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本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯 1 支撐掩護式液壓支架 中文摘要 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(chǎn)率，實現(xiàn)煤 炭工業(yè)現(xiàn)代化的一項戰(zhàn)略措施。綜合機械化不僅產(chǎn)量大，效率高，成本低，而且能 減輕笨重的體力勞動，改善作業(yè)環(huán)境，是煤炭工業(yè)技術(shù)的發(fā)展方向。液壓支架是綜 合機械化采煤方法中最重要的設(shè)備之一。 液壓支架主要包括以下幾個基本部分組成：頂梁，掩護梁和四連桿機構(gòu)，側(cè)護 板，底座，立柱，千斤頂。設(shè)計要遵從支護性能好、強度高、移架速度快、安全可 靠等原則。 在支撐掩護式液壓支架的設(shè)計過程中，四連桿機構(gòu)和底座結(jié)構(gòu)件的設(shè)計是重點。 本論文介紹了液壓支架的結(jié)構(gòu)，類型，工作原理，特點，目的及要求，對支撐掩護 式液壓支架作了詳盡的分析和介紹，講述了這種支架的方案和用途。另外，對液壓 支架的結(jié)構(gòu)性能、受力狀況和如何選型等進行了分析，同時介紹了液壓支架的使用、 維修和故障排除等問題。 關(guān)鍵詞：液壓支架 支護 四連桿機構(gòu) 底座 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯 2 ABSTRACT Hydraulic Support The comprehensive mechanization of coal mining is a strategic measure to the acceleration coal industrial development of our country , raise labor productivity substantially , realize the modern of coal industry. Synthesize mechanization not only output big, efficiency has low cost high and can alleviate heavy physical labor and improvement schoolwork environment, is the technology of coal industry develop direction. Hydraulic support is the one of comprehensive most important equipment in the mechanization method of coal mining. Hydraulic support major from some following basically partial compositions: Top beam, screens beam and 4 linkage mechanisms, side fender, base, prop. Design to follow protect performance good, strength is speed high, move rapid, safely reliable etc. principle. In the design course that the type of supports cover type, the design of 4 linkage mechanism ，base ，structural member is key. This paper has introduced requirement, type, working principle, characteristic, purpose and the structure of hydraulic support, for screening type hydraulic pressure support have made detailed analysis and introduction, have narrated use and the scheme of this kind of support. Furthermore, the structure of hydraulic structures performance, the power situation and how to choose models are analysed, at the same time it introduces the use of hydraulic Support, maintenance and fault resolution and other issues. Keywords: hydraulic support shoring 4 linkage mechanisms base 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯 3 前 言 本次畢業(yè)設(shè)計是我們大學(xué)四年的最后一次設(shè)計，同時也是對大學(xué)生四年來所學(xué) 的知識系統(tǒng)總結(jié)和綜合應(yīng)用?