支撐掩護(hù)式(ZD4800-21.5-32)液壓支架設(shè)計(jì)

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1 摘 要 液壓支架是我們煤炭生產(chǎn)中一個(gè)重要的組成部件 它起著支護(hù)頂板 防止冒頂 維 持工人一定的工作空間 保證安全和各項(xiàng)作業(yè)的正常運(yùn)行 一個(gè)循環(huán)包括 降柱 移架 升柱 推溜四個(gè)動(dòng)作 液壓支架由頂梁 底座 掩護(hù)梁 立柱 推移裝置 操縱控制系 統(tǒng)等主要部分組成 目前液壓支架的分類有三類型 即支撐式液壓支架 掩護(hù)式液壓支 架和支撐掩護(hù)式液壓支架 液壓支架以高壓液壓作為動(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 這類支架適用于直接頂為中等穩(wěn)定或穩(wěn)定 老頂有明顯或強(qiáng)烈的周期來壓 瓦斯含 量較大中厚或厚煤層中 液壓支架的選型 其根本目的是使綜采設(shè)備適應(yīng)礦井和工作面 的條件 投產(chǎn)后能做到高產(chǎn) 高效 安全 并為礦井的集中生產(chǎn) 優(yōu)化管理和最佳經(jīng)濟(jì) 效益提供條件 因此必須根據(jù)礦井煤層 地質(zhì) 技術(shù)和設(shè)備條件進(jìn)行選擇 本設(shè)計(jì)采用 支撐掩護(hù)式液壓支架 關(guān)鍵字 液壓支架 支撐掩護(hù)式 煤炭生產(chǎn) 1 目 錄 1 前言 1 1 1 概述 1 1 2 液壓支架的國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì) 1 1 3 研究的目的和意義 2 2 支撐掩護(hù)式液壓支架的設(shè)計(jì) 3 2 1 設(shè)計(jì)的原始條件 3 2 2 支撐掩護(hù)式液壓支架的特征參數(shù) 3 2 3 支撐掩護(hù)式液壓支架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 3 2 4 支撐掩護(hù)式液壓支架的液壓系統(tǒng) 3 2 5 ZD 型支撐掩護(hù)式液壓支架的配套尺寸設(shè)備 3 3 液壓支架的總體設(shè)計(jì) 4 3 1 液壓支架的特點(diǎn) 4 3 2 液壓支架基本參數(shù)確定 7 3 3 液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)的確定 8 3 4 液壓支架配套設(shè)備及有關(guān)參數(shù)的確定 14 3 5 頂梁的設(shè)計(jì)及期有關(guān)參數(shù)的確定 14 3 6 底座的結(jié)構(gòu)選擇及主要參數(shù)的確定 17 3 7 掩護(hù)梁的結(jié)構(gòu)選擇及主要參數(shù)確定 17 3 8 立柱的結(jié)構(gòu)選擇及主要參數(shù)的確定 18 3 9 推移裝置的結(jié)構(gòu)選擇和主要參數(shù)的確定 19 3 10 側(cè)護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)選擇及主要參數(shù)的確定 20 3 11 前梁千斤頂?shù)倪x擇及有關(guān)參數(shù)的確定 22 4 支架受力分析計(jì)算 24 4 1 液壓支架的支護(hù)性能與外載荷 24 4 2 支掩式支架的受力分析 25 4 3 支架受力計(jì)算 33 4 4 支架受力影響因素分析 37 5 立柱強(qiáng)度較核 38 5 1 立柱強(qiáng)度的驗(yàn)算 38 5 2 油缸穩(wěn)定性計(jì)算 38 5 3 缸筒壁厚和外徑計(jì)算與缸體的強(qiáng)度驗(yàn)算 38 5 4 立柱的穩(wěn)定性極限力 42 2 參考文獻(xiàn) 44 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 1 前言 1 1 概述 液壓支架是綜采設(shè)備的重要組成 它能可靠而有效地支撐和控制工作面的頂板 隔 離采空區(qū) 防止矸石進(jìn)入回采工作面和推進(jìn)輸送機(jī) 它與采煤機(jī)配套使用 實(shí)現(xiàn)采煤綜 合機(jī)械化 解決機(jī)械化采煤工作中頂板管理落后于采煤工作的矛盾 進(jìn)一步改善和提高 采煤和運(yùn)輸設(shè)備的效能 減輕煤礦工人的勞動(dòng)強(qiáng)度 最大限度保障煤礦工人的生命安全 液壓支架 液壓支架是由支柱 底座 頂梁 掩護(hù)梁 前后連桿及擋矸板等組成的一 個(gè)由鋼板焊接成箱體的整體結(jié)構(gòu) 液壓支架分類及其作用分類 有支撐式 掩護(hù)式 支 撐掩護(hù)式 放頂煤式 其作用是用于煤礦井下工作面開采支護(hù)頂板 1 2 液壓支架的國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì) 液壓支架的發(fā)展從 20 世紀(jì) 50 年代開始 1954 年 英國(guó)研制出剁式支架 從此 開創(chuàng)了煤炭工業(yè)的新時(shí)代 1958 年法國(guó)試驗(yàn) 成功了節(jié)式支架 五十年代末 為開采煤層厚超過 2m 的松散和破碎頂板條件下的褐煤 前蘇聯(lián)開始研 制掩護(hù)式液壓支架 并與 1961 年在阿樂斯 科拖舉辦的貿(mào)易展覽會(huì)上展出了 OMKT 型掩 護(hù)式支架 比起剁式和節(jié)式支架 掩護(hù)式支架能有效的控制頂板 防止開采過程中矸石 滲入工作面 工作能力很好 60 年代末和 70 年代初 隨著液壓支架在歐洲使用經(jīng)驗(yàn)的日益增加 支架結(jié)構(gòu)也發(fā)生 了巨大變化 長(zhǎng)頂梁 二柱 四柱以及多柱四連桿機(jī)構(gòu)的液壓支架相繼問世 并且 為 適應(yīng)底板不平 底座采用分離鉸接式結(jié)構(gòu) 對(duì)于松軟底板 為減小底板比壓 采用接觸 面積較大的底座 為防止碎矸竄入采區(qū) 采用了各種防竄矸的掩護(hù)裝置 進(jìn)入 70 和 80 年代 液壓支架又有了新的發(fā)展 頂梁不僅實(shí)現(xiàn)了 立即前移支護(hù) 而 且整個(gè)支架安裝了電液控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)微機(jī)控制與操作 1981 年杜賽爾多夫采礦展覽會(huì)上 展出了液壓連桿式液壓支架和具有液壓調(diào)高機(jī)構(gòu)的掩護(hù)式支架 并研制出采高為 6m 的大 采高支架及放頂煤支架 對(duì)于堅(jiān)硬巖層設(shè)計(jì)了強(qiáng)力液壓支架等 1959 年 10 月 原北京礦 業(yè)學(xué)院設(shè)計(jì)了三種液壓支架 1961 年設(shè)計(jì)了 本溪 型 支架 并制造出樣機(jī)進(jìn)行井下試 驗(yàn) 1965 年北京煤炭科學(xué)院和鄭州煤礦機(jī)械廠協(xié)作制造出仿英支架 1973 年 北京煤礦 機(jī)械機(jī)械廠生產(chǎn)出第一套 BZZ 垛式支架 在陽(yáng)泉礦務(wù)局使用 它是發(fā)展我國(guó)液壓支架的 起點(diǎn) 從 70 年代至今 光煤炭科學(xué)研究總院北京開采所共研制出 30 余種不同結(jié)構(gòu)型式 的液壓支架 架型包括 支撐式 掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式 還有特殊采煤工藝用液壓支架 如放頂煤支架 水砂填充支架及端頭支架等 總之 我國(guó)液壓支架是從 50 年代末開始著手研制 經(jīng)歷可研制試驗(yàn) 引進(jìn) 仿制和 改進(jìn)創(chuàng)新等階段 