機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)ZY90002545掩護(hù)式液壓支架設(shè)計(jì)【全套圖紙三維】

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1、 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)2009屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 119 頁(yè) 1 液壓支架簡(jiǎn)介 1.1 液壓支架的用途 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,保證工人安全和各項(xiàng)作業(yè)正常進(jìn)行,必須對(duì)頂板進(jìn)行支護(hù)。而液壓支架是一高壓液體作為動(dòng)力,由液壓元件與金屬構(gòu)件組成的支護(hù)和控制頂板的設(shè)備,它能實(shí)現(xiàn)支撐、切頂、移架和推移輸送機(jī)等一整套工序。實(shí)踐表明液壓支架具有支護(hù)性能好、強(qiáng)度高、移架速度快、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。液壓支架與可彎曲輸送機(jī)和采煤機(jī)組成綜合機(jī)械化采煤設(shè)備,它的應(yīng)用對(duì)增加采煤工作面產(chǎn)量、提高勞動(dòng)

2、生產(chǎn)率、降低成本、減輕工人的體力勞動(dòng)和保證安全生產(chǎn)是不可缺少的有效措施。因此,液壓支架是技術(shù)上先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上合理、安全上可靠,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。 全套圖紙,加153893706 1.2 液壓支架的組成及分類 1.2.1 液壓支架的組成 液壓支架由以下六個(gè)主要部分組成: 頂梁、底座、立柱、掩護(hù)梁、活動(dòng)側(cè)護(hù)板、推移機(jī)構(gòu)、操縱控制系統(tǒng) 1. 頂梁 用途: a、用于支撐維護(hù)控頂區(qū)的頂板; b、承受頂板的壓力; c、.將頂板載荷通過立柱、掩護(hù)梁、前后連桿經(jīng)底座傳到底板。 要求: a、頂梁應(yīng)有足夠的強(qiáng)度,即使在接觸應(yīng)力分布不均勻的情況下也不致被壓

3、壞; b、頂梁應(yīng)有足夠的剛度,以承受扭力; c、頂梁對(duì)頂板的覆蓋率高; d、頂梁能適應(yīng)頂板的起伏變化。 2. 底座 用途: a、為支架的其他結(jié)構(gòu)件和工作機(jī)構(gòu)提供安設(shè)的基礎(chǔ); b、與前后連桿和掩護(hù)梁一起組成四連桿機(jī)構(gòu); c、將立柱和前后連桿傳遞的頂板壓力傳遞給底板。 要求: a、底座應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度; b、底座對(duì)底板的起伏變化適應(yīng)性好; c、底座與底板的接觸面積大,以減小底座對(duì)底板的接觸比壓,避免支架陷入底板; d、底座應(yīng)有足夠的地方來安設(shè)立柱、推移裝置以及液壓控制裝置; e、底座要能把落入支架內(nèi)的碎矸排棄到采空區(qū)中。 3. 立柱 用途: a、支撐頂梁,承

4、受載荷的作用; b、調(diào)節(jié)支架的高度,使支架的高度滿足工作面的要求; c、立柱設(shè)置有大流量安全閥,以避免頂板沖擊壓力造成支架過載較大。 4. 掩護(hù)梁 用途: a.掩護(hù)梁承受頂梁部分載荷和掩護(hù)梁背部載荷并通過前后連桿傳遞給底座; b.掩護(hù)梁承受對(duì)支架的水平作用力及偏載扭矩; c.掩護(hù)梁和頂梁(包括活動(dòng)側(cè)護(hù)板)一起 ,構(gòu)成了支架完善的支撐和掩護(hù)體,完善了支架的掩護(hù)和擋矸能力。 5. 活動(dòng)側(cè)護(hù)板 用途: a、消除相鄰支架掩護(hù)梁和頂梁之間的架間間隙,防止冒落的矸石進(jìn)入支護(hù)空間; b、作為支架移架過程中的導(dǎo)向板; c、防止支架降落后傾倒; d、調(diào)整支架的間距。 6. 推移機(jī)

5、構(gòu) 前后連桿是四連桿機(jī)構(gòu)中重要的運(yùn)動(dòng)和承載部件,與掩護(hù)梁和底座的一部分共同組成四連桿機(jī)構(gòu),使支架能承受圍巖載荷、水平作用力和保持穩(wěn)定。其四連桿機(jī)構(gòu)的作用: a、通過四連桿機(jī)構(gòu),使支架頂梁端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡呈近似雙紐線,從而使用使支架前端頭離煤距離大大減小,提高了管理頂板性能; b、能承受較大的水平力。 7. 操縱控制系統(tǒng) 液壓支架由不同數(shù)量的立柱和千斤頂組成,采用不同的操縱閥以實(shí)現(xiàn)升柱、降柱、移架、推溜等動(dòng)作。雖然支架的液壓缸(立柱和千斤頂)種類、數(shù)量很多,但其液壓系統(tǒng)都是采用多執(zhí)行元件的并聯(lián)系統(tǒng)。 對(duì)于液壓支架的操縱控制系統(tǒng)傳動(dòng)裝置,應(yīng)具有以下基本要求:采用結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,設(shè)備外形尺寸

6、小,能遠(yuǎn)距離的傳送大的能量;能承受較大載荷;沒有復(fù)雜的傳動(dòng)機(jī)構(gòu);在爆炸危險(xiǎn)和含塵的空氣里保證安全工作;動(dòng)作迅速;操作調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單;過載及損壞保護(hù)簡(jiǎn)單。 1.2.2 液壓支架的分類 液壓支架按結(jié)構(gòu)形式劃分,可分為支撐式、掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式三類。 1、支撐式支架 支撐式支架利用立柱與頂梁直接支撐和控制工作面的頂板。其特點(diǎn)是:立柱多,支撐力大,切頂性能好;頂梁長(zhǎng),通風(fēng)斷面大,適用于中等穩(wěn)定以上的頂板。 支撐式支架有垛式和節(jié)式之分。 (1)節(jié)式 節(jié)式支架由2~4個(gè)框架組成,用導(dǎo)向機(jī)構(gòu)互相聯(lián)系,交替前進(jìn), (2)垛式 整個(gè)支架為一整體結(jié)構(gòu),整體移動(dòng),通常有4~6根立柱,可以支撐堅(jiān)硬與極堅(jiān)硬

7、的頂板。 2、掩護(hù)式支架 掩護(hù)式支架利用立柱、短頂梁支撐頂板,利用掩護(hù)梁來防止巖石落入工作面。其特點(diǎn)是:立柱少,切頂能力弱;頂梁短,控頂距??;由前后連桿和底座鉸接構(gòu)成的四連桿機(jī)構(gòu)使抗水平力的能力增強(qiáng),立柱不受橫向力;而且使板前端的運(yùn)動(dòng)軌跡為近似平行于煤壁的雙紐線,梁端距變化?。患荛g通過側(cè)護(hù)板密封,掩護(hù)性能好;調(diào)高范圍大,適用于松散破碎的不穩(wěn)定或中等穩(wěn)定的頂板。 3、支撐掩護(hù)式支架 支撐掩護(hù)式支架具有支撐式的頂梁和掩護(hù)式的掩護(hù)梁,它兼有切頂性能和防護(hù)作用,適于壓力較大、易于冒落的中等穩(wěn)定或穩(wěn)定的頂板。 根據(jù)使用條件,支撐掩護(hù)式支架的前、后排立柱可前傾或后傾,傾角大小也可不同。前、后立柱

8、交叉布置的支架適用于薄煤層。 1.3 液壓支架的工作原理 液壓支架在工作過程中,必須具備升、降、推、移四個(gè)基本動(dòng)作,這些動(dòng)作是利用泵站供給的高壓乳化液通過工作性質(zhì)不同的幾個(gè)液壓缸來完成的。如圖所示:每架支架的液壓管路都與工作面主管路并聯(lián),形成各自獨(dú)立的液壓系統(tǒng),如圖1-1所示,其中液控單向閥和安全閥設(shè)在架內(nèi),操縱閥可設(shè)在本架或鄰架內(nèi),前者為本架操作,后者為鄰架操作。 圖1-1 液壓支架工作原理圖 1-頂梁;2-立柱;3-底座;4-推移千斤頂;5-安全閥;6-液控單向閥; 7、8-操縱閥;9-輸送機(jī);10-乳化液泵;11-主供液管;12-主回

