支頂掩護式液壓支架頂梁前梁及立柱設(shè)計

1、支頂掩護式液壓支架頂梁、前梁及立柱設(shè)計摘要采煤綜合機械化，是加速我國煤炭工業(yè)發(fā)展，大幅度提高勞動生產(chǎn)率，實現(xiàn)煤炭工業(yè)現(xiàn)代化的一項戰(zhàn)略措施。綜合機械化不僅產(chǎn)量大，效率高，成本低，而且能減輕笨重的體力勞動，改善作業(yè)環(huán)境，是煤炭工業(yè)技術(shù)的發(fā)展方向。液壓支架是綜合機械化采煤方法中最重要的設(shè)備之一。液壓支架主要由以下幾個基本部分組成：頂梁，掩護梁和四連桿機構(gòu)，側(cè)護板，底座，立柱，千斤頂。設(shè)計要遵從支護性能好、強度高、移架速度快、安全可靠等原則。在支撐掩護式的設(shè)計過程中，前梁、主頂梁、掩護梁和立柱等結(jié)構(gòu)件的設(shè)計是重點。本論文介紹了液壓支架的結(jié)構(gòu)，類型，工作原理，特點，目的及要求，并且利用三維制圖軟件PRO

2、/ENGINEER制作三維圖，對液壓支架進行動作仿真，更加形象的講述了這種支架的方案和用途。關(guān)鍵詞：液壓支架 支護 頂梁 前梁 液壓支柱或支柱前言20世紀50年代前，在國內(nèi)外煤礦生產(chǎn)中，基本上采用木支柱、木頂梁或金屬摩擦支柱鉸接頂梁來支護頂板。1954年英國首次研制出液壓支架，目前，以液壓支架為主體的地下綜采設(shè)備，已逐步向程控、遙控和自動化方向發(fā)展。我國是煤炭生產(chǎn)大國，在20世紀60年代也曾研制了幾種液壓支架，但未得到推廣和應(yīng)用。20世紀70年代我國從英、德、波蘭和前蘇聯(lián)等國家引進數(shù)十套液壓支架，經(jīng)過使用、仿制和總結(jié)經(jīng)驗，到20世紀80年代以后我國液壓支架的研制和應(yīng)用獲得了迅速的發(fā)展，相繼研制

3、和生產(chǎn)了TD系列、ZY系列和zz系列等20多種不同規(guī)格的液壓支架。目前，在國內(nèi)大、中型礦井中，條件合適的煤層均采用液壓支架進行綜合機械化開采。1980年起人們?nèi)〉昧藢Π滓剖揭簤褐Ъ艿难兄瞥晒Σ⒅鸩礁倪M完善，進而普遍推廣應(yīng)用，使回采工作面采煤過程中的落煤、裝煤、運煤和支護控頂?shù)裙ば蛉繉崿F(xiàn)綜合機械化，煤礦取得了較大綜合效益。到20世紀90年代初，人們尋找到適合礦區(qū)資源條件的先進采煤方法，采用了放頂煤技術(shù)。低位放頂煤液壓支架是一種支持雙輸送機的支架架型，支架掩護梁后部鉸接一個帶有插板的尾梁，低位放頂煤液壓支架一般為四柱支撐掩護式支架類型，這種架型有一個可以上下擺動的尾梁（擺動幅度45度左右），因此

4、在擺動中可以松動煤層，并維持一個落煤的空間。尾梁中間有一個液壓控制的插板，可以放煤和破碎大煤塊，并且具有連續(xù)的放煤口。低位放頂煤支架分為小插板是低位放頂煤支架和大插板式低位放頂煤液壓支架。本文做的主要工作：1、基本參數(shù)的確定；2、四連桿機構(gòu)的選擇與設(shè)計；3、頂梁形式的選擇與設(shè)計；4、前梁的選擇與設(shè)計；5、三維仿真；等等1.緒論1.1本文提出的背景煤炭綜采裝備由液壓支架、采煤機和運輸機構(gòu)成，液壓支架作為綜合機械化采煤工作主要設(shè)備，一次性投資占綜采裝備總資金的 70%以上，是綜采工作面實現(xiàn)安全、高效生產(chǎn)的關(guān)鍵。液壓支架頂、底板必須適應(yīng)井下工作面煤層環(huán)境，為操作人員提供安全的作業(yè)空間，還要為采、運設(shè)

5、備提供有效的動力源，決定采運設(shè)備的正常推進速度。因此，液壓支架是綜采工作面能否實現(xiàn)高產(chǎn)高效成敗的關(guān)鍵設(shè)備。經(jīng)過幾十年的研制和發(fā)展，我國在液壓支架的設(shè)計與加工方面取得了重大突破，研制開發(fā)了可適應(yīng)不同地質(zhì)條件、不同煤層厚度的多種液壓支架。但我國綜采機械化水平總體上是較低的，工作面年單產(chǎn)量大部分在 100 萬噸左右，達到 200300 萬噸的工作面較少，盡管有地質(zhì)條件復(fù)雜等客觀原因，但主要原因是裝備水平落后，尤其在 46m厚煤層一次采全高高產(chǎn)高效工作面的大采高強力液壓支架設(shè)計制造上，還處于初級階段。目前這類支架的大部分使用主要依賴進口。據(jù)統(tǒng)計，引進一套大采高強力液壓支架需3000萬歐元以上，并且受到

6、國外公司價格壟斷的制約，備件進口價格甚至達到整機進口時隨機備件價格的 2030 倍。這種國外一兩家公司壟斷我國高端液壓支架市場的局面，不但極大的制約了國產(chǎn)液壓支架行業(yè)的健康發(fā)展，而且還對煤炭工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成極大的威脅。高端液壓支架國產(chǎn)化的必然性主要表現(xiàn)為如下幾個方面1、進口支架購置費用 購買 1 套進口液壓支架的價格加上運輸費、保險費、通關(guān)費(含關(guān)稅、增值稅及其他報關(guān)、報檢手續(xù)費、代理費)等，約為 1 套國產(chǎn)支架總費用 23 倍。如果國產(chǎn)液壓支架性能能夠接近進口液壓支架，其性價比肯定要優(yōu)于進口液壓支架，經(jīng)濟上的優(yōu)勢一目了然。 2、備件供應(yīng)方面 進口液壓支架的備件供應(yīng)周期，包括備件的詢價、生

7、產(chǎn)組織、運輸?shù)?，勢必要比國產(chǎn)液壓支架備件供應(yīng)周期要長，備件費用相比較更為昂貴。而備件又具有需求量大。隨時性及長期性等特點，如果使用國產(chǎn)液壓支架，從備件供應(yīng)上更為經(jīng)濟和方便。 3、現(xiàn)場服務(wù)方面 液壓支架在使用過程中，經(jīng)常遇到一些技術(shù)問題，現(xiàn)場技術(shù)服務(wù)必不可少。進口設(shè)備廠家的現(xiàn)場技術(shù)服務(wù)工作受到諸如邀請函傳遞、服務(wù)工程師旅途遠、語言溝通等方面的限制，難以滿足生產(chǎn)需要。 4、長期發(fā)展方面 國外技術(shù)先進、符合要求的液壓支架生產(chǎn)商相對較少，如適合神東礦區(qū)生產(chǎn)的國外液壓支架制造廠家僅二三家。長期單一地使用進口液壓支架，造成煤炭企業(yè)對國外少數(shù)制造廠的依賴。在煤炭行情轉(zhuǎn)好，煤礦設(shè)備轉(zhuǎn)向賣方市場的今天，國外液壓

