液壓支架放頂煤液壓支架的設(shè)計(jì)

PAGE86-摘要采煤綜合機(jī)械化，是加速我國(guó)煤炭工業(yè)發(fā)展，大幅度提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，實(shí)現(xiàn)煤炭工業(yè)現(xiàn)代化的一項(xiàng)戰(zhàn)略措施。綜合機(jī)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(dòng)，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(jī)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(gè)基本部分組成：頂梁，掩護(hù)梁，四連桿機(jī)構(gòu)，側(cè)護(hù)板，底座，立柱和千斤頂?shù)?。設(shè)計(jì)要遵循支護(hù)性能好、強(qiáng)度高、移架速度快、安全可靠等原則。在這次放頂煤液壓支架的設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要以底座、主頂梁、尾梁和立柱等結(jié)構(gòu)件的機(jī)械部分設(shè)計(jì)為重點(diǎn)，用普通設(shè)計(jì)步驟設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)尺寸，再用Solidworks初繪總體架型檢查配合尺寸，然后轉(zhuǎn)化為CAD并修改細(xì)節(jié)，最后對(duì)主要構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度校核，并用有限元分析部分構(gòu)件。

關(guān)鍵詞：放頂煤液壓支架；頂梁；四連桿機(jī)構(gòu)；有限元AbstractThecomprehensivemechanizationofcoalminingistheaccelerationcoalindustrialdevelopmentofourcountry,raiseslaborproductivitysubstantially,realizesthemodernastrategicmeasureofcoalindustry.Synthesizemechanizationnotonlyoutputbig,efficiencyhaslowcosthighandcanalleviateheavyphysicallaborandimprovementschoolworkenvironment,isthetechnologyofcoalindustrydevelopdirection.Hydraulicsupportistheoneofcomprehensivemostimportantequipmentinthemechanizationmethodofcoalmining.Hydraulicsupportmajorfromsomefollowingbasicallypartialcompositions:Topbeam,screensbeamand4linkagemechanisms,sidefenderandbase,prop.Designtofollowprotectperformancegood,strengthisspeedhigh,moverapid,safelyreliableetc.principle.Inthisdesignprocessofcavinghydraulicsupport,mainlyinsupportofthebase,thetopbeam,thebeamandthecolumnstructureoftheendofthemechanicalpartofthedesignfocus,withthegeneraldesignproceduretodesigntheoverallbodysize.TheoverallstructureoftheinitialdrawingwithSolidworkstocheckwiththesize,andthentransformedintoandmodifythedetailsofthepartoftheCAD,atlastmajorcomponentofthestrengthcheck,andsomeelementsoftheFEManalysis.Keyword：cavinghydraulicsupport；Crestbeam；4linkagemechanisms；FEM目錄第1章放頂煤液壓支架概論11.1放頂煤液壓支架發(fā)展歷史11.2液壓支架的應(yīng)用和意義31.3低位放頂煤液壓支架的組成41.4液壓支架的工作原理71.5小結(jié)12第2章液壓支架整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)132.1支架主要尺寸的確定132.2支架四連桿機(jī)構(gòu)的確定152.3四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)172.4頂梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)212.5掩護(hù)梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)272.6底座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)282.7立柱的確定302.8千斤頂?shù)倪x擇332.9小結(jié)35第3章液壓支架的受力分析363.1頂梁受力分析363.2掩護(hù)梁受力分析403.3底座受力分析423.4小結(jié)43第4章液壓支架強(qiáng)度校核444.1材料的選擇444.2頂梁的強(qiáng)度校核464.3底座的強(qiáng)度校核504.4前后連桿的校核524.5小結(jié)53第5章液壓支架液壓系統(tǒng)分析545.1液壓支架的液壓系統(tǒng)的簡(jiǎn)介545.2液壓支架的液壓系統(tǒng)擬定565.3小結(jié)60第6章結(jié)論61參考文獻(xiàn)62致謝63附錄64第1章放頂煤液壓支架概論支架的作用不僅是支護(hù)頂板、保證安全，而且要有效的控制頂板、提高效率。綜放工作面的產(chǎn)量不僅取決于煤層、采運(yùn)設(shè)備、綜放支架，而且還取決于知己控制頂板、頂煤的能力和效果。放頂煤液壓支架是綜合機(jī)械化放頂煤開(kāi)采最重要的機(jī)械設(shè)備。它的發(fā)明和應(yīng)用，使放頂煤開(kāi)采技術(shù)從高落式進(jìn)入一個(gè)全面機(jī)械化的新的發(fā)展階段。放頂煤工作面由液壓支架實(shí)現(xiàn)可靠、快速地支護(hù)和放煤，采用采煤機(jī)采煤，使厚煤層全厚開(kāi)采在安全、可靠的工作條件下進(jìn)行，保證了工作面實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效。1.1放頂煤液壓支架發(fā)展歷史前蘇聯(lián)研制的KTY型掩護(hù)式放頂煤液壓支架是世界上最早的放頂煤液壓支架之一[1]。此后，法國(guó)研制出尾梁呈“香蕉”形的用于放頂煤開(kāi)采的支撐掩護(hù)式放頂煤液壓支架，如圖1.1所示。自20世紀(jì)70年代開(kāi)始，法國(guó)、前聯(lián)邦德國(guó)、英國(guó)等國(guó)家陸續(xù)研制成功了開(kāi)“天窗”的支撐掩護(hù)式或帶插板的支撐式放頂煤液壓支架，如圖1所示。英國(guó)研制開(kāi)“天窗”式放頂煤支架如圖1.2所示，該支架在掩護(hù)梁上開(kāi)了放頂煤“天窗，由液壓千斤頂控制開(kāi)關(guān)，“天窗”附近裝有攪動(dòng)桿，以便于對(duì)頂煤進(jìn)行二次破碎。掩護(hù)梁上還鉆有眼孔，在煤硬不落時(shí)鉆空爆破。20世紀(jì)80年代初，匈牙利研制成功放頂煤掩護(hù)式支架，結(jié)構(gòu)如圖1.3所示，采、放頂煤均用單一的輸送機(jī)運(yùn)輸。1982年，我國(guó)首次由煤炭科學(xué)研究總院北京開(kāi)采研究所與沈陽(yáng)煤炭研究所共同設(shè)計(jì)，鄭州煤礦機(jī)械廠生產(chǎn)制造了FY400-14/128型放頂煤液壓支架，如圖1.4所示。在此后的幾十年里，我國(guó)設(shè)計(jì)、研制了數(shù)十種放頂煤液壓支架，從仿制東歐的高位放頂煤至支架，西歐的多種類(lèi)型中位及低位放煤支架，到后來(lái)自己設(shè)計(jì)，如圖1.5所示。鄭州煤礦機(jī)械廠在鋪底網(wǎng)支架基礎(chǔ)上，首創(chuàng)的新一代四柱、四連桿、雙輸送機(jī)、短尾梁、低位放煤支架使用的成功，標(biāo)志著我國(guó)放頂煤支架研制工作走上了獨(dú)立創(chuàng)新的道路。這種支架由于采用后四連桿短尾梁結(jié)構(gòu)，因此支架的穩(wěn)定性好，強(qiáng)度大，工作可靠。采用低位放煤明顯的減少了工作面粉塵，減少了煤損，取得很好的效果。在此類(lèi)放頂煤支架架型逐漸統(tǒng)一后，又陸續(xù)研究出了幾種新的低位放煤支架，形成了我國(guó)具有自己特點(diǎn)的放頂煤支架系列。兗州礦物局東灘煤礦使用國(guó)產(chǎn)放頂煤液壓支架，創(chuàng)造了年產(chǎn)550萬(wàn)噸的高產(chǎn)紀(jì)錄，標(biāo)志著我國(guó)放頂煤液壓支架技術(shù)已處于世界先進(jìn)水平。圖1.1“香蕉”形放頂煤支架圖1.2英國(guó)“天窗”式放頂煤支架圖1.3匈牙利“天窗”式放頂煤支架圖1.4FY400—14/28型放頂煤支架圖1.5低位小插板放頂煤支架1.2液壓支架的應(yīng)用和意義隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，國(guó)民經(jīng)濟(jì)對(duì)煤炭需要量的日益增加，煤礦開(kāi)采，特別是采煤工作面的生產(chǎn)技術(shù)面貌發(fā)生了巨大的變化。