ZH24001628TF型液壓支架（托梁分體）設(shè)計

1、摘 要 本次設(shè)計的題目是 ZH2400/16/28TF 型液壓支架（托梁分體） ，我在本次設(shè)計中主要 負(fù)責(zé)該支架主體部分的設(shè)計。此次任務(wù)包括頂梁、伸縮梁、托梁等主體的設(shè)計與強(qiáng)度計 算。 這種支架的頂梁采用分體組合式結(jié)構(gòu)。采用分體式頂梁代替整體頂梁是因為該支架 結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、造價低、節(jié)省空間，大大減輕了支架的整體重量，前伸梁采用伸縮 式的，支撐過程中能與煤壁接觸，不僅起到一定的掩護(hù)作用，而且還能起到一定的支撐 作用，使支架更穩(wěn)定。該支架具有質(zhì)量小，機(jī)動性能好，拆裝運(yùn)輸方便等特點(diǎn)，適用于 中小型煤礦或巷道斷面狹小、無法正常布置工作面的邊角煤回收區(qū)域采場支護(hù)。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：液壓支架；分體頂梁；

2、托梁；邊角煤 Abstract This design is entitled ZH2400/16/28TF Hydraulic stent (split joist), I in this design is mainly responsible for the design of the main part of the stent. The mandate includes roof beams, over cylinders, telescopic beams, joists and other body design and strength calculation. The top

3、 beam stent combined with split structure. Top beam instead of using separated because of the integrated roof beam bracket for simple structure, light weight, low cost, save space, greatly reducing the overall weight of the stent, using telescopic beam, the support process to contact with the floor,

4、 not only from to cover a certain role, but also play a supporting role, so stand more stable. The stent has the quality of small, good mobility, accessibility and other transport characteristics of anti-cheat for small medium and small coal mines, or roadway section, not the normal layout of recove

5、ry of the regional boundary coal face stope support Key words: hydraulic support; fission top-beam; joist;corner coal 目目 錄錄 摘摘 要要.I ABSTRACT .II 緒緒 論論.1 1.1 液壓支架的發(fā)展.1 1.1.1 國外液壓支架的發(fā)展?fàn)顩r.2 1.1.2 國內(nèi)液壓支架研究情況.2 1.2 我國液壓支架研究與應(yīng)用中存在的問題.3 1.3 液壓支架的組成.4 1.4 支架的支護(hù)方式.4 1.5 托梁液壓支架的工作原理.5 1.6 本課題研究的意義.6 第第 2 章章 架

6、型的選擇架型的選擇.7 2.1 支架機(jī)構(gòu)形式的比較分析.7 2.1.1 垛式液壓支架的特點(diǎn).7 2.1.2 四連桿機(jī)構(gòu)液壓支架.7 2.1.3 單擺桿機(jī)構(gòu)液壓支架.8 第第 3 章章 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計總體結(jié)構(gòu)設(shè)計.10 3.1 支架基本參數(shù)的確定.10 3.1.1 支架高度.10 3.1.3 支架間距.10 3.1.4 支架寬度.10 3.1.5 頂梁長度.11 3.1.6 支架工作阻力.12 3.2 頂梁結(jié)構(gòu)設(shè)計.12 3.2.1 頂梁形式的選擇.12 3.2.2 伸縮梁結(jié)構(gòu)設(shè)計.13 3.2.3 托梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計.13 3.2.4 柱窩的設(shè)計.13 3.2.5 擋矸板的設(shè)計.13 3.3 推移千

7、斤頂.13 3.3.1 推移裝置的選型.14 3.3.2 推移千斤頂?shù)拇_定.14 3.4 移架油缸的設(shè)計與計算.15 3.5 伸縮梁油缸的設(shè)計與計算.16 第第 4 章章 頂梁強(qiáng)度校核頂梁強(qiáng)度校核.17 4.1 材料的選擇.17 4.2 頂梁的強(qiáng)度校核.18 4.2.1 集中載荷在兩根立柱中間時校核.18 4.2.2 集中載荷在頂梁兩端時校核.22 第第 5 章章 伸縮梁強(qiáng)度校核伸縮梁強(qiáng)度校核.27 5.1 材料的選擇.27 5.2 伸縮梁的強(qiáng)度校核.28 第第 6 章章 液壓系統(tǒng)的輔助設(shè)計液壓系統(tǒng)的輔助設(shè)計.32 6.1 液壓支架的液壓系統(tǒng)簡介.32 6.1.1 液壓支架傳動系統(tǒng)的基本要求.

8、32 6.1.2 液壓支架傳動系統(tǒng)的原理圖.32 6.1.3 液壓支架液壓系統(tǒng)的管道.33 結(jié)結(jié) 論論 .34 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).35 致致 謝謝 .36 緒 論 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 工作人員的安全和各項作業(yè)的正常進(jìn)行，必須對頂板進(jìn)行支護(hù)。而用于煤礦回采工作面 的支護(hù)設(shè)備，經(jīng)歷了木支柱，金屬磨擦支柱，單體液壓支柱，液壓支架等幾個發(fā)展階段。 目前使用較多的則是液壓支架。 煤礦井下支護(hù)問題始終是困擾煤炭高產(chǎn)高效、安全生產(chǎn)的重要問題。因此以液壓支 架為主要設(shè)備的綜合機(jī)械化開采的誕生和發(fā)展是煤礦生產(chǎn)發(fā)展史上的一次重大革命，不 僅從根本上改善了勞動和

9、安全生產(chǎn)條件，也為采煤產(chǎn)量和效率的迅速提高奠定了基礎(chǔ)， 是煤炭生產(chǎn)面貌徹底改觀。液壓支架是以高壓液體為動力，由若干液壓元件（油缸、閥 件）與一些金屬構(gòu)件組合而成的一種支撐和控制頂板的采煤工作面設(shè)備，具有強(qiáng)度高、 移動速度快、支護(hù)性能好、安全可靠等特性。它能實現(xiàn)支撐、切頂、自移和推溜等工序， 與大功率采煤機(jī)、大運(yùn)量的可彎曲刮板輸送機(jī)組成回采工作面的綜合機(jī)械化設(shè)備。它的 使用能增加采煤工作量的產(chǎn)量、提高勞動生產(chǎn)率、降低成本、減輕工人的體力勞動和保 證生產(chǎn)的安全。因此液壓支架是實現(xiàn)采煤綜合機(jī)械化和自動化不可缺少的主要設(shè)備。 煤礦井下支護(hù)問題始終是困擾煤炭高產(chǎn)高效、安全生產(chǎn)的重要問題。因此以液壓支 架

