921-ZY32001535液壓支架設(shè)計

921-ZY32001535液壓支架設(shè)計,zy32001535,液壓,支架,設(shè)計 畢業(yè)實習報告書系 （部） 機電工程系專業(yè)班級 學生姓名 完成日期 山 東 大 學實習報告書實習名稱 畢業(yè)實習 實習地點 煤礦機械廠姓　　名 組　別 2同組實習者指導教師 實習日期指導教師評語指導教師簽名：_____________________年 ____ 月____日 實習成績實習報告書一、畢業(yè)實習目的本次畢業(yè)實習的目的是將在學校學習的理論知識與生產(chǎn)實際相結(jié)合，也是在學校的最后一次實踐性鍛煉。通過本次實習熟悉井下采煤系統(tǒng)的全部工作過程,特別是液壓支架的工作過程和工作原理。為畢業(yè)設(shè)計收集實踐資料.針對自己的畢業(yè)題目，了解液壓支架各個部件以及液壓系統(tǒng)中各液壓缸的動作順序和動作原理。收集相關(guān)的技術(shù)資料及原始素材，并與現(xiàn)場技術(shù)人員進行技術(shù)咨詢。為設(shè)計液壓支架做好充分的技術(shù)準備。二、實習內(nèi)容公司簡介：山東機械廠，位于風景秀麗的泰山腳下，始建于 1958 年，具有40 余年的歷史。初期屬煤炭部礦井設(shè)備專用廠，現(xiàn)隸屬于臨沂礦務(wù)局，國家中一型企業(yè)，是原煤炭部生產(chǎn)礦井專用設(shè)備、選煤設(shè)備和支護設(shè)備的重點企業(yè)之一，現(xiàn)有固定資產(chǎn)原值 6804 萬元，年銷售收入 2.6 億元，企業(yè)占地面積 24.6萬平方米，廠房建筑面積 2.65 萬平方米。我廠是煤炭系統(tǒng)生產(chǎn)礦井專用設(shè)備、選煤設(shè)備最全的廠家，可生產(chǎn)各種：(1)礦井專用設(shè)備：井架、罐籠、箕斗，操車設(shè)備、排矸設(shè)備、裝卸載設(shè)備；(2)選 煤 設(shè) 備：X 系列跳汰機、液壓動篩跳汰機、浮選機、真空過濾機、離心脫水機、濃縮機、振動篩、斗式提升機、給煤機、破碎機、壓濾機等。(3)支護設(shè)備：掩護式綜采液壓支架、大傾角掩護式綜采液壓支架、支撐掩護式液壓支架、懸移放頂煤液壓支架、ZFTL-3 型液壓滑移支架、單體液壓支柱等；ZZ10000/32/62 支撐掩護式非機采自移支架。(4)大型鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品：快速定量裝車站等設(shè)備。并且可為大、中、小型煤礦進行主機配套，我廠是中直國有企業(yè)，現(xiàn)有職工 1600 余人，各類工程技術(shù)人員 450 人，其中高級工程師 82 人，教授級高工 4 人，技師 28 人，有先進的加工工藝，完善的測試手段，科學的管理體系和完備的質(zhì)量保證體系。全廠共設(shè)有：礦井設(shè)備分廠、液壓支架分廠、鑄鍛分廠，礦井設(shè)備二分廠等四個專用分廠，擁有各類生產(chǎn)設(shè)備 1000 余臺，特別是：大型通過式拋丸除銹機、大型多頭數(shù)控切割機、液壓支架試驗臺、500 噸四柱壓力機、12 米刨邊機、120 噸龍門吊、11 輥平板機、5 米雙柱大立車、大型落地鏜銑床、T68 鏜床、8 米深孔鏜、5 噸鋼爐、大型箱式熱處理爐、4000 噸摩擦壓力機、315 噸矯直機、1000 噸摩擦壓力機、埋弧自動焊機、6×16M 大型數(shù)控切割機、二氧化碳氣體保護焊機、等離子切割機、實習報告書大型開閉式壓力機、支柱打壓機、閥類試驗臺、精密萬能工具顯微鏜、數(shù)字三校驗儀、超聲波探傷儀、等精、大、稀設(shè)備。它們是制造各種大、中型礦井、選煤設(shè)備和鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的關(guān)鍵設(shè)備，也是保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提。同時對各種產(chǎn)品有著先進的生產(chǎn)工藝和完善的檢測手段，科學的管理及質(zhì)量保證體系和良好的售后服務(wù)，特別是本廠焊工全部經(jīng)中國焊接學會按德國 DIN8560 標準進行全面的技術(shù)培訓，并獲得合格證書，從而使產(chǎn)品質(zhì)量一直保持優(yōu)勢。40 多年來，我公司堅持為用戶服務(wù)的宗旨，充分發(fā)揮本公司優(yōu)勢，竭誠為全國基本建設(shè)和生產(chǎn)提供優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，產(chǎn)品遍布全國各地。在指導老師的帶領(lǐng)下我們到了山東煤機有限公司進行參觀實習首先我們參觀了公司的各個車間，然后就進行完成我們這次來的主要認務(wù)：參觀液壓支架。液壓支架有許多類型，按圍巖的相互作用和維護回采空間的方式,可分為支撐式、掩護式和支撐式三類;按移架方式可分為整體自移式和邁步前移式兩類;按使用地點不同可分為工作面支架和端頭支架兩類;工作面支架按煤層厚度和開采方法不同可分為鋪聯(lián)網(wǎng)支架和放頂煤液壓支架。支撐掩護式液壓支架是在支撐式液壓支架的基礎(chǔ)上,吸取掩護式液壓支架的特點而設(shè)計的。液壓支架的前探梁和頂梁是箱體焊接結(jié)構(gòu),支撐著工作面頂板,起著防止漏矸冒頂?shù)淖饔?。前探梁千斤頂操縱著前探梁向上和向下擺動,可以較好適應(yīng)頂板的起伏不平,改善其接頂性能。四根立柱(雙作用單伸縮油缸)支撐在頂梁與底座之間,立柱與頂梁、底座接觸處為球面鉸,可以改善立柱受力。為了適當增大支架的支撐高度,擴大適用范圍,根據(jù)需要可在立柱上端加接機械加長桿。掩護梁是由鋼板焊接而成的箱型結(jié)構(gòu),下端通過前、后連桿與底座鉸接成四連桿機構(gòu),起著穩(wěn)定支架重心和防止采空區(qū)巖石涌入工作面的作用,既能保證支架前梁頂端與煤壁的間距基本恒定,又承擔了支架在工作過程中的水平分力,以保證支架的工作穩(wěn)定性;底座是鋼板焊接的箱型結(jié)構(gòu),它與底板直接接觸,將立柱傳來的頂板壓力傳遞給底板。底座的后部與前后連桿鉸接,前端焊接有安裝推移千斤頂?shù)穆?lián)結(jié)耳,推移千斤頂?shù)牧硪欢伺c工作面運輸機連接,通過推移千斤頂?shù)纳炜s,實現(xiàn)推溜和移架行走動作。乳化液泵站是液壓支架的心臟,是乳化液泵、乳化液箱和其他附屬設(shè)備的總實習報告書稱;液壓膠管構(gòu)成支架的“動脈”和“靜脈”;操縱閥、安全閥和液控單向閥按規(guī)定的采煤工藝要求實現(xiàn)各部件的動作,以滿足綜合機械化采煤的需要。我們對液壓支架的工作原理有了一定的了解，了解到液壓支架在煤礦開采過程中的作用：有效地支撐和控制工作面頂板；保證工人操作和機器運轉(zhuǎn)所必須的安全空間；隨著工作面推進而實現(xiàn)推移工序的機械化；并提供足夠的通風斷面。液壓支架在采煤工作面構(gòu)成了一條鋼鐵長廊，為提高工作面的產(chǎn)量和其他各項經(jīng)濟技術(shù)指標、改善工作面勞動條件、減輕工人的笨重體力勞動、確保安全創(chuàng)造了良好的條件。通過在車間的觀察和回來翻閱一些資料更清楚的認識了里面的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。對各個重要組成部分的結(jié)構(gòu)特點以及它們的類型有了進一步的了解，使在以后的設(shè)計過程中能夠更加清楚和容易的進行相關(guān)的分析，尤其是在受力分析過程中，可以更加明確的分析出各個部分主要受來自哪一方向的力，從而容易的對各部分進行校核，也重新認識了液壓系統(tǒng)中的一些部件，例如操縱閥，千斤頂，液控單向閥以及安全閥的作用等。三、液壓支架的類型與基本特點迄今為止，全國使用的液壓支架已有幾百種型號，但其基本型式是相同或相似的。對液壓支架型式的分類應(yīng)把握其本質(zhì)特征，按照不同的分類原則進行分類。這些分類原則互相聯(lián)系又存在矛盾，同一個支架按照不同的分類原則可劃分在不同類，把這些不同分類結(jié)果，按照一定的主次關(guān)系聯(lián)系起來，就能較全面的反映該支架的基本特征。1.按架型結(jié)構(gòu)及與圍巖關(guān)系分1.1 支撐式液壓支架 支撐式支架是早期發(fā)展的液壓支架架型。其中又分為節(jié)式支架和垛式支架。這種支架的基本特點是:1）立柱靠簡單的復位裝置垂直支撐于支架的頂梁與底座之間，支撐效率高(η≈1)。2)支架是一個不穩(wěn)定機構(gòu)，基本不能承受頂板的水平力，支架的穩(wěn)定性差。3)設(shè)有完善的掩護防漏研裝置。實習報告書4)支撐力的集中作用點離煤壁較遠，支架切頂力強。5)結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，成本低。1.2 掩護式液壓支架1)單排立柱支撐。支架支撐力集中作用點離煤壁較近，加之平衡千斤頂?shù)淖饔茫瑢Χ嗣骓敯宓闹瘟^大，可以有效防止端面頂板的早期離層和破壞。2)控頂距小。頂梁較短，對頂板的反復支撐次數(shù)少，減少了對直接頂板的破壞。3)具有掩護梁、連桿等機構(gòu)，可以承受頂板的水平力，支架穩(wěn)定性好。4)擋研掩護性能好。一般都有掩護梁、活動側(cè)護板等擋研掩護部件，能可靠地使工作面和采空區(qū)隔離，阻止竄研。5)平衡式頂梁，即工作時以支撐點(支掩式掩護支架即頂梁與掩護梁鉸接點，支頂式則為立柱與頂梁的鉸點)附近一個窄小的范圍為中心，必須保持前后支撐力矩的平衡來維持頂梁的正常工作狀況。這個窄小的范圍一般稱為受載平衡區(qū)。6)立柱一般呈傾斜布置，支掩式支架的立柱支在掩護梁上，支撐效率較低。但是，支架的調(diào)高范圍化較大。7)支架切頂能力一般較小，尤其是支掩型掩護支架。但是，支頂型掩護支架的切頂能力較高。8)由于控頂距等原因，支掩型掩護支架的通風斷面較小，而支頂型支架則較大。1.3 支撐掩護式液壓支架1)通常為兩排立柱(少數(shù)為三排)垂直或傾斜支撐。支架支撐力的集中作用區(qū)(或稱力平衡區(qū))離煤壁較遠，總支撐力高，切頂能力強。2)具有掩護梁、連桿等穩(wěn)定機構(gòu)，可以承受頂板水平力，支架穩(wěn)定性好。3)擋研、掩護性能好。