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1、 太原理工大學(xué)陽泉學(xué)院 設(shè) 計 題 目 液壓支架設(shè)計 專業(yè)班級 12級采礦工程三班 學(xué) 號 120411061 學(xué)生姓名 韓路明 指 導(dǎo) 教 師 王凱 摘要 本論文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、校核及液壓系統(tǒng)的設(shè)計。 由于煤層較厚，所以采用放頂煤開采。支架形式為支撐掩護(hù)式低位放頂煤

2、支架。支架除要實(shí)現(xiàn)有效地對頂板進(jìn)行支撐，還要實(shí)現(xiàn)升、降、推、移四個步驟。支架采用四連桿機(jī)構(gòu)，改善支架的受力狀況，縮小支架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。支架后部要另設(shè)置運(yùn)輸機(jī)，以運(yùn)輸放頂煤，提高了產(chǎn)煤量。頂梁、掩護(hù)梁、底座都做成箱體結(jié)構(gòu)，用鋼板焊接而成。 液壓系統(tǒng)采用三位四通閥進(jìn)行控制，提高了移架速度，確保對頂板的及時支護(hù)。 關(guān)鍵詞：放頂煤；液壓支架；四連桿；底座 目錄 1.緒論…………………………………………………………3 2.總體設(shè)計………………………………………………………5

3、 2.1 架型的選擇……………………………………………………………5 2.2液壓支架的支護(hù)性能與外載荷………………………………………5 2.3液壓支架基本參數(shù)的確定……………………………………………6 2.4四連桿結(jié)構(gòu)的設(shè)計……………………………………………………8 2.5支架的整體受力分析…………………………………………………10 2.6 頂梁尺寸和覆蓋率…………………………………………………12 2.7 立柱及柱窩的確定位置……………………………………………15 3．支架主要部件的設(shè)計…………………………………………18 3.1低位放項(xiàng)煤支架主要部件的設(shè)計要求……………

4、…………………18 3.2底座…………………………………………………………………20 3.3連桿…………………………………………………………………21 4．主要零部件的強(qiáng)度校核………………………………………21 4.1底座強(qiáng)度校核 …………………………………………………………21 4.2軸銷的強(qiáng)度校核 ………………………………………………………22 4.3 耳板的強(qiáng)度校核………………………………………………………22 5．底座的設(shè)計分析 ………………………………………24 5.1底板接觸比壓計算 ……………………………………………………24 5.2底座受力計算 ………

5、…………………………………………………26 參考文獻(xiàn) …………………………………………………………28 后記 …………………………………………………29 1 緒論 液壓支架是綜采工作面主要設(shè)備之一，近10年來主要的發(fā)展趨勢是兩柱掩護(hù)式和四柱支撐掩護(hù)式架型的發(fā)展，回采面中，為了保護(hù)工作面內(nèi)機(jī)器人和人員的安全生產(chǎn)，要對頂板進(jìn)行支撐和管理，以防止工作面空間的頂板冒落。液壓支架是以高壓液體為動力，由金屬構(gòu)件和若干液壓元件組成。它使頂板的支撐、切頂、移架和輸送機(jī)等工序全部實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化。因而大大地改善了回采工作面的工作條件、降低了人們的勞動強(qiáng)度，有效地增加了勞動安

6、全性，使工作面的產(chǎn)量和效率得到了很大的提高，并為工作面的自動化創(chuàng)造了條件，但液壓支架對煤層的地質(zhì)條件要求較高。該支架為四柱四連桿支撐掩護(hù)式型式。四根立柱支撐頂梁，主要承受頂板的垂直壓力；同時通過掩護(hù)梁及前、后連桿與底座各自鉸接構(gòu)成四連桿機(jī)構(gòu)，來承受支架所受的水平力和側(cè)向力；頂梁帶有護(hù)幫板，使得該支架支撐能力大，切頂與防護(hù)性能好，支架縱橫向穩(wěn)定性強(qiáng)。液壓支架動作原理可概括如下： 液壓支架在工作過程中，必須具備升、降、推、移四個基本功作，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完成的。 (1) 升柱：當(dāng)需要支架上升支護(hù)頂板時，高乳化液進(jìn)入立柱的活塞腔，另一回腔液，推動活

7、塞上升，使與活塞桿相連接的頂梁緊緊接觸到頂板。 (2) 降柱：當(dāng)需要降柱時，高壓液進(jìn)入立柱的活塞桿腔，另一回腔液迫使活塞桿下降，于是頂梁脫離頂板。 (3) 支架和輸送機(jī)前移：支架和輸送機(jī)的前移，都是由底座上的推移千斤頂來完成的。當(dāng)需要支架前移時，先降柱卸載，然后高壓液進(jìn)入推移千斤頂?shù)幕钊麠U腔，另一腔回液，以輸送機(jī)為支點(diǎn)，缸體前移，把整個支架拉向煤壁；當(dāng)需要推輸送機(jī)時，支架支撐頂板后，高壓液進(jìn)入推移千斤頂?shù)幕钊?，另一腔回液，以支架為支點(diǎn)，使活塞桿伸出，把輸送機(jī)推向煤壁。支架的支撐力與時間曲線，稱為支架的工作將特性曲線，如下圖所示： 圖1.1 支架工作特性曲線 支架立柱工作時，其支