9、液管 1.3.1 支架升降 支架的升降依靠立柱2的伸縮來實(shí)現(xiàn),其工作過程如下: 1、初撐 如圖1-1所示,操縱閥8處于升柱位置,由泵站輸送來的高壓液體經(jīng)液控單向閥6進(jìn)入立柱的下腔,同時(shí)立柱的上腔排液,于是活柱和頂梁升起,支撐頂板。當(dāng)頂梁接觸頂板,立柱下腔的壓力達(dá)到泵站的工作壓力后,操縱閥置于中位,液控單向閥6關(guān)閉,從而立柱下腔液體被封閉,這就是支架的初撐階段。 2、承載 支架初撐后,進(jìn)入承載階段。隨著頂板的緩慢下沉,頂板對(duì)支架的壓力不斷增加,立柱下腔被封閉的液體壓力將隨之迅速升高,液壓支架受到彈性壓縮,并由于立柱缸壁的彈性變形而使缸徑產(chǎn)生彈性擴(kuò)張,這一過程就是支架的增阻過程。當(dāng)下腔

10、液體的壓力超過安全閥5的動(dòng)作壓力時(shí),高壓液體經(jīng)安全閥5瀉出,立柱下縮,直至立柱下腔的液體壓力小于安全閥的動(dòng)作壓力時(shí),安全閥關(guān)閉,停止泄液,從而使立柱工作阻力保持恒定,這就是恒阻過程。此時(shí),支架對(duì)頂板的支撐力稱為工作阻力,它是由支架安全閥的調(diào)定壓力決定的。 3、卸載 當(dāng)操縱閥8處于降架位置時(shí),高壓液體進(jìn)入立柱的上腔,同時(shí)打開液控單向閥6,立柱下腔排液,于是立柱卸載下降。 圖1-2 液壓支架工作特性曲線 由以上分析可以看出,支架工作時(shí)的支撐力變化可分為三個(gè)階段,如圖1-2,即:開始升柱至單向閥關(guān)閉時(shí)的初撐增阻階段t0,初撐后至安全閥開啟前的增阻階段t1 ,以及安全閥出現(xiàn)脈動(dòng)卸載時(shí)的恒阻

11、階段t2 ,這就是液壓支架的阻力-時(shí)間特性。它表明液壓支架在低于額定工作阻力下工作時(shí),具有增阻性,以保證支架對(duì)頂板的有效支撐作用,在達(dá)到額定工作阻力時(shí),具有恒阻性;為使支架恒定在此最大支撐力,又具有可縮性,即支架在保持恒定工作阻力下,能隨頂板下沉而下縮。增阻性主要取決于液控單向 立柱的密封性能,恒阻性與可縮性主要由安全閥來實(shí)現(xiàn),因此安全閥、液控單向閥和立柱是保證支架性能的三個(gè)重要元件。 1.3.2 支架移動(dòng)和推移輸送機(jī) 支架和輸送機(jī)的前移,由底座3上的推移液壓缸4來完成。 需要移架時(shí),先降柱卸載,然后通過操縱閥使高壓液體進(jìn)入推移液壓缸4的活塞桿腔,活塞腔回液,以輸送機(jī)為支點(diǎn),缸體前移,把

12、整個(gè)支架拉向煤壁。 需要推移輸送機(jī)時(shí),支架支撐頂板,高壓液體進(jìn)入推移活塞缸4的活塞腔,活塞桿腔回液,以支架為支點(diǎn),活塞桿伸出,把輸送機(jī)推向煤壁。 1.4 液壓支架的傳動(dòng)系統(tǒng) 液壓支架由不同數(shù)量的立柱和千斤頂組成,采用不同的操縱閥以實(shí)現(xiàn)升柱、降柱、移架、推溜等動(dòng)作。目前支架大都采樣容積式液壓傳動(dòng)。 對(duì)于液壓支架的傳動(dòng)裝置,應(yīng)具有以下基本要求:采用結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,設(shè)備外形尺寸小,能遠(yuǎn)距離的傳送大的能量;能承受較大載荷;沒有復(fù)雜的傳動(dòng)機(jī)構(gòu);在爆炸危險(xiǎn)和含塵的空氣里保證安全工作;動(dòng)作迅速;操作調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單;過載及損壞保護(hù)簡(jiǎn)單。 液壓支架的液壓傳動(dòng),與其他機(jī)械的容積式液壓傳動(dòng)有很大的區(qū)別,其特點(diǎn)如下

13、: 工作液的壓力高(管路內(nèi)的壓力達(dá)20~40MPa,立柱內(nèi)的壓力達(dá)30~70MPa),流量大(30~150l/min); 在液壓系統(tǒng)中,采用粘度低和容量大的液體為工作介質(zhì); 液壓缸、操縱閥,其他調(diào)節(jié)和控制裝置等總的數(shù)量大(高壓泵1~6臺(tái),液壓缸300~1500個(gè),安全閥150~300個(gè),還有同樣數(shù)量的液控單向閥); 很長(zhǎng)的液壓管路(200~300m剛性管,500~3000m高壓軟管); 泵——液壓缸傳動(dòng)系統(tǒng)的換算彈性模數(shù)較低; 根據(jù)支架的數(shù)目改變液流的參數(shù); 所有支架在結(jié)構(gòu)上都有著相同的液壓缸、液壓裝置以及他們之間都有相同的連接方式(相同的液壓系統(tǒng)); 每節(jié)支架都重復(fù)著相同的工

14、序,這些工序的總和構(gòu)成液壓支架的基本工序; 為了保證系統(tǒng)具有較高的容積效率,實(shí)現(xiàn)無(wú)故障作業(yè)以及工作人員的安全,液壓系統(tǒng)的元件和部件要有好的密封性和可靠性。 1.5 液壓支架的選型原則 液壓支架的選型,其根本目的是使綜采設(shè)備適應(yīng)礦井和工作面條件,投產(chǎn)后能做到高產(chǎn),高效、安全,并為礦井的集中生產(chǎn)、優(yōu)化管理和最佳經(jīng)濟(jì)效益提供條件,因此必須根據(jù)礦井的煤層、地質(zhì)、技術(shù)和設(shè)備條進(jìn)行選擇。 1. 液壓支架架型的選擇首先要適合于頂板條件。 2. 當(dāng)煤層厚度超過1.5m,頂板有側(cè)向推力或水平推力時(shí),應(yīng)選用抗扭能力強(qiáng)的支架,一般不宜選用支撐式支架。 3. 當(dāng)煤層厚度達(dá)到2.5~2.8m以上時(shí),需要選擇

15、有護(hù)幫裝置的掩護(hù)式或支撐掩護(hù)式支架。煤層厚度變化大時(shí),應(yīng)選擇調(diào)高范圍較大的掩護(hù)式或雙伸縮立柱的支架。 4. 應(yīng)使支架對(duì)底板的比壓不超過底板允許的抗壓強(qiáng)度。在底板較軟條件下,應(yīng)選用有抬底裝置的支架或插腿掩護(hù)式支架。 5. 煤層傾角<10時(shí),支架可不設(shè)防倒防滑裝置;15~25時(shí),排頭支架應(yīng)設(shè)防滑裝置,工作面中部輸送機(jī)設(shè)防滑裝置;>25時(shí),排頭支架應(yīng)設(shè)防倒防滑裝置,工作面中部支架設(shè)底調(diào)千斤頂,工作面中部輸送機(jī)設(shè)防滑裝置。 6. 對(duì)瓦斯涌出量大的工作面,應(yīng)符合保安規(guī)程的要求,并優(yōu)先選用通風(fēng)斷面大的支撐式或支撐掩護(hù)式支架。 7. 當(dāng)煤層為軟煤時(shí),支架最大采高一般≤2.5m;中硬煤時(shí),支架最大采高