一般都有掩護梁、活動側(cè)護板等擋研掩護部件，能可靠地使工作面與采空區(qū)隔離，阻止竄研。4)控頂距較大，頂梁較長，對頂板的反復支撐次數(shù)相對較多，易使直接頂破壞，作業(yè)空間和通風斷面較大。2.按適用采煤方法分實習報告書2.1 緩傾斜中厚煤層一次采全高的液壓支架。通?？砂词褂脳l件，選用前述的三種標準液壓支架。2.2 特殊用途的液壓支架放頂煤液壓支架放頂煤綜采法是近 20 年興起的特厚煤層機械化開采的新技術(shù)。放頂煤液壓支架是這種綜采法的主要配套設(shè)備之一。通過多年的實踐，越來越多的國家采用了這種技術(shù)，并且認為在適宜的條件下，是解決厚及特厚煤層開采的一種經(jīng)濟、有效的方法。其基本特點:(1)一般采用整體性、穩(wěn)定性及掩護性較好的支撐掩護式和掩護式液壓支架。(2)有較寬敞、便于控制的放煤口以及松動、破碎煤塊的輔助裝置。(3)支架受上部頂板和頂煤放落時的動載影響較大，因此要求支架縱向和側(cè)向穩(wěn)定性較高。(4)支架調(diào)高范圍要求不嚴。為使操作、行人等比較方便，支架高度一般為2～3m。鋪網(wǎng)液壓支架鋪設(shè)金屬網(wǎng)分層假頂是分層綜采的重要工序。在專門的鋪網(wǎng)支架研制使用之前大多采用一般液壓支架，或稍加修改的支架，并在支架的前部鋪頂網(wǎng)。這種方法操作繁瑣且與采煤工序干擾，影響工作面產(chǎn)量和效率，而且鋪設(shè)的網(wǎng)經(jīng)過支架頂梁，掩護梁后才與底板重合，容易扯網(wǎng)或砸壞，影響鋪設(shè)質(zhì)量。鋪網(wǎng)支架除具有一般綜采工作面支架所具有的功能之外還有以下三個特點:1)提供獨立的鋪網(wǎng)作業(yè)空間;2)能自動將金屬網(wǎng)鋪設(shè)于底板，3)用機械或用手工方式連網(wǎng)。鋪網(wǎng)液壓支架用的金屬網(wǎng)有經(jīng)緯網(wǎng)與菱形網(wǎng)。實踐表明，兩種網(wǎng)相比菱形金屬網(wǎng)的優(yōu)點是在相同材料消耗情況卜菱形網(wǎng)承力大，強度高，承力平均值比經(jīng)緯網(wǎng)高 31%;菱形網(wǎng)抗沖擊能力好于經(jīng)緯網(wǎng);卷網(wǎng)和展網(wǎng)時菱形網(wǎng)比經(jīng)緯網(wǎng)容易，特別是網(wǎng)絲較粗時;菱形網(wǎng)自鎖能力強，一但局部破網(wǎng)，破口周邊仍相互勾聯(lián)，編網(wǎng)勞動強度低，易實現(xiàn)機械化編網(wǎng)。實習報告書大傾角液壓支架當工作面傾角增大到 35°～55°左右時，除了工作面設(shè)備和支架本身的防倒防滑問題變得嚴重以外，工作面煤壁不穩(wěn)定性及端面頂板的及時維持問題、煤炭運輸與人行空間的安全隔離問題、操作人員的行走和安全保護等問題要求支架只有不同于一般緩傾斜煤層支架的特殊性能和結(jié)構(gòu)。這些要求主要是:1)可靠的防倒防滑裝置。支架在大傾角下工作，除自身不能發(fā)生倒架和下滑以外，工作面輸送機的錨固和下滑以后的上調(diào)，也必須以支架作依托，因此支架本身的防倒防滑裝置必須可靠。2)為作業(yè)人員行走，應(yīng)設(shè)置有扶手的人梯，并有擋護裝置防止上部飛塊滾落傷人。3)支架應(yīng)設(shè)有保護擋板，將人行空間與采煤機道隔離。在煤壁與保護擋板之間形成溜煤通道。保護擋板也可開啟，以便處理支架前部和煤壁處的事故。4)支架應(yīng)有好的橫向穩(wěn)定性。5)支架應(yīng)設(shè)有超前支護的伸縮梁，對端面頂板有較大的支撐力。6)工作面支架應(yīng)有可靠的導向和調(diào)架裝置和機構(gòu)(即三點式導向)，保證支架在降架前移時平穩(wěn)導向無整卡，并能可靠的扶正和調(diào)整支架的位置。7)加大活動側(cè)護板的寬度和高度，增加支架在降移情況下側(cè)護板的重合量，改善支架的密封和調(diào)整性能。8)為增加煤壁穩(wěn)定性，有時工作面需偽斜布置(工作面上端超前)。支架應(yīng)能適應(yīng)在俯偽斜工作面使用的需要。由于支架仍與走向方向平行，支架的中心距要比正常時(多為 1.５m)縮小，因此要求支架的固定寬度要變窄，而活動側(cè)護板的伸縮行程要大。9)為解決輸送機下滑頻繁問題，要求防滑裝置不僅能錨固輸送機，而且還能組合動作，需要時將輸送機向傾斜上方牽引。10)支架應(yīng)有足夠的初撐力。在液壓系統(tǒng)中應(yīng)采取初撐力保證閥，提高泵站工作壓力或加大立柱缸徑等措施。一般要求初撐力達到額定阻力的 75%～82%以上。端頭液壓支架工作面端頭位于工作面和順槽的連接處，是行人、運輸和通風的必經(jīng)之地，實習報告書多種設(shè)備的會集處，也是工作面支護和巷道支護的交叉地帶。端頭處條件復雜，位置重要。目前國內(nèi)研制的端頭支架主要用在下端頭，主要功能是維護好巷道和回采工作面交叉口處的頂板，協(xié)調(diào)該處排頭支架、工作面輸送機、順槽轉(zhuǎn)載機等設(shè)備之間的位置和配套關(guān)系;除端頭支架能自移以外，要為轉(zhuǎn)載機和輸送機機頭的移動提供動力，支架本身應(yīng)有防倒，調(diào)架或適應(yīng)工作面傾角變化的能力，能適應(yīng)左右工作面，換向方便，前梁伸入巷道，起一定的超前支護作用。此外，液壓支架尚可按適用的煤層厚度、傾角和支架的控制方式來進行分類，但這些分類法均未反應(yīng)出液壓支架的基本特征。因此，目前國內(nèi)外均按架型結(jié)構(gòu)與圍巖關(guān)系，將液壓支架分為支撐式、掩護式、支撐掩護式三大類。四、液壓支架的應(yīng)用及意義隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，國民經(jīng)濟對煤炭需要量的日益增加，煤礦開采，特別是采煤工作面的生產(chǎn)技術(shù)面貌發(fā)生了巨大的變化。自 1945 年英國裝備了世界上第一個液壓支架工作面開始，采煤技術(shù)實現(xiàn)了綜合機械化。綜合機械化采煤，就是工作面采煤、運輸和支護三大主要環(huán)節(jié)都實現(xiàn)機械化。也就是說，采用滾筒式或刨削式等采煤機械落煤與裝煤，工作面重型可彎曲運輸機，以及與之適應(yīng)的順槽轉(zhuǎn)載機和可伸縮皮帶運輸機等運煤，自移式液壓支架支護和管理頂板。這幾種設(shè)備相互配合，組成了綜合機械化采煤設(shè)備。液壓支架是以高壓液體為動力，由若干液壓元件（油缸和閥件）與一些金屬結(jié)構(gòu)件組合而成的一種支撐和控制頂板的采煤工作面設(shè)備，能實現(xiàn)支撐、降落移架和推移運輸機等一整套工序。液壓支架技術(shù)上先進，經(jīng)濟上合理，安全上合理，當前世界各國都在不斷的提高采煤工作面的綜合機械化水平。液壓支架具有強度高、支護性能高、移設(shè)速度快、安全可靠等優(yōu)點，能使采煤工作面達到高質(zhì)量、高回采率和高工效，能大大減輕勞動強度，降低成本和掘進率，實現(xiàn)安全生產(chǎn)。 五、液壓支架的發(fā)展趨勢21 世紀是以網(wǎng)絡(luò)信息為代表高科技迅猛發(fā)展的新時期。就煤炭綜采而言,國外主要產(chǎn)煤國家從未停止過依靠更大的技術(shù)投入取得采煤更高經(jīng)濟效益的努力?，F(xiàn)在世界上已經(jīng)有 70 多個電液自動化控制工作面。工作面的技術(shù)設(shè)備又正實習報告書在以迅猛之勢向前發(fā)展。我國液壓支架經(jīng)過 20 多年的發(fā)展,盡管取得了顯著成績,但總體水平與世界先進采煤國家仍存在一定差距。今后 10 年,我國的液壓支架將朝技術(shù)含量大、鋼板強度高、移架速度快(6~8 s/架)和電液控制系統(tǒng)的方向發(fā)展,對有破碎帶和斷層的工作面將加大支架的移架力,盡量采用整體可靠推桿和抬底座機構(gòu),并減少千斤頂?shù)臄?shù)量。另外,將普遍采用額定壓力為 40MPa、額定流量為 400 L/min的高壓大流量乳化液泵站,以適應(yīng)快速移架的需要,系統(tǒng)采用環(huán)形或雙向供液,保證支架有足夠的壓力達到初撐力,保證支架接頂位置準確。ZY 兩柱掩護式支架的比重將大大增加,缸徑將增至 360 mm,端頭支架、輕放多用途支架將被廣泛使用。所以,今后除應(yīng)繼續(xù)針對我國國情和煤層具體條件,開發(fā)一些新架型、新品種外,還應(yīng)在改進支架控制系統(tǒng)和提高支架的工作可靠性方面下功夫。六、總結(jié)與體會通過這次參觀實習讓我們進一步了解液壓支架的功用、工作原理、應(yīng)用與意義，還有液壓支架在井下的工作環(huán)境，液壓支架、采煤機、輸送機等幾部分系統(tǒng)的組成，及其它們之間相互協(xié)調(diào)工作機理。 熟悉了液壓支架的組成，使我們在以后的設(shè)計過程中更加清晰的對各個結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，根據(jù)畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書中的設(shè)計參數(shù)、支架的工作條件，可以對本次設(shè)計的支架制定合理的工作流程。最后，非常感謝指導老師的耐心指導和深切關(guān)懷，讓我們在緊張的實習中學到了許多東西，讓我們在今后走向工作崗位和步入社會奠定了堅實的基礎(chǔ)。由于自己的所學知識有限，在今后的成長過程中要更加積極進取，刻苦努力。山 東 大 學本科畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告題 目 ZY3200/15/35 液壓支架立柱、液壓系統(tǒng)的設(shè)計系 部 名 稱 機電工程系 專 業(yè) 班 級 機制 0603 班 學 生 姓 名 學 號 指 導 教 師 填表時間： 2006 年 3 月 12 日填表說明1.開題報告作為畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。2.此報告應(yīng)在指導教師指導下，由學生在畢業(yè)設(shè)計（論文）工作前期完成，經(jīng)指導教師簽署意見、相關(guān)系主任審查后生效。3.學生應(yīng)按照學校統(tǒng)一設(shè)計的電子文檔標準格式，用 A4 紙打印。