中文題目：低位放頂煤液壓支架總體設計外文題目：THE OVERALL DESIGN OF LOW CAVING COAL HYDRAULIC SUPPORT 畢業(yè)設計（設計）共 78 頁（其中：外文文獻及譯文 28 頁）圖紙共 4 張I摘要高產高效已是當今煤礦生產追求的目標，而高可靠性放頂煤液壓支架的研制是高產高效目標能否實現的關鍵之一，采煤綜合機械化，是加速我國煤炭工業(yè)發(fā)展，大幅度提高勞動生產率，實現煤炭工業(yè)現代化的一項戰(zhàn)略措施。放頂煤液壓支架是綜合機械化綜采工作面不可缺少的支護設備之一，其性能的好壞直接影響采煤工作面以及工作人員的安全。本設計介紹了低位放頂煤液壓支架的結構、類型、工作原理，對低位放頂煤液壓支架作了詳盡的分析和介紹，講述了這種支架的設計方案和用途。通過對現有低位放頂煤液壓支架的分析，優(yōu)勢對比，設計出適合的結構形式，最后對立柱，頂梁，掩護梁和底座進行了強度校核計算。關鍵詞：放頂煤；液壓支架；支護 IIABSTRACTFor the reason of the manufacture of high dependability dropping top coal hydraulic powered support is one key of whether the high yield and high efficiency-which is the collieries pursue today-can achieve, The comprehensive mechanization of coal mining is the acceleration coal industrial development of our country , raises labor productivity substantially, realizes the modern a strategic measure of coal industry. The caving hydraulic support is one of the most indispensable support equipment in the full mechanization coal mining face. Its performance will impact the safety of the comprehensive mechanization coal mining face and the staff.This paper has introduced requirement, type, working principle, characteristic, purpose and the structure of laying down top coal hydraulic support, for screening type Low caving coal hydraulic support have made detailed analysis and introduction, have narrated use and the scheme of this kind of support. Through the existing low-level caving hydraulic support analysis, advantages compared to design a suitable structure , the last of columns , roof beams, beam shield , the base for the strength check calculation ,Key words ： laying down top coal ； hydraulic support ；support目錄1 緒論 .........................................................................................................................................11.1 低位放頂煤液壓支架簡介 ..........................................................................................11.1.1 研究現狀與發(fā)展趨勢 ...............................................................................................11.1.2 分類及特點 ..................................................................................................................11.2 液壓支架的工作原理 ....................................................................................................21.3 低位放頂煤液壓支架適的適用條件 ........................................................................31.4 設計任務 ...........................................................................................................................32 低位放頂煤液壓支架結構參數設計 ............................................................................42.1 低位放頂煤液壓支架架型的選擇 ............................................................................42.2 液壓支架主要結構參數和形式的確定 ...................................................................42.2.1 支架的高度和支架的伸縮比 ................................................................................42.2.2 支架間距和寬度的確定 ..........................................................................................52.2.3 梁端距和頂梁長度的確定 ......................................................................................62.2.4 立柱和千斤頂的確定 ...............................................................................................72.2.5 通風斷面的計算 ......................................................................................................112.3 四連桿機構的確定 ......................................................................................................122.3.1 四連桿機構的幾何特征 ........................................................................................122.3.2 四連桿機構的幾何作圖法 ....................................................................................132.4 底座長度確定 ................................................................................................................172.5 液壓支架性能參數的確定 ........................................................................................172.6 各部件結構選擇 ...........................................................................................................172.6.1 頂梁 ..............................................................................................................................172.6.2 立柱 ..............................................................................................................................182.6.3 底座 ..............................................................................................................................192.6.4 側護板 .........................................................................................................................192.6.5 千斤頂 .........................................................................................................................203 液壓支架的強度受力分析及強度校核 ......................................................................213.1 液壓支架的受力分析與計算 ....................................................................................213.1.1 支架整體受力分析 ..................................................................................................223.1.2 頂梁的受力分析與計算 ........................................................................................233.1.3 掩護梁的受力分析與計算 ....................................................................................253.1.4 底座的受力分析與計算 ........................................................................................273.2 頂梁載荷分布 ................................................................................................................283.3 底座接觸比壓 ................................................................................................................293.4 液壓支架的強度計算 ..................................................................................................313.4.1 強度條件 ....................................................................................................................313.4.2 主頂梁強度校核 ......................................................................................................333.4.3 底座強度校核 ...........................................................................................................383.4.4 掩護梁的強度校核 ..................................................................................................424 液壓支架的液壓系統(tǒng) ......................................................................................................475 結論 .......................................................................................................................................48致謝 ..............................................................................................................................................49參考文獻 .....................................................................................................................................50附錄 A...........................................................................................................................................51附錄 B...........................................................................................................................................6311 緒論對于放頂煤技術，在我國已經普遍存在，而且得到用戶的親賴。它的誕生，使得煤炭開采變得多樣化，特殊煤層的開采變得簡單有效，從經濟效率上得到大大的改善。而放頂煤技術必須配套有相應的放頂煤液壓支架。本文主要對低位放頂煤液壓支架進行進行介紹和設計。