16、一般≤3.5m;硬煤時(shí),支架最大采高<5m。 8. 在同時(shí)允許選用幾種架型時(shí),應(yīng)優(yōu)先選用價(jià)格便宜的支架。 9. 斷層十分發(fā)育,煤層變化大,頂板的允許暴露面積在5~8m2,時(shí)間在20min以上時(shí),暫不宜采用綜采。 10.特殊架型的選擇可根據(jù)特殊型支架的適用條件進(jìn)行選擇。 1.6 設(shè)計(jì)液壓支架的目的、要求和參數(shù) 1.6.1 設(shè)計(jì)目的 采用綜合機(jī)械化采煤方法是大幅度增加煤炭產(chǎn)量、提高經(jīng)濟(jì)效益的必由之路。為了滿足對(duì)煤炭日益增長(zhǎng)的需求,必須大量生產(chǎn)綜合機(jī)械化采煤設(shè)備,迅速增加綜合機(jī)械化采煤工作面(簡(jiǎn)稱綜采工作面)。而每個(gè)綜采工作面平均需要安裝150臺(tái)液壓支架,可見對(duì)液壓支架的需求量是很大的。

17、 由于不同采煤工作面的頂板條件、煤層厚度、煤層傾角、煤層的物理機(jī)械性質(zhì)等的不同,對(duì)液壓支架的要求也不同。為了有效地支護(hù)和控制頂板,必須設(shè)計(jì)出不同類型和不同結(jié)構(gòu)尺寸液壓支架。因此,液壓支架的設(shè)計(jì)工作是很重要的。由于液壓支架的類型很多,因此其設(shè)計(jì)工作量也是大的,由此可見,研制和開發(fā)新型液壓支架是必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。 1.6.2 設(shè)計(jì)要求 1.為了滿足采煤工藝及地質(zhì)條件的要求,液壓支架要有足夠的初撐力和工作阻力,以便有效的控制頂板,保證合理的下沉量。 2.液壓支架要有足夠的推溜力和移架力。推溜力一般為100kN左右;移架力按煤層厚度而定,薄煤層一般為100kN~150kN,中厚煤層一般為15

18、0kN至250kN,厚煤層一般為300kN~400kN。 3.防矸性能要好。 4.排矸性能要好。 5.要求液壓支架能保證采煤工作面有足夠的通風(fēng)斷面,從而保證人員呼吸、稀釋有害氣體等安全方面的要求。 6.為了操作和生產(chǎn)的需要,要有足夠?qū)挼娜诵械馈? 7.調(diào)高范圍要大,照明和通訊方便。 8.支架的穩(wěn)定性要好,底座最大比壓要小于規(guī)定值。 9.要求支架有足夠的剛度,能夠承受一定的不均勻載荷。 10.在滿足強(qiáng)度條件下,盡可能減輕支架的重量。 11.要易于拆卸,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 12.液壓元件要可靠。 1.6.3 設(shè)計(jì)時(shí)必須的參數(shù) 1.頂板條件 根據(jù)老頂和直接頂?shù)姆诸悾瑢?duì)支架進(jìn)行選型。

19、 2.最大和最小采高 根據(jù)最大和最小采高,確定支架的最大和最小高度,以及支架的支護(hù)強(qiáng)度。 3.瓦斯等級(jí) 根據(jù)瓦斯等級(jí),按保安規(guī)程規(guī)定,驗(yàn)算通風(fēng)斷面。 4.底板巖性和小時(shí)涌水量 根據(jù)底板巖性和小時(shí)涌水量驗(yàn)算底板比壓。 5.工作面煤壁條件 根據(jù)工作面煤壁條件,決定是否用護(hù)幫裝置。 6.煤層傾角 根據(jù)煤層傾角,決定是夠選用防滑防倒裝置。 7.井筒罐籠尺寸 根據(jù)井筒罐籠尺寸,考慮支架的運(yùn)輸外形尺寸。 8.配套尺寸 根據(jù)配套尺寸及支護(hù)方式來計(jì)算頂梁長(zhǎng)度。 2 液壓支架各部件尺寸的確定 2.1 液壓支架高度和伸縮比 2.1.1 支架高度的確定 支架高度的確定原則,應(yīng)根

20、據(jù)所采煤層的厚度,采區(qū)范圍內(nèi)地質(zhì)條件的變化等因素來確定: 支架的最大結(jié)構(gòu)高度    支架的最小結(jié)構(gòu)高度 式中 —煤層最大高度, ; —煤層最小高度, ; —考慮偽頂冒落的最大厚度,對(duì)于大采高支架取200~400mm,對(duì)于中厚煤層支架取200~300mm,對(duì)于薄煤層支架取100~200mm。取 ; —考慮周下沉量,移架時(shí)支架的下降量和頂梁上、地板下的浮矸之和,對(duì)于大采高支架取500~900mm,對(duì)于中厚煤層支架取300~400mm,對(duì)于薄煤層支架取150~250mm。??;       2.1.2 支架伸縮比 支架的伸縮比是指最大與最小支架高度之比

21、: 由于液壓支架的使用壽命較長(zhǎng),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。在采用雙伸縮立柱時(shí),垛式支架的伸縮比為1.9;支撐掩護(hù)式支架為2.5;掩護(hù)式支架可達(dá)3。一般范圍在1.5~2.5,由于伸縮比較大,本支架采用雙伸縮立柱。 2.2 支架間距的確定 支架間距就是指相鄰支架中心線間的距離。 支架頂梁一般裝有活動(dòng)側(cè)護(hù)板,側(cè)護(hù)板行程一般為170~200mm。當(dāng)支架中心距為1.5m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1.75m時(shí),最小寬度一般取1650~1680mm,最大寬度一般取1850~1880mm。當(dāng)

22、支架中心距為1.25m時(shí),如果頂梁帶有活動(dòng)側(cè)護(hù)板,則最小寬度取1150~l180mm.最大寬度取1120~1150mm。如果頂梁不帶活動(dòng)側(cè)護(hù)板,則寬度一般取1150~l200mm。 支架間距b主要根據(jù)支架型式,但目前主要根據(jù)刮板運(yùn)輸機(jī)油槽每節(jié)長(zhǎng)度及槽幫上千斤頂連接的位置來確定,目前我國(guó)刮板運(yùn)輸機(jī)溜槽每節(jié)長(zhǎng)度為1.5m或1.75m,千斤頂連接位置在刮板槽中間,所以除節(jié)式和邁步式支架外,支架間距一般為1.5m。輕型支架為適應(yīng)中小煤礦工作面快速搬家的要求,中心距可采用1.25m。大采高支架為促高穩(wěn)定性中心距可采用1.75m, 但由于這次支架屬于大采高。故取b=1.75m。頂梁寬度取1640mm。

23、 2.3 底座尺寸的確定 底座是將頂板壓力傳遞到底板和穩(wěn)定支架的作用。在設(shè)計(jì)支架底座的長(zhǎng)度時(shí),應(yīng)考慮如下方面:支架對(duì)底板的接觸比壓要?。恢Ъ軆?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;便于人員操作和行走;保證支架的穩(wěn)定性。 通常,掩護(hù)式支架的底座長(zhǎng)度取約3.5倍的移架步距(一個(gè)移架步距為800mm)。因此,本支架取底座長(zhǎng)度為2900mm。 底座寬度在保證移架時(shí)不咬架的前提下,應(yīng)盡可能加寬,以提高支架的橫向穩(wěn)定性。底座寬度一般為中心距減去100~150mm。當(dāng)中心距為1.5m時(shí),底座寬度一般取1350~1400mm;當(dāng)中心距為1.75m時(shí),底座寬度一般為1600~