8、撐力隨時間的變化過程可分為三個階段。支架在升柱時，高壓液進(jìn)入立柱下腔，立柱升起使頂梁接觸頂板，立柱下腔壓力增加，當(dāng)增加到泵站工作壓力時，泵站自動卸載，支架的液控單向閥關(guān)閉，立柱下腔壓力達(dá)到初撐力，此階段為初撐階段；支架初撐后，隨頂板下沉，立柱下腔壓力增加，直至增加到支架的安全閥調(diào)定壓力，立柱下腔壓力達(dá)到工作阻力。此階段為增阻階段，隨著頂板壓力繼續(xù)增加，使立柱下腔壓力超過支架的安全閥壓力調(diào)定值時，安全閥打開而溢流，立柱下縮，使頂梁壓力減小，立柱下腔壓力降低，當(dāng)?shù)陀诎踩y壓力調(diào)整值后，安全閥停止溢流，這樣在安全閥調(diào)整壓力的限止下，壓力曲線隨時間呈波浪形變化，此階段為恒阻階段。

9、 2 總體設(shè)計 2.1 架型的選擇 液壓支架架型的選擇，主要取決于液壓支架的力學(xué)特性能否適應(yīng)礦井的頂?shù)装鍡l件和地質(zhì)條件。從架型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來看，由于架型的不同，它的支承力分布和作用也不同；從頂板條件來看，由于直接頂和老頂級別的不同，頂梁所承受的載荷也不同，所以，為了在使用中合理的選擇架型，要對架的支撐力，采煤高度與承載的關(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。 根據(jù)煤層厚度： ，屬于中厚煤層，煤層傾角：，不用防滑裝置。 為提高開采效率、降低成本，初步選定放頂煤開采。架型選用支撐掩護(hù)式低位放頂煤支架。 2.2液壓支架的支護(hù)性和外載荷 在采煤工作面液壓支架支護(hù)頂板，當(dāng)煤

10、層被采動后，頂板有壓力顯現(xiàn)。作用在支架上的載荷大體上可以分為兩個部分，其一是直接頂形成的壓力，其二是老頂形成的壓力。如果直接頂比較完整，在工作面煤壁上方的直接頂呈懸臂狀態(tài)，則由工作面煤壁和支架共同承受。若直接頂很破碎，在工作面煤壁上方的直接頂已經(jīng)斷裂，則由支架單獨(dú)承受。位于直接頂上方的老頂通常不與直接頂一起冒落。當(dāng)直接頂在支架頂梁之后冒落時，老頂呈懸臂梁狀態(tài)。老頂形成的懸壁梁一端支承在直接頂跨落后的碎矸上，另一端則支承在支架和煤壁上方的直接頂上，并形成載荷。隨著煤壁的推進(jìn)，老頂顯露部分加長，在增加。當(dāng)老頂懸露達(dá)到一定長度，其自重使其斷裂，于是老頂懸露長度變短，立刻降到最小值，在采煤工作面連續(xù)開

11、采過程中，工作面不斷前移，由小到大，再由大到小，這樣周而復(fù)始的變化，每次遞增直至老頂斷裂，稱為老頂周期來壓。 液壓支架的結(jié)構(gòu)和支架液壓系統(tǒng)必須保證液壓支架具有完全適應(yīng)頂板變化的性能。采煤機(jī)采過一個截深之后，支架前移一個步距，支護(hù)新暴露出來的頂板。此時，頂板尚無下沉現(xiàn)象，支架以“初撐力”支撐頂板。此后，頂板開始破碎和下沉或斷裂，支架承載加大，直至立柱下腔壓力達(dá)到安全閥調(diào)定值，安全閥釋放，立柱下縮。稱此現(xiàn)象為液壓支架的“讓壓”現(xiàn)象。這時立柱以“工作阻力”支護(hù)頂板。隨著頂板壓力不斷加大。立柱就要不斷“讓壓”下縮。為避免立柱完全縮回，支架出現(xiàn)“壓死”現(xiàn)象，采煤工作面的生產(chǎn)循環(huán)應(yīng)保證在“壓死”前就前移

12、。 由上述液壓支架的工作狀態(tài)可知，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。設(shè)垂直于頂梁的力為，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的反作用力。 為了設(shè)計計算方便，要對支架的外載荷和支架本身進(jìn)行簡化，概述如下： (1) 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。 (2) 金屬結(jié)構(gòu)件按直梁理論計算。 (3) 頂梁、底座與頂?shù)装灞徽J(rèn)為均勻接觸，載荷沿支架長度方向按線性規(guī)律分布，沿支架寬度方向均勻分布。 (4) 通過分析和計算可知，掩

