【正文】 與靜摩擦系數(shù)的乘積，其方向與頂梁產(chǎn)生位移方向趨勢相反；另一種是由于頂板向采空區(qū)方向移動，使支架頂梁受一指向老塘的水平力，最大水平力值與上相通。頂梁與頂板的靜摩擦系數(shù) f ，目前國內(nèi)一般取～ 。 7. 支架各部件受力，按不同支護高度時受力最大值進行強度校核。 8. 各結構件的強度校核，除按理論支護阻力校核危險斷面外，還要按《液壓支架形式試驗技術規(guī)范 》的各種加載方式，以及支架的額定工作阻力逐一校核，超過額定工作阻力 10%的超載試驗，將由安全系數(shù)來保證。 液壓支架的受力分析 支架的受力分析與計算，是按理論力學中一物體受幾個力作用下處于平衡狀態(tài)時，所受的合力矩之和為零的原理來進行分析和計算得。所以當支架支撐后在處于平衡狀態(tài)時，取整體或某一部件為分離體也處于平衡狀態(tài)，其合力和合力矩為零。即：滿足靜力平衡的充分必要條件為，各力在 x 軸上的投影之和為零，各力在 y 軸上的投影之和為零，各力對某點取矩之和為零，下面根據(jù)這一理論對支架進行受力分析和計算。 在支架撐牢 在頂?shù)装逯g時，取其整體或某一部件為分離體，皆處于平中國礦業(yè)大學成人教育學院 2020屆畢業(yè)設計 33 衡狀態(tài)。據(jù)此把支架簡化為平面桿系進行受力分析和計算。 支架整體受力關系如圖 31 所示， 圖中 mF —— 前梁端部所受集中載荷 ； nF —— 后梁所受集中載荷 ； iP —— 前探梁千斤頂?shù)闹瘟Γ? aP 、 bP —— 前、后立柱的工作阻力； ba PPP ??2 （ 2P 為支架工作阻力） zF —— 底板對底座的支撐力 。 借助于取分離體的方法求出 mF 、 nF 、 zF 及其作用點的位置。 首先取前梁為分離體，如圖 32 所示。圖中 kP 為前梁千斤頂支撐力為已知， l 和 1l 均已知。 圖 31 液壓支架受力分析 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2020屆畢業(yè)設計 34 0??xF 0co s ?? ?ka PX (31) ? ?0yF 0s in ???? ?kam PYF (32) ? ?0aM 0s in 1 ?? lPlF km ? (33) (31),(32),(33)聯(lián)立求得： ?coska PX ? ?s inkma PFY ?? l lPF km 1sin?? 再取后梁為分離體，如圖 33所示。圖中 aP 、 bP 為前后立柱的工作阻力，其和為 2P ， 2P 是液壓支架的工作阻力。 kP 是前梁千斤頂?shù)闹瘟Α?ay 和 ax 是前梁在鉸接點 a處對后梁的作用力。 由圖 33，利用力系的 y方向平衡方程式和對 b點的力矩平衡方程式，可圖 32 前梁分離體受力分析 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2020屆畢業(yè)設計 35 以求出 nF 及其作用點的距離 X 0??yF 0s in ?????? nkbaa FPPPY ? (34) ? ?0bM ? ? 0s in434 ?????? nkabm FPllPlPxF ? (35) (34),(35)聯(lián)立求得： ?s inkbaan PPPYF ????? nakab F lYllPllPlPx 252434 )(s in)( ?????? ? 帶入數(shù)據(jù)得： 80045s i n1350s i n 1 ??????? l lPF km ? (kN) 4 6 345s i n1 3 5 05 0 9s i n ??????? ?kma PFY (Kn) 圖 33 后梁分離體受力圖 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2020屆畢業(yè)設計 36 kN1 9 4 9 145s i n1 3 5 01 0 0 0 01 0 0 0 4 6 3s i n????????????? ?kbaan PPPYF nakab F lYllPllPlPx 252434 )(s in)( ?????? ? ? ? ? ?19491 i n13501100144010000110010000 ????????? ? mm 支架底座受到的支撐反力 zF 由圖 31 可知： banmz PPFFF ???? 