24、1650mm。所以本次設(shè)計(jì)取底座寬度為1600mm。 2.4 四連桿和掩護(hù)梁長(zhǎng)度的確定 2.4.1 四連桿機(jī)構(gòu)的作用 四連桿機(jī)構(gòu)是掩護(hù)式支架和支撐掩護(hù)式支架的最重要的部件之一,其作用概括起來有兩個(gè): 1、通過四連桿機(jī)構(gòu),使支架頂梁端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡呈近似雙曲線,從而使支架頂梁前端的端頭離煤壁距離大大減小,提高了管理頂板的性能。 2、能承受較大的水平力。 2.4.2 四連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn) 為使支架能更可靠的工作,四連桿機(jī)構(gòu)應(yīng)具備以下特點(diǎn): 1、支架從最高高度降到最低高度時(shí),如圖2-1所示,頂梁端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的最大寬度,最好為30以下。

25、 圖2-1 2、支架在最高位置時(shí)和最低位置時(shí),頂梁與掩護(hù)梁的夾角P和后連桿與底平面的夾角Q,如圖2-1所示,應(yīng)滿足以下要求: 支架在最高位置時(shí),P≤ ~,Q≤ ~;支架在最低位置時(shí),考慮矸石便于下滑,以防矸石停留在掩護(hù)梁上,根據(jù)物理學(xué)摩擦理論可知,,其中f為鋼和矸石的靜摩擦系數(shù),一般為0.15~0.3,若取f=0.3,則P=,設(shè)計(jì)中一般可取P=~。而Q角主要考慮掩護(hù)梁底部距底板要有一定的距離,防止支架后部冒落的巖石卡住后連桿,使支架不能降下來,一般取~。 3、由圖2-1可知,掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn)e和瞬時(shí)中心O之間的連線與水平線的夾角為θ,設(shè)計(jì)時(shí),要使范圍內(nèi),主要原因是θ角直接影響附加

26、力大小。掩護(hù)式支架最好小于0.16。 4、支架工作段要求曲線向前凸的一段,如圖2-1所示的h段,其原因?yàn)楫?dāng)頂板來壓時(shí),立柱讓壓而下縮,使頂梁有前移的趨勢(shì),使作用在頂梁上的摩擦力指向采空區(qū),同時(shí)底板阻止底座向后移;使整個(gè)支架產(chǎn)生順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì),從而增加了前梁端部的支護(hù)力,防止頂梁前端頂板冒落又可以使底座前端比壓減小,防止啃底,有利于支架移架;并且水平力的合力也相應(yīng)的有所減小,減輕了掩護(hù)梁的外負(fù)載。 5、后連桿與掩護(hù)梁的比值,掩護(hù)式支架為I=0.45~0.61;支撐掩護(hù)式支架為I=0.61~0.82。 6、前后連桿上鉸點(diǎn)之距和掩護(hù)梁的比值I1=0.22~0.3 。 2.4.3 四連桿各長(zhǎng)

27、度的計(jì)算 四連桿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2-2所示, 圖2-2 圖中H1為支架在最高位置時(shí)的計(jì)算高度。其值為支架的最大結(jié)構(gòu)高度減去掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)與頂梁頂面之距和后連桿下鉸點(diǎn)與底座底面之距。即在圖2-1中的L10和L9尺寸。 L10一般根據(jù)支架工作阻力初步確定頂梁梁體的高度后,再根據(jù)結(jié)構(gòu)的合理性確定,一般支架取L10=150~200mm,重型支架可取L10=210~260mm。本次設(shè)計(jì)取L10=250mm。 L9一般根據(jù)支架的最小高度確定,薄煤層支架取L9=150~250mm,中厚煤層支架取L9=250~450mm,大采高支架取450~600mm。本次設(shè)計(jì)取L9=450mm。 所以:

28、 為計(jì)算方便,如圖2-2,本次設(shè)計(jì)中我們約定: ;;;;;;; ;;;。 2.4.3.1 后連桿與掩護(hù)梁長(zhǎng)度的確定 如圖2-2所示,根據(jù)幾何關(guān)系可得,支架在最高位置的H1值為: 1、因此掩護(hù)梁長(zhǎng)度G的值為: 2、后連桿長(zhǎng)度A的值為: 3、后連桿下鉸點(diǎn)至坐標(biāo)原點(diǎn)之距E1: 2.4.3.2 前連桿長(zhǎng)度和位置的確定 1、前連桿上鉸點(diǎn)與后連桿上鉸點(diǎn)之距為: 2、前連桿上鉸點(diǎn)至掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)之距為: 3、前連桿長(zhǎng)度及位置的計(jì)算: 圖2-3 前連桿計(jì)算圖 支架由高到低,掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)e的運(yùn)動(dòng)軌跡為雙扭線,根據(jù)支

29、架幾何特征的要求,為使曲線最大寬度盡量取小,可以把e點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡看成理想的直線運(yùn)動(dòng),從而求出前連桿的位置及長(zhǎng)度。認(rèn)為支架由高降低時(shí),e點(diǎn)在垂直線上運(yùn)動(dòng),根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),可以選取3個(gè)點(diǎn),認(rèn)為當(dāng)e點(diǎn)沿理想垂直線由最高向最低運(yùn)動(dòng)時(shí),經(jīng)過這3個(gè)點(diǎn)。為此,如圖2-3所示,取e1,e2,e3。其中e1 點(diǎn)是支架在最高位置時(shí)掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)的水平坐標(biāo);e3是支架在最第位置時(shí)掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)的水平坐標(biāo);當(dāng)后連桿與掩護(hù)梁軸線夾角由大于90度,到小于90度,在中間一定有一位置是掩護(hù)梁與后連桿處于垂直狀態(tài),e2即使此時(shí)掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)的水平坐標(biāo)。根據(jù)這三個(gè)位置,可以求得b1,b2,b3三點(diǎn),其中b1是支架在最高位置時(shí)前連桿上鉸點(diǎn)

30、坐標(biāo);b3是支架在最低位置時(shí)前連桿上鉸點(diǎn)坐標(biāo);b3是掩護(hù)梁與后連桿處于垂直時(shí)前連桿上鉸點(diǎn)坐標(biāo)。 (a) b1點(diǎn)坐標(biāo): (b) b2點(diǎn)坐標(biāo): 根據(jù)四連桿機(jī)構(gòu)幾何特征要求,支架降到最低時(shí),>=25~30度,為計(jì)算方便令=25度,即0.436弧度,則 (c) b3點(diǎn)坐標(biāo): 其中: (d) 前連桿下鉸點(diǎn)c的坐標(biāo) 根據(jù)圖2-3支架在三個(gè)位置的幾何關(guān)系可知,C點(diǎn)就是b1,b2,b3三點(diǎn)為圓的圓心,cb1即是前連桿的長(zhǎng)度。因此可以用圓的方程求得前連桿的長(zhǎng)度即: 式中Xc、Yc為C點(diǎn)坐標(biāo),可以按下列方程聯(lián)立求得:

31、 = = 聯(lián)立以上兩式可得: 若令: 則: 以上(Xc,Yc)即是前連桿下鉸點(diǎn)的坐標(biāo)。 因此,前后連桿下鉸點(diǎn)的垂直距離為: 前后連桿下鉸點(diǎn)的水平距離為: 2.4.4 用程序優(yōu)化四連桿機(jī)構(gòu) 將以上過程寫成計(jì)算機(jī)程序,給出適當(dāng)?shù)某跏紬l件,利用計(jì)算機(jī)的快速計(jì)算的特性,通過循環(huán)求解可以得到理想的結(jié)果。程序代碼在附錄給出,以下是程序界面: 圖2-4 四連桿長(zhǎng)度優(yōu)選 圖2-5四連桿長(zhǎng)度調(diào)整 優(yōu)選結(jié)果如下: A=1680mm;B=605mm;C=1700mm;D=660mm;E=850m

