喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請(qǐng)放心下載，，有疑問(wèn)咨詢QQ:414951605或者1304139763 ======================== 喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請(qǐng)放心下載，，有疑問(wèn)咨詢QQ:414951605或者1304139763 ======================== 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)2007屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第99頁(yè) 1支撐掩護(hù)式液壓支架概述 1.1 液壓支架的用途 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，保證工人安全和各項(xiàng)作業(yè)正常進(jìn)行，必須對(duì)頂板進(jìn)行支護(hù)。而液壓支架是一高壓液體作為動(dòng)力，由液壓元件與金屬構(gòu)件組成的支護(hù)和控制頂板的設(shè)備，它能實(shí)現(xiàn)支撐、切頂、移架和推移輸送機(jī)等一整套工序。實(shí)踐表明液壓支架具有支護(hù)性能好、強(qiáng)度高、移架速度快、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。液壓支架與可彎曲輸送機(jī)和采煤機(jī)組成綜合機(jī)械化采煤設(shè)備，它的應(yīng)用對(duì)增加采煤工作面產(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)和保證安全生產(chǎn)是不可缺少的有效措施。因此，液壓支架是技術(shù)上先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上合理、安全上可靠，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。 1.2液壓支架的工作原理 液壓支架的主要?jiǎng)幼饔猩?、降架、推移輸送機(jī)和移架。這些動(dòng)作是利用乳化液泵站提供的高壓液體，通過(guò)液壓控制不同功能的液壓缸來(lái)完成的。每架支架的液壓管路都與工作面主管路并聯(lián)，形成各自獨(dú)立的液壓系統(tǒng)，如圖1－1所示，其中液控單向閥和安全閥設(shè)在架內(nèi)，操縱閥可設(shè)在本架或鄰架內(nèi)，前者為本架操作，后者為鄰架操作。 1.2.1支架升降 支架的升降依靠立柱2的伸縮來(lái)實(shí)現(xiàn)，其工作過(guò)程如下： 1、初撐 操縱閥8處于升柱位置，由泵站輸送來(lái)的高壓液體經(jīng)液控單向閥6進(jìn)入立柱的下腔，同時(shí)立柱的上腔排液，于是活柱和頂梁升起，支撐頂板。當(dāng)頂梁接觸頂板，立柱下腔的壓力達(dá)到泵站的工作壓力后，操縱閥置于中位，液控單向閥6關(guān)閉，從而立柱下腔液體被封閉，這就是支架的初撐階段。 2、承載 支架初撐后，進(jìn)入承載階段。隨著頂板的緩慢下沉，頂板對(duì)支架的壓力不斷增加，立柱下腔被封閉的液體壓力將隨之迅速升高，液壓支架受到彈性壓縮，并由于立柱缸壁的彈性變形而使缸徑產(chǎn)生彈性擴(kuò)張，這一過(guò)程就是支架的增阻過(guò)程。當(dāng)下腔液體的壓力超過(guò)安全閥5的動(dòng)作壓力時(shí)，高壓液體經(jīng)安全閥5瀉出，立柱下縮，直至立柱下腔的液體壓力小于安全閥的動(dòng)作壓力時(shí)，安全閥關(guān)閉，停止泄液，從而使立柱工作阻力保持恒定，這就是恒阻過(guò)程。此時(shí)，支架對(duì)頂板的支撐力稱為工作阻力，它是由支架安全閥的調(diào)定壓力決定的。 3、卸載 當(dāng)操縱閥8處于降架位置時(shí)，高壓液體進(jìn)入立柱的上腔，同時(shí)打開(kāi)液控單向閥6，立柱下腔排液，于是立柱卸載下降。 由以上分析可以看出，支架工作時(shí)的支撐力變化可分為三個(gè)階段，如圖1－2，即：開(kāi)始升柱至單向閥關(guān)閉時(shí)的初撐增阻階段，初撐后至安全閥開(kāi)啟前的增阻階段，以及安全閥出現(xiàn)脈動(dòng)卸載時(shí)的恒阻階段，這就是液壓支架的阻力－時(shí)間特性。它表明液壓支架在低于額定工作阻力下工作時(shí)，具有增阻性，以保證支架對(duì)頂板的有效支撐作用，在達(dá)到額定工作阻力時(shí)，具有恒阻性；為使支架恒定在此最大支撐力，又具有可縮性，即支架在保持恒定工作阻力下，能隨頂板下沉而下縮。增阻性主要取決于液控單向　立柱的密封性能，恒阻性與可縮性主要由安全閥來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此安全閥、液控單向閥和立柱是保證支架性能的三個(gè)重要元件。 1.2.2 支架移動(dòng)和推移輸送機(jī) 支架和輸送機(jī)的前移，由底座3上的推移液壓缸4來(lái)完成。 需要移架時(shí)，先降柱卸載，然后通過(guò)操縱閥使高壓液體進(jìn)入推移液壓缸4的活塞桿腔，活塞腔回液，以輸送機(jī)為支點(diǎn)，缸體前移，把整個(gè)支架拉向煤壁。 需要推移輸送機(jī)時(shí)，支架支撐頂板，高壓液體進(jìn)入推移活塞缸4的活塞腔，活塞桿腔回液，以支架為支點(diǎn)，活塞桿伸出，把輸送機(jī)推向煤壁。 1.3 液壓支架的分類 液壓支架按結(jié)構(gòu)形式劃分，可分為支撐式、掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式三類。 1、支撐式支架 支撐式支架利用立柱與頂梁直接支撐和控制工作面的頂板。其特點(diǎn)是：立柱多，支撐力大，切頂性能好；頂梁長(zhǎng)，通風(fēng)斷面大，適用于中等穩(wěn)定以上的頂板。 支撐式支架有垛式和節(jié)式之分。 （1）節(jié)式 節(jié)式支架由2～4個(gè)框架組成，用導(dǎo)向機(jī)構(gòu)互相聯(lián)系，交替前進(jìn)， （2）垛式 整個(gè)支架為一整體結(jié)構(gòu)，整體移動(dòng)，通常有4～6根立柱，可以支撐堅(jiān)硬與極堅(jiān)硬的頂板。 2、掩護(hù)式支架 掩護(hù)式支架利用立柱、短頂梁支撐頂板，利用掩護(hù)梁來(lái)防止巖石落入工作面。其特點(diǎn)是：立柱少，切頂能力弱；頂梁短，控頂距??；由前后連桿和底座鉸接構(gòu)成的四連桿機(jī)構(gòu)使抗水平力的能力增強(qiáng)，立柱不受橫向力；而且使板前端的運(yùn)動(dòng)軌跡為近似平行于煤壁的雙紐線，梁端距變化??；架間通過(guò)側(cè)護(hù)板密封，掩護(hù)性能好；調(diào)高范圍大，適用于松散破碎的不穩(wěn)定或中等穩(wěn)定的頂板。 