10、為主要設(shè)備的綜合機(jī)械化開采的誕生和發(fā)展是煤礦生產(chǎn)發(fā)展史上的一次重大革命，不 僅從根本上改善了勞動和安全生產(chǎn)條件，也為采煤產(chǎn)量和效率的迅速提高奠定了基礎(chǔ)， 是煤炭生產(chǎn)面貌徹底改觀。 本次設(shè)計的重點(diǎn)是液壓支架的選型和支架總體設(shè)計及部件結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算、強(qiáng)度校 核，其中液壓支架選型部分主要通 過對目前煤礦廣泛使用的四連桿和單擺桿機(jī)構(gòu)的支架 進(jìn)行分析比較，在吸取了現(xiàn)有許多支架在設(shè)計使用中的經(jīng)驗教訓(xùn)的基礎(chǔ)上,研制了這種新 型分體頂梁液壓支架。設(shè)計計算及強(qiáng)度校核部分是對液壓支架主要部件頂梁、伸縮梁進(jìn) 行計算和強(qiáng)度校核。 1.1 液壓支架的發(fā)展 1.1.1 國外液壓支架的發(fā)展?fàn)顩r 作為煤礦井下綜采工作面支護(hù)的

11、關(guān)鍵設(shè)備的液壓支架，經(jīng)歷了幾個階段的發(fā)展過程。 20 世紀(jì) 50 年代英國研制的垛式支架和法國研制的節(jié)式支架代替了木支架，金屬摩擦 支架，開辟了采煤工作面支護(hù)設(shè)備的技術(shù)革命；50 年代末，為了開采煤層厚度超過 2m 的松散和破碎頂板條件下的褐煤，前蘇聯(lián)開始研制掩護(hù)式液壓支架，并于 1961 年在阿勒 斯科拖舉辦的貿(mào)易展覽會上展出 OMKT 型掩護(hù)式支架。 1964 年，英國國家煤炭局實施液壓支架實驗規(guī)范；1965 年，E.Dobson 等人研制的剛 性底座都促進(jìn)了液壓支架的進(jìn)一步發(fā)展。 60 年代末和 60 年代初，隨著液壓支架在歐洲使用經(jīng)驗的日益增加，支架的結(jié)構(gòu)也發(fā) 生了 巨大的變化。在頂梁

12、、二柱、四柱以及多柱四連桿的液壓支架相繼問世。并且，為 適應(yīng)地底板不平，底座采用分離鉸接式結(jié)構(gòu)；對于松軟底板，為減小底板比壓，采用接 觸面積較大的底座；為防止碎矸竄入采區(qū)，采用了各種放竄矸的掩護(hù)裝置，1974 年，英 國國家煤炭局實施的“高科技采煤工程”推動了液壓支架及采煤設(shè)備的進(jìn)一步發(fā)展。這 項工程要求在選擇工作面綜合采煤設(shè)備時，必須采用新近的設(shè)備和開采工藝，以提高煤 炭產(chǎn)量和改善作業(yè)環(huán)境。 進(jìn)入 70 和 80 年代，液壓支架又有了新的發(fā)展。頂梁不僅實現(xiàn)了“立即前移支護(hù)” ， 而且整個支架安裝了電液控制系統(tǒng)實現(xiàn)了微機(jī)控制與操作。1981 年杜塞爾多夫采礦展覽 會上，展出了液壓連桿式液壓支架

13、和具有液壓調(diào)高機(jī)構(gòu)的掩護(hù)式支架，并研制了采高為 6m 的大采高放頂煤支架；對于堅硬巖設(shè)計了強(qiáng)力液壓支架等。 20 世紀(jì) 80 年代以來，世界主要施工機(jī)械生產(chǎn)商一直積極開發(fā)和應(yīng)用新技術(shù)，致力于 高性能、高可靠性的重型液壓支架的研制。國外液壓支架的主要發(fā)展趨勢是向兩柱掩護(hù) 式和四柱支撐掩護(hù)式架型發(fā)展，架型結(jié)構(gòu)進(jìn)一步完善，設(shè)計方法更先進(jìn)，參數(shù)向高工作 阻力、大中心距發(fā)展。 1.1.2 國內(nèi)液壓支架研究國內(nèi)液壓支架研究情況情況 我國研制液壓支架起步也不算晚。1959 年 10 月，原北京礦業(yè)學(xué)院設(shè)計了三種液壓支 架。1961 年設(shè)計了“本溪-型”支架，并制造出樣機(jī)進(jìn)行井下實驗。1965 年北京煤炭科

14、學(xué)研究院和鄭州煤礦機(jī)械廠協(xié)作制造出仿英支架。1967 年，太原煤炭研究所首次研究出 四組邁步式支架，經(jīng)修改后于 1972 年由鄭州煤礦機(jī)械廠制造，并進(jìn)行井下實驗。1970 年 又為大同礦務(wù)局設(shè)計了 TZ-140 型支架，在此基礎(chǔ)上研制出 TZ-支架，開發(fā)了 TZ- IB、TZ-TZ-、TZ-等型號液壓支架。1973 年，北京煤礦機(jī)械廠生產(chǎn)出第一套 BZZ 垛式支架，并在陽泉礦務(wù)局使用。它是我國液壓支架發(fā)展的起點(diǎn)。此外，有關(guān)院校、研 究機(jī)構(gòu)和制造廠合作，還研制出一批較有成效的液壓支架，如 ZY-3、WKM- 400、BZZB、KD-280 等。這些液壓支架由于受到許多因素的限制，雖然使用效果不佳

15、， 幾乎全部被淘汰，但是為后來研制和開發(fā)更好的架型提供了寶貴的經(jīng)驗。1974 年和 1979 年，我國先后從英國、原聯(lián)邦德國、波蘭三國的五大公司進(jìn)口了 48 套和 100 套綜采設(shè)備。 國外先進(jìn)支架的引進(jìn)，促進(jìn)了國產(chǎn)液壓支架設(shè)計和制造水平的明顯提高。直到 1983 年末， 全國在籍的各種支架共 31990 架。其中國產(chǎn)的 64 套，其性能質(zhì)量和使用效果都是早期支 架所不能比擬的。從 70 年代至今，光煤炭科學(xué)研究總院北京開采所共研制出 30 余種不 同結(jié)構(gòu)形式的液壓支架。包括支撐式、掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式，還有特殊采煤工藝用的液 壓支架，如放頂煤支架，誰砂填充支架及端頭支架等。其中 20 多種支架

16、已經(jīng)通過鑒定， 五種支架獲獎。 總之，我國液壓支架是從 50 年代末開始著手研制的，經(jīng)歷了研制試驗、引進(jìn)、仿制 和改進(jìn)創(chuàng)新等階段，直到現(xiàn)在的獨(dú)立設(shè)計階段。目前，除液壓支架電液控制的和計算機(jī) 輔助設(shè)計與繪圖方面落后于國外，其他方面均達(dá)到國外同期水平 目前，國內(nèi)外支架發(fā)展趨勢是向著高強(qiáng)度，大支架，電液控制，無人開采的方向發(fā) 展。要求尺寸小，重量輕，便于拆裝運(yùn)送，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，適應(yīng)性強(qiáng)，穩(wěn)定性好， 帶有自移功能，整體性比較好。 1.2 我國液壓支架研究與應(yīng)用中存在的問題 國內(nèi)外一些研究開發(fā)機(jī)構(gòu)大都把研究重心放在重型、高強(qiáng)、智能化的液壓支架的研 制上。在我國，條件好、資金雄厚的工作面基本上都采用

