【正文】 圖 頂梁的三維圖 按頂梁的斷面形狀，還可以把頂梁分成如下結(jié)構(gòu)形狀： （ 1） 閉式頂梁 閉式頂梁為頂梁上、下蓋板與筋板焊接成封閉型，如圖 ： 圖 頂梁筋板焊接 圖 XXXX 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 圖 頂梁開式立筋形式 一種為立筋凸出型，如圖 所示，增加了焊接強度；另一種為立筋凹 下，焊接后使頂梁平整，但焊接強度不如前一種。 （ 2） 開式頂梁 開式頂梁的特點，可減輕頂梁重量，增加頂梁的抗彎強度。 側(cè)護板的設(shè)計和選擇 側(cè)護板的種類 頂梁和掩護梁的側(cè)護板 有兩種：一種是一側(cè)固定另一側(cè)活動的側(cè)護板。在設(shè)計時，根據(jù)左右工作面來確定左側(cè)或右側(cè)為活動側(cè)護板?；顒觽?cè)護板通過彈簧筒和側(cè)推千斤頂與梁體連接，以保證活動側(cè)護板與鄰架的固定側(cè)護板靠緊。 另一種是兩側(cè)皆為活動側(cè)護板。 側(cè)護板的結(jié)構(gòu)型式 側(cè)護板的 機構(gòu)型式分為兩種類型： 一種是側(cè)護板在頂梁的外側(cè)。 另一種是鉸接式側(cè)護板，他克服了以上兩種側(cè)護板的缺點，但由于架間側(cè)護板造成了三角帶容易填入矸石，影響架間密封效果。即：考慮到當(dāng)一 架升起，另一架降柱時，要保證相鄰兩架間側(cè)護板不脫離接觸。掩護梁側(cè)護板的側(cè)面寬度，主要考慮移架步距，一般比一個步距大 100㎜，即相當(dāng) 700 ㎜。所以，掩護梁側(cè) 護板下部要加寬。由兩臺相鄰支架的架間距離確定。 掩護梁的設(shè)計 掩護梁的結(jié)構(gòu)為鋼板焊接的箱式結(jié)構(gòu)，在掩護梁上端與頂梁鉸接，下部焊有與前、后連桿鉸接的耳座?；顒觽?cè)護板裝在掩護梁的兩側(cè)。折線型相對直線型支架斷面大，結(jié)構(gòu)強度高，但工藝性差，所以很少用。對分式結(jié)構(gòu)尺寸小，易于加工、運輸和安裝，但結(jié)構(gòu)強度差。在兩內(nèi)主筋間下部布置有 推拉裝置。該底座整體性強，穩(wěn)定性好，比壓小。 四連桿機構(gòu)有兩種結(jié)構(gòu)型式。 立柱的類型 立柱按動作方式，分為單作用和雙作用；按結(jié)構(gòu)種類，分為活塞式和活 柱式；按伸縮方式，分為單身所和雙伸縮。 立柱的動作原理 單伸縮單作用活塞式或柱塞式立柱，靠壓力伸柱，靠自重或彈簧力降柱。當(dāng)下腔進液上腔回液時伸柱，反之為降XXXX 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13 柱。本設(shè)計的立柱圖如下 圖 立柱 I 缸體 缸體是立柱的承壓部件。 II 活塞 活塞是立柱的關(guān)鍵元件，對它的主要要求是保證密封性能良好，運動表 面能承受外力的沖擊。 H / f 導(dǎo)向環(huán)多數(shù)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 形、 Y 形、 U 形、鼓形、蕾形等。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。 圖 蕾型密封圈 以上兩種密封圈的使用，簡化了活塞結(jié)構(gòu)，裝配方便，但密封圈本身加工復(fù)雜。本設(shè)計的立柱的裝配圖中，用鼓形圈和蕾形圈來密封。 XXXX 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 15 ③用半圓環(huán)加彈性擋圈固定，在活塞頭的 環(huán)槽內(nèi)卡進兩個半圓環(huán)，再用彈簧卡圈固定在半圓環(huán)的槽內(nèi)。 III 活柱和活塞桿 活柱和活塞桿式立柱傳遞機械力的重要零件，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 無縫鋼管或 45 號鋼制成。為了防止在井下條件下表面生銹和腐蝕，表面要鍍鉻，并要注意保護，防止外部硬傷。密封圈的作用和結(jié)構(gòu)如前所述。導(dǎo)向套為活柱和活塞桿導(dǎo)向。導(dǎo)向套的材料通常為聚甲醛或銅合金。 千斤頂?shù)脑O(shè)計 推移千斤頂 直接連接方式的千斤頂，結(jié)構(gòu)簡單，但移架力小于推溜力，一般用 于支撐式支架。如果采用直接推移方式，在提高移架力的同時，推溜力也增加了，這樣有可能把溜槽推壞，為了解決這個問題，設(shè)計成幾種移架力大于推溜力的結(jié)構(gòu)形式，框架連接方式是其中的一種?？蚣芙Y(jié)構(gòu)有鋼管焊接和鋼板焊接兩種。 