液壓支架畢業(yè)設(shè)計論文

PAGEXII-河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文PAGE１參考數(shù)據(jù)：（1）煤壁平均厚度1.8～3.0m；（2）煤層傾角22～25度；（3）基本頂級別Ⅱ（4）直接頂類別2設(shè)計要求：底板：無影響支架通過的斷層，底板強度不高于礦井底板允許的礦層強度。地質(zhì)條件：適宜開采。瓦斯等級：符合安全生存要求。1液壓支架整體結(jié)構(gòu)設(shè)計1.1支架主要尺寸的確定1.1.1支架的高度和支架的伸縮比1、支架高度支架高度的確定原則，應(yīng)根據(jù)所采煤層的厚度，采區(qū)范圍內(nèi)地質(zhì)條件的變化等因素來確定，其最大與最小高度為：（1-1）（1-2）式中——支架最大高度（mm）；——支架最小高度（mm）；——煤層最大厚度（mm）；——煤層最小厚度（mm）；——考慮偽頂、煤皮冒落后仍有可能靠初撐力所需要的支撐高度，一般取200～300mm；——頂板最大下沉量，一般取100～200mm；——移架時支架的最小可縮量，一般取50mm；——浮矸石、浮煤厚度，一般取50mm；取=200mm,由設(shè)計給出的參數(shù)可得，支架最大高度為2400mm，最小采高1600mm2、支架的伸縮比支架的伸縮比指最大與最小支架高度之比值即：（1-3）由于液壓支架的使用壽命較長，并可能被安裝在不同的采煤工作面，所以，支架應(yīng)具有較大的伸縮比。一般范圍是1.5至2.5，煤層較薄時選大值。但是考慮盡量減輕支架重量，降低造價，可搞系列化，加強指甲對頂?shù)装宓倪m應(yīng)性，降低伸縮比，盡量采用單伸縮油缸或帶機械加長桿來增加調(diào)高范圍。該支架的伸縮比=1.51.1.2支架間距和寬度的確定所謂支架間距，就是相鄰兩支架中心線間的距離。按下式計算：（1-4）式中：——支架間距（支架中心距）；——每架支架頂梁總長度；——相鄰支架（或框架）頂梁之間的間隙；n——每架所包含的組架的組數(shù)或框架數(shù)，整體自移式支架n=1；整體邁步式支架n=2；節(jié)式邁步支架，n=支架節(jié)數(shù)。支架間距要根據(jù)支架型式來確定，但由于每架支架的推移千斤頂都與工作面輸送機的一節(jié)溜槽相連，因此目前主要根據(jù)輸送機溜槽每節(jié)長度及幫槽上千斤頂連結(jié)塊的位置來確定，我國刮板輸送機溜槽每節(jié)長度為1.5m,千斤頂連結(jié)塊位置在溜槽中長的中間，所以除節(jié)式和邁步式支架外，支架間距一般為1.5m。大采高支架為提高穩(wěn)定性中心距可采用1.75m,輕型支架為適應(yīng)中小煤礦工作面快速搬家的要求，中心距可采用1.25m。本次設(shè)計取支架的中心距為1.5m。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100mm～200mm。其中寬面頂梁一般為1200mm～1500mm，節(jié)式支架一般為400mm～600mm。本次設(shè)計取支架頂梁的寬度為1400mm,亦即頂梁側(cè)護(hù)板側(cè)推千斤頂?shù)男谐倘?40mm。1.2底座長度的確定底座是將頂板壓力傳遞到底板和穩(wěn)固支架的部件。在設(shè)計支架的底座長度時，應(yīng)考慮如下諸方面：支架對底板的接觸比壓要?。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)式支架的底座長度取3.5倍的移架步距（一個移架步距為0.6m），即2.1m左右，支撐掩護(hù)式支架的底座長度取4倍的移架步距，即2.4m左右。而這里的V型輕型支架是一種新型支架，可參考支撐掩護(hù)式支架選型。綜合考慮取底座長度為2.0m，底座寬度為1.4m，立柱中心線之間的距離為1.01.3頂梁長度的確定根據(jù)支架工作方式和設(shè)備配套尺寸來確定頂梁長度。1.3.1支架工作方式對頂梁長度的影響支架工作方式對支架頂梁長度有很大影響。先移架后推溜方式（即時支護(hù)）要求頂梁有較大長度；先推溜后移架方式（滯后支護(hù)）要求頂梁長度較小。這是因為采用先移架后推溜的工作方式時，支架要超前輸送機一個步距，以便采煤機過后，支架能及時前移，支控新暴露的頂板，做到及時支護(hù)，因此，先移架后推溜時頂梁長度要比先推溜后移架時的頂梁長度要長一個步距，一般為600mm。本次設(shè)計采用即時支護(hù)方式。1.3.2頂梁長度計算式中：配套尺寸—參考原煤炭部煤炭科學(xué)研究院編制的綜采設(shè)備配套圖冊確定；底座長度—底座前端至后連桿下鉸點之距。e—支架由高到低頂梁前端點最大變化距離；、—支架在最高位置時，分別為后連桿和掩護(hù)梁與水平面的夾角。中厚煤層綜采選用的配套設(shè)備如下：采煤機為6MG200——W型；輸送機為SGD630/220型。經(jīng)過計算得該支架的頂梁長度為3200mm如圖1-1所示。圖1-1頂梁長度示意圖經(jīng)過計算得該支架的配套尺寸如圖1-2所示圖1-2三機配套尺寸圖2液壓支架部件設(shè)計液壓支架各個部件的結(jié)構(gòu)型式，應(yīng)根據(jù)工作面的頂?shù)装鍡l件和支架架型進(jìn)行選擇。結(jié)構(gòu)件的端面尺寸，應(yīng)進(jìn)行強度校核，滿足要求才能投入生產(chǎn)使用。2.1頂梁2.1.1主要作用（1）、用于支撐、維護(hù)和覆蓋頂板，為工作面創(chuàng)造安全的工作空間；（2）、將立柱的支撐力傳遞至頂板，并給予合理地分布；對支架后部接近采空區(qū)的頂板起切頂作用；對無立柱空間的頂板起支撐作用；（3）、為護(hù)幫、防倒裝置等提供依托；（4）、將頂板載荷通過立柱經(jīng)底座傳到底板。圖2-1頂梁的結(jié)構(gòu)型式1——前梁；2——后梁；3——尾梁；4——前梁千斤頂；5——前梁伸縮千斤頂2.1.2結(jié)構(gòu)型式V型液壓支架的頂梁在設(shè)計過程中，參考了支撐式支架頂梁的結(jié)構(gòu)型式。其結(jié)構(gòu)型式如圖2-1所示。圖2-1a為整體剛性頂梁，頂梁為一整體，剛性大，承載能力較好。但對頂板的適應(yīng)性差。圖2-1b為鉸接式頂梁，由前梁和后梁鉸接而成，分別由前、后排立柱支撐。其中圖2-1b為全鉸接式，它能適應(yīng)頂梁上方前、后頂板的變化，但當(dāng)頂板出現(xiàn)凹坑時，頂梁易成人字形，影響支撐效果和切頂性能。半鉸接式頂梁如圖2-1c所示，它克服了全鉸接式的缺點，當(dāng)頂梁中部頂板出現(xiàn)凸起時，使前、后梁向上翹；當(dāng)頂板出現(xiàn)凹坑時，由于交接點下部有平整碰頭阻止，支架頂梁仍保持平整位置。圖2-1d為剛性頂梁帶鉸接式前梁，頂梁由前、后梁鉸接。在鉸接前梁2安裝有前梁千斤頂4，用來支撐靠近煤壁處的頂板，同時還可以使前梁上、下擺角，適應(yīng)頂板起伏變化和增加頂梁前端的支撐能力。為了使冒落的頂板矸石滑向采空區(qū)，保護(hù)擋矸簾，還可以增加尾梁3，如圖2-1e所示。圖2-1f為帶伸縮前梁的剛性頂梁，伸縮千斤頂5使前梁1伸縮。由于前梁可以及時伸出支護(hù)剛暴露的頂板，從而允許固定頂梁減少長度。也可以用前梁千斤頂和伸縮千斤頂配合使用，使前梁既可以伸縮，也可以上下擺動。為了使支架結(jié)構(gòu)簡單，而且具有更好的支護(hù)能力。本支架采用圖2-1e所示的結(jié)構(gòu)，而且在尾梁上加尾梁千斤頂，使尾梁可以擺動一定的角度。2.1.3頂梁結(jié)構(gòu)和斷面形狀各類頂梁都為箱式結(jié)構(gòu)，一般由鋼板焊接而成。為加強結(jié)構(gòu)的剛度，在上下蓋板之間焊有加強筋板，構(gòu)成封閉式棋盤型。頂梁前端呈滑撬式或圓弧形，以減少移架阻力。支撐式支架后端焊有掛簾板，作為掛矸簾之用。在頂梁下面焊有鑄鋼柱窩，柱窩兩側(cè)有孔，用鋼絲繩或銷軸把立柱和頂梁連接起來，掩護(hù)式支架和支撐掩護(hù)式支架在頂梁后端有銷孔，通過銷軸與掩護(hù)梁上的銷孔相連。按頂梁的斷面形狀，還可以把頂梁分成如下結(jié)構(gòu)形式：閉式頂梁閉式頂梁為頂梁上、下蓋板與筋板焊接成封閉型，如圖2-2所示。一種為立筋凸出型，如圖2-2a所示，增加了焊接強度；另一種為立筋凹下，焊接后使頂梁平整，但焊接強度不如前一種，如圖2-2b。