自1954年英國(guó)裝備了世界上第一個(gè)液壓支架工作面開(kāi)始，采煤技術(shù)實(shí)現(xiàn)了綜合機(jī)械化。綜合機(jī)械化。就是工作面采煤、運(yùn)輸和支護(hù)三大主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)都是現(xiàn)機(jī)械化。也就是說(shuō)，采用滾筒式或刨削式等采煤機(jī)械落煤與裝煤；工作面重型可彎曲運(yùn)輸機(jī)，以及與之適應(yīng)的順槽轉(zhuǎn)載機(jī)和可伸縮皮帶運(yùn)輸機(jī)等運(yùn)煤；自移式液壓支架支護(hù)和管理頂板。這幾種設(shè)備相互配合，組成了綜合機(jī)械化采煤設(shè)備[4]。液壓支架是以高壓液體為動(dòng)力，由若干液壓元件（油缸和閥件）與一些金屬結(jié)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，能實(shí)現(xiàn)支撐、降落移架和推移運(yùn)輸機(jī)等一整套工序。液壓支架技術(shù)上先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)上合理，安全上可靠，當(dāng)前世界各國(guó)都在不斷地提高采煤工作面的綜合機(jī)械化水平。我國(guó)于1964年開(kāi)始研制液壓支架，到目前已經(jīng)取得可較好的效果。1974年以來(lái)，從西德、英國(guó)、蘇聯(lián)和波蘭等國(guó)引進(jìn)了許多不同類(lèi)型的液壓支架。實(shí)踐證明，液壓支架具有強(qiáng)度高、支護(hù)性能好、移設(shè)速度快、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，能使采煤工作面達(dá)到高產(chǎn)量、高回采率和高工效，能大大減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，降低成本和掘進(jìn)率，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。1.3低位放頂煤液壓支架的組成低位放頂煤液壓支架的組成如圖1.6所示圖1.6低位放頂煤液壓支架組成示意圖1-立柱；2-底座；3-頂梁；4-掩護(hù)梁；5-伸縮放煤板；6-尾梁7-前四連桿；8-后四連桿；9-尾梁千斤頂；10-放煤板千斤頂一、頂梁用途：1、用于支撐維護(hù)控頂區(qū)的頂板；2、承受頂板的壓力；3、．將頂板載荷通過(guò)立柱、掩護(hù)梁、前后連桿經(jīng)底座傳到底板。要求：1、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壞；2、頂梁應(yīng)有足夠的剛度，以承受扭力；3、頂梁對(duì)頂板的覆蓋率高；4、頂梁能適應(yīng)頂板的起伏變化。二．底座用途：1、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)；2、與前后連桿和掩護(hù)梁一起組成四連桿機(jī)構(gòu)；3、將立柱和前后連桿傳遞的頂板壓力傳遞給底板。要求：1、底座應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度；2、底座對(duì)底板的起伏變化適應(yīng)性好；3、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；4、底座應(yīng)有足夠的地方來(lái)安設(shè)立柱、推移裝置以及液壓控制裝置；5、底座要能把落入支架內(nèi)的碎矸排棄到老塘中。三．立柱用途：1、支撐頂梁，承受載荷的作用；2、調(diào)節(jié)支架的高度，使支架的高度滿(mǎn)足工作面的要求；3、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(guò)載較大。四．掩護(hù)梁用途：1．掩護(hù)梁承受頂梁部分載荷和掩護(hù)梁背部載荷并通過(guò)前后連桿傳遞給底座；2．掩護(hù)梁承受對(duì)支架的水平作用力及偏載扭矩；3．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。五．活動(dòng)側(cè)護(hù)板用途：1、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；2、作為支架移架過(guò)程中的導(dǎo)向板；3、防止支架降落后傾倒；4、調(diào)整支架的間距。六、放煤板主要用于放下頂煤。七．連桿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?chē)鷰r載荷、水平作用力和保持穩(wěn)定[5]。其四連桿機(jī)構(gòu)的作用：1、通過(guò)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(xiàn)，從而使支架前端頭離煤距離大大減小，提高了管理頂板性能；2、能承受較大的水平力。八．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(lèi)、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)備外形尺寸小，能遠(yuǎn)距離的傳送大的能量；能承受較大載荷；沒(méi)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(guò)載及損壞保護(hù)簡(jiǎn)單。容積式液壓傳動(dòng)可最大限度的滿(mǎn)足這些要求，因此，所有液壓支架均采用這種傳動(dòng)1.4液壓支架的工作原理（1）液壓支架自動(dòng)移設(shè)的原理：液壓支架以高壓液體為動(dòng)力，通過(guò)各種動(dòng)力油缸的伸縮，使支架完成升起、降落、行走和推移運(yùn)輸機(jī)等各種動(dòng)作，以便支架隨工作面不斷推進(jìn)而反復(fù)支撐、前移和調(diào)整。下面按支架降柱、移架、升柱和推溜的工作過(guò)程分別加以敘述。1.降柱：當(dāng)旋轉(zhuǎn)式操縱閥轉(zhuǎn)到降柱位置，打開(kāi)供液閥時(shí)，高壓液體由主進(jìn)液管經(jīng)操縱閥和油管，進(jìn)入支柱活塞桿腔，同時(shí)也進(jìn)入液控單向閥的控制管路，打開(kāi)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。2.移架：液壓支架卸載后，操縱閥轉(zhuǎn)到移架位置，打開(kāi)供液閥時(shí)，高壓液體由主進(jìn)液管經(jīng)操縱閥和油管進(jìn)入到推壓千斤頂?shù)幕钊麠U腔，同時(shí)也進(jìn)入液控油路，打開(kāi)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(yùn)輸機(jī)為支點(diǎn)，拉架前移。運(yùn)輸機(jī)靠相鄰的推移千斤頂來(lái)固定，千斤頂由液控單項(xiàng)閥緊鎖。3．升柱:液壓支架移到新的位置后，應(yīng)及時(shí)升柱，以支撐新暴露的頂板。操縱閥轉(zhuǎn)到升柱位置，打開(kāi)供液閥，高壓液體由主進(jìn)液管進(jìn)入，經(jīng)操縱閥到液控單向閥，進(jìn)入到推移千斤頂?shù)幕钊麠U腔，支柱活塞矸腔的油液，同時(shí)也進(jìn)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。4.推移運(yùn)輸機(jī):當(dāng)液壓支架前移并重新支撐后，操縱閥轉(zhuǎn)到推移位置，打開(kāi)供液閥時(shí)，高壓液體由主進(jìn)液管經(jīng)操縱閥、液控單向閥進(jìn)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(diǎn)，把運(yùn)輸機(jī)推移到新的工作位置。在實(shí)際生產(chǎn)中，對(duì)于具體支架的動(dòng)作，根據(jù)該支架的結(jié)構(gòu)和需要來(lái)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(xué)原理，它包括初撐增阻、承載增阻和恒阻三個(gè)工作階段。1.初撐增阻階段：在升柱過(guò)程中，從頂梁接觸頂板起，至支柱活塞腔的油液壓力達(dá)到泵站的工作壓力時(shí)，松開(kāi)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(shí)支柱和支架對(duì)頂板產(chǎn)生的支撐力稱(chēng)為初撐力。支柱初撐力式（1.1）支架初撐力式（1.2）式中：－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(shí)際上支柱初撐后，活塞腔的油液壓力由于阻力損失、操作情況和閥的靈敏度等原因，往往低于泵站工作壓力。2.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(shí)由于支柱缸徑增大，油液被壓縮而體積縮小，即使乳化液沒(méi)有任何漏損，安全閥并未動(dòng)作卸載，支柱總長(zhǎng)度也降縮短。這個(gè)縮短量可用下式計(jì)算式（1.3）式中：－支柱由初撐力起到達(dá)工作阻力時(shí)，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)＝0.0000475－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(gè)縮短量是有彈性的，如果作用在支柱上的載荷，反過(guò)來(lái)從工作阻力減小到初撐力時(shí)，支柱仍會(huì)恢復(fù)到原來(lái)的長(zhǎng)度。因此，這個(gè)支柱長(zhǎng)度上的縮短量，稱(chēng)為支柱的彈性可縮量。根據(jù)開(kāi)灤局井下實(shí)測(cè)，在各種不同的初撐力、工作阻力高的情況下，MZ-1928型支柱的彈性可縮量在6～10mm范圍內(nèi)。