直到現(xiàn)在的獨(dú)立設(shè)計(jì)階段 目前 除液壓支架電液控制和支架計(jì)算機(jī) 輔助設(shè)計(jì)與繪圖方面落后于國(guó)外 其他方面均以達(dá)到國(guó)外同期水平 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 1 3 研究的目的和意義 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 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 研制和開發(fā)新型液壓支架是必不可少的 一個(gè)環(huán)節(jié) 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 2 支撐掩護(hù)式液壓支架的設(shè)計(jì) 2 1 設(shè)計(jì)的原始條件 本設(shè)計(jì)液壓支架適用煤層度 3 到 3 6m 直接頂為 2 類 中等穩(wěn)定頂板 老頂級(jí)別為 級(jí) 老頂周期來壓為強(qiáng)烈 2 2 支撐掩護(hù)式液壓支架的特征參數(shù) 2 2 1 支架 本設(shè)計(jì)液壓支架的支護(hù)高度最低 2 15m 最高 3 2m 支護(hù)寬度 1 5m 初撐力 1850KN 工作阻力 4800KN 支護(hù)面積 5 26 5 29m 支護(hù)強(qiáng)度 0 72Mpa 底座面積 2 6m 底座 比壓 2 55Mpa 2 2 2 立柱 本設(shè)計(jì)立柱采用單伸縮雙作用活塞式帶機(jī)械加長(zhǎng)桿的形式 立柱缸徑 180mm 活塞 直徑 170mm 活柱行程 1200mm 加長(zhǎng)桿長(zhǎng)度為 750mm 分五檔 每檔 150mm 初撐 力 814 3KN 工作阻力 1017 88KN 2 2 3 前梁千斤頂 前梁千斤頂缸徑 180mm桿徑 70mm行程 140mm 初撐力 251 33KN 拉力 116 16KN 工作阻力 314 16KN 2 2 4 推移千斤頂 推移千斤頂缸徑 125mm 行程 700mm 推溜力 111 61KN 移架力 224 28KN 2 2 5 側(cè)推千斤頂 側(cè)推千斤頂缸徑 63mm 推力 90 40KN 拉力 53 95KN 行程 170mm 2 3 支撐掩護(hù)式液壓支架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 該支架采用剛性能主梁加鉸接前梁的分段組合式結(jié)構(gòu)的頂梁 掩護(hù)梁采用直線型整 體式箱形結(jié)構(gòu) 底座采用整體式框架結(jié)構(gòu) 以減小底座比壓 立柱分前后兩排布置 均 向前傾斜 后排立柱傾角小于前排 有利于提高切頂性能 推移裝置采用浮動(dòng)活塞式 使移架力大于推溜力 2 4 支撐掩護(hù)式液壓支架的液壓系統(tǒng) 該支架液壓系統(tǒng)包括立柱系統(tǒng)和千斤頂系統(tǒng) 操縱閥系統(tǒng) 千斤頂系統(tǒng)又包括推移 千斤頂 側(cè)推千斤頂 挑梁千斤頂系統(tǒng) 所有系統(tǒng)用同一泵站供液 本支架選用 35Mpa 作為泵站額定工作阻力 兩位三通手動(dòng)換向閥控制 2 5 ZD 型支撐掩護(hù)式液壓支架的配套尺寸設(shè)備 運(yùn)輸機(jī) SGWD 180 PB 型 采煤機(jī) MLS 3PH 170 型 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 3 液壓支架的總體設(shè)計(jì) 3 1 液壓支架的特點(diǎn) 1 液壓支架的組成 液壓支架要由頂梁 底座 掩護(hù)梁 立柱 推移裝置 操縱控制系統(tǒng)等主要部分組 成 2 液壓支架架型的分類 按照液壓支架與圍巖相互作用的關(guān)系 目前使用的液壓支架分為三類 即 支撐式 掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架 a 支撐式支架 支撐式支架的架型有垛式支架和節(jié)式支架兩種型式 如圖 2 1 b 掩護(hù)式支架 掩護(hù)式支架有插腿式和非插腿式兩種型式 如圖 2 2 所示 a b 圖 2 1 a 垛式 b 節(jié)式 a b c 圖 2 2 a 插腿式支架 b 立柱支在掩護(hù)梁上非插腿式支架 c 立柱支在頂梁上非插腿式支架 c 支撐掩護(hù)式支架 支撐掩護(hù)式支架架型主要用 四柱支在頂梁上 如圖 2 3a b 所示 二柱支在頂梁 如圖 2 3 c 所示 一柱 或二柱支在掩護(hù)梁上 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 a b c 圖 2 3 a 四柱平行支在頂梁上支架 b 四柱交叉支在頂梁兩柱在掩護(hù)梁上支架 c 兩柱在頂梁兩柱支在掩護(hù)梁上支架 3 各類液壓支架的特點(diǎn) a 支撐式支架 前梁較長(zhǎng) 支柱較多并呈垂直分布 支架的穩(wěn)定性由支柱的復(fù)位裝置來保證 因此 底座堅(jiān)固定 它靠支柱和頂梁的支撐作用控制工作面的頂板 維護(hù)工作空間 頂板巖三 石則在頂梁后部切斷垮落 這類支架具有較大的支撐能力和良好的切頂性能 適用于頂板緊硬完整 周期壓明 顯或強(qiáng)烈 底板較硬的煤層 b 掩護(hù)式支架 頂梁較短 對(duì)頂板的作用力均勻 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定 抵抗直接頂水平運(yùn)動(dòng)的能力強(qiáng) 防護(hù) 性能好調(diào)高范圍大 對(duì)煤層厚度變化適應(yīng)性強(qiáng) 但整架工作阻力小 通風(fēng)阻力大 工作 空間小 這類支架適用于直接頂不穩(wěn)定或中等穩(wěn)定的煤層 c 支撐掩護(hù)式支架 支柱兩排 每排 1 2 根 多呈傾斜布置 靠采空區(qū)一側(cè) 裝有掩護(hù)梁和四連桿機(jī)構(gòu) 它的支撐力大 切頂性能好 防護(hù)性能好 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定 但結(jié)構(gòu)復(fù)雜 重量大 價(jià)貴 不 便于運(yùn)輸 這類支架適用于直接頂為中等穩(wěn)定或穩(wěn)定 老頂有明顯或強(qiáng)烈的周期來壓 瓦斯儲(chǔ)量較大的中厚或厚煤層中 6 表 2 1 適應(yīng)不同類級(jí)頂板的架型和支護(hù)強(qiáng)度 老頂級(jí)別 直接頂類別 1 2 3 1 2 3 1 2 3 4 4 采高 2 5m 時(shí)用支 撐式 架 型 掩 護(hù)式 掩 護(hù)式 支 撐式 掩 護(hù)式 掩 護(hù)式或 支撐掩 護(hù)式 支 撐式 支 撐掩護(hù) 式 支 撐掩護(hù) 式 支 撐或支 撐掩護(hù) 式 支 撐或支 撐掩護(hù) 式 采高 2 5m 時(shí)用支 撐掩護(hù)式 1 294 1 3 294 1 6 294 2 294 2 343 245 1 3 343 245 1 6 343 2 343 3 441 343 1 3 441 343 1 6 441 2 441 支 護(hù) 強(qiáng) 度 2 mKN 支 架采高 m 4 539 441 1 3 539 441 1 6 539 2 539 應(yīng)結(jié) 合深孔 爆破 軟化 頂板 等措施 處理 采空區(qū) 7 注 1 表中括號(hào)內(nèi)數(shù)字系統(tǒng)掩護(hù)式支架頂梁上的支護(hù)強(qiáng)度 2 1 3 1 6 2 為增壓系數(shù) 3 表中采高為最大采高 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 3 2 液壓支架基本參數(shù)確定 3 2 1 采煤高度確定 