畢業(yè)設(shè)計(jì)----頂梁柔性液壓支架

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容是分體頂梁柔性液壓支架，我在本次設(shè)計(jì)中主要負(fù)責(zé)該支架的液壓系統(tǒng)部分。此次任務(wù)包括立柱、伸縮油缸、銷軸的的設(shè)計(jì)與計(jì)算，立柱由液壓油缸組成；伸縮油缸在頂梁部分，銷軸主要用于油缸與耳板之間的連接。</p><p>　　這種支架最大的特點(diǎn)是采用垂直柔性導(dǎo)桿結(jié)構(gòu)來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的四連桿結(jié)構(gòu)；采用分體式頂梁代

2、替整體頂梁。這種支架因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、造價(jià)低、節(jié)省空間，大大減輕了支架的整體重量，梁采用伸縮式的，支撐過(guò)程中能與地板接觸，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。</p><p>　　關(guān)鍵詞：液壓支架；分體頂梁；柔性；液壓油缸；</p><p>　　Abstract The design is flexible beam at the top of th

3、e hydraulic support, I am in this design is mainly responsible for the part of the hydraulic system of the stent. The taskincluding the column, telescopic cylinders, the pin design and calculation, to play a supportive r

4、ole column, composed by the hydraulic cylinder; telescopic part of the fuel tank in the roof beams, pin mainly used in the fuel tank and the connection between the ear plate. Column composed of the hydraulic cylinder; te

5、les</p><p>　　The greatest feature of this stent is flexible vertical guide structure to replace the traditional four-bar linkage structure; the use of split-type roof top beam instead of the whole beam. Sten

6、t because of this simple structure, light weight, low cost and save space, reduce the overall weight of the stent, the use of telescopic beam, and support the process of contact with the floor, cover not only play a role

7、, but also play a supporting role, so that a more stable support.</p><p>　　Key words: hydraulic support; points of the top beam；flexible； hydraulic cylinder;</p><p><b>　　目錄</b></p

8、><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 液壓支架的發(fā)展現(xiàn)狀1</p><p>　　1.1.1 國(guó)外液壓支架的發(fā)展現(xiàn)狀1</p>&l

9、t;p>　　1.1.2國(guó)內(nèi)液壓支架研究情況2</p><p>　　1.2 我國(guó)液壓支架研究與應(yīng)用中存在的問(wèn)題2</p><p>　　1.3 本課題研究的意義3</p><p>　　第2章 架型的選擇5</p><p>　　2.1支架機(jī)構(gòu)形式的比較分析5</p><p>　　2.1.1 垛式液壓支架的

10、特點(diǎn)5</p><p>　　2.1.2 四連桿機(jī)構(gòu)液壓支架5</p><p>　　2.1.3 單擺桿機(jī)構(gòu)液壓支架6</p><p>　　第3章 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)7</p><p>　　3.1 支架基本參數(shù)的確定7</p><p>　　3.1.1 支架高度7</p><p>　　3.1.

11、2 支架伸縮比7</p><p>　　3.1.3 支架間距7</p><p>　　3.1.4 支架寬度7</p><p>　　3.1.5 底座長(zhǎng)度8</p><p>　　3.1.6 頂梁長(zhǎng)度8</p><p>　　3.1.7 支架工作阻力9</p><p>　　3.2 頂梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

12、9</p><p>　　3.2.1 頂梁形式的選擇9</p><p>　　3.2.2 伸縮梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.3 底座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.3.1底座的選型11</p><p>　　3.3.2 確定底座結(jié)構(gòu)尺寸11</p><p>　　3.4 柔性

13、導(dǎo)桿穩(wěn)定機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.4.1 彈簧鋼板長(zhǎng)度的確定12</p><p>　　3.4.2 彈簧鋼板截面尺寸及板片數(shù)量的確定13</p><p>　　3.5立柱的確定15</p><p>　　3.5.1工作阻力的確定15</p><p>　　3.5.2立柱的確定17</p>

14、<p>　　3.6推移千斤頂19</p><p>　　3.6.1推移裝置的選型19</p><p>　　3.6.2 推移前千斤頂?shù)拇_定20</p><p>　　3.7 伸縮梁千斤頂?shù)拇_定21</p><p>　　第4章 頂梁強(qiáng)度校核22</p><p>　　4.1材料的選擇22</p>

15、;<p>　　4.2 頂梁的強(qiáng)度校核23</p><p>　　4.2.1集中載荷在兩根立柱中間時(shí)校核23</p><p>　　4.2.2集中載荷在頂梁兩端時(shí)校核27</p><p>　　第5章 伸縮梁強(qiáng)度校核30</p><p>　　5.1 材料的選擇30</p><p>　　5.2 伸縮梁的

16、強(qiáng)度校核31</p><p>　　第6章 底座強(qiáng)度校核35</p><p>　　6.1底座的受力分析35</p><p>　　6.1.1 受力分析35</p><p>　　6.2 強(qiáng)度校核36</p><p>　　第7章 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)43</p><p>　　7.1 油缸穩(wěn)定性

17、和活塞桿強(qiáng)度的計(jì)算43</p><p>　　7.1.1立柱穩(wěn)定性的計(jì)算43</p><p>　　7.1.2活塞桿初始撓度的計(jì)算44</p><p>　　7.2油缸的最大撓度44</p><p><b>　　結(jié)論47</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)47</b

18、></p><p><b>　　致 謝49</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　在采煤工作面的煤炭生產(chǎn)過(guò)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(xiàng)作業(yè)的正常進(jìn)行，必須對(duì)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，

19、單體液壓支柱，液壓支架等幾個(gè)發(fā)展階段。目前使用較多的則是液壓支架。</p><p>　　液壓支架是以高壓液體為動(dòng)力，由金屬構(gòu)件和若干液壓元件組成。它能實(shí)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。由于液壓支架具有支護(hù)性能好、強(qiáng)度高、移架速度快、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，所以它的使用能增加采煤工作量的產(chǎn)量、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、降低成本、減輕工人的體力勞動(dòng)和保證生產(chǎn)的安全

