【正文】 在 5～ 8 ㎡以下時(shí)，時(shí)間在 20min 以上時(shí)，暫不宜使用綜采。 液壓支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 確定液壓支架結(jié) 構(gòu)參數(shù)的原則與內(nèi)容 （ 1） 確定支架結(jié)構(gòu)參數(shù)的原則 ① 要滿足配套設(shè)備 (采煤機(jī)、輸送機(jī) )的相關(guān)要求 : ② 與支架的工作方式 (即時(shí)支護(hù)或滯后支護(hù) )相適應(yīng) 。 ④ 支架的工作穩(wěn)定性好。 ② 確定支架總體與主要部件的布置與尺寸。下面僅分析目前廣泛應(yīng)用的三種典型架型的總體布置與結(jié)構(gòu)尺寸的一般范圍。 對(duì)于大采高支架，按下式確定支架高度，即 Hmax ＝ Mmax 十 (200～ 400)mm Hmin =Mmin (500～ 400)mm Hmax ——— 支架最大高度 (mm)； Hmin ——— 支架最小高度 (mm)； Mmax ——— 最大采高 (mm)； Mmin ——— 最小采高 (mm) Mmax ＝ 1SK CM Mmin = 2SK CM 式中 CM ——— 煤層平均厚度； 1SK 、 2SK ——— 煤層厚度上、下波動(dòng)系數(shù)，一般取 1SK ＝ 1． 1～ 1． 3，2SK ＝ 0． 8～ 0． 90。調(diào)高范圍越大，支架適用范圍越廣調(diào)高范圍給支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)造成困難，可靠性降低。 支架的伸縮比指其最大與最小高度之比即： m=Hm/Hn 由于液壓支架的使用壽命較廠，并可能被安裝在不同采高的采煤工作面，所以，支架應(yīng)具有較大的伸縮比。 m=Hm/Hn=2600/1200= 符合掩護(hù)式支架的伸縮比范圍。目前國(guó)內(nèi)外液壓支架中心距大部分采用 1． 5m。 支架寬度是指頂梁的最小和最大寬度。支架頂梁一般裝有活動(dòng)側(cè)護(hù)板一般行程 170～ 200mm。當(dāng)支架中心距為 ，最小寬度一般 1650～1680mm，最大寬度一般 1850～ 1880mm。 （ 3） 支架間距 所謂支架間距，就是相鄰兩架中心間的距離，按如下公式計(jì)算： b = B + nC 式中 b:支架間距 B:每架支架頂梁總寬度 C:向鄰支架頂梁間的間隙 n:每架所包含的組架或框架數(shù)，總體自移式支架 n＝ 1，整體逐步式支架 n＝ 2，節(jié)式組合邁步支架 n＝支架節(jié)數(shù)。 22 （ 4） 四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 四連桿機(jī)構(gòu)的幾何作圖法 確定掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)至頂梁梁面之距和后連桿下鉸點(diǎn)至底座底面之距 取掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)至頂梁梁面之距為 100mm，取后連桿下鉸點(diǎn)至底座底面之距為 100mm。 根據(jù)四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征，初選 P1=56176。 ， P2=26176。 由圖所示的幾何關(guān)系可以列出如下兩式： 聯(lián)立以上兩式可得： 將以上各值代入可得 A/G= 一般 A/G 的比值按以下范圍來(lái)取： 掩護(hù)式支架 A/G=～ ； 故 A/G取 ， 支架最高位置時(shí)的計(jì)算高度為： 將 A/G= G=1791， A=918， 取整后 G=1800， A=920； P1 仍取 56176。 ， P2=26176。 四連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的幾何作圖法按如下步驟進(jìn)行。 