17、了大型液壓支架。其它工作面 雖有部分大型液壓支架，但隨著開發(fā)強(qiáng)度加大，工作面條件越來越差，走向長度越來越 短，回采失調(diào)越來越嚴(yán)重。而且在同一工程或同一工作面，用一、二種支架難以適應(yīng)全 部工作面條件，購買繁多的架型投資巨大且技術(shù)、經(jīng)濟(jì)上不一定合理，因此出現(xiàn)了產(chǎn)品 類型與市場需求不相適應(yīng)的矛盾。而在我國中、小工作面在我國總工作面中占有相當(dāng)比 重，其開采技術(shù)水平落后，特別是小型工作面，目前基本上還是以摩擦支柱或單體液壓 支柱加鉸接頂梁的結(jié)構(gòu)形式支護(hù)工作面，直接導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下，安全生產(chǎn)沒有保障。 雖然 20 世紀(jì) 90 年代以來，滑移頂梁支架、懸移頂梁支架等小型簡易自移支架在一些小 型工作面得到了使

18、用，但這些支架均存在頭重腳輕，插底嚴(yán)重，工作穩(wěn)定性差，支撐高 度有限，移架和調(diào)架困難等許多技術(shù)問題。 鑒于上述情況，研究開發(fā)具有良好的整體性、導(dǎo)向性、穩(wěn)定性，防倒、防漏、防插 底、防埋柱，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，重量輕，價格低，移架快，適應(yīng)性強(qiáng)的輕型液壓支 架便成了擺在專業(yè)人士面前的一個突出的現(xiàn)實問題。 1.3 液壓支架的組成 根據(jù)各部件的功能，液壓支架的組成可以歸納為五個部分，如表 1-1 所示： 表表 1-1液壓支架的組成液壓支架的組成 1.4 支架的支護(hù)方式 綜采工作面的主要生產(chǎn)工序有采煤、移架和推溜。3 個工序的不同組合順序，可形成 液壓支架的 3 種支護(hù)方式，從而決定了工作面“三機(jī)”的不

19、同配套關(guān)系。具體的循環(huán)方 式如表 1-2 所示： 序號部件功能舉例 1承載結(jié) 構(gòu)件 承受并傳遞頂板在和作用的結(jié)構(gòu) 件 頂梁、掩護(hù)梁、伸縮梁、底座 2動力油 缸 用液體作為介質(zhì)可以主動產(chǎn)生作 用力、實現(xiàn)各種動作的油缸 立柱、各類千斤頂 3控制元 件 操縱、控制支架各個動力油缸動 作及保證所需工作特性的液壓 （電氣）元部件 操控閥、單向閥、安全閥及管路、 液壓（電控）元件 4輔助裝 置 不直接承受頂板載荷、而實現(xiàn)支 架莫那些動作或功能所必需的裝 置 推移裝置、護(hù)幫裝置、活動側(cè)護(hù)板、 防倒、防滑裝置 5工作液 體 傳遞能量的工作介質(zhì)乳化液 表表 1-2 支架支護(hù)方式支架支護(hù)方式 支護(hù) 方式 循環(huán)方式

20、支護(hù)特點(diǎn)應(yīng)用條件 即時 支護(hù) 割煤-移架-推溜支護(hù)滯后時間短適用于各種頂板條件，應(yīng)用最廣泛 滯后 支護(hù) 割煤-推溜-移架支護(hù)滯后時間較長可用于穩(wěn)定、完整的頂板條件、較 少支架結(jié)構(gòu)緊湊 復(fù)合 支護(hù) 割煤-支架伸出探 梁-推溜-移架 支護(hù)滯后時間短，但是 增加了反復(fù)支撐 可適用于各種頂板條件，但支架操 縱次數(shù)增加，目前應(yīng)用較少 1.5 托梁液壓支架的工作原理 該液壓支架在移架過程中，不僅要可靠的支撐頂板，維護(hù)一定的安全工作空間，而 且要隨工作面的推進(jìn)，進(jìn)行移架和推移輸送機(jī)。因此，支架要實現(xiàn)升、降、推、移四個 基本動作，這些動作是利用泵站供給的高壓液體，通過工作性質(zhì)不同的幾個液壓油缸來 完成的,如圖

21、 1.1 所示： 當(dāng)操縱閥 8 處于升柱位置時，從乳化液泵站來的高壓液體通過操縱閥 8、液控單向閥 6 進(jìn)入立柱 2 的下腔，立柱上腔回液，支架升起，并撐緊頂板。當(dāng)操縱閥 8 處于降柱位置 時，工作液體進(jìn)入立柱的上腔，同時打開夜空單向閥，立柱下腔回液，支架下降。 支架的前移和推移輸送機(jī)是通過操縱閥 7 和圖一千斤頂 4 來進(jìn)行的。移架時，先使 支架卸載下降，再把操縱閥 7 置于移架位置，從乳化液泵站來的高壓液進(jìn)入推移千斤頂 4 的前腔即活塞桿腔，后腔即活塞腔回液。這時，支架以輸送機(jī)為支點(diǎn)前移。移架結(jié)束后， 再把支架升起，使支架撐緊頂板。若將操縱閥 7 置于推溜位置，高壓液進(jìn)入推移千斤頂 后腔即

22、活塞腔，前腔即活塞桿回液，這時輸送機(jī)以支架為支點(diǎn)被推向煤壁。 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-主回液管 1.6 本課題研究的意義 經(jīng)過對比我國的液壓支架和國外液壓支架的現(xiàn)狀可以看出，兩者之間存在著很大的 區(qū)別。國外的支架主要的研究熱點(diǎn)及發(fā)展方向是高強(qiáng)度，自動化。而我國的液壓支架的 發(fā)展方向主要是多品種，高適應(yīng)性。這主要是由我國煤炭的賦存狀況決定的。 我國目前存在大量 3. 55 .5厚煤層,特別是中小礦井,希望有一種結(jié)構(gòu)簡單、輕型、 適應(yīng)能力強(qiáng)的放頂煤液壓