浮動活塞式千斤頂?shù)姆绞剑梢允挂萍芰Υ笥谕屏?。缸體前移而移架，由于活塞桿腔環(huán)行面積大于活塞桿腔面積，所以移架力大于推溜力。同時，為了使移架時具有爬臺階的能力和提高拉架能力，缸體與底座有一向上夾角（拉架時有一向上分力，可以減少底座前端比壓，有利于移架）。 側(cè)推千斤頂 側(cè)推千斤頂?shù)幕钊麠U固定在活動側(cè)護板上，缸體固定側(cè)護板上側(cè)推千斤頂?shù)陌惭b方式有如下幾種： XXXX 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 17 （ 1）安裝在頂梁和掩護梁 的下面，避免在頂梁和掩護梁上開窗口，加強了頂梁和掩護梁的強度，但影響支架的有效空間。 （ 3）頂梁和掩護梁下面開窗口，把側(cè)推千斤頂安裝在窗口內(nèi)，便于安裝和檢修。 側(cè)推千斤頂?shù)募夹g(shù)參數(shù)通常為： 行程： 170mm； 缸體內(nèi)徑： 93 mm； 活 塞桿直徑： 40 mm。在具體選擇架型時，首先要考慮煤層的頂板條件，下表 根據(jù)國內(nèi)外液壓支柱的使用經(jīng)驗，提出了各種頂板條件下適用的架型。根據(jù)原始條件端頭支架為支撐掩護式支架。 表 確定 支架高度、支架間距、底座長度 XXXX 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 19 支架高度 支架的最大結(jié)構(gòu)高度： Ｈ max=Ｍ max+Ｓ 1 m 式 () 支架的最小結(jié)構(gòu)高度：Ｈ min=Ｍ minＳ 1 m 式 () 式中Ｍ max 、 M min—— 煤層最大、最小采高，ｍ； Ｓ 1 —— 偽頂冒落的最大高度，般取 ~。 本次設(shè)計要求支架高度為： 1800~3000mm。 支架間距 bc 要根據(jù)支架型式來確定，但是由于每架支架的推移千斤頂與工作面輸送機的一節(jié)溜槽相連，因此目前主要根據(jù)輸送機溜槽每節(jié)長度及槽幫上千斤頂連接塊的位置來確定，我國刮板輸送機溜槽每節(jié)長度 ，千斤頂連接塊位置在溜槽中長的中間，所以除了節(jié)式和邁步式支架外，支架間距一般為 。 底座長度 底座是將頂板壓力傳遞到底板和穩(wěn)固支架的部件。通常，掩護式支架的底座長度取 （一個移架步距為 ），即 ；支撐掩護式支架的底座長度取 4倍移架步距，即 。kg m3。 P=qF 10179?？砂聪率接嬎? F=(L+C)(B+K)=(L+C) A= =㎡ P=qF10 179。 = 柱和千斤頂位置的確定 立柱布置 目前國內(nèi)支撐式支架立柱數(shù)為 2~6根，常用 4根；掩護式支架為二柱；支撐掩護式支架為四柱。 方式 支撐式支架立柱為垂直布置。一般立柱軸線與頂梁的夾角小于 30176。同時由于頂梁較短，立柱傾角加大可以使頂梁柱窩位置前移，使頂梁前端支護能力增大。 （支架在最高工作位置時），由于夾角較小，有效支撐能力較大。立柱間距 的選擇原則為有利與 操作、行人和部件合理布置。 立柱的布置與支護方式： 本課題為支撐掩護式端頭液壓支架，立柱共有 4 根，前排 2 根，后排 2根，支護時，前柱向前傾斜，后柱向后傾斜。；后排立柱較大，取 4176。 立柱主要尺寸的確定： 立柱缸體內(nèi)徑按下式進行計算： PaC OSAPaF ????? 201 ACOS4176。 把各個數(shù)據(jù)代入公式中得立柱橫截面積 A= ? ? 1 ????? C O SC O SPa F m178。 F=32106 cos02+32 106 cos42=4005KN 立柱初撐力按下式計算 : F1= 42Da? Pc=32106 = 安全閥的調(diào)定壓力與立柱的實際工作壓力 安全閥的調(diào)定值 Pa 由支架的理論支護阻力來確定： Pa=240DaFz? 式 () ?????? 0c os24c os2 FmFz 式 () 安全閥的調(diào)定壓力設(shè)定為 32 Mpa，立柱的工作阻力 39。單頂板載荷復(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)，簡化為平面桿系結(jié)構(gòu)。所以，支架支撐力分布也為三角形，以此計算立柱柱窩的位置。 取頂梁為分離體，其受力如下圖所示： 圖 頂梁受力圖 對 A 點取距： 即 0?? AM ? ? ? ? ? ? 034s i n0c os4s i n26850c os 112222121211 ?????????????? gLFhhPLPhhPLPfh 式 () 式中 ： F ? f= wF1 KNPP 0 0 0 0 4221 ???? h mmLmmhmm g 4300。320 21 ??? 