20、。因此液壓支架是實(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。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是液壓支架的選型和支架總體設(shè)計(jì)及部件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算、強(qiáng)度校核，其中液壓支架選型部分主要通過(guò)對(duì)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(jì)使用中的經(jīng)驗(yàn)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(jì)計(jì)算及強(qiáng)度校核部分是對(duì)液壓支架主要部件頂梁、底座、和導(dǎo)向桿進(jìn)行計(jì)算和強(qiáng)度校核。&l

21、t;/p><p>　　1.1 液壓支架的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　1．1．1 國(guó)外液壓支架的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　20世紀(jì)80年代以來(lái)，世界主要施工機(jī)械生產(chǎn)商一直積極開(kāi)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(guó)外液壓支架的主要發(fā)展趨勢(shì)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(jì)方法更先進(jìn)，參數(shù)向高工作阻力、大中心距

22、發(fā)展。 </p><p>　　美國(guó)的高產(chǎn)高效工作面采用兩柱掩護(hù)式支架，支架平均工作阻力6470kN(最大為9800kN)，支架寬度普遍增大，中心距達(dá)到1.75m，并向2m發(fā)展，增大架寬有利于減少工作面架數(shù)、縮短移架時(shí)間、增加有效工作時(shí)間和提高單產(chǎn)；澳大利亞也基本上采用一井一面的高度集中化生產(chǎn)，使用兩柱掩護(hù)式支架，支架的平均工作阻力為7640kN；英國(guó)也在大力發(fā)展兩柱掩護(hù)式支架，工作阻力了很大提高，達(dá)到6000~8

23、000kN。</p><p>　　國(guó)外液壓支架結(jié)構(gòu)件材料一般采用屈服強(qiáng)度800~1000MPa的高強(qiáng)鋼板，既有較高的強(qiáng)度、硬度和韌性，又具有良好的冷焊性能；支架立柱和千斤頂缸體的內(nèi)壁采用復(fù)鍍，防止出現(xiàn)麻斑、劃傷和密封漏液等現(xiàn)象；液壓系統(tǒng)的閥類使用銅合金閥殼和高強(qiáng)度不銹鋼閥芯；耐久性試驗(yàn)要求大于45000次等。國(guó)外液壓支架液在材料選用、加工工藝、性能要求等方面做出的巨大改進(jìn)使支架的性能和使用壽命都有了很大的提高，使

24、支架更加安全可靠。</p><p>　　隨著長(zhǎng)壁工作面長(zhǎng)度的不斷增加，為適應(yīng)快速移架的需要，國(guó)外還廣泛采用高壓大流量乳化液泵站，其額定壓力為40～50MPa，額定流量400～500L/min, 可實(shí)現(xiàn)工作面成組或成排快速移架，達(dá)到6~8s/架。并且在控制系統(tǒng)方面取得了重大突破，應(yīng)用了電液控制技術(shù)，采用電磁（或微電機(jī)）控制的先導(dǎo)閥，先進(jìn)可靠的壓力和位移傳感器，靈活自由編程的微處理機(jī)技術(shù)，紅外遙感技術(shù)等現(xiàn)代科技成果，

25、使液壓支架的動(dòng)作能自動(dòng)連續(xù)進(jìn)行。</p><p>　　液壓支架的控制系統(tǒng)正在由電液控制系統(tǒng)向無(wú)人工作面發(fā)展。20世紀(jì)70年代中期，英國(guó)煤炭局首先提出研制電液控制液壓支架，最先將電液控制液壓支架用于長(zhǎng)壁工作面的是澳大利亞的科里曼爾煤礦，由74架英國(guó)原道銻公司研制的四柱垛式液壓支架組成，1981年工作面投產(chǎn)，但是技術(shù)還不夠完善；1983年底英國(guó)原道銻公司又為美國(guó)坎塞爾煤礦制造了兩按鈕式微機(jī)控制液壓支架，1984年投產(chǎn)

26、；1995年底英國(guó)原道銻公司又研制出全工作面集中電液控制系統(tǒng)；現(xiàn)在世界上已經(jīng)有70多個(gè)電液自動(dòng)化控制工作面。目前，正在積極地推進(jìn)全工作面設(shè)備和生產(chǎn)工藝的自動(dòng)控制——無(wú)人工作面，據(jù)統(tǒng)計(jì)現(xiàn)在全世界已有10個(gè)無(wú)人工作面。</p><p>　　1.1.2國(guó)內(nèi)液壓支架研究情況</p><p>　　在我國(guó)，煤礦地質(zhì)及生產(chǎn)技術(shù)條件均較復(fù)雜，資金不足，特別是高強(qiáng)度鋼緊缺。無(wú)論是液壓支架的制造企業(yè)還是使用單

27、位，在經(jīng)濟(jì)上，技術(shù)上都面臨巨大的困難。對(duì)于煤礦企業(yè)，為滿足工作面高產(chǎn)高效的要求，必須加大支架的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，提高支架工作阻力和工作可靠性。支架工作阻力的提高和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的加大，可以帶來(lái)支架較高的安全性和工作可靠性。但也會(huì)增加支架重量和結(jié)構(gòu)體積，對(duì)于支架制造企業(yè)，在滿足煤狂要求的條件下，盡可能合理的利用高強(qiáng)度優(yōu)質(zhì)鋼材，在降低支架重量同時(shí)，盡可能降低支架制造成本。</p><p>　　目前，我國(guó)包括支架在內(nèi)的眾多產(chǎn)品設(shè)計(jì)，

28、仍然是以傳統(tǒng)設(shè)計(jì)為主。人們?cè)谠O(shè)計(jì)中總是遵循著一定的設(shè)計(jì)理論，憑借設(shè)計(jì)者本身經(jīng)驗(yàn)來(lái)選擇設(shè)計(jì)參數(shù)，并借助一些手冊(cè)，圖表，經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)完成各種設(shè)計(jì)。這種半經(jīng)驗(yàn)，半理論的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法常帶有一定盲目性，使得所做設(shè)計(jì)很難達(dá)到客觀存在最優(yōu)方案。</p><p>　　目前，國(guó)內(nèi)外支架發(fā)展趨勢(shì)是向著高強(qiáng)度，大支架，電液控制，吾人開(kāi)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(jiǎn)單，工作可靠，適應(yīng)性強(qiáng)，穩(wěn)定性好，帶有自移功能，整