這個(gè)彈性可縮量會(huì)使支柱工作還未達(dá)到工作阻力之前，就造成頂板的下沉，有可能使巖石離層，對(duì)頂板管理是不利的。經(jīng)試驗(yàn)證明，減小支柱的彈性可縮量，對(duì)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(shí)關(guān)閉也路；注意操作方法，使支柱下腔盡可能達(dá)到泵站的工作壓力。3.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(qiáng)大的支撐力。在實(shí)際生產(chǎn)中，由于頂板壓力有時(shí)相當(dāng)巨大，想設(shè)計(jì)出能抗住巨大頂板壓力，而一點(diǎn)也不讓壓的支架是及困難的，實(shí)際上也沒(méi)有這種必要。都使支架能隨頂板下沉?xí)r，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(lái)控制的。在頂板壓力增大時(shí)，支柱活塞腔被封閉的油液壓力就迅速升高，當(dāng)壓力值超過(guò)安全閥的動(dòng)作壓力時(shí)，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(dāng)壓力小于安全閥的動(dòng)作壓力時(shí)，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。由于安全閥動(dòng)作壓力的限制，支柱呈現(xiàn)出恒阻特性，此時(shí)支柱和支架承受的最大載荷稱(chēng)為工作阻力。支柱工作阻力式（1.4）支架工作阻力式（1.5）式中：－安全閥的動(dòng)作壓力（公斤/厘米2）支架的工作阻力取決于安全閥的動(dòng)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(jì)工作阻力，同時(shí)又使支柱在承受大于設(shè)計(jì)工作阻力的頂板壓力時(shí)，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(dòng)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(shuō)，在工作生產(chǎn)過(guò)程中，支架還沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)工作阻力之前，就已前移到新的支撐位置。工作阻力是液壓支架的一個(gè)基本參數(shù)，用來(lái)表示支架支撐力的大小。但是，由于支架的頂梁長(zhǎng)短和間距大小不同，并不能完全反應(yīng)支架對(duì)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(hù)強(qiáng)度參數(shù)，來(lái)比較支架的支護(hù)性能。支架支護(hù)強(qiáng)度式（1.6）式中：A－支架的支護(hù)面積（米2）由上可知，支柱或支架工作時(shí)，其支撐力隨時(shí)間的變化是，支架升起，頂梁開(kāi)始接觸頂板至液控單向閥關(guān)閉時(shí)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(shí)的恒定階段t2。這種變化過(guò)程反應(yīng)了支架的支撐力和時(shí)間之間的關(guān)系。上述工作過(guò)程表明：液壓支架在額定工作阻力值以下工作時(shí)，具有增阻性，以保證支架頂板的有效支撐作用；當(dāng)支架支撐力超過(guò)額定工作阻力值時(shí)，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(gè)部件，是保證支架性能的關(guān)鍵元件。通過(guò)上述，對(duì)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。1.5小結(jié)本章對(duì)放頂煤液壓支架的歷史進(jìn)行了概述，并由此引出液壓支架對(duì)整個(gè)煤礦行業(yè)的重要意義，使現(xiàn)代采煤工業(yè)更加安全，高效。并對(duì)液壓支架的組成及工作原理進(jìn)行了較為詳細(xì)的描述，其中液壓支架工作原理的敘述是本章的重點(diǎn)。第2章液壓支架整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)液壓支架主要由以下幾個(gè)基本部分組成：頂梁，掩護(hù)梁，四連桿機(jī)構(gòu)，側(cè)護(hù)板，底座，立柱和千斤頂?shù)?。設(shè)計(jì)要遵循支護(hù)性能好、強(qiáng)度高、移架速度快、安全可靠等原則。在這次放頂煤液壓支架的設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要以底座、主頂梁、尾梁和立柱等結(jié)構(gòu)件的機(jī)械部分設(shè)計(jì)為重點(diǎn)。2.1支架主要尺寸的確定2.1.1支架的高度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(guò)大的調(diào)高范圍會(huì)給支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)造成困難，可靠性降低。式（2.1）式（2.2）式中：——支架最大高度（mm）；——支架最小高度（mm）；——最大采高（mm）；——最小采高（mm）；S1——考慮偽頂冒落的最大厚度。大采高支架取200～400mm，中厚煤層支架取200～300mm，薄煤層支架取100～200mm；S2——考慮周期來(lái)壓時(shí)的下沉量、移架時(shí)支架的下降量和頂梁上、底板下的浮矸之和。薄煤層支架取150～250mm，中厚煤層支架取300～400mm。按照已給課程設(shè)計(jì)的要求，液壓支架型號(hào)為ZF5600/22/45綜放液壓支架，故為3200mm；為1700mm。2.1.2支架的伸縮比支架的伸縮比系指其最大高度與最小高度之比值。即式（2.3）Ks反映支架對(duì)煤層厚度的適應(yīng)能力，采用單伸縮立柱Ks值一般為1.6左右；若進(jìn)一步提高伸縮比，需采用帶機(jī)械加長(zhǎng)桿的立柱或雙伸縮立柱，Ks值一般為2.5左右。2.1.3支架間距所謂支架間距，就是相鄰兩支架中心之間的距離。用bc表示。支架間距bc要根據(jù)支架型式來(lái)確定，但由于每架支架的推移千斤頂都與工作面輸送機(jī)的一節(jié)溜槽相連，因此目前主要根據(jù)刮板輸送機(jī)溜槽每節(jié)長(zhǎng)度及槽幫上千斤頂連接塊的位置來(lái)確定，我國(guó)刮板運(yùn)輸機(jī)溜槽每節(jié)長(zhǎng)度通常為1.5m，千斤頂連接位置在刮板槽槽幫中間，支架間距一般為1.5米，本設(shè)計(jì)取bc=2.1.4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(dòng)側(cè)護(hù)板，側(cè)護(hù)板行程一般為170～200mm。其中寬面頂梁一般為1200mm～1500mm。本次設(shè)計(jì)取支架頂梁的最小寬度為1378mm,最大寬度為1450mm,亦即頂梁側(cè)護(hù)板側(cè)推千斤頂?shù)男谐倘?70mm。2.1.5底座長(zhǎng)度所謂底座，就是將頂板壓力傳遞到底板的穩(wěn)固支架的部件。在設(shè)計(jì)支架的底座長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)考慮以下幾個(gè)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)定性等。通常，掩護(hù)式支架的底座長(zhǎng)度取3.5倍的移架步距，即2.1m左右；支撐掩護(hù)式支架對(duì)底座長(zhǎng)度取4倍的移架步距，即2.4m左右?？紤]本支架用四立柱，本次設(shè)計(jì)底座長(zhǎng)度為為2675mm。2.2支架四連桿機(jī)構(gòu)的確定2.2.1四連桿機(jī)構(gòu)的作用1．梁端護(hù)頂鑒于四連桿機(jī)構(gòu)可使托梁鉸接點(diǎn)呈雙紐線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，故可選定雙紐線(xiàn)的近似直線(xiàn)部分作為托梁鉸接點(diǎn)適應(yīng)采高的變化范圍。這樣可使托梁鉸接點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)與煤壁接近于保持等距，當(dāng)梁端距處于允許值范圍之內(nèi)時(shí)，借此可以保證梁端頂板維護(hù)良好。2．擋矸鑒于組成四連桿機(jī)構(gòu)的掩護(hù)梁既是連接件，又是承載件，為了承受采空區(qū)內(nèi)破碎巖石施加的載荷，掩護(hù)梁一般做成整體箱形結(jié)構(gòu)，具有一定強(qiáng)度。由于它處在隔離采空區(qū)的位置，故可以起到良好的擋矸作用。3．抵抗水平力觀測(cè)表明：綜采面給予支架的外載，不但有垂直于煤層頂板的分力，而且還會(huì)產(chǎn)生沿巖層面指向采空區(qū)方向（或指向煤壁方向）的分力，這個(gè)水平推力由液壓支架的四連桿機(jī)構(gòu)承受，從而避免了立柱因承受水平分力而造成立柱彎曲變形。4．提高支架穩(wěn)定性鑒于四連桿機(jī)構(gòu)將液壓支架連成一個(gè)重量較大的整體，在支架承載階段，其穩(wěn)定程度較高。2.2.2四連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求1.支架高度在最大和最小范圍內(nèi)變化時(shí)，如圖2.1所示，頂梁端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的最大寬度應(yīng)小于或等于70mm，最好為30mm以下。2.