32、m;G=2760mm;e=25mm ; Htd=286mm ;;;;。 其中:Htd是雙扭線凸弧段對(duì)應(yīng)的高度。 2.5 頂梁尺寸的確定 2.5.1 影響頂梁尺寸的因素 頂梁長(zhǎng)度受支架類型和支架采用的支護(hù)方式以及配套尺寸的影響。 1、支架類型對(duì)頂梁長(zhǎng)度的影響 支撐掩護(hù)式支架適用于直接頂中等穩(wěn)定,穩(wěn)定和堅(jiān)硬,周期來壓強(qiáng)烈的場(chǎng)合,其頂梁通常較長(zhǎng)。掩護(hù)式支架通常用于頂板破碎頂板,所以其頂梁長(zhǎng)度應(yīng)加以限制,以減少頂梁對(duì)頂板的反復(fù)支撐次數(shù)。 2、支架工作方式對(duì)頂梁長(zhǎng)度的影響 支架工作方式對(duì)頂梁長(zhǎng)度的影響如圖2-6所示: 圖2-6 支護(hù)方式對(duì)頂梁長(zhǎng)度的影響 支架的支護(hù)方

33、式分為超前支護(hù)方式和滯后支護(hù)方式。支架采用超前支護(hù)方式時(shí)動(dòng)作順序?yàn)椋航?移-升-推;采用滯后支護(hù)方式是動(dòng)作順序?yàn)椋和?降-移-升。從圖2-6中可以看出,采用及時(shí)支護(hù)方式時(shí)要求頂梁有較大長(zhǎng)度。采用滯后支護(hù)方式時(shí)要求頂梁長(zhǎng)度較短。這是因?yàn)椴捎眉皶r(shí)支護(hù)方式時(shí)支架需要超前輸送機(jī)一個(gè)步距,即當(dāng)采煤機(jī)過后,支架及時(shí)前移,支護(hù)新暴露的頂板,做到及時(shí)支護(hù)。 3、配套長(zhǎng)度對(duì)頂梁的影響 設(shè)備配套尺寸與支架頂梁長(zhǎng)度有直接的關(guān)系。為了防止采煤機(jī)向支架內(nèi)傾斜時(shí),采煤機(jī)滾筒不截割頂梁,同時(shí)考慮采煤機(jī)截割時(shí)不一定把煤壁割成一個(gè)垂直平面,所以頂梁前端距煤壁應(yīng)有一段距離,叫做控頂距,最小值為300mm。另外輸送機(jī)鏟煤板前也

34、有一段距離,也是為了采煤機(jī)截割煤壁不齊,給推移輸送機(jī)留有一定的距離。除此之外的所有配套設(shè)備都要在頂梁下工作。 2.5.2 頂梁長(zhǎng)度的計(jì)算 掩護(hù)式支架頂梁長(zhǎng)度按下式計(jì)算: 式中: ——頂梁長(zhǎng)度; ——配套尺寸,根據(jù)所選用的采煤機(jī)和刮板輸送機(jī)的型號(hào)確定; ——底座長(zhǎng)度,底座前端距后連桿下鉸點(diǎn)之距, =2800mm; e ——支架由高到低變化時(shí),頂梁前端點(diǎn)變化的最大距離;e=25mm; ——梁端距,為防止采煤機(jī)截割頂梁而留出的距離, =450mm; ——掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn)距頂梁后端點(diǎn)之距,=200mm; 本次設(shè)計(jì)配套圖如下: 圖2-7 故: mm

35、 mm 取頂梁長(zhǎng)度為mm。 2.6 液壓支架的性能參數(shù)確定 2.6.1 液壓支架的支護(hù)強(qiáng)度 支架有效工作阻力與支護(hù)面積之比定義為支護(hù)強(qiáng)度。頂板所需的支護(hù)強(qiáng)度取決于頂板的等級(jí)和煤層厚度。我國(guó)已定制了不同頂板等級(jí)的支護(hù)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn),支護(hù)強(qiáng)度除可按規(guī)定選用外,還可按經(jīng)驗(yàn)公式結(jié)算。 式中: —作用于支架上的頂板巖石厚度系數(shù),取  —截割高度,m。取最大截割高度, —巖石密度,一般取  故: 2.6.2 液壓支架的工作阻力 支架支撐頂板的有效工作阻力為:   式中: —

36、支架的支護(hù)面積,   式中: —支架頂梁長(zhǎng)度, ??; —梁端距,  ; —支架頂梁寬度, ??; —架間距,  。       偏于安全考慮,取工作阻力為。 2.6.3 液壓支架的初撐力 初撐力的大小對(duì)支架的支護(hù)性能和成本都有很大影響。較大的初撐力能使支架較快達(dá)到工作阻力,減慢頂板的早期下沉速度,增加頂板的穩(wěn)定性。但對(duì)乳化液泵站和液壓元件的耐壓要求提高。一般取初撐力為(0.6~0.8)倍的工作阻力。 初撐力在立柱設(shè)計(jì)一章計(jì)算。 2.6.4 支架推溜力和移架力 液壓支架要有足夠的移架力和推溜力,

37、推溜力一般為100~150 。本次設(shè)計(jì)取推溜力為150。 移架力與支架結(jié)構(gòu)、質(zhì)量、煤層厚度、頂板性質(zhì)等有關(guān),一般根據(jù)煤層厚度確定。薄煤層一般為150~150,中厚煤層為150~300,厚煤層為300~400,本次設(shè)計(jì)取移架力為 350 ; 2.7 立柱和千斤頂位置的確定 本支架采用雙伸縮式立柱。掩護(hù)式支架立柱數(shù)量為2,傾斜布置,這樣可克服一部分水平力,并能增大調(diào)高范圍。一般支架在最高位置時(shí)立柱與頂梁垂線夾角小于,夾角較小可使有效支撐力變大。支架在最低位置時(shí)立柱與頂梁垂線夾角小于,由于角度大,可使調(diào)高范圍增加,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。

38、 立柱間距的選擇原則為:有利于操作、行人和部件合理布置。本支架立柱間距選0.9m。 2.7.1 立柱柱窩位置的確定 掩護(hù)式液壓支架立柱上、下柱窩位置的確定,對(duì)液壓支架能否正常工作,極為重要。為此,在設(shè)計(jì)時(shí),必須根據(jù)頂板載荷分布和頂板條件,先確定支架頂梁的支撐力分布和底座對(duì)底板的比壓分布,使支架能適應(yīng)工作面條件的要求,并以此來確定立柱上、下柱窩的位置。 2.7.1.1 立柱上柱窩位置的確定 液壓支架立柱上柱窩位置的確定原則,從理論上分析,要使頂梁支撐分布與頂板載荷分布一致。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。為簡(jiǎn)化計(jì)算,假定頂梁與頂板均勻接觸,載荷沿頂梁長(zhǎng)度方向按線性

39、規(guī)律變化,沿支架寬方向均布。把支架的空間桿系結(jié)構(gòu),簡(jiǎn)化成平面桿系結(jié)構(gòu)。同時(shí)為偏于安全,可以認(rèn)為頂梁前端載荷為零,載荷沿頂梁長(zhǎng)度方向向后越來越大呈三角形分布,并按集中載荷計(jì)算。所以,支架支撐力分布也為三角形,為此計(jì)算立柱上柱窩位置。此時(shí)認(rèn)為支架頂梁承受集中載荷在頂梁處,取頂梁為分離體,受力情況如圖2-8所示。 圖2-8頂梁受力分析 對(duì)A點(diǎn)取距: 式中:——立柱上柱窩至頂梁和掩護(hù)梁鉸點(diǎn)之距(m) ——支架支護(hù)阻力(kN), ——頂梁長(zhǎng)度(不包括頂梁與掩護(hù)梁鉸點(diǎn)至頂梁后端之距)(m), ——立柱工作阻力之和(kN), ——頂梁和掩護(hù)梁鉸點(diǎn)至頂梁頂面之距(m)

40、, ——立柱上柱窩中心至頂梁頂面之距(m), ——立柱在最高位置時(shí)的傾角(度),。 所以: 2.7.1.2 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,使支架底座前端比壓小,同時(shí)考慮柱前行人和支架的調(diào)高范圍以及下柱窩與前連桿下鉸點(diǎn)距離,一般按支架在最低位置時(shí),立柱傾角小于考慮。如圖2-9所示: 下柱窩位置按下式計(jì)算: 式中: ——上柱窩中心距頂梁與掩護(hù)梁鉸點(diǎn)距離 ——支架在最低位置時(shí)的立柱傾角,取 ——支架在最低位置時(shí),掩護(hù)梁與水平線夾角 ——支架在最低位置時(shí),后連桿與水平線夾角 按下式計(jì)算: 式中: ——支架最小結(jié)構(gòu)