8、支架廠家由于競爭對手少，支架價格漲幅較大，這對于依賴進口設(shè)備的煤炭企業(yè)勢必產(chǎn)生相當大的壓力。而且對國內(nèi)液壓支架的發(fā)展會形成惡性循環(huán)。 鑒于以上分析，使用國產(chǎn)化液壓支架，替代進口液壓支架已成為必然發(fā)展趨勢。因此，國產(chǎn)化液壓支架的研制、生產(chǎn)，以逐步替代進口液壓支架，已成為使用進口支架的煤炭企業(yè)所面臨的普遍問題。1.2 我國液壓支架的發(fā)展及存在的問題1.2.1 我國液壓支架的發(fā)展我國20世紀80年代中期開始研制液壓支架電液控制系統(tǒng)，1991年有關(guān)生產(chǎn)廠家研制出支架電液控制系統(tǒng)，有關(guān)研究院所研制出全套電液控制液壓支架。由于種種原因，未能推廣開。我國研制液壓支架電液控制系統(tǒng)起步較晚，雖然對液壓支架電液控

9、制系統(tǒng)的研究已經(jīng)歷了十幾年的時間，但進展緩慢，目前處于進一步完善階段，還沒有在井下推廣使用。從我國已研制出的支架電液控制系統(tǒng)來看，也還處于單架和成組程序控制的初步階段，而液壓支架與采煤機、輸送機聯(lián)動的全工作面自動化控制還處在探討研制階段。目前。國內(nèi)的神東集團、兗礦集團、鐵煤集團、開灤集團已引進國外電液控制支架得到了成功的應(yīng)用取得了很好的技術(shù)經(jīng)濟效益。液壓支架電液控制系統(tǒng)是實現(xiàn)綜采工作面高產(chǎn)高效的關(guān)鍵設(shè)備，也是今后的發(fā)展方向，這是我國國民經(jīng)濟快速發(fā)展和煤炭生產(chǎn)高產(chǎn)高效集約化發(fā)展的需要，是煤炭生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展進步的必然結(jié)果。1.2.2 我國綜采技術(shù)發(fā)展中存在的問題（1）我國煤層賦存條件復(fù)雜，老礦井受生

10、產(chǎn)系統(tǒng)制約，綜采效率難以發(fā)揮。我國大部分礦井井型較小，生產(chǎn)系統(tǒng)不適應(yīng)集中生產(chǎn)的要求。巷道斷面小，支護質(zhì)量差，掘進設(shè)備落后，進度慢，運輸系統(tǒng)環(huán)節(jié)多，輔助運輸落后。工作面長度、采煤機截深、采區(qū)長度等工作面參數(shù)都比較小。（2）職工隊伍素質(zhì)差，許多綜采隊以農(nóng)民輪換工為主，文化基礎(chǔ)差，隊伍不穩(wěn)定。管理水平低，管理模式落后，管理層次多，扯皮現(xiàn)象嚴重。（3）煤炭企業(yè)普遍經(jīng)濟效益較差，負擔重，技術(shù)改造任務(wù)難度大，資金投入嚴重不中，以致發(fā)展后勁不足，一些礦井沒有設(shè)備更新能力，機械給出現(xiàn)倒退局面。（4）小煤窯濫采濫挖現(xiàn)象嚴重。一方面造成對國有煤礦的市場沖擊，成為影響綜采發(fā)展的一個消極因素。（5）科研投入嚴重不足。

11、科研單位創(chuàng)收成為主要目標，技術(shù)攻關(guān)力量不足，科研成果低水平循環(huán)現(xiàn)象嚴重。（6）由于受價格和基礎(chǔ)工業(yè)水平的影響，我國煤機制造質(zhì)量、產(chǎn)品性能和可靠性距世界先進水平還有較大差距。特別是采煤機、工作面輸送機、液壓支架電液控制技術(shù)、采區(qū)供電技術(shù)、工況監(jiān)測和故障診斷技術(shù)及自動化技術(shù)等，與國際先進水平相比不存在較大差距。1.3液壓支架的發(fā)展動向及研究動態(tài)1.3.1 液壓支架的發(fā)展動向近幾年來，為適應(yīng)采煤綜合機械化的發(fā)展需要，液壓支架獲得了迅速的發(fā)展，出現(xiàn)了很多類型，據(jù)統(tǒng)計，它的結(jié)構(gòu)型式已達數(shù)百種。每架支架的支柱從1根到8根，支撐力從50噸到800噸，支架適應(yīng)煤層厚度的范圍由0.6米到5.0米，以至更厚的煤層

12、，適應(yīng)煤層傾角由0到45，甚至70左右。在緩傾斜薄及中厚煤層中，液壓支架已獲得廣泛應(yīng)用，但是由于煤層賦存條件復(fù)雜，支架的結(jié)構(gòu)還不夠完善，設(shè)備需要管理和操作經(jīng)驗，所以液壓支架的使用范圍仍受到限制。為了改進支架的支護性能，提高它對不同礦山地質(zhì)條件的適應(yīng)性，擴大使用范圍，延長使用壽命，目前液壓支架有下列幾方面的發(fā)展動向：（1）.大力發(fā)展掩護式和支撐掩護式支架，對其他型式的支架，應(yīng)用逐漸減少。1976年國際采礦設(shè)備展覽會展出的89種液壓支架中，有80%是掩護式支架，這些支架的主要特點是：采用四連桿機構(gòu)，使梁端和煤壁之間的距離基本保持恒定；支柱支在頂梁上，提高了支架的工作阻力；頂梁和掩護梁鉸接，取消了兩

13、者間易被矸石堵塞的三角區(qū)；掩護梁和頂梁的主梁部分均裝設(shè)側(cè)護板，提高了支架的防護能力；采用整體自移式，便于支架操作和實現(xiàn)自動控制。（2）.液壓支架的進一步發(fā)展，是著重解決擴大使用范圍的問題。目前，各國正在研制大傾角、大采高、大截深和薄煤層支架，并使支架和采煤機更好地配合。近幾年來，國外正在研制一次截深1.5米左右或一次采高5.5米地液壓支架。同時，為擴大支架適應(yīng)的高度范圍，廣泛采用雙伸縮式支柱。（3）.采用高壓乳化液泵，以提高支架的處撐力，很多國家使用的泵站壓力已達到300公斤/平方厘米以上。（4）.為了簡化支架管路系統(tǒng)和便于安全操作，開始采用“多芯管”先導式鄰架控制的操縱方式。（5）.為加快支