29、體性比較好。</p><p>　　1.2 我國(guó)液壓支架研究與應(yīng)用中存在的問(wèn)題</p><p>　　國(guó)內(nèi)外一些研究開(kāi)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(guó)，條件好、資金雄厚的工作面基本上都采用了大型液壓支架。其它工作面雖有部分大型液壓支架，但隨著開(kāi)發(fā)強(qiáng)度加大，工作面條件越來(lái)越差，走向長(zhǎng)度越來(lái)越短，回采失調(diào)越來(lái)越嚴(yán)重。而且在同一工程或同一工作面，用一、二種支架難

30、以適應(yīng)全部工作面條件，購(gòu)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(chǎng)需求不相適應(yīng)的矛盾。而在我國(guó)中、小工作面在我國(guó)總工作面中占有相當(dāng)比重，其開(kāi)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(méi)有保障。雖然20世紀(jì)90年代以來(lái)，滑移頂梁支架、懸移頂梁支架等小型簡(jiǎn)易自移支架在一些小型工作面得到了使用，但這些支架均存在頭重腳輕，插底

31、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(wèn)題。</p><p>　　鑒于上述情況，研究開(kāi)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(jiǎn)單，操作方便，重量輕，價(jià)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(gè)突出的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。</p><p>　　1.3 本課題研究的意義</p><p>　　經(jīng)過(guò)對(duì)比我國(guó)的液壓

32、支架和國(guó)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(guó)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(dòng)化。而我國(guó)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(guó)煤炭的賦存狀況決定的。</p><p>　　我國(guó)目前存在大量3. 5～5 .5ｍ厚煤層,特別是中小礦井,希望有一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕型、適應(yīng)能力強(qiáng)的放頂煤液壓支架來(lái)開(kāi)采這類煤層。目前,國(guó)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、

33、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(wèn)題，主要表現(xiàn)在①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;②當(dāng)頂梁上部壓力的合力作用點(diǎn)前移至前立柱之前時(shí),則會(huì)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(shì);③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(zhǎng)尾梁機(jī)構(gòu)的尾梁兩側(cè)也易混煤混矸;④前探梁容易產(chǎn)生

34、伸縮卡阻。針對(duì)上述普遍問(wèn)題,經(jīng)過(guò)大量調(diào)研,在吸取了現(xiàn)有許多支架在設(shè)計(jì)使用中的經(jīng)驗(yàn)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(jì)上,針對(duì)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(jiǎn)單、重量輕、體積小、工作可靠,搬運(yùn)靈活的情況,吸收了國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有放頂煤液壓支架的優(yōu)點(diǎn),特別是考慮</p><p>　　這種輕型導(dǎo)向放頂煤液壓支架是專

35、門為中小煤礦開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的一種支護(hù)產(chǎn)品，它打了傳統(tǒng)支架的設(shè)計(jì)理念，采用柔性導(dǎo)桿結(jié)構(gòu)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的四連桿或單擺桿結(jié)構(gòu)，克服了四連桿機(jī)構(gòu)、單擺桿機(jī)構(gòu)支架在支護(hù)高度發(fā)生變化時(shí)，由于內(nèi)力大而造成的支架易損壞的潛在因素，穩(wěn)定性好，支護(hù)強(qiáng)度大，重量輕，工作面許用運(yùn)動(dòng)空間大；采用分體頂梁來(lái)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(gè)很好的選擇。</p><p>　　這便是我們做這次設(shè)計(jì)的初衷，期待著

36、我國(guó)的煤炭產(chǎn)量更上一層樓，同時(shí)也希望我國(guó)的煤礦工人的生活更加美好！</p><p><b>　　第2章 架型的選擇</b></p><p>　　2.1支架機(jī)構(gòu)形式的比較分析</p><p>　　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)。</p><p

37、>　　2.1.1 垛式液壓支架的特點(diǎn)</p><p>　　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(gè)底座上放置幾根立柱支撐頂梁，并通過(guò)頂梁支撐頂板這樣簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。</p><p>　　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(jià)格便宜。</p>

38、<p>　　其缺點(diǎn)是：頂梁較長(zhǎng)，移架時(shí)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(jiān)硬的煤層中使用。</p><p>　　由此可見(jiàn)，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。</p><p>　　2.1.2 四連桿機(jī)構(gòu)液壓支架</p&

39、gt;<p>　　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(duì)頂梁的水平載荷由掩護(hù)梁傳遞給兩個(gè)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。</p><

40、p>　　四連桿機(jī)構(gòu)液壓支架的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖所示：</p><p>　　圖 2.1 四連桿式液壓支架機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖</p><p>　　這種機(jī)構(gòu)使支架在升降的過(guò)程中，頂梁前端的軌跡為一條雙紐線。雙紐線支架的兩個(gè)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(dòng)大大增加了對(duì)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

41、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。</p><p>　　2.1.3 單擺桿機(jī)構(gòu)液壓支架</p><p>　　這種支架是由四連桿機(jī)構(gòu)液壓支架演化而成的一種支架機(jī)構(gòu)形式。</p><p>　　它用一個(gè)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(guò)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(guò)增加擺桿長(zhǎng)度的方法來(lái)使軌跡更

42、加接近垂直直線。但是與四連桿機(jī)構(gòu)類似，不論我們?cè)鯓舆M(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，仍舊無(wú)法使頂梁前端的軌跡真正變成一條垂直直線。也就無(wú)法去除頂梁所受的橫向摩擦力。</p><p>　　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(shí)的軌跡為一條垂直直線。</p><p>　　圖2.2 分體頂梁柔性液壓支架機(jī)構(gòu)示意圖</p><p>　　因此我們通

43、過(guò)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(shí)頂梁前端的軌跡成為了一條垂直直線，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。這種分體頂梁柔性液壓支架的機(jī)構(gòu)示意圖如上圖所示。</p><p>　　通過(guò)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(dòng)時(shí)的軌跡為變化的。因此我們通過(guò)各種架型形式的演化，研