開式頂梁開式頂梁結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。圖2-2頂梁閉式立筋型式圖2-3頂梁開式立筋型式開式頂梁的特點，可減輕頂梁重量，增強頂梁的抗彎強度。對于掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架，為便于側(cè)護(hù)板能自由伸縮，要在頂梁頂面上加焊一塊比側(cè)護(hù)板稍厚的鋼板，稱為頂板，如圖2-4中a，同時也增強了頂梁的結(jié)構(gòu)強度。圖2-4頂梁斷面本設(shè)計中的V型液壓支架頂梁的型式如圖2-5所示。頂梁采用開式結(jié)構(gòu)圖2-5V型液壓支架頂梁1——前梁；2——鉸接軸；3——前梁千斤頂；4——主頂梁2.2頂梁側(cè)護(hù)板支架側(cè)護(hù)板裝置一般由側(cè)護(hù)板、彈簧筒、側(cè)推千斤頂、導(dǎo)向桿和連接銷軸等組成。1、主要作用（1）、擋矸?？筛纳祈斄号c掩護(hù)梁的護(hù)頂、防矸性能，隔離控頂區(qū)與采空區(qū)、防止冒落矸石竄入工作面，減少冒矸形成的粉塵；（2）、導(dǎo)向。在支架移架時起導(dǎo)向作用；（3）、防倒、調(diào)架。活動側(cè)護(hù)板增強了支架側(cè)向穩(wěn)定性，其上設(shè)置的彈簧與千斤頂都起防倒與調(diào)架作用。2、側(cè)護(hù)板的種類與選擇頂梁和掩護(hù)梁的側(cè)護(hù)板有兩種：一種是一側(cè)固定另一側(cè)活動的側(cè)護(hù)板。由于固定側(cè)護(hù)板與梁體焊接在一起，可節(jié)省原梁體的側(cè)板，既節(jié)省材料又可加固梁體。在設(shè)計時，根據(jù)左右工作面來確定左側(cè)或右側(cè)為活動側(cè)護(hù)板。一般沿傾斜方向的上方為固定側(cè)護(hù)板，下方為活動側(cè)護(hù)板。活動側(cè)護(hù)板通過彈簧筒和側(cè)推千斤頂與梁體連接，以保證活動側(cè)護(hù)板與鄰架的固定側(cè)護(hù)板靠緊。但當(dāng)改換工作面開采方向時，活動側(cè)護(hù)板便位于傾斜方向的上方，對調(diào)架、防倒等帶來不便，所以很少采用。另一種是兩側(cè)皆為活動側(cè)護(hù)板。這種側(cè)護(hù)板可以適應(yīng)工作面開采方向變化的要求，有利于防倒和調(diào)架。V型液壓支架采用的是第二種兩側(cè)皆為活動側(cè)護(hù)板。3、側(cè)護(hù)板的結(jié)構(gòu)型式側(cè)護(hù)板的結(jié)構(gòu)型式如圖3-6所示。圖2-6側(cè)護(hù)板的結(jié)構(gòu)型式一種是側(cè)護(hù)板在頂梁的外側(cè)。這種類型側(cè)護(hù)板又有三種型式，圖2-6a，頂梁上無頂板，側(cè)護(hù)板易被冒落矸石壓住，影響側(cè)護(hù)板的伸縮；圖2-6b、c，在頂梁上加設(shè)頂板，克服了以上的缺點，但支架承載時，側(cè)護(hù)板裝置受力很大。另一種是鉸接式側(cè)護(hù)板，如圖2-6d所示。它克服了以上兩種側(cè)護(hù)板的缺點，但由于架間側(cè)護(hù)板造成三角帶容易填入碎矸，影響架間密封效果。所以綜合考慮各個方面，本架采用圖2-6b所示的側(cè)護(hù)板?？梢愿鶕?jù)工作面傾角方向調(diào)整一側(cè)固定，另一側(cè)活動，適應(yīng)性強。如圖2-7所示：圖2-7活動側(cè)護(hù)板的類型1——側(cè)推千斤頂；2——活動側(cè)護(hù)板；3——彈簧組件2.3底座1、主要作用（1）、承受由立柱與連桿等傳遞的頂板載荷，并傳遞給底版；（2）、是整個支架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、整體性的基礎(chǔ)；（3）、為支架輔助件，例如推移裝置、防倒防滑、操縱閥架等提供依托與根基；（4）、有一定的擋矸與排矸能力；（5）、便于人員操作與行走；（6）、與工作面輸送機等組成交替前移的支撐點，防止支架與輸送機下滑。2、底座的結(jié)構(gòu)型式、特點與選擇支架底座結(jié)構(gòu)型式通常有三種類型，即整體剛性底座、底分式剛性底座和鉸接分體底座。此處選擇整體剛性底座，如圖2-8所示。整體式底座是用鋼板焊接成的箱式結(jié)構(gòu)，整體性強，穩(wěn)定性好，強度高，不易變形，與底板接觸面積大，比壓小。同時，底座前端制成滑撬形，以減小支架的移架阻力；而且用過橋連接，增加了底座的剛度。通過立柱套筒與立柱連接；而且兩者之間用方鋼絲連接，保證升柱時，各立柱能同時升起；這種連接方式簡單、安全、可靠。圖2-8整體式剛性底座1—過橋；2—推移千斤頂支座；3—柱窩；其中，柱窩的結(jié)構(gòu)如圖3-9所示：圖2-9柱窩結(jié)構(gòu)2.4推移裝置液壓支架推移裝置是保證支架正常推溜和拉架，實現(xiàn)工作面正常循環(huán)作業(yè)的重要裝置。在設(shè)計支架時，應(yīng)根據(jù)支架結(jié)構(gòu)和配套要求合理選擇推移裝置的形式，并充分保證支架推移裝置對工作面條件和配套的適應(yīng)性。推移裝置的型式如表2-1所示表2-1推移裝置千斤頂?shù)男褪叫褪教攸c適用條件普通式普通活塞式雙作用千斤頂可為外供液式，也可為內(nèi)供液式1、目前已很少直接用作推移裝置，而多與反拉框架一起使用，應(yīng)用較廣2、外供液式結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用廣泛差動式千斤頂結(jié)構(gòu)仍為普通型式，利用交替閥的油路系統(tǒng)，使其減小托輸送機力用于直接拉架的方式，目前應(yīng)用較少浮動活塞式千斤頂活塞可在活塞桿上滑動，使環(huán)腔供液時拉力與普通千斤頂相同；但在活塞腔供液時，使壓力的作用面積僅為活塞桿斷面積，從而減小了推輸送力廣泛用于直接拉架方式，與短推桿等導(dǎo)向件一起使用動作時間有一定滯后，但一般不影響使用推移裝置一般由推移千斤頂、推桿或框架等導(dǎo)向傳力桿件以及連接頭等部件組成，其功能、連接型式見表2-2。表2-2推移裝置的功能與主要連接型式功能將輸送機推向煤壁，保證作業(yè)循環(huán)將液壓支架拉向煤壁方向，即時支護(hù)頂板框架或推桿與底座導(dǎo)向通道共同作為支架、輸送機移動時的導(dǎo)向，起一定的防滑作用連接型式直接連接一端固定在支架底座（一般位于支架縱軸線上），另一端固定在輸送機或輸送機底托架上。此時移架和推輸送機都用一個推移千斤頂移步橫梁間接連接在推移裝置與輸送機之間加一個移步橫梁、千斤頂僅與移步橫梁連接。這種方式減少了支架與輸送機之間的約束和影響、比較機動，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜相鄰支架或支架節(jié)連接這種方式一般用于節(jié)式或各種類型的組合邁步支架。移架千斤頂位于主副架之間，多數(shù)分別與兩者的底座相連，稱為下移架機構(gòu)。少數(shù)為頂梁之間相連，稱為上移架機構(gòu)。移架與推溜各用不同的千斤頂。推輸送機千斤頂兩端分別同支架與輸送機相連，但數(shù)量可以減少，如5~6m布置一個推移桿的常用形式有正拉式短推移桿和倒拉式長推移桿兩種。短推移桿式推移裝置一般采用浮動活塞式千斤頂或采用雙作用千斤頂差動連接。這種推移裝置結(jié)構(gòu)比較簡單、緊湊。V型液壓支架所采用的推移裝置為：浮動活塞式千斤頂加短推桿；連接方式為：直接連接。這里采用的短推移桿，如圖2-10所示，是由鋼板組焊而成的箱形結(jié)構(gòu)件，結(jié)構(gòu)簡單可靠，重量輕，被廣泛采用。支架推輸送機的力應(yīng)不大于輸送機的設(shè)計推力，拉架力一般應(yīng)為支架重量的2.5～3倍。支架移架速度應(yīng)與采煤機截割牽引速度相適應(yīng)。圖2-10短推移桿1—連接頭；2—短推桿；3—推移千斤頂2.5立柱和千斤頂?shù)脑O(shè)計本支架主要對立柱的設(shè)計進(jìn)行詳細(xì)的說明，其余的千斤頂如推移千斤頂、側(cè)推千斤頂、前梁千斤頂?shù)榷疾捎孟嚓P(guān)手冊上的標(biāo)準(zhǔn)型號和尺寸，故不再詳細(xì)敘述。