3、支撐掩護(hù)式支架 支撐掩護(hù)式支架具有支撐式的頂梁和掩護(hù)式的掩護(hù)梁，它兼有切頂性能和防護(hù)作用，適于壓力較大、易于冒落的中等穩(wěn)定或穩(wěn)定的頂板。 根據(jù)使用條件，支撐掩護(hù)式支架的前、后排立柱可前傾或后傾，傾角大小也可不同。前、后立柱交叉布置的支架適用于薄煤層。 1.4 液壓支架的組成 液壓支架由以下六個(gè)主要部分組成： 頂梁、底座、立柱、掩護(hù)梁、活動(dòng)側(cè)護(hù)板、推移機(jī)構(gòu)、操縱控制系統(tǒng) 1.4.1 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。 1.4.2 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。 1.4.3 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。 1.4.4 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。 1.4.5 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。 1.4.6 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)，使支架能承受圍巖載荷、水平作用力和保持穩(wěn)定。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，從而使用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。 1.4.7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、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)可最大限度的滿足這些要求，因此，所有液壓支架均采用這種傳動(dòng)。 1.5 液壓支架的設(shè)計(jì) 1.5.1 設(shè)計(jì)目的 采用綜合機(jī)械化采煤方法是大幅度增加煤炭產(chǎn)量、提高經(jīng)濟(jì)效益的必由之路。為了滿足對(duì)煤炭日益增長(zhǎng)的需求，必須大量生產(chǎn)綜合機(jī)械化采煤設(shè)備，迅速增加綜合機(jī)械化采煤工作面（簡(jiǎn)稱綜采工作面）。而每個(gè)綜采工作面平均需要安裝150臺(tái)液壓支架，可見(jiàn)對(duì)液壓支架的需求量是很大的。 由于不同采煤工作面的頂板條件、煤層厚度、煤層傾角、煤層的物理機(jī)械性質(zhì)等的不同，對(duì)液壓支架的要求也不同。為了有效地支護(hù)和控制頂板，必須設(shè)計(jì)出不同類型和不同結(jié)構(gòu)尺寸液壓支架。因此，液壓支架的設(shè)計(jì)工作是很重要的。由于液壓支架的類型很多，因此其設(shè)計(jì)工作量也是大的，由此可見(jiàn)，研制和開(kāi)發(fā)新型液壓支架是必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。 1.5.2 對(duì)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，以便有效的控制頂板，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；移架力按煤層厚度而定，薄煤層一般為100～150，中厚煤層一般為150～250，厚煤層一般為300～400。 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(fēng)斷面，從而保證人員呼吸、稀釋有害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? 7．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)定值。 9．要求支架有足夠的剛度，能夠承受一定的不均勻載荷。 10．在滿足強(qiáng)度條件下，盡可能減輕支架的重量。 11．要易于拆卸，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 12．液壓元件要可靠。 1.5.3 設(shè)計(jì)液壓支架必需的基本參數(shù) 1．頂板條件 根據(jù)老頂和直接頂?shù)姆诸悾瑢?duì)支架進(jìn)行選型。 2．最大和最小采高 根據(jù)最大和最小采高，確定支架的最大和最小高度，以及支架的支護(hù)強(qiáng)度。 3．瓦斯等級(jí) 根據(jù)瓦斯等級(jí)，按保安規(guī)程規(guī)定，驗(yàn)算通風(fēng)斷面。 4．底板巖性和小時(shí)涌水量 根據(jù)底板巖性和小時(shí)涌水量驗(yàn)算底板比壓。 5．工作面煤壁條件 根據(jù)工作面煤壁條件，決定是否用護(hù)幫裝置。 6．煤層傾角 根據(jù)煤層傾角，決定是夠選用防滑防倒裝置。 7．井筒罐籠尺寸 根據(jù)井筒罐籠尺寸，考慮支架的運(yùn)輸外形尺寸。 8．配套尺寸 根據(jù)配套尺寸及支護(hù)方式來(lái)計(jì)算頂梁長(zhǎng)度。 1.5.4堅(jiān)硬頂板的液壓支架設(shè)計(jì) 堅(jiān)硬頂板工作面頂板不易冒落，直接頂或基本頂懸頂時(shí)間長(zhǎng)。一但冒落，瞬間頂板壓力顯著增大，支架立柱安全閥來(lái)不及釋放，立柱可能遭破壞。因此，對(duì)堅(jiān)硬頂板液壓支架設(shè)計(jì)的要求是： 1、根據(jù)直接頂和基本頂?shù)膸r性、分類級(jí)別、截高及配套設(shè)備，確定支護(hù)強(qiáng)度和工作阻力，支架要有足夠切頂能力。 2、應(yīng)盡量減小掩護(hù)梁長(zhǎng)度，增大掩護(hù)梁與水平夾角，減小掩護(hù)梁在水平線上的投影長(zhǎng)度。如有的支架在低位狀態(tài)時(shí)，掩護(hù)梁與垂線夾角仍有30左右，相當(dāng)于一般支架在高位狀態(tài)時(shí)的掩護(hù)梁夾角。如果在工作高度時(shí)，掩護(hù)梁大部分都能被頂梁所遮蓋是較為理想的。另外，掩護(hù)梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，除保證必要的強(qiáng)度和剛度之外，還要具有抗沖擊能力。 3、支架掩護(hù)梁間的密封可嚴(yán)些，頂梁架間密封要求不十分嚴(yán)格，因?yàn)轫斄洪g漏矸的可能性較小。 4、支架立柱應(yīng)設(shè)置大流量安全閥，以避免頂板沖擊壓力造成支架過(guò)載較大。為此，安全閥流量的選擇應(yīng)考慮立柱缸徑、沖擊載荷來(lái)壓程度。對(duì)于有沖擊載荷的頂板，如不采取頂板處理措施，立柱應(yīng)安設(shè)置一大一小兩個(gè)安全閥以確保支架的安全 5、考慮沖擊載荷影響，支架結(jié)構(gòu)件安全系數(shù)應(yīng)提高，至少應(yīng)比通常支架安全系數(shù)提高20%。 