【正文】 ..................................................................... 23 頂梁的強(qiáng)度校核 .................................................................................................... 24 集中載荷在兩根立柱中間時(shí)校核 .............................................................. 24 集中載荷在頂梁兩端時(shí)校核 ...................................................................... 28 第 5 章 伸縮梁強(qiáng)度校核 .................................................................................... 31 材料的選擇 ............................................................................................................ 31 伸 縮梁的強(qiáng)度校核 .............................................................................................. 32 第 6 章 底座強(qiáng)度校核 ........................................................................................ 36 底座的受力分析 ..................................................................................................... 36 受力分析 ................................................................................................... 36 強(qiáng)度校核 ................................................................................................................ 37 第 7 章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) .................................................................................... 44 油缸穩(wěn)定性和活塞桿強(qiáng)度的計(jì)算 ................................................................ 44 立柱穩(wěn)定性的計(jì)算 ...................................................................................... 44 活塞桿初始撓度的計(jì)算 .............................................................................. 45 油缸的最大撓度 ............................................................................................. 45 結(jié)論 ...................................................................................................................... 48 參考文獻(xiàn) .............................................................................................................. 48 致 謝 ................................................................................................................ 50 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 第 1 章 緒論 在采煤工作面的煤炭生產(chǎn)過程中，為了防止頂板冒落，維持一定的工作空間，保證工作人員的安全和各 項(xiàng)作業(yè)的正 常進(jìn)行，必須對(duì)頂板進(jìn)行支護(hù)。目前使用較多的則是 液壓支架。它能實(shí)現(xiàn)支撐、切頂、自移和推溜等工序，與大功率采煤機(jī)、大運(yùn)量的可彎曲刮板輸送機(jī)組成回采工作面的綜合機(jī)械化設(shè)備。因此液壓支架是實(shí)現(xiàn)采煤綜合 機(jī)械化和自動(dòng)化不可缺少的主要設(shè)備。設(shè)計(jì)計(jì)算及強(qiáng)度校核部分是對(duì)液壓支架主要部件頂梁、底座、和導(dǎo)向桿進(jìn)行計(jì)算和強(qiáng)度校核。國(guó)外液壓支架的主要發(fā)展趨勢(shì)是向兩柱掩護(hù)式和四柱支撐掩護(hù)式架型發(fā)展，架型結(jié)構(gòu)進(jìn)一步完善，設(shè)計(jì)方法更先進(jìn)，參數(shù)向高工作阻力、大中心距發(fā)展 。 