支架高度確定原則 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 S 1 mm 2 1 大大 hH mm 2 2 a2小小 式中 大 支架最大高度 3200mm 支架最小高度 2150mm小 煤層最大高度 mm大h 煤層最小高度 mm小 S1 考慮偽項(xiàng)煤冒落時(shí) 仍有可靠支撐力所需要的支撐高度 一般采取 200 300mm S 1 取 270 mm 采煤最大高度 由式 2 1 可得 2930大h S2 頂板最大下沉量是 一般取 100 200 mm S 2 取 150 mm a 移架時(shí)支架的最小可縮量 一般取 50 mm 浮矸石 浮煤厚度 一般取 50 mm 由式 2 2 可得 1 2310小h 3 2 2 支架的伸縮比 支架的伸縮比是指其最大與最小高度之比 1 即 m 2 且H 3 m 3200 2150 1 49 3 2 3 支架間距 支架間距是相鄰兩支架中心之間的距離 目前 支架間距 B 主要根據(jù)刮板輸送機(jī)溜槽每節(jié)長(zhǎng)度及槽幫上千斤頂連接連接的位 置確定 目前是 我國(guó)刮板運(yùn)輸機(jī)溜槽每節(jié)長(zhǎng)度為 1 5 米 千斤頂連接位置在刮板槽槽幫 中間 所以 支架間距一般為 1 5 米 本設(shè)計(jì)取 B 1500mm 3 2 4 理論支護(hù)強(qiáng)度 本設(shè)計(jì)中支撐掩護(hù)式支架的名義支護(hù)強(qiáng)度 1 2 4 12121 hHqqxx 支架名義支護(hù)強(qiáng)度 KN m 2x 采高 所對(duì)應(yīng)的支護(hù)強(qiáng)度 見表 2 111 采高 所對(duì)應(yīng)的支護(hù)強(qiáng)度 見表 2 12q2h 對(duì)應(yīng) 的采高 見表 2 1 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 對(duì)應(yīng) 的采高 見表 2 12h2q 支架的結(jié)構(gòu)高度 在 之間 xHh 對(duì)應(yīng)最大結(jié)構(gòu)高度 3 80mmH 3m 705 6KN m21 1q 4m 862 4KN m22h2 將各數(shù)據(jù)代入式 2 4 得采高最大時(shí)支架名義支護(hù)強(qiáng)度 1 mq 705 6 862 4 705 6 720 04KN m23487 3 3 液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)的確定 3 3 1 四連桿機(jī)構(gòu)的作用 四連桿機(jī)構(gòu)是掩護(hù)式支架和支撐掩護(hù)式支架的最重要的部件之一 其作用概括起來 主要有兩個(gè) 一是支架由高到低變化時(shí) 借助四連桿機(jī)構(gòu)的頂梁前端的運(yùn)動(dòng)軌跡呈近似 雙紐線 從而提高了管理頂板的性能 二是使支架能承受較大的水平力 3 3 2 四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征 1 支架高度在最大和最小范圍內(nèi)變化時(shí) 如圖 2 4 所示 頂梁端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的最 大寬度 e 應(yīng)小于或等于 70mm 最好在 30mm 以下 2 最高位置和最低位置時(shí) 頂梁與掩護(hù)梁的夾角 P 后連桿與底平面的夾角 Q 如圖 2 4 所示 應(yīng)滿足如下要求 支架在最高位置時(shí) P 52 0 62 0 Q 750 85 0 支架在最底位置時(shí) 為有利矸石下滑 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 tgP W 如果綱和矸石的摩擦系數(shù) W 0 3 則 P 16 70 而 Q 角主要考慮后連桿底部距底板要有一頂距離 防止支架后部冒落巖 石卡住后連桿 使支架不能下降 一般去 Q 250 300 在特殊情況下需要角度較小時(shí) 可提高后連桿下絞點(diǎn)的高度 3 從圖 2 4 可知 掩護(hù)梁與頂梁絞點(diǎn) e 和瞬時(shí)中心 O 之間的連線與水平的夾角 Q 設(shè)計(jì)時(shí) 要使 Q 角滿足 tgQ 的范圍 其原因是 角直接影響支架承受附加力的數(shù)值 35 0 圖 2 4 四連桿機(jī)構(gòu)幾何特征 4 頂梁前端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡雙鈕線向前凸的一段為支架最佳工作段 如圖 2 4 所示的 h 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 段 其原因是頂板來壓時(shí) 立柱讓下縮 使頂梁有向前移的趨勢(shì) 可防止巖石向后移動(dòng) 又可以使作用在頂梁上的摩擦力指向采空區(qū) 同時(shí)底板阻止底座向后移 使整個(gè)支架產(chǎn) 生順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì) 從而增加了頂梁前端的支護(hù)力 防止頂梁前端上方頂板冒落 并 且使底座前端比壓減少 防止啃底 有利移架 水平力的合力也相應(yīng)減少 所以減輕了 掩護(hù)梁外負(fù)載 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)的運(yùn)動(dòng)軌跡時(shí) 應(yīng)盡量使 e 值減少 當(dāng)已知掩護(hù)梁和后連桿的長(zhǎng)度后 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) 如圖 2 5 所示 實(shí)際上液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)屬雙搖桿機(jī)構(gòu) 圖 2 5 掩護(hù)梁和后連桿構(gòu)成曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 3 3 3 四連桿機(jī)構(gòu)尺寸的確定 a 掩護(hù)梁和后連桿長(zhǎng)度的確定 用解析法來確定掩護(hù)梁和后連桿的長(zhǎng)度 圖 2 6 掩護(hù)梁和后連桿計(jì)算圖 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 圖 2 6 中 L2 e 點(diǎn)垂直線到后連桿下鉸點(diǎn)之距 mm G 掩護(hù)梁長(zhǎng)度 mm A 后連桿長(zhǎng)度 mm H1 支架最大計(jì)算高度 由下式求得 1 H1 H 220 160 3200 220 160 2820 mm 且 其中 220 mm 是后連桿下鉸點(diǎn)與底平面之距 160 mm 是掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)與頂梁上平面之距 了 支架最小計(jì)算高度 由下式求得2 1 220 160 2150 220 160 1770 mm 小 P1 P 支架最高與最低下位置時(shí) 掩護(hù)梁與頂梁夾角 度 Q1 Q 支架最高與最低位置時(shí) 后連桿與底平面夾角 度 2 從幾何關(guān)系可以列出如下兩式 1 G COSP1 A COSQ 1 L 2 5 G COSP A COSQ2 L 2 6 2 將以上兩式聯(lián)立可得 2 2 7 12cosQpGA 對(duì)于支撐掩護(hù)式支支架 A G 值應(yīng)滿足如下范圍 A G 0 61 0 82 支架在最高位置時(shí)有 2 2 8 111siniAPH 因此掩護(hù)梁長(zhǎng)度為 2 9 11si siQGp 后連桿長(zhǎng)度為 2 A G A G 