14、架移設(shè)速度，進一步改善操作條件，支架控制正在向自動控制方向發(fā)展。目前，分組程序控制已開始使用，全工作面的自動控制還處在研究階段。1.3.2 液壓支架的研究動態(tài)為了進一步改善支架性能和提高移架速度，還須迅速研制并推廣大流量支架用閥、大通徑液壓膠管、初撐力保證閥或自動增壓閥以及高壓變?nèi)榛罕谩ｍ毤涌祀娨嚎刂葡到y(tǒng)的開發(fā)和支架供液系統(tǒng)和液控系統(tǒng)的優(yōu)化。還須開發(fā)研究等壓雙伸縮立柱和能夠克服剛性四連桿機構(gòu)缺點的新架型等。此外，對于綜采放頂煤工作面，移架速度問題不是十分突出。但無論是分層開采還是放頂煤開采，對降低工作面供液系統(tǒng)的壓力，提高支架初撐力的要求還是十分迫切。由此可見，自動增壓初撐系統(tǒng)有一定的應(yīng)用前

15、景。氣垛支架以其整體性能好、穩(wěn)定性好、抗沖擊載荷能力強、初期投資少和操作維護簡便等優(yōu)點，在薄煤層和急傾斜煤層支護中已經(jīng)取得了一席之地。變流量變壓力乳化液泵等新產(chǎn)品的研制，將會大大改善支架供液系統(tǒng)的特性。針對影響移架速度的因素分析和提高移架速度的方法和途徑，已有不少文獻給予論述，指出影響移架速度的主要因素有系統(tǒng)的額定流量和額定壓力、供液系統(tǒng)管路的通徑及閥件的過流量、液壓支架立柱升降行程和推移千斤頂?shù)男谐獭⒘⑿；钪睆脚c活塞直徑的比值、支柱及頂梁重量等；而提高移架速度的主要措施有：增加泵站流量、采用電液自動控制、利用大流量閻件、改進液壓支架的進液和回液系統(tǒng)。目前液壓支架移架速度的計算方法僅為靜態(tài)汁

16、算，只反映了移架動作的操作時間和運行時間。對于動態(tài)特性較差的支架液壓系統(tǒng)、其得架動作過程所需的時間遠遠超過靜態(tài)計算的運行時間。要保證實施煤炭工業(yè)部關(guān)于初撐力的規(guī)定要求(達到設(shè)計韌撐力的80以上)，往往需要保證l0一30s的升柱和切撐供液時間。 關(guān)于液壓支架初撐力問題存在的原因以及解決這問題的方法和途徑，一些文獻從不同的角度給予了大量的探討。文獻指出泵站實際調(diào)定壓力較低只有一定的波動、遠距離供液壓力損失嚴重、頂?shù)装宀黄椒锤∶汉透灥挠绊憽⒉荒鼙ＷC液壓支架的初撐時間以及多人操作或多架同時操作等因素是導致液壓支架初撐力本足不均的主要原因；而增大大校直徑和數(shù)目、提高泵站壓力、采用雙供液系統(tǒng)、監(jiān)油工作面

17、支護質(zhì)量、增設(shè)韌撐力保證閥等提高切撐力的方法相措施都存在著一定的不足。為了提高移架速度，就很難保證初撐時間，從而不能保證初撐力達到規(guī)定要求。可見提高移架速度和提高液壓支架初撐力之間存在著矛盾。 電液控制技術(shù)在液壓支架上的應(yīng)用能夠提高液壓支架的自動化程度和移架速度(將不同工序或不同支架的操作時間間隔縮短到最小程度)，能夠?qū)崿F(xiàn)定壓初撐和遠距離程序控制等功能。帶壓移架控制系統(tǒng)可以以實現(xiàn)液比支架卸載扣移架工序的同步化相自動化，改善了液壓支架的支護特性和控頂效果，消除了液壓支架的升降行程，故在一定程度上可提高移架速度。二柱掩護支架因立柱數(shù)目少、操作簡便、侈架速度快等優(yōu)點，在國內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用。然而平

18、衡干斤頃及其連接耳座的損壞問題一直沒有得到很好的解決。初撐增壓閥的研究和開發(fā)，可用于解決初撐力問題，同時有助于解除高壓力和大流量的制約關(guān)系。但體積和重量過大、在支架上難以設(shè)置等因素，是初撐增壓閥難以得到應(yīng)用的根本原因。 電液控制技術(shù)、帶壓移架控制系統(tǒng)、初撐增壓閥的研究和應(yīng)用，旨在改善液壓支架的支護特性、提高移架速度和初撐力。二柱掩護支架的大量使用也是與該架型移架速度快有關(guān)。由此可見，移架速度和初撐力問題是研究和設(shè)計液壓支架及其液壓系統(tǒng)的核心問題。要從根本上解決這兩個相互制約的核心問題，還需要從研究液壓支架及其液壓系統(tǒng)的動態(tài)特性為突破口。 基于液壓支架在國內(nèi)外的發(fā)展狀況和研究動態(tài)，設(shè)計人員認為研

19、究液壓支架及其液控系統(tǒng)的動態(tài)持性，分析決定液壓支架支護持性二核心要素(移架速度和切撐力)之間的動態(tài)關(guān)系，解除大流量與高壓力的相互制約關(guān)系是亟待解決的重大問題。1.4 液壓支架的分類1.4.1按支架和圍巖的相互作用，液壓支架可分為支撐式、掩護式和支撐掩護式三類。（1）支撐式支架：圖1-1是一種典型的支撐式支架，它有較長的頂梁，較多的支柱，并呈垂直布置，支架的穩(wěn)定性由支柱的復(fù)位機構(gòu)來保證，因此有堅固的箱式底座。它靠支柱與頂梁的支撐作用，控制工作面的頂板，維護工作空間，而頂板巖石則在頂梁后部切斷跨落。這種類型的支架具有交大的支撐能力和良好的切頂性能，因此適應(yīng)于頂板堅硬完整，周期壓力明顯或強烈，底板也

20、較硬的煤層中。圖1-1 支撐式支架（2）掩護式支架：圖12是掩護式支架的典型結(jié)構(gòu)之一，它的頂梁較短，支柱一排，一般僅12根，多呈傾斜布置與掩護梁連接或直接與頂梁相連接。它靠支柱和頂梁支撐頂板，而掩護梁只與冒落矸石相接觸，防止矸石涌入工作面，以維護一定的工作空間。這種類型的支架，有良好的防矸掩護性能，主要適用于頂板中等穩(wěn)定和破碎，底板也較軟的煤層中。圖1-2 掩護式支架（3）支撐掩護式支架：支撐掩護式支架是介于支撐式和掩護式之間的一種架型。它的特點是，支柱兩排，每排12根，多呈傾斜布置，靠采空區(qū)一側(cè)，裝有掩護梁和四連桿機構(gòu)（見圖13）。這類支架靠支撐和掩護作用來維護工作空間，兼有支撐式和掩護式支

21、架的優(yōu)點，適用于頂板穩(wěn)定和中等穩(wěn)定，有較明顯的周期壓力，底板中等穩(wěn)定的煤層中。圖1-3 支撐掩護式支架支撐式、掩護式和支撐掩護式等三類支架中，對照采煤工藝對支架的要求來看，掩護式支架具有很多特點和較廣的適用范圍。雖然掩護式支架單位工作面長度上的支撐能力不如其余兩種，但由于控頂距小單位面積上的支撐力較大，能對頂板進行有效的支撐；還有有效的擋矸裝置，能更好的適應(yīng)破碎頂板的支護需要；支架本身為一定的運動機構(gòu)，抗水平力性能好，且便于支架前移；支架的結(jié)構(gòu)和液壓系數(shù)簡單，操作簡便，管理維修容易；支架調(diào)高范圍較大，對煤層厚度變化的適應(yīng)性強。所以，掩護式支架在使用中已取的良好的經(jīng)濟效果，使用范圍正在擴大。1.