13、護(hù)粱上矸石的作用力，只能使支架實(shí)際支護(hù)阻力降低，所以在進(jìn)行強(qiáng)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計算。 (6) 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(diǎn)運(yùn)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；另一種是由于頂梁向采空區(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)一般取0.15~0.3。 (7) 按不同支護(hù)高度時各部件最大受力值進(jìn)行強(qiáng)度校核。 2.3液壓支架基本參數(shù)的確定 2.3.1 支護(hù)強(qiáng)度和工作阻力 支護(hù)強(qiáng)度取決于頂板性質(zhì)和煤層厚度，由煤層厚度：；頂?shù)装逍再|(zhì)：老頂Ⅱ

14、級、直接頂2級，底板平整，查閱文件可得出支架支護(hù)強(qiáng)度為1.30.441，支架的工作阻力應(yīng)滿足頂板支護(hù)強(qiáng)度的要求，即支架工作阻力由支護(hù)強(qiáng)度和支護(hù)面積所決定，由下面式子得出： (2.1) 式中：—支架的支護(hù)強(qiáng)度，已取為0.546； —支架的支護(hù)面積，。 對于支撐掩護(hù)式支架，由于受到立柱傾角的影響，支架工作阻力小于立柱的總工作阻力。支架的工作阻力與支架立柱的總工作阻力的比值稱為支架的支撐效率。所以支架立柱的總工作阻力： (2.2) 支撐掩護(hù)式支架取左右，所以立柱的總工

15、作阻力為4750 2.3.2 初撐力 初撐力的大小是相對于支架的工作阻力而言的，并與頂板的性質(zhì)有關(guān)。較大的初撐力可使支架較快的達(dá)到工作阻力，防止頂板過早的離層，增加頂板的穩(wěn)定性。 (2.3) ——煤層厚度，m; ——周期來壓步距, m;——控頂距離，m; 老頂Ⅱ級、直接頂2級，屬于穩(wěn)定頂板，初撐力不易過大，一般應(yīng)大于工作阻力的60%。 2.3.3 支架的調(diào)高范圍 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，支撐掩護(hù)式支架最大調(diào)高范圍為3.06：1，其最大與最小

16、高度為： （2.4） （2.5） —煤層最大采高，取3.2； —煤層最小采高； —偽頂冒落的最大厚度，一般取200~300； —頂板最大下沉量，一般取100~200； —移架時支架的最小可縮量，一般取50； —矸、浮煤厚度，一般取50。 支架的伸縮比： 2.3.4 底座寬度和長度 根據(jù)支架架型的不同，放頂煤支架底座一般取1.3~1.4。底座中間安裝推移千斤頂，安裝推移千斤頂?shù)牟圩拥膶挾纫话闳?00~380。

17、支撐掩護(hù)式支架一般取4倍移架步距，（一個移架步距大約為0.6沒），所以支架長度可以取2.4左右。 2.3.5 采煤機(jī)、液壓支架和輸送機(jī)的配套 采煤機(jī)用MG300—AW型，刮板運(yùn)輸機(jī)用SGZ—764/264型。從安全角度考慮，支架前柱到煤壁的距離F應(yīng)越小越好，但卻受到機(jī)器結(jié)構(gòu)參數(shù)等因素的約束，其尺寸可按下式計算： (2.6) 式中：—煤壁與輸送機(jī)鏟板之間的距離； —立柱傾角的水平增距； —輸送機(jī)寬度，由鏟煤板寬度、輸送機(jī)中部溜槽寬度、電纜槽和導(dǎo)向槽寬度及前柱與電纜槽間的距離組成； —采煤機(jī)的

18、寬度 由三機(jī)配套圖冊所查數(shù)據(jù)可得： 為避免由于輸送機(jī)偏斜時采煤機(jī)截割頂梁，支架梁端與煤壁之間應(yīng)留有200~400的梁端距，現(xiàn)取=300。 從前柱到梁端的距離為： =2554-1140-300-500=614 （2.7） 2.4四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計 2.4.1 四連桿的作用 四連桿機(jī)構(gòu)是液壓支架的最重要的部件之一。其作用主要有兩個，其一是當(dāng)支架由高到低變化時，借助四連桿機(jī)構(gòu)使支架頂梁前端點(diǎn)的運(yùn)動軌跡呈近似雙扭線，從而使支架頂梁前端點(diǎn)與煤壁間距離的變化大大減小，提高了管理頂板的性能；其二是使支架受力狀態(tài)最佳，結(jié)構(gòu)上既滿足工作空間要求，又能承受足夠的縱向、橫向