23、支架來開采這類煤層。目前,國內(nèi)用于厚煤層的重型放頂煤液壓 支架技術(shù)趨于成熟,但因其重量大、成本高，并不適合中小煤礦廣泛使用，而輕型低位放 頂煤液壓支架還存在一些普遍的問題，主要表現(xiàn)在采用四連桿機(jī)構(gòu),結(jié)構(gòu)復(fù)雜,后部空間 小,重量較大，承受水平力能力弱;當(dāng)頂梁上部壓力的合力作用點(diǎn)前移至前立柱之前時,則 會使后立柱受拉,而后立柱又是單作用油缸,只能承受壓力,因而后立柱的作用往往失效,致 使頂梁有低頭前傾趨勢;目前,常用放頂煤液壓支架掩護(hù)梁形式易造成較薄頂煤的混矸,而 且安裝于掩護(hù)梁上的長尾梁機(jī)構(gòu)的尾梁兩側(cè)也易混煤混矸;前探梁容易產(chǎn)生伸縮卡阻。 針對上述普遍問題,經(jīng)過大量調(diào)研,在吸取了現(xiàn)有許多支架在設(shè)

24、計使用中的經(jīng)驗教訓(xùn)的基礎(chǔ) 上,研制了新型輕型導(dǎo)向放頂煤液壓支架。在架型設(shè)計上,針對大多數(shù)放頂煤工作面頂板壓 力不大、煤質(zhì)較松軟、要求的工作阻力很小,以及許多中小礦井井筒和巷道運(yùn)輸斷面較小 的特點(diǎn),要求支架結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、體積小、工作可靠,搬運(yùn)靈活的情況,吸收了國內(nèi)外現(xiàn) 有放頂煤液壓支架的優(yōu)點(diǎn),特別是考慮厚煤層的放頂煤開采地質(zhì)、礦壓特點(diǎn),設(shè)計了該輕型 導(dǎo)向放頂煤液壓支架。與同類支架相比,具有強(qiáng)度高,支撐力大,穩(wěn)定性好,抗水平力能力強(qiáng)。 對不同條件適用性強(qiáng),特別適用于中小礦井厚煤層的放頂煤開采。 這種輕型導(dǎo)向放頂煤液壓支架是專門為中小煤礦開發(fā)設(shè)計的一種支護(hù)產(chǎn)品，它打了 傳統(tǒng)支架的設(shè)計理念，采用分

25、體頂梁來代替整體頂梁，減輕了重量，結(jié)構(gòu)更加緊湊；為 中小礦井機(jī)采放頂煤工作面支護(hù)提供了一個很好的選擇。 第 2 章 架型的選擇 2.1 支架機(jī)構(gòu)形式的比較分析 液壓支架主要的機(jī)構(gòu)形式有三種，即垛式支架，四連桿機(jī)構(gòu)液壓支架，和單擺桿機(jī) 構(gòu)液壓支架?，F(xiàn)分別介紹幾種形式液壓支架的特點(diǎn)。 2.1.1 垛式液壓支架的特點(diǎn) 垛式液壓支架式支撐式液壓支架的一種。支撐式液壓支架是在一個底座上放置幾根 立柱支撐頂梁，并通過頂梁支撐頂板這樣簡單的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。 垛式支架的優(yōu)點(diǎn)是：垂直支撐的立柱數(shù)量多，支架的工作阻力大；多數(shù)立柱位于支 架后部，切頂性能好，工作空間大，易滿足通風(fēng)和行人的要求，重量輕，價格便宜

26、。 其缺點(diǎn)是：頂梁較長，移架時空頂面積較大；同一段頂梁受到的垂直支撐的次數(shù)較 多，不利于頂板的管理，擋矸簾的強(qiáng)度低，頂板碎矸還可以從架間落入工作空間，防矸 能力弱。所以垛式支架應(yīng)在直接頂穩(wěn)定或堅硬的煤層中使用。 由此可見，垛式液壓支架雖然有很多的優(yōu)點(diǎn)，但卻存在它的弊端，并不是我們理想 的架型。 2.1.2 四連桿機(jī)構(gòu)液壓支架 這種液壓支架是目前使用最多的液壓支架。不論是支撐式還是掩護(hù)式液壓支架都一 般都用到了這種機(jī)構(gòu)。四連桿機(jī)構(gòu)使頂板對頂梁的水平載荷由掩護(hù)梁傳遞給兩個連桿， 立柱不承受橫向力，因此不易產(chǎn)生彎曲現(xiàn)象。因此，要求連桿要有足夠的強(qiáng)度。四連桿 機(jī)構(gòu)主要有兩種形式，一種是前后連桿都為單連

27、桿；另一種是后連桿為整體鑄造件或焊 接件，前連桿為左右分置的單連桿鑄鋼件或焊接件，這樣可增大支架的有效利用空間。 四連桿機(jī)構(gòu)液壓支架的機(jī)構(gòu)簡圖如圖 2.1 所示： 圖 2.1 四連桿式液壓支架機(jī)構(gòu)簡圖 這種機(jī)構(gòu)使支架在升降的過程中，頂梁前端的軌跡為一條雙紐線。雙紐線支架的兩 個連桿雖然增加了支架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，但也因要抵抗頂板的水平運(yùn)動大大增加了對支架 承載機(jī)構(gòu)件的作用力，結(jié)構(gòu)使構(gòu)件斷面增大，重量增加。而掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架的 進(jìn)一步發(fā)展方向之一是尋求減輕支架重量的途徑。因此，這種機(jī)構(gòu)雖然廣泛使用，但仍 舊不是我們理想的一種架型。 2.1.3 單擺桿機(jī)構(gòu)液壓支架 這種支架是由四連桿機(jī)構(gòu)液壓支架

28、演化而成的一種支架機(jī)構(gòu)形式。 它用一個單擺桿機(jī)構(gòu)代替了傳統(tǒng)的四連桿機(jī)構(gòu)，從而使支架在升降的過程中頂梁前 端的軌跡由雙扭線變成了一條圓弧線。我們可以通過增加擺桿長度的方法來使軌跡更加 接近垂直直線。但是與四連桿機(jī)構(gòu)類似，不論我們怎樣進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，仍舊無法使頂梁 前端的軌跡真正變成一條垂直直線。也就無法去除頂梁所受的橫向摩擦力。 由以上的分析可知，傳統(tǒng)的機(jī)構(gòu)形式總是存在其弊端，我們努力尋求一種機(jī)構(gòu)形式 是頂梁升降時的軌跡為一條垂直直線。 圖 2.2 分體頂梁液壓支架機(jī)構(gòu)示意圖 因此我們通過機(jī)構(gòu)形式的演化，找到了一種垂直導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。這種機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是，真 正使支架升降時頂梁前端的軌跡成為了一條垂直直線，

29、使支架不再受到頂板摩擦力的作 用。改善了支架的受力狀況，減小可承載件的斷面面積，從而減輕了支架的重量。這種 分體頂梁液壓支架的機(jī)構(gòu)示意圖如圖 2.2 所示。 通過上述分析知，這幾種架型形式都不是我們理想的選擇，我們要求的機(jī)構(gòu)形式是 頂梁上下運(yùn)動時的軌跡為變化的。因此我們通過各種架型形式的演化，研究了這種分體 頂梁液壓支架。這種架型的特點(diǎn)是：采用托梁滑塊機(jī)構(gòu)和推移機(jī)構(gòu)，克服了單擺桿機(jī)構(gòu) 和四連桿機(jī)構(gòu)支架在支護(hù)高度發(fā)生變化時，由于內(nèi)力大而造成的支架易損壞的潛在因素， 真正成為支架升降導(dǎo)向，并承擔(dān)支架外部的縱向水平力。該架型穩(wěn)定性好，重量輕，工 作面過人空間大，結(jié)構(gòu)緊湊，支護(hù)強(qiáng)度大。所以，在理論上分