立柱是支架的承壓構(gòu)件，它長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、抗彎強度，良好的密封性能，結(jié)構(gòu)要簡單，并能適應(yīng)支架的工作要求。2.5.1立柱的類型立柱的種類很多，按不同的分類方法有不同的類型。詳細(xì)分類見表2-3。表2-3立柱的分類分類方法類型按動作方式分單作用和雙作用按結(jié)構(gòu)種類分活塞式和活柱式按伸縮方式分單伸縮和雙伸縮V型支架使用的立柱采用中國礦業(yè)大學(xué)礦山機械研究所李炳文教授新研制成功的DWX懸浮式立柱的結(jié)構(gòu)原理，并在其原來的基礎(chǔ)上做了一些調(diào)整，結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-11所示。具體結(jié)構(gòu)請參考零部件圖。新型單體液壓支柱DWX懸浮式支柱是外注式支柱，用水質(zhì)乳化液做工作介質(zhì)。支柱在初撐時，壓力液體通過三用閥進(jìn)入到油缸與活柱間的環(huán)形腔體內(nèi)，再從活柱下部的徑向通孔進(jìn)入活柱內(nèi)腔。在壓力液體作用下，頂蓋與活柱同時上升并支撐頂板。在頂板壓力作用下，頂蓋與活柱軸向受壓，活柱內(nèi)腔的液壓力形成與頂板壓力方向相反的支撐力?；钪鶅?nèi)腔的液壓力大約分擔(dān)支柱載荷的3/4～4/5，活柱的軸向受力僅為支柱載荷其余的1/4～1/5。因為活柱縮在油缸內(nèi)的部分全部浸沉在工作介質(zhì)中，呈懸浮狀態(tài)，故稱該種支柱為懸浮式單體液壓支柱。圖2-11懸浮式立柱結(jié)構(gòu)1—底座；2—缸體；3—活柱；4—密封件；5—端蓋2.5.2懸浮式液壓支柱的優(yōu)點V型液壓支架采用的懸浮式液壓支柱有以下的優(yōu)點：1、支柱的工作行程大，擴大了支柱的使用范圍，減少了支柱的規(guī)格型號，使用靈活方便，減少了死柱的可能性，保證了安全生產(chǎn)；2、由于高效利用材料，因此支柱的重量輕，減輕了12％到30％，節(jié)省了鋼材；3、支柱無柱頭無活塞，在活柱上無焊縫，不僅活柱強度和穩(wěn)定性得到提升，而且結(jié)構(gòu)工藝得到大大簡化，零件數(shù)量也得以減少，生產(chǎn)成本降低；4、支柱的活柱和油缸均為簡單筒體結(jié)構(gòu)，采用QPQ氮化處理工藝和Ni-P化學(xué)鍍層工藝，方便可行，使支柱具有防腐、耐磨。防炮崩等特點，實現(xiàn)了水介質(zhì)支柱。該新型支柱具有結(jié)構(gòu)工藝簡單、工作行程大、使用范圍大、穩(wěn)定性安全系數(shù)大、重量輕、操作安全可靠等特點。2.6噴霧降塵系統(tǒng)的設(shè)計綜采放頂煤工藝是割煤與放煤，放煤產(chǎn)量一般占60％多，而且放煤口位置越高，煤塵越大。同時原煤含水低，粉塵也大。低位放頂煤支架雖較其他架型放煤煤塵要小，但煤塵仍超出國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)很多。而且移架時也會產(chǎn)生粉塵。為此必須高度重視防塵?，F(xiàn)在主要采取的措施是噴霧降塵，實踐證明效果良好。2.6.1噴霧降塵系統(tǒng)的組成每架由平面截止閥、球形截止閻、單向閥、噴頭及管路組成(圖2.12)。架間有管路相通，低位放頂煤支架噴霧系統(tǒng)在架后放煤口處有4組噴頭，在前粱處有l(wèi)組噴頭。2.6.2設(shè)計原則為減少煤塵，在收尾梁放煤時，由操縱系統(tǒng)控制打開單向鎖，使水路暢通，噴嘴噴出霧狀形成霧墻，便粉塵減少。此外還有一球形截止閥，可手工控制噴霧時間。另一組安設(shè)在前梁處負(fù)責(zé)移架時降塵。2.7液壓系統(tǒng)的設(shè)計2.7.1液壓系統(tǒng)的特點低位放頂煤支架的液壓系統(tǒng)有如下特點：（1）、采用介質(zhì)為5：95的水包油乳化液；（2）、各類閥和管路系統(tǒng)可選擇流量為125L/min或200L/min兩種類型。圖2.12噴霧降塵系統(tǒng)（3）、泵站的壓力和流量可根據(jù)需要選用，流量有上述兩種；壓力為31.5MPa；（4）、各類液控元件，一般均布置在頂梁、掩護(hù)梁、底座等結(jié)構(gòu)上，根據(jù)需要也可布置在立柱上，整個系統(tǒng)應(yīng)簡單、便于操作、人行方便；（5）、立柱的活塞腔油路上設(shè)有測壓閥，可根據(jù)工作需要，隨時裝上壓力測試裝置進(jìn)行壓力測定，了解支架的受力狀況；（6）、液壓系統(tǒng)可根據(jù)需要，結(jié)合噴霧系統(tǒng)，控制水路，進(jìn)行放煤與噴霧，拉架與噴霧的聯(lián)動或手動控制噴霧。2.7.2擬定液壓系統(tǒng)支架的液壓系統(tǒng)一般分為手動控制和自動控制兩類。手動控制系統(tǒng)要求操作者沿工作面跟隨采煤機依次操作支架。目前國產(chǎn)支架絕大部分都是這種控制系統(tǒng)。這種支架可以本架操作，也可以鄰架操作，本架操作比較簡單，管路較少，但不利于操作者觀察頂板和支架的動作情況。鄰架操作便于操作者觀察頂板和支架的動作情況，可提高移架速度和安全性。本支架操作方式采用本架操作控制，使用快速接頭拆裝方便，性能可靠。液壓支架系統(tǒng)的基本原理如圖2-13所示，從泵站來的高壓液體，經(jīng)過工作面上的主供液管送往各支架。各支架再經(jīng)操縱閥把液體送往支架的各立柱和千斤頂，以控制支架的升降推移等動作?；匾簳r，各立柱和千斤頂?shù)蛪呵坏囊后w通過操縱閥和工作面總回液管返回泵站。該支架液壓系統(tǒng)所使用的乳化液，是由乳化油和水配制而成的，乳化油的配比濃度為5％，使用乳化液應(yīng)注意以下幾點：1、定期檢查濃度，濃度過高增加成本，濃度太低，可能造成液壓元件銹蝕，影響液壓元件的密封和使用壽命2、防止污染，定期清理乳化液箱和支架過濾器3、防凍：乳化液的凝固點為零下三度左右，與水一樣也具有凍結(jié)膨脹性，乳化液受凍后，不但體積膨脹，穩(wěn)定性也受影響，乳化液地面配制和冬季運輸時要注意防凍。圖2-13液壓支架液壓系統(tǒng)圖1—操縱閥；2—液控單向閥；3—安全閥；4—前排立柱；5—后排立柱；6—前梁千斤頂；7—側(cè)推千斤頂；8—推移千斤頂；9—后梁千斤頂2.8液壓支架的主要技術(shù)參數(shù)2.8.1支護(hù)面積式中：——支護(hù)面積，；——頂梁寬度，；——頂梁長度，；——移架后頂梁前端到煤壁的距離，一般。代入相關(guān)數(shù)據(jù)，得：2.8.2支護(hù)強度和支護(hù)效率支護(hù)強度是指支架對單位面積頂板提供的工作阻力。式中：——支架總工作阻力，;——支護(hù)效率；——支架中心距，；——梁端距，；——頂梁長度，；代入相關(guān)數(shù)據(jù)=0.937得：3立柱結(jié)構(gòu)設(shè)計和強度計算立柱是液壓支架的主要承載與高度調(diào)節(jié)件。它除了要具有較高的承載能力外，還應(yīng)有較大的伸縮行程，以滿足支架工作高度的要求。在厚煤層開采中，為了增大支架對煤層厚度變化的適應(yīng)性，常需使支架的伸縮比較大。此時，單伸縮立柱就難以滿足要求。雖然采用在支架上裝設(shè)機械加長桿的方法，在一定程度上可以擴大其調(diào)高范圍。但機械加長桿在安裝后就成為固定活塞桿，需要調(diào)節(jié)時裝拆比較困難。目前，在國內(nèi)外一些大高度的新型支架上日益采用伸縮式立柱。由于本設(shè)計的采高的變化范圍較小，因此采用單伸縮立柱結(jié)構(gòu)。3.1單伸縮立柱缸徑和工作阻力的確定設(shè)計參數(shù)：行程：769缸內(nèi)工作壓力：32完全縮回時長度：1458完全伸出時長度：22273.1.1單伸縮立柱缸徑的確定立柱缸體內(nèi)徑按下列公式計算：式中：——立柱缸體內(nèi)徑，；——支架承受的理論總載荷力，;——立柱的根數(shù)；——安全閥調(diào)定壓力，，選型安全閥，；——立柱最大傾角，本設(shè)計取。代入相關(guān)數(shù)據(jù)，得：圓整，取。3.1.2安全閥壓力的確定安全閥的的調(diào)整壓力，按選定后的立柱缸體內(nèi)徑和支架承受的理論支護(hù)阻力來確定，即：式中按下式計算:式中——支架在最高位置時立柱傾角，度。