1.1 低位放頂煤液壓支架簡介1.1.1 研究現狀與發(fā)展趨勢世 界 上 生 產 并 且 應 用 放 頂 煤 液 壓 支 架 的 要 屬 法 國 ， 放 頂 煤 液 壓 支 架 的 出 現 在 特厚 煤 層 的 開 采 上 有 著 很 重 要 的 意 義 。 在 放 頂 煤 液 壓 支 架 的 研 究 上 ， 我 國 起 步 比 較 晚 ，開 始 于 20 世 紀 80 年 代 初 期 ， 為 了 在 開 采 過 程 中 適 應 不 同 的 環(huán) 境 ， 研 制 出 了 高 、 中 、低 位 三 種 放 頂 煤 液 壓 支 架 。 我 國 生 產 的 低 位 放 頂 煤 液 壓 支 架 有 FY400—14/28 型 、FY280—14/28 型 和 SFZ300—15/30 型 。目前，液壓支架的設計研究已經達到一定的高度，主要體現在：（1）計算機模擬試驗。就是建立液壓支架有限元模型，開發(fā)出仿真軟件，使得液壓支架的研究分析更加的科學與經濟。（2）輔助設計(CAD)得到了較大的發(fā)展。目前，已經建立比較完整的關于液壓支架的數據庫。有了以上的進展，液壓支架的發(fā)展方向就比較明確。例如，液壓支架的智能化設計；支架的自動化控制；參數的優(yōu)化設計；新型材料的設計等。1.1.2 分類及特點所謂的低位放頂煤液壓支架就是在掩護梁或者尾梁上設計一個可伸縮的插板用來控制放煤，也就是放煤口，而在底座上配套雙輸送機，一個用來輸送采煤機的開采運煤，一個用來輸送插板的放煤運煤。按四連桿機構的位置不同，可以將其分為中四連桿和后四連桿低位放頂煤液壓支架。其特點如下：（1）中四連桿低位放頂煤液壓支架中四連桿結構就是四連桿與頂梁連接，設計一個千斤頂控制掩護梁擺動。其特點是工作空間大、垂直方向的穩(wěn)定性提高、放煤口大且放煤位置低、煤塵較小、回收率較大。但是這類支架的相對穩(wěn)定性比較低，承受側向力的能力比較差。（b）后四連桿低位放頂煤液壓支架2這類支架架型與四柱式支撐掩護式液壓支架比較類似如圖 1-2 所示，前連桿用 Y型，后連桿用 I 型，四連桿與掩護梁連接，其放煤口的選擇是在掩護梁上鉸接一個尾梁，尾梁上設計一個可以伸縮的插板用來控制放煤，既為放煤口。其特點不僅擁有前四連桿的大部分優(yōu)點以外，還具備承載能力好，控制方便，結構比較穩(wěn)定。1—立柱 2—底座 3—頂梁 4—掩護梁 5—伸縮放煤板 6—尾梁7—前四連桿 8—后四連桿 9—尾梁千斤頂 10—放煤板千斤頂圖 1-1 低位放頂煤液壓支架組成示意圖Fig 1-1 Low Caving hydraulic support consisting of a schematic1.2 液壓支架的工作原理 PO1293456178201-頂梁；2-立柱；3-底座；4-推移千斤頂；5-安全閥；6-液控單向閥；7、8-操縱閥；9-輸送機；10-乳化液泵；11-主供液管；12-主回液管圖1-2 液壓支架基本工作原理圖Fig1-2 The basic operating principle of hydraulic support升柱：將操縱閥 8 置于升柱位置，高壓液體經過操縱閥 8 與單向閥 6 進入立柱 23的下缸，使得上缸回液，活塞向上移動使得支架升起支撐頂板。降柱：將操縱閥 8 置于降柱位置，高壓液體經過操縱閥 8 進入立柱 2 的上缸，使得下缸回液，活塞縮回使得支架下降脫離頂板。推移：首先讓支架空載下降，然后將操縱閥 7 置于移架位置，高壓液體流入千斤頂 4 的前缸使其壓力上升，活塞桿不動，缸體移動使得支架前移，而推溜時與其相反。1.3 低位放頂煤液壓支架適的適用條件（1）煤需要三個月以上的自燃發(fā)火期，在煤自燃之前完成一個采面的開采并創(chuàng)造隔絕密封環(huán)境。（2）煤層節(jié)理要發(fā)育，易破碎冒落，便于放煤。（3）頂板條件應為“破碎頂板”或“中等穩(wěn)定頂板” 。（4）煤層傾角應小于 150。（6）綜采工作面的長度以一般在 80 至 100m 之間。（7）煤層厚度在 8 至 12m 時，可以選用低位放頂煤液壓支架中的支撐掩護式。1.4 設計任務本次設計的是低位放頂煤液壓支架總體設計，既對低位放頂煤液壓支架的整體結構和尺寸的設計計算，以及各主要部件的選擇、受力分析和強度校核。本次設計參數如下：頂板條件：老頂 Ⅲ級直接頂 2 類最大采高：3 m最小采高：2.5 m工作阻力：15000kN適應煤層傾角： dnmLd92375?所以，底座呈梯形比壓分布 ad MPbLnFq 128.41402975)6(14)64(321 ????? adbnq 139.1402975)756(134)6(215 ??????3.4 液壓支架的強度計算液壓支架的頂梁、底座等部件都屬于箱體式焊接結構件，它們的強度都取決于液壓支架工作阻力和鋼板及焊接的許用應力。為了保證它們具有足夠的強度，就必須根據力學原理進行強度校核。333.4.1 強度條件下面簡單介紹我國液壓支架強度計算中的強度條件：1 強度校核均以材料的屈服極限 計算安全系數。s2 結構件、銷軸、活塞桿的屈服極限及強度條件：（1）各結構件通常采用 15MnVN 等普通低合金結構鋼，并由具有保證厚度的鋼板焊接而成，按手冊中的屈服極限取值。（2）主要銷軸均采用 CrMo 或 40Cr 等合金結構鋼，按手冊中的屈服極限取值。（3）活塞桿均采用 45 號鋼，取屈服極限 。MPas=367.2（4）結構件、銷軸和活塞桿的強度條件為：（3－23）max[]sn=3式中—危險斷面計算出的最大應力，MPa；smax—許用安全系數。[]n3 缸體材料采用 27SiMn 無縫鋼管，取抗拉強度 ，強度條件為：MPas=102b[]bns=3（3－24）式中—缸體許用應力，MPa；s[]—許用安全系數，取 3.5～4。