41、高度 ——立柱下柱窩中心至底座底面距離(m),取 圖2-9下柱窩位置計(jì)算 故: 2.7.2 平衡千斤頂計(jì)算 2.7.2.1 平衡千斤頂推拉力的計(jì)算 平衡千斤頂鉸接在掩護(hù)梁和頂梁之間,是液壓支架中非常重要的受力部件。參考同類液壓支架,初取各參數(shù)如下,平衡千斤頂?shù)氖芰θ鐖D2-10。 圖2-10 千斤頂?shù)氖芾? 千斤頂所受的拉力,按支架在最低位置時(shí)作用在頂梁上柱窩之后和所有掩護(hù)梁長(zhǎng)度上的厚度為最大采高的巖石重量計(jì)算。 取頂梁和掩護(hù)梁為分離體,對(duì)瞬心O取鉅列平衡方程: 得: 式中: ——至

42、掩護(hù)梁瞬心O點(diǎn)之距,S=2.65m; ——立柱至掩護(hù)梁瞬心O點(diǎn)之距,b=4.17m; ——作用在支架后部的巖石重量,(KN); 式中: ——巖石厚度,按最大采高算,; ——巖石計(jì)算長(zhǎng)度,; ——頂梁最大寬度,; ——巖石容重,; 故: 再取頂梁為分離體,對(duì)A點(diǎn)取鉅列力矩平衡方程,即,可求得平衡千斤頂?shù)睦?,即? 式中: j——立柱到A點(diǎn)之距,; d——平衡千斤頂?shù)紸點(diǎn)之距,; 故平衡千斤頂拉力為: 計(jì)算平衡千斤頂推力時(shí),按作用在頂梁中部,在支架最高位置時(shí),對(duì)頂梁取分離體,對(duì)A點(diǎn)取鉅,可得

43、: 平衡千斤頂推力為: 2.7.2.2 平衡千斤頂位置及行程的確定 以上計(jì)算平衡千斤頂受力時(shí),已經(jīng)初步確定平衡千斤頂?shù)奈恢茫话銓?duì)平衡千斤頂有以下要求:支架在最高位置時(shí),平衡千斤頂全部縮回時(shí),支架頂梁應(yīng)能向下擺一定的角度,一般為15;當(dāng)支架在最低位置時(shí),平衡千斤頂全部伸出,頂梁應(yīng)能上翹一定角度,一般為10,此時(shí),掩護(hù)梁與頂梁基本平行。根據(jù)此要求,為滿足平衡千斤頂在支架最低位置時(shí)能使頂梁向上翹一定角度,并且在支架最高位置時(shí),頂梁能下擺一定角度,初步確定平衡千斤頂?shù)臉O限位置如圖2-11所示: 圖2-11平衡千斤頂?shù)臉O限位置 平衡千斤頂?shù)男谐蹋? 式中:

44、 ——平衡千斤頂最大長(zhǎng)度,; ——平衡千斤頂最小長(zhǎng)度,; 2.8 通風(fēng)斷面積驗(yàn)算 采煤工作面的過風(fēng)量與采煤工作面的通風(fēng)斷面積相關(guān),采煤工作面的通風(fēng)斷面積不應(yīng)過小。但在工作面中安裝液壓支架后,通風(fēng)斷面積明顯減小。因此必須驗(yàn)算通風(fēng)斷面積。一般按工作面允許風(fēng)速進(jìn)行驗(yàn)算。根據(jù)保安規(guī)程規(guī)定,工作面風(fēng)速應(yīng)小于5。 采煤工作面風(fēng)速:     式中:  V—工作面風(fēng)速,; —支架在采煤工作面的通風(fēng)斷面積,; Q—采煤工作面所需風(fēng)量,。   式中: —通風(fēng)不均系數(shù),一般取=1.5; —保安規(guī)程允許的朝氣含量,一般??; —沼氣涌出量所需要的風(fēng)量,;

45、式中:   —日產(chǎn)量,=2500 T; q—每分鐘產(chǎn)生一噸煤沼氣涌出量,一般取=10, 。 則有: <5,這樣支架在工作面的通風(fēng)斷面積滿足要求。 3 支架立柱及千斤頂設(shè)計(jì) 支架的各部分尺寸確定以后,可以對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。好的結(jié)構(gòu)不但可以使支架外形美觀,還可以改善支架的受力狀況,使支架受力更合理,能承受更大的外載荷。本章在第二章的基礎(chǔ)上對(duì)支架進(jìn)行更進(jìn)一步的設(shè)計(jì)。 3.1 立柱尺寸確定 3.1.1 立柱缸徑的確定 1、一級(jí)立柱的缸體內(nèi)徑:   式中: ——支架工作阻力,; n——每架支架立柱數(shù),n=2; ——安

46、全閥調(diào)整壓力,; ——立柱最大傾角,(支架降到最低位置時(shí)α角最大),。 圓整取 取 一級(jí) 缸/柱徑:380/270 ; 二級(jí) 缸/柱徑:355/240 ; 2、缸筒材料采用27SiMn無(wú)縫鋼管。 屈服極限:??; 安全系數(shù):取?。? 允用應(yīng)力:   缸筒所需最小厚度: 考慮到需要安裝導(dǎo)向套,選取缸筒內(nèi)壁厚度為   3、二級(jí)立柱的工作壓力 已知二級(jí)缸徑為270mm,按下式可求得二級(jí)缸內(nèi)的壓力:   式中: ——支架工作阻力,; n——每架支架立柱數(shù),n=2; ——二級(jí)缸內(nèi)徑,; ——立柱最大傾角,

47、(支架降到最低位置時(shí)α角最大),。 4、二級(jí)缸筒所需最小厚度: 3.1.2 立柱行程及缸體長(zhǎng)度的確定 3.1.2.1 雙伸縮立柱動(dòng)作原理 雙伸縮立柱動(dòng)作原理如下: 圖3-1 1、高壓液體從B進(jìn)入立柱下腔,把中缸推起,同時(shí)中缸上腔液體從A排出; 2、當(dāng)中缸全部升起時(shí),由于中缸下腔壓力增大而使單向閥打開,液體進(jìn)入中缸內(nèi)部,把活柱推起,同時(shí)中缸上腔液體從A排出; 3、需要降柱時(shí),使液體從A進(jìn)入立柱,同時(shí)進(jìn)入中缸上腔和立柱上腔,由于中缸底部單向閥無(wú)法打開,所以活柱不能縮回。而由于高壓液體把液控單向閥K打開,因而中缸可以縮回。當(dāng)中缸縮回到最

48、低位置時(shí),靠外力把單向閥M頂開,此時(shí),活柱縮回,完成降柱過程。 3.1.2.2 立柱的行程及各級(jí)缸長(zhǎng)度確定 徑計(jì)算,支架在最高位置時(shí)立柱長(zhǎng)度為3857mm,支架在最低位置時(shí)立柱的長(zhǎng)度為1918mm。立柱最小行程為: 考慮到伸出長(zhǎng)度較長(zhǎng),本支架采用雙伸縮立柱。 立柱示意圖如下: 1-活柱,2-中缸,3-缸筒 圖3-2 考慮到裕量,將立柱設(shè)計(jì)成1918-4153mm。立柱最短長(zhǎng)度為1918mm,其中中缸行程1070mm,活柱行程為1165mm。立柱最大長(zhǎng)度為4153mm。 3.2 推移千斤頂尺寸確定 推移千斤頂采用單伸縮液壓缸 1、推移千斤頂?shù)母左w內(nèi)徑:  