2 10 按四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征所要求的角度支撐掩護(hù)式支架要求的 A G 值的范圍 選取 兩組 P Q P Q 數(shù)據(jù) 由式 2 7 2 9 2 10 可求出 A G1 具體結(jié)果見表 2 2 b 四連桿機(jī)構(gòu)其它各部分尺寸的確定 用幾何作圖法來確定四連桿機(jī)構(gòu)其它各部分尺寸 如圖 2 7 具體作圖步驟如下 1 確定后連桿下鉸點(diǎn) O 點(diǎn)的位置 使它比底座面略高 200 250mm 或類比同類型 支架確定 2 過 O 點(diǎn)作與底座面平行的水平線 H H 線 3 過 O 點(diǎn)作與 H H 線的夾角為 Q1的斜線 4 在此斜線截取線段 長(zhǎng)度等于 A a 點(diǎn)為支架在最高位置時(shí)后連桿與掩護(hù)梁oa 的鉸點(diǎn) 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 5 過 a 點(diǎn)作與 H H 線有交角 P1的斜線 以 a 點(diǎn)為圓心 以 G 點(diǎn)為半徑作弧交些斜 線一點(diǎn) e 此點(diǎn)為掩護(hù)梁與頂梁的鉸點(diǎn) 6 過 e 點(diǎn)作 H H 線的平行線 則 HH 線與 F F 線的距離為 H1 為液壓支架的最高 位置時(shí)的計(jì)算高度 7 以 a 點(diǎn)為圓心 以 0 22 0 3 G 長(zhǎng)度為半徑作弧 在掩護(hù)梁上交一點(diǎn) b 為前連 桿上鉸點(diǎn)的位置 8 過 O 點(diǎn)作與 H H 線夾角為 Q 的斜線 2 9 在此斜線上截取線段 的長(zhǎng)度等于 A a 點(diǎn)為支架降到最低位置時(shí) oa 掩護(hù)梁與后連桿的鉸點(diǎn) 10 過 a 點(diǎn)作與 H H 線有交角 P2的斜線 以 a 點(diǎn)為圓心 以 G 為半徑作弧交些 斜線一點(diǎn) e 此點(diǎn)為支架在最低位置時(shí) 頂梁與掩護(hù)梁的鉸點(diǎn) 11 以 a 為圓心以 0 22 0 3 G 長(zhǎng)度為半徑作弧 在掩護(hù)梁上交一點(diǎn) b 為支 架在最低位置時(shí)前連桿上鉸點(diǎn)的位置 12 取 線之間一點(diǎn) e 為液壓支架降到此高度時(shí)掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn) e 13 以 O 為圓心 為半徑圓弧 oa 14 以 e 點(diǎn)為圓心 掩護(hù)梁長(zhǎng) 為半徑作弧 交前圓弧上一點(diǎn) a 以點(diǎn)為液壓e 支架降到中間某一位置時(shí) 掩護(hù)梁與后連桿的鉸點(diǎn) 15 以 連線 并以 a 點(diǎn)為圓心 ab 長(zhǎng)為半徑作弧 交 上一點(diǎn) b 點(diǎn) 則e ae b b b 三點(diǎn)為液壓支架在三個(gè)位置時(shí) 前連桿上鉸點(diǎn) 16 由 b b b 三點(diǎn)確定的圓心 C 為前連桿下鉸點(diǎn)位置 17 過 C 點(diǎn) H H 線作垂線 交點(diǎn) d 則線段 和 為液壓支架四連桿oabcdo 機(jī)構(gòu) 18 按以上初步求出的四連桿機(jī)構(gòu)的幾何尺寸 再用幾何作圖法畫出液壓支架掩護(hù) 梁與頂梁鉸點(diǎn) e 的運(yùn)動(dòng)軌跡 只要逐步變化四連桿機(jī)構(gòu)的幾何尺寸 便可以畫出不同的 曲線 再按四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征進(jìn)行校核 最終選出較優(yōu)的四連桿機(jī)構(gòu)尺寸 圖 2 7 液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)的幾何作圖法 按以上作圖步驟 作出三組不同的連桿機(jī)構(gòu)幾何分析圖分別求出相關(guān)的參數(shù)和尺寸 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 圖 2 8 四連桿機(jī)構(gòu)幾何圖 1 圖 2 8 四連桿機(jī)構(gòu)幾何圖 2 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 圖 2 8 四連桿機(jī)構(gòu)幾何圖 3 四連桿機(jī)構(gòu)幾何圖見 2 8 各尺寸參數(shù)見表 2 2 表 2 2 項(xiàng)目 組數(shù) P1 580 590 590支架在 最高位置時(shí) Q1 800 790 790 P2 250 230 240支架在 最低位置時(shí) Q2 380 330 34012cospGA 0 612 0 626 0 624 mm 2423 2390 2390 前后連桿在掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)之距 mm ab567 626 627 瞬心角 15 20 190 170 前后連桿在底座上鉸點(diǎn)水平之距 mm do720 935 860 前后連桿下鉸點(diǎn)到底座平面之距 mm c644 570 640 前連桿長(zhǎng) mm bc 1372 1600 1500 A G A G mm 1478 1457 1457 前后連桿長(zhǎng)比值 0 92 1 10 1 03 支架頂梁前端運(yùn)動(dòng)雙紐線最大寬度 e mm 30 60 38 注 通過比較 本設(shè)計(jì)選取方案 c 四連桿機(jī)構(gòu)方案選優(yōu) 由上述方法求出四組連桿機(jī)構(gòu)尺寸 從中優(yōu)選一組 優(yōu)選的方法是按約束條件進(jìn)行 11in sinH 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 篩選 從中選出一組最優(yōu)值 約束條件是根據(jù) tg 值的要求和支架的結(jié)構(gòu)尺寸關(guān)系定出來的 前后連桿的比值范圍 根據(jù)現(xiàn)有支架調(diào)查統(tǒng)計(jì) 前后連桿的比值 C A 0 9 1 2 范圍 1 前連桿機(jī)構(gòu)高度不宜過大 一般應(yīng)使 D H 1 5 2 前后連桿下鉸點(diǎn)的水平距離 E 的長(zhǎng)度 一般應(yīng)使 E H1 4 5 3 對(duì)掩護(hù)式支架應(yīng) tg 0 2 3 4 液壓支架配套設(shè)備及有關(guān)參數(shù)的確定 3 4 1 采煤機(jī)和運(yùn)輸機(jī)型號(hào)的確定 根據(jù)配套尺寸關(guān)系 在設(shè)計(jì)中選用采煤機(jī)和運(yùn)輸機(jī)型號(hào)為 運(yùn)輸機(jī) SGWD 180 PB 型 采煤機(jī) MLS 3PH 170 3 4 2 配套圖 配套尺寸的確定 1 液壓支架配套關(guān)系圖 如圖 2 9 所示 2 配套尺寸的確定 由圖 2 8 可知 配套尺寸 E 624 233 630 376 1889 mm 2 圖 2 9 液壓支架配套關(guān)系圖 3 4 3 泵站和各安全閥的選擇 在設(shè)計(jì)中選擇泵站型號(hào)為 XRB2B 型 泵站的理論工作壓力為 35Mpa 由于供液泵在工作過程中的磨損有等原因 實(shí)際供液 壓力為 35Mpa 在立柱初撐階段 因?yàn)闆]有應(yīng)用液體流動(dòng) 管路損失為零 取初撐壓力 為 32Mpa 3 5 頂梁的設(shè)計(jì)及期有關(guān)參數(shù)的確定 3 5 1 頂梁的作用 頂梁是支護(hù)頂板一定面積的直接承載部件 并為立柱 掩護(hù)梁 護(hù)頂裝置等提供必 要的連接點(diǎn) 