30、析可以得出，滑塊機(jī)構(gòu)和 推移是對分體頂梁液壓支架的一個很好的演化形式。 第 3 章 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 3.1 支架基本參數(shù)的確定 3.1.1 支架高度 支架的高度由工作面的厚度及地質(zhì)條件的變化等因素決定，考慮通風(fēng)、運(yùn)輸、行人 的要求以及一定的富余系數(shù)，確定支架的最低高度，最高支護(hù)高度 min 1.6Hm 。3.1.2 支架伸縮比 mH8 . 2 max 支架的伸縮比是指最大和最小支架高度之比值，即： 75 . 1 6 . 1 8 . 2 min max H H m 3.1.3 支架間距 所謂支架間距，就是相鄰兩支架中心線間的距離。 確定支架中心距時，應(yīng)考慮到下列幾個方面的因素： （1）頂板允許暴露

31、的面積。 （2）運(yùn)輸機(jī)溜槽的長度。支架中心距一般等于工作面一節(jié)溜槽長度，以便配套。目 前國內(nèi)外液壓支架中心距大部分采用 1.5m。大采高支架為提高穩(wěn)定性中心距可采用 1.75m，輕型支架中心距可采用 1.25m； （3）支架的穩(wěn)定性。一般支架中心距大，支架穩(wěn)定性好。 分體頂梁液壓支架是適用于中小地下工作面，屬輕型支架，因此確定中心距為 。mmbc1020 3.1.4 支架寬度 支架寬度是指頂梁的最小和最大寬度。寬度的確定應(yīng)考慮支架的運(yùn)輸、安裝和調(diào)架 要求。支架頂梁一般裝有活動側(cè)護(hù)板，側(cè)護(hù)板行程一般為 170200mm。當(dāng)支架中心距為 1.5m 時，最小寬度一般取 14001430mm，最大寬度

32、一般取 15701600mm。當(dāng)支架中心 距為 1.75m 時，最小寬度一般取 16501680mm，最大寬度一般取 18501880mm。當(dāng)支 架中心距為 1.25m 時，如果頂梁帶有活動側(cè)護(hù)板，則最小寬度取 1150l 180 mm最大 寬度取 13201350mm；如果頂梁不帶活動側(cè)護(hù)板，則寬度一般取 1150l 200mm。 分體頂梁液壓支架的頂梁采用 2 個相互獨(dú)立的小面積窄梁，為了提高支架的穩(wěn)定性， 各頂梁之間通過連接機(jī)構(gòu)相連，綜合考慮支架的中心距、每個頂梁受力的合理性以及減 少架間空隙，確定支架的寬度為。mmBm980 3.1.5 頂梁長度 頂梁是支護(hù)頂板的直接承載部件，其長度取

33、決于必要的作業(yè)空間和通風(fēng)斷面要求， 還與支護(hù)方式有關(guān)。如圖 3-1 所示，頂梁長度由三部分尺寸組成，即：L=b+n+u 圖 3.1 液壓支架尺寸關(guān)系 式中 頂梁前部尺寸； b 頂梁上前、后排立柱柱窩之間的距離為 1000mm； n 頂梁上后柱窩中心到鉸接點(diǎn)的距離，取 400mm。 u 頂梁前部尺寸為： b=a+c+d+e e前柱窩中心到推溜油缸與運(yùn)輸機(jī)鉸接點(diǎn)的距離，一般為 250300 mm,取 300mm； 為推溜油缸鉸接點(diǎn)到運(yùn)輸機(jī)底部端面的距離，取 d=250mm； d 電線槽的寬度取 a=250mm； a 支架的最低高度，1600mm； H 運(yùn)輸機(jī)的寬度為 630mm。 c 故頂梁前部尺

34、寸：mm1430250630300250b 所以頂梁的長度為：mm283040010001430unbL 由此確定分體頂梁液壓支架的頂梁長度為 2830mm。 3.1.6 支架工作阻力 支架的工作阻力定為 2400kN，采用 4 柱支撐，因此每根立柱的工作阻力為 。KNF60042400 1 3.2 頂梁結(jié)構(gòu)設(shè)計 3.2.1 頂梁形式的選擇 支架常用的頂梁形式有兩種：整體頂梁和鉸接頂梁18。 整體頂梁特點(diǎn)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(qiáng)；前端支撐 力較大；可設(shè)置全長側(cè)護(hù)板，有利于提高頂板覆蓋率，改善支護(hù)效果，減少架間漏矸。 為改善接頂效果和補(bǔ)償焊接變形，整體頂梁前端 8001

35、000mm 處一般上翹 13 度。 鉸接頂梁由前后兩段組成，前段稱為前梁，后段為主梁，一般簡稱頂梁。鉸接式頂 梁在前梁千斤頂?shù)耐评?，前梁可以上下擺動，對不平頂板的適應(yīng)性強(qiáng)。運(yùn)輸時可以將 前梁放下與頂梁垂直，以減小運(yùn)輸尺寸，但前梁千斤頂必須有足夠的支撐能力和連接強(qiáng) 度，前梁上不宜設(shè)置側(cè)護(hù)板。為順利移架，前梁一般要留有 100150mm 間隙，從而增 加了破碎頂板漏矸的可能性。 本課題所設(shè)計的分體頂梁液壓支架屬于輕型支架，適用于中小型工作面，因此頂梁 應(yīng)選擇結(jié)構(gòu)簡單、成本低的整體頂梁。 頂梁一般是用鋼板焊接而成的箱式結(jié)構(gòu)，又分為單腔室和多腔室兩種。本次設(shè)計的 分體頂梁液壓支架由于頂梁為窄長型，并

36、設(shè)置有外伸縮式伸縮梁，考慮梁體內(nèi)需要安裝 伸縮千斤頂，因此頂梁選用單腔式的整體頂梁形式，其結(jié)構(gòu)形式如圖 3-2 所示， （a）為頂 梁的結(jié)構(gòu)形式， （b）為頂梁在柱窩處的斷面圖。 圖 3.2 頂梁結(jié)構(gòu)(a) (b) 3.2.2 伸縮梁結(jié)構(gòu)設(shè)計 根據(jù)頂梁與煤壁的距離，伸縮梁的伸縮長度為 650mm，總長 1040mm.伸縮梁外置， 根據(jù)頂梁尺寸，伸縮梁的高度為 315mm,寬度 500 mm，為增加伸縮梁與頂梁的接觸面積， 在伸縮梁兩個側(cè)板底部焊接厚度為 12 mm，寬度為 70 mm 的鋼板。 3.2.3 托梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計 （1）托梁是由六塊封閉的鋼板焊接而成的，每塊鋼板的厚度 12mm，根據(jù)頂