44、究了這種分體頂梁柔性液壓支架。這種架型的特點(diǎn)是：采用多梁滑塊機(jī)構(gòu)和柔性導(dǎo)桿機(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(shí)，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(guò)人空間大，結(jié)構(gòu)緊湊，支護(hù)強(qiáng)度大。</p><p>　　所以，在理論上分析可以得出，滑塊機(jī)構(gòu)和柔性導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)是對(duì)分體頂梁液壓支架的一個(gè)很好的演化形式。</p&

45、gt;<p>　　第3章 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　3. 1 支架基本參數(shù)的確定</p><p>　　3.1.1 支架高度</p><p>　　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。</p><p>　　3.1.2 支架伸縮比

46、 </p><p>　　支架的伸縮比是指最大和最小支架高度之比值，即：</p><p>　　3.1.3 支架間距</p><p>　　所謂支架間距，就是相鄰兩支架中心線間的距離。</p><p>　　確定支架中心距時(shí)，應(yīng)考慮到下列幾個(gè)方面的因素：</p><p>　?。?）頂板允許暴露的面積。</p>

47、<p>　　（2）運(yùn)輸機(jī)溜槽的長(zhǎng)度。支架中心距一般等于工作面一節(jié)溜槽長(zhǎng)度，以便配套。目前國(guó)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；</p><p>　?。?）支架的穩(wěn)定性。一般支架中心距大，支架穩(wěn)定性好。</p><p>　　分體頂梁柔性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。&

48、lt;/p><p>　　3.1.4 支架寬度</p><p>　　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。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185

49、0～1880mm。當(dāng)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～l 180 mm．最大寬度取1320～1350mm；如果頂梁不帶活動(dòng)側(cè)護(hù)板，則寬度一般取1150～l 200mm[26]。</p><p>　　分體頂梁柔性液壓支架的頂梁采用三個(gè)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(guò)連接機(jī)構(gòu)相連，綜合考慮支架的中心距、每個(gè)頂梁受力的合理性以及減少架間空隙，確定支架的寬度

50、為。</p><p>　　3.1.5 底座長(zhǎng)度</p><p>　　底座是將頂板壓力傳遞到底板和穩(wěn)固支架的構(gòu)件。在設(shè)計(jì)支架的底座長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)考慮如下諸方面：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)式支架的底座取3.5倍的移架距；支撐掩護(hù)式支架的底座長(zhǎng)度取4倍的移架距。本支架為支撐掩護(hù)

51、式支架，移架步距為650mm,所以該分體頂梁液壓支架底座長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為 2600mm。</p><p>　　3.1.6 頂梁長(zhǎng)度</p><p>　　頂梁是支護(hù)頂板的直接承載部件，其長(zhǎng)度取決于必要的作業(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(zhǎng)度由三部分尺寸組成[15]，即：</p><p>　　圖 3.1 液壓支架尺寸關(guān)系</p&g

52、t;<p>　　式中 —頂梁前部尺寸；</p><p>　　—頂梁上前、后排立柱柱窩之間的距離；</p><p>　　—頂梁上后柱窩中心到鉸接點(diǎn)的距離，取550mm。</p><p><b>　　頂梁前部尺寸為：</b></p><p>　　——運(yùn)輸機(jī)鏟煤板端至煤壁距離，一般為50—100 mm,取50mm

53、；</p><p>　　——包括鏟煤板和電線槽在內(nèi)的運(yùn)輸機(jī)寬度，經(jīng)查表取980mm；</p><p>　　——推移步距650mm；</p><p>　　——底座前柱窩中心到底座前端的距離，一般為500-800mm，取500mm；</p><p>　　——支架的最低高度，1600mm；</p><p>　　——支架最低位

54、置時(shí)立柱的傾角，8°；</p><p>　　——梁端距，梁端距是考慮由于工作面頂板起伏不平造成輸送機(jī)和采煤機(jī)的傾斜，以及采煤機(jī)割煤時(shí)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，一般為250-350mm,取300mm。</p><p>　　由此確定分體頂梁剛性液壓支架的頂梁長(zhǎng)度為3330mm。</p><p>　　3.1.7 支架工作阻力&l

55、t;/p><p>　　支架的工作阻力定為2400kN，采用六柱支撐，因此每根立柱的工作阻力為。</p><p>　　3.2 頂梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　3.2.1 頂梁形式的選擇</p><p>　　支架常用的頂梁形式有兩種：整體頂梁和鉸接頂梁[18]。</p><p>　　整體頂梁特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性好；頂梁對(duì)頂

56、板載荷的平衡能力較強(qiáng)；前端支撐力較大；可設(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處一般上翹。</p><p>　　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(jiǎn)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(dòng)，對(duì)不平頂板的適應(yīng)性強(qiáng)。運(yùn)輸時(shí)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

57、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100～150mm間隙，從而增加了破碎頂板漏矸的可能性。</p><p>　　本課題所設(shè)計(jì)的分體頂梁柔性液壓支架是介于整體支架與簡(jiǎn)易支架之間的輕型支架，適用于中小型工作面，因此頂梁應(yīng)選擇結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低的整體頂梁。</p><p>　　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(jì)的分體頂梁柔性液壓支架由

58、于頂梁為窄長(zhǎng)型，并設(shè)置有內(nèi)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。</p><p>　?。╝） （b）</p><p>　　圖 3.2 頂梁結(jié)構(gòu)</p><p>　　3.2.2 伸縮梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p>

59、<p>　　根據(jù)頂梁與煤壁的距離，伸縮梁的伸縮長(zhǎng)度為0.7m，伸縮梁內(nèi)置，根據(jù)頂梁尺寸，伸縮梁的高度為150mm,寬度定位300 mm，為增加伸縮梁與頂梁的接觸面積，在伸縮梁兩個(gè)側(cè)板底部焊接厚度為12 mm，寬度為40 mm的鋼板。</p><p>　　3.3 底座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　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