22、4.2 按移動方式，液壓支架可分為整體自移式和邁進式兩類。（1）整體自移式：支架成整體結(jié)構(gòu)，因而整體移動。掩護式，和部分支撐式支架，均采用這種移架方式。（2）邁進式：邁進式支架又可分為交互前移式和提步前移式兩種。a.交互前移式支架，是利用主副架護為著力點交互推拉前移的方式，架間安裝推移千斤頂和導向裝置。一般節(jié)式支架常用這種移架方式。b.提步前移式支架，是采取頂梁不大量下降，提腿跨步的方式。例如，蘇2M-81型支撐掩護式支架，移架時沿著支撐柱頂板的臨架頂梁推移。還有一種是滑行頂梁式支架，移架時本架頂梁在內(nèi)部滑移。1.4.3根據(jù)使用地點的不同，液壓支架又可分為工作面支架和端頭支架兩類。上述各類支架

23、均為工作面支架，用來支護工作面的頂板。端頭支架，則用在工作面兩端與順槽的連接處，由于此處的機械設(shè)備較多，需要占有的工作空間大，同時又是人員的安全出口，要求端頭支架能很好的和各設(shè)備相配合，達到有效的支護懸露面積較大的頂板。因此，端頭支架在結(jié)構(gòu)上具有特殊性。1.5 液壓支架的應(yīng)用及意義隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，國民經(jīng)濟對煤炭需要量的日益增加，煤礦開采，特別是采媒工作面的生產(chǎn)技術(shù)面貌發(fā)生了巨大變化。自1945年英國裝備了世界上第一個液壓裝置開始，采煤技術(shù)實現(xiàn)了綜合機械化。綜合機械化采煤，就是工作面采煤、運輸和支護三大主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)都實現(xiàn)機械化。也就是說，采用滾筒式或刨消式等采煤機械落媒與裝媒；工作面重型

24、可彎曲運輸機，以及與之適應(yīng)的順槽傳載機和可伸縮皮帶運輸機等運煤；自移式液壓支架支護和管理頂板。這幾種設(shè)備相互配合，組成了綜合機械化采煤設(shè)備。液壓支架是以高壓液體為動力，由若干液壓元件（油缸和閥件）與一些金屬結(jié)構(gòu)件組成的一種支撐和控制頂板的采煤工作面設(shè)備，能實現(xiàn)支撐、降落移架和推移運輸機等一整套工序。液壓支架技術(shù)上先進，經(jīng)濟上合理，安全上可靠，當前世界各國都在不斷的提高采煤工作面的機械化水平。我國于1964年開始研制液壓支架，已先后試制了MZ-1928型、TZ型、BZZC型、WKM-400型、DM-400型、YZ型、ZYZ型、ZY型等多種形式的液壓支架，并在開灤、大同、陽泉、鶴壁、徐州、銅川、義

25、馬、淮北等局礦進行了試驗和使用，取得了較好的效果。1974年以來以德國、英國蘇聯(lián)和波蘭等國引進了許多不同類型的液壓支架。實踐證明，液壓支架具有強度高、支護性能好、移設(shè)速度快、安全可靠等優(yōu)點，能使采煤工作面得到高采量、高回采率和高工效，能大大減輕勞動強度，降低成本和掘進率，實現(xiàn)安全生產(chǎn)。2.液壓支架原理及整體結(jié)構(gòu)設(shè)計本章介紹液壓支架結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定和架型的選取，而對液壓支架受力分析、優(yōu)化設(shè)計、可靠性等內(nèi)容將不做介紹。2.1 液壓支架的組成及工作原理2.1.1 液壓支架的組成圖13為液壓支架的一種典型結(jié)構(gòu)，它由頂梁（包括前梁1和主梁2）、支柱5、掩護梁4、底座8、推移裝置9、閥件、管路系統(tǒng)、連接部件

26、及各種附屬裝置等組成。頂梁和底座通過數(shù)根支柱支撐在頂?shù)装逯g，構(gòu)成一個可以活動的承載構(gòu)件，支護頂板，維護工作空間。綜合各種類型液壓支架的結(jié)構(gòu)它的組成可歸結(jié)為承載結(jié)構(gòu)件、動力油缸、控制操縱元件、輔助裝置和工作液體五部分。（1）承載結(jié)構(gòu)件：包括頂梁、掩護梁和底座等。a.頂梁：直接與頂板（包括鎂錠、分層假頂?shù)龋┫嘟佑|，并承受頂板巖石載荷的支架部件叫頂梁。它也為支柱、掩護梁和擋矸裝置等提供連接點。頂梁除整體結(jié)構(gòu)形式外，一般由若干段組成，接它對頂板的支護作用和位置，可分為主梁、前梁和尾梁。如果頂梁在前后支柱間鉸接也可稱為前梁和后梁。b掩護梁上部直接于頂梁鉸接，下部直接或簡接（通過連桿機構(gòu)）與底座鉸接。c

27、底座：直接和底板（包括分層煤底等）相接觸，傳遞頂板壓力到底板的支架部件叫底座。底座除為支柱、掩護梁提供連接點外，還要安設(shè)千斤頂?shù)炔考?。?）動力油缸：包括支柱和各種千斤頂a.支柱：支架上凡是支撐在頂梁（或掩護梁）和底座只間，直接和間接承受頂板載荷的主要油缸叫支柱。支柱是支架的主要承載部件，支架的支撐力和支撐高度，主要取決于支柱的結(jié)構(gòu)和性能。b.千斤頂：支架上除支柱以外的各種油缸都叫千斤頂，如前梁千斤頂、推移千斤頂、調(diào)架千斤頂，還有平衡、復(fù)位、側(cè)推和護幫千斤頂，完成著推移運輸機、移設(shè)支架和支架的調(diào)整等各項動作。（3）控制操縱元件：包括控制閥（即液控單向閥和安全閥）、操縱閥等各種閥件和管件。這些元