支架在最高位置時(shí)和最低位置時(shí)，頂梁與掩護(hù)梁的夾角和后連桿與底平面的夾角，如圖2.1所示，應(yīng)滿(mǎn)足如下要求：支架在最高位置時(shí)，≤52°～62°，≤75°～85°；支架在最低位置時(shí)，為有利于矸石下滑，防止矸石停留在掩護(hù)梁上，根據(jù)物理學(xué)摩擦理論可知，要求，如果鋼和矸石的摩擦系數(shù)=0.3，則=16.7°。為了安全可靠，最低工作位置應(yīng)使≥25°為宜。而角主要考慮后連桿底部距底板要有一定距離，防止支架后部冒落巖石卡住后連桿，使支架不能下降。一般取≥25°～30°，在特殊情況下需要角度較小時(shí)，可提高后連桿下鉸點(diǎn)的高度。3.從圖2.1中可知，掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn)和瞬時(shí)中心O之間的連線(xiàn)與水平線(xiàn)夾角為。設(shè)計(jì)時(shí)，要使角滿(mǎn)足的范圍，其原因是角直接影響支架承受附加力的數(shù)值大小。4.應(yīng)取頂梁前端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡雙扭線(xiàn)向前凸的一段為支架工作段，如圖2.1所示的h段。其原因?yàn)楫?dāng)頂板來(lái)壓時(shí)，立柱隨之下降，使頂梁有向前移的趨勢(shì)，可防止巖石向后移動(dòng)，又可以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)，從而增加了頂梁前端的支護(hù)力，防止頂梁前端上方頂板冒落，并且使底座前端比壓減小，防止啃底，有利移架。水平力的合力也相應(yīng)減小，所以減輕了掩護(hù)梁的外負(fù)荷。圖2.1四連桿機(jī)構(gòu)幾何特征圖從以上分析可知，為使支架受力合理和工作可靠，在設(shè)計(jì)四連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)軌跡時(shí)，應(yīng)盡量使值減小，取雙扭線(xiàn)向前凸的一段為支架工作段。所以，當(dāng)已知掩護(hù)梁和后連桿的長(zhǎng)度后，在設(shè)計(jì)時(shí)只要把掩護(hù)梁和后連桿簡(jiǎn)化成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，運(yùn)用作圖法就可以了，如圖2.2所示。圖圖2.2掩護(hù)梁和后梁桿構(gòu)成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)2.3四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)的主要方法有：直接求解法、解析法、幾何作圖法等。本設(shè)計(jì)根據(jù)液壓支架尺寸關(guān)系采用幾何作圖法進(jìn)行計(jì)算，如圖2.3所示。圖2.3液壓支架尺寸關(guān)系2.3.1掩護(hù)梁和后連桿長(zhǎng)度的確定用解析法來(lái)確定掩護(hù)梁和后連桿的長(zhǎng)度，如圖2.4所示。圖2.4掩護(hù)梁和后連桿計(jì)算圖設(shè)：G——掩護(hù)梁長(zhǎng)度（mm）;A——后連桿長(zhǎng)度（mm）;其中：P1——支架最高位置時(shí)，掩護(hù)梁與頂梁夾角(度);P2——支架最低位置時(shí)，掩護(hù)梁與頂梁夾角(度);Q1——支架最高位置時(shí)，后連桿與底平面夾角（度）;Q2——支架最低位置時(shí)，后連桿與底平面夾角（度）;按四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征要求，選定，由于支架型式不同，對(duì)于掩護(hù)式支架,一般A/G的比值按以下范圍來(lái)?。篈/G=0.45~0.61,取A/G=0.58。支架在最高位置時(shí)有式（2.4）H1=3200mm因此掩護(hù)梁長(zhǎng)度為1885.279mm式（2.5）后連桿長(zhǎng)度為A=G(A/G)=1162.202mm取整得G=1885mmA=1162mm2.3.2幾何作圖法作圖過(guò)程用幾何作圖法確定四連桿機(jī)構(gòu)的各部尺寸，具體作法如圖2.5所示。具體作圖步驟如下：1.確定后連桿下鉸點(diǎn)O點(diǎn)的位置，使它比底座面略高900mm。2.過(guò)O點(diǎn)作與底座面平行的水平線(xiàn)H—H線(xiàn)。3.過(guò)O點(diǎn)作與H—H線(xiàn)的夾角為Q1的斜線(xiàn)。4.在此斜線(xiàn)截取線(xiàn)段，長(zhǎng)度等于A=1936mm,a點(diǎn)為支架在最高位置時(shí)后連桿與掩護(hù)梁的鉸點(diǎn)。5.過(guò)a點(diǎn)作與H—H線(xiàn)有交角P1的斜線(xiàn)，以a點(diǎn)為圓心，以G點(diǎn)為半徑作弧交斜線(xiàn)一點(diǎn)E,此點(diǎn)為掩護(hù)梁與頂梁的鉸點(diǎn)。6.過(guò)E點(diǎn)作H—H線(xiàn)的平行線(xiàn)，則H-H線(xiàn)與F—F線(xiàn)的距離為H1，為液壓支架的最高位置時(shí)的計(jì)算高度。7.以a點(diǎn)為圓心，以0.22G=734.36mm圓整為734mm長(zhǎng)度為半徑作弧，在掩護(hù)梁上交一點(diǎn)b,為前連桿上鉸點(diǎn)的位置。8.作點(diǎn)E2距E點(diǎn)1500mm,此為支架在最低位置時(shí)，頂梁與掩護(hù)梁的鉸點(diǎn)。9.以E2點(diǎn)為圓心，掩護(hù)梁長(zhǎng)為半徑，以o為圓心，作為半徑圓弧.相交于a2點(diǎn)，oa2的長(zhǎng)度等于A，a2點(diǎn)為支架降到最低位置時(shí)，掩護(hù)梁與后連桿的鉸點(diǎn)。10.以a2為圓心以0.22G長(zhǎng)度為半徑作弧，在掩護(hù)梁上交一點(diǎn)b2，為支架在最低位置時(shí)前連桿上鉸點(diǎn)的位置。11.取2線(xiàn)之間一點(diǎn)e1為液壓支架降到此高度時(shí)掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn)。12.以O(shè)為圓心，為半徑圓弧。13)以e1點(diǎn)為圓心，掩護(hù)梁長(zhǎng)為半徑作弧，交前圓弧上一點(diǎn)a1，以點(diǎn)為液壓支架降到中間某一位置時(shí)，掩護(hù)梁與后連桿的鉸點(diǎn)。14.以1連線(xiàn)，并以a1點(diǎn)為圓心，以0.22G長(zhǎng)度為半徑作弧，交1上一點(diǎn)b1點(diǎn)。則b，b1,b2三點(diǎn)為液壓支架在三個(gè)位置時(shí)，前連桿上鉸點(diǎn)。15.由b，b1,b2三點(diǎn)確定的圓心C，為前連桿下鉸點(diǎn)位置。16.過(guò)C點(diǎn)H－H線(xiàn)作垂線(xiàn)，交點(diǎn)d，則線(xiàn)段,,,,和為液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)。17.按以上初步求出的四連桿機(jī)構(gòu)的幾何尺寸，再用幾何作圖法畫(huà)出液壓支架掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn)e1的運(yùn)動(dòng)軌跡，只要逐步變化四連桿機(jī)構(gòu)的幾何尺寸，便可以畫(huà)出不同的曲線(xiàn)，再按四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征進(jìn)行校核，最終選出較優(yōu)的四連桿機(jī)構(gòu)尺寸。圖2.5液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)的幾何作圖法結(jié)論：后連桿長(zhǎng)度A=1162mm掩護(hù)梁長(zhǎng)度G=1885mm前連桿長(zhǎng)度C=1348mm前后連桿下鉸點(diǎn)底座投影距離E=692mm前后連桿下鉸點(diǎn)垂直距離D=452mm2.4頂梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.4.1基本概念頂梁是與頂板直接接觸的構(gòu)件，除滿(mǎn)足一定的剛度和強(qiáng)度要求以外，還要保證支護(hù)頂板的需要。頂梁作用是支護(hù)頂板一定面積的直接承載部件，并為立柱、掩護(hù)梁、護(hù)頂裝置等提供必要的連接點(diǎn)。2.4.2頂梁分類(lèi)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(chēng)為前梁，后段稱(chēng)為主梁，一般簡(jiǎn)稱(chēng)頂梁。圖2.7鉸接頂梁圖2.7鉸接頂梁1.前梁；2.前梁千斤頂；3.頂梁圖2.6整體頂梁整體頂梁，如圖2.6所示的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性好；頂梁對(duì)頂板載荷的平衡能力較強(qiáng)；前端支撐力較大；可以設(shè)置全長(zhǎng)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（800～1000mm）,一般上翹1～。鉸接式頂梁鉸接式頂梁如圖2.7所示。在前梁千斤頂?shù)耐评?，前梁可以上下擺動(dòng)，對(duì)不平頂板的適應(yīng)性較強(qiáng)。運(yùn)輸時(shí)可以將前梁放下與頂梁垂直，以減少運(yùn)輸尺寸。前梁千斤頂必須有足夠的支撐力的聯(lián)接強(qiáng)度。前梁上不宜設(shè)置側(cè)護(hù)板。為了順利移架，前梁間一般要留有100～500mm間隙，從而增加了破碎頂板漏矸的可能性。楔形頂梁圖2.8楔形結(jié)構(gòu)梁1-楔形梁；2-楔塊；3-楔形梁千斤頂；4-后梁楔形結(jié)構(gòu)梁如圖2.8所示。