19、力及扭矩，能承受較大的水平力。 2.4.2 四連桿動作時應(yīng)滿足的條件 支架高度在最大和最小范圍內(nèi)變化時，頂梁端點(diǎn)運(yùn)動軌跡的最大寬度e應(yīng)小于或等于70，最好為30以下 支架在最高位置時，；； 支架在最低位置時，為了有利于矸石下滑,防止矸石停留在掩護(hù)梁上，根據(jù)物理學(xué)摩擦理論可知，要求，為了安全可靠，最低工作位置應(yīng)使為宜。而角主要考慮后連桿底部距底板要有一定的距離，防止支架后部冒落巖石卡住后連桿，使支架不能下降。一般取，在特殊情況下需要角度較小時，可提高后連桿下鉸點(diǎn)的高度。 用解析法來確定掩護(hù)梁和后連桿的長度： 設(shè) ： —掩護(hù)梁長度； —后連桿長度； —點(diǎn)引垂線到后

20、連桿的長度； —支架最高位置時的計算高度； —支架最低位置時的計算高度。 按照幾何關(guān)系可得出： (2.8) (2.9) 將(2.8)、(2.9)兩式聯(lián)立可得： = (2.10) 按四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征要求，初選：=；=；=；。 把各個角的數(shù)值代入(2.10)式可得： ===0.771 (2.12) 支架在最高位置時的計算高度為： (2.13) 由(2.12

21、)、(2.13)兩式連立可得 取 A=1682 圖2.1 四連桿結(jié)構(gòu)簡圖 重新算得 =45 =26=59 =29 用幾何作圖法確定四連桿機(jī)構(gòu)的各部分尺寸，如圖2.1所示： 2.5支架的整體受力分析 2.5.1 受力分析計算 掩護(hù)梁上沒有負(fù)載，摩擦系數(shù)為，支架在最高位置時，每根立柱的工作支撐力為910.6。 支架的工作阻力為： = [1585.82+1597.5+(222.87-111.7) 0.0875] =3800

22、 (2.14) 頂梁集中受力點(diǎn)距頂梁后鉸點(diǎn)的距離為： = = (2654.4 1585.82+775 1597.5) =1433.5 (2.15) 前后連桿受力為： =3.42 （1007.7+727-2531.76）=-2725.9 (2.16) 由上式得“-”號，表示前連桿受力方向與圖示相反，即前連桿受拉力； =3.42 （2576.65-3189.775）=-2096.89 (

23、2.17) 由上式得負(fù)號，表示后連桿受力方向與圖示相反，即后連桿受壓力。 支架的整體受力如圖2.2所示： 圖2.2 支架整體受力圖 2.5.2 支護(hù)強(qiáng)度計算 支架的外載荷已經(jīng)確定，支架的實(shí)際支護(hù)強(qiáng)度為： (2.18) 誤差滿足誤差要求 2.5.3 支架支護(hù)效率 由于立柱支撐時不是垂直工作，而是傾斜一定的偏角，故只有立柱的垂直分力來平衡支架所受的外部載荷，外部載荷與立柱工作阻力的比值稱為支架的支護(hù)效率，其值為： (2.19) 對于支撐掩護(hù)式支架，，故滿足要求。 2

24、.6 頂梁尺寸和覆蓋率 因初選支架類型為支撐掩護(hù)式，立柱為雙排布置，支撐力較大，故這類支架的頂梁較長。 2.6.1 頂梁間距的確定 所謂支架頂梁間距，就是相鄰兩支架中心線間的距離，按下式計算： (2.20) 式中 —支架間距(支架中心距)，； —每架支架頂梁總寬度，； —相鄰支架(或框架)頂梁之間的間隙，。 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(jī)的一節(jié)溜槽相連，因此主要根據(jù)輸送機(jī)溜槽每節(jié)長度及槽幫上千斤頂連接塊的位置來確定，我國刮板輸遲機(jī)溜槽每節(jié)長度為1.5，千斤

25、頂連接塊位置在溜槽中長的中間，所以除節(jié)式相邁步式支架外，支架間距一般為1.5。 2.6.2 頂梁長度的確定 頂梁的長度按下列公式計算： 頂梁長度＝[配套尺寸+底座長度+A ()-G()+300+e]十掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn)至頂粱后端點(diǎn)之距, ； 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(diǎn)之距； 、—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。 采煤機(jī)為MXA-300/3.5D型，輸送機(jī)為SGZ-764/500型，全長為2578。 =59 =50 由做圖法測得前連桿與后連桿的下鉸點(diǎn)之間的距離為680,為方

26、便鋪設(shè)電纜與水管，前連桿下鉸點(diǎn)與底座前端點(diǎn)的距離取I=160；為方便行人及工作人員操作，前立柱下鉸點(diǎn)與后立柱下鉸點(diǎn)距離定為L=825。 故支架底座長度為 S=1600+680=2380 值由下式計算： (2.21) 式中： —底座前柱窩中心到底座前端的距離； —立柱傾角； 、—由配套設(shè)備而定； —頂梁前端點(diǎn)距煤壁的距離一般取300。 支撐掩護(hù)式支架，根據(jù)結(jié)構(gòu)要求呈傾斜或直立布置，一般立柱軸線與頂梁的垂線夾角小于10，交角較小，有效支撐力較