28、件是保證支架獲得足夠的支撐力、良好的工作特性以及實現(xiàn)預(yù)定動作所需的液壓元件，它的種類和數(shù)量，隨支架結(jié)構(gòu)和動作要求的不同而異。（4）輔助裝置：支架上除上述三項構(gòu)件以外的其它構(gòu)件，都可歸入輔助裝置，它包括推移裝置、復(fù)位裝置、擋矸裝置、護幫裝置、防倒防滑裝置、照明和其它附屬裝置等。（5）工作液體：這時傳遞泵站能量，使液壓支架能有效工作的工作介質(zhì)。液壓支架的工作液體是乳化液。2.1.2 液壓支架的工作原理（1）液壓支架自動移設(shè)的原理：液壓支架以高壓液體為動力，通過各種動力油缸的伸縮，使支架完成升起、降落、行走和推移運輸機等各種動作，以便支架隨工作面不斷推進而反復(fù)支撐、前移和調(diào)整。圖14是一個最簡單的液

29、壓支架的工作系統(tǒng)示意圖。下面按支架降柱、移架、升柱和推溜的工作過程分別加以敘述。a.降柱：當旋轉(zhuǎn)式操縱閥轉(zhuǎn)到降柱位置，打開供液閥時，高壓液體由主進液管經(jīng)操縱閥和油管，進入支柱活塞桿腔，同時也進入液控單向閥的控制管路，打開液控單向閥，支柱活塞腔的油液經(jīng)油管、液控單向閥和操縱閥，流回主回液管，支柱卸載下降。b.移架：液壓支架卸載后，操縱閥轉(zhuǎn)到移架位置，打開供液閥時，高壓液體由主進液管經(jīng)操縱閥和油管進入到推壓千斤頂?shù)幕钊麠U腔，同時也進入液控油路，打開液控單向閥，而活塞腔的油液經(jīng)油管、液控單向閥和操縱閥流回主回液管，推移千斤頂收縮，以運輸機為支點，拉架前移。運輸機靠相鄰的推移千斤頂來固定，千斤頂由液控

30、單項閥緊鎖。圖1-4c.升柱:液壓支架移到新的位置后，應(yīng)及時升柱，以支撐新暴露的頂板。操縱閥轉(zhuǎn)到升柱位置，打開供液閥，高壓液體由主進液管進入，經(jīng)操縱閥到液控單向閥，進入到推移千斤頂?shù)幕钊麠U腔，支柱活塞矸腔的油液，同時也進入液控油路，經(jīng)油管和操縱閥流回主回液管，活塞和頂梁升起，支撐頂板。d.推移運輸機:當液壓支架前移并重新支撐后，操縱閥轉(zhuǎn)到推移位置，打開供液閥時，高壓液體由主進液管經(jīng)操縱閥、液控單向閥進入到推壓千斤頂?shù)幕钊麠U腔，活塞桿腔的油液經(jīng)油管和操縱閥流回主回液管，推移千斤頂?shù)幕钊麠U伸出，以液壓支架為支點，把運輸機推移到新的工作位置。在實際生產(chǎn)中，對于具體支架的動作，根據(jù)該支架的結(jié)構(gòu)和需要來

31、確定。（2）液壓支架的支撐承載能力：液壓支架的支撐承載能力是指液壓支架與頂板之間相互力學原理，它包括初撐增阻、承載增阻和恒阻三個工作階段。a. 初撐增阻階段：在升柱過程中，從頂梁接觸頂板起，至支柱活塞腔的油液壓力達到泵站的工作壓力時，松開手把，停止供液，液控單向閥立即關(guān)閉，閥球封閉了支柱活塞腔的油液，這就是支架的初撐階段。此時支柱和支架對頂板產(chǎn)生的支撐力稱為初撐力。支柱初撐力：支架初撐力：泵站的工作壓力（公斤/l厘米2）D支柱缸體徑經(jīng)（厘米）n每架支架的支柱數(shù)支撐效率（垜式支架1）支架初撐力的大小，取決于泵站的工作壓力，支架支柱數(shù)和支柱缸體的內(nèi)徑以及架型等。實際上支柱初撐后，活塞腔的油液壓力由

32、于阻力損失、操作情況和閥的靈敏度等原因，往往低于泵站工作壓力。b. 承載增阻階段：支架初撐后，隨頂板的下沉，支柱活塞腔被封閉的油液受到壓縮，油液壓力繼續(xù)升高，呈現(xiàn)承載增阻狀態(tài)。這時由于支柱缸徑增大，油液被壓縮而體積縮小，即使乳化液沒有任何漏損，安全閥并未動作卸載，支柱總長度也降縮短。這個縮短量可用下式計算：式中：支柱由初撐力起到達工作阻力時，支柱內(nèi)壓力得增值（公斤/l厘米2）乳化液的體積壓縮系數(shù)，近似取水的壓縮系數(shù)0.支柱內(nèi)壁壓縮液柱的高度（厘米）鋼材的彈性系數(shù)（公斤/l厘米2）剛才的泊松比 0.28D支柱缸體外徑（厘米）d支柱缸體內(nèi)徑（厘米）這個縮短量是有彈性的，如果作用在支柱上的載荷，反過

33、來從工作阻力減小到初撐力時，支柱仍會恢復(fù)到原來的長度。因此，這個支柱長度上的縮短量，稱為支柱的彈性可縮量。根據(jù)開灤局井下實測，在各種不同的初撐力、工作阻力喝才高的情況下，MZ-1928型支柱的彈性可縮量在610mm范圍內(nèi)。這個彈性可縮量會使支柱工作還未達到工作阻力之前，就造成頂板的下沉，有可能使巖石離層，對頂板管理是不利的。經(jīng)試驗證明，減小支柱的彈性可縮量，對改善頂板管理起著重要的作用。具體措施是，使用高壓乳化液泵，提高支柱初撐力；改善單向閥的質(zhì)量，要能及時關(guān)閉也路；注意操作方法，使支柱下腔盡可能達到泵站的工作壓力。c. 恒阻階段：支架承載后，如果完全支撐住頂板，不允許頂板下沉，需要有強大的支

34、撐力。在實際生產(chǎn)中，由于頂板壓力有時相當巨大，想設(shè)計出能抗住巨大頂板壓力，而一點也不讓壓的支架是及困難的，實際上也沒有這種必要。 都使支架能隨頂板下沉時，有一定的可縮量，但又保持一定的支撐力不敢于使頂板任意下沉而造成破壞冒落。要求支架即具有一定的支撐力，又具有可縮性。液壓支架的這種特性，是由支柱的安全閥來控制的。在頂板壓力增大時，支柱活塞腔被封閉的油液壓力就迅速升高，當壓力值超過安全閥的動作壓力時，支柱活塞腔的高壓液體經(jīng)安全閥泄出，支柱降縮，支柱活塞腔的液體壓力減小，這就是支架的“讓壓” 特性；當壓力小于安全閥的動作壓力時，安全閥又關(guān)閉，停止卸液，支柱活塞腔的液體又被封閉，支架恢復(fù)正常工作。由