本支架中 2 0 0 0 01 9 4 9 15 0 9 ????? nmz FFF (kN) 頂梁載荷分布 在把頂梁所受的載荷求出來后，就可以進一步計算載荷在頂梁上面的分布情況。由于 頂板與頂梁接觸情況不同，載荷實際分布很復雜。為計算方便，假設頂梁和頂板均勻接觸且載荷為線性分布。 設頂梁長為 gL ，頂梁的集中載荷為 1F ，其作用點距頂梁一端為 x 。則當3gLx? 時，載荷分布為三角形。如圖 34 所示 q3 F1 q2 圖 34 頂梁三角形載荷分布 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2020屆畢業(yè)設計 37 頂梁前端比壓 2q 為 0，頂梁后端比壓 3q 為： 313 103 2 ????mBFq (MPa) 當 3gLx? 時，載荷呈梯形分布，如圖 35 所示： 頂梁前端比壓為： mggBL LxFq ??? 212 )26( 頂梁后端比壓為： mgg BL xLFq ??? 213 )64( 由于 33 0 4 7 2 7 ??x ,故本支架頂梁受力為 梯 形分布，計算得： 頂梁前端比壓為： ? ? ? ? 17503040 32212 ??? ?????? mg gBL LxFq(MPa) 頂梁后端比壓為： F1 q3 q2 圖 35 頂梁梯形載荷分布 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2020屆畢業(yè)設計 38 ? ? )64( 32213 ??? ????? ??mgg BL xLFq (MPa) 支護強度計算 支架的結構設計結束，其結構尺寸已定。再經(jīng)受力分析，其外載荷也已確定。于是可以求出支架的實際支護強度如下式： )( 13LLL PKq np s?? (MPa) 支撐式支架隨著支撐高度的不同，其支護面積和工作阻力不變，故其支護強度不變。而掩護式支架和支撐掩護式支架，由于支架的工作阻力因支架支撐高度不同而不同，故支護強度也因支架高度變化而變化（為簡化計算，不考慮支護面積在支撐過 程中的變化）。 本支架為支撐式支架，故支護強度不變，為 1946 kN/m2。 底座接觸比壓計算 頂板對于支架的巨大載荷經(jīng)由整臺支架傳到底板，在支架底座與底板接觸處將具有一定的比壓。由于底板巖性不同，含水量不同等因素，使底板具有不同的抗壓強度。則在設計支架時，應驗算底板的比壓。 計算底板比壓時，首先要計算底板與底座的接觸面積。如圖 36所示 圖 36 底座面積 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2020屆畢業(yè)設計 39 則其與底板的接觸面積 A 為： 7 7 )()2(1 ?????????? hbllbA d (m2) 然后計算底座對 底板的平均比壓如下： 3310 ????? ??dAFq (MPa) 由于底板凹凸不平或底座下墊有碎矸，底座對底板的比壓很不均勻。為簡化計算又不失其有效性，假設底座對底板均勻接觸且載荷為線性分布。設外載荷呈三角形分布，如圖 37 所示，底座前端有最大比壓 4q ，后端比壓 5q 為0。為求 4q ，應先求出底座的集中載荷 1F 的作用點的位置 dn 。 當 3dd Ln ?時，底座前端比壓 4q 為： 314 1032 ??? bnFqd (MPa) 當 3dd Ln ? 時，底座載荷呈梯形分布，如圖 38 所示。此時底座前端的比dn 4q dL 5q 1F 圖 37 底座三角形比壓分 不 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2020屆畢業(yè)設計 40 壓為： 3214 10)64( ???? bL nLFqddd (MPa) 3215 10)26( ???? bL LnFqddd (MPa) 求出底座的最大比壓之后，要與底板允許 比壓進行比較。底座對底板的最大比壓應小于底板的允許比壓，否則應重新設計底座乃至整個支架。 