4.參考文獻不少于 8 篇，其中應(yīng)有適當?shù)耐馕馁Y料（一般不少于 2 篇）。5.開題報告作為畢業(yè)設(shè)計（論文）資料，與畢業(yè)設(shè)計（論文）一同存檔。設(shè)計（論文）題目 ZY3200/15/35 型支架立柱、液壓系統(tǒng)的設(shè)計工程設(shè)計 應(yīng)用研究 開發(fā)研究 基礎(chǔ)研究 其它設(shè)計（論文）類型（ 劃“√” ） √一、 本課題的研究目的和意義通過本次畢業(yè)設(shè)計，培養(yǎng)學生綜合運用液壓傳動、機械設(shè)計、工程理學等課程中所學理論知識的能力；強調(diào)設(shè)計的獨創(chuàng)性和實用性，培養(yǎng)和提高設(shè)計者獨立分析問題和解決實際問題的能力，為今后適應(yīng)工作崗位和創(chuàng)造性地開展工作打下堅實基礎(chǔ)。采用綜合機械化采煤方法是大幅度增加煤炭產(chǎn)量，提高經(jīng)濟效益的必由之路。為了滿足對煤炭日益增長的需要，必須大量生產(chǎn)綜合機械化采煤設(shè)備，迅速增加綜合機械化采煤工作面（簡稱綜采工作面） 。而每個綜采工作面平均需要安裝 150 臺液壓支架，可見對液壓支架的需要量時很大的。由于不同采煤工作面的頂?shù)装鍡l件，煤層厚度、煤層傾角、煤層的物理機械性質(zhì)等的不同，對液壓支架的要求也不同，為了有效的支護和控制頂板，必須設(shè)計出不同類型和不同結(jié)構(gòu)尺寸的液壓支架。因此，液壓支架的設(shè)計工作是很重要的。由于液壓支架的類型很多，因此其設(shè)計工作量是很大的，由此可見，研制和開發(fā)新型液壓支架是必不可少的一個環(huán)節(jié)。在過去的半個多世紀中，煤礦井下開采支護設(shè)備的設(shè)計和使用發(fā)生了巨大變化。其中，最引人矚目的是世界范圍內(nèi)廣泛采用液壓支架作為長臂開采支護工程的主要設(shè)備。從采煤設(shè)備的發(fā)展過程來看，采用液壓支架管理頂板是當代采煤技術(shù)史上一次重要的變革，也是煤礦現(xiàn)代化的主要標志。液壓支架作為綜合機械化采煤的關(guān)鍵設(shè)備之一，其重量約占綜合采煤設(shè)備總重量的 80%~90%，其費用約占綜合采煤設(shè)備總費用的 60%~70%。因此，為了降低成本提高采煤的經(jīng)濟效益，世界各主要產(chǎn)煤大國都一直在積極地開展液壓支架的研究。二、 本課題的主要研究內(nèi)容（提綱）1、液壓支架主要參數(shù)的確定2、四連桿機構(gòu)的選擇與設(shè)計3、立柱參數(shù)的確定4、立柱各結(jié)構(gòu)件的強度核算5、液壓系統(tǒng)的設(shè)計6、液壓系統(tǒng)中各部件的選擇與設(shè)計三、 文獻綜述（國內(nèi)外研究情況及其發(fā)展）國內(nèi)液壓支架技術(shù)現(xiàn)狀：我國在 1964 年由太原分院和鄭州煤機廠設(shè)計 70型邁步式自移支架，從此開始了液壓支架的國產(chǎn)化道路。1984 年，北京開采所、沈陽所、鄭州煤機廠在沈陽蒲河礦進行我國第一套放頂煤液壓支架的工業(yè)性試驗，繼而研制了多種低位、中位和高位放頂煤支架，成功地在緩傾斜厚煤層和急傾斜厚煤層水平分層工作面使用。1990 年后，國產(chǎn)液壓支架得到了全面的發(fā)展，到1998 年止，全國己建成 88 處高產(chǎn)高效礦井，其中 14 處礦單個工作面的單產(chǎn)達15.72 萬噸/月，原煤生產(chǎn)人員效率達 9.16 噸/工，綜采機械化水平達 49.32%，達到了世界先進水平。30 多年來在液壓支架技術(shù)不斷發(fā)展中，形成了以煤科總院專業(yè)研究所和骨干支架制造廠設(shè)計所為主的支架研究設(shè)計隊伍，采用計算機CAD 進行各種類型支架的設(shè)計，用有限元計算軟件等進行計算，并普及計算機繪圖。我國制訂的緩傾斜工作面頂板分類及其它研究成果為支架設(shè)計、選型和使用提供了有力的指導依據(jù)。制造方面形成以原部屬專業(yè)制造廠為主、機械工業(yè)部及船舶制造總公司等專業(yè)廠為輔的制造體系，以及以國家煤礦支護設(shè)備質(zhì)量檢測中心為骨干的檢測隊伍。制定有關(guān)支架檢測標準 n 項，建立了各項支架檢測手段，造就了一支研究、制造和使用液壓支架的龐大隊伍; 形成了研制液壓支架的雄厚基礎(chǔ)。不僅能滿足國內(nèi)的需要，還向美國、俄羅斯、土耳其和印度等國家出口液壓支架或成套綜采設(shè)備。國外液壓支架現(xiàn)狀：80 年代以來，世界主要采煤國家一直圍繞減面提產(chǎn)、減人提效、降低成本、實現(xiàn)礦井集中生產(chǎn)做努力，人們積極開發(fā)和應(yīng)用新技術(shù)，致力于高性能、高可靠性的新一代液壓支架的研制。新型液壓支架普遍具有微型電機或電磁鐵驅(qū)動的電液控制閥，推移千斤頂裝有位移傳感器，采煤機裝有紅外線傳感裝置，立柱缸徑超過 400mm。為減少割煤時間，一般采用 0.8~1m 的截深。支架還采用屈服強度 800~1000MPa 的鋼板，既有較高的強度、硬度和韌性，又具有良好的冷焊性能。隨著長壁工作面長度的不斷增加，為適應(yīng)快速移架的需要，國外還廣泛采用高壓大流量乳化液泵站，其額定壓力為 40~50 M Pa，額定流量400~500L/min，并實現(xiàn)工作面支架的單架程控或分組程控操作，其移架速度可達到 6~8s/架。澳大利亞也基本上采用一井一面的高度集中化生產(chǎn)，使用兩柱掩護式支架，支架的平均工作阻力為 7640kN。如尤蘭礦用電流控制的兩柱掩護式支架，在 1995 年 8 月 8 日創(chuàng)下澳大利亞有史以來日產(chǎn) 3.41 萬噸的最高記錄，班產(chǎn)一直保持在 5000~6000 噸。四、 擬解決的關(guān)鍵問題1、液壓支架的選型；2、液壓支架立柱的設(shè)計3、液壓支架立柱結(jié)構(gòu)件設(shè)計及強度計算4、液壓支架液壓系統(tǒng)設(shè)計5、液壓支架設(shè)計說明書及主要部件圖紙五、 研究思路和方法首先根據(jù)設(shè)計題目明確設(shè)計任務(wù)，了解液壓支架的工作原理原理、功能、工作環(huán)境以及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，理清設(shè)計思路和確定方向，擬定初步設(shè)計方案。其次根據(jù)設(shè)計任務(wù)書給定參數(shù)和技術(shù)要求對支架整體結(jié)構(gòu)設(shè)計、支架液壓系統(tǒng)設(shè)計等要合理，滿足生產(chǎn)要求，制造過程不易復雜，生產(chǎn)成本低廉，制造過程安全，便于廣泛應(yīng)用批量生產(chǎn)。對于支架各部分的結(jié)構(gòu)，要經(jīng)過嚴格的設(shè)計、計算和校核。要滿足可靠性設(shè)計，使用周期長等要求。在設(shè)計過程中要按照制定的工作流程，運用各種方法和多門學科知識。在支架本體各部件設(shè)計時，擬定詳細方案，認真分析其功能，明確個部分的結(jié)構(gòu)。通過本次設(shè)計把所學各學科充分融會貫通在一起，最終完成設(shè)計任務(wù)。六、 本課題的進度安排1、第一周布置和明確設(shè)計任務(wù)，收集相關(guān)設(shè)計資料。2、2~3 周熟悉工作流程，完成方案設(shè)計。3、4~5 周完成開題報告。4、6~11 周對設(shè)計任務(wù)進行設(shè)計實現(xiàn)。5、12~14 周撰寫和修改學位論文。6、15 周熟悉答辯流程，進行論文答辯。七、 參考文獻[1] 張家鑒 陳享文 伊長德 編著， 《液壓支架》 ，煤炭工業(yè)出版社。1985 年[2] 蔣國安 郭福君 羅大炎 編著， 《液壓支架》 ，山東科學技術(shù)出版社。1980 年[3] 邢?？?劉唐編著， 《煤礦支護手冊》 ，煤炭工業(yè)出版社。1991 年[4] 徐濪 編著， 《機械設(shè)計手冊》 ，機械工業(yè)出版社。1992 年[5] 王國彪 饒明杰 編著， 《液壓支架優(yōu)化設(shè)計與計算機模擬分析》 ，機械工業(yè)出版社。1994 年[6] 雷天覺 編著， 《液壓工程手冊》 ，機械工業(yè)出版社。1990 年[7] 高秀華 鄧洪超等編著， 《機械三維動態(tài)設(shè)計仿真技術(shù)》 ，化學工業(yè)出版社。2003 年 3 月[8] 王國法等編著， 《液壓支架技術(shù)》 ，煤炭工業(yè)出版社。1999 年[9] 煤炭部煤炭科學研究院編著， 《綜采設(shè)備配套圖側(cè)》 。1983 年[10] 宋錦春等編著， 《液壓與氣壓傳動》 ，科學出版社。2006 年[11] Shi Yuanwei, Research on the Interaction Between Roof Strata and Shield Suppons, 16th Conference on Ground Control in Mining 1997[12] Wang Guofa, Resarch on oew-type high-efficiency low-posion caving powered support and imppoving recovery, proceedings of the international mining rech'97,symposium shanghai/China. China coal industry publishing house, 1997 指導教師意見指導教師（簽名）：年 月 日系（所）意見負責人（簽章）：年 月 日大學學士學位論文I本設(shè)計已經(jīng)通過答辯，如果需要圖紙請聯(lián)系QQ 251133408 另專業(yè)團隊代做畢業(yè)設(shè)計，質(zhì)量速度有保證摘要大學學士學位論文II本課題主要論述了液壓支架的主要設(shè)計過程。其中包括：液壓支架的選型、總體設(shè)計、主要零部件的設(shè)計、校核以及液壓系統(tǒng)設(shè)計。支架的形式為掩護式支架。支架除了要有效的對頂板進行有效支撐，還要實現(xiàn)升、降、推移四個步驟。