35、于安全閥動作壓力的限制，支柱呈現(xiàn)出恒阻特性，此時支柱和支架承受的最大載荷稱為工作阻力。支柱工作阻力：支架工作阻力： 式中：安全閥的動作壓力（公斤/厘米2）支架的工作阻力取決于安全閥的動作壓力、支架支柱數(shù)、支柱缸體內(nèi)徑和架型等。安全閥使支柱具有恒定的設(shè)計工作阻力，同時又使支柱在承受大于設(shè)計工作阻力的頂板壓力時，可隨頂板的下沉而下縮，這就是液壓支架的恒阻性和可縮性。未防止安全閥頻繁動作而失效，應(yīng)使支架的工作阻力大于正常的頂板壓力，也就是說，在工作生產(chǎn)過程中，支架還沒有達到設(shè)計工作阻力之前，就已前移到新的支撐位置。工作阻力時液壓支架的一個基本參數(shù)，用來表示支架支撐力的大小。但是，由于支架的頂梁長短和

36、間距大小不同，并不能完全反應(yīng)支架對頂板的支撐力，因此常采用表示單位面積頂板上所受支架工作阻力值大小的支護強度參數(shù)，來比較支架的支護性能。支架支護強度：式中：A支架的支護面積（米2）由上可知，支柱或支架工作時，其支撐力隨時間的變化是，支架升起，頂梁開始接觸頂板至液控單向閥關(guān)閉時的初撐增阻階段to，初撐結(jié)束至安全閥卸載前的承載增阻階段t1和安全閥出現(xiàn)重復(fù)卸載時的恒定階段t2。這種變化過程反應(yīng)了支架的支撐力和時間之間的關(guān)系（圖15）。圖中虛線表示，有些支架的支柱并未達到額定的工作阻力值就已降柱前移，支架前移后按原過程重新支撐。圖1-5上述工作過程表明：液壓支架在額定工作阻力值以下工作時，具有增阻性，

37、以保證支架頂板的有效支撐作用；當支架支撐力超過額定工作阻力值時，支架隨頂板下沉而下縮，使支架保持恒定的工作阻力，即具有可縮性和恒阻性。支架本身的增阻性取決于液控單向閥和支柱的密封性能，可縮性和恒阻性則由安全閥的溢流性能決定。因此，液控安全閥、單向閥、支柱這三個部件，是保證支架性能的關(guān)鍵元件。通過上述，對液壓支架的工結(jié)構(gòu)和工作原理的分析，可初步確定液壓支架圖1-6液壓系統(tǒng)原理圖2.2 液壓支架整體結(jié)構(gòu)設(shè)計2.2.1 高度的確定一般首先確定支架適用煤層的平均采高，然后確定支架高度。支架的最大高度與最小高度的之差為支架的調(diào)高范圍。調(diào)高范圍越大，支架的適用范圍越廣，但過大的調(diào)高范圍會給支架結(jié)構(gòu)設(shè)計造成

38、困難，可靠性降低。該參數(shù)以給出，取支架高度（米）： 2.03.82.2.2 中心距和寬度的確定支架中心距一般等于工作面一節(jié)溜槽長度。目前國內(nèi)外液壓支架中心距大部分采用1.5 m。大采高支架為提高穩(wěn)定性中心距可采用1.75m，輕型支架為適應(yīng)中小煤礦工作面快速般家的要求，中心距可采用1.25m。本設(shè)計中也取中心距（米）：1.5m支架寬度是指，頂梁的最大和最小寬度。寬度的確定應(yīng)考慮支架的運輸、安裝和調(diào)架要求。支架頂梁一般裝有活動側(cè)護板，側(cè)護板一般行程為170200mm。當支架中心距為1.5m時，最小寬度一般取14001430mm，最大寬度一般取15701800mm。若取側(cè)護板行程為180mm，則可選

39、支架寬度為： 最小寬度：1410mm； 最大寬度：1800mm。2.2.3 梁端距和頂梁長度的確定所謂梁端距是指移架后頂梁端部至煤壁的距離（），如圖2-1所示。梁端距是考慮由于工作面頂板起伏不平造成的運輸機和采煤機的傾斜，以及采煤機割煤時垂直分力使搖臂和滾筒向支架傾斜，為避免割頂梁而留的安全距離。支架高度越大，梁端距也應(yīng)越大。當采用即時支護時，一般大采高支架梁端距應(yīng)取350480mm，中厚煤層支架梁端距應(yīng)取280340mm；薄煤層支架梁端距應(yīng)取200300mm。 現(xiàn)取梁端距： 圖2-1 液壓支架尺寸關(guān)系 頂梁長度受支架形式、配套采煤截深、刮板輸送機尺寸、配套關(guān)系及立柱缸徑、通道要求、底座長度、

40、支護形式等的制約。當采用及時支護方式時：=0現(xiàn)根據(jù)支護面積、支架最大寬度得： 2.2.4 頂梁形式的選擇 支架常用頂梁形式有三種：整體頂梁、鉸接頂梁和楔形結(jié)構(gòu)頂梁。鉸接頂梁的前段稱為前梁，后段稱為主梁，一般簡稱頂梁。(1) 整體頂梁整體頂梁（圖2-2）的特點是：結(jié)構(gòu)簡單、可靠性好；頂梁對頂板載荷的平衡能力較強；前端支撐力較大；可以設(shè)置全長側(cè)護板，有利于提高頂板覆蓋率，改善支護效果，減少架間漏矸。為改善接頂效果和補償焊接變形，整體頂梁前端（800100mm）, 一般上翹1。圖2-2 整體頂梁(2) 鉸接式頂梁 鉸接式頂梁如圖2-3所示。在前梁千斤頂?shù)耐评?，前梁可以上下擺動，對不平頂板的適應(yīng)性較

41、強。運輸時可以將前梁放下與頂梁垂直，以減少運輸尺寸。前梁千斤頂必須有足夠的支撐力的聯(lián)接強度。前 梁上不宜設(shè)置側(cè)護板。為了順 利移架，前梁間一般要留有 100500mm間隙，從而增加了破碎頂板漏矸的可能性。圖2-3 鉸接頂梁1. 前梁；2. 前梁千斤頂；3. 頂梁(3) 楔形頂梁楔形結(jié)構(gòu)梁如圖2-4所示。楔形梁1和后梁4通過銷軸鉸接，而千斤頂鉸接于頂梁上。楔形結(jié)構(gòu)梁利用構(gòu)件間摩擦自鎖原理，通過楔塊2與楔形梁1和頂梁4之間的摩擦作用，使楔形梁1、楔塊2和后梁4在受載時保持為一個 剛性頂梁，這樣，該 梁宜具有整體剛性頂梁前端支護力 大的優(yōu)點。由于楔形梁1與后梁4為鉸接結(jié)構(gòu)，當操作楔形梁千斤頂伸出或縮