37、梁的寬 度取托梁的寬度為 980mm，寬度為 150mm，高度 160mm。 （2 托梁連接套是由四塊厚度為 15mm 的鋼板焊接而成的，考慮到連接套與 托梁的 間隙取連接套的橫向?qū)挾葹?184mm，軸向?qū)挾?184mm，高度為 194mm。連接套與托梁之 間用銷軸固定。 3、托梁連接桿是連接頂梁托梁的重要部件，它是由六塊封閉的鋼板焊接而成的，取 每塊鋼板的厚度為 10mm，頂梁上兩托梁中心的距離是 1000mm，故取托梁連接桿的長度 為 1170mm，寬度為 180mm，高度是 50mm。連接桿與托梁之間用銷軸固定。 3.2.4 柱窩的設(shè)計 1、前柱窩是固定焊接在頂梁上的，柱窩中心距離前梁端

38、面 400mm，柱窩的高度取 37mm，直徑 94mm，柱窩耳板的高度是 83mm，寬度 56mm，厚度 18mm。柱窩一側(cè)由兩 塊厚度 12mm 的筋板焊接加強(qiáng)。 2、后柱窩中心距離前柱窩中心 1000mm，有螺母與頂梁連接、柱窩一側(cè)由厚度為 12mm 的筋板加強(qiáng)。 3.2.5 擋矸板的設(shè)計 擋矸板是由鋼板焊接而成的主板每塊鋼板的厚度是 12mm，擋矸板的高度是 800mm，寬度是 450mm，側(cè)板的寬度是 150mm，加強(qiáng)筋鋼板的厚度是 12mm，擋矸板由 銷軸連接在頂梁上。 3.3 推移千斤頂 3.3.1 推移裝置的選型 推移裝置由推移千斤頂和推移桿組成。推移桿為焊接結(jié)構(gòu),具有足夠的強(qiáng)度

39、和剛度。 其推移裝置可使支架及輸送機(jī)產(chǎn)生相互導(dǎo)向的防滑功能。 支撐掩護(hù)式支架所需的移架力不僅應(yīng)克服底板的摩擦力，還應(yīng)克服兩旁相鄰支架的 摩擦力以及由于移架時立柱的剩余載荷引起的頂板對支架的摩擦力 ，所以它需要的移架 力要比支撐式支架大得多。為獲得較大的移架力，掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架的推移裝置 常增加一個推移框架，以便利用推移千斤頂?shù)耐屏σ萍埽ν屏铩?1.長框架推移裝置 支架撐緊頂板時，液壓控制使推移千斤頂活塞桿縮回，推移千斤頂?shù)睦?jīng)導(dǎo)向塊 變?yōu)閷髁蚣艿耐屏Χ堰\(yùn)輸機(jī)推向煤壁。支架卸載后，液壓控制使推移千斤頂活塞 桿伸出，此時運(yùn)輸機(jī)不動，導(dǎo)向塊成為固定支點(diǎn)，推移千斤頂?shù)耐屏Π阎Ъ芤浦列?/p>

40、的工 作位置，這時傳力框架承受拉力。 長框架推移裝置的缺點(diǎn)是傳力框架較長，桿端面小，因而剛度不易保證，容易發(fā)生 彎曲變形。 2.短框架推移裝置 短框架推移裝置與長框架推移裝置工作原理形同 無論是長框架還是短框架推移裝置，都可以把推移千斤頂設(shè)計成傾斜裝置，前高后 低。這樣，移架時，推移千斤頂將對支架底座前端作用一個向上分力，避免移架是底座 前端扎底，有利于移架動作的順利完成。 在這里采用長框架推移裝置。 推桿采用 16Mn 鋼板焊接而成，主要由主筋板，大耳座、小耳座、加強(qiáng)筋板組成，長 1100，寬 295。 3.3.2 推移千斤頂?shù)拇_定 (1)框架式推移千斤頂缸體內(nèi)徑： 75.2mm 40 b

41、移 P F Dt F:推移千斤頂?shù)囊萍芰?，在薄煤層?100-150KN；中厚煤層中 150-250KN；厚煤層中 300-400KN;本設(shè)計煤層屬中厚煤層,考慮到本設(shè)計支架為輕型液壓支架，取 140KN； ：工作壓強(qiáng)取 31.5 MPa. b P 根據(jù)以上參數(shù)缸徑選取 80 mm；桿徑取 50 mm；泵壓取 32.6；推力取 157 KN； a MP 拉力 100 KN。 推移步距為 650 mm，推移千斤頂?shù)男谐踢x 800 mm. （2）缸壁厚度 ，取 11 mm 10.7 2.3 pD mm p （3）缸底厚度 p 0.433D18 mm （4）最小導(dǎo)向長度 H ，最小導(dǎo)向桿取 80 m

42、m.77.5 202 LD Hmm （5）活塞寬度：活塞的寬度取缸徑的倍，取 70mm.0.6 1.0 3.4 移架油缸的設(shè)計與計算 (1) 移架油缸缸體內(nèi)徑： mm pb t F D .362 40 / 移 本設(shè)計煤層屬中厚煤層,考慮到本設(shè)計支架為輕型液壓支架，根據(jù)綜合考慮，取 F移 109KN； ：工作壓強(qiáng)取 31.5 MPa. b P 根據(jù)以上參數(shù)缸徑選取 63 mm；桿徑取 45 mm；泵壓取 32.6；推力取 109KN； a MP 拉力 69KN。 推移步距為 650 mm. （2）缸壁厚度 ，取 14 mm mm 9 . 13 p 3 . 2 p D （3）缸底厚度 p 0.43

43、3D18 mm （4）最小導(dǎo)向長度 H ，最小導(dǎo)向桿取 65 mm.mm DL H64 220 （5）活塞寬度 活塞的寬度取缸徑的倍，取 60mm.0.6 1.0 3.5 伸縮梁油缸的設(shè)計與計算 (1) 前伸梁油缸缸體內(nèi)徑： mm pb t F D 7.050 40 / 移 本設(shè)計煤層屬中厚煤層,考慮到本設(shè)計支架為輕型液壓支架，根據(jù)綜合考慮，取 F移 62KN； ：工作壓強(qiáng)取 31.5 MPa. b P 根據(jù)以上參數(shù)缸徑選取 63 mm；桿徑取 45 mm；泵壓取 32.6；推力取 62KN；拉 a MP 力 30.5KN。 推移步距為 650 mm. （2）缸壁厚度 ，取 14 mm mm