支架采用四連桿機構(gòu)，改善支架的受力狀況，縮小支架的升降過程中頂梁前端前后移動的距離。立柱采用單伸縮液壓缸，前端帶有加長桿，以滿足支架最低及最高位置時的高度要求。頂梁掩護梁、底座都做成箱體結(jié)構(gòu)用鋼板焊接而成。在研制液壓支架時，需要對支架進行生產(chǎn)試驗和分析研究，確定合理的液壓支架受力參數(shù)、運動參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)，以及選定液壓支架最佳方案等方面綜合性的科學技術(shù)問題。本設(shè)計主要從支架的工作原理這手，然后進行總體結(jié)構(gòu)設(shè)計以及校核。關(guān)鍵詞：液壓支架；頂梁；底座；立柱；結(jié)構(gòu)設(shè)計大學學士學位論文IIIABSTRACTThe article mianly elaborate the hydraulic support design for top-caving. includes: the selection of hydraulic pressure support form, system design, main spar part design and examination of hydraulic system designThe support eliminates must realize effectively carries on the strut to the roof, but also must realize ,to fall, to push, move four steps .the support uses four link motion gears, improves the support the stress condition, reduces the support to rise and full the distance which in the process fort end the top-beam around moves. The column uses the list expansion and contraction hydraulic cylinder, front end has legthens the pole, satisfies the support to be lowest and time the highest position high request. The top-beam, shields Liang, the foundation all makes the packed in a box body structure, becomes with the steel plate welding.At research to presses the support, need to carry on produce to experiment and analyze the research, make sure reasonable of liquid presses the support to be subjected to the dint parameter, the sport parameter and the structure parameters, and make selection the liquid to press the synthetic science technique problem of aspect of etc. of the best project of support. This design mainly this hand from the work principle of the support, then carry on the total structure design and school pits.Keyword: Hydraulic pressure support；Top beam；Cradle；the column-type support； structure design大學學士學位論文IV目 錄摘要……………………………………………………………………………IABSTRACT ………………………………………………………………II1 緒 論………………………………………………………………………11.1 國內(nèi)外液壓支架的研究現(xiàn)狀及發(fā)展…………………………………11.2 本課題的研究目的和意義……………………………………………32 液壓支架基本理論分析…………………………………………………52.1 液壓支架的工作原理…………………………………………………52.2 液壓支架的類型和結(jié)構(gòu)………………………………………………82.3 對液壓支架的基本要求………………………………………………92.4 支架的選型設(shè)計………………………………………………………103 液壓支架的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計 ……………………………………………143.1 支架高度、中心距的確定……………………………………………143.2 底座長度的確定………………………………………………………153.3 四連桿機構(gòu)的設(shè)計……………………………………………………163.4 頂梁長度計算…………………………………………………………224 支架主要部件的設(shè)計……………………………………………………244.1 支架主要部件的設(shè)計要求……………………………………………244.2 頂梁的設(shè)計……………………………………………………………254.3 底座的設(shè)計……………………………………………………………264.4 支架技術(shù)參數(shù)和立柱的設(shè)計…………………………………………264.5 力柱柱窩位置和受力計算……………………………………………334.6 千斤頂技術(shù)參數(shù)的確定………………………………………………35大學學士學位論文V5 支架受力分析與計算……………………………………………………415.1 支架工作狀態(tài)…………………………………………………………415.2 受力計算………………………………………………………………425.3 頂梁載荷分布…………………………………………………………456 液壓支架的強度校核 ………………………………………………… 476.1 強度條件………………………………………………………………476.2 主頂梁的校核…………………………………………………………476.3 掩護梁強度校核………………………………………………………506.4 底座強度校核…………………………………………………………526.5 立柱強度校核…………………………………………………………567 液壓系統(tǒng)設(shè)計…………………………………………………………… 657.1 液壓支架的液壓系統(tǒng)特點……………………………………………657.2 液壓系統(tǒng)的設(shè)計方法…………………………………………………667.3 千斤頂系統(tǒng)……………………………………………………………667.4 乳化液泵站系統(tǒng)………………………………………………………708 技術(shù)經(jīng)濟分析 ……………………………………………………………769 結(jié)論…………………………………………………………………………77參考文獻 ……………………………………………………………………78致謝……………………………………………………………………………79附錄……………………………………………………………………………80大學學士學位論文11 緒 論1.1 國內(nèi)外液壓支架的研究現(xiàn)狀及發(fā)展地下開采的煤產(chǎn)量主要是利用由液壓支架配套的綜采設(shè)備產(chǎn)出的。綜采設(shè)備的研制和廣泛的運用，對煤炭工業(yè)革新技木裝備不僅有著重大的作用，而且對采煤工藝各個環(huán)節(jié)技術(shù)水平的發(fā)展和提高，是強有力的促進因素。加速現(xiàn)代化進程，必須加速煤炭工業(yè)企業(yè)的建設(shè)、改造和革新技術(shù)裝備的進程，增加地下開采和露天開采的煤產(chǎn)量。地下開采方法是最復雜和閑難的方法，但是，這種方法在工業(yè)發(fā)達國家和以煤作為—次能源的地區(qū)，仍然普遍應(yīng)用。而且，開采優(yōu)質(zhì)煤，包括煉焦煤，都是采用地下開采方法。綜合機械化采煤是煤炭工業(yè)的一次技術(shù)革命，從根本上改變了煤炭工業(yè)的面貌，綜合機械化采煤是 20 世紀人類科技發(fā)展的重要成果。 綜合機械化采煤技術(shù)在我國的研究試驗、使用、發(fā)展，徹底改變了我國煤炭工業(yè)的面貌，降低了工人的勞動強度，提高了產(chǎn)量、勞動生產(chǎn)率和企業(yè)效益，滿足了國民經(jīng)濟建設(shè)對煤炭的需求，合理的集中生產(chǎn)簡化了生產(chǎn)系統(tǒng)，提高了生產(chǎn)安全性。我國綜采技術(shù)發(fā)展的 30 多年，使我國的煤炭生產(chǎn)技術(shù)水平跨進了世界先進行列，綜放技術(shù)躍居世界領(lǐng)先地位。工作面支護問題始終是困擾煤礦生產(chǎn)安全、產(chǎn)量和效率的重要問題。以液壓支架為主要設(shè)備的綜合機械化采煤(以下簡稱綜采)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條件，也為工作面產(chǎn)量和效率的迅速提高奠定了基礎(chǔ)。但是綜采設(shè)備初期投資高，特別是液壓支架占綜采設(shè)備總投資約 60%，因此液壓支架的合理選用特顯大學學士學位論文2重要。30 多年來在液壓支架技術(shù)不斷發(fā)展中，形成了以煤科總院專業(yè)研究所和骨干支架制造廠設(shè)計所為主的支架研究設(shè)計隊伍，采用計算機 CAD 進行各種類型支架的設(shè)計，用有限元計算軟件等進行計算，并普及計算機繪圖。我國制訂的緩傾斜工作面頂板分類及其它研究成果為支架設(shè)計、選型和使用提供了有力的指導依據(jù)。