42、回時帶動楔形塊前后移動，從而使楔形梁1繞鉸軸上下擺動，其擺動范圍取決于楔形塊的行程和楔角的大小。由于擺動范圍較鉸接頂梁小，因而該梁不具有鉸接頂梁的靈活性。此外，在運輸時楔形梁1可以放到下垂位置，縮短了運輸尺寸，從而方便運輸和安裝?，F(xiàn)根據(jù)常用液壓支架頂梁形式各自特點，本文選取鉸接式頂梁。圖2-4楔形結(jié)構(gòu)梁1. 楔形梁；2. 楔塊；3. 楔形梁千斤頂；4. 后 梁2.2.5 頂梁的設(shè)計影響因素與設(shè)計原則頂梁是液壓支架的關(guān)鍵部分，設(shè)計需遵循一定的原則，以及豐富的經(jīng)驗。設(shè)計原則如下表表2-1結(jié)構(gòu)參數(shù)影響因素與設(shè)計原則長度1. 機道寬度是指采煤機與輸送機配套后最大外緣寬度，它取決于它們的寬度、附件（如擋

43、煤板、電纜）寬度，以及采煤機與輸送機的相對位置2. 支護方式滯后支護方式頂梁長度比及時支護方式要短一個移動步距的長度。及時支護支架如果帶伸縮梁，則支架主頂梁（包括前頂梁）的長度較長，比滯后支護方式相同；當伸縮梁伸出時、頂梁總長度相當于及時支護時的長度 3. 立柱布置對支架頂梁長度影響較大。前排立柱的位置應(yīng)考慮與機道之間留人行空間或安全間隙。掩護式或支撐式支架，前排立柱可以前傾布置，以減少頂梁前部懸臂長度。單排立柱的掩護式支架，應(yīng)該保證使柱頭在底座上的投影位置距底座前端的距離足夠大，滿足對地板比壓的要求。但也不能使該距離過大，以免使頂梁太長。前后排立柱的間距主要考慮行人等因素，縮短后排立柱與頂梁

44、、掩護梁鉸點的距離，或者使后排立柱支撐在掩護梁上，這有利于縮短支撐掩護式支架頂梁長度。4. 掩護式支架頂梁，以柱頭鉸點（支定式）或頂梁掩護梁鉸點（支撐式）為界分為前后兩段。為了保證頂梁前端對頂板的支撐力，對剛性頂梁，理論上頂梁前后段長度比不應(yīng)超過2:1.當采用了提高前端支撐力的平衡千斤頂?shù)冉Y(jié)構(gòu)，頂板條件比較穩(wěn)定時，可以適當加大該比值，以縮短頂梁總長度，但比值不宜超過2.5:15. 通風需要當工作面沼氣涌出量大時，需要加長頂梁、滿足通風斷面的要求6. 采煤工藝的需要特殊采煤工藝支架某些功能的需要（如充填工作面支架，分層鋪網(wǎng)支架），或者采煤機截深加大時，支架頂梁都要相應(yīng)地加大7. 根據(jù)目前我國綜采

45、配套情況，不同架型支架頂梁長度如下：支頂掩護式 23m支撐掩護式 34m寬度1. 主要取決于支架中心距、頂板穩(wěn)定性及是否帶活動側(cè)護板等因素2. 對掩護式或支撐掩護式支架、頂梁寬度可參見下表頂梁寬度（m）中心距（m）無活動護板有活動護板1.81.51.21.7（左右）1.4（左右）1.1（左右）1.71.91.41.61.11.33. 對支撐式支架、頂梁寬度可適當減小。剁式支架：頂梁寬度=支架中心距-架間間隙（可取200300mm）節(jié)式支架或分式頂梁剁式支架、條梁寬度視中心距、架間和梁間間隙（可取200300）而定厚度1. 滿足強度要求在選定鋼材之后，由強度計算確定2. 滿足行人、通風斷面要求中

46、厚煤層以上支架，頂梁厚度可以適當加高。但對薄煤層支架，為滿足行人及通風斷面的要求，應(yīng)盡可能減薄頂梁的厚度3. 要考慮在滿足強度、行人等要求的前提下適當增大頂梁高度，減少鋼材消耗。應(yīng)盡可能采用通用鋼材，改善經(jīng)濟性前梁擺動角為適應(yīng)頂板起伏、臺階及局部冒頂?shù)惹闆r，前梁上擺角，一般為1020前梁下擺角，一般為1530下擺角過小，會造成頂板下凸時前后梁呈剛性連接而損壞伸縮梁行程一般等于移動步距，但也可根據(jù)支護方式等因素而確定3.液壓立柱及材料分析3.1 液壓立柱3.1.1 立柱形勢及優(yōu)缺點液壓立柱是液壓支架承載與實現(xiàn)升降動作的主要液壓元部件。常用的立柱結(jié)構(gòu)型式及優(yōu)缺點見表3-1表3-1 液壓立柱型式及優(yōu)

47、缺點型式優(yōu)缺點單伸縮雙作用全液壓1. 結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整高度方便，為液壓無級式2. 調(diào)高范圍小機械加長1. 調(diào)高范圍比全液壓單伸縮立柱大2. 比采用雙伸縮立柱結(jié)構(gòu)簡單經(jīng)濟3. 有級調(diào)高，因此調(diào)整較復(fù)雜。如果在操作管理上不加注意，就可能產(chǎn)生支架壓死與頂空等現(xiàn)象。因此，一般只適用于工作面采高變化不大的情況雙伸縮雙作用全液壓不泄油1. 調(diào)高范圍比單伸縮立柱大2. 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工要求高，成本高3. 操作靈活方便全液壓小孔泄油1. 基本特點同上。但省去了活柱上的接口和管路，而在二級缸缸壁上采用小孔結(jié)構(gòu)泄油，因而管路與結(jié)構(gòu)比較簡單2. 由于小孔泄油造成油液損失，影響操作人員的安全3. 多用于薄煤層的短立柱中機

48、械加長1. 調(diào)高范圍比全液壓雙伸縮立柱更大，多用于薄煤層支架2. 比三伸縮立柱結(jié)構(gòu)簡單而經(jīng)濟3. 有級調(diào)高。操作管理應(yīng)注意3.1.2 液壓支架立柱的結(jié)構(gòu)液壓缸一般由活塞、缸體、缸蓋和活塞桿等部分組成。立柱和千斤頂在結(jié)構(gòu)上的差異在于活塞桿直徑差別較大。這是因為立柱承受頂板載荷較大，而迫降力較少，故活柱多采用空心結(jié)構(gòu)，以便增大活柱直徑，保證足夠的剛度和強度。而千斤頂則要求盡可能縮小推拉力差距，以滿足工作需要，故活塞桿在保證一定剛度和強度的前提下，盡量做得細些為好。其他部分的結(jié)構(gòu)基本相同。 1）活塞 活塞是液壓缸的關(guān)鍵部件，對它的主要要求是保證密封性能良好，運動面能承受力的沖擊和振動等。活塞可以與活