60、座的設(shè)計(jì)有以下要求： </p><p>　　1 要有足夠的強(qiáng)度和剛度；</p><p>　　2 對(duì)底板有較好的適應(yīng)性和較小的比壓；</p><p>　　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；</p><p>　　4 便于人員行走、操縱支架和采煤機(jī)等；</p><p>　　5 有一定的重量以

61、保持支架的穩(wěn)定性；</p><p>　　6 滿足快速移架和順序排矸的要求；</p><p>　　液壓支架底座常用型式有3種，即整體剛性底座、底分式剛性底座和鉸接分體式底座。</p><p>　　整體剛性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。該結(jié)構(gòu)的推移千斤頂一般安裝在箱形體之下，整體剛性底座立柱柱窩前一般要設(shè)計(jì)

62、一過(guò)橋，以提高底座的整體剛性和抗扭能力。但推移機(jī)構(gòu)處易積存碎矸，清理較困難，一般用于軟底板條件下工作面支架。</p><p>　　為了使底座在一定范圍內(nèi)適應(yīng)底板起伏不平的變化，通常把底座設(shè)計(jì)為底分式剛性底座。該結(jié)構(gòu)底座底板為中分式的，推移機(jī)構(gòu)直接落在底板上，前立柱柱窩前有過(guò)橋，由于這種底座底板分體，推移裝置處的碎矸可隨支架移架從后端排到機(jī)器后方，不需要人工清理，但減少了底座接觸面積，增大了對(duì)底板的比壓。目前，高產(chǎn)

63、高效工作面液壓支架一般采用分體剛性底座。</p><p>　　鉸接分體式底座分為左右相對(duì)獨(dú)立的兩部分，在中間處鉸接，左右底座在垂直方向可相對(duì)錯(cuò)動(dòng)，無(wú)剛性約束。這種底座對(duì)底板不平的適應(yīng)性好，減少了底座的扭轉(zhuǎn)和偏載載荷，但支架的整體剛性有所降低。</p><p>　　為了保證底座整體性強(qiáng)、強(qiáng)度高、比壓小等性能，此次分體頂梁柔性液壓支架的設(shè)計(jì)選用整體剛性底座。</p><p&

64、gt;　　由于所設(shè)計(jì)的分體頂梁柔性支架采用三排立柱支撐結(jié)構(gòu)，每?jī)膳帕⒅g設(shè)置一個(gè)推移千斤頂，因此底座選擇五腔室局部開(kāi)口的截面形式，采用六條主筋板組成五腔室，其中最左、最右和正中間的三腔室封閉，其余兩腔室開(kāi)口，以便安裝推移機(jī)構(gòu)。</p><p>　　3.3.1底座的選型 </p><p>　　底座的結(jié)構(gòu)型式通常有三種類型： </p><p>　　（a）

65、 （b）</p><p>　　圖 3.3 底座分類</p><p><b>　　1 整體式</b></p><p>　　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(a)</p><p><b>　

66、　2 對(duì)分式</b></p><p>　　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（b），兩者用過(guò)橋連接。</p><p><b>　　3 底靴式 </b></p><p>　　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軸連接，其特點(diǎn)是

67、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。</p><p>　　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。 </p><p>　　根據(jù)以上分析，選擇整體式底座。 </p><p>　　3.3.2 確定底座結(jié)構(gòu)尺寸</p><p&

68、gt;　　根據(jù)底座類型可以初步制定出底座的長(zhǎng)、寬、高等各部件的結(jié)構(gòu)尺寸。</p><p><b>　?。?） 長(zhǎng)度 </b></p><p>　　式中：：前立柱與底座前端距，取500mm;</p><p>　?。呵昂笈帕⒅g底座長(zhǎng)度，為900mm；</p><p>　?。汉笈帕⒅嗟鬃缶壍木嚯x，為600 mm；<

69、;/p><p><b>　　則底座長(zhǎng)度</b></p><p><b>　?。?） 寬度</b></p><p>　　移架時(shí)，保證相鄰底座間不擠卡，移架順利，必須留有安全間隙，其值一般不小于150㎜。一般中心距為1500㎜的支撐掩護(hù)式支架底座寬度可以取1100～1300㎜。現(xiàn)取1220mm .</p><p

70、>　?。?） 移架機(jī)構(gòu)導(dǎo)向通道</p><p>　　一般支架底座在其寬度的中部有一個(gè)通道，用于放置移架機(jī)構(gòu)，便于導(dǎo)向</p><p>　　排矸。通常寬度取決于移架機(jī)構(gòu)寬度，一般為250～350㎜，取300㎜。</p><p><b>　?。?）柱窩形式</b></p><p>　　一般為埋入底座箱型機(jī)構(gòu)內(nèi)的球窩形柱

71、窩，具有強(qiáng)度大，對(duì)立柱缸底的適應(yīng)性強(qiáng)，可保證支架由較大的調(diào)高范圍等特點(diǎn)，其缺點(diǎn)是對(duì)底座的強(qiáng)度減弱較大，柱窩處容易堆積煤矸，影響正常動(dòng)作。</p><p><b>　?。?）底座厚度</b></p><p>　　按類比法取數(shù)值： </p><p>　　3.4 柔性導(dǎo)桿穩(wěn)定機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)</p><p>　　柔性導(dǎo)桿

72、穩(wěn)定機(jī)構(gòu)是分體頂梁柔性支架的穩(wěn)定機(jī)構(gòu)，它由焊接在支架底座上的導(dǎo)向筒和多塊彈簧鋼板組成的導(dǎo)桿組成。柔性導(dǎo)桿采用類似于彈簧鋼板的結(jié)構(gòu)，即將彈簧鋼板視為一端固定，一端為自由端的結(jié)構(gòu)，使支架在工作過(guò)程中受水平力時(shí)，由于彈簧鋼板的彈性變形，能夠?qū)崿F(xiàn)水平方向的讓壓承載。對(duì)柔性導(dǎo)桿穩(wěn)定機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要是確定彈簧鋼板的長(zhǎng)度、橫截面積和板簧的片數(shù)。</p><p>　　3.4.1 彈簧鋼板長(zhǎng)度的確定</p><p