代入數(shù)據(jù)得即取32合理3.1.3泵站壓力的確定本設(shè)計選用型乳化液泵站，壓力3.1.4立柱初撐力的計算式中：——立柱初撐力，;——泵站壓力，；——立柱伸到最高時與垂線的夾角代入相關(guān)數(shù)據(jù)，得：3.1.5立柱工作阻力的計算式中：——單根立柱工作阻力，；——安全閥額定工作壓力，?！⒅斓阶罡邥r與垂線的夾角代入相關(guān)數(shù)據(jù)，得：3.1.6立柱缸體壁厚的計算支架立柱的壁厚一般為,即中等壁厚，按下式計算：式中：——缸內(nèi)工作壓力，；——考慮管壁公差即侵蝕的附加厚度，一般?。弧獜姸认禂?shù)，無縫鋼管取；——缸體材料許用應(yīng)力，，缸體選用，；——立柱缸體內(nèi)徑，。代入相關(guān)數(shù)據(jù)，得：圓整，取。缸體外徑為3.2立柱強度和穩(wěn)定性驗算3.2.1立柱主要尺寸的確定立柱的大體尺寸標(biāo)注如下圖圖3-1立柱受力分析圖立柱行程（立柱伸縮長）：立柱最小導(dǎo)向長度：缸底厚度圓整后?。毫⒅撸菏街校喝「淄矁?nèi)徑的0.6—1.0；3.2.2缸筒壁厚的驗算：1.缸體壁厚應(yīng)滿足厚度要求當(dāng)時，按中等壁厚缸體公式進(jìn)行計算：式中：——剛體實際最大承壓，。代入相關(guān)數(shù)據(jù)，得：安全系數(shù)為：式中：——缸體材料為無縫鋼管，；——許用安全系數(shù)，一般取。代入相關(guān)數(shù)據(jù)，得:所以，缸體壁厚滿足強度要求。2、額定工作壓力應(yīng)低于一定極限值，以保證工作安全式中：——缸體材料屈服強度，對于取——缸體外徑——缸體內(nèi)徑代入數(shù)據(jù)得：滿足要求3、同時額定工作壓力也應(yīng)與安全塑性變形壓力有一定的比例范圍，以避免塑性變形的發(fā)生式中——缸筒發(fā)生完全塑性變形的壓力，因此，4、缸筒的爆裂壓力滿足要求5、驗算缸筒徑向變形應(yīng)處在允許的范圍內(nèi)式中——缸筒材料泊松比，鋼材取——缸筒材料彈性模數(shù)，鋼材取變形量不應(yīng)超過密封圈允許范圍。代入數(shù)據(jù)得：滿足要求為了加強兩端耳部聯(lián)結(jié)強度，設(shè)計中加大了千斤頂缸底耳座和活塞桿端銷孔直徑，以及缸底耳座和活塞桿頭部銷孔處的厚度及寬度，增加聯(lián)結(jié)部位的強度。3.2.3.缸體與缸底焊縫強度驗算缸體與缸底焊縫強度按下式計算：式中：——環(huán)形焊縫內(nèi)徑，；——環(huán)形焊縫外徑（缸筒外徑）,；——焊接效率，??；——立柱工作阻力，。代入相關(guān)數(shù)據(jù)，得：查表得焊縫抗拉強度：安全系數(shù)為：代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得：——許用安全系數(shù)；一般取3.3—4所以，焊縫強度滿足要求。3.2.4立柱穩(wěn)定性驗算驗算活柱全部伸出并受最大同心縱向載荷的穩(wěn)定性。立柱的穩(wěn)定性條件按下式進(jìn)行驗算：式中：——立柱的穩(wěn)定極限力，;——立柱的最大工作阻力，；——活塞桿斷面慣性矩，；——缸體斷面慣性矩，。上述各式中:——活柱直徑，17——外缸外徑，21.4——外缸內(nèi)徑，18活柱采用空心桿，端部接小球頭，空心直徑：式中：——材料許用應(yīng)力，； ——立柱推力，；——活柱空心直徑，。代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得：考慮到加強活柱的強度問題，適當(dāng)加大壁厚故取為代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得：；。穩(wěn)定條件的適用范圍：式中：——活塞桿端部銷孔至最大撓度處距離，112.9；——缸底銷孔至最大撓度處的距離，109.8。根據(jù)及查極限力計算圖，可得值，將該值代入式可得值。若，則立柱滿足穩(wěn)定性條件。若，則要重新設(shè)計，可加大活塞桿直徑，加大缸體內(nèi)徑，知道滿足穩(wěn)定條件。代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得：據(jù)此，查極限阻力計算圖，知：將此值代入得：因為所以，設(shè)計的立柱滿足穩(wěn)定性條件。3.2.5立柱活塞桿強度驗算在承受同心最大軸向載荷時，立柱的初始撓度為：式中符號如圖3-1所示——立柱總重，;經(jīng)計算估取——缸體軸線與水平面夾角，。立柱的最大撓度：當(dāng)當(dāng)當(dāng)式中：——鋼材彈性模量，；活塞桿的合成應(yīng)力為：式中：——活塞桿的斷面積，——活塞桿的斷面模數(shù)，當(dāng)活塞桿為空心時，其斷面模數(shù)安全系數(shù)計算如下：式中：——許用安全系數(shù)，一般最小為1.4。代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得：立柱的最大撓度：因為：所以按：計算活塞桿的合成應(yīng)力為：所以，安全系數(shù)：活塞桿強度滿足要求。必須指出的是，上述活塞桿強度的計算僅當(dāng)活塞桿頭部至最大撓度處的距離時才適用。所以以上計算是正確的。3.2.6立柱的縱向彎曲穩(wěn)定性計算立柱的縱向彎曲穩(wěn)定極限力與液壓缸的安裝形式、活塞桿直徑、行程等有關(guān)，由下列公式求?。寒?dāng)時，當(dāng)時，當(dāng)時，活塞桿屬于短桿，對穩(wěn)定性可不必校核，只進(jìn)行強度驗算。式中：——活塞桿的計算柔度（當(dāng)時不需作穩(wěn)定性計算）；——柔性系數(shù)；——活塞桿橫斷面回轉(zhuǎn)半徑，；——長度折算系數(shù)，；——實驗系數(shù)；——材料彈性模量，；——活塞桿斷面面積，26.687。代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得：活塞桿屬于短桿，不會產(chǎn)生縱向彎曲，彎曲穩(wěn)定性滿足要求。4液壓支架受力分析4.1概述4.1.1支架工作狀態(tài)1.頂板狀態(tài)在采煤工作面中，當(dāng)煤被采出后，就會出現(xiàn)一定的空間，由于受上部巖層壓力，出現(xiàn)離層和裂隙，如果不及時支護(hù)，頂板就要冒落，不支護(hù)的時間越長，危險就越大。而頂板冒落是有一定過程的，一般可分為三個階段，開始頂板處于無壓狀態(tài)，此時頂板較完整，而且沒有下沉，稱為無壓狀態(tài)；但經(jīng)一定時間后，頂板就會下沉，通常稱為老頂來壓，此時頂板并不破裂，而且這種下沉帶有一定的周期性，所以稱為老頂周期來壓狀態(tài)；如果不及時支護(hù)，頂板就會破裂而冒落，此時叫冒落狀態(tài)。2.支架工作狀態(tài)支架在這三種狀態(tài)下是這樣工作的：開始支架以初撐力支撐頂板，此時為無壓狀態(tài)；當(dāng)周期來壓時，頂板下沉，使立柱下腔壓力增大，當(dāng)增大到大于安全閥調(diào)正壓力時，安全閥被打開，使立柱下腔壓力下降，稱為立柱讓壓狀態(tài)，使支架以工作阻力支護(hù)頂板；如果繼續(xù)來壓，就要不斷讓壓，所以立柱要有一定的向下行程，如沒有向下行程，稱為壓死狀態(tài)，這是在設(shè)計和使用中必須注意避免的現(xiàn)象；當(dāng)支架前移后，此時頂板處于無支護(hù)狀態(tài)，頂板就要冒落，這就是液壓支架在工作過程中的三種狀態(tài)。3.支架受力支架在工作面受力是由于頂板下沉，同時又有向采空區(qū)移動的趨勢，使頂梁受合力和底座受底板反力，其中頂板合力的垂直分力,由支架工作阻力來克服，所以在計算支架的工作載荷時按支架的工作阻力來確定。4.1.2計算載荷的確定液壓支架實際受載荷很復(fù)雜，頂梁和底座上的載荷既非集中載荷，又非均布載荷，分布規(guī)律隨著支架與頂?shù)装宓慕佑|情況而變化，為簡化計算，作如下假設(shè)：1、把支架簡化成一個平面桿系結(jié)構(gòu)，同時為偏于安全，按集中載荷進(jìn)行計算。2、金屬結(jié)構(gòu)件按材料力學(xué)上的直梁理論來計算。3、頂梁、底座與頂?shù)装逭J(rèn)為均勻接觸，載荷沿支架長度方向按線性規(guī)律，沿支架寬度方向為均布。4、通過分析和計算可知，掩護(hù)梁上矸石的作用力，只能使支架實際支護(hù)阻力降低，所以在進(jìn)行強度計算時不計，使掩護(hù)梁偏于安全。