楔形梁1和后梁4通過(guò)銷(xiāo)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(guò)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(shí)保持為一個(gè)圖2.8楔形結(jié)構(gòu)梁1-楔形梁；2-楔塊；3-楔形梁千斤頂；4-后梁現(xiàn)根據(jù)常用液壓支架頂梁形式各自特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用整體頂梁。2.4.3頂梁長(zhǎng)度的影響因素1)支架工作方式對(duì)支架頂梁長(zhǎng)度的影響支架工作方式對(duì)支架頂梁長(zhǎng)度的影響很大，從液壓支架的工作原理可以看出，先移架后推溜方式（又稱(chēng)及時(shí)支護(hù)方式）要求頂梁有較大長(zhǎng)度；先推溜后移架方式（又稱(chēng)滯后支護(hù)方式）要求頂梁長(zhǎng)度較短。這是因?yàn)椴捎孟纫萍芎笸屏锏墓ぷ鞣绞?，支架要超前輸送機(jī)一個(gè)步距，以便采煤機(jī)過(guò)后，支架能及時(shí)前移，支控新暴露的頂板，做到及時(shí)支護(hù)。因此，先移架后推溜時(shí)頂梁長(zhǎng)度要比先推溜后移架時(shí)的頂梁長(zhǎng)度要長(zhǎng)一個(gè)步距，一般為600mm。2)配套尺寸對(duì)頂梁長(zhǎng)度的影響設(shè)備配套尺寸與支架頂梁長(zhǎng)度有直接關(guān)系。為了防止當(dāng)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)考慮到采煤機(jī)截割時(shí)，不一定把煤壁截割成一垂直平面，所以在設(shè)計(jì)時(shí)，要求頂梁前端距煤壁最小距離（梁端距）為T(mén)=300mm，這個(gè)距離叫空頂距。另外在輸送機(jī)鏟煤板前也留有一定距離。一般為E=100～150mm左右，也是為了防止采煤機(jī)截割煤壁不齊，給推移輸送機(jī)留有一定的距離。除此而外，所有配套設(shè)備包括采煤機(jī)和輸送機(jī)，均要在頂梁掩護(hù)之下工作，在此來(lái)計(jì)算頂梁長(zhǎng)度，其配套尺寸如圖2.9所示。工作面無(wú)立柱空間寬度：R=B+E+W+X+d/2式中：B為截深mm；W為工作面輸送機(jī)總寬度mm；X為支架前柱與電纜槽之間的距離，mm；根據(jù)配套尺寸關(guān)系，在設(shè)計(jì)中選用采煤機(jī)和運(yùn)輸機(jī)型號(hào)為：采煤機(jī)：MGD150/NW型；前輸送機(jī)：SGZ764/264型；后輸送機(jī)：SGW-40T型；配套尺寸與采煤機(jī)截深、輸送機(jī)寬度等有關(guān)。配套尺寸=800+150+764+352=2066mm式（2.6）圖2.9配套尺寸2.4.4頂梁參數(shù)的計(jì)算1.頂梁長(zhǎng)度的計(jì)算頂梁長(zhǎng)度L=[配套尺寸＋底座長(zhǎng)度＋A×cosQ1]－[G×cosP1＋300＋e]式（2.7）式中：配套尺寸為2066mm;底座長(zhǎng)度為2675mm;P1=52;Q1=75;代入公式（2-9）中得頂梁長(zhǎng)度L=[2066+2675+1162×cos75]－[1885×cos52+300+30]=3157.996≈3158mm2.頂梁寬度頂梁寬度根據(jù)支架間距和架型來(lái)定，架間間隙為0.2m左右。其中寬面頂一般為1.4～1.59m,節(jié)式支架一般為0.4～0.6m,此處取1500mm。3.頂梁面積AA=L×B式（2.8）式中：L—頂梁長(zhǎng)度mm；B—頂梁寬度mm；代入公式（2-10）得A=3158×1500=5.118m24.支護(hù)面積FcFc=Bc(L＋Δ)式（2.9）式中：Fc—支護(hù)面積m2；Δ—移架后頂梁前端點(diǎn)到煤壁的距離m,一般Δ=300mm；Bc—支架間距（支架中心距），一般為1500mm；代入公式(2-12)得：Fc=1500(3412＋300)=5.5685.頂板覆蓋率δδ=A/Fc×100%式（2.10）式中：δ—頂板覆蓋率A—頂梁面積m2Fc—支護(hù)面積m2代入式中得:δ=5.118/5.568×100%=91.92%6.理論支護(hù)阻力F1F1=Fc×q式（2.11）式中:F1—支架的理論支護(hù)阻力，KNFc—支護(hù)面積m2q—支護(hù)強(qiáng)度查表得1.3×343KN/M22.5掩護(hù)梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)2.5.1掩護(hù)梁的作用和用途掩護(hù)梁是支架的掩護(hù)構(gòu)件，它有承受冒落矸石的載荷和頂板通過(guò)頂梁傳遞的水平載荷引起的彎矩，掩護(hù)梁的用途，掩護(hù)梁承受頂梁部分載荷和掩護(hù)梁背部載荷并通過(guò)前后連桿傳遞給底座。掩護(hù)梁承受對(duì)支架的水平作用力及偏載扭矩。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)和擋矸性能。2.5.2掩護(hù)梁的結(jié)構(gòu)型式掩護(hù)梁的結(jié)構(gòu)為鋼板焊接的箱式結(jié)構(gòu)，在掩護(hù)梁上端與頂梁鉸接，下部焊有與前、后連桿鉸接的耳座。有的支架在掩護(hù)梁上焊有立柱柱窩?；顒?dòng)側(cè)護(hù)板裝在掩護(hù)梁的兩側(cè)。從側(cè)面看掩護(hù)梁，其形狀有直線(xiàn)型、折線(xiàn)型。如圖2.10所示。圖2.10掩護(hù)梁結(jié)構(gòu)型式1—頂梁；2—掩護(hù)梁；3—立柱；4—前連桿；5—后連桿；6—底座；7—限位千斤頂梁的結(jié)構(gòu)型式折線(xiàn)型相對(duì)直線(xiàn)型支架端面大，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，但工藝性差。對(duì)分式結(jié)構(gòu)尺寸小，易于加工、運(yùn)輸和安裝，但結(jié)構(gòu)強(qiáng)度差。所以本次設(shè)計(jì)采用的是整體式、直線(xiàn)型。2.5.3掩護(hù)梁的參數(shù)確定1）掩護(hù)梁的長(zhǎng)度G掩護(hù)梁就是兩鉸點(diǎn)的距離，由前面的四連桿機(jī)構(gòu)可得知，掩護(hù)梁長(zhǎng)度為2522mm。2）掩護(hù)梁寬度By本設(shè)計(jì)掩護(hù)梁寬度與頂梁寬度相同，如圖2.11所示，所以掩護(hù)梁寬度為1500mm。圖2.11掩護(hù)梁2.6底座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.6.1底座設(shè)計(jì)要求底座是液壓支架的主要承載部件，它把頂板的壓力傳遞給底板，它是支架的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，因此，對(duì)底座的設(shè)計(jì)有以下要求：1.要有足夠的強(qiáng)度和剛度；2.對(duì)底板有較好的適應(yīng)性和較小的比壓；3.能獲得足夠的空間安裝立柱、推移千斤頂、液壓操縱系統(tǒng)和其他裝置；4.便于人員行走、操縱支架和采煤機(jī)等；5.有一定的重量以保持支架的穩(wěn)定性；6滿(mǎn)足快速移架和順序排矸的要求；2.6.2底座的選型底座的結(jié)構(gòu)型式通常有三種類(lèi)型：（a）（b）圖2.12底座分類(lèi)1整體式整體式底座是用鋼板焊接成的箱式結(jié)構(gòu)，整體性強(qiáng)，穩(wěn)定性好，強(qiáng)度高，不易變形，與底板接觸面積大，比壓小，如圖2.12(a)所示。2對(duì)分式為使底座在一定范圍內(nèi)適應(yīng)底板起伏不平的變化，通常把底座制成前、后或左、右對(duì)分的形式，如圖2.12（b），兩者用過(guò)橋連接。3底靴式底靴式底座的特點(diǎn)是每根立柱支撐在一個(gè)底靴上，立柱之間用彈簧鋼板連接，立柱與底靴之間用銷(xiāo)軸連接，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)輕便，動(dòng)作靈活，對(duì)底板的不平整適應(yīng)性強(qiáng)，但剛性差，與底板的接觸面積小，穩(wěn)定性較差，一般用于節(jié)式支架上。各種型式的底座前端都制成滑撬形，以減小支架的移架阻力，同時(shí)底座后部重量大于前部，避免移架時(shí)啃底。圖2.13整體式底座根據(jù)以上分析，選擇整體式底座，如圖2.13所示。四連桿機(jī)構(gòu)鉸接在底座后部，在兩內(nèi)主筋中間形成較高的鉸點(diǎn)位置，這主要是為了形成足夠的后工作空間，在不影響人行通道的基礎(chǔ)上，前、后連桿鉸接點(diǎn)應(yīng)盡量前移。在兩內(nèi)主筋間下部布置有推拉裝置。有兩個(gè)球面柱窩與立柱缸底相連，在底座側(cè)面靠前位置設(shè)有拉后輸送機(jī)千斤頂?shù)目刹鹧b固定耳座。該底座整體性強(qiáng)，穩(wěn)定性好，比壓小。2.7立柱的確定立柱是支架的承壓構(gòu)件，它長(zhǎng)期處于高壓受力狀態(tài)，它除應(yīng)具有合理的工作阻力和可靠的工作特性外，還必須有足夠的抗壓、抗彎強(qiáng)度、良好的密封性能，結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單，并能適應(yīng)支架的工作要求。2.7.1立柱布置1)立柱數(shù)目前過(guò)內(nèi)支撐式支架立柱數(shù)為2～6根，常用為4根；掩護(hù)式支架為2柱；支撐掩護(hù)式支架為4柱。2)支撐方式支撐式支架立柱為垂直布置。掩護(hù)式支架為傾斜布置，這樣可克服一部分水平力，并能增大調(diào)高范圍。一般立柱軸線(xiàn)與頂梁的垂線(xiàn)夾角小于300（支架在最低位置時(shí)），由于角度較大，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。