幾種軟巖底板的允許比壓如表 31所示： 表 31 幾種較軟巖石底板允許比壓 底板巖性 Rc(MPa) [P] (MPa) V2 V= V5 粘質可塑頁巖 1 ～ ～ 可塑頁巖 灰質頁巖 2 ～ ～ ～ 沙質 灰質 泥漿頁巖 4 ～ ～ ～ 注： Rc— 底板抗壓入強度 (MPa) 圖 38 底座梯形比壓分布 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2020屆畢業(yè)設計 41 V— 礦井小時涌水量， (m3/h)。涌水量大，巖石變軟，降低了允許比壓 [P]— 允許比壓 (MPa) 對于本支架， dn =，所以有 ? ? ??? ???????? ?? 323214 )64( bL nLFqddd (MPa) ? ? )26( 323215 ??? ???????? ??bL LnFqddd (MPa) 支護效率 整臺支架的阻力是由立柱的工作阻力產(chǎn)生的。對于掩護式支架而言，兩者并不相等。用支護效率來評價立柱工作阻力轉變?yōu)橹Ъ芄ぷ髯枇τ行У闹ёo，支護效率 ? 按下式計算： tPF1?? ? 值與支架的架型、結構尺寸和支架高度有關， ? 值過大或過小都不好。 由于支架的工作阻力 1F 由立柱工作阻力之和的垂直分力及掩護梁和前后連桿承擔，而立柱的工作阻力之和不變，當 ? 值過大，說明掩護梁和前、后連桿受載增加，對掩護梁和前、后連桿不利；當 ? 值過小時，說明立柱的工作阻力不能充分發(fā)揮。一般要求在支架工作段內(nèi)，支撐掩護式支架由于立柱傾角較小， ? 值應在 95%～ 105%之間；掩護式支架由于立柱傾角較大， ? 值應大于90%以上；支撐式支架由于立柱垂直布置又無四連桿機構，所以 ? 值應為 100%，故本支架支護效率為 100%。 支架受力的影響因素 掩護式和支撐掩護式支架在工作過程中，各主要部件的 受力是變化的，中國礦業(yè)大學成人教育學院 2020屆畢業(yè)設計 42 其影響因素有諸多方面。本節(jié)僅指出幾種支架受力又顯著影響的因素，同時說明這些因素的影響規(guī)律。在進行支架設計時，要充分注意到這些因素及其規(guī)律，找出各主要部件受力最大的狀態(tài)。 支撐式支架的支護高度對支架受力沒有影響，而掩護式和支撐掩護式支架，由于支護高度的變化，使立柱的支撐角度、平衡千斤頂?shù)慕嵌?、掩護梁和四連桿機構的角度等的不同，使支架受力也不同。 在進行強度計算時，要以頂梁承受最大負荷時的支護高度為依據(jù)，按此時的工況進行計算。 液壓支架在 工作過程中，頂梁與頂板、底座之間以及掩護梁與其上的矸石之間均存在著相對運動，于是在相對運動兩者之間產(chǎn)生摩擦力。這摩擦力的大小與摩擦系數(shù) W 有關，且直接影響支架受力、支護效率等。 在液壓支架實際工作中，摩擦系數(shù)并非常數(shù)，而是與巖石種類、水分含量等許多因素有關。根據(jù)液壓支架架型實驗規(guī)范規(guī)定，按摩擦系數(shù) W 為 0；； 。 在進行強度計算時，要取前、后連桿、頂梁等主要部件有最大負荷時的工況。 、拉力對支架受力的影響 支架在實際工作中，平衡千斤頂?shù)耐屏屠κ亲兓摹０粗Ъ茉谌缦鹿r時進行計算：支護高度為頂梁承受最大合力時的高度值，矸石作用力03?P ，摩擦系數(shù) ?W ，并且按平衡千斤頂產(chǎn)生推力和拉力兩種情況分別進行支架的受力計算。 分析結構表明，平衡千斤頂產(chǎn)生拉力時，頂梁后端比壓增大，可增加切中國礦業(yè)大學成人教育學院 2020屆畢業(yè)設計 43 頂能力，底座比壓分布狀態(tài)較好，連桿受力較??；平衡千斤頂產(chǎn)生推力時，頂梁合力作用點前移，可增加頂梁前端支撐能力，底座前端比壓增大，連桿受力增加。 假定支架支護高度為一定值，平衡千斤頂?shù)耐?、拉?08?P ，摩擦系數(shù)0?W 。矸石作用在掩護梁的負荷，為在 0～ 5 倍采高的巖石重量范圍內(nèi)，取若干個值。 計算結果表明，矸石作用力增加，使支護強度、支護效率和切頂能力減小，同時連桿受力也減小，底座分布改善，增加了支架的縱向穩(wěn)定性。所以，在支架受力計算和強度分析時，為偏于安全，一般對矸石作用力忽略不計。 5. ?tan 值對支架受力的影響 ?tan 值對支架受力的影響： ?tan 值增加，附加力也增加。當摩擦系數(shù)?W ， 1tan ?? 時，附加力可高達支架名義工作阻力的 30%。所以， ?tan 值過大對支架受力不利。在支架的工作高度范圍內(nèi)，一般把 ?tan 值控制在 以下，從而把