6、應(yīng)考慮支架可能承受的水平方向沖擊力。支架結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)，摩擦系數(shù)取值應(yīng)考慮f=0.3時(shí)水平力對(duì)支架強(qiáng)度的影響。 1.6 液壓支架的設(shè)計(jì)動(dòng)向 21 世紀(jì)是以網(wǎng)絡(luò)信息為代表高科技迅猛發(fā)展的新時(shí)期，也是是煤礦以高效集約化生產(chǎn)為特征的新時(shí)期，為了滿足高產(chǎn)綜采工作面生產(chǎn)發(fā)展的需要，就煤炭綜采而言，國(guó)外主要產(chǎn)煤國(guó)家從未停止過(guò)依靠更大的技術(shù)投入取得采煤更高經(jīng)濟(jì)效益的努力。我們也必須抓緊研制和推廣電液控制系統(tǒng)。液壓支架實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制后，就可有效地克服上述缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)支架的電液控制，而且有多種控制方式可供選擇，人員可在較安全的地方集中對(duì)整個(gè)工作面的支架進(jìn)行遠(yuǎn)程控制或程序控制?，F(xiàn)在世界上已經(jīng)有70 多個(gè)電液自動(dòng)化控制工作面。工作面的技術(shù)設(shè)備又正在以迅猛之勢(shì)向前發(fā)展。我們不能依賴?yán)蠈?shí)進(jìn)口，我們要自己研制，否則和我國(guó)產(chǎn)煤大國(guó)的地位也是極不相稱的。 我國(guó)液壓支架經(jīng)過(guò)20 多年的發(fā)展， 盡管取得了顯著成績(jī)， 在雙高礦井建設(shè)中出現(xiàn)過(guò)日產(chǎn)萬(wàn)噸、甚至班產(chǎn)超萬(wàn)噸的記錄， 但總體水平與世界先進(jìn)采煤國(guó)家仍存在一定差距。在支架架型功能上我國(guó)與國(guó)外相差無(wú)幾， 有些地方特別是特厚煤層用的放頂煤支架、鋪網(wǎng)支架、兩硬煤層的強(qiáng)力支架、端頭支架還有獨(dú)到之處， 但國(guó)產(chǎn)液壓支架技術(shù)含量偏低， 電液控制閥可靠性差，所用鋼材一般為16Mn ，最好的屈服極限才700 ， 液壓系統(tǒng)壓力在35 以下，流量在200 以內(nèi)，供液管Φ25～Φ32 ，回液管Φ25～Φ50 ， 最快移架速度10～12 (井下實(shí)際應(yīng)用有時(shí)在20 以上) ， 工作阻力更是相對(duì)較低。 今后10 年， 我國(guó)的液壓支架將朝技術(shù)含量大、鋼板強(qiáng)度高、移架速度快(6～8) 和電液控制閥的方向發(fā)展， 對(duì)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(jī)構(gòu)，并減少千斤頂?shù)臄?shù)量。另外，將普遍采用額定壓力為40 、額定流量為400 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(dá)到初撐力，保證支架接頂位置準(zhǔn)確。ZY 兩柱掩護(hù)式支架的比重將大大增加， 缸徑將增至Φ360 ， 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(duì)我國(guó)國(guó)情和煤層具體條件，開(kāi)發(fā)一些新架型、新品種外，還應(yīng)在改進(jìn)支架控制系統(tǒng)和提高支架的工作可靠性方面下功夫。 作為一種回采工作面的支護(hù)設(shè)備，液壓支架的架型、結(jié)構(gòu)與相關(guān)參數(shù)，必須與回采工作面的頂、底板條件和煤層條件相適應(yīng)，才能取得良好的支護(hù)效果。由于地下開(kāi)采條件的復(fù)雜性和多樣性，因此，盡管國(guó)內(nèi)外對(duì)液壓支架己經(jīng)過(guò)了近半個(gè)世紀(jì)的研究和應(yīng)用，出現(xiàn)了數(shù)十種不同的結(jié)構(gòu)架型，但至今為止，也僅能在緩傾斜中厚以下煤層中獲得了較為成功的應(yīng)用，對(duì)于傾斜、急傾斜或厚煤層中的液壓支架尚處在研究和試驗(yàn)階段。即使對(duì)于緩傾斜中厚煤層的液壓支架，其結(jié)構(gòu)、性能與控制方式如何更適應(yīng)不同的生產(chǎn)條件，仍需不斷的改進(jìn)和研究。目前，液壓支架設(shè)計(jì)研究取得重要進(jìn)展，主要在以下方面： 1、 設(shè)計(jì)理論和方法有了突破。煤炭科學(xué)研究總院北京開(kāi)采研究所對(duì)支架力學(xué)持性進(jìn)行了深入的研究，提出了液壓支架三維力學(xué)模型的計(jì)算方法，克服了傳統(tǒng)平面力系計(jì)算方法的缺陷，提出了液壓支架總體結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，開(kāi)發(fā)出液壓支架設(shè)計(jì)計(jì)算通用軟件系統(tǒng)，并廣泛應(yīng)用，使我國(guó)液壓支架設(shè)計(jì)計(jì)算提高到一個(gè)新水平。 2、 完成液壓支架計(jì)算機(jī)模擬試驗(yàn)的研究。把有限元方法成功地用于液壓支架的研究，建立了液壓支架整體有限元模型，開(kāi)發(fā)出SSTS液壓支架模擬試驗(yàn)計(jì)算機(jī)仿真軟件系統(tǒng)，大大提高了液壓支架設(shè)計(jì)的可靠性，廣泛應(yīng)用于液壓支架設(shè)計(jì)研究，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平， 為我國(guó)液壓支架打入國(guó)際市場(chǎng)發(fā)揮了重要作用。 3、 技術(shù)規(guī)范和標(biāo)淮化建設(shè)取得重要進(jìn)展。我們已先后制定液壓支架系列技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)17項(xiàng)，成為國(guó)際上液壓支架標(biāo)準(zhǔn)較完善的國(guó)家之一，促進(jìn)了液壓支架技術(shù)的發(fā)展。 4、 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)有了較大發(fā)展。開(kāi)發(fā)了CAD工作站和微機(jī)CAD系統(tǒng)，建成了較完整的液壓支架數(shù)據(jù)庫(kù)和通用件國(guó)庫(kù)，并正在逐步實(shí)現(xiàn)支架設(shè)計(jì)CAD化。 5、液壓支架控制系統(tǒng)有了重大進(jìn)步。根據(jù)我國(guó)國(guó)情研制的全液壓手動(dòng)控制快速移架系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，使支架降、移、升速度大幅度提高，由過(guò)去的20～ 30，提高到9～12。 