按類比法確定掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)至頂梁頂面之距和連桿下鉸點(diǎn)至底座至底面之距均為 100mm。 設(shè)： G掩護(hù)梁長(zhǎng)度， A后連桿長(zhǎng)度， L2e′點(diǎn)引垂線到后連桿下鉸點(diǎn)之距， H1支架最高位置時(shí)的計(jì)算高度， H2支架最低位 置時(shí)的計(jì)算高度。 （ 2）過(guò) O點(diǎn)作與底座面平行的水平 H— H線。 （ 4）在此斜線上截獲線段 oa， oa 長(zhǎng)度等于 A， a點(diǎn)即為后連桿與掩護(hù)梁的鉸點(diǎn)。 （ 6）過(guò) e′點(diǎn)作 H— H線的平行線 F— F線，則 H— H線與 F— F線的距離為 H1，為液壓支架最高位置時(shí)的計(jì)算高 度。 HHFFae? （ 8）過(guò) e′點(diǎn)作 FF線的垂線（認(rèn)為液壓支架由高到底變化時(shí)， e′點(diǎn)在此直線上滑動(dòng)）。 （ 10）取 e′′′ e′ 某一點(diǎn)， ′′ e 為液壓支架降到此高度時(shí)掩護(hù)梁與頂梁的鉸點(diǎn)（液壓支架由高到低變化時(shí)，頂梁前端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡為近似雙紐線，中間這一點(diǎn)的位置直接影響頂梁前端運(yùn)動(dòng)軌跡的形狀、 變化寬度等）。 （ 12）以 e′′ 點(diǎn)為圓心，掩護(hù)梁長(zhǎng) ae′ 為半徑作弧，交前圓弧上一點(diǎn) a′ ，此點(diǎn)為液壓支架降到中間某一位置時(shí)，掩護(hù)梁與后連桿的鉸點(diǎn)。 24 aaeeHHFFae? （ 14）連接 e′′ a′ 、 e′ ′′ a′′ ，并以 a′ 點(diǎn)為圓心， ab長(zhǎng)為半徑作弧，交 a′ e′′ 上一點(diǎn) b′；以點(diǎn)為圓心，長(zhǎng)為半徑作弧，交上 一點(diǎn)點(diǎn)。 （ 15）連接為液壓支架降到中間某一位置和最低位置時(shí)后連桿的位置。 （ 17 ）過(guò)點(diǎn)向線作垂線，交點(diǎn)，則線段和為液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)。 液壓支架 支部件設(shè)計(jì) （ 1） 頂梁 頂梁用于支撐維護(hù)控頂區(qū)的頂板，承受頂板壓力，將頂板載荷通過(guò)立柱、掩護(hù)梁、前后連桿經(jīng)底座傳到底板。整個(gè)頂梁分前梁和主頂梁兩部分。鉸接前梁端部的支撐力決定于前梁千斤頂?shù)闹瘟亍? 主頂梁為焊接箱式結(jié)構(gòu)。在頂梁兩側(cè)裝有側(cè)護(hù)板，根據(jù)工作面方向不同可使一側(cè)固定，另一側(cè)活動(dòng)。為了防止銷子脫出，用擋板固定。頂板采用的鋼板厚度為 25mm，筋板厚度為 40mm。 減小頂梁長(zhǎng)度，有利于減小擰頂面積，增大支護(hù)強(qiáng)度。 掩護(hù) 式支架，由于一般用于破碎頂板，應(yīng)將頂板長(zhǎng)加以控制，使空頂區(qū)范圍內(nèi)的重復(fù)支承次數(shù)不超過(guò) 4～ 5次，頂梁長(zhǎng)度為 ～ ,最大 3m。 cos1θ ][G 1E ＝ 56176。其中寬面頂 一般為 ～ ,節(jié)式支架一般為 ～ ,此處取 1600mm。支架控頂距 L為支架頂梁長(zhǎng)度加頂梁前端與煤壁間距。 此掩護(hù)式支架為二柱，采用傾斜布置，這樣可以克服一部分水平力，并能增調(diào)高范圍。同時(shí)由于頂梁較短，立柱傾角加大可以使頂梁柱窩位置前移，使頂梁前端支護(hù)能力增大。支架頂梁只支承兩柱時(shí) ,上柱窩位置在頂梁后部 ,一般頂梁前端與后端之比為 ～ :1。 ②立柱下柱窩位置的確定 立柱下柱窩位置的確定，要有利于移架，使底座前端比壓小。來(lái)考慮，具體計(jì)算如上圖所示。 1 2 1c o s c o sx x A x G???? ? ? ? ① 2 3 2x H tg?? ② 將②式代入①式代入上式可得 1 1 3 2c o s c o s c o sx x G A H? ? ? ?? ? ? ? 