3 5 2 頂梁設(shè)計(jì)要求 頂梁不但要有一定的剛度和強(qiáng)度 還要保證支護(hù)頂板的需要 如 有足夠頂板覆蓋 效率 同時(shí) 要求頂梁能適應(yīng)頂板變化 與頂板接觸壓力分布均勻 避免因局部應(yīng)力而 引起損壞 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 3 5 3 頂梁結(jié)構(gòu)型式的確定 支撐掩護(hù)式支架的頂梁較長(zhǎng) 為了改善頂梁的接頂狀況 增大梁端支撐力 這類支 架采用分段組合式頂梁 它有以下幾種組合型式 1 剛性主梁 鉸接前梁 剛性主梁和鉸接前梁 如圖 2 9 所示 該結(jié)構(gòu)頂梁分前后梁并鉸接 在鉸接前梁設(shè) 有前梁千斤頂 支撐靠近煤壁處的頂板 同時(shí)還可以調(diào)整前梁的上下擺角 以適應(yīng)頂板 不平的變化 2 剛性主梁 伸縮前探梁 這種組合方式如圖 2 9b 所示 此結(jié)構(gòu)前梁有伸縮千斤頂使它伸縮 因此及時(shí)伸出 支護(hù)剛暴露的頂板 從而可使頂梁長(zhǎng)度減小 也可使用前梁千斤頂和伸縮千斤頂 使前 梁即可伸縮又可以上下擺動(dòng) 3 剛性主梁 鉸接前梁 伸縮前探梁 這種結(jié)構(gòu)形式是由剛性主梁 鉸接前梁和在鉸接前梁內(nèi)裝伸縮前探梁組成的 前探 梁用來煤壁片幫后的支護(hù) 對(duì)以上三種頂梁型式比較 本設(shè)計(jì)選用剛性主梁 鉸接前梁的結(jié)構(gòu)型式 本設(shè)計(jì)支架頂梁采用箱式結(jié)構(gòu) 用鋼板焊接而成 為加強(qiáng)剛性 上下蓋板之間焊接 加筋板 構(gòu)成封閉式棋盤型 a b 圖 2 10 支架頂梁的結(jié)構(gòu)形式 1 前梁 2 后梁 3 前梁千斤頂 4 前梁伸縮千斤頂 3 5 4 頂梁主要尺寸的確定 1 頂梁長(zhǎng)度 L1 L1 配套尺寸 底座長(zhǎng)度 AcosQ 1 GcosP1 300 配套尺寸為 1889 mm 底座長(zhǎng)度為 2380 mm Q1 800 P1 580 將以上數(shù)據(jù)代入 2 11 式得 2 L 1889 2380 1478 cos80 0 2432 cos5 0 300 3025 5 mm 取頂梁長(zhǎng)度為 3025 mm 2 頂梁寬度 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 目前我國(guó)刮板輸送機(jī)溜槽寬每節(jié)長(zhǎng)度為 1 5m 一節(jié)溜槽對(duì)應(yīng)一個(gè)支架 頂梁寬度定為 1 4m 3 頂梁厚度 通過類比取頂梁厚度為 220mm 4 頂梁其它有關(guān)尺寸的確定 通過類比 確定立柱上鉸點(diǎn) 前梁千斤頂鉸點(diǎn) 前后梁鉸點(diǎn) 掩護(hù)梁與頂梁鉸接點(diǎn) 位置 包括水平方向和垂直方向 各尺寸如圖 2 10 所示 3 5 5 頂梁要主參數(shù)的確定 1 頂梁面積 A 3 頂梁面積 A L1 B L 頂梁長(zhǎng)度 取 3026mm B 取 1500mm A 3026 1500 4 54m 2 圖 2 11 支架結(jié)構(gòu)尺寸總圖 支護(hù)面積 S 頂梁支護(hù)面積按下式計(jì)算 3 S L 1 300 B 2 13 代入上式得 S 3026 300 1500 4 99 支架名義工作阻力 F F s 2 14 xq 式中 F 支架名義工作阻力 KN 待求 支架在最高處名義工作阻力為 Fm s qm 4 99 827 4126 73KN 頂板覆蓋率 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 支架頂板覆蓋按下式計(jì)算 3 A S 100 100 SBL1 頂板覆蓋率 將已知各數(shù)據(jù)代入式 2 15 3 4 54 4 99 100 90 98 3 6 底座的結(jié)構(gòu)選擇及主要參數(shù)的確定 3 6 1 底座的作用 底座在支架工序過程中起著將頂板壓力傳遞到底板并穩(wěn)固支架的作用 3 6 2 底座設(shè)要求 1 底座應(yīng)具有足夠的強(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)有足夠的尺寸來安入立柱 推移裝置及液壓控制裝置 5 底座要能把落入支架內(nèi)的碎矸推棄到老塘中 3 6 3 底座的結(jié)構(gòu)確定 通過類比本 設(shè)計(jì)采用整體式底座 3 6 4 底座主要尺寸的確定 1 底座長(zhǎng)度 L2 3 通過類比 取底座長(zhǎng)度為 2375mm 通過類比 取底座寬度為 1200mm 底座其它尺寸的確定通過類比 確定立柱下鉸點(diǎn) 連桿下鉸點(diǎn)位置 水平與垂直方 向距離 具體尺寸見圖 2 10 3 7 掩護(hù)梁的結(jié)構(gòu)選擇及主要參數(shù)確定 3 7 1 掩護(hù)梁的作用 掩護(hù)梁是支架的掩護(hù)構(gòu)件 它有承受冒落矸石的載荷和頂板通過頂梁傳遞的水平載 荷引起的彎矩 3 7 2 掩護(hù)梁結(jié)構(gòu)型式如下 1 從側(cè)面看 掩護(hù)梁分直線型和折線型 2 從支架高度方面看 掩護(hù)梁可分為整體式和對(duì)分式 對(duì)以上幾種類型的掩護(hù)梁進(jìn)行比較 本設(shè)計(jì)確定掩護(hù)梁的結(jié)構(gòu)形式為整體式 直線 型 3 7 3 掩護(hù)梁主要尺寸的確定 1 掩護(hù)梁長(zhǎng)度 G 兩鉸點(diǎn)間距離 由前面四連桿機(jī)構(gòu)確定知 2 掩護(hù)梁長(zhǎng)度 G 取 2268mm 掩護(hù)梁寬度 By 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 本設(shè)計(jì)取掩護(hù)梁寬度與頂梁寬度相同 所以掩護(hù)梁寬度取 500mm 3 掩護(hù)梁厚度 通過類比 可確定掩護(hù)梁厚度見總裝配圖 4 掩護(hù)梁上前后連桿鉸點(diǎn)位置 通過類比 可確定前后連桿鉸點(diǎn)位置 水平和垂直方向 具體見圖 2 10 中掩護(hù)梁 部分 3 8 立柱的結(jié)構(gòu)選擇及主要參數(shù)的確定 3 8 1 立柱的作用 立柱是支架的承壓構(gòu)件 它長(zhǎng)期處于高壓受力狀態(tài) 它除了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(qiáng) 良好的密封性能 結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單 并 能適應(yīng)支架的工作要求 立柱應(yīng)具有承受頂板載荷 調(diào)節(jié)支護(hù)高度的作用 3 8 2 立柱結(jié)構(gòu)形式的確定 立柱分類有以下幾種 1 立柱按動(dòng)作方式分為單作用和雙作用 2 立柱按結(jié)構(gòu)種類分為活塞式和柱塞式 3 立柱按伸縮式分為單伸縮式和雙伸縮式 具體結(jié)構(gòu)如圖 2 12 圖所示 a b c 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 d e f 圖 2 12 立柱的類型 本設(shè)計(jì)選用單伸縮 雙作用活塞式立柱 3 8 3 立柱主參數(shù)的確定 1 立柱缸體內(nèi)徑和活塞外徑 缸體內(nèi)徑的確定 4 D dmPaF cos 0 D 179 2mm451 326 式中 Da 立柱剛體內(nèi)徑 mm 待求 Pa 初取安全閥調(diào)整壓力 Pa 40 9Mpa m 4 0 取標(biāo)準(zhǔn)值 D 180mmd 活塞桿外徑 查資料得 d 170mm 2 立柱工作用阻力和初撐力 4 D 2 Pa 2 17 且P4 d 式中 