【正文】 面設(shè)置拉后輸送機(jī)的千斤頂和推移桿。6. 液壓控制系統(tǒng)及立柱、千斤頂液壓系統(tǒng)由各液壓件、管路系統(tǒng)組成，它應(yīng)保證立柱、千斤頂完成支架要求的各種性能，并達(dá)到設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)。（2）將立柱的支撐力傳遞至頂板．并給予合理地分布，對(duì)支架后部接近采空區(qū)的頂板起切頂作用；對(duì)無立柱空間的頂板起支撐作用。 頂梁的結(jié)構(gòu)形式支架常用頂梁形式有2種：整體頂梁和鉸接式頂梁。特點(diǎn)與適用條件：（1）俗稱手套式梁，它的伏套在前梁外部，用伸縮千斤頂控制其伸縮。（3）頂梁在支撐狀態(tài)時(shí)，伸縮較困難，因而一般不用于整頂梁。前梁上不宜設(shè)置側(cè)護(hù)板。特點(diǎn)與適用條件：（1）在整個(gè)控頂長(zhǎng)度內(nèi)，頂梁為一整體機(jī)構(gòu)，剛性大，承載能力較大。（2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，操作方便，造價(jià)低，用于頂板穩(wěn)定，平整等條件。為改善接頂效果和補(bǔ)償焊接變形，整體頂梁前端(800～1000mm)。提高支架前端對(duì)頂板的支撐力。 頂梁的結(jié)構(gòu)與斷面形狀選擇各類頂梁都為箱式結(jié)構(gòu)，一般由鋼板焊接而成。頂梁前端呈滑撬式或圓弧形，以減少移架阻力。在頂梁下面焊有鑄鋼柱窩，柱窩兩側(cè)有孔，用鋼絲繩或銷軸把立柱和頂梁連接起來，掩護(hù)式支架和支撐掩護(hù)式支架在頂梁后端有銷孔，通過銷軸與掩護(hù)梁上的銷孔相連。圖41閉式頂梁斷面2. 開式頂梁開式頂梁結(jié)構(gòu)如圖42所示。對(duì)于掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架，為便于側(cè)護(hù)板能自由伸縮，要在頂梁頂面上加焊一塊比側(cè)護(hù)板鋼板稍厚的鋼板，稱為頂板同時(shí)也增強(qiáng)了頂梁的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。圖42開式頂梁斷面 底座的設(shè)計(jì) 底座功能底座功能（1）承受立柱與連桿等傳遞的頂板載荷，并傳遞給底板。（3）為整個(gè)支架輔助件，例如推移裝置，防倒裝置，操縱閥架等提供依托與根基。（5）便于人員操作行走。 底座的選型底座是將頂板壓力傳到底板和穩(wěn)固支架的部件。1. 整體剛性式特點(diǎn)及使用條件： (1) 底座用鋼板焊接成箱型結(jié)構(gòu)，底部封閉，具有整體性能、強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、對(duì)底板比壓小等特點(diǎn)。 (3) 多用于支撐掩護(hù)式、掩護(hù)式或垛式支架。 2. 分體剛性式特點(diǎn)與適用條件： (1) 底座分左右兩部分，上部用過橋或相形結(jié)構(gòu)固定連接、這種底座在剛性、穩(wěn)定性和強(qiáng)度等方面基本與整體剛性底座相同。(3) 適用于支撐掩護(hù)式、掩護(hù)式支架。底座為整體式剛性底座，四連桿機(jī)構(gòu)鉸接在底座前部，有兩個(gè)球面柱窩與立柱缸底相連，底座中間布置有推移裝置，側(cè)面有拉后輸送機(jī)千斤頂固定耳座。上連桿與底座的鉸接座為兩突出的內(nèi)主筋形成的箱體結(jié)構(gòu)，應(yīng)合理設(shè)計(jì)，使突變過渡處強(qiáng)度足夠，呈圓弧狀過渡，以免損壞。在設(shè)計(jì)支架的底座長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)考慮如下諸方面：支架對(duì)底板的接觸比壓要小；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；使于人員操作和行走；保證支架的穩(wěn)定性等。2. 底座寬度的確定一般，～。3. 