤層的強(qiáng)力支架、端頭支架還有獨(dú)到之處 ， 但國(guó)產(chǎn)液壓支架技術(shù)含量偏低 ， 電液控制閥可靠性差 ， 所用鋼材一般為 16Mn ， 最好的屈服極限才 700MPa ， 液壓系統(tǒng)壓力在 35MPa 以下 ， 流量在 200L/min 以內(nèi) ， 供液管Φ 25～Φ 32mm ， 回液管Φ 25～Φ 50mm ， 最快移架速度 10～ 12s/架 (井下實(shí)際應(yīng)用有時(shí)在 20s 以上 ) ， 工作阻力更是相對(duì)較低。我們不能依賴?yán)蠈?shí)進(jìn)口 ， 我們要自己研制，否則和我國(guó)產(chǎn)煤大國(guó)的地位也是極不相稱的?，F(xiàn)在世界上已經(jīng)有 70 多個(gè)電液自動(dòng)化控制工作面。我們也必須抓緊研制和推廣電液控制系統(tǒng)。支架結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)，摩擦系數(shù)取值應(yīng)考慮 f= 時(shí)水平力對(duì)支架強(qiáng)度的影響。對(duì)于有沖擊載荷的頂板，如不采取頂板處理措施，立柱應(yīng)安設(shè)置一大一小兩個(gè)安全閥以確保支架的安全 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 14 頁(yè) (5) 考慮沖擊載荷影響，支架結(jié)構(gòu)件安全系數(shù)應(yīng)提高，至少應(yīng)比通常支架安全系數(shù)提高 20%。 (4) 支架立柱應(yīng)設(shè)置大流量安全閥，以避免頂板沖擊壓力造成支架過(guò)載較大。另外，掩護(hù)梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，除保證必要的強(qiáng)度和剛度之外，還要具有抗沖擊能力。如有的支架在低位狀態(tài)時(shí)，掩護(hù)梁與垂線夾角仍有 300 左右，相當(dāng)于一般支架在高位狀態(tài)時(shí)的掩護(hù)梁夾角。因此，對(duì)堅(jiān)硬頂板液壓支架設(shè)計(jì)的要求是： (1) 根據(jù)直接頂和基本頂?shù)膸r性、分類級(jí)別、截高及配套設(shè)備，確定支護(hù)強(qiáng)度和工作阻力，支架要有足夠切頂能力。 堅(jiān)硬頂板工作面頂板不易冒落，直接頂或基本頂懸頂時(shí)間長(zhǎng)。 (7) 井筒罐籠尺寸 根據(jù)井筒罐籠尺寸，考慮支架的運(yùn)輸外形尺寸。 (5) 工作面煤壁條件 根據(jù)工作面煤壁條件，決定是否用護(hù)幫裝置。 (3) 瓦斯等級(jí) 根據(jù)瓦斯等級(jí) ，按保安規(guī)程規(guī)定，驗(yàn)算通風(fēng)斷面。 設(shè)計(jì)液壓支架必需的基本參數(shù) 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 13 頁(yè) (1) 頂板條件 根據(jù)老頂和直接頂?shù)姆诸?，?duì)支架進(jìn)行選型。 (11) 要易于拆卸，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 (9) 要求支架有足夠的剛度，能夠承受一定的不均勻載荷。 (7) 調(diào)高范圍要大，照明和通訊方便。 (5) 要求液壓支架能保證采煤工作面有足夠的通風(fēng)斷面，從而保證人員呼吸、稀釋有害氣體等安全方面的要求。 (3) 防矸性能要好。 (2) 液壓支架要有足夠的推溜力和移架力。由于液壓支架的類型很多，因此其設(shè)計(jì)工作量也是大的，由此可見，研制和開發(fā)新型液壓支架是必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。為了有效地支護(hù)和控制頂板，必須設(shè)計(jì)出不同類型和不同結(jié)構(gòu)尺寸液壓支架。而每個(gè)綜采工作面平均需要安裝 150 臺(tái)液壓支架，可見對(duì)液壓支架的需求量是很大的。 液壓支架的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)目的 采用綜合機(jī)械化采煤方法是大幅度增加煤炭產(chǎn)量、提高經(jīng)濟(jì)效益的必由之路。 對(duì)于液壓支架的操縱控制系統(tǒng)傳動(dòng)裝置，應(yīng)具有以下基本要求：采用結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，設(shè)備外形尺寸小，能遠(yuǎn)距離的傳送大的能量；能承受較大載荷；沒有復(fù)雜的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；在爆炸危險(xiǎn)和含塵的空氣里保證安全工作；動(dòng)作迅速； 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 12 頁(yè) 操作調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單；過(guò)載及損壞保護(hù)簡(jiǎn)單。 圖 19 框架式推移裝置原理 1— 底座過(guò)橋； 2— 框架； 3— 千斤頂； 4— 導(dǎo)向軸 液壓支架由不同數(shù)量的立柱和千斤頂組成，采用不同的操縱閥以實(shí)現(xiàn)升柱、降柱、移架、推溜等動(dòng)作。在框架后部有導(dǎo)向軸，并在底座的導(dǎo)向槽內(nèi)前后滑動(dòng)，使框架能平穩(wěn)地前后移動(dòng)。選取框架式推移裝置。 （ 4）在拉架過(guò)程中推移裝置和支架底座之間應(yīng)有較好的導(dǎo)向性能，使支架能移正。 （ 2）