國(guó)外液壓支架 結(jié)構(gòu)件材料 一般采用屈服強(qiáng)度 800~1000MPa 的 高強(qiáng) 鋼板，既有較高的強(qiáng)度、硬度和韌性，又具有良好的冷焊性能 ；支架 立柱和千斤頂缸體的內(nèi)壁采用復(fù) 鍍 ，防止出現(xiàn)麻斑、劃傷和密封漏 液 等現(xiàn)象 ； 液壓系統(tǒng)的閥類使用銅合金閥殼和高強(qiáng)度不銹鋼閥芯 ；耐久性試驗(yàn)要求大于 45000 次 等。 隨著長(zhǎng)壁工作面長(zhǎng)度的不斷增加，為適應(yīng)快速移架的需 要，國(guó)外還廣泛采用高壓大流量乳化液泵站，其額定壓力為 40～ 50MPa，額定流量 400～ 500L/min, 可實(shí)現(xiàn)工作面成組或成排快速移架，達(dá)到 6~8s/架。 液壓支架的控制系統(tǒng)正在由電液控制系統(tǒng)向無(wú)人工作面發(fā)展。目前，正在積極地推進(jìn)全工作面設(shè)備和生產(chǎn)工藝的自動(dòng)控制 —— 無(wú)人工作面，據(jù)統(tǒng)計(jì)現(xiàn)在全世界已有 10個(gè)無(wú)人工作面。無(wú)論是液壓支架的制造企業(yè)還是使用單位，在經(jīng)濟(jì)上，技術(shù)上都面臨巨大的困難。支架工作阻力的提高和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的加大，可以帶來(lái)支架較高的安全性和工作可靠性。 目前，我國(guó)包括支架在內(nèi)的眾多產(chǎn)品設(shè)計(jì)，仍然是以傳統(tǒng)設(shè)計(jì)為主。這種半經(jīng)驗(yàn)，半理論的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法常帶有一定盲目性，使得所做設(shè)計(jì)很難達(dá)到客觀存在最優(yōu)方案。要求尺寸小，重量輕，便于拆裝運(yùn)送，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，適應(yīng)性強(qiáng)，穩(wěn)定性好，帶有自移功能，整體性比較好。 在我國(guó)，條件好 、 資金雄厚的工作面基本上都采 用了大型液壓支架。而且在同一工程或同一工作面，用一、二種 支架 難以適應(yīng)全部工作面條件，購(gòu)買繁多的架型投資巨大且技術(shù)、經(jīng)濟(jì) 上不一定合理 ，因此出現(xiàn)了產(chǎn)品類型與市場(chǎng)需求不相適應(yīng)的矛盾。雖然 20 世紀(jì) 90 年代以來(lái)，滑 移頂梁支架、懸移頂梁支架等小型簡(jiǎn)易自移支架在一些小型工作面得到了使用，但這些支架均存在頭重腳輕，插底嚴(yán)重，工作穩(wěn)定性差，支撐高度有限，移架和調(diào)架困難等許多技術(shù)問題。 本課題研究的意義 經(jīng)過對(duì)比我國(guó)的液壓支架和國(guó)外液壓支架的現(xiàn)狀可以看出，兩者之間存在著很大的區(qū)別。而我國(guó)的液壓支架的發(fā)展方向主要是多品種，高適應(yīng)性。 我國(guó)目前存在大量 3. 5～ 5 .5ｍ厚煤層 ,特別是中小礦井 ,希望有一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕型、適應(yīng)能力強(qiáng)的放頂煤液壓支架來(lái)開采這類煤層。②當(dāng)頂梁上部壓力的合力作用點(diǎn)前移至前立柱之前時(shí) ,則會(huì)使后立柱受 拉 ,而后立柱又是單作用油缸 ,只能承受壓力 ,因而后立柱的作用往往失效 ,致使頂梁有低頭前傾趨勢(shì) 。④前探梁容易產(chǎn)生伸縮卡阻。在架型設(shè)計(jì)上 ,針對(duì)大多數(shù)放頂煤工作面頂板壓力不大、煤質(zhì)較松軟、要求的工作阻力很小 ,以及許多中小礦井井筒和巷道運(yùn)輸斷面較小的特點(diǎn) ,要求支架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、體積小、工 作可靠 ,搬運(yùn)靈活的情況 ,吸收了國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有放頂煤液壓支架的優(yōu)點(diǎn) ,特別是考慮厚煤層的放頂煤開采地質(zhì)、礦壓特點(diǎn) ,設(shè)計(jì)了該輕型導(dǎo)向 放頂煤液壓支架。 對(duì)不同條件適用性強(qiáng) ,特別適用于中小礦井厚煤層 的放頂煤開采。 這便是我們做這次設(shè)計(jì)的初衷，期待著我國(guó)的煤炭產(chǎn)量更上一層樓，同時(shí)也希望我國(guó)的煤礦工人的生活更加美好！ 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 第 2 章 架型的選擇 支架機(jī)構(gòu)形式的比較分析 液壓支架主要的機(jī)構(gòu)形式有三種，即垛式支架，四連桿機(jī)構(gòu)液壓支架，和單擺桿機(jī)構(gòu)液壓支架。 垛式液壓支架的特點(diǎn) 垛式液壓支架式支撐式液壓支架的一種。 垛式支架的優(yōu)點(diǎn)是：垂直支撐的立柱數(shù)量多，支架的工作阻力大；多數(shù)立柱位于支架后部，切頂性能好，工作空間大，易滿足通風(fēng)和行人的要求，重量輕，價(jià)格便宜。所以垛式支架應(yīng)在直接頂穩(wěn)定或堅(jiān)硬的煤層中使用。 四連桿機(jī)構(gòu)液壓支架 這種液壓支架是目前使用最多的液壓支架。四連桿機(jī)構(gòu)使頂板對(duì)頂梁的水平載荷由掩護(hù)梁傳遞給兩個(gè)連桿，立柱不承受橫向力，因此不易產(chǎn)生彎曲現(xiàn)象。