44、9 . 13 p 3 . 2 p D （3）缸底厚度 p 0.433D18 mm （4）最小導(dǎo)向長度 H ，最小導(dǎo)向桿取 65 mm.mm DL H64 220 （5）活塞寬度 活塞的寬度取缸徑的倍，取 60mm0.6 1.0 第 4 章 頂梁強(qiáng)度校核 4.1 材料的選擇 在液壓支架的研制，試驗過程中，各構(gòu)件的強(qiáng)度計算是極為必要的。由于液壓支架 的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，外載荷特點(diǎn)以及使用條件的特殊性，在強(qiáng)度計算中的強(qiáng)度條件也有其特殊 性。當(dāng)然強(qiáng)度條件要以現(xiàn)階段液壓支架所選用的材料、制造工藝以及失效形式等為依據(jù)， 隨著時間的推移，如果上述諸點(diǎn)有變，強(qiáng)度條件也必須作相應(yīng)的調(diào)整。 我國液壓支架強(qiáng)度計算中的強(qiáng)度條

45、件： (1)強(qiáng)度校核均以材料的屈服極限計算安全系數(shù)。 s (2)結(jié)構(gòu)件、銷軸、活塞桿的屈服極限及強(qiáng)度條件。 各構(gòu)件通常采用 16Mn 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 1 345MPa。 s 主要銷軸均采用 40Cr 等合金結(jié)構(gòu)鋼取屈服極限785Mpa。 2 s 活塞桿均采用 45 號鋼，取屈服極限367.2MPa。 3 s 結(jié)構(gòu)件、銷軸和活塞桿的強(qiáng)度條件為： 4 nn s max 式中危險斷面計算出的最大應(yīng)力，MPa， max 許用安全系數(shù) n (3)缸體材料采用 27SiMn 無縫鋼管，取抗拉強(qiáng)度1020MPa，強(qiáng)度條件為： b nn b 式中缸體許用應(yīng)力，MPa 許

46、用安全系數(shù)，取 3.54 n 焊條抗拉強(qiáng)度取561Mpa，其強(qiáng)度條件： 1 b nn b 式中 計算出的焊縫許用應(yīng)力 按焊條類型確定 b 許用擠壓應(yīng)力按下式計算： 2 sc 75. 0 (4)安全系數(shù)，如表 4.1 表表 4.1 安全系數(shù)表安全系數(shù)表 安全 系數(shù) 前梁頂梁主要 軸 缸體焊縫活塞 桿 n1.11.11.33.343.34 1.4 4.2 頂梁的強(qiáng)度校核 頂梁受力有兩種，按集中載荷在兩根立柱中間和在頂梁兩端兩種情況，理論支護(hù)阻 力在頂梁的最危險斷面處，對頂梁進(jìn)行強(qiáng)度校核。 4.2.1 集中載荷在兩根立柱中間時校核 由中華人民共和國煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MT 312-2000 中實驗的規(guī)定加載

47、。加載方式如 圖 4.1 所示： 圖 4.1 頂梁中部集中載荷實驗加載方式示意圖 圖中，剖面線部分為頂梁中部所加的鋼條，也就是作用力的位置。鋼條所在的位置 為，兩柱窩中點(diǎn)。 現(xiàn)將此實驗中頂梁的受力模型列于圖 4.1 中： 圖 4.2 頂梁的受力圖、剪力圖和彎矩圖示意圖 1.畫出頂梁結(jié)構(gòu)簡圖、受力圖、剪力圖和彎矩圖 對各個點(diǎn)左右的剪力計算如下： F1=1200KN，由受力平衡得 L1=L2=500mm F2=F3=600KN 從左向右取矩 1 點(diǎn)：=0 M1左M1右 2 點(diǎn)：=F2L2=600500=KNmm M2左 =F3L3=600500=KNmm M2右 3 點(diǎn)：=0 3M左M3右 =KN

48、mm maxM 2.按彎曲應(yīng)力計算進(jìn)行強(qiáng)度校核 由計算得知，按彎壓聯(lián)合計算，不如按最大彎曲應(yīng)力計算應(yīng)力大。為了安全，在兩 柱窩中心截面，采用最大彎曲應(yīng)力進(jìn)行校核。 計算截面面積 F 及截面形心至兩柱窩中心面的距離 y 取全部鋼板的厚度為 12mm 首先對每塊鋼板編號，把位置狀態(tài)相同和截面積相同的鋼板編成一個號，然后計算 截面面積最后計算截面形心距即： i F i y 圖 4.3 頂梁截面圖 =L1= 12470=5640mm2 =6 mm 1 F 1 y 2 =2L2=2（300-12）12=6912 mm2 =+=12+=156 mm 2 F 2 y 2 2 L 2 288 =2L3=2（3

49、00-24）12=6614 mm2 =+ =12+=150 mm 3 F 3 y 2 3 L 2 276 =L42=80212=2560 mm2 =L3+=294 mm 4 F 4 y 2 mm FFFF yFyFyFyF F yF y i ii 5 . 131 2560662469125640 29425601506624156691265640 4321 44332211 每個零件中心到截面形心的距離： =_=131.5-6=125.5 mm 1a y 1 y =_ =131.5-156=-24.5 mm 2a y 2 y =_ =131.5-150=-18.5 mm 3a y 3 y m

50、myya 5 . 162294 5 . 131 44 矩形截面的慣性矩為： 12 3 bh Jzc 式中 b截面寬度 h截面高度 計算每個零件的對截面形心的慣性矩 zi J 4 888990905640125.5 12 12470 12 2 3 1 2 1 3 1 1 mmFa L Jz 42 3 2 2 2 3 2 2 42318729126.5)42( 12 122882 12 2 mmFa L Jz 4 234655266245 . 81- 12 122762 12 2 2 3 3 2 3 3 3 3 mmFa L Jz ）（ 4 3 4 2 4 3 4 4 67623040256016

51、2.5- 12 12802 12 2 mmFa L Jz ）（ + 123ZZZZ JJJJ 4z J =+ = 4 mm 計算彎曲應(yīng)力和安全系數(shù) .8Mpa46 294 1361000554 10300000 ) 2 ( 3 3 max max max max L J M y J M zz 安全系數(shù)： 1 . 16.45 .864 345 max s n 滿足 n max s n 所以危險截面是安全的。 3.校核截面的剪切強(qiáng)度： 在截面兩柱窩中心截面的剪力最大，且腹板采用鋼板焊接，故需要校核，現(xiàn)對中性 軸處剪切力進(jìn)行校核，即： max0 max 0z QS J b 最大剪力 max Q 截面