49、 式中: F——推移力,F(xiàn)=350; ——泵站壓力,; 參考表3-1 表3-1 千斤頂缸、桿徑匹配關(guān)系 序號(hào) 缸 徑 () 柱 徑 () 1  140 85 2 125 75 3 100 60 4 80 45 5 63 45 取 缸徑:125??; 柱徑:75 ; 推移千斤頂?shù)膶?shí)際推力為: 推移千斤頂?shù)膶?shí)際拉力為: 2、缸筒壁厚確定 缸筒材料采用27SiMn無(wú)縫鋼管 屈服極限: ; 安全系數(shù):取??; 允用應(yīng)力: 缸筒內(nèi)壁厚度:     考慮到在液壓缸中處需要安裝導(dǎo)向套,選取缸筒

50、內(nèi)壁厚度為 3、推移千斤頂?shù)男谐膛c推移步距的關(guān),而推移步距又與采煤機(jī)截深有關(guān),采煤機(jī)截深為800,為保證能夠移架到位,推移千斤頂?shù)男谐倘?00。 3.3 平衡千斤頂尺寸確定 3.3.1 平衡千斤頂基本參數(shù) 平衡千斤頂?shù)耐屏υ诘诙乱呀?jīng)算出 其推力為: 拉力為: 行程為: 式中: ——平衡千斤頂最大長(zhǎng)度,; ——平衡千斤頂最小長(zhǎng)度,; 3.3.2 平衡千斤頂缸徑計(jì)算 平衡千斤頂采用單伸縮液壓缸。 1、平衡千斤頂?shù)母左w內(nèi)徑:   式中: ——平衡千斤頂推力,; ——安全閥調(diào)整壓力,; 圓整取 2、

51、平衡千斤頂活塞桿直徑確定 圓整取 3、平衡千斤頂缸筒壁厚確定 缸筒材料采用27SiMn無(wú)縫鋼管 屈服極限:??; 安全系數(shù):取??; 允用應(yīng)力: 缸筒內(nèi)壁厚度:     由于需要安裝導(dǎo)向套,選取缸筒內(nèi)壁厚度為 4 支架受力分析 4.1 液壓支架受力特點(diǎn)及分析假設(shè) 液壓支架的結(jié)構(gòu)和支架液壓系統(tǒng)必須保證液壓支架具有完全適應(yīng)頂板變化的性能。采煤機(jī)采過一個(gè)截深之后,支架前移一個(gè)步距,支護(hù)新暴露出來的頂板。此時(shí),頂板尚無(wú)下沉現(xiàn)象,支架以“初撐力”支撐頂板。此后,頂板開始破碎和下沉或斷裂,支架支撐加大,直至立柱下腔壓力達(dá)到安全閥整定值,安全閥釋放,立柱下縮。稱此現(xiàn)

52、象為液壓支架的“讓壓”現(xiàn)象。這時(shí)立柱以“工作阻力”支護(hù)頂板。隨著頂板壓力不斷加大,立柱就要不斷“讓壓”下縮。為避免立柱完全縮回,支架出現(xiàn)“壓死” 現(xiàn)象,采煤工作面的生產(chǎn)循環(huán)英保證在“壓死”前就前移。 由上述可知,支架承受的外載荷是頂板下沉行成的。在頂板下沉過程中,支架的頂梁與頂板有相對(duì)滑動(dòng)的現(xiàn)象,支架不僅受有垂直于頂梁的力,還受有平行于頂梁的摩擦力。設(shè)垂直于頂梁的力為,由支架的工作阻力來平衡。在支架承載過程中,支架底板承受工作面底板的反作用力。 為了設(shè)計(jì)計(jì)算方便,要對(duì)支架的外載荷和支架本身進(jìn)行簡(jiǎn)化,現(xiàn)概述如下: (1) 把支架簡(jiǎn)化成一個(gè)平面系機(jī)構(gòu)。為偏于安全,在計(jì)算時(shí)把外載荷視為載荷。

53、 (2) 金屬結(jié)構(gòu)件按直梁理論計(jì)算。 (3) 頂梁、底座與頂?shù)装灞徽J(rèn)為均勻接觸,載荷沿支架長(zhǎng)度按線形規(guī)律分布,沿支架寬度方向?yàn)榫肌? (4) 通過分析和計(jì)算可知,掩護(hù)梁上矸石的作用力,只能使支架實(shí)際支護(hù)阻力降低。所以,在強(qiáng)度計(jì)算時(shí)不計(jì),使掩護(hù)梁偏于安全。 (5) 立柱和短柱按最大工作阻力計(jì)算。 (6) 產(chǎn)生作用在頂梁上的水平力的情況有兩種,一是支架讓壓回縮,頂梁前端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡近似為雙紐線,頂梁與頂板間產(chǎn)生相對(duì)位移,頂板給予頂梁水平摩擦力;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)的水平摩擦力。頂梁和頂板的靜摩擦系數(shù)W一般取0.15~0.3。 (7) 按不同支護(hù)高度時(shí)

54、各部件最大受力值進(jìn)行強(qiáng)度校核。 (8) 各結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度校核,除按理論支護(hù)阻力校核危險(xiǎn)斷面外,還要按原煤炭部標(biāo)準(zhǔn)MT-86-84《液壓支架型式試驗(yàn)技術(shù)規(guī)范》的各種加載方式,以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(yàn),將由安全系數(shù)來保證強(qiáng)度。 當(dāng)支架支撐在頂板和底板之間時(shí),無(wú)論取其整體或是某部分為分離體,皆處于平衡狀態(tài)。隨著支架高度的變化,支架各個(gè)部件所受的力也隨之變化。進(jìn)行某一部件的強(qiáng)度校核時(shí),應(yīng)取其受力最大時(shí)的高度。為簡(jiǎn)便計(jì)算,以下均在支架的最高位置進(jìn)行各部分的受力計(jì)算。 4.2 支架各部件的受力計(jì)算 4.2.1 頂梁和掩護(hù)梁的受力 1、取頂梁為分離體,如圖所示:

55、 圖4-1 取,可得合力作用點(diǎn)位置如下: 式3-1 2、再取頂梁和掩護(hù)梁為分離體,如圖所示: 圖4-2 取,可得: 式中: ——平衡千斤頂?shù)耐评?,推力為正,拉力為?fù),; ——立柱的工作阻力, ——平衡千斤頂?shù)膬A角, ; ——立柱的傾角, ; ——掩護(hù)梁瞬心到頂梁掩護(hù)梁鉸點(diǎn)水平之距, ; ——掩護(hù)梁瞬心到頂梁掩護(hù)梁鉸點(diǎn)垂直之距, ; ——平衡千斤頂上鉸點(diǎn)到頂梁頂面之距, ; ——掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn)到頂梁頂面之距, ; ——掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn)到平衡千斤頂上鉸點(diǎn)水平距離, ; ——鋼與矸石的摩擦系

56、數(shù), 再將代入上式即可求出X的值。 3、頂梁和掩護(hù)梁鉸點(diǎn)受力,取頂梁為分離體,如圖4-1所示: 取,可得: 取,可得: 則:頂梁和掩護(hù)梁鉸點(diǎn)合力為: 與水平線的夾角: 4.2.2 前后連桿的受力 取掩護(hù)梁為分離體,如圖所示: 圖4-3 1、取,可得前連桿受力: 式中: ——前連桿與水平線夾角,; ——后連桿上鉸點(diǎn)坐標(biāo),; ——前連桿上鉸點(diǎn)坐標(biāo),; ——平衡千斤頂下鉸點(diǎn)坐標(biāo),; ——掩護(hù)梁與頂梁

57、鉸點(diǎn)坐標(biāo),; 2、取,可得后連桿受力: 式中參數(shù)同上。 4.2.3 底座受力計(jì)算 取支架底座為分離體,如圖所示: 圖4-4 其中: 取,可得: 式中: ——前連桿下鉸點(diǎn)到底座底面之距,; ——立柱下柱窩位置,; ——立柱下柱窩中心到底座底面之距,; 4.3 支架各部件受力最大時(shí)的高度 由于支架的受力隨著其高度變化而變化,因此手動(dòng)尋找某部件受力最大時(shí)的相對(duì)應(yīng)支架高度比較困難,計(jì)算量非常大。為此,可以編制計(jì)算機(jī)程序,輸入各種參數(shù),可得出支架在每個(gè)高度時(shí)各部件的受力大小,甚至畫出支架從高到低變化時(shí)各所求參數(shù)的變化曲線,從而找出每個(gè)部件受力最大時(shí)的