27、大，故取前立柱與頂梁夾角為8，后立柱與頂梁夾角為4所以前后立柱上鉸點(diǎn)距離為： =1689 (2.22) 支架尺寸結(jié)構(gòu)圖如下所示： 頂梁全長為： (2.23) 式中：為頂梁上后柱窩中心到頂梁與掩護(hù)梁鉸接點(diǎn)的距離,此長度由結(jié)構(gòu)而定： 圖2.3 支架尺寸結(jié)構(gòu)簡圖 2.6.3 頂梁的支護(hù)面積 支架的支護(hù)面積按下式計算： (2.24) 式中： —支護(hù)面積， ； —頂梁寬

28、度，取1.5 —頂梁長度 —移架后頂梁前端點(diǎn)到煤壁的距離，取0.3 故：=1.5 （4.659+0.3）=7.44 2.6.4 支架頂梁對支護(hù)面積的覆蓋率 (2.25) 式中：—支架頂梁寬度，； —支架頂梁長度，； —梁端距，； —架間距，； 一般中等穩(wěn)定性頂板取75%~85%。 2.7 立柱及柱窩位置的確定 2.7.1立柱技術(shù)參數(shù)的確定 (1) 立柱的布置與支護(hù)方式： 本設(shè)計為支撐掩護(hù)式低位放頂煤液壓支架，立柱共有4根，前排2根， 排2根，支護(hù)時，前后柱均向前傾斜，而且取傾斜角為4。 立柱的間距是指前后排

29、支柱的間距，為便于人員操作，立柱間距取1100。 (2) 立柱主要尺寸的確定： 立柱缸體內(nèi)徑按下式進(jìn)行計算： (2.26) ＝ [kN]= 503.3 7.023=3534.7 （2.27) 式中： —支架承受的理論支護(hù)阻力 ()； A—立柱的橫截面積； —立柱內(nèi)部乳化液的壓強(qiáng)，泵站額定工作壓力為32 考慮到從泵站到支架的損失，取25.5 把各個數(shù)據(jù)代入公式中得立柱橫截面積： =0.0349 (2.28) 則立柱內(nèi)徑：

30、 (2.29) 北京煤礦機(jī)械廠缸徑標(biāo)準(zhǔn)(Q/BM327—82)如下表2.1所示： 表2.1缸徑標(biāo)準(zhǔn) 50 63 80 100 110 125 140 (145) 200 (210) 220 (230) 250 按標(biāo)準(zhǔn)選取立柱缸體內(nèi)徑為200 立柱壁厚： ==38.9 (2.30) 取整后為40 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，立柱主要技術(shù)參數(shù)如下表2.2所示： 表2.2 缸體內(nèi)徑 200 活柱外徑 190/185 工作阻力 1764 額定工作壓

31、力 58.4 推薦選用鋼材 245 26 鋼材規(guī)格 20024/19425 (3) 立柱的初撐力與泵站額定工作壓力 泵站額定工作壓力為32，因考慮到從泵站到支架的壓力損失，根據(jù)一般的經(jīng)驗(yàn)，取立柱初撐時柱內(nèi)乳化液壓強(qiáng)按Pa=25.5來計算，則頂梁對頂板的初撐力： F=25.50.0349cos42+25.50.0349cos82=3539 立柱初撐力按下式計算： [] (2.31) =25.50.0349=890 (4) 安全閥的調(diào)定壓力與立柱的實(shí)際工作壓力 安全閥的調(diào)定值由支架的理論支護(hù)阻力來確定：

32、 (2.32) (2.33) 支架的理論支護(hù)阻力由支架的支護(hù)強(qiáng)度和支護(hù)面積來決定，由以上數(shù)據(jù)可求得： =503.37.023=3534.7 則 代入(2.32)式得： (2.34) 則安全閥的調(diào)定壓力設(shè)定為29，立柱的工作阻力 =290.0349=1012.1 (2.35) 2.7.2立柱柱窩位置的確定 前面已經(jīng)設(shè)定出立柱下鉸點(diǎn)之間的距離為825，再由前后立柱

33、的傾角，可得出前后立柱上鉸點(diǎn)之間的距離為1050，即。取頂梁為分離體，其受力如圖2.4所示： 圖2.4 頂梁受力分析 對A點(diǎn)取距： 即 (2.36) 式中：=3534.7 =4382 把數(shù)據(jù)代入上式中可得： (2.37) 根據(jù)前后立柱的傾角，便可確定立柱下柱窩的位置。 3 支架主要部件設(shè)計 3.1低位放頂煤支架主要部件的設(shè)計要求 低位放頂煤支架的設(shè)計要充分依據(jù)煤層的賦存條件，頂、底板狀況，礦壓大小，工作面傾角，及煤層厚度、煤層裂隙發(fā)育情況、硬度和開采方法