52、沿中性軸的總寬度 0 bmmb242 0 截面中心軸之上各塊面積對中性軸靜矩 0 S mmyyFyFSS ii i 1170)( ii0 0 0max max bJ SQ z Mpa 4 . 18 241631000554 117010600 6 安全系數(shù)： 1 . 1 3 . 10 4 . 18 34555 . 0 55 . 0 maxmax n J n s 所以截面強(qiáng)度合格。 4.2.2 集中載荷在頂梁兩端時校核 1、集中載荷的分布如圖 4.4 所示： 圖 4.4 兩端集中載荷加載示意圖 其中剖面線部分為兩塊鋼條,既集中載荷的作用點(diǎn). 畫出頂梁結(jié)構(gòu)簡圖、受力圖、剪力圖和彎矩圖，如圖 4.5

53、 所示： 圖 4.5 集中載荷在兩端時的頂梁受力圖 計算剪力和彎矩： 已知： F1=F4=600KN L1=2830mm L2=1430mm L3=1000mm L4=400mm 根據(jù)對 2 點(diǎn)的矩平衡： =0 2 M 即: F1L2+F3L3-F4(L3+L4)=0 代入數(shù)據(jù)：6001430+ F31000-6001400 =0 計算得： F3=-18KN 根據(jù)對 4 點(diǎn)的矩平衡：=0 3 M 即: F1(L2+L3)-F2L3-F4L4=0 代入數(shù)據(jù) 6002430- F21000-600400=0 計算得： F2=1218KN 計算各段的彎矩： 1-2 段： xxFxM600)( 1 1

54、430, 0(x 2-3 段: xxxFLxFxM600)1430(1218)()( 122 2430,1430(x 3-4 段： )2430(600)(-)( 234 xLLxFxM2480,2430(x 所以 mmKNM.8580001430600 max 2.按彎曲應(yīng)力計算進(jìn)行強(qiáng)度校核 由計算得知，按彎壓聯(lián)合計算，不如按最大彎曲應(yīng)力計算應(yīng)力大。為了安全，在 2-2 截面，采用最大彎曲應(yīng)力進(jìn)行校核。 計算截面面積 F 及截面形心至 2-2 面的距離 y 全部鋼板的厚度為 12mm 首先對每塊鋼板編號，把位置狀態(tài)相同和截面積相同的鋼板編成一個號（圖 4.6） ， 然后計算截面面積最后計算截面

55、形心距即： i F i y 圖 4.6 頂梁截面圖 =L1= 12470=5640mm2 =6 mm 1 F 1 y 2 =2L2=2（300-12）12=6912 mm2 =+=12+=156 mm 2 F 2 y 2 2 L 2 288 =2L3=2（300-24）12=6614 mm2 =+ =12+=150 mm 3 F 3 y 2 3 L 2 276 =L42=80212=2560 mm2 =L3+=294 mm 4 F 4 y 2 mm FFFF yFyFyFyF F yF y i ii 5 . 131 2560662469125640 2942560150662415669126

56、5640 4321 44332211 每個零件中心到截面形心的距離： mmyya 5 . 1256 5 . 131 11 mmyya 5 . 24156 5 . 131 22 mmyya 5 . 18150 5 . 131 33 mmyya 5 . 162294 5 . 131 44 矩形截面的慣性矩為： 12 3 bh Jzc 式中 b截面寬度 h截面高度 計算每個零件的對截面形心的慣性矩 zi J 4 888990905640125.5 12 12470 12 2 3 11 3 1 1 mmFa L Jz 42 3 22 3 2 2 42318729126.5)42( 12 122882

57、12 2 mmFa L Jz 4 234655266245 . 81- 12 122762 12 2 2 3 33 3 3 3 mmFa L Jz ）（ 4 3 44 3 4 4 676230402560162.5- 12 12802 12 2 mmFa L Jz ）（ + 123ZZZZ JJJJ 4z J =+= 4 mm 計算彎曲應(yīng)力和安全系數(shù) Mpa4.3185 294 1361000554 10858000 ) 2 ( 3 3 max max max max L J M y J M zz 安全系數(shù)： 1 . 11.91 4.3185 345 max s n 滿足 n max s n

58、所以危險截面是安全的。 第 5 章 伸縮梁強(qiáng)度校核 5.1 材料的選擇 伸縮梁是液壓支架中提前支護(hù)部件，在液壓支架的研制，試驗過程中，伸縮梁的強(qiáng) 度計算是極為必要的。由于伸縮梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，外載荷特點(diǎn)以及使用條件的特殊性，在 強(qiáng)度計算中的強(qiáng)度條件也有其特殊性。當(dāng)然強(qiáng)度條件要以現(xiàn)階段液壓支架所選用的材料、 制造工藝以及失效形式等為依據(jù)，隨著時間的推移，如果上述諸點(diǎn)有變，強(qiáng)度條件也必 須作相應(yīng)的調(diào)整。 我國液壓支架強(qiáng)度計算中的強(qiáng)度條件： 1.強(qiáng)度校核均以材料的屈服極限計算安全系數(shù)。 s 2.結(jié)構(gòu)件、銷軸、活塞桿的屈服極限及強(qiáng)度條件。 各構(gòu)件通常采用 16Mn 等普通低合金結(jié)構(gòu)鋼，并由具有標(biāo)準(zhǔn)厚度的鋼

59、板焊接而成， 1 取345MPa。 s 主要銷軸均采用 40Cr 等合金結(jié)構(gòu)鋼取屈服極限785Mpa。 2 s 活塞桿均采用 45 號鋼，取屈服極限367.2MPa。 3 s 結(jié)構(gòu)件、銷軸和活塞桿的強(qiáng)度條件為： 4 nn s max 式中危險斷面計算出的最大應(yīng)力，MPa， max 許用安全系數(shù) n 3.缸體材料采用 27SiMn 無縫鋼管，取抗拉強(qiáng)度1020MPa，強(qiáng)度條件為： b nn b 式中缸體許用應(yīng)力，MPa 許用安全系數(shù)，取 3.54 n 4.焊條抗拉強(qiáng)度取561Mpa，其強(qiáng)度條件： b nn b 式中 計算出的焊縫許用應(yīng)力 按焊條類型確定 b 5.許用擠壓應(yīng)力按下式計算： sc 7

60、5 . 0 5.2 伸縮梁的強(qiáng)度校核 按理論支護(hù)阻力在伸縮梁的最危險斷面處，對頂梁進(jìn)行強(qiáng)度校核。 因為伸縮梁是插在頂梁里面的，活動自由受到很大限制，因此我們可以把伸縮梁建 立一個簡支梁的模型，同樣的，我們也可以把伸縮梁的集中載荷分布在其端點(diǎn)，如果這 樣就能合格的話，那么不管集中載荷在伸縮梁的任何位置，還是均布載荷，其強(qiáng)度都能 達(dá)到要求。 畫出伸縮梁的剪力圖和彎矩圖如圖 5.1： 圖 5.1 伸縮梁受力圖 從右向左取，向上為負(fù)，向下為正。對個點(diǎn)左右的剪力計算如下： Sxc FqF 其中： 2 x /34.522mKNq 2 325 . 0 5 . 065 . 0 mFc KNFc 8 . 169