n4 焊條抗拉強度取 ，其強度條件為：MPas=561b[]bn3（3－25）式中 —計算出的焊縫許用應力；s—按焊條類型來定。b345 許用擠壓應力按下式計算：s=[]0.75cs（3－26）6 安全系數安全系數如表 3－5 所示表 3－5 安全系數表Tab 3-5 Safety factor table安全系數 前梁 頂梁 底座 掩護梁 前連桿 后連桿[]n1.1 1.1 1.1 1.3 1.3 1.3安全系數 主要軸 缸體 焊縫 活塞桿[]n1.3 3.3～4 3.3～4 >1.43.4.2 主頂梁強度校核按理論支護阻力在主頂梁的最危險截面處，對主頂梁進行校核。主頂梁的強度校核步驟如下：1.畫出主頂梁受力圖、剪力圖和彎矩圖，如圖 3-9 所示2.求各點的剪力和彎矩 KNyxKNPKNF Pyx bbbybxn ayaxkykxaa 659,283,49,87,1063 ,4981,43.2.1224 ???? ?????（1） 剪力：（從右向左取，向上力為負，向下力為正） 。對各點左右剪力計算如下：A 點： 659bQy??左B 點： 46598BAbyBQKNP??? ?? ??? ?右 左左 右35C 點： 56810349CBncQKNF??? ?? ???? ?右 左左 右D 點： -8526DayP??右 左左 右E 點：263.1.kyKNQ??? ?? ?? ????? ?E右 左左 右F 點： -2.60a????F右 左左 右（2）彎矩：從 A 點向 C 點取矩（從右向左取，逆時針為正）A 點： 230835bMxNm?????左B 點： y62065912480147BAbxP??????? ?? ?? ?右 左左 右C 點： 85373529bbyCCPNm???右 左 左 右從 F 點向 D 點取矩（從左向右取，順時針為正）F 點： 16840aMx???右E 點： a253y92531.40797253kxPNm? ????????? ?? ???? ?E左 F右右 左D 點： 408285254360146akyDFaxDP???? ?? ?左 右右 左36圖 3-9 主頂梁受力圖、剪力圖和彎矩圖Fig 3-9 By trying the main roof beam, shear and bending moment diagram所以危險截面為 C-C 截面最大彎矩 max31529MN??3.按彎曲應力進行強度校核由計算得知，按彎壓聯合作用計算，不如按最大彎曲應力計算應力大。為安全計，在 C-C 截面（如圖 3-12）采用最大彎曲應力進行校核。計算截面積 及截面形心至 A-A 面的距離 。Fy首先對每塊鋼板編號，把位置狀態(tài)相同和截面積相同的鋼板編成 1 個號，再計算截面積 ，最后計算截面形心距t tY)m(250384221=×=′LF)(y )(622′37)m(402321=+=Xy′圖 3－10 C-C 截面Fig 3-10 C-C-section )m(3402154253=×=XHF )(5.173123 =++y()[]()[]2300522314 ×=×= )m(4612XHXy )(76460235LF )(3015032312 =+×=+=y()[]()[])m(6252416× XHFm(304=y)(602217L )(51042385035142 =+×=+ XHXy )m(2032548×=LF )m(475203825418 =+×=+X HXy38)m(201259=×=XLF)(7y)(52310Hm800210 =+=Xy則：∑ /∑yiFi 10987654321 y FyFy yy ?／ =204 mm）1098765每個零件中心到截面形心的距離 為：ia－ ＝204－15=189 （mm）y=11－ ＝204－40=164 （mm）22－ ＝204－177.5=26.5 （mm）ya 33－ ＝204－300=－96 （mm）=44－ ＝204－300=－96 （mm）y55－ ＝204－300=－96 （mm）a66－ ＝204－510=－306 （mm）y=77－ ＝204－475= －271 （mm） 88－ ＝204－510= －306 （mm）ya99－ ＝204－280=－76 （mm）=1010計算截面中心主慣性矩 ziJ矩形截面的慣性矩為：39123bhJzc?式中—截面寬度；b—截面高度。h計算每個零件對截面形心的慣性矩 ：ziJ(mm4)9025182304122123 =×+=+=FaxLJz(mm4)1736)4(623232z′(mm4)806)5.(10414 233353 =×+×=+=FaHJz′(mm4)() 21359)96(62234234 X z′(mm4)6070)(101235355 =×+×=+×=FaLJz′(mm4)() 798515)96(54622326346XHz′(mm4)1800)(101237347 =×+×=+= FaLJz′(mm4)9723)7(24223823548z′(mm4)1860)6(1012392359 =×+×=+=FaLJz′(mm4)7250)7(5223102310 Hz′ 1098765431 Zzzzzzz JJJJ ????＝3906609560 (mm 4)40計算彎曲應力： ??azz MP yhJyJM2630453390612)(maxaxmax ?????計算安全系數： 7.12634max?sn對比安全系數表 5-1，> =1.1n][所以主頂梁強度合格。