【正文】 征 支架從最高高度降到最低高度時(shí)，如圖 所示，頂梁端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的最大寬度70e ? mm，最好為 30mm 以下 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 10 頁(yè) 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 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 ? ；為了安全可靠在最低工作位置時(shí)，應(yīng)使 25oP? 為宜，而 Q 角主要考慮掩護(hù)梁 底部距底板要有一定的距離，防止支架后部冒落的巖石卡住后連桿，使支架 不能降下來，一般取 25 ~ 30ooQ ? ， 在特殊情況下需要角度較小時(shí)，可提高后連桿下鉸點(diǎn)的高度。 圖 四連桿機(jī)構(gòu)幾何特征 支架工作段要求曲線向前凸的一段，如圖 所示的 h 段 ，其原因?yàn)楫?dāng)頂板來壓時(shí)，立柱讓壓而下縮，使頂梁有 向煤壁 移 動(dòng) 的趨勢(shì) ，對(duì)于保持梁端頂板處于擠壓狀態(tài)有利 ， 防止頂板產(chǎn)生離層或斷裂， 又可以使作用在頂梁上的摩擦力指向 采空區(qū) ，同時(shí) 使 底板 對(duì) 底座的作用力 向后移 ，底座前端比壓減少 ，可防止啃底，有利 于 移架，再則減少了水平力的合力，由于支架所承受的水平力由 連桿 來克服，所以減輕了掩護(hù)梁的受力。 圖 掩護(hù)梁和后連桿構(gòu)成的曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 11 頁(yè) 從圖 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 E1 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 。本文取 150mm。本文取 450mm。 L — — 掩護(hù)梁長(zhǎng)度； 1L — — 后連桿長(zhǎng)度； 2L — — 過 E1 點(diǎn)的垂直線到后連桿下鉸點(diǎn)之距； 1h — — 支架最高位置時(shí)的計(jì)算高度； 1 3200 600 2600h ? ? ?mm 2h — — 支架最低位置時(shí)的計(jì)算高度； 2 1700 600 1100h ? ? ?mm 從幾何關(guān)系可以列出 : 1 1 1 2c os c osL P L Q L?? ( ) 2 1 2 2c os c osL P L Q L?? ( ) 將以上兩式聯(lián)立解得 ： ? ? ? ?1 2 1 2 1c o s c o s c o s c o sL L P P Q Q? ? ? ( ) 按四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征所要求的角度，選定： 01 59P? ； 01 70Q? 。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 12 頁(yè) 圖 掩護(hù)梁和后連桿計(jì)算示意圖 ? ? ? ?1 2 1 2 1c o s c o s c o s c o sL L P P Q Q? ? ? ? ? ? ?0 0 0 0c o s 2 8 c o s 5 9 c o s 3 0 c o s 7 0? ? ? ? 支架在最高位置時(shí)的值為： 1 1 1 1si n si nh L P L Q?? ( ) 因此掩護(hù)梁的長(zhǎng)度為： ? ?1 1 1 1s i n s i nL h P L L Q?????? ? 002 6 0 0 s i n 5 9 0 .7 s i n 7 0?? ? mm 取： 1716L? mm 后連桿長(zhǎng)度為： ? ?11L L L L? 1716 ? ? ? mm ?。?1 1201L? mm 一般， ? ?39。 0 .2 5 1 7 1 6 4 2 9L ? ? ?mm 根據(jù)掩護(hù)梁長(zhǎng)度 L 和后連桿長(zhǎng)度 1L 重新計(jì)算出： 01 59P? ； 01 70Q? 。 圖 液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)幾何關(guān)系圖 作圖步驟如下： （ 1）、確定后連桿下鉸點(diǎn) O 點(diǎn)的位置，使它大體比底座略高，一般為 200～ 250mm，考 慮太低安裝銷子困難，太高底座又笨重。 （ 2）、過 O 點(diǎn)作水平線 H－ H 線與底座相平行。 （ 4） 、以 O 點(diǎn)為圓心，以 L1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)。 （ 6）、以 A 點(diǎn)為圓心，以 L 為半徑作圓，與該直線相交于 E1點(diǎn)，即為掩護(hù)梁、與頂梁的鉸點(diǎn)。 (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)。假設(shè)在液壓支架升降過程中， E1 點(diǎn)近似在此直線上滑動(dòng)。 (11)、取 E1E3中點(diǎn)為 E2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)。 (13)、以 E2點(diǎn)為圓心，以掩護(hù)梁長(zhǎng) L 為半徑作圓，與圓弧相交于 A1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)。 (15)、以 A1點(diǎn)為圓心，以 倍的 L 為半徑作圓，與 E2A1相交于 B1點(diǎn)。即 B、 B B2三個(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)。 (17)、分別作 B B1和 B1 B2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。則 AO、 AB、 BC、 CD 為液壓支架的四連桿機(jī)構(gòu)。 圖 液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)作圖結(jié)果 最終確定四連桿機(jī)構(gòu)的各項(xiàng)尺寸為： AO = 1201 mm AB = 429 mm BC = 1481 mm CD = 342 mm 基于 SolidWorks Motion 的 梁端曲線模擬 根據(jù) 上述計(jì)算得到的四連桿機(jī)構(gòu)尺寸，在 SolidWorks 中建立簡(jiǎn)單的機(jī)構(gòu)模型，如圖 所示。 圖 頂梁前端面的 XY 方向位移圖解 圖 頂梁前端面運(yùn)動(dòng)軌跡 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 16 頁(yè) 由圖 可知， 頂梁前端面雙紐線寬帶為 12541215=39mm，符合要求。 支架工作方式對(duì)頂梁長(zhǎng)度的影響 支架工作方式對(duì)支架頂梁長(zhǎng)度有很大影響。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)過后，支架能及時(shí)前移，支護(hù)新暴露的頂板，做到及時(shí)支護(hù)，因此，先移架后推溜時(shí)頂梁長(zhǎng)度要比先推溜后移架時(shí)的頂梁長(zhǎng)度長(zhǎng)一個(gè)移架步距，一般為 600mm。 頂梁參數(shù)的計(jì)算 所謂梁端距是指移架后頂梁端部至煤壁的距 離 ( C )，如圖 所 示。支架高度越大，梁端距也應(yīng)越大。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 17 頁(yè) 圖 MG200/475W 型采煤機(jī)配套尺寸 （ 2）頂梁寬度： 由于取中心距為 ，有活動(dòng)側(cè)護(hù)板頂梁寬度取值范圍為 ~ ，本次設(shè)計(jì)取支架頂梁的最小寬度為 1420mm,最大寬度為 1590mm,選取單側(cè)活動(dòng)側(cè)護(hù)板，亦即頂梁側(cè)護(hù)板側(cè)推千斤頂?shù)男谐倘?170mm。其中寬面頂梁一般為 ～ m。 （ 3）頂梁覆蓋率 δ 頂板覆蓋率按下式計(jì)算： 100%( ) ( )1500 4000( 4000 300) (1500 0)93%BLL b B k? ???? ? ???? ? ?? ( ) 式中： ? —— 頂梁覆蓋率 ； B —— 頂梁寬度（包括側(cè)護(hù)板伸出寬度） ， mm； L —— 頂梁總長(zhǎng)度 ， mm； b —— 梁端距 ， mm； k —— 相鄰頂梁間間隙 。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 18 頁(yè) 此設(shè)計(jì)的頂梁覆蓋率： 93%?? 立柱位置的確定 立柱數(shù) 目前國(guó)內(nèi)支撐式支架立柱為 2～ 6，常用為 4；掩護(hù)式支架為 2 柱；支撐掩護(hù)式為 4 柱式。 支撐方式 本設(shè)計(jì)為支撐掩護(hù)式支架，根據(jù)結(jié)構(gòu)要求呈傾斜或垂直布置，一般立柱與頂梁垂線夾角小于 10 ，由于夾角較小，有效支撐能力較大。 立柱間距 指對(duì)支撐式和支撐掩護(hù)式支架而言前、后柱的間距。支撐式支架和支撐掩護(hù)式支架的立柱間距為 1～ 。 通風(fēng)斷面的驗(yàn)算 采煤工作面的過風(fēng)量有一定要求。但在工作面中安裝液壓支架后，通風(fēng)斷面積明顯減小。一般按工作面允許風(fēng)速進(jìn)行驗(yàn)算。 采煤工作面風(fēng)速 計(jì)算按下式進(jìn)行。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 19 頁(yè) 3 液壓支架的部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 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。 