底座高度的確定要適應(yīng)支架總體結(jié)構(gòu)，如厚煤層支架總體結(jié)構(gòu)高、前后連桿受力大，為縮短掩護(hù)梁和連桿的長(zhǎng)度，可適當(dāng)加高底座后部連桿區(qū)的高度，而薄煤層支架底座相反，往往要盡可能見效后部連桿區(qū)的高度。所以要用插值法重新計(jì)算。：支架理論支護(hù)阻力為：=其中，YB型=40 MPa；Y型=30~60 MPa；—立柱最大傾角(度)，(支架降到最低工作位置時(shí)，角最大)。 表41 內(nèi)徑標(biāo)準(zhǔn) 單位：mm506380100110125140(145)160180200210220230250查表41，選=230mm，查表，選取配合尺寸為：外缸內(nèi)徑230mm，活柱外徑210mm，工作阻力1800KN， MPa。 MPa （45）式中的按下式計(jì)算： kN （46）式中 —支架在最高位置時(shí)立柱傾角度，取 將數(shù)據(jù)代入公式得為：kN 由公式得安全閥的調(diào)整壓力為： MPaPa求出后，在選定一種動(dòng)作壓力與Pa相近的標(biāo)準(zhǔn)安全閥。取Pa=40MPa。3. 最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定 當(dāng)活柱全部伸出時(shí)，從活塞導(dǎo)向環(huán)中點(diǎn)到導(dǎo)向套中點(diǎn)的距離稱為最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的H，如圖44所示。因此在設(shè)計(jì)時(shí)，必須保證有一定的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。 式中 —立柱最大工作行程，L=1000mm —缸筒內(nèi)徑mm一般導(dǎo)向長(zhǎng)度A，當(dāng)缸內(nèi)徑，～?！?。圖44立柱導(dǎo)向長(zhǎng)度關(guān)系圖1—缸筒；2—活塞；3—導(dǎo)向環(huán)；4—距離套；5—導(dǎo)向套；6—缸蓋；7—活柱4. 缸底厚度計(jì)算 掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架立柱的缸底，一般在缸內(nèi)做成平地，在缸外做成球面形，如圖45所示。圖45立柱缸底示意圖5. 缸體長(zhǎng)度的確定液壓缸缸體內(nèi)部長(zhǎng)度應(yīng)等于活塞的行程與活塞的寬度之和。一般液壓缸的缸體長(zhǎng)度不應(yīng)大于內(nèi)徑的20～30倍。它除了要具有較高的承載能力外，還應(yīng)有較大的伸縮行程，以滿足支架工作高度的要求。此時(shí)，單伸縮立柱就難以滿足要求。但機(jī)械加長(zhǎng)桿在安裝后就成為固定活塞桿，需要調(diào)節(jié)時(shí)裝拆比較困難。本設(shè)計(jì)采用單伸縮加長(zhǎng)桿立柱結(jié)構(gòu)。(2) 支撐方式：掩護(hù)式支架為傾斜布置，這樣可克服一部分水平力，并能增大調(diào)高范圍。同時(shí)又與頂梁較短，立柱傾角較大可以使頂梁柱窩位置前移，是頂梁前端支護(hù)能力增大。但頂板載荷復(fù)雜，分布規(guī)律因支架頂梁與頂板的接觸情況而異。把支架的空間桿系結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化成平面桿系結(jié)構(gòu)。所以，支架支撐力分布也為三角形，以此計(jì)算立柱上柱窩位置。對(duì)A取距，可算得x 圖46 頂梁受力分析 （48）式中 x－立柱上柱窩至頂梁和掩護(hù)梁鉸點(diǎn)之距；－支架支護(hù)阻力； q－支架最大支護(hù)強(qiáng)度； －支護(hù)面積；Lg－頂梁長(zhǎng)度； －支護(hù)工作阻力之和；－頂梁和掩護(hù)梁鉸點(diǎn)至頂梁頂面之距；－立柱上柱窩中心至頂梁頂面之距；－立柱在最高位置時(shí)的傾角。 推移千斤頂?shù)脑O(shè)計(jì)推移千斤頂選用框架推移方式，則其缸體內(nèi)徑為： mm （49）式中 —推移千斤頂?shù)囊萍芰?。