34、等，這樣在設(shè)計支架各個部件時，不僅要滿足強(qiáng)度要求，還要總體性能好。 低位放頂煤支架的主要結(jié)構(gòu)有前梁(伸縮式或挑梁式)、頂梁、掩護(hù)梁、尾梁、前連桿、后連桿、底座推移裝置、立柱及各種千斤頂、液壓控制系統(tǒng)等組成。 各部件設(shè)計要滿足總體配套的要求，就是應(yīng)滿足采煤機(jī)，雙輸送機(jī)和支架配套的空間要求．支架前部能及時支護(hù)，后部便于放頂煤；應(yīng)有噴霧降塵裝置，為防止煤的自感發(fā)火應(yīng)安裝必要的輔助裝置。同時對支架本身應(yīng)采用后四連桿機(jī)構(gòu)，保證支架穩(wěn)定，放煤增設(shè)擺動伸縮式尾梁，以調(diào)整工作空間和放煤口大小，改善掩護(hù)梁受力狀況；應(yīng)使頂粱(包括前梁)較長，以利于頂煤在礦壓作用下能較好的被壓碎。 部件設(shè)計的基本要求如下：

35、 (1) 四連桿 四連桿機(jī)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，使支架梁端距變化小，支架受力狀態(tài)最佳，結(jié)構(gòu)上既滿足工作空間要求，又能承受足夠的縱向、橫向力及扭矩。 (2) 前梁 前梁無論是伸縮式或是挑梁式，都應(yīng)能及時支護(hù)頂板。前梁由前梁千斤頂控制，可上、下擺動。與頂板保持良好的接觸，維護(hù)機(jī)道上方頂板。伸縮梁靠伸縮千斤頂和前梁作相對滑移．用以及時支護(hù)新暴露的頂板。 (3) 頂梁 頂梁是支架主要承受頂板壓力的部件，并起切頂作用。它可多次反復(fù)支撐頂煤，以利于放煤。頂梁裝有側(cè)護(hù)板，活動側(cè)裝有千斤頂和彈簧，防止架間漏煤、矸及調(diào)節(jié)支架間距。若四連桿機(jī)構(gòu)與頂梁鉸接，要有可靠的鉸接支座。 (4) 掩護(hù)

36、梁 它用于承受部分煤、矸載荷，防止其竄入后輸送機(jī)的工作空間，保證支架、后輸送機(jī)正常運(yùn)行。根據(jù)不同的支架類型，掩護(hù)梁有伸縮插板式和在下端鉸接一伸縮尾梁式，它裝有側(cè)護(hù)板，作用與頂梁側(cè)護(hù)板相同。掩護(hù)梁受扭力和橫向載荷力大，是十分重要的部件。 (5) 底座 其作用是將支架承受的頂板壓力和側(cè)向力傳至底板。它既要有足夠的強(qiáng)度和剛度，又應(yīng)滿足底板比壓不超限。底座與底版的接觸面積大，以減少底座對底版的接觸比壓，避免支架陷入底版。底座應(yīng)有足夠的地方來按設(shè)立柱，推移裝置以及液壓控制裝置，同時還要求底座能把落入支架內(nèi)的碎矸排放到老塘中。保證支架整體穩(wěn)定性的關(guān)鍵是在底座上鉸接四連桿機(jī)構(gòu)，在底座中間設(shè)置有推移裝置

37、，側(cè)面設(shè)置拉后輸送機(jī)的千斤頂和推移桿。 (6) 推移裝置 此機(jī)構(gòu)關(guān)系到支架能否正常推移，由千斤頂和推移桿組成。推移桿結(jié)構(gòu)有長推桿或是由兩部分短推移桿組成。 (7) 液壓控制系統(tǒng)及立柱、千斤頂 液壓系統(tǒng)由各液壓件、管路系統(tǒng)組成，它應(yīng)保證立柱、千斤頂完成支架要求的各種性能，并達(dá)到設(shè)計技術(shù)要求。 3.2底座的設(shè)計 液壓支架底座最常用的形式有3種，即整體剛性底座、底分式剛性底座和鉸接分體底座。在本次設(shè)計中我們采用整體剛性底座，在其中擋前部一般有一高度為50~100mm的小箱體結(jié)構(gòu)，中檔后部上方為箱形結(jié)構(gòu)，推移千斤頂一般安裝在箱形體下面，整體剛性底座立柱柱窩前一般要設(shè)計一過橋，以

38、提高底座的整體剛性和抗扭能力，整體剛性底座的整體剛度和強(qiáng)度很好，底座面積大，從而有利于減小對底板的比壓。四連桿機(jī)構(gòu)鉸接在底座后部，在兩個主筋中間形成較高的鉸點(diǎn)位置，這主要是為了形成足夠的后工作空間，在不影響人行通道的基礎(chǔ)上，前、后連桿鉸接點(diǎn)應(yīng)盡量前移。在兩個主筋間下部布置有推拉裝置。有四個球面柱窩與立柱缸底相連，在底座側(cè)面靠前位置設(shè)有拉后輸送機(jī)千斤頂?shù)目刹鹧b固定耳座。該底座整體性強(qiáng)，穩(wěn)定性好，比壓小。 為方便行人及工作人員操作，前后立柱下鉸點(diǎn)的水平距離為825，前排立柱距底座前端點(diǎn)的距離為450，前連桿與后連桿下鉸點(diǎn)的水平距離為1005，底座全長2380，底面寬1350，中間為安裝推移千斤頂