頂梁 頂梁是工作面頂板直接接觸的部件，除要滿足一定的剛度和強(qiáng)度要求外，還要保 證支護(hù)頂板的需要，如：足夠的頂板覆蓋率；同時(shí)要適應(yīng)頂板的不平整性，避免因局部應(yīng)力而引起損壞。 結(jié)構(gòu)形式 支架常用頂梁形式有 3 種：整體頂梁、鉸接 頂 梁和楔形結(jié)構(gòu)頂梁。 （ 1）．整體 頂梁 整體頂梁的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性好；頂梁對(duì)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(zhǎng)側(cè)護(hù)板，有利于提高頂板覆蓋 率，改善支護(hù)效果，減少 支 架間漏矸。 整體剛性頂梁為寬面板式箱形結(jié)構(gòu)件。 圖 整體頂梁 （ 2）．鉸接式頂梁 鉸接式頂梁如圖 所示。運(yùn)輸時(shí)可 以將前梁放下與頂梁垂直，以減小運(yùn)輸尺寸。為順利移架，前梁間一般要留有 100～ 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 20 頁(yè) 150mm 間隙，從而增加了破碎頂板漏矸的可能性。 圖 鉸接 式頂梁結(jié)構(gòu) 鉸接前梁與頂梁如下圖 ： 圖 (a) 鉸接前梁 圖 (b) 鉸接頂梁 （ 3）．楔形結(jié)構(gòu)梁 楔形結(jié)構(gòu)梁如圖 所示。 楔形結(jié)構(gòu)梁利用構(gòu)件間 的 摩擦自鎖原理，通過楔塊 2 與楔形梁 1 和頂梁 4 之間的摩擦作用，使楔形梁 楔塊 2 和后梁 4 在受載時(shí)保持為 —個(gè)整體，如同整體剛性頂梁。由于楔形梁 1 與后梁 4 為鉸接結(jié)構(gòu)，令操作楔形梁千斤頂伸出或縮回時(shí)帶動(dòng)楔塊前后移動(dòng)，從而使楔形梁 1 繞 銷 軸上下擺動(dòng)，其擺動(dòng)范圍取決于楔塊的行程和楔角的大小。此外，在運(yùn)輸時(shí)，楔形梁 1 可以放到下垂位置，縮短了運(yùn)輸尺寸，從而方便運(yùn)輸和安裝。 圖 楔形結(jié)構(gòu)梁 本文所設(shè)計(jì)的液壓支架，為 了 要適應(yīng)復(fù)雜的頂板情況，所以采用鉸接式頂梁。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 21 頁(yè) 圖 本文支架頂梁 立柱 立柱是支架的承壓構(gòu)件，它長(zhǎng)期處于高壓受力狀態(tài)，它除應(yīng)具有合理的工作阻力和可靠的工作特性外，還必須有足夠的抗壓、抗彎強(qiáng)度，良好的密封性能，結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單，并能適應(yīng)支架的工作要求。 本支架在 設(shè)計(jì)中采 用 了單 伸縮式 機(jī)械加長(zhǎng) 立柱 ， 該立柱結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)圖 如圖 。 缸體是立柱的承壓部件。缸體內(nèi)表面是活塞的密封表面，所以要求很高的加工精度。 活塞可以套在活柱上，或直接焊接在活柱上。導(dǎo)向環(huán)多用塑料制品，也有用銅合 金制成。 活塞靠密封圈密封，密封圈有 O 型、 Y 型、 U 型、 V 型、鼓型、蕾型等。它可用于各種活塞上的雙向密封。它適用于裝入各種液壓活塞頭和導(dǎo)向套上，為單向密封。 以 上兩種密封圈的使用，簡(jiǎn)化了活塞結(jié)構(gòu)，裝配方便，但密封圈本身加工較復(fù)雜。 活柱和活塞桿是立柱傳遞機(jī)械力的重要零件，它要能承受壓力和彎曲等載荷作用，必須耐磨和耐腐蝕，可用 27SiMn 或 45 號(hào)鋼 制成。 缸口用鋼絲擋圈固定，是在導(dǎo)向套外側(cè)裝有鋼絲擋圈，內(nèi)側(cè)裝有密封圈和防塵圈。 固定鋼絲和鋼絲擋圈的連接方式，不能耐高壓。 掩護(hù)梁和四連桿機(jī)構(gòu) 掩護(hù)梁 掩護(hù)梁是掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式 支架 的掩護(hù)構(gòu)件，除防止采空區(qū)冒落矸石涌入工作面外，并承受冒落矸石的壓力和頂梁分解的水平力。充分考慮了大采高支架復(fù)雜的三維空間受力，以及垮落頂板對(duì)梁體可能造成的沖擊破壞，安全系數(shù)大，強(qiáng)度高。掩護(hù)梁上端與頂梁鉸接，下部與前、后連桿或直接與底座鉸接。低位放頂煤液壓支架的掩護(hù)梁還要連接支架的尾梁與插板，安裝尾梁千斤頂 ， 具體結(jié)構(gòu)見圖 。對(duì)四連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行合適的設(shè)計(jì)（長(zhǎng)度和角度），能使支架在整個(gè)高度范圍內(nèi)梁端距的變化在 50