6、 新架型研制成績(jī)顯著，架型結(jié)構(gòu)進(jìn)一步完善。新型高可靠性支架，反向四連桿高產(chǎn)高效低位放頂煤支架，適應(yīng)中小煤礦的單一煤層開(kāi)采用輕型支架和輕型單擺桿放頂煤支架均取得成功。 基于以上進(jìn)展，液壓支架的研究與發(fā)展方向是： 1、 在己有支架設(shè)計(jì)與應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，研究支架的智能化設(shè)計(jì)方法和結(jié)構(gòu)與參數(shù)的優(yōu)化，進(jìn)一步提高支架設(shè)計(jì)的科學(xué)性、可靠性和結(jié)構(gòu)性能的優(yōu)化性。 2、 研究特殊煤層使用的液壓支架，以適應(yīng)不同的開(kāi)采條件。 3、 研究新型元件與材質(zhì)，以減輕支架重量，提高支架的性能和使用壽命。 4、 研究支架的遙控、程序控制和性能自動(dòng)監(jiān)測(cè)，為回采工作面的半自動(dòng)化與自動(dòng)化創(chuàng)造條件。 2 液壓支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.1 液壓支架基本尺寸的確定 2.1.1 支架高度和伸縮比 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(lái)確定，其最大和最小高度為： 　　 式中 —支架最大高度，　　； —支架最小高度　　； —煤層最大高度，?。? —煤層最小高度，　； —考慮偽頂，煤皮冒落后，仍有可靠初撐力所需要的支撐力高度，一般最200～300，取　； —頂板最大下沉量，一般100～200mm，取； a—移架時(shí)支架的最大可縮量，一般??； δ—浮矸石，浮煤厚度，一般?。? 　 　 　 支架伸縮比 一般范圍內(nèi)采用單伸縮立柱， 所以應(yīng)采用雙伸縮立柱。 2.1.2 支架中心距 考慮液壓支架配套使用SGB-764/264型刮板輸送機(jī)，該刮板運(yùn)輸機(jī)溜槽每節(jié)長(zhǎng)度為1.5，因此，取中心距為1.5。 2.1.3 支架的寬度 支架的寬度應(yīng)考慮支架的運(yùn)輸，安裝和調(diào)架要求，支架頂梁上裝有活動(dòng)側(cè)護(hù)板，側(cè)護(hù)板的行程一般為170～200，取200. 支架的最小寬度，一般為1400～1430，取1400； 支架的最大寬度，一般為1570～1600，取1600。 2.2 支架整體機(jī)構(gòu)尺寸確定 2.2.1底座長(zhǎng)度 底座是將頂板壓力傳遞到底板和穩(wěn)定支架的作用。在設(shè)計(jì)支架底座的長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)考慮如下方面：支架對(duì)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。 因此，取底座長(zhǎng)度為2900 。 2.2.2確定四連桿機(jī)構(gòu)和掩護(hù)梁長(zhǎng)度 2.2.2.1四連桿機(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)軌跡呈近似雙曲線，從而使支架頂梁前端的端頭離煤壁距離大大減小，提高了管理頂板的性能。 2、能承受較大的水平力。 2.2.2.2四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征 1、支架從最高高度降到最低高度時(shí)，如圖2－1所示，頂梁端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的最大寬度，最好為30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P和后連桿與底平面的夾角Q，如圖2－1所示，應(yīng)滿足以下要求： 支架在最高位置時(shí)，P≤ ～，Q≤ ～；支架在最低位置時(shí)，考慮矸石便于下滑，以防矸石停留在掩護(hù)梁上，根據(jù)物理學(xué)摩擦理論可知，,如果按鋼和矸石的摩擦系數(shù)為,即：,求得；為了安全可靠在最低工作位置時(shí)，應(yīng)使為宜，而Q角主要考慮掩護(hù)梁底部距底板要有一定的距離，防止支架后部冒落的巖石卡住后連桿，使支架不能降下來(lái)，一般取。 3、由圖2-1可知，掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn)E’和瞬時(shí)中心O之間的連線與水平線的夾角為Q，設(shè)計(jì)時(shí)，要使范圍內(nèi)，主要原因是Q角直接影響附加力Qy的數(shù)值大小。 4、支架工作段要求曲線向前凸的一段，如圖2－1所示的h段，其原因?yàn)楫?dāng)頂板來(lái)壓時(shí)，立柱讓壓而下縮，使頂梁有前移的趨勢(shì)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老塘，同時(shí)底板陰止底座向后移；使整個(gè)支架產(chǎn)生順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)，從而增加了前梁端部的支護(hù)力，防止頂梁前端頂板冒落又可以使底座前端比壓減小，可防止啃底，有利移架，再則減少了水平力的合力，由于支架所承受的水平力由掩護(hù)梁來(lái)地克服，所以減輕了掩護(hù)梁的受力。 從以上分析得知，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)的曲線運(yùn)動(dòng)軌跡時(shí)，應(yīng)盡量使支架的工作段要取曲線向前凸的一段，所以當(dāng)已知掩護(hù)和后連桿的長(zhǎng)度后，從這個(gè)觀點(diǎn)出發(fā)，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)，進(jìn)行作圖計(jì)算就可以了，其掩護(hù)梁和后連桿構(gòu)成的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)如圖2－2所示。 從圖2－2可以看出，當(dāng)掩護(hù)梁和后連桿已知，只要找到前連桿的長(zhǎng)度和位置就可以了，其具體作法是順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)后連桿，使支架最高位置時(shí)的E’點(diǎn)向下作近似直線運(yùn)動(dòng)，在掩護(hù)梁上定有一點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)中有一段近似圓弧軌跡。只要找到這個(gè)圓弧軌跡的曲率半徑和曲率中心，就可以找到前連桿的位置和長(zhǎng)度了。