立柱工作阻力 KN Pa 安全閥調(diào)整壓力 取 Pa 40 Mpa 將各已知數(shù)據(jù)代入式 2 17 得 180 40 1017 88 KN 且P4 2 式中 立柱初撐力 KN P 立柱泵來壓 P 32 Mpa bb 1800 32 814 3 KN 且 3 9 推移裝置的結(jié)構(gòu)選擇和主要參數(shù)的確定 3 9 1 推移裝置的作用 推移裝置在采煤機(jī)截割一次煤壁后進(jìn)行推移運(yùn)輸機(jī) 為下一個(gè)工作物質(zhì)循環(huán)做好準(zhǔn) 備 同時(shí)推移液壓支架及時(shí)支護(hù)新暴露的頂板 防止冒落 3 9 2 推移裝置的結(jié)構(gòu)型式 推移裝置有以下幾種 1 直接連接方式 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 但推溜力大于移架力 2 框架式連接方式 當(dāng)缸體后腔進(jìn)液時(shí) 活塞桿移架當(dāng)剛體內(nèi)腔進(jìn)液時(shí) 缸體前移 通過框架而推溜 所以這種方式可以使移架力大于推溜力 3 移步橫梁連接方式 結(jié)構(gòu)復(fù)雜并不能起到防止支架下滑的作用 這種方式對(duì)支架 與運(yùn)輸機(jī)的配套性不做要求 浮動(dòng)活塞式 它可以使移架大于推溜力 推溜 活塞進(jìn)液 由于活塞空套在活塞柑 上 活塞推到前方后 活塞桿推溜 同于活塞面積小 所以推溜力小 移架 活塞桿腔 進(jìn)液 缸體前移而移架 左腔壞形面積大于活塞桿面積 所以移架力大于推溜力 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 通過幾以上幾種類比 推移裝置進(jìn)行比較 本設(shè)計(jì)選取浮動(dòng)活塞式為推移裝置 3 9 3 推移裝置有關(guān)參數(shù)確定 推移步距 本設(shè)計(jì)采用移架后推溜的及時(shí)支護(hù)方式 所選采煤機(jī)截深為 650mm 因此推移步距為 650mm 推移千斤頂行程 推移千斤頂行程與推移步距有關(guān) 當(dāng)推移步距為 650mm 時(shí)選推移千斤頂?shù)男谐虨?700mm 推移千斤頂?shù)母左w內(nèi)徑 活塞桿的外徑的確定 缸體內(nèi)徑 活塞桿直徑按以下兩式得出 4 D 2 19 2 4dPFb且 d 2 20 式中 D 推移千斤頂缸體內(nèi)徑 mm d 推移千斤頂活塞桿直徑 mm 推移千斤頂移架力 KN 待求 且F 推移千斤頂推溜力 KN 待求 推移千斤頂處泵站來壓 P 29MpabPb 初選 200KN 100KN且 將 代入 2 20 得F 5 D 66 3mm2914 3 04 將 d 代入式 2 19 中得 D 66 3 114 8mm 2 將 D d 圓整取標(biāo)準(zhǔn)值 D 125mm d 70mm 推移千斤頂?shù)耐屏锪鸵萍芰?5 4 d 2 21 且FbP 2 4 D 2 22 將各已知數(shù)據(jù)代入式 2 21 2 22 3 14 4 70 29 111 61KN2 3 14 4 125 70 29 244 28KN且2 3 10 側(cè)護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)選擇及主要參數(shù)的確定 3 10 1 側(cè)護(hù)裝置的作用 1 消除相鄰支架掩護(hù)梁和頂梁間的間間隙 防止冒落矸石進(jìn)入支護(hù)空間 作為支架 移架的傾倒 2 防止支架的傾倒 3 調(diào)整支架間距 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 3 10 2 側(cè)護(hù)裝置結(jié)構(gòu)形式的確定 按側(cè)護(hù)板與掩護(hù)梁或頂梁上頂面的關(guān)系 側(cè)護(hù)板有以下幾種型式 上復(fù)式 如圖 2 16 所示 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 但活動(dòng)側(cè)護(hù)板特別是頂梁活動(dòng)側(cè)護(hù)板承載時(shí) 不能調(diào)節(jié) 且容易被大塊巖石壓住或卡住 埋伏式 如圖 2 16b 所示 頂梁或掩護(hù)梁的上面加焊幾條鋼板 使側(cè)護(hù)板的水平板面 比頂梁或掩護(hù)梁承載面低 它改善側(cè)護(hù)板的受力情況活動(dòng)側(cè)護(hù)板的設(shè)節(jié)性能 它的結(jié)構(gòu) 不復(fù)雜 目前頂梁側(cè)護(hù)板多采用這種型式 抽出式 如圖 2 16c 所示正常情況下 活動(dòng)測(cè)護(hù)板的調(diào)節(jié)性能較好 當(dāng)支架承受偏 載或窄槽內(nèi)堵塞粉塵時(shí) 調(diào)節(jié)也困難 它的結(jié)構(gòu)比比較復(fù)雜 a b c d 圖 2 13 側(cè)護(hù)板的結(jié)構(gòu)型式 4 折頁(yè)式如圖 2 13d 所示 活動(dòng)側(cè)護(hù)板的調(diào)節(jié)性能較好 不受支架承載的影響 但 它會(huì)造成架間三角帶 其中常填滿碎矸防塵效果差 3 10 3 側(cè)護(hù)裝置有參數(shù)確定 1 側(cè)護(hù)千斤頂行程 缸體內(nèi)徑 活塞桿直徑 通過類比取 側(cè)推千斤頂行程 L 170mm 側(cè)推千斤頂內(nèi)徑 D 63mm 側(cè)推千斤頂活塞桿直徑 d 40mm 2 側(cè)推千斤頂推拉力 側(cè)推千斤頂推拉力按以下式計(jì)算 6 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 b且PPD4 2 2 23 式中 側(cè)推千斤頂推力 KN 待求F P 側(cè)推千斤頂處泵站來壓 取 29Mpab 將名已知數(shù)據(jù)代入式 2 23 得 6 3 14 4 63 29 10 90 4KN且23 4 D d P b 式中 側(cè)推千斤頂拉力 KN 待求 將各已知數(shù)據(jù)代入式 2 24 得 6 3 14 4 63 40 29 10 53 95KN且P23 3 側(cè)護(hù)板主要尺寸的確定 a 頂梁側(cè)護(hù)板側(cè)向?qū)挾?頂梁測(cè)護(hù)板的側(cè)向?qū)挾纫?按支架升降高度和推移步距來確定 即 考慮到當(dāng)前一 架升起 另一架降柱時(shí) 要保證相鄰兩架間側(cè)護(hù)板不能脫離接觸 同時(shí)考慮到支架降柱 后要前移 為防止頂梁后部側(cè)護(hù)板脫離接觸 頂梁側(cè)護(hù)板后部要加寬 加寬長(zhǎng)度一般為 從頂梁后部起大于一個(gè)移架步距 b 掩護(hù)梁側(cè)護(hù)板側(cè)向?qū)挾?