58、相應(yīng)高度,在進(jìn)行強(qiáng)度校核時(shí),按此最大力進(jìn)行校核。程序代碼在附錄給出,程序界面如下: 圖4-5支架受力計(jì)算程序界面 從程序數(shù)據(jù)可以看出: 1、當(dāng)為正時(shí)(平衡千斤頂承受推力),而且摩擦系數(shù)時(shí),有最小值。 當(dāng)為負(fù)時(shí)(平衡千斤頂承受拉力),而且摩擦系數(shù)時(shí),有最大值。 圖4-6為平衡千斤頂分別承受推力2178KN,拉力-1138KN,時(shí),支架在不同高度變化時(shí)的曲線圖,從4-6(a)中可以看出,對(duì)應(yīng)支架高度為3824mm。從4-6(b)中可以看出,對(duì)應(yīng)支架高度為4500mm。最大值在(b)圖中。 圖4-6 (a)頂梁合力曲線圖(為”+”, ) 以下為平衡千斤頂承受拉力-1138KN,

59、時(shí),支架在不同高度變化時(shí)的曲線圖, 圖4-6 (b)頂梁合力曲線圖(為”-”, ) 因此,在驗(yàn)算頂梁強(qiáng)度時(shí),應(yīng)按平衡千斤頂承受拉力且時(shí)計(jì)算。 2、當(dāng)為正時(shí)(平衡千斤頂承受推力),頂梁和掩護(hù)梁鉸點(diǎn)及前后連桿受力有最大值。圖4-7為平衡千斤頂承受推力2178KN,時(shí),掩護(hù)梁各處受力曲線圖: 圖4-7 (a)頂掩鉸點(diǎn)水平分力曲線圖(為”+”, ) 圖4-7 (b)頂掩鉸點(diǎn)垂直分力曲線圖(為”+”, ) 圖4-7 (c)前連桿力曲線圖(為”+”, ) 圖4-7 (d)后連桿力曲線圖(為”+”, ) 為了方便比較,把平衡千斤頂承受拉力-1138KN,時(shí),掩護(hù)梁各處受力

60、曲線圖也畫出來,如圖4-8所示: 圖4-8 (a)頂掩鉸點(diǎn)水平分力曲線圖(為”-”, ) 圖4-8 (b)頂掩鉸點(diǎn)垂直分力曲線圖(為”-”, ) 圖4-8 (c)前連桿力曲線圖(為”-”, ) 圖4-8 (d)后連桿力曲線圖(為”-”, ) 因此,在驗(yàn)算掩護(hù)梁和前后連桿時(shí),應(yīng)按平衡千斤頂承受推力時(shí)計(jì)算。 3、當(dāng)為負(fù)時(shí)(平衡千斤頂承受拉力),而且摩擦系數(shù)時(shí),有最大值。同時(shí)也有最大值,由于,故曲線圖與相同,如圖4-6所示。 因此,在驗(yàn)算底座強(qiáng)度時(shí),應(yīng)按平衡千斤頂承受拉力且時(shí)計(jì)算。 5 支架強(qiáng)度校核 5.1 頂梁校核 5.1.1 頂梁受力圖 如第4章所述,平衡千

61、斤頂受拉,摩擦系數(shù)為0.3時(shí),在支架最高位置時(shí),頂梁受力有最大值9342KN,頂梁合力作用點(diǎn)距頂梁掩護(hù)梁較點(diǎn)之距為954mm,此時(shí)頂梁受力圖如下: 圖5-1 頂梁受力圖 按彎曲應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度校核,從圖中可知,最大彎曲應(yīng)力發(fā)生在平衡千斤頂上鉸點(diǎn)處的截面上,故此截面進(jìn)行強(qiáng)度校核。頂梁此處的截面如下: 圖5-2頂梁截面圖 5.1.2 頂梁強(qiáng)度校核 a.形心位置 各板件的計(jì)算數(shù)據(jù)列于表5-1中 表5-1 件 號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 8 數(shù) 量 1 1 2 6 1 6 2 2 21600 48000 21300 11

62、5500 36000 46200 23400 81600 10 35 227 242.5 275 242.5 420 305 720000 3600000 223700000 1426660000 607500000 570660000 1750000 1768680000 機(jī)構(gòu)件的形心位置為: b.慣性矩 =8876340000 c.彎曲應(yīng)力

63、 () d. 安全系數(shù),則 5.2 掩護(hù)梁校核 5.2.1 掩護(hù)梁受力圖 當(dāng)平衡千斤頂受壓力,摩擦系數(shù)為0.3時(shí),掩護(hù)梁和后連桿受力有最大值,頂掩鉸點(diǎn)合力最大值為4576KN,對(duì)應(yīng)支架高度為3756mm;前連桿上鉸點(diǎn)最大值為8227KN,對(duì)應(yīng)支架高度為3869mm;后連桿上鉸點(diǎn)最大值為6861KN,對(duì)應(yīng)支架高度為3934KN;先對(duì)掩護(hù)梁在前連桿上鉸點(diǎn)受力最大時(shí)的高度位置進(jìn)行強(qiáng)度校核,其余各位置校核步驟相同,如下: 各參數(shù)值: ;;;;;;。 式中:——頂掩鉸點(diǎn)合力; ——頂掩鉸點(diǎn)合力與水平線夾角; ——前連桿力; ——前連桿力

64、水平線夾角; ——后連桿力; ——后連桿與水平線夾角; ——掩護(hù)梁與水平線夾角。 將掩護(hù)梁旋轉(zhuǎn)至水平位置,其受力圖如下: 圖5-3 掩護(hù)梁受力圖 按彎曲應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度校核,從圖中可知,最大彎曲應(yīng)力發(fā)生在前連桿上鉸點(diǎn)處的截面上,故此截面進(jìn)行強(qiáng)度校核。掩護(hù)梁此處的截面如下: 圖5-4掩護(hù)梁截面圖 5.2.2 掩護(hù)梁強(qiáng)度校核 a.形心位置 各板件的計(jì)算數(shù)據(jù)列于表5-2中 表5-2 件 號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 8 數(shù) 量 1 2 4 4 2 4 1 4 48600 800 12000 9000 1

65、900 19800 8000 28000 15 85 67.5 67.5 322.5 357.5 430 362.5 3645000 106666 5625000 4218750 1428958 44921250 266667 71458333 機(jī)構(gòu)件的形心位置為: b.慣性矩 =4556315024 c.彎曲應(yīng)力

66、 () d.安全系數(shù),則 5.3 底座校核 5.3.1 底座受力圖 當(dāng)平衡千斤頂受拉力,摩擦系數(shù)為0.3時(shí),頂梁受力有最大值,底座受力同時(shí)也有最大值。由程序得出:當(dāng)支架在最高位置時(shí),底座的支反力最大,為。此時(shí),支反力距后連桿下鉸點(diǎn)之距為843mm,各參數(shù)如下: ;;;;;;; 式中:——底座支反力; ——底座支反力作用點(diǎn)到后連桿下鉸點(diǎn)之距; ——前連桿力; ——前連桿力水平線夾角; ——后連桿力; ——后連桿與水平線夾角; 底座受力圖如下: 圖5-5 底座受力圖 按彎曲應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度校核,從圖中可知,最大彎曲應(yīng)力發(fā)生在前連桿下鉸點(diǎn)處的截面上,故此截面進(jìn)行強(qiáng)度校核。底座此處的截面如下: 圖5-6底座截面圖 5.3.2 底座強(qiáng)度校核 a.形心位置 各板件的計(jì)算數(shù)據(jù)列于表5-3中 表5-3 件 號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 數(shù) 量 2 4 4 4 2 4 4 38400 19800 159200 63000 23400 18400 23000

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