制造方面形成以原部屬專業(yè)制造廠為主、機械工業(yè)部及船舶制造總公司等專業(yè)廠為輔的制造體系，以及以國家煤礦支護設(shè)備質(zhì)量檢測中心為骨干的檢測隊伍。制定有關(guān)支架檢測標準 11 項，建立了各項支架檢測手段，造就了一支研究、制造和使用液壓支架的龐大隊伍; 形成了研制液壓支架的雄厚基礎(chǔ)。不僅能滿足國內(nèi)的需要，還向美國、俄羅斯、土耳其和印度等國家出口液壓支架或成套綜采設(shè)備。為適應(yīng)我國煤礦綜采機械化的發(fā)展，國內(nèi)綜采設(shè)備科研設(shè)計和制造企業(yè)已研制開發(fā)出具有較先進技術(shù)水平的大功率電牽引采煤機、重型刮板輸送機、電液控制強力液壓支架和多點驅(qū)動大運力帶式輸送機。配套設(shè)備的生產(chǎn)能力達到 1500~2 500 t/h， 在適宜的煤層和礦井條件下，綜采工作面可實現(xiàn)年產(chǎn) 300 萬噸以上。 新型礦用單體支護設(shè)備，采用懸浮式液壓技術(shù)原理，生產(chǎn)礦用單體支護設(shè)備，技術(shù)水平達到了國際領(lǐng)先水平，填補了國際空白。DWX 型液壓支柱的柱塞懸浮，密封脹緊，密封補償，無內(nèi)泄漏、無圓弧焊縫等技術(shù)和安全特點，具有獨創(chuàng)性。新型礦用單體支護設(shè)備的誕生，消除了五十年來國內(nèi)外單體支護設(shè)備一直存在的內(nèi)泄漏和圓弧焊縫脆斷等安全隱患問題。解決了深部煤礦開采沖擊地壓條件下回采工作面頂板支護的關(guān)鍵技術(shù)，結(jié)束了由德國人發(fā)明的第二代單體支護設(shè)備的歷史，開創(chuàng)了中國人發(fā)明的第三代單體支護技術(shù)設(shè)備的歷史，并將會長期使用下去。該產(chǎn)品普遍適用于煤礦回采工作面的頂板支護和端頭支護，可廣泛應(yīng)用于薄煤層、中厚煤層大學學士學位論文3及較厚煤層工作面，是煤礦的重要支護設(shè)備。近 10 年來主要的發(fā)展趨勢是向兩柱掩護式和四柱掩護式架型發(fā)展，架型結(jié)構(gòu)進一步完善，設(shè)計方法更先進，參數(shù)向高工作阻力、大中心距發(fā)展。液壓支架另一重大突破是控制系統(tǒng)，應(yīng)用電液控制技術(shù)，采用電磁控制的先導閥，先進可靠的壓力和位移傳感器，靈活自由編程的微處理機技術(shù)，紅外線遙感技術(shù)等現(xiàn)代科技成果，使液壓支架的動作自動連續(xù)進行，移架速度大大提高，支架循環(huán)時間達到 6~8s。我國自 1973 年開始大規(guī)模引進德國、英國等國家的綜采設(shè)備，經(jīng)歷了消化、吸收和改進提高的過程，到目前已形成了較完整的設(shè)計、制造和科研體系，掩護式液壓支架的制造和采煤技術(shù)已有長遠發(fā)展。1.2 本課題的研究目的和意義采用綜合機械化采煤方法是大幅度增加煤炭產(chǎn)量、提高經(jīng)濟效益的必由之路。為了滿足對煤炭增長的日益需要，必須大量生產(chǎn)綜合機械化采煤設(shè)備，迅速增加綜合機械化采煤工作面。由于采煤工作面的底頂板條件、煤層厚度、煤層的物理機械性質(zhì)等的不同，對液壓支架的要求也不同。為了有效的支護和控制頂板，必須設(shè)計出不同類型和不同結(jié)構(gòu)尺寸的液壓支架。因此液壓支架的設(shè)計工作是很重要的。由于液壓支架的類型很多，因此其設(shè)計工作量也是很大的，由此可見，研制和開發(fā)新型液壓支架是必不可少的一個環(huán)節(jié)。通過對液壓支架的理論學習，完成液壓支架的設(shè)計工作，加深對液壓支架工作原理、工作性能、工作環(huán)境及其結(jié)構(gòu)的認識和了解。通過對液壓支架結(jié)構(gòu)的分析，加深和鞏固機械原理的相關(guān)內(nèi)容；通過對液壓支架受力的分析和強度的校核，加深對專業(yè)基礎(chǔ)課理論力學和材料力學及專業(yè)課機械設(shè)計相關(guān)內(nèi)容的鞏固和理解。同樣通過對液壓支架的設(shè)計，能夠更好的大學學士學位論文4認識國內(nèi)外液壓支架的發(fā)展趨勢和發(fā)現(xiàn)目前煤礦液壓支架主要存在的問題，從而為以后更深認的了解和設(shè)計液壓支架打下良好的基礎(chǔ)。通過自己獨立地完成指定的課程設(shè)計任務(wù)，提高理論聯(lián)系實際、分析問題和解決問題的能力，學會查閱參考書和工具書的方法，提高編寫技術(shù)文件的能力，進一步加強設(shè)計計算和制圖等基本技能的訓練，為畢業(yè)后成為一名出色的機械工程師打好基礎(chǔ)?，F(xiàn)代社會對人才提出了更高的要求，作為一名當代大學畢業(yè)生，不僅打好堅實的專業(yè)知識，還應(yīng)具備工程技術(shù)人才應(yīng)有的綜合素質(zhì)。為了適應(yīng)這一發(fā)展趨勢，我們應(yīng)立足變傳統(tǒng)的、僵化的、單純的畢業(yè)設(shè)計為培養(yǎng)主動學習、提高創(chuàng)新能力、樹立團結(jié)協(xié)作精神、強化計算機運用等多維兼容性畢業(yè)設(shè)計;同時通過完成畢業(yè)設(shè)計，鍛煉學生解決實際工程問題的能力；在整個畢業(yè)設(shè)計的過程中，以我們的主動學習為主，教師適時指導為輔；將素質(zhì)教育也畢業(yè)設(shè)計教學相融合，從根本上提高畢業(yè)設(shè)計的質(zhì)量和水平 。大學學士學位論文52 液壓支架基本理論分析2.1 液壓支架的工作原理液壓支架在工作過程中，不僅要可靠的支撐頂板，維護一定的安全工作空間，而且要隨工作面的推進，進行移架和推移輸送機。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，通過工作面性質(zhì)不同的幾個液壓缸來完成的，如圖 2.1 所示。圖 2.1 液壓支架工作原理1—頂梁；2—立柱；3—推移千斤頂；4—安全閥；5—單向筏； 6、7—操縱閥；2.1.1 支架升降當操作閥處于升柱位置時，從乳化液泵站來得高壓液體通過操縱閥液控單向閥 5 進入立柱 2 的下腔，立柱上腔回液，支架升起，并撐緊頂板。當操縱閥處于降柱位置時，工作液體進入立柱的上腔，同時打開液控單向閥，立柱下腔回液，支架下降。2.1.2 支架推移支架的前移和推移輸送機是通過操縱閥和推移千斤頂 3 來進行的。移架時，先使支架卸載下降，再把操縱閥置于移架位置，從乳化液泵站來的大學學士學位論文6高壓液體進入推移千斤頂?shù)那扒患椿钊麠U腔，后腔即活塞腔回液。這時，支架以輸送機為支點前移。移架結(jié)束后，再把支架升起，使支架撐緊頂板。若將操縱閥置于推溜位置，高壓液體進入推移千斤頂后腔即活塞腔，前腔即活塞桿腔回液，這時輸送機以支架為支點被推向煤壁。2.1.3 支架承載過程支架的承載過程是指支架與頂板之間相互力學作用的過程，它包括初撐、承載增阻和恒阻三個階段。(1) 初撐階段在升架過程中，當支架的頂梁接觸頂板，直到立柱下腔的液體壓力逐漸上升到泵站工作壓力時，停止供液，液控單向閥 6 立即關(guān)閉，這一過程為支架的初撐階段。此時支架對頂板的支撐力為初撐力。(2) 承載增阻階段支架初撐結(jié)束后，隨著頂板的下沉，立柱下腔的液體壓力逐漸升高，支架對頂板的支撐力也隨之增大，呈現(xiàn)增阻狀態(tài)，這一過程為支架的承載增阻階段。(3) 恒阻階段隨著頂板壓力的進一步增加，立柱下腔的液體壓力越來越高，當升高到安全閥 5 的調(diào)定壓力時，安全閥打開溢流，立柱下縮，液體壓力隨之降低。當降到安全閥的調(diào)定壓力時，安全閥關(guān)閉。隨著頂板的繼續(xù)下沉，安全閥重復這一過程。由于安全閥的作用，支架的支撐力維持在某一恒定數(shù)值上，這是支架的恒阻階段。此時，支架對頂板的支撐力成為工作阻力，它是由支架安全閥的調(diào)定壓力決定的。對于掩護式和支撐掩護式支架，其初撐力和工作阻力的計算還要考慮到立柱傾角的影響因素。大學學士學位論文7圖 2.2 支架的工作特性曲線由上可知，支架工作時，其支撐力與時間的關(guān)系，可用支架工作特性曲線表示，如圖 所示，曲線上的 、 、 分別表示支架的初撐、增阻、0t13t和恒阻階段的時間。上述工作過程表明：支架在達到額定工作阻力以前具有增阻性，以保證支架對頂板有效的支撐作用；當支架達到額定工作阻力以后，支架能隨頂板的下沉而下縮，即具有可縮性和恒阻性，支架的工作特性決定于立柱、液控單向閥、安全閥和操縱閥的性能和密封的好壞。所以這些元件是支架的關(guān)鍵液壓元件通常液控單向閥和安全閥組合在一起，稱為控制閥。支架的工作阻力是支架的一個重要參數(shù)，它表示支架支撐力的大小。但是，由于支架的頂梁長短和間距大小不同，所以并不能完全反映支架對頂板的支撐能力。因此，通常單位支護面積頂板上所受支架工作阻力值的大小，即支護強度來表示支架的支護性能。即(式 2.1)FPq?310??Ma式中 —支架的支護面積，F(xiàn)2m大學學士學位論文82.2 液壓支架的類型和結(jié)構(gòu)液壓支架按其對頂板的支護方式和結(jié)構(gòu)特點的不同，分為支撐式、掩護式和支撐掩護式三種基本架型。2.2.1 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和節(jié)式支架兩種結(jié)構(gòu)型式。垛式支架每架為一整體，與輸送機聯(lián)接并互為支點整體前移。節(jié)式支架由 2~3 個框節(jié)組成，移架時，各節(jié)之間互為支點交替前移，輸送機用與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 4 左右；而且立m柱多，一般 4~6 根，且垂直支撐；支架后部設(shè)復位裝置和擋矸裝置。以平衡水平推力和防止矸石竄入支架的工作空間內(nèi)。支撐式支架的支護性能是：支撐力大，且作用點在支架后部，故切頂性能好；對頂板重復支撐的次數(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；護矸能力差，矸石易竄入工作空間；支架的工作空間和通風斷面大。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。