5、立柱和短柱按最大工作阻力來計算。6、作用在頂梁上水平力的產(chǎn)生有兩種情況：一種是由于支架在承載讓壓時，由于頂梁前端運動軌跡為雙紐線，所以頂梁與頂板有產(chǎn)生位移的趨勢，水平力為頂梁合力與靜摩擦系數(shù)的乘積，其方向與頂梁產(chǎn)生位移方向的趨勢相反；另一種是由于頂板向采空區(qū)方向移動，使支架頂梁受一指向老塘的水平力，最大水平力與上相同。頂梁與頂板的靜摩擦系數(shù)，目前國內(nèi)一般取。7、支架各部受力，按不同支護(hù)高度時受力最大值進(jìn)行強度校核。8、各結(jié)構(gòu)件的強度校核，除按理論支護(hù)阻力校核危險斷面外，還要按《液壓支架型式試驗技術(shù)規(guī)范》的各種加載方式，以支架的額定工作阻力逐一校核，超過額定工作阻力10％的超載試驗，將由安全系數(shù)保證強度。4.2支架受力分析與計算支架的受力分析與計算，是按理論力學(xué)中一物體受幾個力作用下處于平衡狀態(tài)時，所受力和力矩之和為零的原理來進(jìn)行分析和計算的。所以當(dāng)支架支撐后在處于平衡狀態(tài)時，取整體或某一部件為分離體也處于平衡狀態(tài)。其合力與合力矩為零。即：滿足靜力平衡的充分必要條件為:支架整體受力關(guān)系如圖4-1所示。圖4-1支架整體受力圖中為前梁端部所受集中載荷，為主梁所受集中載荷，為底板對底座的支撐力。借助于取分離體的辦法求出、和及其作用點的位置。下面就根據(jù)將支架簡化成平面桿系進(jìn)行受力分析與計算。4.2.1前梁的受力分析與計算圖4-2前梁分離體受力圖圖中，為前梁千斤頂支撐力，為前梁端部的集中載荷力，、、、和角由支架的結(jié)構(gòu)確定。由得：（4－1）由得：（4－2）由得：（4－3）由式（4－1），得：（4－4）由式（4－2），得：（4－5）由式（4－3），得：（4－6）代入數(shù)據(jù)得：4.2.2主頂梁的受力分析與計算圖4-3頂梁的受力分析取頂梁為分離體，為頂梁與頂板的摩擦力，為立柱的工作阻力，為前梁在頂梁與前梁鉸接處對頂梁在水平和垂直方向的力，為前梁千斤頂對頂梁的作用力，為頂板對頂梁的集中載荷力由，得：（4－7）由，得：（4－8）由，得：（4－9）由以上各式連解得：（4－10）由式（4－8），得：（4－11）由式（4－9），得：（4－12）代入數(shù)據(jù)得：由可知作用于頂梁的中心處4.2.3底座的受力分析與計算取底座為分離體，受力如圖5-4所示，為立柱的工作阻力，為地板對支架的支撐力，為地板對支架的摩擦力圖4-4底座受力分析圖由，得：（4－13）由，得：（4－14）由，得：（4－15）聯(lián)立式（4－13）、（4－14）、（4－15），可得：代入數(shù)據(jù)可得：4.3頂梁的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，載荷實際分布很復(fù)雜。為計算方便，假設(shè)頂梁與頂板均勻接觸且載荷為線性分布。設(shè)頂梁長為，頂板的集中載荷為，其作用點距頂梁一端為。則當(dāng)時，載荷分布為三角形。如圖4-5所示。圖4-5頂梁三角形載荷分布頂梁前端比壓為0，頂梁后端比壓為：（4－16）當(dāng)時，載荷分布呈梯形分布，如圖5-6所示。頂梁前端比壓為：（4－17）頂梁后端比壓為:（4－18）圖4-6頂梁梯形載荷分布式中：由前面計算可知，，屬于第二種情況。代入數(shù)據(jù)計算得：4.4底座接觸比壓頂板對支架的巨大載荷經(jīng)由整臺支架傳到底板，在支架底座與底板接觸處將具有一定的比壓。由于底板巖性不同，含水量不同等因素，使底板具有不同的抗壓強度。則在設(shè)計支架時，應(yīng)驗算底板的比壓。底板與底座的接觸面積：m（4－19）式中：——底座的長度；——底座的寬度。底座對底板的平均比壓：（4－20）代入數(shù)據(jù)求得：由于底板凹凸不平或底座下墊有碎矸，底座對底板的比壓很不均勻。為簡化計算而又不失其有效性，假設(shè)底座對底板均勻接觸且載荷為線性分布。由圖4-7底座分離體的受力圖可知，底座上載荷均勻分布。求出底座的最大比壓之后，要與底板允許比壓進(jìn)行比較。底座對底板的最大比壓應(yīng)小于底板的允許比壓。否則應(yīng)重新設(shè)計底座甚至整個支架。圖4-7底座載荷分布4.5前梁千斤頂參數(shù)的確定前梁簡圖如4-8所示：圖4-8前梁簡圖先假設(shè)前梁頂端所受的力對A點有：式中：為前梁千斤頂對前梁的撐力，KN代入數(shù)據(jù)得：前梁千斤頂?shù)母左w內(nèi)徑為：圓整后取查《液壓支護(hù)手冊》中千斤頂?shù)钠ヅ潢P(guān)系表格得：缸體內(nèi)徑：125mm缸體柱徑：70mm杠頭孔徑：35mm4.6推移千斤頂參數(shù)的確定本設(shè)計選用直接推移方式千斤頂，推移力一般取推移千斤頂?shù)母左w內(nèi)徑為：圓整后?。翰槭謨缘茫焊左w內(nèi)徑：100mm缸體柱徑：60mm杠頭孔徑：32mm4.7側(cè)推千斤頂參數(shù)的確定一般側(cè)推千斤頂參數(shù)如下：缸體內(nèi)徑：80mm缸體柱徑：60mm杠頭孔徑：32mm行程：140mm4.8液壓支架主要技術(shù)參數(shù)一覽表表4-1液壓支架主要技術(shù)參數(shù)表設(shè)備（部件）名稱項目單位技術(shù)參數(shù)支架整體性能支架高度mm1600～2400支架寬度mm1460～1740支架中心距mm1500支護(hù)強度MPa0.535對底板比壓MPa1.07初撐力kN2716.81工作阻力(P=32MPa)kN3000操作方法本架操作泵站壓力MPa31.5立柱型式單伸縮活塞式根數(shù)根4缸徑mm180柱徑mm170初撐力kN737.86工作阻力(P=32MPa)kN749.19行程mm769推移千斤頂型式正裝差動式根數(shù)根1缸徑mm100柱徑mm60推力/拉力kN100/60行程mm600側(cè)推千斤頂型式內(nèi)進(jìn)液根數(shù)根2缸徑mm80桿徑mm60推力/拉力kN150/60行程mm140前梁千斤頂型式雙作用單伸縮根數(shù)根2缸徑mm125桿徑mm70初撐力kN120工作阻力(P=32MPa)kN687.5行程mm550配套設(shè)備采煤機6MG200-W型前輸送機SGD630/220型5液壓支架強度計算5.1強度條件我國液壓支架強度計算中的強度條件如下：1、強度校核均以材料的屈服極限計算安全系數(shù);2、常用的承載結(jié)構(gòu)件材料及工藝，見表5-1表5-1常用承載結(jié)構(gòu)材料工藝表主要零部件名稱常用材料(MPa)工藝性能頂梁、底座、16Mn280350可焊性好、焊后無需熱處理15MnVN450470可焊性差、焊接時需要預(yù)熱，工藝?yán)щy14MnNbB700柱冒、連接座ZG270500ZG35Cr270350一般需調(diào)質(zhì)處理，鑄造缺陷較多，要嚴(yán)格控制質(zhì)量銷軸、連桿40Cr4540Mn230CrMnSi550360750900調(diào)質(zhì)處理3、安全系數(shù)安全系數(shù)如表5-2：表5-2安全系數(shù)表安全系數(shù)前梁頂梁底座掩護(hù)梁前連桿后連桿[n]安全系數(shù)主要軸缸體活塞桿[n]1.33.3~4>1.4注：（1）、頂梁、底座安全系數(shù)為1.1，主要考慮加載時加載工作阻力1.1倍，掩護(hù)梁、連桿、銷軸等不能進(jìn)行加載強度校核，為偏于安全取1.3.（2）、如果各結(jié)構(gòu)件計算出來的安全系數(shù)偏大時，可按標(biāo)準(zhǔn)鋼材厚度減薄，或減少加強筋數(shù)量和筋板高度，以減輕支架重量，降低成本。根據(jù)計算表明，改變結(jié)構(gòu)件高度對強度影響較大，而改變結(jié)構(gòu)件鋼板厚度對強度影響較小，在設(shè)計時可根據(jù)結(jié)構(gòu)件具體情況酌情處理。5.2前梁強度校核前梁的受力分析、剪力圖、彎矩圖，見圖5-1。圖5-1前梁受力圖由圖5-1可以看出，最大彎矩在前梁千斤頂作用處。根據(jù)計算表明，按彎壓聯(lián)合作用計算，不如按最大彎曲應(yīng)力計算應(yīng)力大，為安全起見，故采用最大彎曲應(yīng)力校核，即危險截面，所以只需校核危險截面的彎曲強度。