39、留有推溜槽。 底座上的相關(guān)結(jié)構(gòu)尺寸如圖3.1所示： 圖3.1 底座結(jié)構(gòu)簡圖 3.3 連桿 連桿分前連桿與后連桿，前連桿有一根，后連桿有兩根，兩端都有銷孔，用于與掩護(hù)梁和底座的鉸接，前連桿長2369，前后銷孔的直徑為65，厚207，寬350，主筋為厚30的鋼板，加強(qiáng)板的厚度為20；后連桿兩邊中心孔中心之間的距離為1800，銷孔直徑為101，鋼板材料均為16Mn，前連桿作為整體式，由左右兩部分焊接而成，后連桿則為單桿機(jī)構(gòu)。連桿結(jié)構(gòu)如圖3.2所示： 圖3.2 連桿結(jié)構(gòu)簡圖 4 主要零部件的強(qiáng)度校核 4.1底座強(qiáng)度校核 (1) 形心位置 各板件的計算

40、數(shù)據(jù)如下表： 序號 1 2 3 數(shù)量 2 6 1 81 93 270 34 17.5 1 30.3 7447.75 90 結(jié)構(gòu)件形心的位置： ==15.7 (4.1) (2)慣性矩 = =101113.29 (4.2) (3) 彎曲應(yīng)力 ==19995.3 (4.3) (4) 安全系數(shù) 鋼板材料選取16，=34335 = =1.72 (4.4) 4.2 軸銷的強(qiáng)度校核 設(shè)

41、軸銷截面積為Fe，抗彎模數(shù)為W，軸銷所受彎矩為Mc，所受剪力為R，則軸銷彎曲應(yīng)力n和剪應(yīng)力 分別為： MPa (4.5) (4.6) (4.7) 安全系數(shù) (4.8) 故銷軸符合強(qiáng)度條件。 4.3 耳板的強(qiáng)度校核 支架所有連接處的耳板，要受到擠壓和拉伸作用，所以，要計算擠壓應(yīng)力和拉應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度校核。如圖4.1所示。 圖4.1后連桿耳板結(jié)構(gòu)簡圖 耳板

42、在擠壓應(yīng)力 作用下，銷軸向耳板銷孔擠壓。所以耳板所受擠壓應(yīng)力按下式計算： (4.9) 式中 ——偏載系數(shù)，一般取=1.2； ——耳板數(shù)量； ——耳板厚度； ——銷孔直徑； ——耳板受擠壓的投影面積。 擠壓安全系數(shù)為： (4.10) 式中 取1.3。 耳板受拉的危險斷面為銷軸直徑處，其拉應(yīng)力為： (4.11) 式中，——耳板寬度

43、，如圖4.2所示。 安全系數(shù)為： (4.12) 式中 取1.3 圖4.2耳板結(jié)構(gòu)簡圖 5 底座設(shè)計分析 5.1 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(hù)梁，是支架的主要承壓部件，主要對其壓力強(qiáng)度進(jìn)行校核，基本不受彎矩影響。 底座受力如圖5.1所示： 圖5.1 底座受力簡圖 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： 2280

44、 =（4261085.67-44574.36+2535231-22341.6-1627884.67 -2148.04+539989.1）2280=5639357.12280=1708.9 (5.1) 底座的受力及力矩如圖5.2所示： 圖5.2 底座力矩圖 由圖5.2可以看出最大彎矩發(fā)生在前柱窩處，其最大彎矩為： =（3.3-1.1-1.587）=1047.56 (5.2) 最大彎矩處截面如圖5.3所示： 圖5.3底座最大彎矩箱體結(jié)構(gòu)圖 5.2 底板接

45、觸比壓 液壓支架通過頂梁承受頂板載荷，同時通過底座將載荷傳遞到底板。底座隊底板的接觸正壓強(qiáng)稱為接觸比壓。它三衡量液壓支架工作性能的有一格重要指標(biāo)。因?yàn)榻佑|比壓大于底板的抗壓強(qiáng)度會造成支架底座陷入底板，不僅移架會發(fā)生困難還使支架的工作阻力不能充分發(fā)揮，導(dǎo)致頂板維護(hù)不良。 5.2.1 平均接觸比壓 支架底座對底板的最大正壓力，數(shù)值上等于支架的工作阻力。若正壓力正好通過底座的形心，且底座為剛性，則接觸比壓在整個接觸面積上三均勻分布的。它的平均接觸比壓為： (5.3) 假設(shè)底座隊對底板均勻接觸且載荷為線性分布。設(shè)支架的整體結(jié)構(gòu)