2.2.2 掩護式支架掩護式支架的結(jié)構(gòu)特點是：有一個較寬的掩護梁以擋住采空區(qū)的矸石進入作業(yè)空間，其掩護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于頂梁或直接作用于頂梁上。掩護式支架的立柱較少，除少數(shù)掩護式支架 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)護板，可以把架間密封。通常頂梁較短，一般為 3.0mm 左右。大學學士學位論文9掩護式支架的支護性能是：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，所以支護強度較大、且均勻，掩護性好，能承受較大的水平推力，對頂板反復支撐的次數(shù)少，能帶壓移架。但由于頂梁短，立柱傾斜布置，故作業(yè)空間和通風斷面小。由上可知，掩護式支架適用于頂板不穩(wěn)定和中等穩(wěn)定、老頂周期來壓不明顯、瓦斯含量少的破碎頂板條件。2.2.3 支撐掩護式支架支撐掩護式支架是在吸收了支撐式和掩護式兩種支架優(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式支架的結(jié)構(gòu)特點和性能，可適用于各種頂?shù)装鍡l件。支撐掩護式支架的頂梁由前梁與主梁構(gòu)成，四根立柱支撐在頂梁和立柱之間，掩護梁的上端與頂梁鉸接，下端用連桿與底座相連。這種支架的優(yōu)點是：支撐力大，切頂性能強，防護性能好，通風斷面大，穩(wěn)定性好，應(yīng)用范圍廣。它的主要缺點是：結(jié)構(gòu)復雜，成本較高。支撐掩護式支架的立柱均為兩排，立柱可前傾和后傾。也可倒八字形布置和交叉布置。通常，兩排立柱都直接支撐在頂梁上，個別情況下，也有后排立柱支撐在掩護梁上而前排立柱支撐在頂梁上。2.2.4 特種液壓支架特種液壓支架是為滿足某些特殊要求而發(fā)展起來的液壓支架，在結(jié)構(gòu)型式仍屬于上述某種基本架型。2.3 對液壓支架的基本要求1. 為了滿足采煤工藝及地質(zhì)條件的要求，液壓支架要有足夠的初撐力和工作阻力，以便有效地控制頂板，保證合理的下沉量。2. 液壓支架要有足夠的推溜力和移架力。推溜力一般為 100 左右；移kN大學學士學位論文10架力按煤層厚度而定，薄煤層一般為 100kN~150kN，中厚煤層一般為150kN ~250kN，厚煤層一般為 250kN~ 400kN。3. 防矸性能要好。4. 排矸性能要好。5. 要求液壓支架能保證采煤工作面有足夠的通風斷面，從而保證人員呼吸、稀釋有毒氣體等安全方面的要求。6. 為了操作和生產(chǎn)的需要，要有足夠?qū)挼娜诵械馈?. 調(diào)高范圍要大，照明和通訊方便。8. 支架的穩(wěn)定性要好，底座最大比壓要小于規(guī)定植。9. 要求支架有足夠的剛度，能夠承受一定的不均勻載荷和沖擊載荷。10. 在滿足強度條件下，盡可能減輕支架重量。11. 要易于拆卸，結(jié)構(gòu)要簡單。12. 液壓元件要可靠。2.4 支架的選型設(shè)計2.4.1 設(shè)計的原始條件煤層厚度：H＝1.8~3.2 米；頂設(shè)條件老頂 II 級、直接頂 II 級，底板平整，無影響支架通過的斷層。工作面配套設(shè)備：采煤機：MXA-300/3.5，刮板輸送機：SGZ－730/320。煤層傾斜角小于 15 度，支護強度、底板抗壓強度、泵站壓力、安全閥調(diào)定壓力 40MPa。2.4.2 支架的支護性能與外載荷由液壓支架的工作狀態(tài)知，支架承受的外載荷是頂板下沉形成的。在頂板下沉過程中，支架的頂梁與頂板有相對滑動的現(xiàn)象，支架不僅受有垂直于頂梁的力，還受有平行于頂梁的摩擦力。垂直于頂梁的力由支架的工作阻力來平衡。在支架承載過程中，支架底座承受工作面底板反作用力。 為了設(shè)計計算方便，要對支架的外載荷和支架本身進行簡化，概述如大學學士學位論文11下：把支架簡化成一個平面桿系結(jié)構(gòu)。為偏于安全，在計算時把外載荷視為集中載荷；金屬結(jié)構(gòu)件按直梁理論計算；頂梁、底座與頂?shù)装灞徽J為均勻接觸，載荷沿支架長度方向按線性規(guī)律分布，沿支架寬度方向為均布；通過分析和計算可知，掩護梁上矸石的作用力，只能使支架實際支護阻力降低所以，在進行強度計算時不計，使掩護梁偏于安全；立柱和短柱按最大工作阻力計算；產(chǎn)生作用在頂梁上的水平力的情況有兩種，—是由于支架讓壓回縮，頂梁前端點運動軌跡為近似雙紐線，頂梁與頂板間產(chǎn)生相對位移，頂板給予頂梁水平摩擦力，另一種是由于頂柜向采空區(qū)方向移動，使支架頂梁受一指向采空區(qū)的水平摩擦力。頂梁和頂板的靜摩擦系數(shù) W，一般取 0.15~0.3；按不同支護高度時各部件最大受力值進行強度校核。2.4.3 影響架型選擇的因素(1) 煤層厚度煤層厚度不但直接影響到支架的高度和工作阻力，而且還影響到支架的穩(wěn)定性。當煤層厚度大于 2.5~2.8m（軟煤取下限，硬煤取上限）時，應(yīng)選用抗水平推力強且?guī)ёo幫裝置的掩護式或支撐掩護式支架。當煤層厚度變化較大時，應(yīng)選用調(diào)高范圍大的支架。(2) 煤層傾角煤層傾角主要影響支架的穩(wěn)定性，傾角大時易發(fā)生傾倒、下滑象。當煤層傾角大于 10 ~15 時，應(yīng)設(shè)防滑和調(diào)架裝置，當傾角超過 18 時，應(yīng)? ?同時具有防滑防倒裝置。(3) 底板性質(zhì)底板承受支架的全部載荷，對支架的底板影響較大，底板的軟硬和平整性，基本上決定了支架底座的結(jié)構(gòu)和支承面積。選型時，要驗算底座對底板的接觸比壓，其值要小于底板的允許比壓(對于砂巖底板，允許比壓為大學學士學位論文121.96~2.16MPa，軟底板為 0.98MPa 左右)。(4) 瓦斯涌出量對于瓦斯涌出量大的工作面，支架的通風斷面應(yīng)滿足通風的要求，選型時要進行驗算。(5) 地質(zhì)構(gòu)造地質(zhì)構(gòu)造十分復雜，煤層厚度變化又較大，頂板允許暴露面積和時間分別在 5~8 和 20min 以下時，暫不宜采用液壓支架。2m(6) 設(shè)備成本在滿足要求的前提下，應(yīng)選用價格便宜的支架。2.4.4 支架架型的確定從架型的結(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，由于直接頂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、采煤高度與承載的關(guān)系進行分析，使支架的支撐力能適應(yīng)頂板載荷的要求。根據(jù)煤層厚度 1.8~3.2 米，屬于中厚煤層。支架的適應(yīng)高度為 1.5~3.5米煤質(zhì)條件老頂 II 級、直接頂 II 級，底板平整，無影響支架通過的斷層，根據(jù)表 2.1 初步選定為掩護式兩柱液壓支架。大學學士學位論文13表 2.1 支架架型的選擇注：①括號內(nèi)的數(shù)字是掩護式支架的支護強度。表中所列支護強度在選用時，可根據(jù)本礦情況允許有 %的波動范圍。5?②表中 1.3、1.6、2 分別為Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級老頂?shù)姆旨壴鰤合禂?shù)；Ⅳ級老頂給出最低值 2，選用時可根據(jù)本礦實際確定適宜值。老頂級別 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ直接頂類別 1 2 3 1 2 3 1 2 3 4 4支撐式采高小于 2.5m時支架類型掩護式掩護式支撐式掩護式掩護或支撐掩護式支撐式支撐掩護式支撐掩護式掩護或支撐掩護式掩護或支撐掩護式支撐掩護式采高大于 2.5m時1 0.294 1.3 0.294?1.6 0.294?>2 0.24920.343（0.245）1.3 0.343（0.245）1.6 0.343>2 0.34330.441（0.343）1.3 0.441（0.?343）1.6 0.441?>2 0.441支架支護強度MPa采高m40.539（0.441）1.3 0.539（0.441）1.6 0.539>2 0.539應(yīng)結(jié)合深孔爆破，軟化頂板等措施處理采空區(qū)大學學士學位論文143 液壓支架的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1 支架高度、中心距的確定3.1.1 支架高度的確定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：（式 3.1）1ShHm??（式 3.2）????2nhm—煤層最大采高，n—煤層最小采高S1—偽頂冒落的最大厚度，一般取 0.2~0.3m—頂板最大下沉量，一般取 100~200mm2—移架時支架的最小可縮量，一般取 50mma?—矸、浮煤厚度，一般取 50mm本設(shè)計采高 1.8~3.2m,取支架高度為 1.5~3.5m3.1.2 支架伸縮比支架的伸縮比指最大與最小支架高度之比值為：（式 3.3）nmH?代入數(shù)據(jù)得 m=2.33。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。按下式計算：大學學士學位論文15（式 3.4）3cmbBnC???式中： —支架間距（支架中心距）；cb—每架支架頂梁總長度；mB—相鄰支架（或框架）頂梁之間的間隙；3Cn—每架所包含的組架的組數(shù)或框架數(shù)，整體自移式支架。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cb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。本次設(shè)計取支架的中心距為 1.5m。3.2 底座長度的確定3.2.1 底座長度底座是將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小；支架內(nèi)部應(yīng)有足夠的空間用于安裝立柱，液壓控制控制裝置、推移裝置和其他輔助裝置；使于人員操作相行走，保證支架的穩(wěn)定性等。通常，掩護式支架的底座長度職 3.5 倍的移架步距(一個移架步距為 0.6m)，即 2.1m 左右；支撐掩護式支架的底座長度取 4 倍移架步距，即 2.4m 左右。