49、套，也可以與活柱成為一體?；钊习惭b有密封元件，密封元件主要是密封圈。密封圈有 O 型、Y 型、V 型和活塞環(huán)密封等。最近廣泛使用鼓形和蕾形密封圈。 2）導向套 導向套裝在缸體的上端，它在活柱或千斤頂活塞桿伸縮時起導向作用。導向套與活塞桿表面既要緊密接觸，又要動作靈活，而且要承受住外部載荷對活塞桿的橫向壓力、彎曲、振動等產(chǎn)生的影響。 導向套與缸體的連接方式常用下列三種： （1）用螺紋連接。螺紋連接方式比較簡單，但在井下使用久了易生銹，拆卸不方便； （2）用壓緊帽和固定鋼絲連接。這種結(jié)構(gòu)簡單，但裝拆麻煩； （3）用鋼絲擋圈固定連接。這種結(jié)構(gòu)簡單，裝卸方便，但要求活塞桿外徑與缸體內(nèi)徑之間有比較大的

50、空間，所以在千斤頂上使用較多。 3）缸體活柱和活塞桿是立柱和千斤頂傳遞機械力的重要部件，它要承受壓力、彎曲等載荷的作用，必須耐磨和耐腐蝕。它們可用合金無縫鋼管或圓鋼制成。為了防止在礦井條件下表面生銹和腐蝕，在它們表面要鍍銅或鍍鉻，在井下使用時要注意保護。3.2 承載結(jié)構(gòu)件材料及工藝3.2.1 承載結(jié)構(gòu)件材料分析材料是設(shè)計的一個重要部分，據(jù)下表可知，本文選取頂梁的材料為16Mn，該材料具有可焊性好，焊后無需熱處理等優(yōu)點，經(jīng)濟實惠，強度高，應(yīng)用普遍表3-2 承載結(jié)構(gòu)件材料及工藝主要零部件名稱常用材料a（(MPa)工藝特點備注頂梁，掩護梁，底座、連桿16Mn280350可焊性好、焊后無需熱處理應(yīng)用最

51、為普遍15MnVN450470可焊性差、焊接時需要預(yù)熱，工藝困難主要用于某些強力支架或薄煤層支架14MnNbB700柱帽、連接座ZG270500 ZG35CrMnSi270350一般需要調(diào)制處理，鑄造缺陷較多，要嚴格控制質(zhì)量用于形狀復(fù)雜的零部件，也可用于重要結(jié)構(gòu)件、如連桿、底座等銷軸40Cr4540Mn230CrMnSi550360750900調(diào)制處理用于結(jié)構(gòu)部件之間的連接3.2.2 承載結(jié)構(gòu)件加工工藝工藝是機械制造的一個非常重要的部分，一臺好的機器離不開工藝的合理安排，選擇合適的工藝是一個設(shè)計者應(yīng)該著重研究的地方，但是工藝的安排又充滿了難度和挑戰(zhàn)，沒有最好的工藝設(shè)施，只有更好的工藝方案。表3

52、-3 承載件加工工藝工序工藝特點裝備準備1. 整形調(diào)直2. 清洗去繡，也可在下料后進行調(diào)直機清洗去繡設(shè)備下料1. 氣割2. 剪切、沖壓3. 開坡口4. 切削加工各種氣割設(shè)備剪板機、沖壓機、壓力機坡口機、氣割機切削加工機床拼裝使各零件定位，保證相互之間的位置與精度達到設(shè)計要求拼裝專用胎具、電焊機等焊接1. 為保證焊接質(zhì)量，需根據(jù)材料選擇合適的焊條2. 目前大多采用二氧化碳氣體保護焊與手工電弧焊3. 為減少焊接變形，應(yīng)保證一定的焊接順序，并采取相應(yīng)地措施4. 對可焊性差的材料需要預(yù)熱電焊機焊后處理1. 對要求精度與形位公差比較嚴格的連接孔進行焊后整體鏜孔2. 對某些結(jié)構(gòu)件在焊接后的變形進行調(diào)整3.

53、 其他保證最終質(zhì)量的修補措施鏜床、調(diào)直機、壓力機、電焊機等4.基于Pro/Engineer液壓支架三維仿真4.1 軟件簡介Pro/Engineer是美國參數(shù)技術(shù)公司(Parametric Technology Corporation,簡稱PTC)的最新一代CAD/CAE/CAM軟件，它包含許多先進的設(shè)計理念，是一套設(shè)計至生產(chǎn)的機械自動化軟件包，是一個參數(shù)化、基于特征的實體造型系統(tǒng)。Pro/Engineer Wildfire 4.0功能強大，可用于機械設(shè)計、功能仿真、加工制造和數(shù)據(jù)管理等領(lǐng)域，為用戶提供了目前功能最全面、集成最緊密的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境。4.1.1 Pro/Engineer的發(fā)展歷程Pr

54、o/Engineer是世界上最成功CAD/CAM軟件之一。PTC公司于1985年成立于波士頓，1988年發(fā)布了Pro/Engineer軟件的第一個版本，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展成為全球CAD/CAM/CAE/PDM領(lǐng)域最具代表性的著名軟件公司，其軟件鏟平的總設(shè)計思想體現(xiàn)了MDA（機械設(shè)計自動化）軟件的新發(fā)展。Pro/Engineer自面世后以其優(yōu)異的使用性能獲得了眾多CAD用戶的認可。Pro/Engineer經(jīng)歷10余年的發(fā)展和，技術(shù)上逐步成熟，已經(jīng)成為當前三維建模軟件的領(lǐng)軍者。PTC公司以每年推出一個新版本的速度不斷改進軟件的不足，并引入了先進的設(shè)計理念。在Pro/Engineer的Wildfire系列

55、推出前的最近幾個版本，每個版本都有代表性的先進設(shè)計思想。Pro/Engineer Wildfire是并行工程（Concurrent Engineering）觀念的產(chǎn)物，為現(xiàn)金的CAD/CAM應(yīng)用提供了優(yōu)良的軟件工作環(huán)境。并行工程是對產(chǎn)品及其相關(guān)過程（包括制造過程和支持過程）進行并行、集成化處理的系統(tǒng)方法和綜合技術(shù)、它要求產(chǎn)品開發(fā)人員從一開始就考慮到產(chǎn)品全生命周期內(nèi)各階段的因素（如功能、制造、裝配、作業(yè)、調(diào)度、質(zhì)量、成本、維護與用戶需求等），并得到解決，從而使產(chǎn)品在設(shè)計階段便具有良好的可制造性、可裝配性、可維護性及回收再生等方面的特性，最大限度地減少設(shè)計反復(fù)，縮短設(shè)計、生產(chǎn)準備和制造時間。PTC公司提出了單一數(shù)據(jù)庫、參數(shù)化、基于特征和全相關(guān)的三維設(shè)計概念，這種概念改變了機械CAD/CAE/CAM的傳統(tǒng)觀念，逐漸成為當今世界機械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標準。Pro/Engineer是采用參數(shù)化設(shè)計思想開發(fā)出來的第三代CAD/CAE/CAM產(chǎn)品，該軟件提供了目前所能達到的最全面、集成最緊密的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境，將產(chǎn)品涉及到生產(chǎn)的整個過程集成到一起，讓更多用戶能同時參與到某一產(chǎn)品的設(shè)計制造任務(wù)中，實現(xiàn)了所謂的并行工程。4.2 Pro/Engineer核心設(shè)計思想隨