支撐掩護(hù)式支架，根據(jù)結(jié)構(gòu)要求呈傾斜或直立布置，一般立柱軸線(xiàn)與頂梁垂線(xiàn)夾角小于100（支架在最高位置時(shí)），由于夾角較小，有效支撐能力較大。3)立柱間距立柱間距指支撐式和支撐掩護(hù)式支架而言即前、后柱的間距。立柱間距的選擇原則為有利于操作、行人和部件合理布置。支撐式和支撐掩護(hù)式支架的立柱間距為1～1.5m。4)立柱類(lèi)型立柱按動(dòng)作方式，分為單作用和雙作用；按結(jié)構(gòu)分類(lèi)，分為活塞式和活柱式；按伸縮方式分為單身縮和雙伸縮，如圖2.14所示。abcdef圖2.14立柱類(lèi)型單作用活塞式；b—單作用柱塞式；c—雙作用活塞式；d、e、f—雙伸式2.7.2立柱主要參數(shù)確定1)立柱缸體內(nèi)徑和活塞外徑a.立柱缸體內(nèi)徑的確定D=式（2.12）式中：D—立柱缸體內(nèi)徑mmF1—支架承受的理論支護(hù)阻力KNnd—每架支架立柱數(shù)Pa—安全閥的正壓力，pa=40mpaαm—立柱最大傾角（度）代入公式（2-13）得Dd==202.8mm查表2-1取整為200mm。表2-1立柱缸體內(nèi)徑Dd標(biāo)準(zhǔn)值列表506380100110125140145150180200210220230250260表2-2立柱缸徑缸、活塞柱徑配合關(guān)系表外缸內(nèi)徑/mm250220200180160140活塞外徑/mm240210185170150130工作阻力/KN2352196017641372980784額定工作壓力/MPa5051.658.456.150.751.92)立柱初撐力和工作阻力a.初撐力P1=(KN)式（2.13）式中：—立柱初撐力KNPb—泵站壓力選用XRB2B型乳化液泵站，壓力Pb=35Mpa考慮各種損失，按32MPa計(jì)算。代入公式（2-14）得==1004.8b.立柱工作阻力=式（2.14）式中：—立柱工作阻力，KNPa—安全閥調(diào)整壓力，安全閥選用YF1B型調(diào)正壓力=40MPa。代入公式（2-14）得：==1256KN2.8千斤頂?shù)倪x擇推移裝置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(shí)立柱的剩余載荷引起的頂板對(duì)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(gè)推移框架，以便利用推移千斤頂?shù)耐屏σ萍?，拉力推溜?.長(zhǎng)框架推移裝置支架撐緊頂板時(shí)，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?duì)傳力框架的推力而把運(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(shí)運(yùn)輸機(jī)不動(dòng)，導(dǎo)向塊成為固定支點(diǎn)，推移千斤頂?shù)耐屏Π阎Ъ芤浦列碌墓ぷ魑恢茫@時(shí)傳力框架承受拉力。短框架推移裝置與長(zhǎng)框架推移裝置工作原理形同無(wú)論是長(zhǎng)框架還是短框架推移裝置，都可以把推移千斤頂設(shè)計(jì)成傾斜裝置，前高后低。這樣避免移架是底座前端扎底，有利于移架動(dòng)作的順利完成。長(zhǎng)框架推移裝置的缺點(diǎn)是傳力框架較長(zhǎng)，桿端面小，因而剛度不易保證，容易發(fā)生彎曲變形。在這里采用長(zhǎng)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(zhǎng)1080㎜，寬290㎜。設(shè)計(jì)結(jié)果數(shù)據(jù)：表2-3液壓支架主要技術(shù)參數(shù)表項(xiàng)目單位技術(shù)參數(shù)支架整體性能支架高度mm3600～4700支架寬度mm1500支架中心距mm1500支護(hù)強(qiáng)度MPa0.573對(duì)底板比壓MPa2.43初撐力kN4863.2工作阻力kN5000操作方法本架操作泵站壓力MPa35下圖為用Solidworks所繪立體總圖，如圖2.15所示。圖2-15放頂煤液壓支架2.4小結(jié)本章完成了液壓支架的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要包括支架主要尺寸的確定，頂梁、掩護(hù)梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及參數(shù)確定，底座、立柱及液壓千斤頂?shù)倪x擇。其中重點(diǎn)進(jìn)行了支架四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及計(jì)算，由此得到支架各部分的設(shè)計(jì)參數(shù)。第3章液壓支架的受力分析放頂煤液壓支架作為放頂煤開(kāi)采技術(shù)的關(guān)鍵設(shè)備,它設(shè)計(jì)的好壞,是放頂煤開(kāi)采技術(shù)能否進(jìn)一步推廣和發(fā)展的關(guān)鍵。本文以放頂煤液壓支架為例,探討放頂煤液壓支架的受力分析,以便把放頂煤液壓支架設(shè)計(jì)得更合理,更科學(xué)。3.1頂梁受力分析3.1.1取頂梁為分離體進(jìn)行受力分析圖3.1頂梁分離體受力分析頂梁受力分析的目標(biāo)是求出圖3.1中的四個(gè)未知量Fn、X：式（3.1）式（3.2）式中：—頂梁所受集中力KNω—頂梁頂板摩擦系數(shù)，ω=0.3—前排立柱的合力=2512（KN）P—后排立柱的合力，P=2512（KN）—頂梁a點(diǎn)所受垂直力，KN由式(3-1)和(3-2)聯(lián)立，求Fn整理得式（3.3）式中：θ—瞬心角（度）代入公式（3-3）得:≈3284.83KN由式（3-1）得:=3284.83×0.3-2512×(sin18?+sin8?)=-139.927(KN)由式（3-5）得:ya=3284.83－2512×（cos18?+cos8?）=-1591.64(KN)式（3.4）式中：x—后梁集中力作用點(diǎn)與頂梁后端之距mm;—掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn)與頂梁上表面之距，=400mm—前排立柱上鉸點(diǎn)與頂梁后端之距，=2590mm—后排立柱上鉸點(diǎn)與頂梁后端之距，=590mm—前排立柱上鉸點(diǎn)與頂梁上表面之距，=257mm—后排立柱上鉸點(diǎn)與頂梁上表面之距，=257mm—前排立柱上鉸點(diǎn)與前后梁鉸點(diǎn)之距，=3085mm3.1.2頂梁載荷分布在把頂梁所受頂板的載荷求出后，就可以進(jìn)一步計(jì)算出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(shí)際分布很復(fù)雜。為了計(jì)算方便，假設(shè)頂梁與頂板均勻接觸且載荷為線(xiàn)性分布。設(shè)頂梁長(zhǎng)為L(zhǎng)g，頂板的集中載荷為F1，其作用點(diǎn)距頂梁一端為x。則圖3.2頂梁三角形載荷分布圖3.3頂梁梯形載荷分布時(shí)，載荷分布為三角形。如圖3.2所示。頂梁前端比壓q2為0，頂梁后端比壓q3為：×10MPa式（3.5）式中：—頂梁后端比壓,mpaBm—頂梁寬度，Bm=1500mm代入公式（3-7）得MPb)當(dāng)＞X＞時(shí),載荷呈梯形分布，如圖3.3所示，頂梁前端比壓為：式（3.6）式中：—頂梁前端比壓,mpaLg—頂梁長(zhǎng)度，5675mmB—頂梁寬度，Bm=1500mm代入公式（3-8）得=0.21MP頂梁后端比壓為式（3.7）代入公式（3-9）得:=0.562Mpa3.1.3支護(hù)強(qiáng)度支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)束，其結(jié)構(gòu)尺寸已定。再經(jīng)受力分析，其外載荷也已確定。于是可求出支架實(shí)際支護(hù)強(qiáng)度如下式：式（3.8）式中：Lg—頂梁長(zhǎng)度，mmB—頂梁寬度，Δ—頂梁前端至煤壁的距離，300mm代入公式（3-10）得:＝0.367Mpa3.2掩護(hù)梁受力分析如圖3.4所示。寫(xiě)出連桿受力F5,F6的表達(dá)式。圖3.4掩護(hù)梁分離體受力后連桿受力:式（3.9）式中：—后連桿與水平的夾角，75度—前連桿與水平面的夾角，57度的反作用力。代入公式（3.9）得:＝3185.05KN前連桿受力：式（3.10）代入公式（3.10）得＝1770.36KN3.3液壓支架的底座受力分析及計(jì)算3.3.1取底座為分離體進(jìn)行受力分析取底座為分離體進(jìn)行受力分析，如圖3.5所示，可求出底板對(duì)底座的支撐反力及作用點(diǎn)的位置如下：圖3.5底座分離體受力式（3.11）=3767.48KN式（3.12）式中：F1`—底座集中力大小，KNF前連桿＇—F前連桿的反作用力。X＇—底座集中力距底座后端距離，mm—前后立柱下鉸點(diǎn)距底座下平面之距，=200mm—前連桿下鉸點(diǎn)距底座下平面之距，=1452mm—后連桿下鉸點(diǎn)距底座下平面之距，=900mm—前后立柱下鉸點(diǎn)之距，=1200mm—后排立柱下鉸點(diǎn)與底座后端之距，=1192mm—前后連桿下鉸點(diǎn)水平距離，=792mm的反作用力由于支架重量相對(duì)于支架所受工作阻力很小，所以支架的重量可以忽略不計(jì)，支架底座集中力與頂梁集中力相等,3767.48KN由式（3-8）得X`=2240.1mm3.4小結(jié)本章對(duì)支架重要部件進(jìn)行了受力分析，主要包括頂梁、掩護(hù)梁及底座的受力分析，由于這些構(gòu)件在工況下的受力較為復(fù)雜，在對(duì)其受力分析時(shí)采用分離式的分析方法，這樣就簡(jiǎn)化了分析過(guò)程，式分析過(guò)程更為清晰。