四連桿機(jī)構(gòu)主要有兩種形式，一種是前后連桿都為單連桿；另一種是后連桿為整體鑄造件或焊接件，前連桿為左右分置的單連桿鑄鋼件或焊接件，這樣可增大支架的有效利用空間。雙紐線支架的兩個(gè)河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 連桿雖然增加了支架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，但也因要抵抗頂板的水平運(yùn)動(dòng)大大增加了對(duì)支架承載機(jī)構(gòu)件的作用力，結(jié)構(gòu)使構(gòu)件斷面增大，重量增加。因此，這種機(jī)構(gòu)雖然廣泛使用，但仍舊不是我們理想的一種架型。 它用一個(gè)單擺桿機(jī)構(gòu)代替了傳統(tǒng)的四連桿機(jī)構(gòu)，從而使支架在升 降的過程中頂梁前端的軌跡由雙扭線變成了一條圓弧線。但是與四連桿機(jī)構(gòu)類似，不論我們?cè)鯓舆M(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，仍舊無(wú)法使頂梁前端的軌跡真正變成一條垂直直線。 由以上的分析可知，傳統(tǒng)的機(jī)構(gòu)形式總是存在其弊端，我們努力尋求一種機(jī)構(gòu)形式是頂梁升降時(shí)的軌跡為一條垂直直線。這種機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是，真正使支架升降時(shí)頂梁前端的軌跡成為了一條垂直直線， 使支架不再受到頂板摩擦力的作用。這種 分體頂梁柔性 液壓支架的機(jī)構(gòu)示意圖 如上圖所示。因此我們通過 各種架型 形式的演化，研究了這種 分體頂梁柔性液壓支架 。該 架型 穩(wěn)定性好，重量輕，工作面過人空間大，結(jié)構(gòu)緊湊，支護(hù)強(qiáng)度大。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 第 3 章 總體 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3. 1 支架基本參數(shù)的確定 支架高度 支架的高度由工作面的厚度及地質(zhì)條件的變化 等因素決定 ，考慮通風(fēng)、運(yùn)輸、行人的要求以及一定的富 余 系數(shù)，確定支架的最低高度 min ? ，最高支護(hù)高度 max ? 。 確定支架中心距時(shí)，應(yīng)考慮到下列幾個(gè)方面的因素： （ 1）頂板允許暴露的面積 。 支架中心距一般等于工作面一節(jié)溜槽長(zhǎng)度，以便配套。大采高支架為提高穩(wěn)定性中心距可采用 ，輕型支架中心距可采用 ； （ 3）支架的穩(wěn)定性 。 分體頂梁柔性液壓支架是適用于中小地下工作面，屬 輕型支架，因此確定中心距為mbc ? 。寬度的確定應(yīng)考慮支架的運(yùn)輸、安裝和調(diào)架要求。當(dāng)支架中心距為 時(shí)，最小寬度一般取 1400～ 1430mm，最大寬度一般取 1570～ 1600mm。當(dāng)支架中心距為 時(shí)，如果頂梁帶有活動(dòng)側(cè)護(hù)板，則最小寬度取 1150～ l 180 mm．最大寬度取1320～ 1350mm；如果頂梁不帶活動(dòng)側(cè)護(hù)板，則寬度一般取 1150～ l 200mm[26]。 底座長(zhǎng)度 底座是將頂板壓力傳遞到底板和穩(wěn)固支架的構(gòu)件。 通常，掩護(hù)式支架的底座取 倍的移架距；支撐掩護(hù)式支架的底座長(zhǎng)度取 4 倍的移架距。 頂梁長(zhǎng)度 頂梁是支護(hù)頂板的直接承載部件，其長(zhǎng)度取決于必要的作業(yè)空間和通風(fēng)斷面要求，還與支護(hù)方式有關(guān)。 頂梁前部尺寸為： cHt gadyb ??????? ? ? —— 運(yùn)輸機(jī)鏟煤板端至煤壁距離，一般為 50— 100 mm,取 50mm； y —— 包括鏟 煤板和電線槽在內(nèi)的運(yùn)輸機(jī)寬度， 經(jīng)查表取 980mm； 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 d —— 推移步距 650mm； a —— 底座前柱窩中心到底座前端的距離， 一般為 500800mm，取 500mm； H —— 支架的最低高度， 1600mm； ? —— 支架最低位置時(shí)立柱的傾角， 8176。 5 0 9 8 0 6 5 0 1 6 0 0 8 3 0 0 1 6 5 5b tg m m? ? ? ? ? ? 9 0 0 1 6 0 0 8 1 1 2 5n tg m m? ? ? 1655 1125 550 3330L b n u mm? ? ? ? ? ? ? 由此 確定分體頂梁剛性液壓支架的頂梁長(zhǎng)度為 3330mm。 頂梁 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 頂梁形式的選擇 支架常用的頂梁形式有 兩 種：整體頂梁 和 鉸接頂梁 [18]。為改善接頂效果和補(bǔ)償焊接變形，整體頂梁前端 800～ 1000mm 處一般上翹 13。 鉸接式頂梁在前梁千斤頂?shù)耐评?，前梁可以上下擺動(dòng)，對(duì)不平頂板的適應(yīng)性強(qiáng)。為順利移架，前梁一般要留有 100～ 150mm 間隙，從而增加了破碎頂板漏矸的可能性。 頂梁 一般 是用鋼板焊接而成的箱式結(jié)構(gòu)， 又分為單腔室和多腔室兩種。 （ a） （ b） 圖 頂梁結(jié)構(gòu) 伸縮梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)頂梁與煤壁的距離，伸縮梁