斷面處的彎矩的確定：由所選的前梁千斤頂缸體的內(nèi)徑算出前梁頂端的最大力F所以斷面的彎矩為：危險截面如圖5-2所示，對每塊板進(jìn)行編號，對相同位置相同截面的編成一個號，再計算截面面積；最后計算截面形心距。前梁鋼板材料均采用圖5-2前梁危險截面圖板1：（一塊）；板2：（四塊）；截面積截面形心距1、截面形心至面的距離可用下列式進(jìn)行計算：代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得：2、每個零件中心至截面形心之距可用下式進(jìn)行計算：代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得：3、截面中心主慣性矩矩形截面的慣性矩為：，每個零件對截面形心的慣性矩為：代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得：所以，4、彎曲應(yīng)力5、安全系數(shù)的計算故：前梁的彎曲強度符合設(shè)計要求。6、剪切應(yīng)力和剪切強度的計算由力矩圖可以看出，在危險截面處的剪應(yīng)力為最大，并且腹板采用鋼板焊接，不如型鋼，故需校核。由材料力學(xué)可知，中性軸處剪應(yīng)力為最大，所以按此處進(jìn)行校核。1)、中性軸以上（或以下）的部分截面面積對中性軸的靜矩式中：——中性軸以上（或以下）各部分零件斷面的面積；——中性軸以上（或以下）各部分零件的中心坐標(biāo)（對截面形心）；——危險界面的形心矩；——每個零件形心至面之距；——中性軸以上（或以下）各部分零件面積對中性軸之矩。此處按中性軸以上進(jìn)行計算，代入有關(guān)數(shù)據(jù)，經(jīng)計算，得：所以，。2）、危險截面中性軸處最大剪應(yīng)力式中：——最大剪應(yīng)力,；——截面沿中性軸的總合寬度，此處，。代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得：3）、安全系數(shù)的計算代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得：故前梁的剪切強度滿足設(shè)計要求。5.3頂梁強度校核頂梁的受力分析、剪力圖、彎矩圖，見圖6-3。圖5-3頂梁受力圖由圖5-3可知，頂梁的危險截面在集中力作用處，故需校核此處的彎曲強度和剪切強度。危險截面如圖5-4示，對每塊板進(jìn)行編號，對相同位置相同截面的編成一個號，再計算截面面積；最后計算截面形心距。圖5-4頂梁危險截面板1：（一塊）；板2：（一塊）；板3：（五塊）；截面積截面形心距1、截面形心至面的距離可用下列式進(jìn)行計算：代入數(shù)據(jù)，得：2、每個零件中心至截面形心之距可用下式進(jìn)行計算：代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得：3、截面中心主慣性矩矩形截面的慣性矩為：，每個零件對截面形心的慣性矩為：代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得：；；所以，4、彎曲應(yīng)力式中（為支架承受的最大工作阻力；頂梁上柱窩中心之間的距離）代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得：5、安全系數(shù)的計算代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得：故：頂梁的彎曲強度符合設(shè)計要求。6、剪切應(yīng)力和剪切強度的計算由力矩圖可以看出，在危險截面處的剪應(yīng)力為最大，并且腹板采用鋼板焊接，不如型鋼，故需校核。由材料力學(xué)可知，中性軸處剪應(yīng)力為最大，所以按此處進(jìn)行校核。1)、中性軸以上（或以下）的部分截面面積對中性軸的靜矩式中：——中性軸以上（或以下）各部分零件斷面的面積；——中性軸以上（或以下）各部分零件的中心坐標(biāo)（對截面形心）；——危險截面的形心矩；——每個零件形心至面之距；——中性軸以上（或以下）各部分零件面積對中性軸之矩。此處按中性軸以上進(jìn)行計算，代入有關(guān)數(shù)據(jù)，經(jīng)計算，得：所以，。2）、危險截面中性軸處最大剪應(yīng)力式中：——最大剪應(yīng)力，(為支架的最大工作阻力)；——截面沿中性軸的總合寬度，此處，。代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得：3）、安全系數(shù)的計算代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得：故：頂梁的剪切強度滿足設(shè)計要求。5.4底座強度校核底座的受力分析、剪力圖、彎矩圖，處理后的力學(xué)模型見圖5-5。圖5-5底座受力圖由受力圖可以看出掩護(hù)梁的危險截面在前連桿與掩護(hù)梁鉸接處，故需校核此危險截面的彎曲強度和剪切強度。由圖5-5可知，底座的危險截面在后連桿與底座鉸接處，故需校核此處的彎曲強度和剪切強度。危險截面如圖5-6示，對每塊板進(jìn)行編號，對相同位置相同截面的編成一個號，再計算截面面積；最后計算截面形心距。圖5-6底座危險截面圖板1：（一塊）；板2：（兩塊）；板3：（四塊）；截面積截面形心距1、截面形心至面的距離可用下列式進(jìn)行計算：代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得：2、每個零件中心至截面形心之距可用下式進(jìn)行計算：代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得：3、截面中心主慣性矩矩形截面的慣性矩為：，每個零件對截面形心的慣性矩為：代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得：；所以，4、彎曲應(yīng)力式中（為底座承受的最大支撐力；底座兩柱窩中心之間的距離）代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得：5、安全系數(shù)的計算代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得：故：頂梁的彎曲強度符合設(shè)計要求。6、剪切應(yīng)力和剪切強度的計算由力矩圖可以看出，在危險截面處的剪應(yīng)力為最大，并且腹板采用鋼板焊接，不如型鋼，故需校核。由材料力學(xué)可知，中性軸處剪應(yīng)力為最大，所以按此處進(jìn)行校核。1)、中性軸以上（或以下）的部分截面面積對中性軸的靜矩式中：——中性軸以上（或以下）各部分零件斷面的面積；——中性軸以上（或以下）各部分零件的中心坐標(biāo)（對截面形心）；——危險截面的形心矩；——每個零件形心至面之距；——中性軸以上（或以下）各部分零件面積對中性軸之矩。此處按中性軸以上進(jìn)行計算，代入有關(guān)數(shù)據(jù)，經(jīng)計算，得：所以，。2）、危險截面中性軸處最大剪應(yīng)力式中：——最大剪應(yīng)力，(為底座承受的最大支撐力)；——截面沿中性軸的總合寬度，此處，。代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得：3）、安全系數(shù)的計算代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得：故：底座的剪切強度滿足設(shè)計要求。5.5銷軸及耳板的強度校核支架所有連接處的銷軸和耳板，都要受擠壓和拉伸的作用，所以，要計算擠壓應(yīng)力和拉應(yīng)力并進(jìn)行強度校核。銷軸處不僅受剪力，而且還受一定的彎曲應(yīng)力，所以應(yīng)對其進(jìn)行合成應(yīng)力校核。下面對各部件聯(lián)結(jié)處分別進(jìn)行軸及耳板強度校核。