第4章液壓支架強(qiáng)度校核在液壓支架的研制，試驗(yàn)過(guò)程中，各構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)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(jì)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(shí)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。4.1材料的選擇我國(guó)液壓支架強(qiáng)度計(jì)算中的強(qiáng)度條件：1.強(qiáng)度校核均以材料的屈服極限計(jì)算安全系數(shù)。2.結(jié)構(gòu)件、銷(xiāo)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，?。?59MPa底座用HT300，取主要銷(xiāo)軸均采用CrMo等合金結(jié)構(gòu)鋼取屈服極限＝561Mpa活塞桿均采用45號(hào)鋼，取屈服極限＝367.2MPa結(jié)構(gòu)件、銷(xiāo)軸和活塞桿的強(qiáng)度條件為式（4.1）式中－危險(xiǎn)斷面計(jì)算出的最大應(yīng)力，MPa，－許用安全系數(shù)3.缸體材料采用27SiMn無(wú)縫鋼管，取抗拉強(qiáng)度＝1020MPa，強(qiáng)度條件為式（4.2）式中：－缸體許用應(yīng)力，MPa－許用安全系數(shù)，取3.5～41）焊條抗拉強(qiáng)度?。?61Mpa，其強(qiáng)度條件式中σ－計(jì)算出的焊縫許用應(yīng)力按焊條類(lèi)型確定2）許用擠壓應(yīng)力按下式計(jì)算式（4.3）安全系數(shù)，查書(shū)得表：表4-1安全系數(shù)安全系數(shù)前梁頂梁底座主要軸缸體焊縫活塞桿[n]1.11.11.11.33.3～43.3～4>1.44.2頂梁的強(qiáng)度校核圖4.1頂梁中部集中載荷實(shí)驗(yàn)加載方式示意圖如圖4.1所示，剖面線(xiàn)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)?，F(xiàn)將此實(shí)驗(yàn)中頂梁的受力模型列于下圖中：4.2.1畫(huà)出頂梁結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖、受力圖、剪力圖和彎矩圖圖b為剪力圖，從右向左取，向上為負(fù)，向下為正。對(duì)一個(gè)點(diǎn)左右的剪力計(jì)算如下：A:QA左＝-P1=-2512KNB:QB右=-P2=-2512KNQB左=-P2+F=-2512+3284.83=772.83KNC:QC右=P2=2512KN圖c為彎矩圖2512×0.2×0.5×1000=2.512×105N.m4.2.2按彎曲應(yīng)力計(jì)算進(jìn)行強(qiáng)度校核由計(jì)算得知，按彎壓聯(lián)合計(jì)算，不如按最大彎曲應(yīng)力計(jì)算應(yīng)力大。為了安全，在A-A截面，采用最大彎曲應(yīng)力進(jìn)行校核，如圖4.2所示。計(jì)算截面面積F及截面形心至a－a面的距離y;全部厚度為δ＝30mm首先對(duì)每塊鋼板編號(hào)，把位置狀態(tài)相同和截面積相同的鋼板編成一個(gè)號(hào)，然后計(jì)算截面面積最后計(jì)算截面形心距即：圖4.2頂梁截面圖F1=L1δ×2=0.500×0.030×2=0.03mF2=F3=L2δ×2=0.41×0.03×2=0.0246mF4=F5=L4δ=1.440×0.03=0.0432m2y1==0.25my5==0.015my2=y3=+2δ=0.265my4=L1-δ=0.5-0.15=0.485my=式（4.4）=0.2545m每個(gè)零件中心到截面形心的距離：a1=y-y1=0.2545-0.25=0.0045ma2=y-y2=0.2545-0.265=-0.0072ma3=y-y3=0.2545-0.265=-0.0072ma4=y-y4=0.2545-0.485=0.2305ma5=y-y5=0.2545-0.015=0.2395m矩形截面的慣性矩為：式（4.5）式中b－截面寬度h－截面高度計(jì)算每個(gè)零件的對(duì)截面形心的慣性矩0.3131×103m0.171×10-3m40.171×10-3m42.298×10-3m42.298×10-3m4JZ=JZ1+JZ2+JZ3+JZ4+JZ5=0.3131×10-3+0.171×10-3+0.171×10-3+2.298×10-3+2.298×10-3=5.2511×10-3m4計(jì)算彎曲應(yīng)力和安全系數(shù)式（4.6）==23.2MPa安全系數(shù)：n=合格。4.2.3校核B－B截面的剪切強(qiáng)度在截面B－B的剪力最大，且腹板采用鋼板焊接，故需要校核，現(xiàn)對(duì)中性軸處剪切力進(jìn)行校核，即式（4.7）－最大剪力－截面沿中性軸的總寬度b0=δ×2=0.06m－截面中心軸之上各塊面積對(duì)中性軸靜矩0.03×0.0045-0.0246×0.0072-0.0246×0.0072+0.0432×0.2305+0.0432×0.2395=0.02式（4.8）==15.9MPa安全系數(shù)：式（4.9）所以B—B截面強(qiáng)度合格。4.3底座的強(qiáng)度校核4.3.1畫(huà)底座受力圖圖4.3底座受力圖已知：P1=2512,P2=2512.L1=588mm, L2=1200mm,L3=1442mm4.3.2計(jì)算最大彎矩式（4.10）由圖4.3所示：兩柱窩中間的截面彎矩最大。4.3.3畫(huà)出危險(xiǎn)截面危險(xiǎn)截面如圖4.4所示。圖4.4底座危險(xiǎn)截面4.3.4校核計(jì)算因?yàn)榈鬃氰T造出來(lái)的，所以截面慣性矩近似用矩形公式計(jì)算：式（4.11）式中：b為截面寬mm;h為截面高mm。彎曲截面系數(shù)：式（4.12）式中：ymax為中性軸到最遠(yuǎn)截面距離。最大彎曲正應(yīng)力：式（4.13）合格。4.3.5底座有限元分析圖4.5底座有限元分析應(yīng)力結(jié)果顯示圖4.5為底面固定，四立柱每個(gè)柱窩受豎直向下的力P立柱=4.4MPa，前連桿受壓力P前連桿=59MPa，后連桿受拉力P后連桿=48.25MPa。結(jié)果顯示受最大應(yīng)力為1.991×108N/mm2即199.1MPa≤230MPa。所以合格。4.4前后連桿的校核4.4.1前連桿的校核由以上受力分析可知，前連桿是二力桿，只受拉力作用F前連桿=1770.36KN.面積：A=a×b=200×150=30000mm2式中：a,b分別為截面寬和高，a=200mm,b=150mm拉應(yīng)力式（4.14）安全系數(shù)式（4.15）所以前連桿合格。4.4.2后連桿的校核同前連桿一樣，后連桿也只受一個(gè)拉力作用，F(xiàn)后連桿=3185.05KN。面積A=a×b=200×330=66000mm2式中：a,b分別為截面寬和高，a=200mm,b=150mm拉應(yīng)力安全系數(shù)所以后連桿合格。4.5小結(jié)對(duì)液壓支架承載較大的構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度校核，包括頂梁強(qiáng)度校核，底座強(qiáng)度校核及前后連桿強(qiáng)度校核。在對(duì)其進(jìn)行校核的過(guò)程中，通過(guò)Pro/E進(jìn)行三維建模，然后得到其應(yīng)力應(yīng)變圖，使分析結(jié)果一目了然。第五章液壓支架液壓系統(tǒng)分析5.1液壓支架的液壓系統(tǒng)的簡(jiǎn)介液壓支架不僅需要有良好的結(jié)構(gòu)以適應(yīng)所工作的煤層地質(zhì)條件，而且還要配備完善而可靠的液壓系統(tǒng)及液壓元件來(lái)實(shí)現(xiàn)支架的優(yōu)良工作性能。液壓支架的液壓系統(tǒng)屬于泵缸開(kāi)式系統(tǒng)。動(dòng)力源是乳化液泵，執(zhí)行元件是各種液壓缸。系統(tǒng)回液流入乳化液箱，然后由泵吸入并增壓，經(jīng)各種控制元件供給各個(gè)液壓缸，。乳化液泵站通常安裝在工作面下順槽，可隨工作面一起向前推進(jìn)。泵站通過(guò)沿工作面全長(zhǎng)敷設(shè)的主供液管和主回液管，向各個(gè)支架供給高壓乳化液，接收低壓回液。工作面中每個(gè)支架的液壓控制回路多數(shù)完全相同，通過(guò)截止閥連接與主管路，相對(duì)獨(dú)立。其中任一支架發(fā)生故障進(jìn)行檢修時(shí)，可關(guān)閉該架與主管路連接的截止閥，不會(huì)影響其他支架工作。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(lèi)、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)。5.1.1液壓支架傳動(dòng)系統(tǒng)的基本要求對(duì)于液壓支架的傳動(dòng)裝置，應(yīng)具有以下基本要求：1、采用結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，設(shè)備外形尺寸比較小，能遠(yuǎn)距離的傳遞大的能量2、能承受較大的載荷；沒(méi)有復(fù)雜的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；3、再有爆炸危險(xiǎn)和含塵的空氣里保證工作安全；4、動(dòng)作迅速；5、操作、調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單；6、過(guò)載及損壞保護(hù)簡(jiǎn)單；容積式液壓傳動(dòng)可最大限度的滿(mǎn)足這些要求，因此液壓支架均采用這種傳動(dòng)。