由于是中厚煤層，所以?150 kN，代入公式得推移千斤頂缸體內(nèi)徑為： 由以上計(jì)算出來的推移千斤頂?shù)母左w內(nèi)徑，再按表43選取標(biāo)準(zhǔn)值：經(jīng)查表，選用標(biāo)準(zhǔn)缸徑為80mm。表43 推移千斤頂缸、桿配合關(guān)系缸徑(mm)1601401251008063桿徑(mm)14010085100857070(63)50454540泵壓(MPa)推力(kN)63349039224515798拉力(kN)1500382445234304284127157981084858推薦材料規(guī)格(mm)缸19422168201461412114102148311桿15217105元鋼95元鋼110105元鋼95元鋼85元鋼8085元鋼70元鋼／／／／ 平衡千斤頂?shù)脑O(shè)計(jì) 參考液壓支架技術(shù)表千斤頂缸徑、活塞桿徑與工稱載力匹配關(guān)系選取平衡千斤頂缸徑160，推力/拉力()633/454。為保證平衡千斤頂與掩護(hù)梁不發(fā)生干涉，按下式計(jì)算 （410）式中 —掩護(hù)梁厚度（） —平衡千斤頂外徑（） P—平衡千斤頂外徑與掩護(hù)梁間之間隙，～（） L2—平衡千斤頂上鉸點(diǎn)至頂梁和掩護(hù)梁鉸點(diǎn)之距平衡千斤頂受拉力時(shí)，取x= 平衡千斤頂受推力時(shí)取x=以上參數(shù)具體數(shù)值如下表，將數(shù)據(jù)代入得出兩個(gè)來，再取兩個(gè)的平均值即可表44 計(jì)算平衡千斤頂各種參數(shù)W32006334541553160260L4Db6118006702201601661為了防止平衡千斤頂?shù)亩h(huán)或平衡千斤頂本身背被拉壞，對(duì)平衡千斤頂?shù)男谐逃腥缦乱螅寒?dāng)支架在最高位置時(shí)，頂梁能下擺15度；支架在最低位置時(shí)頂梁能上擺10度，或頂梁和掩護(hù)梁近似180度。當(dāng)支架在最高位置時(shí)，平衡千斤頂達(dá)到最小長(zhǎng)度。 行程 查表液壓活塞行程系列表取 圖49平衡千斤頂最長(zhǎng)位置平衡千斤頂?shù)男谐檀_定后，即可確定它在掩護(hù)梁上的位置 （411）式中 —1當(dāng)活塞全部縮回時(shí)，缸體上鉸點(diǎn)之活塞上部之距，對(duì)于掩護(hù)型支架， =209。 側(cè)推千斤頂位置的確定 側(cè)推千斤頂伸出時(shí)，使活動(dòng)側(cè)護(hù)板外移，可密閉架間間隙，起到防矸、導(dǎo)向、防倒和調(diào)架等作用；側(cè)推千斤頂縮回時(shí)，使活動(dòng)側(cè)護(hù)板回縮，可減少移架阻力。防止頂板巖石從架間冒落，移架時(shí)摩擦阻力小。 2. 有鎖緊回路時(shí)，用液控單向閥鎖緊。缺點(diǎn)在于移架時(shí)要操縱千斤頂，使移架操作復(fù)雜化，而且架間易掉矸。因此在頂梁上一般布置兩個(gè)側(cè)推千斤頂，兩個(gè)彈簧筒。由于在頂梁和掩護(hù)梁上焊有橫筋板，則側(cè)推千斤頂?shù)陌惭b位置要與橫筋板相適應(yīng)。具體布置方式有如下三種：二孔式—采用兩個(gè)側(cè)推千斤頂，在側(cè)推千斤頂處同時(shí)布置彈簧筒，靠彈簧力實(shí)現(xiàn)架間密封。四孔式—中間兩孔安裝側(cè)推千斤頂，側(cè)面兩孔布置彈簧筒。而頂板冒落是有一定過程的，一般可分為三個(gè)階段，開始頂板處于無壓狀態(tài)，此時(shí)頂板較完整，而且沒有下沉，稱為無壓狀態(tài)；但經(jīng)一定時(shí)間后，頂板就會(huì)下沉，通常稱為老頂來壓，此時(shí)頂板并不破裂，而且這種下沉帶有一定的周期性，所以稱為老頂周期來壓狀態(tài)；如果不及時(shí)支護(hù)，頂板就會(huì)破裂而冒落，此時(shí)叫冒落狀態(tài)。支架在工作面受力是由于頂板下沉，同時(shí)又有向采空區(qū)移動(dòng)的趨勢(shì)，使頂梁受合力和底座受底板反力，其中頂板合力的垂直分力,由支架工作阻力來克服，所以在計(jì)算支架的工作載荷時(shí)按支架的工作阻力來確定。