3.4.3 底座強度校核1.畫出底座受力圖、剪力圖和彎矩圖，如圖 3-11 所示2.求各點的剪力和彎矩 KNRFKNRRPPKNyx bybxaa 2176,9513,2643,7.2834 ,49879161 ?????（1） 剪力：（從右向左取，向上力為負，向下力為正） 。對各點左右剪力計算如下：A 點： 2176Q?左B 點： 21769533BABQKNF?? ?? ??????? ?右 左左 右C 點： 12647980CByccR?右 左左 右D 點： 4980491DCbyQKNP??? ?? ???? ?右 左左 右E 點： 1ayDE右 左左 右（2）彎矩：從 A 點向 C 點取矩（從右向左取，逆時針為正）41A 點： 0AM?左B 點： 2591765034BBRNm?????? ?? ?? ?右 左 右C 點： 2163291523645-4583.7-=-04.CxCFN???????????右左 右從 E 點向 D 取矩（從左向右取，順時針為正） PaxyPbyxR1xF＇ W＇ R2R2F＇＇ WR1xyPbxayPx2176KN-4981KN-980KN-37KN139520Nm-84-90436.5Nm-23165Nm-0314Nm382圖 3-11 底座受力圖、剪力圖和彎矩圖Fig 3-11 Base by trying, shear and bending moment diagramE 點： 32043619520axEMPN????右D 點： 7978381043725ybxD Nm???????? ?? ??? ?左 右右 左所以危險截面為 C-C 截面最大彎矩 max90436.5Nm??42圖 3－12 C-C 截面Fig 3-12 C-C-section )m(136028221=×=′LF)(0Xy )m(93108214.360821 222 =× R Hà)m(12122 =×=Xy()[] )(2760346023 ×HF′(502y )(721234 =×=′m4036244 Hy則：∑ /∑=yiFi= ／ =150 4321yy4321F（mm）43每個零件中心到截面形心的距離 為：ia－ ＝150－10=145 （mm）y=11－ ＝150－120=30 （mm）22－ ＝150－250=－100 （mm）ya ?33－ ＝150－420=－270 （mm）=44計算截面中心主慣性矩 ,矩形截面的慣性矩為：ziJ123bhzc式中—截面寬度；b—截面高度。h計算每個零件對截面形心的慣性矩 ：ziJ(mm4)28613045120681223123 ????????FaxLJz() 9310)(4.64 2232 ×+×=+= aD Hz à′(mm4)3796?(mm4)( 27806)10(231223233 =×+×=+=FaXJz′(mm4)57)(10434 Hz′=1327733332(mm4)4321zzzz JJ+=計算彎曲應力：(MPa)??23815013275.906)(32maxaxmax ????? yhJMyJzz?計算安全系數：449.1238450max??sn對比安全系數表 3-5，> =1.1 所以底座強度合格。n][3.4.4 掩護梁的強度校核掩護梁的受力如圖 3－13 所示。 obθY′ α2R13Rh8Xb′L7圖 3-13 掩護梁受力分析Fig 3-13 Shield Beam Stress Analysis把所有力向掩護梁上投影則成圖 3－14。 0P8x'L1yF6x'5yax'2圖 3－14 掩護梁投影圖Fig3-14 Shield Beam ProjectionKNyb 305cos6950cos1 ???x1822845KNRx 18250cos7.283450cos1 ???y 696cscs002?1.畫出頂梁受力圖、剪力圖和彎矩圖，如圖 3－15 所示b1＇x＇ R1y＇x＇ 2＇-139KN159723Nm21645Nm30K圖 3-15 底座受力圖、剪力圖和彎矩圖Fig 3-15 Base by trying, shear and bending moment diagram2.求各點的剪力和彎矩 KNRKNRyKNx yxbb 2176,2643,7.2834,659,283 11 ??????（1） 剪力：（從右向左取，向上力為負，向下力為正）A 點： Q32??左B 點： ??????????KNRByBA301961右左 左右C 點： ??301bcCQ右左 左右（2）彎矩：從 A 點向 D 點取矩（從右向左取，逆時針為正）A 點： ?左M46B 點： ???????????mNMBB216453297R1542右左右C 點： ???CyC978032右左右所以危險截面為 B-B 截面最大彎矩 ??N216453max 02438圖 3－16 B-B 截面Fig 3-16 B-B sectional)m(280142=×F)y([])(61459722 × )(30=y([])m(7223×F)(5297y360124=)(970 ym5225×F)(3y=則：∑ /∑iFi= ／ =335mm54321 y Fyy 54321 F47每個零件中心到截面形心的距離 為：ia－ ＝335－10=325 （mm）y=11－ ＝335－305=30 （mm）22－ ＝335－305=30 （mm）ya 33－ ＝335－690=－355 （mm）=44－ ＝335－350= －15 （mm）y 55計算截面中心主慣性矩 ziJ矩形截面的慣性矩為： 123bhJzc=式中—截面寬度；b—截面高度。