5.1.2液壓支架的液壓傳動(dòng)特點(diǎn)液壓支架的液壓傳動(dòng)，與其它機(jī)械的容積式液壓傳動(dòng)有很大的區(qū)別，其特點(diǎn)如下：工作液的壓力高（管路內(nèi)的壓力達(dá)，立柱內(nèi)的壓力達(dá)），流量大（）;在液壓系統(tǒng)中，采用粘度低和容量大的液體作為工作介質(zhì)；液壓缸、操縱閥，其它調(diào)節(jié)和控制裝置等的數(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（200~300剛性管，500~3000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)量改變液流的參數(shù)；所有支架的結(jié)構(gòu)上都有著相同的液壓缸、液壓裝置以及它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)和工作人員的安全，液壓系統(tǒng)的元件和部件要有好的密封性和可靠性。這些基本特點(diǎn)決定了液壓傳動(dòng)元件以及整個(gè)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，即：液壓支架是以單節(jié)支架為單元的，這就決定了液壓系統(tǒng)的構(gòu)成，即工作面支架和端頭支架的液壓系統(tǒng)成為液壓支架的基本組成部分。此外，可以把泵站、中心控制臺(tái)和支架的液壓管路等部分作為支架的公用液壓系統(tǒng)。其中每個(gè)部分都具有獨(dú)立的功能，在改善液壓傳動(dòng)或者制定新的方案時(shí)，一般都可以單獨(dú)地加以研究。5.2液壓支架的液壓系統(tǒng)擬定根據(jù)液壓支架的架型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確定立柱和千斤頂數(shù)目，并擬訂液壓系統(tǒng)。5.2.1立柱系統(tǒng)的擬定1、單柱控制回路單柱控制回路如圖5.1a、b、c、d、e所示，其中圖a為單作用單柱，圖b、c為雙作用單柱，圖d、e為雙伸縮單柱。圖a圖b圖c圖c圖d圖5.1單柱控制回路2、多柱控制回路多柱控制回路如圖5.2a、b所示，圖中為兩根立柱并聯(lián)組成，同時(shí)動(dòng)作。圖5.2a為共用一個(gè)控制閥回路，圖為各用一個(gè)控制閥回路，采用雙液控單向閥或用于雙伸縮立柱。a共用一個(gè)控制閥回路；b各用一個(gè)控制閥回路圖5.2多柱控制回路3、帶壓移架回路帶壓移架回路如圖5.3所示。在立柱控制閥前面裝設(shè)一個(gè)由移架液路控制的支撐保持閥和一個(gè)與立柱活塞桿腔液路相通的節(jié)流閥，可使支架帶壓移架，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮在移架時(shí)，支架對(duì)頂板的支撐力應(yīng)大于10KN/m24、端頭錨固支架的閉鎖回路圖5.3帶壓移架回路端頭錨固支架的閉鎖回路，各柱升柱時(shí)，相互沒(méi)有關(guān)系。而當(dāng)樁柱升柱時(shí)，錨固柱必須處于升柱撐緊狀態(tài)；反之，當(dāng)錨固柱降柱時(shí)，樁柱的液路壓力要達(dá)到一定植，否則液壓打不開(kāi)限壓閥，不能進(jìn)入樁柱或錨固柱的活塞桿腔，樁柱或錨固柱就降不下來(lái)，從而可以起到相互閉鎖的作用。5、提高立柱支撐力的回路提高立柱支撐力的回路采用兩條壓力液管路，一條為中壓大流量供液管，另一條是高壓小流量供液管。在立柱的初撐階段，先由兩條壓力液管路共同供液，待頂梁支撐頂板，立柱活塞腔的液壓力大于中壓液管的壓力，單向閥關(guān)閉，由高壓小流量管路繼續(xù)供液，直至達(dá)到預(yù)定的初撐力。本設(shè)計(jì)采用:多柱控制回路b如圖：5.2b各用一個(gè)控制閥回路5.2.2千斤頂系統(tǒng)千斤頂系統(tǒng)包括前梁、平衡、側(cè)推、推移、護(hù)幫、防倒、防滑和調(diào)架千斤頂。這類(lèi)千斤頂控制系統(tǒng)一般由油缸上加一些必要的液壓閥構(gòu)成。常用的千斤頂控制回路有如下形式：1、側(cè)推、調(diào)架、防倒系統(tǒng)側(cè)推、調(diào)架、放倒系統(tǒng)如圖5.4為單作用式，圖5.5為雙作用式。圖5.4單作用式圖5.5雙作用式 本設(shè)計(jì)選用：雙作用式2、推移千斤頂系統(tǒng)推移千斤頂系統(tǒng)如圖5.6所示。a為單向鎖緊回路，b為差動(dòng)回路，c為千斤頂定壓回路，用于輔助移架千斤頂?shù)耐屏ο拗圃谝欢ǚ秶?，在該千斤頂?shù)幕钊灰粋?cè)液路上增設(shè)一個(gè)定壓開(kāi)關(guān)閥。當(dāng)操縱操縱閥時(shí)，壓力液經(jīng)分流閥后分成兩路：一路去推移千斤頂，另一路經(jīng)定壓開(kāi)關(guān)閥去輔助移架千斤頂。當(dāng)液壓力超過(guò)定壓關(guān)閉閥的調(diào)整壓力時(shí)，該閥關(guān)閉，切斷液路，保證輔助移架千斤頂?shù)耐屏Σ怀^(guò)調(diào)定值。ab圖5.6推移千斤頂系統(tǒng)本設(shè)計(jì)選用：a單向鎖緊回路3、前梁千斤頂系統(tǒng)前梁千斤頂系統(tǒng)一般用單向鎖緊限壓回路，如圖5.7所示。圖5.7單向鎖緊限壓回路5.2.3支架液壓閥液壓支架的液壓控制系統(tǒng)中所使用的控制元件有兩大類(lèi)：壓力控制閥和方向控制閥。壓力控制閥主要有安全閥，方向控制閥主要有液控單向閥、操縱閥和液控分配換向閥等。1、液控單向閥夜控單向閥在支架液壓系統(tǒng)中主要用來(lái)閉鎖液壓缸中的液體，使之承載。它是大多數(shù)支架立柱必不可少的控制元件之一。對(duì)液控單向閥的要求：密封可靠，特別是鎖緊立柱下腔液路的液控單向閥，保持絕對(duì)密封；流動(dòng)阻力??；工作壽命長(zhǎng)，能保證工作面推進(jìn)800～1000米不需要更換；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。支架常用的液控單向閥按其密封副形勢(shì)可分為平面密封型、錐面密封型和球面密封型。2、安全閥安全閥是支架液壓控制系統(tǒng)中必不可少的限定壓強(qiáng)的元件。立柱安全閥可以防止支架的主要承載結(jié)構(gòu)件過(guò)負(fù)荷，確保頂板巖層在不高于規(guī)定的工作阻力作用下沉降。對(duì)立柱安全閥的要求：關(guān)閉時(shí)必須完全封閉；能夠穩(wěn)定溢流的溢流量范圍大，在頂板緩慢下沉?xí)r的微小流量(30~40以下)工況下，啟閉壓強(qiáng)差不大于整定壓強(qiáng)的5～10%，以保證支架的恒阻性。在頂板急劇下沉的大流量(30~50)工況下，被封閉的液體壓強(qiáng)升高值不大于整定壓強(qiáng)的25%。3、操縱閥在支架液壓控制系統(tǒng)中用來(lái)使液壓缸換向，實(shí)現(xiàn)支架各個(gè)動(dòng)作的手動(dòng)換向閥，習(xí)慣上稱(chēng)為操縱閥。按壓力液通過(guò)操縱閥后的用途不同，可分為全流量操縱閥和先導(dǎo)液壓操縱閥。5.3小結(jié)本章設(shè)計(jì)了整個(gè)支架的液壓系統(tǒng)，以保證液壓支架的正常工作。主要進(jìn)行了各類(lèi)閥體的選擇使用，以及立柱千斤頂?shù)牟季旨斑x型。第六章結(jié)論放頂煤液壓支架是綜合機(jī)械化放頂煤開(kāi)采最重要的機(jī)械設(shè)備。它的發(fā)明和應(yīng)用，使放頂煤開(kāi)采技術(shù)從高落式進(jìn)入一個(gè)全面機(jī)械化的新的發(fā)展階段。放頂煤工作面由液壓支架實(shí)現(xiàn)可靠、快速地支護(hù)和放煤，采用采煤機(jī)采煤，使厚煤層全厚開(kāi)采在安全、可靠的工作條件下進(jìn)行，保證了工作面實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效。本論文在綜合分析國(guó)內(nèi)外放頂煤液壓支架的基礎(chǔ)之上，對(duì)液壓支架的工作原理及液壓支架的分類(lèi)進(jìn)行了概述，從而論證了放頂煤液壓支架的設(shè)計(jì)研究對(duì)于提高采煤工作面的綜合機(jī)械化水平具有重大意義。本課題在總結(jié)前人經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)之上，主要完成了以下工作：（1）進(jìn)行了液壓支架的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要包括支架主要尺寸的確定，頂梁、掩護(hù)梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及參數(shù)確定，底座、立柱及液壓千斤頂?shù)倪x擇。其中重點(diǎn)進(jìn)行了支架四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及計(jì)算，由此得到支架各部分的設(shè)計(jì)參數(shù)。（2）對(duì)支架重要部件進(jìn)行了受力分析，主要包括頂梁、掩護(hù)梁及底座的受力分析，由于這些構(gòu)件在工況下的受力較為復(fù)雜，在對(duì)其受力分析時(shí)采用分離式的分析方法，這樣就簡(jiǎn)化了分析過(guò)程，式分析過(guò)程更為清晰。（3）對(duì)液壓支架承載較大的構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度校核，包括頂梁強(qiáng)度校核，底座強(qiáng)度校核及前后連桿強(qiáng)度校核。在對(duì)其進(jìn)行校核的過(guò)程中，通過(guò)Pro/E進(jìn)行三維建模，然后得到其應(yīng)力應(yīng)變圖，使分析結(jié)果一目了然。（4）設(shè)計(jì)了整個(gè)支架的液壓系統(tǒng)，以保證液壓支架的正常工作。主要進(jìn)行了各類(lèi)閥體的選擇使用，以及立柱千斤頂?shù)牟季旨斑x型。參考文獻(xiàn)[1]丁紹南.液壓支架設(shè)計(jì).北京：世界圖書(shū)出版社，1992[2]邢福康，劉玉堂.煤礦支護(hù)手冊(cè).北京：煤炭工業(yè)出版社，1991[3]趙宏珠.綜采面礦壓與液壓支架設(shè)計(jì).徐州：中國(guó)礦業(yè)學(xué)院出