從這個(gè)觀點(diǎn)出發(fā)，只要按支架在工作段，支架由高到低，在掩護(hù)梁上前連桿上鉸點(diǎn)所作的運(yùn)動(dòng)軌跡上，任找?guī)c(diǎn)，把掩護(hù)梁上前連桿上鉸點(diǎn)連線的垂直平分線所交的點(diǎn)為前連桿的下鉸點(diǎn)，這樣四連桿機(jī)構(gòu)就可以確定了 2.2.2.3四連桿機(jī)構(gòu)的幾何作圖法 首先用解析法確定掩護(hù)梁和后連桿的長(zhǎng)度，如圖2－3所示。 L—掩護(hù)梁長(zhǎng)度； —后連桿長(zhǎng)度； —E’點(diǎn)垂直線到后連桿下鉸點(diǎn)之距； —支架最高位置時(shí)的計(jì)算高度； 　 —支架最低位置時(shí)的計(jì)算高度； 　 從幾何關(guān)系可以列出: 將以上兩式聯(lián)立解得： 按四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征所要求的角度， 選定：； ； ； 。 支架在最高位置時(shí)的值為： 因此掩護(hù)梁的長(zhǎng)度為： 　　 取：　　 后連桿長(zhǎng)度為： 　　 ?。骸　? 前后連桿上鉸點(diǎn)之間的距離L’為： 一般， 　　 具體作圖步驟如下： 1、確定后連桿下鉸點(diǎn)O點(diǎn)的位置，使它大體比底座略高，一般為200～250，考慮太低國(guó)安裝銷子困難，太高底座又笨重。 2、過(guò)O點(diǎn)作水平線H－H線與底座相平行。 3、過(guò)O點(diǎn)作一條直線與水平線H－H線相交其交角為。 4、以O(shè)點(diǎn)為圓心，以為半徑作圓，與該直線相交于A點(diǎn)，即為后連桿與掩護(hù)梁的上鉸點(diǎn)。 5、過(guò)A點(diǎn)作一條直線與水平線H－H線相交其交角為。 6、以A點(diǎn)為圓心，以L為半徑作圓，與該直線相交于E’點(diǎn)，即為掩護(hù)梁、與頂梁的鉸點(diǎn)。 7、過(guò)E’點(diǎn)作一條直線與水平線H－H平行的F－F直線，則H－H線與F－F線的距離為h，即為液壓支架最高位置的計(jì)算高度。 8、以A點(diǎn)為圓心，以0.25倍的L為半徑作圓，，即為前連桿的上鉸點(diǎn)。 9、過(guò)E’點(diǎn)作F－F線的垂線。假設(shè)在液壓支架升降過(guò)程中，E’點(diǎn)近似在此直線上滑動(dòng)。 10、在垂線上作液壓支架在最低位置時(shí)，頂梁與掩護(hù)梁的鉸點(diǎn)為E’’’。 11、取E’E’’’中點(diǎn)為E’’點(diǎn)，為液壓支架在降到中間位置時(shí)，掩護(hù)梁與頂梁的鉸點(diǎn)。 12、以O(shè)點(diǎn)為圓心，以為半徑作圓弧。 13、以E’’點(diǎn)為圓心，以掩護(hù)梁長(zhǎng)L為半徑作圓，與圓弧相交于A’點(diǎn)，此點(diǎn)為液壓支架在降到中間位置時(shí)，掩護(hù)梁與后連桿的鉸點(diǎn)。 14、以E’’’點(diǎn)為圓心，以掩護(hù)梁長(zhǎng)L為半徑作圓，與圓弧相交于A’’點(diǎn)，此點(diǎn)為液壓支架在最高位置時(shí)，掩護(hù)梁與后連桿的鉸點(diǎn)。 15、。并以A’點(diǎn)為圓心，以0.25倍的L為半徑作圓，與E’’A’相交于B’點(diǎn)。以A’’點(diǎn)為圓心，以0.25倍的L為半徑作圓，與E’’’A’’相交于B’’點(diǎn)。即B、B’、 B’’三個(gè)點(diǎn)為液壓支架在三個(gè)位置時(shí)的前連桿的上鉸點(diǎn)。 16、連接A’O、A’’O，為液壓支架降到中間位置和最低位置時(shí)，后連桿的位置。 17、分別作BB’和B’B’’的垂直平分線交于C點(diǎn)，即為前連桿的下鉸點(diǎn)，BC為前連桿的長(zhǎng)度。 16、過(guò)點(diǎn)C向H－H線作垂線，交于D點(diǎn)。則AO、AB、BC、CD為液壓支架的四連桿機(jī)構(gòu)。 按以上步驟作圖，結(jié)果如圖2-5所示。 2.2.2.4四連桿機(jī)構(gòu)的VB程序優(yōu)化 使用VB程序模擬頂梁的雙紐線運(yùn)動(dòng)軌跡。使用不同的參數(shù)，得到相應(yīng)的e，取最優(yōu)的解。 模擬程序見(jiàn)附錄。 2.2.3確定頂梁的長(zhǎng)度 頂梁長(zhǎng)度： 式中： B—液壓支架的配套尺寸； 液壓支架的配套設(shè)備有：MG－300型采煤機(jī)，SGB764/264型刮板輸送機(jī)。其配套尺寸如圖2－6所示。 A—后連桿長(zhǎng)度，　； G—掩護(hù)梁長(zhǎng)度，?。? e—支架由高到低頂梁前端最大位移量，　； C—梁端距， 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。中厚煤層液壓支架梁端距在280～340，取??； —液壓支架在最高位置時(shí)，后連桿與水平面的夾角。 由前面知， —液壓支架在最高位置時(shí)，掩護(hù)梁與水平面的夾角。 由前面知， 　 　　 取　　 2.2.4 液壓支架的性能參數(shù) 2.2.4.1液壓支架的支護(hù)強(qiáng)度 支護(hù)強(qiáng)度： 式中： K—作用于支架上的頂板巖石厚度系數(shù)，一般為5～8。 取　 M—截割高度，m。取最大截割高度，　 ρ—巖石密度，一般取　 　 2.2.4.2液壓支架的工作阻力 支架支撐頂板的有效工作阻力為： 　 式中： Fc—支架的支護(hù)面積， 　 式中： L—支架頂梁長(zhǎng)度，　　； C—梁端距，　?。? B—支架頂梁寬度，　??； K—架間距，　　。 　 　 　　 2.2.4.3液壓支架的初撐力 初撐力的大小對(duì)支架的支護(hù)性能和成本都有很大影響。較大的初撐力能使支架較快達(dá)到工作阻力，減慢頂板的早期下沉速度，增加頂板的穩(wěn)定性。但對(duì)乳化液泵站和液壓元件的耐壓要求提高。一般取初撐力為（0.6～0.8）倍的工作阻力。 取　初撐力為 ： 　 2.2.4.4液壓支架的移架力和推溜力 移架力與支架結(jié)構(gòu)、質(zhì)量、煤層厚度、頂板性質(zhì)等有關(guān)。一般中厚煤層支架的為移架力150～300 ，取移架力為 250 ； 推溜力一般為100～150 ，取推溜力為150 。 2.2.5 立柱布置 該液壓支架采用雙伸縮立柱，立柱數(shù)目為4。 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。支撐式支架和支撐掩護(hù)式支架的立柱間距為1～1.5。本支架立柱間距選1。 對(duì)于支撐掩護(hù)式支架，前柱窩一般近似在頂梁后部三分之二處，而下柱窩的位置根據(jù)立柱的角度來(lái)確定，一般立柱與底座垂線的夾角а角要小于，其具體位置如圖2-7所示。 2.2.6 支架在工作面的通風(fēng)斷面積驗(yàn)算 采煤工作面的過(guò)風(fēng)量與采煤工作面的通風(fēng)斷面積相關(guān)，采煤工作面的通風(fēng)斷面積不應(yīng)過(guò)小。