掩護(hù)梁側(cè)護(hù)板的側(cè)面寬度 主要考慮移架步距 一般比一個(gè)步距大 100mm 當(dāng)一個(gè) 架固定 另一架前移時(shí) 兩架之間能封閉 同時(shí)又考慮到降架前移時(shí) 原不動(dòng)的掩護(hù)梁 側(cè)護(hù)板下部不至脫開 所掩護(hù)梁下部要加寬 c 頂梁與掩護(hù)梁的側(cè)護(hù)板上部寬度與活動(dòng)側(cè)護(hù)板的行程有關(guān) 由兩臺(tái)相鄰支架的間 距離確定 本設(shè)計(jì)取頂梁和掩護(hù)梁測(cè)擴(kuò)板的上部寬度為 200mm d 頂梁和掩護(hù)梁的連接部位及側(cè)護(hù)板在此處的連接部位考慮可靠性的情況下 盡量 減小間隙 加強(qiáng)密封性 3 10 4 側(cè)護(hù)板活動(dòng)方式的確定 本設(shè)計(jì)選取側(cè)護(hù)板活動(dòng) 3 11 前梁千斤頂?shù)倪x擇及有關(guān)參數(shù)的確定 3 11 1 前梁千斤頂行程的確定 根據(jù)類比 本設(shè)計(jì)前梁千斤頂行程選取 140mm 3 11 2 缸體內(nèi)徑和活塞直徑 本設(shè)計(jì)內(nèi)徑 D 100mm 和活塞桿直徑 d 70mm 3 11 3 前梁千斤頂推拉力的確定 6 1 初撐力階段 b且PD 4 2 2 25 式中 Pb 取 32Mpa 代入 251 33KN 2 工作階段 7 2 26 b且P 4 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 2 27 b且PdDP 4 2 3 14 4 100 2 702 29 10 3 116 16kn KN b且dDP 4 2 3 14 4 29 10 3 277 77 KN 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 4 支架受力分析計(jì)算 4 1 液壓支架的支護(hù)性能與外載荷 液壓支架采煤工作面的作用是支護(hù)頂板 當(dāng)煤層被采動(dòng)后 頂板有壓力顯現(xiàn) 作用 在支架上的載荷大體可分為兩部分 其一是直接頂形式的壓力 Q1 其二是老頂形成的壓 力 Q2 如果直接頂比較完整 在荼面煤壁上面的直接頂呈懸壁 工作面煤壁上方的直接頂 已經(jīng)斷裂 則 Q1 由支架單獨(dú)承受在支架之后冒落 當(dāng)直接項(xiàng)在支架之后冒落時(shí) 老頂呈 懸臂狀態(tài) 由老頂形式的懸壁一端頂支承在直接頂垮落后的碎矸上 另一端則支承在支 架和煤壁上方直接頂上 并形成載荷 Q2 隨著煤壁的推進(jìn) 老頂懸露長(zhǎng)度加長(zhǎng) Q2 在增 加 當(dāng)老頂懸落達(dá)到一定長(zhǎng)度后 其自重使其斷裂 于是老頂懸露變短 Q2 降到最小值 在采煤工作面連續(xù)開采過程中 Q2 由小到大再由大到小 周而復(fù)始 液壓支架的結(jié)構(gòu)和支架液壓系統(tǒng)必須保證液壓支架液具有完全適應(yīng)頂板變化性能 采煤機(jī)采過一個(gè)截深之后 支架前移一個(gè)步距 此時(shí)頂板尚無下沉現(xiàn)象 支架以初撐力 支撐頂板 此后頂板開始下沉 破碎或斷裂 支架承載加大 直到立柱下腔壓力達(dá)到安 全閥調(diào)值 安全閥釋放 出現(xiàn)支架的 讓壓 現(xiàn)象 這時(shí)立柱以 工作阻力 支護(hù)頂板 具體工作征如圖 3 1 所示 圖 3 1 支架的工作特征曲線 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 支架頂梁與頂板有相對(duì)滑動(dòng)現(xiàn)象 支架僅受垂直于頂梁的力 還受平行頂梁 的力 為了設(shè)計(jì)方便 要對(duì)支架的載荷和支架本身進(jìn)行簡(jiǎn)化 現(xiàn)概述如下 1 把支架簡(jiǎn)化成一個(gè)平面桿系結(jié)構(gòu) 為了偏于安全 計(jì)算時(shí)把外載荷視為集中載荷 2 頂梁 底座與頂板被認(rèn)為均勻接觸 載荷沿支架長(zhǎng)度方向接線規(guī)律分布 沿寬度 方向均勻分布 3 通過分析和計(jì)算可知 掩護(hù)梁頂矸石的作用為只能使支架實(shí)際支護(hù)阻力降底 所 以在受力計(jì)算時(shí)不計(jì) 4 產(chǎn)生作用在頂梁水平力的原因有兩種 一種是由于支架讓壓回縮 頂梁運(yùn)動(dòng)軌跡 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 為近似雙紐線 頂梁與頂板在產(chǎn)生相對(duì)位移 頂板給予頂梁水平摩擦力 另一種是由于 支架有向煤壁傾倒可能時(shí) 受到水平摩擦力 5 按不同支護(hù)高度時(shí)各部件最大受力值進(jìn)行受力分析 4 2 支掩式支架的受力分析 當(dāng)支架撐牢在頂?shù)装逯g時(shí) 取整體某一部分為分離體 皆處于平衡狀態(tài) 據(jù)此 把支架化成平面矸系進(jìn)行受力和計(jì)算 圖 3 2 支掩式液壓支架整體受力 4 2 1 頂梁合力 Fn 及其作用點(diǎn)位置 1 首先取前梁為分離體進(jìn)行受力分析 如圖 3 3 所示 圖 3 3 前梁為分離體受力圖 求 a 點(diǎn)的內(nèi)力 Y aX 3 1 FmWcos kP 式中 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 X 前梁 a 梁點(diǎn)所受水平力 KN 待求a P 前梁千斤推力 P 314 16KNk k 前梁千斤頂水平傾角 0 0 頂梁千斤頂板摩擦系數(shù) 0 3 Fm 前梁千斤頂所受集中力 KN 3 2 FmYak sin Y 前梁點(diǎn)受垂直力 KN 待求a 7 3 3 21 hwLPF 式中 h 前梁千斤頂鉸接點(diǎn)距頂梁距離 取 330mm1 前后梁鉸點(diǎn)距頂梁距離 取 85mm2 前梁長(zhǎng)度 取 900mmL 2 取后梁為分離體進(jìn)行受力分析 如圖 3 4 所示 7 3 4 akbanb xBPpFx cossin2 3 5 21coyb 式中 后梁所受集中力 KN 待求b 后梁所集中力 KN 待求n 前排立柱的合力 2035 76 KN aPaP P 后排立柱的合力 P 2035 76 KN b b 的反作用力 K 的反作用力 aYX ba 后梁 b 點(diǎn)所受垂直力 KN 待求by 7 圖 3 4 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 由式 3 4 d 3 5 得 tg 3 6 bxy akban bxBppwFy cossin2121 x 3 7 nkaab Fhphlyhp l si ico 632642652 41546 式中 瞬心角 度 x 后梁集中力作用點(diǎn)與頂梁后端之距 mm 待求 h 掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn)與頂梁上表現(xiàn)之距 h 160mm6 6 前排立柱上鉸點(diǎn)與頂端后端之距 1350mm4l 4l 后排立柱上鉸點(diǎn)與頂梁后端之距 300mm5L 5L 前排立柱上鉸點(diǎn)與頂梁上表面之距 200mm 后排立柱上鉸點(diǎn)與頂梁上表面之距 200mmh h 前排立柱上鉸點(diǎn)與前后梁鉸點(diǎn)之距 800mm 2 2 4 2 2 前后連桿力 F 56 取掩護(hù)梁為分離體進(jìn)行受力分析 如圖 3 5 所示 8 3 8 4436sincoatgarxb 式中 F 后連桿力 KN 待求6 a 前連桿與水平面的夾角 度3 a 后連桿與水平的夾角 度4 的反作用力 bYX ba 8 3 9 3465sin aFYb 式中 F 前連桿力 KN 待求5 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 圖 3 5 掩護(hù)梁分離體受力 圖 3 6 底座分離體受力 4 2 3 底座合力大小及其作用點(diǎn)位置 取底座為分離體進(jìn)行受力分析 如圖 3 6 所示 8 3 1 91835983572 767291 sin coscos coin inFwhFLahaLaPpphpxbba 10 式中 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 底座集中力大小 KN 待求 1F F F 的反作用力 5 x 底座集中力距底座后端距離 mm 待求 L 前后立柱下鉸點(diǎn)之距 L 863mm 6 6 后排立柱下鉸點(diǎn)與底座后端之距 1050mm7 7L 前后連桿下鉸點(diǎn)小平距離 825mm8 8 前后立柱下鉸點(diǎn)距底座下平面之距 183mm h h 前連桿下鉸點(diǎn)距底座下平面之距 650mm 后連桿下鉸點(diǎn)距底座下平面之距 220mm9 9 的反作用力baP ba F 3 