1、前梁與頂梁聯(lián)結(jié)處的強度校核Ⅰ、銷軸的強度校核1）、銷軸的受力情況前梁與主梁聯(lián)結(jié)處的銷軸受力如圖5-7所示：由式（4－10）和（4－11）知，在前梁與主頂梁連接處： 其合力為：此處有兩個銷軸，設(shè)每根銷軸的受力為，則：（）式中—偏載系數(shù)，一般取1.2圖5-7前梁與主梁銷軸受力圖帶入數(shù)據(jù)得：2）、銷軸的校核（1）、求反力及彎矩（設(shè)轉(zhuǎn)配時出現(xiàn)單邊間隙）銷軸直徑為φ60mm，材料為40Cr（銷軸橫截面積為：抗彎模量為：彎曲應(yīng)力：剪切應(yīng)力：合成應(yīng)力：（2）、安全系數(shù)材料選40Cr，取屈服極限。所以，前梁與主梁聯(lián)結(jié)處的銷軸強度符合要求。Ⅱ、耳板的強度校核前梁與主梁聯(lián)結(jié)處耳板尺寸大體相同，耳板厚度相等，所以只要校核其中一處的耳板即可?，F(xiàn)取前梁耳板進(jìn)行強度校核，耳板斷面如圖5-8所示。此處所受力為。其合力為：耳板在擠壓力作用下，銷軸向耳板銷孔擠壓。耳板所受擠壓應(yīng)力按下式計算：圖5-8前梁耳板斷面圖式中：—偏載系數(shù)，一般取；—耳板數(shù)量，—耳板厚度，m—銷孔直徑，m所以：擠壓安全系數(shù)：耳板受拉的危險斷面為銷軸直徑處，其拉應(yīng)力為：式中：—耳板寬度，如圖5-9所示。從圖6-9可知：所以此處：拉伸安全系數(shù)：所以此處的耳板強度滿足設(shè)計要求。圖5-9前梁耳板圖2、其它地方的銷軸和耳板主頂梁和尾梁聯(lián)結(jié)處的銷軸和耳板，受力小于前梁處的銷軸和耳板，而且主頂梁和尾梁聯(lián)結(jié)處的銷軸和耳板尺寸相同，前面已經(jīng)校核了前梁處的銷軸和耳板的強度均滿足設(shè)計要求，所以該處的強度也應(yīng)符合設(shè)計要求，在此不再計算。立柱所用銷軸只起限位作用，受力相對較小，故根據(jù)相關(guān)手冊取一合適尺寸即可。其余千斤頂耳座及銷軸可參考有關(guān)手冊選定，這里不再進(jìn)行強度校核。摘要當(dāng)前，我國制造業(yè)已經(jīng)全面完成電圖版工程，我國二維CAD技術(shù)的普及結(jié)束了手工繪圖的歷史，對減輕工程人員的勞動強度，提高經(jīng)濟(jì)效益起到了很明顯的作用。隨著技術(shù)的發(fā)展，CAD技術(shù)正從二維CAD向三維CAD過度，三維建模技術(shù)是CAD技術(shù)的核心，建模技術(shù)的研究、發(fā)展和應(yīng)用，代表了CAD技術(shù)的發(fā)展水平。三維CAD/CAE技術(shù)在產(chǎn)品的三維造型、虛擬裝配、工程圖生成、動態(tài)干涉檢驗、機構(gòu)運動分析和動態(tài)仿真等方面帶來了革命性的突破，極大地提高了設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量。Pro/E軟件是目前國內(nèi)外最為先進(jìn)的基于特征的三維參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)之一。本論文較系統(tǒng)地闡述了利用Pro/E軟件實現(xiàn)放頂煤液壓支架三維實體建模和運動仿真分析的基本方法和技巧。并大體介紹了液壓支架的選型原則、各部件尺寸設(shè)計及結(jié)構(gòu)設(shè)計等內(nèi)容。通過對液壓支架進(jìn)行運動仿真證明，設(shè)計支架尺寸合理，運動靈活，無運動干涉區(qū)域，頂梁前端一點的運動軌跡符合近似雙紐線的要求。關(guān)鍵詞：Pro/E；液壓支架；三維建模；仿真AbstractAtpresent,Ourcountrymanufacturingindustryhascompletedtheprojectcomprehensivelyofflingthechartboard,andthepopularizationoftwo-dimensionalCADtechnologyhasfinishedthemanualcartographyhistory,whichplaysaveryobviousroleinreducingtheprojectpersonnel’sworkandenhancingtheeconomicbenefit.Withthedevelopmentoftechnology,theCADistransitingfromtwo-dimensionaltothree-dimensional.Three-dimensionalmodelingtechnologyistheCAD’score,andit’sresearch,development,applicationonbehalfoftheCAD’sdevelopment.Three-dimensionalCAD/CAEtechnologytakesarevolutionarybreakthroughatproduct’sthree-dimensionalmodeling,hypothesizedassembly,creatingtheengineeringplat,dynamicinterferenceexamination,organizationmovementanalysis,dynamicsimulation,finiteelementanalysisetc,whichenormouslyenhancestheefficiencyandqualityofdesign.Pro/Eisatpresentoneofthemostadvanced3DparameterCADsoftwaresthatbasedonthefeatures.Itisintroducedinasystematicwaythemethodandtechniqueforthe3DparametersolidmodelandsimulationofthehydraulicsupportwithPro/E.Afterthemovementsimulationanalysissupport,itisprovedthatthishydraulicsupporthaveareasonablesize,flexiblemovementandnomovementinterferesregion,themovementpathofonepointatthefrontoftop-beamreachesrequestofsimilarlydoubleturnstheline.Keywords:Pro/E;hydraulicsupport;modeling;simulation

目錄TOC\o"1-3"\h\u23680前言 １204051概述 ２151441.1液壓支架的組成和分類 ２103191.1.1液壓支架的組成 ２57051.1.2液壓支架的分類及特點 ３82531.2液壓支架的工作原理 ５271781.3、液壓支架的支護(hù)方式 ８273181.4支架選型的基本參數(shù) ９197221.4.1對液壓支架的基本要求 ９157041.4.2設(shè)計液壓支架必需的基本參數(shù) １０74212液壓支架的總體設(shè)計 １２187042.1液壓支架的選型 １２35222.2液壓支架參數(shù)的確定 １４100102.2.1支護(hù)強度和工作阻力 １４77312.2.2初撐力 １５172052.2.3移架力與推溜力 １６312902.2.4支架調(diào)高范圍 １６215652.2.5中心距和寬度的確定 １７136832.2.6底座寬度 １７160682.3采煤機、液壓支架和輸送機的配套 １８276212.3.1采煤機、液壓支架和輸送機的配套 １８228962.3.2其他附屬設(shè)備的配套 １９3762.4四連桿機構(gòu)設(shè)計 ２０23262.4.1四連桿機構(gòu)的作用 ２０158832.4.2用優(yōu)選設(shè)計法設(shè)計四連桿機構(gòu) ２２68972.5、頂梁長度的確定 ２７131482.6立柱及柱窩位置的確定 ２８136802.7平衡千斤頂位置的確定 ３２8062.7.1平衡千斤頂安裝位置的確定原則 ３２154542.7.2平衡千斤頂在頂梁上位置的確定 ３３38632.8其它千斤頂技術(shù)參數(shù)的確定 ３５111332.8.1推移千斤頂技術(shù)參數(shù) ３５106372.8.2側(cè)推千斤頂技術(shù)參數(shù)確定 ３６170972.8.3前梁千斤頂技術(shù)參數(shù)的確定 ３６218272.8.4護(hù)幫板千斤頂?shù)募夹g(shù)參數(shù)的確定 ３７312273.1受力分析計算 ３８213273.2支護(hù)強度計算 ３９74343.3底座比壓的計算 ３９312663.4支架支護(hù)效率 ４０168204液壓支架的主要部件的設(shè)計 ４０259544.1前梁 ４２16254.3掩護(hù)梁 ４３199374.4前、后連桿 ４４196324.5底座 ４５46054.6立柱 ４６304924.7千斤頂 ４７312624.7.1推移千斤頂 ４７96414.7.2前梁千斤頂 ４７251544.7.3護(hù)幫板千斤頂 ４８61415液壓支架的建模與仿真 ４９308895.1液壓支架的建模與裝配 ４９173435.1.1液壓支架建模與裝配的目的及要求 ４９8005.1.2液壓支架的三維實體建模 ５０274565.1.3液壓支架的整機裝配 ５１265035.2液壓支架的運動仿真 ５４77895.2.1液壓支架運動仿真的一般過程 ５４229045.2.2仿真結(jié)果分析 ５７8275參考文獻(xiàn) ６１24125致謝 ６２前言綜合機械化采煤是煤礦技術(shù)進(jìn)步的標(biāo)志，是煤礦增加產(chǎn)量、提高勞動效率、增加經(jīng)濟(jì)效益的重要手段。