圖51鉸接式頂梁支架受力首先取頂梁為分離體：圖52 頂梁分離體受力各力對(duì)點(diǎn)取矩，可寫出作用點(diǎn)的位置的表達(dá)式： （51） 再取頂梁和掩護(hù)梁為分離體：如圖53所示，對(duì)點(diǎn)取矩，可求得的表達(dá)式，將此式與上式聯(lián)立，解出如下： （52）再把此式代回上式，可解出。若這個(gè)條件強(qiáng)度計(jì)算能滿足，其他條件都能滿足。計(jì)算得kN kN取掩護(hù)梁為分離體，寫出力系的x方向和y方向平衡方程解出、。作用點(diǎn)的位置可以由取整體支架為分離體求出。對(duì)于掩護(hù)式支架而言，用支護(hù)效率來評(píng)價(jià)立柱工作阻力轉(zhuǎn)為支架工作阻力的有效程度，效率按下式計(jì)算： （58） 值與支架的架型、結(jié)構(gòu)尺寸和支架高度有關(guān)，值過大或過小都不好。一般要求在支架工作段內(nèi)，掩護(hù)式支架由于立柱傾角較大，值應(yīng)大于90%以上。頂板對(duì)支架的巨大載荷有整臺(tái)支架傳到底板，在支架底座與底板接觸處將具有一定的比壓。則在設(shè)計(jì)支架時(shí)，應(yīng)驗(yàn)算底板的比壓。結(jié)論：該底座比壓在允許范圍內(nèi)。 掩護(hù)梁的選型掩護(hù)梁是掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架的特征部件之一，它直接承受冒落矸石的載荷和頂板通過頂梁傳遞的水平載荷，通常由鋼板焊接而成箱型結(jié)構(gòu),上端與頂梁鉸接，下端通過前、后連桿與底座鉸接成四連桿機(jī)構(gòu), 起著穩(wěn)定支架重心和防止采空區(qū)巖石涌入工作面的作用, 既能保證支架前梁頂端與煤壁的間距基本恒定, 又承擔(dān)了支架在工作過程中的水平分力, 保證了支架的工作穩(wěn)定性。從側(cè)面看掩護(hù)梁，其形狀有直線型、折線型兩種。圖61 掩護(hù)梁的形狀（a）折線型 （b）直線型 1. 直線型掩護(hù)梁特點(diǎn)與適用條件（1）整體性好、強(qiáng)度大，加工簡(jiǎn)單，工藝性好。當(dāng)支架歪斜時(shí)，架間密封性比折線形掩護(hù)梁好。2. 整體折線型特點(diǎn)與適用條件（1）折線形掩護(hù)梁加工工藝性差。圖62 掩護(hù)梁本次設(shè)計(jì)采用圖62所示的掩護(hù)梁結(jié)構(gòu)。掩護(hù)梁有直線型、折線型兩種。所有連桿均為箱式結(jié)構(gòu)件，用以克服頂板指向采空區(qū)的水平力，增加支架穩(wěn)定性；但承受橫向力和紐力的性能較差，在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)其鉸接孔的強(qiáng)度、擠壓壽命應(yīng)增強(qiáng)重視。此處截面的彎曲強(qiáng)度為：圖63掩護(hù)梁受力分析圖主頂梁做成等斷面箱式結(jié)構(gòu)，在最大彎矩處的斷面如圖64所示： 圖64最大彎矩?cái)嗝鎴D 1. 形心位置各板件計(jì)算數(shù)據(jù)如表61所示：表61掩護(hù)梁板件數(shù)據(jù)件號(hào)1234567數(shù)量1242122面積4040形心位置cm結(jié)構(gòu)件的形心位置為：代入數(shù)據(jù)得： 2. 慣性矩 將數(shù)據(jù)代入公式，算得總慣性矩為： = 3. 彎曲應(yīng)力kN/ 鋼板材料選取16Mn，σs =34335 KN/ 滿足強(qiáng)度要求。立柱柱頭與頂梁端相連接的銷孔，其兩側(cè)加工成喇叭口，與直銷配合使用，使頂梁能左右作適當(dāng)偏轉(zhuǎn)，以便立柱在架內(nèi)靈活轉(zhuǎn)動(dòng)；，改善了掩護(hù)梁受力狀況；，在底座上鉸接四連桿機(jī)構(gòu)，在底座中間設(shè)置有推移裝置，側(cè)面設(shè)置了側(cè)推千斤頂和推移桿。在此基礎(chǔ)上，對(duì)掩護(hù)梁的強(qiáng)度進(jìn)行了校核，滿足強(qiáng)度條件。另外，采用平面桿系的簡(jiǎn)化精度低、安全系數(shù)大，既不符合井下支架空間受力的實(shí)際情況，又經(jīng)常導(dǎo)致使用過程中的損壞，如焊縫開裂、連桿扭曲變形等。這些都有待于以后去研究、探