11 mn 1 將式 3 10 3 11 聯(lián)立可得 XF 1 4 2 4 頂梁載荷分布 由于頂梁與頂板接觸情況不同 載荷實(shí)際分布很復(fù)雜 一般情況下 前梁載荷分布 為三角形 后梁為梯形 為了計(jì)算方便 假設(shè)頂梁于頂板均勻接觸且載荷為線性分布 假設(shè)頂梁長(zhǎng)度為 頂板的集中載荷為 其作用點(diǎn)距頂梁后端為 gL1FX 1 當(dāng) Lg 3 時(shí) 載荷分布為三角形 如圖 3 7 所示 頂梁前端比壓為零 后端比壓 X 為 2q 8 10 3 12 mxBFq321 3 式中 頂梁后端比壓 mpa 待求2q B 頂梁寬度 Bm 1500mmm 2 當(dāng) Lg 3 X Lg 2 時(shí) 載荷呈梯形分布 如圖 3 8 所示 頂梁前端比壓 為 1q 8 10 3 13 mBxFq lg 26 1 3 式中 頂梁前端比壓 Mpa 待求1 頂梁后端比壓為 2q 321210lg 64 mBxLF 3 14 3 當(dāng) X Lg 2 時(shí) 載荷呈矩形分布 如圖 3 9 所示 頂梁前后端比壓相等 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 31 21q 為 9 3 15 32110 mBLgF 4 當(dāng) Lg 2 X 2Lg 3 時(shí) 載荷呈梯形分布 如圖 3 10 所示 頂梁前端比壓 1q 9 為 3 16 3210 lg 6 mBxFq 頂梁后端比壓為 9 321210 lg 64 mxLq 3 17 5 當(dāng) 2Lg 3 X 時(shí) 載荷呈三角形分布 如圖 3 11 所示 頂梁后端比壓為零 頂梁 前端比壓 為 1q 9 q 3 18 30 32 mBxLgF 4 2 5 支護(hù)強(qiáng)度計(jì)算 支護(hù)實(shí)際支護(hù)強(qiáng)度如下式計(jì)算 9 310 mBLgFq 3 19 式中 頂梁前端至煤壁的距離 mm Bm 支架支護(hù)寬度 支架間距 mm 其它符號(hào)意義同前 由于工作阻力和支護(hù)面積因支架支撐高度不同而異 故支護(hù)強(qiáng)度也是如此 支架實(shí) 際高度與理論支護(hù)強(qiáng)度的應(yīng)在 5 之間 4 2 6 底座平均接觸比壓 頂板對(duì)支架的巨大載荷經(jīng)由支架傳到底板 在支架底座與底板間具有一定比壓 1 底座平均接觸比壓 底座對(duì)底板的平均比壓按下式計(jì)算 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 32 3 20 310 ddbLRq 式中 dq 底座對(duì)底板平均比壓 Mpa R 底座對(duì)底板合力 與底座對(duì)底座合力 成作用力與反作用力 KN 1F L 底座長(zhǎng)度 mmd b 底座當(dāng)量寬度 mm 底座型式如圖 3 12 所示 以下式計(jì)算 9 b dLdhB 212 整理得 b ddhB 212 2 底座最大最小接觸比壓 假設(shè)底座對(duì)底板均勻接觸且載荷為線性分布 a 當(dāng) Lg 3 時(shí) 底座比壓呈三角形分布 如圖 3 13 所示 X 底座后端比壓為 3 22 dbxFq 325 310 式中 底座后端比壓 Mpa5 其它符號(hào)意義同前 b 當(dāng) Lg 3 Lg 2 時(shí) 底座比壓呈倒梯形分布 如圖 3 14 所示 X 底座前端比壓為 3 23 31410 26 dbLxFq 底座后端比壓為 3 24 3 21510 6 bdLxq 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 33 式中 底座前端比壓 Mpa4q c 當(dāng) Lg 2 2Lg 3 時(shí) 底座比壓呈正梯形分布 如圖 3 15 所示 X 底座前端比壓為 1 3 25 3140 6 2 bdLxFq 底座后端比壓為 3 26 321510 6 bdLxq d 當(dāng) 2Lg 3 時(shí) 底座比壓呈三角形分布 如圖 3 16 所示 X 底座前端比壓為 3 27 3410 32 dbxLFq 求出底座的最大比壓后 要與底板允許最大比壓進(jìn)行比較 底座最大比壓應(yīng)小于底板 允許比壓 圖 3 7 圖 3 8 圖 3 9 圖 3 10 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 34 4 2 7 支護(hù)效率 支護(hù)效率按下式進(jìn)行計(jì)算 3 28 PF1 式中 P 支架的名義工作阻力 KN 支護(hù)效率 其它符號(hào)意義同前 4 3 支架受力計(jì)算 4 3 1 原始數(shù)據(jù) a 不隨支護(hù)高度 H 而變的數(shù)據(jù)見表 3 1 注 表中 長(zhǎng)度單位 mm 面積單位為 m 為的單位為 KN2 表 3 1 P P K p aP bp 拉 P 推 h1h2h3h4h5h6h7h8h9 203 5 75 203 5 75 16 0 22 31 4 16 3 30 8 5 3 30 2 00 2 00 1 60 1 83 6 50 2 20 L 1L 2L3L4L5L6L7L8LhLdB B2A 900 800 20 0 13 50 3 00 8 63 1 050 8 25 2 150 2 370 1 500 1 200 4 8 b 隨著支護(hù)高度 H 而變化的數(shù)據(jù) 見表 3 2 H a 1a 2a 3a 4 1 3200 6 0 2 6 62 80 15 2 300 2 3670 6 76 3 15 55 72 1 5 278 3 3470 7 20 3 35 48 5 65 3 280 4 3270 7 60 3 47 42 2 58 2 4 7 287 5 3070 8 00 3 54 36 8 52 7 3 295 6 2150 8 64 3 76 31 47 5 0 2 300 注表 3 2 中數(shù)據(jù)在根據(jù)圖 3 18 中量取得到的 圖 3 18 比例為 1 10 4 3 2 不同支護(hù)高度時(shí) 各參數(shù)的計(jì)算 1 支護(hù)高度 H 3200 時(shí) 各參數(shù)年的計(jì)算 計(jì)算中 前梁千斤頂?shù)淖饔昧?Pk 取工作陰力時(shí)的推力 Pk 314 6KN 頂梁與頂板之間 底座一底板之間的磨擦系數(shù) W 均取 w 0 3 頂梁所受集中力 F 由式 3 3 得 1 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 35 Fm KN01 853 09614 由式 3 1 得 x P F W 314 16 88 01 0 3 287 76KNakm 由式 3 2 1 y 314 16 sin0 88 01 88 01KNa0 由式 3 6 得 Fn 314 16 2035 75 sin6 0 sin2 6 292 35 tg15 22 153 0tg 72 69 2035 75 cos6 0 cos2 6 994 54 KN 由式 3 4 得 x 4259 40 0 3 2035 75 sin6 0 sin2 6 314 16 cos0 292 35b 994 54 KN 由式 3 5 得 1 y 4259 60 72 69 2035 75 cos6 cos2 6 b 273 94 KN 由 F F F1nm 4259 60 88 01 4347 61 KN 由式 3 7 得 1 X 4259 60 0 3 160 2035 75 cos6 0 1350 2035 75 cos2 6 30060 4259 2035 75 sin6 200 160 2035 75 sin2 6 200 160 88 01 800 1350 287 76 160 85 314 16 330 160 769 96 mm 由式 3 8 得 F 3221 119 KN 6 0008sinco294