73、>　　彈簧鋼板長(zhǎng)度的確定主要是考慮能夠滿足支架最大、最小高度的要求。即當(dāng)支架處于最低位置時(shí)，柔性導(dǎo)桿的最低位置應(yīng)在底座底蓋板之上；而支架處于最高位置時(shí)，柔性導(dǎo)桿的最低位置應(yīng)處于導(dǎo)向滑套內(nèi)，為了保證支架的穩(wěn)定性，支架在最高位置時(shí)柔性導(dǎo)桿與導(dǎo)向滑套間必須保證有一定的重合度。</p><p>　　柔性導(dǎo)桿是由多片彈簧鋼板疊加而成，由主板簧、副板簧和簧箍三部分組成，其中主板簧的上部為卷耳結(jié)構(gòu)，通過(guò)銷軸將其與頂梁鉸接

74、在一起。確定彈簧鋼板長(zhǎng)度可按主板簧進(jìn)行，而主板簧的長(zhǎng)度取決于支架的高度，卷耳部分在柔性導(dǎo)桿上下移動(dòng)的過(guò)程中對(duì)支架的高度無(wú)影響，因此可以按從銷軸中心到彈簧鋼板底部的距離計(jì)算，最后再加上卷耳的弧長(zhǎng)；由于多片彈簧鋼板是應(yīng)用簧箍連接的，因此還需留有簧箍的寬度a，[27]，取35mm。導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的尺寸關(guān)系如圖所示：</p><p>　　圖 3.4 柔性導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的尺寸關(guān)系</p><p>　　1－底

75、座；2－導(dǎo)向滑套；3－柔性導(dǎo)桿；4－簧箍；5-頂梁</p><p><b>　　滑套長(zhǎng)度：</b></p><p>　　頂梁的高度200mm和卷耳中心到頂梁底板的距離80mm;</p><p>　　:底板的高度180mm;</p><p>　　a：簧箍的寬度30mm。</p><p><b&

76、gt;　　導(dǎo)桿長(zhǎng)度：</b></p><p><b>　　重合長(zhǎng)度： </b></p><p>　　3.4.2 彈簧鋼板截面尺寸及板片數(shù)量的確定</p><p>　　本課題中的彈簧鋼板的截面尺寸參照我國(guó)目前鐵路用的車輛板簧常用尺寸確定[27]，選擇彈簧鋼板的截面尺寸為。</p><p>　　柔性導(dǎo)桿穩(wěn)定機(jī)構(gòu)中

77、板簧的結(jié)構(gòu)為一端固定，一端為自由端[28]，其受載如圖3-6所示，變形量和應(yīng)力為：</p><p>　　式中 l—板片的長(zhǎng)度，mm；</p><p>　　Q—橫向載荷，即所受橫向力，N；</p><p>　　E—材料的彈性模量，　　　 圖 3.5 板簧受載圖</p><p>　　—截面慣性矩，； </p

78、><p>　　b—寬度，120mm；　　　　　　　　　　　　</p><p>　　h—厚度，20mm；</p><p>　　f—總變形量，mm； </p><p>　　—輸入端的法向應(yīng)力，MPa；</p><p>　　—彈簧鋼板固定端截面的抗彎截面系數(shù)，。</p><

79、;p>　　橫向載荷按支架移架力的一半進(jìn)行計(jì)算，取</p><p>　　變形量按立柱軸向最大傾角時(shí)的偏移量確定，取</p><p>　　由此計(jì)算彈簧鋼板總的慣性矩：</p><p><b>　　計(jì)算簧片的數(shù)量：</b></p><p>　　取彈簧鋼板的片數(shù)為2，驗(yàn)算固定端的最大應(yīng)力：</p><p

80、>　　因此，確定簧片的數(shù)量為4片。</p><p><b>　　3.5立柱的確定</b></p><p>　　目前國(guó)內(nèi)支撐式支架立柱數(shù)為2-6根，常用4根；支撐掩護(hù)式支架為四根。本液壓支架為分體式支架采用六根立柱。</p><p>　　立柱間距指支撐式和支撐掩護(hù)式支架而言即前后兩立柱間距。立柱間距的選擇原則為有利于操作，行人和部件合理布置

81、。支撐和支撐掩護(hù)式支架立柱間距為1-1.5m。</p><p>　　立柱是支架的重要承壓部件，在支架正常工作時(shí)，一直處于高壓受力狀態(tài)，它的工作性能直接整個(gè)支架的工作狀態(tài)。因此在設(shè)計(jì)支柱時(shí)除要求具有合理的工作阻力和可靠的工作性能外，還需要具有足夠的抗壓、抗彎強(qiáng)度，良好的密封性能，并能適應(yīng)支架的要求。立柱分單作用和雙作用。其中單作用又分活塞式和活柱式; 雙作用分單伸縮、單伸縮帶機(jī)械加長(zhǎng)段、雙伸縮、三伸縮等。</

82、p><p>　　本支架采用雙作用的單伸縮立柱，下面介紹立柱的設(shè)計(jì)計(jì)算。 </p><p>　　3.5.1工作阻力的確定</p><p><b>　?。?）支護(hù)面積</b></p><p>　　L:支架頂梁長(zhǎng)度，取3330mm;</p><p>　　C:梁端距，取300mm;</p>&l

83、t;p>　　B:支架頂梁寬度，1220mm;</p><p>　　K:相鄰頂梁間的間隙，取180mm.</p><p><b>　　(2)覆蓋率</b></p><p><b>　　:頂梁的面積；</b></p><p><b>　　:支護(hù)面積。</b></p&g

84、t;<p><b>　?。?）支護(hù)強(qiáng)度</b></p><p>　　根據(jù)老頂級(jí)別和直接頂類別確定支架型號(hào)，再根據(jù)老頂級(jí)別和采高確定支護(hù)強(qiáng)度。</p><p>　　由于實(shí)際最大采高步一定正好和上表所列采高相同，所以要用插法重新計(jì)算。</p><p>　?。寒?dāng)支架最大采高時(shí)，支架應(yīng)有的支護(hù)強(qiáng)度；</p><p>