本次設(shè)計取底座長2.18m。3.2.2 底座寬度支架底座寬度一般為 1.1~1.2m。為提高橫向穩(wěn)定性和減小對底板比壓，厚煤層支架可加大到 1.3m 左右，放頂煤支架為 1.3~1.4m。底座中間安裝大學學士學位論文16推移裝置的槽子寬度與推移裝置的結(jié)構(gòu)和千斤頂缸徑有關(guān)，一般為300~380mm。寬度取 1350mm。3.3 四連桿機構(gòu)的設(shè)計3.3.1 四連桿機構(gòu)的作用與缺點1．梁端護頂 鑒于四連桿機構(gòu)可使托梁鉸接點呈雙紐線運動，故可選定雙紐線的近似直線部分作為托梁鉸接點適應(yīng)采高的變化范圍。這樣可使托梁鉸接點運動時與煤壁接近于保持等距，當梁端距處于允許值范圍之內(nèi)時，借此可以保證梁端頂板維護良好。2．擋矸 鑒于組成四連桿機構(gòu)的掩護梁既是連接件，又是承載件，為了承受采空區(qū)內(nèi)破碎巖石所賦予的載荷，掩護梁一般做成整體箱形結(jié)構(gòu)，具有一定強度。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，而且還有沿巖層層面指向采空區(qū)方向（或指向煤壁方向）的分力，這個水平推力由液壓支架的四連桿機構(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 鑒于四連桿機構(gòu)將液壓支架連成一個重量較大的整體，在支架承載階段，其穩(wěn)定程度較高。四連桿機構(gòu)在具有以上諸作用的同時，也有一些缺點。首先，支架在工作過程當中，四連桿機構(gòu)必須承受很大的內(nèi)力，從而導致支架結(jié)構(gòu)尺寸的加大和重量的增加；其次，由于四連桿機構(gòu)對頂板產(chǎn)生一個水平力（又稱水平支撐力），因此對支架的工作性能將產(chǎn)生不良影響。3.3.2 四連桿幾何特征（1）支架在最高位置時， =52°~62°，即：0.91~1.08 弧度；1P大學學士學位論文17=75°~85°即1.31~1.48弧度；支架在最低位置時，保證 。1Q P?125?（2）后 連桿與掩護梁的比值，掩護式支架為I =0.45~0.61;支撐掩護式為I = 0.61~0.82。（3）前后連桿上絞點之距與掩護梁的比值為 0.22~0.3。I?1（4） 點的運動軌跡呈近似雙紐線，支架由高到低雙紐線運動軌跡'e的最大寬度 mm以下。70?（5）支架在最高位置時的 應(yīng)小于0.35，在優(yōu)化設(shè)計中，對支撐tan?掩護式支架最好應(yīng)小于0.16。3.3.3.四連桿機構(gòu)各部尺寸的確定四連桿機構(gòu)各部參數(shù)如圖 3.1 所示，圖中的 為支架在最高位置時的1H計算高度。令： = ; = ; = ; = ; = ; = ; =oa2AbBaCcdD2oE'aeG'b; F= ; = ; ; ; = =1JS'eLIG?'Iae1tn?SLUa圖 3.1 四連桿機構(gòu)參數(shù)圖大學學士學位論文181、四連桿的作用四連桿機構(gòu)是現(xiàn)代液壓支架主要的穩(wěn)定機構(gòu)，其主要作用是保證支架縱向和橫向的穩(wěn)定性；承受和傳遞載荷以及保持液壓支架的整體剛度等。對于四連桿的選擇形式，大多數(shù)都是采用前整體后單的形式，這樣可以增加尾部的空間。具有四連桿機構(gòu)的液壓支架從問世以來，經(jīng)過長期的實踐考驗，顯示出巨大優(yōu)越性，并從根本上克服了支撐式支架穩(wěn)定性和力學持性的缺陷，成為液壓支架技術(shù)發(fā)展史上的一個重要里程碑?，F(xiàn)代掩護式和支撐掩護式支架都用前后連桿把掩護梁和底座連結(jié)在一起，這樣組成的雙搖桿四連桿機構(gòu)可使支架升降時保持比較穩(wěn)定的梁端距，即要求掩護梁和頂梁的鉸接點的運動軌跡近似為一條直線，故稱底座、前連桿、后連桿和掩護梁組成的機構(gòu)為近似直線機構(gòu)，從而得到一個近似相等的端面距，以提高管理頂板性能，使支架能承受較大的水平力。液壓支架升降時，頂梁的運動軌跡是由四連桿機構(gòu)決定的，既有頂梁與掩護梁的鉸點 E 的軌跡所決定，其軌跡如圖 3.2 所示：圖 3.2 升降柱運動軌跡2、支架四連桿機構(gòu)的運動軌跡大學學士學位論文19支架在最大高度和最小高度范圍內(nèi)運動時，E 點的運動軌跡呈 3 種形式：雙向擺動(ABCD 段)、單向向后擺動(BC 段)和單向向前擺動(AB 段和CD 段)。選擇不同的四連桿參數(shù)．可以使 E 點軌跡處于上述 3 種曲線段。支架工作時，受到頂板載荷的作用，有下縮趨勢。當 E 點軌跡處于 AB 段時，頂梁相對于頂板有向煤壁移動的趨勢，頂板對頂粱的摩擦力指向采空區(qū)側(cè)。當 E 點軌跡處于 BC 段時，頂梁相對于頂板有向采空區(qū)移動的趨勢，此時頂板對頂梁的摩擦力指向煤壁。當頂板運動趨勢超過支架運動趨勢時，頂梁與頂板間的摩擦力方向?qū)⑷Q于頂板的運動趨勢。從頂板管理方面分析，頂梁向煤壁方向移動比頂梁向采空區(qū)方向移動有利。前者對于保持粱端頂板處于擠壓狀態(tài)有利，而后者容易導致頂板產(chǎn)生離層或斷裂，造成頂板斷裂線前移或梁端冒頂。因此，合理設(shè)計四連桿參數(shù)．使支架工作段內(nèi)，E 點軌跡處于 AB 段比較理想，但對于調(diào)高范圍大的支架，要達到要求是困難的。然而，由于四連桿銷孔間隙的作用，使E 點實際運動軌跡與上述理論軌跡不完全相同。為了保持支架梁端距的穩(wěn)定，一般應(yīng)控制梁端擺動幅度 Δ ≤30~80mm。液壓支架的縱向穩(wěn)定性完全是由四連桿機構(gòu)決定的，而不取決于立柱的多少。液壓支架實際受力狀態(tài)十分復雜，經(jīng)常受到非對稱載荷和橫向載荷的作用，保持支架橫向穩(wěn)定性和整體剛性十分重要。如圖示支架立柱為二力構(gòu)件，不具有承受較大橫向載荷的能力。支架的橫向載荷只能靠四連桿機構(gòu)承受。3、四桿機構(gòu)之間的關(guān)系掩護式和支撐掩護式支架的四連桿機構(gòu)都是雙搖桿機構(gòu)。雙搖桿機構(gòu)形成的條件是：最短桿 C 和最長桿之和小于其余兩桿長度之和，而最短桿為上連桿（掩護梁） ，最短桿的對邊 a 為固定桿（底座） ，即：C＋b 。在 J 點作 角，??o15?再取 JC 一定長度與 HC 交于 C 點，C 點作為后連桿和掩護梁的鉸接軸。4)以 J 為圓心，JC 為半徑畫一圓弧 。以 I 為圓心，以 HC 的長度為ab半徑畫圓弧與 ab 弧交于 E 點。C 點和 E 點就是后連桿在支架為最小高度和最大高度時的極限位置。5)在 CH 上取一長度 CD，必須使 CDDC,這樣 CD 就是最短桿。而且要使 CD＋DG > 時，載荷呈梯形分布，如圖 5.5 所示。2Lg頂梁前端比壓為：MPa （式 5.9）321210)6(????mBLgxFq頂梁后端比壓為：Mpa （式 5.10）321310)64(????mgxq由于 x=0.77 小于 所以載荷分布為三角形。L將 =3242 kN， =1.4m， =0.77m 代入公式(5.10)得頂梁后端比壓1FmBx大學學士學位論文47為：3qMPa 1.207.41323????q6 液壓支架的強度校核6.1 強度條件在液壓支架的研制、試驗過程中，各構(gòu)件的強度汁算是極為必要的。前面數(shù)章的內(nèi)容已經(jīng)給出了支架主要零件部件受力分析和負荷的計算方法。但是由于液壓支架的結(jié)構(gòu)特點、外載荷特點以及使用條件的特殊性，在強度計算中的強度條件也有其特殊性。當然強度條件要以現(xiàn)階段液壓支架所選用的材料、制造工藝以及大致形式等為依據(jù)，隨著時間的推移，如果上述諸點有變，強度條件也必須作相應(yīng)調(diào)整。強度校核均以材料的屈服極限為計算安全系數(shù)如表 6.1 所示。表 6.1 支架安全系數(shù)安全系數(shù) 前梁 底座 頂梁 掩護梁 前連桿n 1.1 1.1 1.1 1.3 1.3安全系數(shù) 后連桿 主要軸 缸體 焊縫 活塞桿n 1.3 1.3 3.3－4 3.3－4 >1.46.2 主頂梁的校核6.2.1 主頂梁的彎距計算假設(shè)前梁失去作用，主頂梁受一集中載荷，其受力如圖 6.1（a）所示：由上面求出 F 為 3242kN，距離鉸接點 770mm。大學學士學位論文48做主頂梁的受力及力矩圖 6.1 所示：圖 6.1（a）頂梁受力圖圖 6.1（b）頂梁彎矩圖由圖可知：3200×sin15×0.26+3200×cos15×0.03=308.07N/m?maxM主頂梁做成等斷面箱式結(jié)構(gòu)，在最大彎矩處的斷面如圖 6.2 所示：圖 6.2 最大彎矩斷面圖6.2.2 主頂梁的強度計算大學學士學位論文49(1) 形心位置各板件計算數(shù)據(jù)如表 6.2 所示：表 6.2 各板件計算數(shù)據(jù)件號 1 2 3 4 5 6 7 8 9數(shù)量 1 2 2 4 2 2 2 2 1nF2cm139.2 73.6 27.8 52.2 26.8 40.32 35.2 26.2 56y0.8 2.4 15.8 15.8 15 29.2 29.2 29.2 19.1nJ4c29.7 15.7 2133.7 4812.2 1107.4 8.6 5.6 5.6 4968結(jié)構(gòu)件的形心位置為：=ncFy??)( 8.15248.15274.67328.0139[ ???????].96.3.9.0..4258.62??87.391[???=14.23]562..352..4 ???cm(2) 慣性矩=])([2cnnyFJ???? 6.73.1[])3.480(.197.[2?3.14(2? 85(534??+])? ])2.4.9(5.[2]).(.068[ ?=125318.6])219(.2[??4cm（3） 彎曲應(yīng)力大學學士學位論文50kN/98.624.12538(09.76)18(maxax ??????）zcJyM? 2cm6.2.3 安全系數(shù)鋼板材料選取 16Mn，σs =34335 kN/ 2cm滿足強度要求。][5.98.6243maxnns ????6.3 掩護梁強度校核6.3.1 掩護梁受力情況掩護梁的受力分析如圖 6.3 所示處理后的力學模型由受力圖可以看出掩護梁的危險截面在前連桿與掩護梁鉸接處，故需校核此危險截面的彎曲強度。