46、和外載荷如圖5—4所示，而且載荷呈三角形分布，如圖5—5所示底座前端有最大比壓 ,后端比壓為0。為求，應(yīng)先求出底座的集中載荷的作用點(diǎn)位置。由圖5.4所示， 圖5.4底座比壓分布 為： 當(dāng) =時，底座前端為： = (5.4) 當(dāng) 時，底座載荷呈梯形分布，如圖5.5所示: 圖5.5底座梯形比壓分布 此時底座前端比壓為： (5.5) (5.6) 求出底座的最大比壓之后與底板允許比壓進(jìn)行比較

47、，由以上數(shù)據(jù)可知底座最大比壓在底板允許比壓的范圍內(nèi)！ 參考文獻(xiàn) [1] 武同振、趙宏珠、吳國華，液壓支架配套圖集[M]，北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，1993. [2] 丁紹南，液壓支架設(shè)計[M]，世界圖書出版社，1996. [3] 王法國，液壓支架技術(shù)，煤炭工業(yè)出版社，1999. [4] 張家鑒，陳享文，伊長德，采煤綜合機(jī)械化技術(shù)叢書，液壓支架，煤炭工業(yè)出版社，1992. [5] 王國彪，饒明杰，液壓支架優(yōu)化設(shè)計與計算機(jī)模擬分析，機(jī)械工業(yè)出版社，1994. [6] 姜繼海主編，液壓傳動，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2006. [7] 液壓傳動設(shè)計手冊，上?？萍技?/p>

48、術(shù)出版社，煤炭工業(yè)部，煤炭科學(xué)研究院上海研究所編 1983。 [8] 劉延俊，液壓與氣壓傳動[M]，機(jī)械工業(yè)出版社，1999. [9] 蔡春源主編，機(jī)電液設(shè)計手冊：中冊[M]，沈陽，東北大學(xué)出版社，1997. [10] 程居山，礦山機(jī)械[M]，機(jī)械工業(yè)出版社，1995，Pg165~206. [11] 吳宗澤，羅圣國，機(jī)械工業(yè)設(shè)計手冊[M]，高等教育出版社，1999. [12] 雷天覺，新編液壓工程手冊[M]，北京，機(jī)械工業(yè)出版社，1996. 后記 經(jīng)過幾個月的忙碌和學(xué)習(xí)，本次畢業(yè)論文設(shè)計已經(jīng)接近尾聲。作為一名函授學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有

49、指導(dǎo)教師的的督促指導(dǎo)，想要完成這個設(shè)計是難以想象的。在這里首先要感謝我的論文指導(dǎo)老師。老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計的每個階段，從選題到查閱資料，論文提綱的確定，中期論文的修改，后期論文格式調(diào)整等各個環(huán)節(jié)中都給予了我悉心的指導(dǎo)。除了敬佩老師的專業(yè)水平外，他的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作，在他的教誨下，使我掌握了堅實(shí)的專業(yè)知識基礎(chǔ)，為我以后的揚(yáng)帆遠(yuǎn)航注入了動力。同時，論文的順利完成，離不開其它各位同學(xué)和朋友的關(guān)心和幫助。在整個的論文寫作中，各位同學(xué)和朋友積極的幫助我查資料和提供有利于論文寫作的建議和意見，在他們的幫助下，論文得以不斷的完善，最

50、終幫助我完整的寫完了整個論文。 另外，要感謝在大學(xué)期間所有傳授我知識的老師，是你們的悉心教導(dǎo)使我有了良好的專業(yè)課知識，這也是論文得以完成的基礎(chǔ)。 感謝所有給我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W(xué)，謝謝你們！ 通過此次的論文，我學(xué)到了很多知識，在論文的寫作過程中，通過查資料和搜集有關(guān)的文獻(xiàn)，培養(yǎng)了自學(xué)能力和動手能力。并且由原先的被動的接受知識轉(zhuǎn)換為主動的尋求知識，這可以說是學(xué)習(xí)方法上的一個很大的突破。在以往的傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)模式下，我們可能會記住很多的書本知識，但是通過畢業(yè)論文，我學(xué)會了如何將學(xué)到的知識轉(zhuǎn)化為自己的東西，學(xué)會了怎么更好的處理知識和實(shí)踐相結(jié)合的問題。 在論文的寫作過程中也學(xué)到了做任何事情所要有的態(tài)度和心態(tài)，首先做學(xué)問要一絲不茍，對于發(fā)展過程中出現(xiàn)的任何問題和偏差都不要輕視，要通過正確的途徑去解決，在做事情的過程中要有耐心和毅力，不要一遇到困難就達(dá)退堂鼓，只要堅持下去就可以找到思路去解決問題的。而且要學(xué)會與人合作，這樣做起事情來就可以事倍功半。 總之，此次論文的寫作過程，我收獲了很多，也為將來的人生之路做好了一個很好的鋪墊。 再次感謝所有幫助過我并給我鼓勵的老師，同學(xué)和朋友，謝謝你們！ 30