85、;　?。涸谏媳碇?，與低于最大采高但與之相鄰的采高對(duì)應(yīng)的支護(hù)強(qiáng)度，取</p><p>　?。涸谏媳碇?，與高于最大采高但與之相鄰的采高對(duì)應(yīng)的支護(hù)強(qiáng)度，取</p><p><b>　?。簩?duì)應(yīng)的采高，取</b></p><p><b>　?。簩?duì)應(yīng)的采高，取</b></p><p>　　(4)液壓支架的支護(hù)力

86、，初撐力和工作阻力</p><p><b>　　立柱支護(hù)力：</b></p><p>　　:液壓支架對(duì)頂板的支護(hù)力，</p><p>　　:液壓支架支護(hù)強(qiáng)度，</p><p>　　:液壓支架對(duì)頂板的支護(hù)面積，</p><p>　　3.5.2立柱的確定</p><p>　?。?/p>

87、1）根據(jù)支架的工作阻力或初撐力和泵壓確定，其計(jì)算公式如下：</p><p>　　式中 D——立柱缸徑，；</p><p>　　——安全閥調(diào)整壓力，；</p><p><b>　　——立柱支護(hù)力，;</b></p><p>　　再按照北京煤礦機(jī)械廠標(biāo)準(zhǔn)（Q/BM327-82）選取計(jì)算比較大的標(biāo)準(zhǔn)值作為內(nèi)徑，取D=125.

88、如下表：</p><p><b>　　內(nèi)徑系列表</b></p><p>　　將缸徑圓整到標(biāo)準(zhǔn)值取</p><p><b>　　立柱初撐力：</b></p><p>　?。罕谜绢~定工作壓力減去從泵站到支架沿程壓力損失后的值取</p><p><b>　　安全閥調(diào)整壓

89、力：</b></p><p><b>　　安全閥調(diào)整壓力取</b></p><p><b>　　立柱工作阻力：</b></p><p>　　選取標(biāo)準(zhǔn)值：?jiǎn)紊炜s立柱</p><p>　　缸體內(nèi)徑：125mm； 活柱外徑：105 mm；</p><p>　　工作阻力：

90、588KN； 額定工作壓力：50 MPa； </p><p>　?。?）缸體壁厚的計(jì)算</p><p>　　液壓支架立柱的壁厚δ（mm）一般為，即中等壁厚，按下式計(jì)算:</p><p>　　式中 p：缸內(nèi)工作壓力，MPa；</p><p>　?。焊左w材料許用應(yīng)力，安全系數(shù)取,</p><p>　　將上述數(shù)據(jù)代入壁

91、厚公式得：</p><p>　　根據(jù)液壓設(shè)計(jì)手冊(cè)將缸體壁厚圓整為標(biāo)準(zhǔn)值</p><p><b>　　缸體外徑 </b></p><p><b>　?。?）厚度計(jì)算</b></p><p>　　支撐掩護(hù)式支架立柱的缸底，一般在缸內(nèi)做成平底，在缸外做成球面形，如圖1-1所示。在直徑Dˊ(mm)處的缸底厚

92、可按下列公式計(jì)算。</p><p><b>　　(1—3)</b></p><p>　　式中: p——缸內(nèi)所能形成的最大壓力，MPa；</p><p>　　[]——缸體材料的許用應(yīng)力，MPa。</p><p>　　本立柱缸底,材料取45號(hào)鋼,其抗拉極限強(qiáng)度</p><p><b>　　

93、是，安全系數(shù)取,得</b></p><p>　　將上述數(shù)據(jù)代入壁厚公式得：</p><p><b>　　取35mm 。 </b></p><p>　　（4）活塞寬度的確定 </p><p>　　活塞立柱的關(guān)鍵元件，對(duì)它的主要要求是保證密封性能良好，運(yùn)動(dòng)表面能承受外力的沖擊?；钊自诨钪?，活塞與缸體內(nèi)徑的配合

94、精度一般為，粗糙度。</p><p>　　液壓缸的活塞寬度B取缸筒內(nèi)徑的倍。本立柱活塞寬度范圍是，取活塞寬度為90mm。</p><p>　?。?）最大工作行程L</p><p>　　液壓缸的最大工作行程是由工作要求和結(jié)構(gòu)計(jì)算的最大值來(lái)確定的。本設(shè)計(jì)液壓缸的最大工作行程根據(jù)設(shè)計(jì)要求支架的最大支護(hù)高度為2.4m,最小支護(hù)高度為1.6m,確定立柱的最

95、 大工作行程為800mm。 圖 3.6 一般的液壓缸</p><p>　?。?）最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H的確定，當(dāng)活塞桿全部外伸時(shí)，從活塞支承面中點(diǎn)到缸口導(dǎo)向套滑動(dòng)面中點(diǎn)的距離成為最小導(dǎo)向距離，如圖3.6所示。對(duì)于一般的液壓缸，其最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H應(yīng)滿足下式要求：</p><p>　　式中： L——液壓缸的最大工作行程，800mm

96、；</p><p>　　D——缸筒內(nèi)徑，125mm</p><p><b>　　本設(shè)計(jì)應(yīng)滿足:</b></p><p>　　本立柱根據(jù)總體設(shè)計(jì)要求得最小導(dǎo)向長(zhǎng)度為,滿足最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的要求。</p><p><b>　　（7）活塞寬度</b></p><p>　　活塞的寬度取缸

97、徑的倍，取90mm.</p><p><b>　　3.6推移千斤頂</b></p><p>　　3.6.1推移裝置的選型</p><p>　　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。</p><p>　　支撐掩護(hù)式支架所需的移架力

98、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?lt;/p><p><b>　　1.長(zhǎng)框架推移裝置</b></p><p>　　支架撐緊頂板時(shí)，液壓控制使推移千

99、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?，這時(shí)傳力框架承受拉力。</p><p>　　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。</p><p><b>　　2.短框架推移裝置<

100、/b></p><p>　　短框架推移裝置與長(zhǎng)框架推移裝置工作原理形同</p><p>　　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，移架時(shí)，推移千斤頂將對(duì)支架底座前端作用一個(gè)向上分力，避免移架是底座前端扎底，有利于移架動(dòng)作的順利完成。</p><p>　　在這里采用長(zhǎng)框架推移裝置。</p><p&g