此處截面的彎曲強度為： 5.143.0sin58sin6max ?????GFM?2mkN?圖 6.3 掩護梁受力分析圖主頂梁做成等斷面箱式結(jié)構(gòu)，在最大彎矩處的斷面如圖 6.4 所示：大學學士學位論文51圖 6.4 最大彎矩斷面圖6.3.2 掩護梁強度計算(1)形心位置各板件計算數(shù)據(jù)如表 6.3 所示：表 6.3 掩護梁板件數(shù)據(jù)件號 1 2 3 4 5 6 7數(shù)量 1 2 4 2 1 2 2面積cm2 151.2 90.88 79.6 68.8 21.5 40 40形心位置 cm 0.6 8.2 14.6 15.3 15.3 28.6 27.6結(jié)構(gòu)件的形心位置為： Fync??)(代入數(shù)據(jù)得： 13.3cmc（2）慣性矩2)(yJcnn??? 123abJn?4cm將數(shù)據(jù)代入公式，算得總慣性矩為：3.81.93657.8.3697.10.854.20 ????nZ大學學士學位論文52=58210.3 4cm（3）彎曲應(yīng)力kN/4.5903.58210).67(.4)6.37(maxax ??????zcJyM? 2cm6.3.3 安全系數(shù)鋼板材料選取 16Mn，σs =34335 KN/ 2c滿足強度要求。][7.54903maxnns????6.4 底座強度校核6.4.1 底座受力情況底座通過立柱，前后連桿支撐支架的頂梁及掩護梁，是支架的主要承壓部件，主要對其壓力強度進行校核，基本不受彎矩影響。底座的受力分析見圖 6.5 示。(a)底座受力圖大學學士學位論文53(b)底座彎矩圖圖 6.5 底座受力情況圖中立柱的壓力以及前后連桿的拉力或壓力在前面已經(jīng)算出，由得0??M 0cossinsinsincos321 ????? DCCBBA PHpplPHplR ???由上式求得前端的支反力為1）最高位置時的情況：)cossinsinsicos( 321 DCCbBbBA PPlplR ???????= ooo 5i397.015i2.01539.8 ???8cs4.sin604.??=1590.42 mkN?=1748.45BABPHLRM?si)(21??mkN?CBbB PHllC ?cossinco)(33 ???= oo 5cs39604.9.1735c)9.01..4590 ???=1404.82 mkN? .487os58.cos???DDPHM?mkN?大學學士學位論文54在最低位置時的情況： oooAR 13sin97.028sin31.028cs319.(82 ??????=1296.46c54.in604.? mkN??BM9?k? ooC 13cs9604.8.312cs.0321.29 ?????653mkN?7.cos?DDPH?k?表 6.4 相應(yīng)位置對應(yīng)的彎矩彎矩位置Mb KN·m Mc KN·m最高位置 1748.5 1404.8最低位置 1599 1239.7由表 6.4 中可知，最大彎矩發(fā)生在立柱的柱窩處。但是柱窩處專門焊接了柱窩，斷面加強。危險斷面在離柱窩中心 250mm 處，如圖 6.6 所示。該處彎矩為 98.124.5901.5. ???ARMmkN?圖 6.6 柱窩結(jié)構(gòu)示意圖最大彎矩處截面如圖大學學士學位論文55圖 6.7 底座最大彎矩箱體結(jié)構(gòu)圖材料數(shù)據(jù)表 6.5 材料數(shù)據(jù)件號 厚度 鋼號 σ 2cmN1 鋼板 40 16Mn 343352 鋼板 20 14MnTiRe 451263 鋼板 20 14MnTiRe 45126形心位置計算數(shù)據(jù)列于表 6.6 中表 6.6 形心位置件號 1 2 3件數(shù) 4 1 1Fn 2cm80 268 268Jn 3105.?60 60Yn 2c0 9.2 9.2結(jié)構(gòu)的形心位置為結(jié)構(gòu)的對稱軸線。其慣性距為)(2nyFJ???= 3105.4?2.968.2??大學學士學位論文5640.5170.53672cm??彎曲應(yīng)力 故225 /345/8.32904.17982 cmNcNJMy sc ??????滿足要求。6.5 立柱強度校核立柱的強度校核包括立柱的穩(wěn)定性驗算，活柱，加長桿和缸體的強度驗算。6.5.1 預(yù)算缸筒內(nèi)徑和缸壁厚度采用乳化液泵的壓力為 31.4MPa。經(jīng)以上立柱參數(shù)的計算確定：缸內(nèi)徑為 230mm，材料為 27SiMn 無縫鋼管， 。安全系數(shù)選取 1.5，2s/N835cm??許用應(yīng)力 。缸壁厚度為：2/5917./8][ cmN?=0.7cm)3.][40(2`3??pd?式中 p—缸內(nèi)壓力， 。223·3 /8016Pc????我國液壓支架一般用 27SiMn 無縫鋼管做缸筒和立柱?？紤]到缸口要車槽、臺階或螺紋等，應(yīng)選較厚的管壁。取壁厚為 21.5mm。6.5.2 計算重疊長度大學學士學位論文57最小導向長度為： m2153012d0LH·3???式中 L—液壓行程，根據(jù)立柱長度需要，液壓行程為 1000mm。考慮了活塞厚度和導向長度，取重疊長度為 228mm。為了使立柱結(jié)構(gòu)簡單一些，立柱采用單伸縮加加長桿的結(jié)構(gòu)。在計算加長桿作為伸縮活柱，因此，按雙伸縮立柱計算。立柱結(jié)構(gòu)尺寸表示如圖6.8（a、b） 。計算數(shù)據(jù)列于表 6.7 所示：P=1600KN 2211cm5.4dF??l1=95.5cm ·22 7.94?）（l2=239.5cm 4411c53d6Jl3=122.5cm ·22 m07??）（?l=356.1cm 44·33 c159d6J?）（a1=11cm 0.EJPk11?a2=22.8cm cm4.22cm05.21??EJPk10.33?3.p=3800N/cm2025.4? 6/N10.cm??d1=180mm d·3=230mm大學學士學位論文58d2=210mm d3=273mmd·2=179mm （a）立柱受力情況圖 6.8（b）立柱等價受力圖6.5.3 各段的彎矩)cossin()(M111 xkBxkAPX????1,0l222DC],[23)cossin()( 333 xkHxkG??,0l其中各系數(shù)的計算如下，假設(shè)立柱受一軸向力 P，沒有橫向力，不偏載，即 e1=e2=0。大學學士學位論文59sink1l1=0.4848 cos k1l1=0.8746sink2l2=0.8315 cosk2l2=0.5554sink3l3=0.2662 cosk3l3=0.9639sink2l3=0.4813 sink2l3=0.8765045.a11???? 013.a24????9.sinklco lcsk lin1212? 0. o1 ???? 6.sinklco lcsk lin32332?018.i ok??67..092.18.049. ?????????? 914.0]sin)[()]cossin( ci([ 122 31????lklkl lkA????????7.in31 ?????C98.0)()ssi(132 ????lklkD42.)sin-( ]sink)cosink-ico[G3 32332?? ??l lll??? ??6.5.4 加長桿強度核算最大彎矩所在位置為： 5.9l2710653.2PEJ2X111 ?????大學學士學位論文60由上式知道最大彎矩發(fā)生在 l1處。最大彎矩為：N·cm6.7148.097.60PAsinklM1max ???）（加長桿內(nèi)的應(yīng)力由于軸向力形成的壓應(yīng)力和彎曲形成的彎曲應(yīng)力，即：2331ax1 cm/N.5912.5.24JdFP?????加長材料選用 45 號鋼， 。2sc/6??安全系數(shù)： >[n]=1.47.452931n1s故滿足強度要求。6.5.5 活柱強度核算油缸的撓度 計算1????coslP2Galm10121???式中—活塞桿與導向套處的最大配合間隙， =0.1353 ；1?1?cm—活塞與缸體的最大配合間隙， =0.11 ；2 2—活塞桿頭部銷孔中心至最大饒度處的距離， ；1l c—缸底尾部銷孔中心至最大饒度處的距離， ；2 m—缸體全部外伸時，液壓缸兩端銷孔間的距離， ；l c—活塞桿的最大推力，即立柱的工作阻力， ；mP kN—活塞桿全部伸出時，導向套前端到活塞滑動面末端的距離；a大學學士學位論文61—液壓缸的重力， ； = = ；0GkN0Gmg6.310??kN—立柱軸線與水平面的夾角； = 。???75把以上數(shù)據(jù)代入公式中得：cm4.075cos.326109.5.3268..9)105.(1 ?????? ??最大彎矩所在位置為：> =239.541067.2PEJX32 ??2l由上式可知活柱的最大彎矩發(fā)生在 處，即加長桿與活柱發(fā)生初折曲2l的地方?；钪淖畲髲澗貫椋篘·cm6.71lMlmax12max?）（）（活柱內(nèi)的應(yīng)力為由于軸向力形成的壓力和彎曲形成的彎曲應(yīng)力，即：活2332max2 cm/N3.1852760.7.9406JdFP??????柱選用 27SiMn 無縫鋼管， 。s/N85cm?安全系數(shù)： >[n]=1.4.431???sn故活柱滿足強度要求。6.5.6 缸體強度核算最大彎矩發(fā)生的地方為： 5.12l.65106329.2PEJ2X333 ?????由上式知道，缸體最大彎矩發(fā)生在 l3處，即活柱與缸體發(fā)生初曲折的大學學士學位論文62地方。最大彎矩為：kN·cm6.5712.0341.6PGsinklM33max ???l）（缸體內(nèi)壁三個應(yīng)力為： 2r3/N80pc??? 2223``33 /4.1657)30(1)(1 cmNdt ?????23·max30 /1.475296.7JMc???按第四強度理論進行驗算，即： 22t3r230230 /4.967])()[(21 cmNrt ??????? ）（ ??安全系數(shù)： >[n]=3.36.49785?sn故缸體滿足強度要求。6.5.7 立柱的穩(wěn)定裕量驗算為了簡化計算，把加長桿作為活柱的一部分，這樣就相當與單伸縮立柱，因此，則： 617.03529J1???63.0.35).129(