但在工作面中安裝液壓支架后，通風(fēng)斷面積明顯減小。因此必須驗(yàn)算通風(fēng)斷面積。一般按工作面允許風(fēng)速進(jìn)行驗(yàn)算。根據(jù)保安規(guī)程規(guī)定，工作面風(fēng)速應(yīng)小于5。 采煤工作面風(fēng)速： 　　　 式中： 　V—工作面風(fēng)速，； —支架在采煤工作面的通風(fēng)斷面積，； Q—采煤工作面所需風(fēng)量，。 　 式中： —通風(fēng)不均系數(shù)，一般取=1.5； —保安規(guī)程允許的朝氣含量，一般?。? —沼氣涌出量所需要的風(fēng)量，； 式中： 　 —日產(chǎn)量，=3000 T； q—每分鐘產(chǎn)生一噸煤沼氣涌出量，一般取=10， 。 則有: ＜5，這樣支架在工作面的通風(fēng)斷面積滿足要求。 2.2.7 確定立柱和千斤頂 2.2.7.1立柱的尺寸 立柱采用雙伸縮液壓缸 立柱的缸體內(nèi)徑： 　 式中： F—支架承受的理論總載荷力，F(xiàn)＝5611.5?。? n—每架支架立柱數(shù)，n=4； Pa—安全閥調(diào)整壓力，Pa=40 ； α—立柱最大傾角，（支架降到最低位置時(shí)α角最大），α=。 參考表2－1 取　一級(jí)　缸/柱徑：230/220　； 二級(jí)　缸/柱徑：180/160 ； 公稱承載力：1800 表2-1　雙伸縮立柱缸、柱徑匹配關(guān)系 序號(hào) 一級(jí)　缸/柱徑 () 二級(jí)　缸/柱徑 () 公稱承載力 　（） 1　 250/240 200/185 2200 2 230/220 180/160 1800 3 200/190 160/130 1400 4 180/170 140/120 1100 5 160/150 120/105 800 6 140/130 105/85 500 缸筒內(nèi)壓力為： 式中： F—支架承受的理論總載荷力，F(xiàn)＝5611.5　； n—每架支架立柱數(shù)，n=4； D—一級(jí)缸內(nèi)徑，D＝230　。 　 　　　 　 缸筒材料采用27SiMn無(wú)縫鋼管 屈服極限：?。? 安全系數(shù)：取?。? 允用應(yīng)力： 　 缸筒內(nèi)壁厚度： 考慮到在液壓缸中處需要安裝導(dǎo)向套，選取缸筒內(nèi)壁厚度為 　 2.2.7.2立柱的初撐力 立柱的初撐力： 　 式中： —一級(jí)缸內(nèi)徑，?。? —泵站壓力，。　　 　 　　 2.2.7.3立柱的工作阻力 立柱的工作阻力： 　 式中： —一級(jí)缸內(nèi)徑，　； —安全閥額定工作壓力， 。　　 　 　　 在0.35～0.7之間滿足要求。 2.2.7.4移架千斤頂?shù)某叽? 移架千斤頂采用單伸縮液壓缸 移架千斤頂?shù)母左w內(nèi)徑： 　 式中： F—移架力，F(xiàn)＝250?。? —泵站壓力，； 參考表2－2 表2-2　千斤頂缸、桿徑匹配關(guān)系 序號(hào) 缸　徑 () 柱　徑 () 推　力 （） 拉　力 （） 1　 140 85 485 306 2 125 75 386 265 3 100 60 247 158 4 80 45 158 108 5 63 45 98 48 取　缸徑：125　； 柱徑：75 ； 推力：386?。? 　 拉力：265　。 缸筒內(nèi)壓力為： 式中： F—移架力，F(xiàn)＝250?。? D—缸筒內(nèi)徑，D＝125　。 　 　　　 　 缸筒材料采用27SiMn無(wú)縫鋼管 屈服極限：?。? 安全系數(shù)：取?。? 允用應(yīng)力： 　 缸筒內(nèi)壁厚度： 　 　 考慮到在液壓缸中處需要安裝導(dǎo)向套，選取缸筒內(nèi)壁厚度為 2.2.7.5移架千斤頂?shù)男谐? 移架千斤頂?shù)男谐膛c推移步距的關(guān)，推移步距為600，所以移架千斤頂?shù)男谐桃话銥?00～750。 取　行程為750。 3液壓支架的受力分析及校核 3.1液壓支架的工作阻力 假設(shè)掩護(hù)梁上沒(méi)有負(fù)載，其摩擦系數(shù)為。 液壓支架在最高位置時(shí)，每根立柱的工作阻力為： 取頂梁和掩護(hù)梁為隔離體，忽略頂梁與掩護(hù)梁的鉸點(diǎn)到頂梁之間的距離，并作出瞬時(shí)中心O，求得在第四象限中，如圖3-1所示。 液壓支架的工作阻力為： 式中： —摩擦系數(shù)，； 、—兩根立柱的工用阻力，； 　 θ—直線OE與不平線的交角，； —前立柱與豎直線的交角，； —后立柱與豎直線的交角，。 　　 　 的作用位置為： 　 式中： —前立柱上柱窩到頂梁與掩護(hù)梁的鉸點(diǎn)的距離，??； —后立柱上柱窩到頂梁與掩護(hù)梁的鉸點(diǎn)的距離，?。? 3.2壓支架前連桿的受力 前連桿的受力為： 　　 式中： —前連桿與水平線的交角，； —后連桿與水平線的交角，。 　 　 結(jié)果中的“－”號(hào)，表示前連桿的受力方向與圖中的方向相反，即前連桿受拉力作用。 3.3支架后連桿的受力 后連桿的受力為： 　　 式中： —前連桿與水平線的交角，； —后連桿與水平線的交角，。 　 　 結(jié)果中的“－”號(hào)，表示前連桿的受力方向與圖中的方向相反，即前連桿受壓力作用。 3.4頂梁強(qiáng)度計(jì)算 3.4.1頂梁受力情況 頂梁承受一集中載荷，其受力圖如圖3－2所示。因上面已求出為6400，距離鉸結(jié)點(diǎn)832.6。最大彎矩為： 圖3－2 頂梁受力圖 頂梁做成等斷面箱式機(jī)構(gòu)，再最大彎矩處的斷面如圖3－3所示。 圖3－3 最大彎矩處的斷面圖 3.4.2 頂梁強(qiáng)度計(jì)算 a．形心位置 各板件的計(jì)算數(shù)據(jù)列于表3－1中。 表3－1 件 號(hào) 1 2 3 4 5 數(shù) 量 1 1 4 2 1 31200 25200 12500 11500 6600 510 535 250 28.5 8.5 機(jī)構(gòu)件的形心位置為： b．慣性矩 c．彎曲應(yīng)力 d. 安全系數(shù) 3.5掩護(hù)梁強(qiáng)度計(jì)算 3.5.1 掩護(hù)梁受力情況 由前面已經(jīng)求出掩護(hù)梁上前后連桿的銷軸處受力為-5731和-5954，其受力圖表示于圖3－4。最大彎矩處發(fā)生在前連桿處，其值為： 圖3－4 頂梁受力圖 最大彎矩處的斷面表示于圖3－5中 圖3－5 前連桿處斷面 3.5.2掩護(hù)梁強(qiáng)度計(jì)算 a．形心位置 各板件的計(jì)算數(shù)據(jù)列于表3－2中。 機(jī)構(gòu)件的形心位置為： 表3－2 件 號(hào) 1 2 3 4 數(shù) 量 4 4 1 1 7900 3950 10500 47100 207.5 207.5 373 15 b．慣性矩 c．彎曲應(yīng)力 d．安全系數(shù) 3.6底座強(qiáng)度計(jì)算 頂板對(duì)支架的巨大載荷經(jīng)由整臺(tái)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(qiáng)度。