101、t;　　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㎜。</p><p>　　3.6.2 推移前千斤頂?shù)拇_定</p><p>　　(1)框架式推移千斤頂缸體內(nèi)徑： </p><p>　　F:推移千斤頂?shù)囊萍芰?，在薄煤層?00-150

102、KN；中厚煤層中150-250KN；厚煤層中300-400KN;本設(shè)計(jì)煤層屬中厚煤層,考慮到本設(shè)計(jì)支架為輕型液壓支架，取120KN；</p><p>　?。汗ぷ鲏簭?qiáng)取31.5 MPa.</p><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；拉力 98 KN。</p><p>　　推移步距為650 mm，推移千斤頂

103、的行程選750 mm.</p><p><b>　?。?）缸壁厚度</b></p><p><b>　　，取11 mm </b></p><p><b>　?。?）缸底厚度</b></p><p>　　（4）最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H</p><p>　　，最小導(dǎo)向

104、桿取80 mm.</p><p><b>　?。?）活塞寬度</b></p><p>　　活塞的寬度取缸徑的倍，取60mm.</p><p>　　3.7 伸縮梁千斤頂?shù)拇_定</p><p>　　伸縮千斤頂內(nèi)置于頂梁，根據(jù)設(shè)計(jì)，選取缸的內(nèi)徑為100 mm，外徑為121 mm，行程為400 mm，最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H=65 mm,

105、活塞寬度取70 mm，缸底厚度為28 mm。</p><p>　　伸縮梁千斤頂為雙作用單活塞液壓缸：</p><p>　　d==70.7 mm</p><p><b>　　圓整后取80 mm</b></p><p>　　第4章 頂梁強(qiáng)度校核</p><p><b>　　4.1材料的選擇&

106、lt;/b></p><p>　　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。</p><p>　　我國(guó)液壓支架強(qiáng)度計(jì)算中的強(qiáng)度條件：<

107、/p><p>　　(1)強(qiáng)度校核均以材料的屈服極限計(jì)算安全系數(shù)。</p><p>　　(2)結(jié)構(gòu)件、銷軸、活塞桿的屈服極限及強(qiáng)度條件。</p><p>　　各構(gòu)件通常采用16MnVN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</p><p>　　主要銷軸均采用CrMo等合金結(jié)構(gòu)鋼取屈服極限＝561Mpa</p>

108、;<p>　　活塞桿均采用45號(hào)鋼，取屈服極限＝367.2MPa</p><p>　　結(jié)構(gòu)件、銷軸和活塞桿的強(qiáng)度條件為：</p><p>　　式中－危險(xiǎn)斷面計(jì)算出的最大應(yīng)力，MPa，</p><p><b>　?。S用安全系數(shù)</b></p><p>　　(3)缸體材料采用27SiMn無(wú)縫鋼管，取抗拉強(qiáng)度＝

109、1020MPa，強(qiáng)度條件為：</p><p>　　式中－缸體許用應(yīng)力，MPa</p><p>　　－許用安全系數(shù)，取3.5～4</p><p>　　焊條抗拉強(qiáng)度?。?61Mpa，其強(qiáng)度條件：</p><p>　　式中σ－計(jì)算出的焊縫許用應(yīng)力</p><p><b>　　按焊條類型確定</b><

110、;/p><p>　　許用擠壓應(yīng)力按下式計(jì)算：</p><p>　?。?） 安全系數(shù)，查書(shū)[1]表</p><p>　　4.2 頂梁的強(qiáng)度校核</p><p>　　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(xiǎn)斷面處，對(duì)頂梁進(jìn)行強(qiáng)度校核。</p><p>　　4.2.1集中載荷在兩

111、根立柱中間時(shí)校核</p><p>　　由《中華人民共和國(guó)煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》MT 312-2000中實(shí)驗(yàn)的規(guī)定加載。加載方式如下圖所示：</p><p>　　圖4.1 頂梁中部集中載荷實(shí)驗(yàn)加載方式示意圖</p><p>　　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)。</p><p>　　現(xiàn)將此實(shí)驗(yàn)中頂

112、梁的受力模型列于下圖中：</p><p>　　圖 4.2 頂梁結(jié)構(gòu)及受力圖</p><p>　　1.畫(huà)出頂梁結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖、受力圖、剪力圖和彎矩圖</p><p>　　圖b為剪力圖，從右向左取，向上為負(fù)，向下為</p><p>　　正。對(duì)個(gè)點(diǎn)左右的剪力計(jì)算如下：</p><p><b>　　A:</b>

113、;</p><p>　　B: </p><p><b>　　C:</b></p><p><b>　　圖c為彎矩圖</b></p><p>　　2.按彎曲應(yīng)力計(jì)算進(jìn)行強(qiáng)度校核 </p><p>　　由計(jì)算得知，按彎壓聯(lián)合計(jì)算，不如按

114、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。</p><p>　　計(jì)算截面面積F及截面形心至a－a面的距離y</p><p>　　全部厚度為δ＝12mm</p><p>　　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：</p><p>　　圖 4.3 頂

115、梁截面圖</p><p>　　每個(gè)零件中心到截面形心的距離：</p><p>　　矩形截面的慣性矩為：</p><p><b>　　式中b－截面寬度</b></p><p><b>　　h－截面高度</b></p><p>　　計(jì)算每個(gè)零件的對(duì)截面形心的慣性矩</p&g

116、t;<p>　　計(jì)算彎曲應(yīng)力和安全系數(shù)</p><p><b>　　安全系數(shù)：</b></p><p><b>　　合格。</b></p><p>　　3.校核B－B截面的剪切強(qiáng)度：</p><p>　　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

117、，即：</p><p><b>　?。畲蠹袅?lt;/b></p><p>　?。孛嫜刂行暂S的總寬度</p><p>　　－截面中心軸之上各塊面積對(duì)中性軸靜矩</p><p><b>　　安全系數(shù)：</b></p><p>　　所以B—B截面強(qiáng)度合格。</p>&