式中 H3=Hn（ h2+h3）本設(shè)計(jì)中，取液壓支架最低可降到 1700mm處， 故 H3=1900150150=1600mm 1? 支架最低位置時(shí)，后連桿與水平面夾角 2? 支架最 低位置時(shí)，掩護(hù)梁與水平面的夾角 ? 初選支架最低位置時(shí)，掩護(hù)梁與水平面的夾角為 25176。 （ 3）底座 底座為支架的其它結(jié)構(gòu)件和工作機(jī)構(gòu)提供安設(shè)的基礎(chǔ)，與前、后連桿和上連桿一起組成四連桿機(jī)構(gòu)，將立柱和前、后連桿傳遞的頂板壓力傳給底板。在底座前端中間焊接有過(guò)橋它可以起到對(duì)底座的加強(qiáng)作 用，另外還要用于固定推移千斤頂，將其一端固定在底座上。采用整體式底座：這種底座是用鋼板焊接成的箱式結(jié)構(gòu)，整體性強(qiáng)，穩(wěn)定性好，強(qiáng)度高，不易變形，與底板接觸面積大，比壓小，底座的前端做成滑靴形，以減小支架的移動(dòng)阻力，同時(shí)底座后部重量大于前部避免移架時(shí)底座啃底，底座與立柱之間連接處用鑄剛球面柱窩接 觸，以免因立柱偏斜受偏載，并用限位板和銷柱限位，防止立柱脫出柱窩。 本設(shè)計(jì)采用整體式底座 . （ 4）掩護(hù)梁 掩護(hù)梁承受頂梁部分載荷和掩護(hù)梁背部載荷并通過(guò)千斤頂傳遞給底座。 掩護(hù)梁為面板式箱形結(jié)構(gòu)件。掩護(hù)梁上的側(cè)護(hù)板的裝配方式與頂梁相同。 圖 35 插板千斤頂結(jié)構(gòu)圖 1缸體 2活塞 3擋圈 4壓盤 68 5半環(huán) 55 6壓環(huán) 7活塞導(dǎo)向環(huán) 8鼓形密封圈 9O形密封圈 10擋圈 11活塞 12蕾形密封圈 本支架的液壓系統(tǒng)，由乳化液泵站，主進(jìn)，主回液膠管，各種液壓元件，立柱及各種千斤頂?shù)冉M成。 本支架液壓系統(tǒng)所使用的乳化液，是由乳化油和水配制而成的，乳化油的配比濃度為 5％，使用乳化液應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： （ 1） 定期檢查濃度，濃度過(guò)高增加成本，濃度太低，可能造成液壓元件銹蝕，影響液壓元件的密封和使用壽命 （ 2） 防止污染，定期清理乳化液箱和 支架過(guò)濾器 （ 3） 防凍：乳化液的凝固點(diǎn)為零下三度左右，與水一樣也具有凍結(jié)膨脹性，乳化液受凍后，不但體積膨脹 ，穩(wěn)定性也受影響，乳化液地面配制和冬季運(yùn)輸時(shí)要注意防凍。 開始支架以初承力支承頂板，此時(shí)為無(wú)壓狀態(tài)，當(dāng)周期來(lái)壓時(shí)，頂板下沉，使立柱下腔壓力增加，當(dāng)增加到大于安全閥調(diào)定正壓力時(shí)，安全閥被打開，使立柱下腔壓力下降，稱立柱讓壓狀態(tài) ，使支架以工作阻力支護(hù)頂板；如繼續(xù)來(lái)壓，就要不斷讓壓，所以立柱要有一定的向下行程，如沒(méi)有向下行程，稱壓死狀態(tài)，這是在設(shè)計(jì)和使用中，必須要注意避免的現(xiàn)象。 31 支架載荷的確定 液壓支架實(shí)際受載荷情況很復(fù)雜，頂梁和底座上的載荷即非集中載荷又非均布載荷，分布規(guī)律隨著支架與頂?shù)装宓慕佑|情況而變化，為 簡(jiǎn)化計(jì)算作如下規(guī)定。 （ 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。 （ 4） 通過(guò)分析和計(jì)算可知，掩護(hù)梁上煤塊的作用力，只能使支架實(shí)際支護(hù)阻力降低，所以在計(jì)算強(qiáng)度時(shí)不計(jì)。 （ 6） 作用在頂梁上水平力的產(chǎn)生有二種情況：一種是支架在承載讓壓時(shí)，由于頂梁前端運(yùn)動(dòng)軌跡為雙扭線，所以頂梁與頂板有產(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采空區(qū)的水平力，最大水平力值與上相同。 （ 7） 支架各部分受力，按不同支護(hù)高度時(shí)受力最大值進(jìn)行強(qiáng)度校核。 支架受力分析 支架的受力分析與計(jì)算，是按理論力學(xué)中一個(gè)物體受幾個(gè)力的作用下處 于平滑狀態(tài)時(shí)，所受力和力矩之和為零的原理來(lái)進(jìn)行分析和計(jì)算的。即滿足靜力平衡的充分必要條件為各力在 x上的投影之和為零，各力在 y上的投影之和為零 。下面就根據(jù)這一理論對(duì)支架簡(jiǎn)化成平面桿系進(jìn)行受力分析和計(jì)算。 （ 1） 立柱傾角對(duì)承載能力的影響 由于掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架的立柱大部分是傾斜 布置的，? 32 傾角 ? 又隨著支架的高度變化，所以支架的承載能力的大小也隨著支架的高度而變化。 立柱支撐在頂梁，當(dāng)立柱的工作阻力為 BP ，傾角為 ? 時(shí)，顯然支架的承載能力與 BP COS?有直接的關(guān)系。 ? 角和 COS? 之間的關(guān)系表示在圖 3－ 1看到，當(dāng) ? 18? 時(shí)， COS? ，支架的承載能力降低值不等大于５％。 圖 4－ 1 因此叢支架承載能力的角度看，立柱傾角不要大于 18? 。 （ 2） tgθ值對(duì)支架承載能力的影響 在以上各式中有多項(xiàng)公式包含 tgθ，分析如下： O點(diǎn)是瞬時(shí)中心，隨著支架高度的變化， O點(diǎn) 的位置也發(fā)生變化， tgθ 也跟著發(fā)生變化。當(dāng) O點(diǎn)在頂梁下方時(shí) tgθ取負(fù)值。當(dāng)摩擦系數(shù) W＝ ， tgθ = 時(shí)，附加力可達(dá)支架名義工作阻力的 30％。在支架的工作高度范圍內(nèi)，一般把 tgθ值控制在 ，從而把附加力控制在支架名義工作阻力的 10％范圍內(nèi)。 （ 3） 支架承載能力 隨高度的變化 由支架載荷 AP 的計(jì)算式直到，其中 ? 、 ? 、 l 是隨高度而變化的，因此支架的支撐力也就隨著高度而變化。一般情況下，掩護(hù)式支架常用加大立柱的傾角來(lái)擴(kuò)大支架的調(diào)高范圍。所以支架的調(diào)高范圍越大，承載力變化越大。所以設(shè)計(jì)掩護(hù)式或支撐掩護(hù)式支架時(shí)，應(yīng)特別注意使支架承載力在整范圍內(nèi)的變化盡量小。 在進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，要以頂梁承受最大負(fù)荷時(shí)的支護(hù)高度為依據(jù)，按此時(shí)的工況進(jìn)行受 力 33 分析。產(chǎn)生水平載荷的原因很多，所以它的大小和方向也是根據(jù)具體情況而變化。即壁系數(shù)斷裂極限值 maxf 等于頂梁和頂板的摩擦系數(shù)。 水平載荷的方向可以只考慮向后作用，也就是從煤壁 向老塘的方向作用。 f 值在 11 tg??中隨承載能力有很大影響。 2） 對(duì)連桿受力影響 由連桿受力 cP 和 DP 的計(jì)算式可以看出，摩擦 力對(duì)連桿受力的影響表現(xiàn)在 AcfPSin? 和 ADfPSin? 項(xiàng)中。因此，隨著支架的高度，摩擦力對(duì)連桿的影響逐漸增大。因此其極限條件為： ( ) 0DCSin ???? 得： DC??? ＝ 0 即： DC??? 當(dāng)分母等于 1時(shí)， cP 和 DP 得最小值，其條件為： ( ) 1DCSin ???? DC??? ＝ 90? 由以上兩個(gè)條件得到下列結(jié)論，前后連桿不能平行放置，前后連桿的水平支架必須要有差值，從連桿受力的角度著眼，其差值應(yīng)越大越好，極限差是 90? 。據(jù)此把三種 34 支架簡(jiǎn)化成平面桿系進(jìn)行受力分析和計(jì)算。圖中 Pt=， P8為平衡千斤頂?shù)耐疲ɡ┝Γ?P8 為推力時(shí)， P8=，當(dāng) P8為拉力時(shí)， P8=，需求 F F1′及作用點(diǎn)