實踐證明大力發(fā)展綜合機械化采煤，研制和使用液壓支架是十分關(guān)鍵的。至今，我國煤礦中使有的支架類型很多，按照支架采煤工作面安裝位置來劃分有端頭支架和中間液壓支架。端頭液壓支架簡稱端頭支架，專門安裝在每個采煤工作面的兩端。中間液壓支架是安裝在除工作面端頭以外的采煤工作面上所的位置的支架。目前使用的液壓支架分為三類。即：支撐式液壓支架、掩護(hù)式液壓支架、支撐掩護(hù)式液壓支架。從架型的結(jié)構(gòu)特點來看，由于架型的不同，它的支撐力分布和作用也不同；從頂板條件來看，由于直接類別和老頂級別的不同，支架所承受的載荷也不同，所以為了在使用中合理地選擇架型，要對支架的支撐力承載力的關(guān)系進(jìn)行分析，使支架的支撐力能適應(yīng)頂板載荷的要求。本設(shè)計論文則設(shè)計層煤厚度在2.3米到4.3米，老頂級別為二級，直接頂類別為一類的掩護(hù)式液壓支架的設(shè)計。支撐力較小，切頂性能差，但由于頂梁短，支撐力集中在靠近煤壁的頂板上，所以支護(hù)強度較大、且均勻，掩護(hù)性好，能承受較大的水平推力，對頂板反復(fù)支撐的次數(shù)少，能帶壓移架。但由于頂梁短，立柱傾斜布置，故作業(yè)空間和通風(fēng)斷面小。其因此本設(shè)計設(shè)計這類掩護(hù)式液壓支架。1概述1.1液壓支架的組成和分類1.1.1液壓支架的組成液壓支架是綜采工作面支護(hù)設(shè)備，它的主要作用是支護(hù)采場頂板，維護(hù)安全作業(yè)空間，推移工作面采運設(shè)備。液壓支架的種類很多，但其基本功能是相同的。液壓支架按其結(jié)構(gòu)特點和與圍巖的作用關(guān)系—“般分為三大類，即支撐式、掩護(hù)式(圖1-2)和支撐掩護(hù)式(圖1-3)根據(jù)支架各部件的功能和作用，其組成可分為4個部分：(1)承載結(jié)構(gòu)件，如頂梁、掩護(hù)梁、底座、連桿、尾梁等。其主要功能是承受和傳遞頂板和垮落巖石的載荷。(2)液壓油缸，包括立柱和各類千斤頂。其主要功能是實現(xiàn)支架的各種動作，產(chǎn)生液壓動力。(3)控制元部件，包括液壓系統(tǒng)操縱閥、單向閥、安全閥等各類閥，以及管路、液壓、電控元件等。其主要功能是操作控制支架各液壓油缸動作及保證所需的工作特性。圖1-2掩護(hù)式液壓支架結(jié)構(gòu)圖1-3支撐掩護(hù)式液壓支架結(jié)構(gòu)(4)輔助裝置，如推移裝置、護(hù)幫(或挑梁)裝置、伸縮梁(或插板)裝置、活動側(cè)護(hù)板、防倒防滑裝置、連接件等。這些裝置是為實現(xiàn)支架的某些動作或功能所必需的裝置。1.1.2液壓支架的分類及特點按液壓支架在采煤工作面的安置位置來劃分，有端頭液壓支架和中間液壓支架。端頭液壓支架簡稱端頭支架，專門安裝在每個采煤工作面的兩端。中間液壓支架是安裝在除工作面端頭以外的采煤工作面所有位置的支架。中間液壓支架按其結(jié)構(gòu)形式來劃分，可分為三種基本類型，即：支撐式、掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式。(1)支撐式支架支撐式支架是出現(xiàn)最早的一種架型，按其結(jié)構(gòu)和動作方式的不同，支撐式支架又分為垛式支架（圖1-4a）和節(jié)式支架（圖1-4b）兩種結(jié)構(gòu)型式。垛式支架每架為一整體，與輸送機連接并互為支點整體前移。節(jié)式支架由個框節(jié)組成，移架時，各節(jié)之間互為支點交替前移，輸送機用于支架相連的推移千斤頂推移。節(jié)式支架由于穩(wěn)定性差，現(xiàn)已基本淘汰。支撐式支架的結(jié)構(gòu)特點是：頂梁較長，其長度多在左右；立柱多，一般是根，且垂直支撐；支架后部設(shè)復(fù)位裝置和擋矸裝置。以平衡水平推力和防止矸石竄入支架的工作空間內(nèi)。支撐式支架的支護(hù)性能是：支撐力大，且作用點在支架中后部，故切頂性能好；對頂板重復(fù)支撐的次數(shù)多，容易把本來完整的頂板壓碎；抗水平載荷的能力差，穩(wěn)定性差；護(hù)矸能力差，矸石易竄入工作空間；支架的的工作空間和通風(fēng)斷面大。由上可知，支撐式支架適用于直接頂穩(wěn)定、老頂有明顯或強烈周期來壓，且水平力小的條件。此種支架在現(xiàn)階段的綜采工作面的生產(chǎn)時都已基本不再采用。(2)掩護(hù)式支架（如圖1-2）其主要由前梁、主梁、掩護(hù)梁和側(cè)護(hù)板、底座、前后連桿、前梁千斤頂、推移千斤頂、操縱閥等組成。(a)(b)

圖1-4支撐式支架結(jié)構(gòu)形式—垛式支架—節(jié)式支架它的結(jié)構(gòu)特點是：有一個較寬的掩護(hù)梁以擋住采空區(qū)矸石進(jìn)入作業(yè)空間，其掩護(hù)梁的上端與頂梁鉸接，下端通過前后連桿與底座連接。底座、前后連桿和掩護(hù)梁形成四連桿機構(gòu)，以保持穩(wěn)定的梁端距和承受水平推力。立柱的支撐力間接作用與頂梁或直接作用與頂梁上。掩護(hù)式支架的立柱較少，除少數(shù)掩護(hù)式支架1根立柱外，一般都是一排2根立柱。這種支架的立柱都為傾斜布置，以增加支架的調(diào)高范圍，支架的兩側(cè)有活動側(cè)護(hù)板，可以把架間密封。通常頂梁較短，一般為左右。掩護(hù)式支架的支護(hù)性能是：支撐力較小，切頂性能差，但由于頂梁短，支撐力集中在靠近煤壁的頂板上，所以支護(hù)強度較大、且均勻，掩護(hù)性好，能承受較大的水平推力，對頂板反復(fù)支撐的次數(shù)少，能帶壓移架。但由于頂梁短，立柱傾斜布置，故作業(yè)空間和通風(fēng)斷面小。由上可知，掩護(hù)式支架適用于頂板不穩(wěn)定或中等穩(wěn)定、老頂周期來壓不明顯、瓦斯含量少的破碎頂板條件。(3)支撐掩護(hù)式支架（如圖1-3）其主要由防片幫千斤頂、前梁、頂梁、掩護(hù)梁、底座、推移千斤頂、立柱等組成。支撐掩護(hù)式支架是在吸收了支撐式和掩護(hù)式兩種支架優(yōu)點的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種支架。因此，它兼有支撐式和掩護(hù)式支架的結(jié)構(gòu)特點和性能，可適應(yīng)各種頂?shù)装鍡l件。此種支架的優(yōu)點是：支撐力大，切頂性能強，防護(hù)性能好，通風(fēng)斷面大，穩(wěn)定性好，應(yīng)用范圍廣。它的缺點是：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。支撐掩護(hù)式支架的立柱均為兩排，立柱可前傾或后傾。也可倒八字形布置和交叉布置。通常，兩排立柱都是直接支撐在頂梁上，個別情況下，也有后排立柱支撐在掩護(hù)梁上而前排立柱支撐在頂梁上。(4)特種液壓支架特種液壓支架是為了滿足某些特殊的要求而發(fā)展起來的液壓支架，在結(jié)構(gòu)形式上仍屬于以上某種液壓支架。包括放頂煤支架等。1.2液壓支架的工作原理液壓支架在工作過程中必須具備升、降、推、移四個基本動作，這些動作是利用泵站供給的高壓乳化液通過工作性質(zhì)不同的幾個液壓缸來實