則在設(shè)計(jì)支架時(shí)，應(yīng)驗(yàn)算底板的比壓。 底板與底座的接觸面積： 式中 —底座的長(zhǎng)度； —底座的寬度 底座對(duì)底板的平均比壓： 代入數(shù)據(jù)求得平均比壓： 3.6.1 底座受力情況 假設(shè)底座兩端支撐，各點(diǎn)的力都已經(jīng)求出，其受力圖表示于圖4－6?，F(xiàn)在求支點(diǎn)A的反力。 ，即： 圖3－6　底座受力圖 式中 由式可以求出支反力 圖3－7 后柱窩處斷面 各點(diǎn)的彎矩： 　 在C處彎矩雖然大，但是側(cè)板較高。所以校核后柱窩處的斷面強(qiáng)度，其斷面（柱窩簡(jiǎn)化）表示于圖3－7。 3.6.2 強(qiáng)度計(jì)算 a．形心位置 各板件的計(jì)算數(shù)據(jù)列于表3－3中。 表3－3 件 號(hào) 1 2 3 4 5 數(shù) 量 4 2 4 1 2 37200 9400 16000 9250 12000 710 850 1130 567.5 10 機(jī)構(gòu)件的形心位置為： b．慣性矩 c．彎曲應(yīng)力 d．安全系數(shù) 3.6.3 底座接觸比壓計(jì)算 頂板對(duì)支架的巨大載荷經(jīng)由整臺(tái)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(qiáng)度，則在設(shè)計(jì)支架時(shí)，應(yīng)驗(yàn)算底板的比壓。 驗(yàn)算底板比壓時(shí)，首先計(jì)算底板與底座的接觸面積。本支架使用帶有過(guò)橋的整體剛性底座。該底座的特點(diǎn)有：底座分左右對(duì)稱的兩部分，上部用過(guò)橋或箱形結(jié)構(gòu)固定連接，以提高整體剛性和抗扭能力。整體剛性底座的整體剛度和強(qiáng)度好，底座接底面積大，有利于減小對(duì)底版的比壓，但推移機(jī)構(gòu)處易積存浮煤碎矸，清理較困難，用于軟底板條件下工作面支架。 表3-1 幾種較軟巖石底板允許比壓 底板巖性 Rc() [P] () V<2 V=2.5 V>5 粘質(zhì)可塑頁(yè)巖 1 0.5 0.5～0.3 0.3～0.15 可塑頁(yè)巖 灰質(zhì)頁(yè)巖 2 1.5～2.0 1.0～0.5 0.5～0.3 沙質(zhì) 灰質(zhì) 泥漿頁(yè)巖 4 3.0～2.0 2.0～1.0 1.0～0.3 注：Rc—底板抗壓入強(qiáng)度 () V—礦井小時(shí)涌水量，()。涌水量大，巖石變軟，降低了允許比壓 [P]—允許比壓 () 幾種軟巖底板的允許比壓如表3-1所示，使用該液壓支架的底板為3.7的砂質(zhì)頁(yè)巖，涌水量V<2.5。 因此： 取： 計(jì)算底板比壓時(shí)，首先計(jì)算底板與底座的接觸面積。底板與支架底座的接觸面結(jié)構(gòu)如圖3-8所示。 則其與底板的接觸面積為： 然后計(jì)算底座對(duì)底板的平均比壓如下： 安全系數(shù)： 圖3—8 底座面積 3.7立柱強(qiáng)度計(jì)算 3.7.1 立柱參數(shù) 采用乳化液泵的壓力為33.8。選取初撐力與阻力比值＝0.69。已知立柱內(nèi)徑為＝211.8，材料為2SiMn無(wú)縫鋼管，。阻力為1287.3，初撐力為1868.7。安全系數(shù)選取1.5，許用應(yīng)力為。缸壁厚度 　。 3.7.2 計(jì)算重疊長(zhǎng)度 最小導(dǎo)向長(zhǎng)度用式4－35來(lái)計(jì)算，即： 式中 ——液壓行程，根據(jù)立柱實(shí)際長(zhǎng)度的需求，液壓行程定為2500。 考慮了活塞厚度和導(dǎo)向套厚度，取重疊長(zhǎng)度為365。 圖3－8 立柱計(jì)算尺寸圖 表3-4 為了使立柱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單一些，立柱采用雙伸縮的結(jié)構(gòu)。立柱結(jié)構(gòu)尺寸表示于圖3－8。計(jì)算數(shù)據(jù)列于表3－4。 3.7.3各種系數(shù)的計(jì)算 假設(shè)立柱受一軸向力P,沒(méi)有橫向力，不偏載，既。為了清晰明了，先計(jì)算各有關(guān)數(shù)值。 3.7.4上活柱的強(qiáng)度核算 最大彎矩所在位置為： 由上式可知，最大彎矩發(fā)生在處。最大彎矩為： 上活柱內(nèi)的應(yīng)力為由于軸向力形成的壓應(yīng)力和彎曲形成的彎曲應(yīng)力，即： 　 　上活柱材料選用27SiMn無(wú)縫鋼管，。 　安全系數(shù) 　 3.7.5下活柱的強(qiáng)度核算 　最大彎矩所在位置為： 　由上式可知，下活柱的最大彎矩發(fā)生在處，即上活柱于下活柱發(fā)生初折曲的地方?；钪淖畲髲澗貫椋? 　　 活柱內(nèi)的應(yīng)力為由于軸向力形成的壓應(yīng)力和彎曲形成的彎曲應(yīng)力， 即： 　　　 　　 　　下活柱材料選用27SiMn無(wú)縫鋼管，。 　　安全系數(shù) 3.7.6缸體強(qiáng)度核算 　　最大彎矩所在位置為： 　 　　由上式可知，缸體的最大彎矩發(fā)生在處，即缸體與活柱發(fā)生初折曲的地方。缸體的最大彎矩為： 　　 　　缸體內(nèi)壁有三個(gè)應(yīng)力，即： 　　 　　 　　 　　按第四強(qiáng)度理論進(jìn)行驗(yàn)算 　　 　　缸體材料選用27SiMn無(wú)縫鋼管，。 　　安全系數(shù) 　 3.7.7立柱的穩(wěn)定裕量驗(yàn)算 為了簡(jiǎn)化計(jì)算，把上下活柱作為一部分，這樣就相當(dāng)于單伸縮立柱，因此。 又。臨界載荷為 穩(wěn)定裕量為 3.8銷軸的設(shè)計(jì) 為了滿足通用性要求，頂梁與掩護(hù)梁、掩護(hù)梁與前后連桿和前后連桿與底座的連接銷軸，都采用相同的軸徑。后連桿的受力最大，因而用該力來(lái)計(jì)算銷軸的最小軸徑。　， 后連桿銷軸每個(gè)橫截面上的受力為Q＝p/4=1488.5 ，材料為40Cr。 屈服極限： 安全系數(shù)： 許用應(yīng)力： 許用剪應(yīng)力： 取： 銷軸的校核，其受力情況如圖3－9所示。 慣性矩： 彎曲應(yīng)力： 安全系數(shù)： 擠壓許用應(yīng)力： 圖3－9　銷軸受力情況 擠壓應(yīng)力： 該銷軸通過(guò)安全校核。 4 液壓支架的液壓系統(tǒng) 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。 液壓支架的液壓系統(tǒng)具有下列特點(diǎn)： 1．工作壓力高，泵站工作壓強(qiáng)一般為19.6 ~ 34.3。立柱承載時(shí)，被封閉的下腔液壓更高，一般為39.2 ~ 58.9。因此要求液壓元件包括有足夠的耐高壓強(qiáng)度。 2．工作介質(zhì)是水包油乳化液，水占95%左右。這種乳化液粘度低，潤(rùn)滑性能和防銹性能都不如礦物液壓油。因而支架液壓元件一般不采用間隙密封方式，對(duì)液壓元件的材料、加工精度和防銹處理也有較高的要求。 