把數(shù)據(jù)代入上式中可得： L2 =4300mm 根據(jù)前后立柱的傾角，便可確定立柱下柱窩的位置。起作用概括起來主要有兩個： 其一：當(dāng)支架由高到低變化時，借助四連桿機構(gòu)式支架頂梁前端點的運動軌跡呈近XXXX 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 24 似雙紐線，從而 使支架頂梁前端點與煤壁間距離的變化大大減小，提高了管理頂板的性能； 其二：是使支架能承受較大的水平力。下面通過四連桿機構(gòu)動作過程的幾何特征進一步闡述其作用。 掩護式和支撐式支架均采用雙搖桿機構(gòu) ,雙搖桿機構(gòu)形成的條件是最短桿和最長桿之和小于其余兩桿長度之和 ,而最短桿為上連桿 (掩護梁 ),最短桿的對邊為固定桿 (底座 )。 (1) 支架從高到低運動時 ,頂梁端點運動軌跡的最大寬度應(yīng)不大于 70ｍｍ ,最好為 30ｍｍ以下。 ,β =75~85176。支架在最低位置時 ,考慮矸石便于下滑 ,防止矸石停留在掩護梁上 ,根據(jù)物理學(xué)摩擦理論可知 :要求ｔｇα ｆ ,如果按鋼和矸石的摩擦系數(shù)ｆ =,可求得ｔｇα =0 3,α =176。為宜 ,而β角主要考慮 掩護梁底部距底板要有一定距離 ,防止支架后部冒落矸石卡住后連桿 ,使支架不能降下來。 (4) 支架工作段要取曲線向前凸的一段ｈ段。 ,P2=60176。 ,Q2=45176。 P2=28 176。 Q2=31176。作圖步驟如下： (1) 確定后連桿下鉸點 O 點的位置，使它大體比底座地面略高出 200 ～ 250 mm (或類比同類型支架 )。 (3) 過 O 點作與 HH 線的夾角為 1Q 的斜線。 (5) 過 a 點作與 H H 線有交角 1a 斜線，以啊點為圓心，以 G為半徑作弧交此斜線一點 e 39。 (6) 過 e 39。 圖 四連桿機構(gòu)的幾何作圖法 (7) 以 a 點為圓心，以 ( ～ )G 長度為半徑作弧，在掩護梁上交一點 b ，為前連桿上鉸點位置。 點作 F F 線的垂線 (認(rèn)為液壓支架由高到低變化時， e 39。 (9) 在垂線上作液壓支架在最低位置時，頂梁與掩護梁的鉸點 e 39。 。39。ee 線中間 某一點 e’’ ,為液壓支架降到此高度時掩護梁與頂梁的鉸點 (液壓支架由高到低變化時，頂梁前端點運動軌跡為近似雙扭線，中間這一點的位置直接影響到頂梁運動軌跡的形狀、變化寬度等 )。 (12) 以 e 39。 點為圓心，掩護梁長度 39。此點為液壓支架降到中間某一位置時，掩護梁與后連桿的鉸點。39。 點為圓心，掩護梁長 39。39。 (14) 連接 39。39。39。39。 ae ,并以 a 39。39。ea 上一點 b39。39。39。39。 ea 上一點 b39。 點。、b39。 三點為液壓支架在三個位置時，前連桿的上鉸點。 、 oa39。 為液壓支架降到中間某一位置和最低位置時后連桿的位置。bb 和 39。39。 (17) 過 c 點向 H H 線作垂線，交點 d ,則線段 oa 、 ab 、 bc 、 cd 和 do 為液壓支架四連桿機構(gòu)。的運動曲線，只要逐步變化四連桿機構(gòu)的幾何 尺寸，便可以畫出不同的曲線來，再按液壓支架四連桿機構(gòu)的特征進行校核， 最終選出較優(yōu)的四連桿機構(gòu)尺寸來。前面數(shù)章的內(nèi)容已經(jīng)給出了支架主要部件受力分析和負荷的計算方法。當(dāng)然其強度條件要以現(xiàn)階段液壓支架所選的材料、制造工藝以及失效形式的為依據(jù)，隨著時間的推移，如果上述諸點有變，強度條件也必須作相應(yīng)的調(diào)整。 (1) 強度校核均以材料的屈服極限 s? ,計算安全系數(shù)。 i 各結(jié)構(gòu)件通常采用 15MnVN 等普通低合金結(jié)構(gòu)鋼，并由具有標(biāo)準(zhǔn) 厚度的鋼板焊接而成，取 s? =459MPa。 iii 活塞桿均采用 45 號鋼，取屈服極限 s? = a。 (3)缸體材料采用 27SiMn 無縫鋼管，取抗拉強度 1020?b? Mpa 強 度 條件為 ： ? ? ? ?nn b ???? 式 （ ） XXXX 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 29 式中 ??? —— 缸體的許用應(yīng)力 ； [n]—— 許用安全系數(shù) 。 取 ~4。) yn (cm) Jn (cm4 ) 1 165 24 3 2 1 135 表 51 結(jié)構(gòu)件的形心位置為： ? ????nnnc FyFy 式 () ??? ??????????cy = (2)慣性矩 J= ? ?? ?? ?? 2nn yyFJ 式 () J=