h計算每個零件對截面形心的慣性矩 ：ziJ(mm4)295830325104=×+=zJ(mm4)()619722 z 07(mm4)73010423 =+×=Jz(mm4)46503529234z(mm4)8917070235 =+×=zJ=7699079707(mm4)54321zzzz J計算彎曲應力：48σ (MPa)103)57(769012453maxmax ??? yJMz計算安全系數： maxsn??4.1035對比安全系數表 3-5，> =1.3n][所以掩護梁強度合格。4 液壓支架的液壓系統(tǒng)支架的液壓傳動系統(tǒng)也是液壓支架重要的部分，它的設計與研究能夠使得支架的動作快速、便捷、以及安全運行。在支架的傳動系統(tǒng)設計上，應該考慮沒有爆炸危險，49而且不要影響煤塵的清理空間，同時還要能夠傳遞較大的能量和承載較大的載荷。液壓系統(tǒng)的動力源是乳化泵液，配合各種執(zhí)行元件、控制元件和回路一同來完成各種動作和實現各種作業(yè)。液壓系統(tǒng)的每個回路相對獨立，這樣就使得檢修維護比較方便，如果有支架發(fā)生故障，關閉閥體即可，不會影響別的支架作業(yè)，這樣使得效率大大提高，滿足經濟效率要求。支架液壓原理圖如圖 4-1 所示：圖 4-1 液壓支架液壓原理圖Fig 4-1 hydraulic support hydraulic schematics本支架的液壓系統(tǒng)，由乳化液泵站，主進，主回液膠管，各種液壓元件，立柱及各種千斤頂等組成。液壓系統(tǒng)原理：本支架操作方式采用鄰架操作控制，使用快速接頭拆裝方便，性能可靠。其中立柱系統(tǒng)采用多柱控制回路，而千斤頂系統(tǒng)由于安裝位置與作用各不相同，所以選用的系統(tǒng)形式具體分析。在使用乳化液時應該注意定期檢查其濃度，濃度對成本液壓元件的影響比較大，同時還應防止乳化液被污染，應該定期的進行清理，最后還要注意防凍，其凝固點比較低，所以要引起重視。5 結論低位放頂煤液壓支架在采煤工藝中已經得到普遍的使用，它對推動采煤工藝的發(fā)展起到了一定的影響，其特點比較顯著，而且工作效率與經濟效率上也比較優(yōu)越，此50類支架生產以來就一直收到用戶的親賴。本次設計的專題是低位放頂煤液壓支架總體設計，在設計過程中，發(fā)現目前液壓支架的設計已經成為系列化，架型結構基本相似，而且沒有什么特別突出的特點。在新型的架型結構研發(fā)上，處于緩慢進行。低位放頂煤液壓支架古典形式是前四連桿結構，在這次設計中，我做一些調整與探索，采用支掩式為基本架型，加強四連桿的連接，后部輸送機與推移千斤頂之間添加短推桿。此次調整增加了支架的強度，減少對支架的損壞；后部輸送空間增大并且破煤能力增強，但是支架的重量有所增加。本次設計還存在許多不足之處，在材料的選取上明顯不到位，由于資歷的淺顯與知識儲量的不足，在有限元分析與優(yōu)化上有著明顯的欠缺。51致謝本次設計是在曹艷麗老師的精心指導和悉心關懷下完成的。曹老師態(tài)度和藹、學識淵博、有問必答，而且比較細心。在設計過程中，老師督促我們認真的完成設計，不厭其煩的答疑解惑，嚴謹負責的治學態(tài)度不僅促使我更加認真地對待畢業(yè)設計，同時對我以后的工作態(tài)度也有積極影響。值此畢業(yè)設計完成之際，謹向曹老師表以衷心的感謝，并致以崇高的敬意！在畢業(yè)來臨之際，衷心的感謝學校的培養(yǎng)，任課老師的教導。最后，非常感謝各位老師評閱本次設計，由于作者水平有限，在進行設計的過程當中，難免有疏漏甚至錯誤之處，懇請各位老師批評指正。參考文獻[1]陳慶祿，朱銀昌.煤礦液壓支架設計·監(jiān)測·試驗·使用與維修[M].內蒙古：內蒙古科學技術出版社，1999.[2]丁紹南.液壓支架設計[M].北京：世界圖書出版公司，1992.[3]趙宏珠.綜采面礦壓與液壓支架設計[M]. 中國礦業(yè)學院出版社，1987. 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Hydraulic support design for mine coal[J].Internationnal Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts. 1980,17(4):70-71.附錄 A液壓支架的最優(yōu)化設計摘 要本文介紹了從兩組不同參數的采礦工程所使用的液壓支架中選優(yōu)的流程。這種流程建立在一定的數學模型之上。53第一步，尋找四連桿機構的最理想的結構參數以便確保支架的理想的運動軌跡有最小的橫向位移。第二步，計算出四連桿有最理想的參數時的最大誤差，以便得出最理想的、最滿意的液壓支架。關鍵詞：四連桿機構； 優(yōu)化設計； 精確設計； 模糊設計； 誤差 1.前言設計者的目的時尋找機械系統(tǒng)的最優(yōu)設計。導致的結果是一個系統(tǒng)所選擇的參數是最優(yōu)的。一個數學函數伴隨著一個合適的系統(tǒng)的數學模型的出現而出現。當然這數學函數建立在這種類型的系統(tǒng)上。有了這種數學函數模型，加上一臺好的計算機的支持，一定能找出系統(tǒng)最優(yōu)的參數。Harl 描述的液壓支架是斯洛文尼亞的 Velenje 礦場的采煤設備的一個組成部分，它用來支護采煤工作面的巷道。它由兩組四連桿機構組成，如圖 2 所示.四連桿機構AEDB 控制絞結點 C 的運動軌跡，四連桿機構 FEDG 通過液壓泵來驅動液壓支架。圖 2 中，支架的運動，確切的說，支架上絞結點 C 點豎向的雙紐線的運動軌跡要求橫向位移最小。