3．泵站集中供液，工作介質(zhì)輸送路程長(zhǎng)，損失較大，要求主管路由足夠的過(guò)流斷面。 4．工作環(huán)境惡劣：潮濕，粉塵多，空間有限，采場(chǎng)條件經(jīng)常變化。檢修不方便，要求液壓元件可靠工作時(shí)間長(zhǎng)。 4.1 立柱和千斤頂 在液壓支架中，用于承受頂板載荷，調(diào)節(jié)支護(hù)高度的液壓缸稱為立柱。液壓支架的立柱是雙伸縮作用式液壓缸。除立柱外，支架中其余的液壓缸稱為千斤頂，依其功能分別叫做推移千斤頂、側(cè)推千斤頂、護(hù)幫千斤頂和抬底千斤頂?shù)鹊取ＭǔＶЪ苤懈黝惽Ы镯斒菃紊炜s雙作用作用液壓缸。 立柱控制回路如圖4-1： 圖4-1立柱控制回路 護(hù)幫千斤頂控制回路如圖4-2： 圖4-2護(hù)幫千斤頂控制回路 推移千斤頂控制回路如圖4-3： 圖4-3推移千斤頂控制回路 4.2 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：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。 4.2.1 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，需長(zhǎng)時(shí)間保持絕對(duì)密封； 動(dòng)作靈敏，尤其要求關(guān)閉及時(shí)，保證剛剛鎖緊的液壓缸中的壓強(qiáng)等于泵站供液壓強(qiáng)； 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。 4.2.2 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%。 4.2.3 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。 支架液壓原理圖如圖4-4所示： 1.前排立柱 2.后排立柱 3.頂梁側(cè)推千斤頂4.掩護(hù)梁側(cè)推千斤頂5.推移千斤頂6.護(hù)幫千斤頂7.抬底千斤頂8.操縱閥9.液控單向閥與安全閥 圖4-4液壓支架液壓原理圖 4.3 液壓支架的控制方式 采用自動(dòng)控制的控制方式，由于手動(dòng)控制的操作速度受到人員在工作面行走速度限制。特別是在薄煤層工作中，操作人員花費(fèi)在從一個(gè)支架行走到另一個(gè)支架的時(shí)間較長(zhǎng)，體力消耗也很大。因此，手動(dòng)控制液壓支架使高效采煤機(jī)械的工作能力不能充分發(fā)揮出來(lái)。所以，研制和開(kāi)發(fā)自動(dòng)控制系統(tǒng)是液壓支架進(jìn)一步發(fā)展的方向之一。 因?yàn)榈叵鹿ぷ鳁l件復(fù)雜多變，在工作條件的監(jiān)控方面，在人機(jī)之間和采煤機(jī)與支架之間的完善聯(lián)系還有大量工作要做?？偟内厔?shì)是采用帶有電腦控制的電液先導(dǎo)液壓控制系統(tǒng)。分配閥多采用安全火花型電液控制分配閥，監(jiān)控裝置多轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸入電腦指令系統(tǒng)。 4.4 液壓系統(tǒng)安裝、調(diào)試 4.4.1 安裝 液壓系統(tǒng)的安裝是液壓系統(tǒng)能否正?？梢赃\(yùn)行的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。 4.4.1.1液壓管道的安裝要求 液壓管道安裝是液壓設(shè)備安裝的一項(xiàng)主要工程。管道安裝質(zhì)量的好壞是關(guān)系到液壓系統(tǒng)工作性能是否正常的關(guān)鍵之一。 1、布管設(shè)計(jì)和配管時(shí)都應(yīng)先根據(jù)液壓原理圖，對(duì)所需連接的組件、液壓元件、管接頭、法蘭作一個(gè)通盤(pán)的考慮。 2、管道的敷設(shè)排列和走向應(yīng)整齊一致，層次分明。盡量采用水平或垂直布管，水平管道的不平行度應(yīng)≤2/1000；垂直管道的不垂直度應(yīng)≤2/400。用水平儀檢測(cè)。 3、平行或交叉的管系之間，應(yīng)有10以上的空隙。 4、管道的配置必須使管道、液壓閥和其它元件裝卸、維修方便。系統(tǒng)中任何一段管道或元件應(yīng)盡量能自由拆裝而不影響其它元件。 5、配管時(shí)必須使管道有一定的剛性和抗振動(dòng)能力。應(yīng)適當(dāng)配置管道支架和管夾。彎曲的管子應(yīng)在起彎點(diǎn)附近設(shè)支架或管夾。管道不得與支架或管夾直接焊接。 6、管道的重量不應(yīng)由閥、泵及其它液壓元件和輔件承受；也不應(yīng)由管道支承較重的元件重量。 7、較長(zhǎng)的管道必須考慮有效措施以防止溫度變化使管子伸縮而引起的應(yīng)力。 8、使用的管道材質(zhì)必須有明確的原始依據(jù)材料，對(duì)于材質(zhì)不明的管子不允許使用。 9、液壓系統(tǒng)管子直徑在50以下的可用砂輪切割機(jī)切割。直徑50以上的管子一般應(yīng)采用機(jī)械加工方法切割。如用氣割，則必須用機(jī)械加工方法車去因氣割形成的組織變化部分，同時(shí)可車出焊接坡口。除回油管外，壓力由管道不允許用滾輪式擠壓切割器切割。管子切割表面必須平整，去除毛刺、氧化皮、熔渣等。切口表面與管子軸線應(yīng)垂直。 10、一條管路由多段管段與配套件組成時(shí)應(yīng)依次逐段接管，完成一段，組裝后，再配置其后一段，以避免一次焊完產(chǎn)生累積誤差。 11、為了減少局部壓力損失，管道各段應(yīng)避免斷面的局部急劇擴(kuò)大或縮小以及急劇彎曲。 12、與管接頭或法蘭連接的管子必須是一段直管，即這段管子的軸心線應(yīng)與管接頭、法蘭的軸心是平行、重合。此直線段長(zhǎng)度要大于或等于2倍管徑。 13、外徑小于30的管子可采用冷彎法。管子外徑在30～50時(shí)可采用冷彎或熱彎法。管子外徑大于50時(shí)，一般采用熱彎法。 14、焊接液壓管道的焊工應(yīng)持有有效的高壓管道焊接合格證。 15、焊接工藝的選擇：乙炔氣焊主要用于一般碳鋼管壁厚度小于等于2的管子。電弧焊主要用于碳鋼管壁厚大于2的管子。管子的焊接最好用氬弧焊。對(duì)壁厚大于5的管子應(yīng)采用氬弧焊打底，電弧焊填充。必要的場(chǎng)合應(yīng)采用管孔內(nèi)充保護(hù)氣體方法焊接。 16、焊條、焊劑應(yīng)與所焊管材相匹配，其牌號(hào)必須有明確的依據(jù)資料，有產(chǎn)品合格證，且在有效使用期內(nèi)。焊條、焊劑在使用前應(yīng)按其產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)規(guī)定烘干，并在使用過(guò)程中保持干燥，在當(dāng)天使用。焊條藥皮應(yīng)無(wú)脫落和顯著裂紋。 17、液壓管道焊接都應(yīng)采用對(duì)接焊。焊接前應(yīng)將坡口及其附近寬10～20處表面臟物、油跡、水份和銹斑等清