如果不是這種情況，液壓支架將不能很好的工作，因為支架工作在運動的地層上。圖 2 液壓支架實驗室測試了一液壓支架的原型。支架表現出大的雙紐線位移，這種雙紐線位移的方式回見少支架的承受能力。因此，重新設計很有必要。如果允許的話，這會減少支架的承受能力。因此，重新設計很有必要。如果允許的話，這種設計還可以在最少的成本上下文章。它能決定去怎樣尋找最主要的54圖 2 兩四連桿機構四連桿機構數學模型 AEDB 的最有問題的參數 。否則的話這將有必要在最421,a小的機構 AEDB 改變這種設計方案。上面所羅列出的所有問題的解決方案將告訴我們關于最理想的液壓支架的答案。真正的答案將是不同的，因為系統(tǒng)有各種不同的參數的誤差，那就是為什么在數學模型的幫助下，參數 允許的最大的誤差將被計算出來。421,a2.液壓支架的確定性模型首先，有必要進一步研究適當的液壓支架的機械模型。它有可能建立在下面所列假設之上：（1）連接體是剛性的，（2）單個獨立的連接體的運動是相對緩慢的.液壓支架是只有一個方向自由度的機械裝置。它的運動學規(guī)律可以通過同步的兩個四連桿機構 FEDG 和 AEDB 的運動來模擬。最主要的四連桿機構對液壓支架的運動規(guī)律有決定性的影響。機構 2 只是被用來通過液壓泵來驅動液壓支架。絞結點 C 的運動軌跡 L 可以很好地來描述液壓支架的運動規(guī)律。因此，設計任務就是通過使點 C的軌跡盡可能地接近軌跡 K 來找到機構 1 的最理想的連接長度值。四連桿機構 1 的綜合可以通過 Rao 和 Dukkipati 給出運動的運動學方程式的幫助來完成。在水壓機等液壓元件中，空穴或氣穴意味著，在低壓區(qū)液壓液體會出有空腔或氣泡形成以及崩潰在高壓地區(qū)，這將導致噪聲，振動，這將會降低效率。空蝕對泵的使用是極為不利的，55這是因為倒塌形成的沖擊波可能像炸彈一樣足以損壞元件。當其壓力過低或溫度過高時，液壓油會蒸發(fā)。在實踐中，許多方法大多用于處理這些問題，比如：（1）提高油箱中的液位高度，（2 油箱加壓，（3）提高泵的進口壓力，（4）降低泵內流體的溫度，（5）特意設計的柱塞泵本身，對其結構進行優(yōu)化設計。在液壓機設計中的氣蝕現象，許多研究成果已取得一定的成果。在柱塞泵中，氣蝕主要可以分為兩種類型：一是與困油現象有關（這種現象可通過適當的設計配流盤來阻止困油現象的發(fā)生）和所觀察到的層上收縮或擴大后的流動通道(由于旋轉設計所造成的)。在這項研究中處理氣蝕和測量氣缸壓力之間的關系。Edge and Darling 報道了關于軸向柱塞泵內的氣缸壓力的實驗研究。其中包括流體勢效應和氣蝕在氣缸內高速度和高負荷條件的預測。另一項研究概述了液壓流體影響進氣條件和汽蝕潛力的觀點。它表明,物理屬性(如蒸汽壓力、粘度、密度和體積彈性模量)對適當地評估影響潤滑和氣蝕是至關重要的。一個相似的氣蝕模型在熱力學性質液體和蒸汽基礎上的用來理解了基本的物理現象的質量流量減少和波動產生影響的液壓工具和噴射系統(tǒng)。Dular et al 開發(fā)了一套專業(yè)系統(tǒng)用它來監(jiān)測和控制的液壓機械和調查氣蝕的可能性通過使用運用計算流體動力學(CFD)工具。通過一個簡單的單翼配置在一個空化隧道，氣蝕侵蝕作用已經被測量和驗證。它假定了嚴重侵蝕經常是由于一個主要的空穴飛轉的漩渦重復的崩潰所產生的。然后,在汽蝕強度通過一套簡單流參數可能擴大: 上游速度 ,空腔長度和壓力。一個新的空蝕裝置,稱為漩渦汽蝕生成器,介紹了各種侵蝕情況。更多的先前的研究已經被集中在閥板的設計,在軸向柱塞泵中活塞和泵壓動力學與空穴現象相關聯?？刂企w積的方法和瞬時流(泄漏)正在深刻地研究中。Berta et al 采用有限體積的概念發(fā)展了一個數學模型，壓力平衡槽的形式已經被效仿和氣態(tài)的汽蝕被認為是在一個簡化的方式。一種改進的模型已經被提出且實驗驗證了其結果。該模型可以分析氣缸壓力和流量的漣漪影響壓力平衡槽的設計。四種不同的數值模型的重點是液壓液體的特點,考慮到空穴以不同的方法協(xié)助減少流量振蕩。柱塞泵發(fā)展的經驗表明,優(yōu)化的空穴現象應當包括下列問題: 發(fā)生氣蝕和空氣釋放、泵聲學引起的噪聲誘導、最大振幅的壓力波動,轉動力矩進展等。然而,這項研究的目的是修改配流盤的設計來防止氣蝕造成侵蝕蒸汽或空氣泡沫崩潰的墻壁上的軸向泵組件。與文學研究相反，這項研究主要集中在配流盤的幾何形狀和氣蝕分析之間的關系的發(fā)展。此優(yōu)化方法應用于分析的壓力脈沖與活塞孔內飽和蒸汽壓。圖 3 描述了一般的情況。56圖 3 機械運動一般情況點 C 的軌跡 L 的方程式將在同一框架下被打印出來。點 C 的相對應的坐標 x 和 y隨著四連桿機構的獨有的參數 … 一起被打印出來。,21a6點 B 和 D 的坐標分別是xB=x - cos (1)5a?yB=y - sin (2)xD=x - cos( ) (3)6??yD=y - sin( ) (4)a?參數 … 也彼此相關,216xB2 +yB2= (5)(xD-α 1)2+ yD2= (6)4a把(1) － (4)代入（5）－（6）即可獲得支架的最終方程式(x- cos )2+ (y- sin )2- =0 (7)a?5?a[x- cos( )- ]2+[ y- sin( )]2- =0 (8)6??16??4a此方程式描述了計算參數 的理想值的最基本的數學模型。4,2.1 數學模型Haug 和 Arora 提議，系統(tǒng)的數學模型可以用下面形式的公式表示57min f(u,v),