，F(xiàn)在我們已經(jīng)進入大學(xué)學(xué)習(xí)的最后階段，畢業(yè)設(shè)計作 為本科學(xué)習(xí)最重要的組成部分之一，它能提高我們發(fā)現(xiàn)、分析、解決問題的能力， 綜合檢驗和鞏固我們所學(xué)知識，同時又是對我們大學(xué)四年所學(xué)知識的全面復(fù)習(xí)，更 是向我們以后即將從事的專業(yè)性工作的正常過渡。我們可以緊緊抓住這個機會認真 學(xué)習(xí)并搞好畢業(yè)設(shè)計，眾所周知，它對我們即將走上工作崗位或者更進一步深造有 非常重要的意義。它將把我們過去的理論學(xué)習(xí)引向一個更高、更深的層次，也就是 參加工作，可以說我們在做一次過渡性的嘗試。 我的畢業(yè)設(shè)計是關(guān)于支撐掩護式液壓支架的設(shè)計。液壓支架是綜合機械化采煤 的關(guān)鍵設(shè)備，對于提高采煤效率，降低成本，改善作業(yè)環(huán)境，減少笨重的體力勞動 具有舉足輕重的作用。其中，支撐掩護式液壓支架是日本在引進英國垛式支架和蘇 聯(lián)掩護式支架的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國特點于 1968 年首先研制成功的。它保留了垛式支 架支撐力大，切頂性能好，工作空間寬敞的優(yōu)點，采用雙排立柱支撐頂梁（或頂梁 于掩護梁）的結(jié)構(gòu)；同時吸收了掩護式支架防護性能好，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的長處，采用堅 固的掩護梁以及側(cè)護板將支架于老塘完全隔開，并用雙紐線連桿機構(gòu)聯(lián)結(jié)掩護梁和 支架底座。因此，加深支撐掩護式液壓支架的設(shè)計和研究具有深遠的意義。 整個畢業(yè)設(shè)計已接近尾聲，我們所忙碌的成果即將接受檢驗。我相信，有耕耘， 定有收獲；有付出，定會有回報。 四年的時間如流水般匆匆流過，在這四年里，老師們用汗水和心血滋潤我干枯 的心田，用知識的乳汁將我哺育，在我即將離開母校的時候，我向我最尊敬的老師 們表達我最真誠的謝意，謝謝你們四年來對我們的親切關(guān)懷。在今后的日子里，我 將努力奮斗，把您在學(xué)校里傳授給我們的知識運用到實際工作中去，為我國的機械 行業(yè)做出我們應(yīng)有的貢獻。 最后，感謝各位評閱老師在百忙之中評閱本文。由于時間倉促，本人水平有限， 難免有錯誤和不足之處，敬請各位老師指正與賜教。 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯 4 一、緒 論 液壓支架作為煤礦長壁綜采工作面的關(guān)鍵設(shè)備，近年來得了迅速地發(fā)展，它與 綜采系統(tǒng)中的“三機” （ 刮板輸送機、轉(zhuǎn)載機、帶式輸送機）配合使用，是煤礦開 采技術(shù)現(xiàn)代化的重要標志。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)展趨勢是向兩柱掩護式和四柱支撐掩護式架型發(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(1．75m、2m)發(fā)展，結(jié)構(gòu)件材料越來越 多地采用高強度鋼材，支架的壽命和可靠性大大提高。 在綜合機械化采煤過程中，液壓支架擔(dān)當著極其重要的角色，其主要功能不僅 用于支撐管理頂板，隔離采空區(qū)，維護采煤作業(yè)空間，并能自行前移，推進采煤工 作面輸送機和采煤機。因此，液壓支架的性能和可靠性是決定綜采成敗的關(guān)鍵因素 之一。另外，合理的選用采煤設(shè)備并結(jié)合先進的采煤工藝，可解決采煤工作面的采 煤支護運輸?shù)壬a(chǎn)環(huán)節(jié)之間的矛盾，可有效地提高工效增加成本減少損耗保護生產(chǎn) 人員和設(shè)備的安全，以及減輕笨重的體力勞動，可為煤礦獲得很高的經(jīng)濟效益。 1.1 液壓支架的工作原理 液壓支架是由乳化液泵站提供高壓乳化液（這里采用水包油型乳化液）作為動 力，由液壓操作系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，液壓油缸和金屬構(gòu)件組成。來自泵站的高壓乳化 液，經(jīng)主進液管送到工作面，并與每架支架的進液截止閥相連導(dǎo)入支架，再經(jīng)過組 合操縱閥配液到各液壓缸，以完成支架所需的各項動作。從支架回流的低壓乳化液 通過組合操縱閥與回液截止閥由主回液管路流回泵站乳化液箱，供循環(huán)使用。 支架的承載原理是：液壓支架支撐在綜采工作面的頂?shù)装逯g支撐頂板。頂板 壓力作用在頂梁上，并通過頂梁和底座間立柱將壓力傳遞底板。為保證支架結(jié)構(gòu)件 的強度及撐在支架頂安全，在立柱的下腔裝有安全閥。當頂板壓力超過立柱安全閥 限定壓力時，安全閥開啟釋放出立柱中的液體進行讓壓，當頂板壓力下降到立柱工 作阻力時，安全閥關(guān)閉進行保壓承載。 1.2 液壓支架的工作過程 液壓支架對頂?shù)淖饔眠^程主要取決于流體靜力學(xué)原理工作的立柱工作過程?，F(xiàn) 以圖 1-1 所示的典型立柱控制系統(tǒng)來說明支架的工作過程。 支架操作的基本功作過程為：急增阻階段，緩增阻階段，恒阻階段，無作用階 段四個階段。 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯 5 圖 １－１ 立柱控制系統(tǒng) １－立柱；２－安全閥；３－液控單向閥；４－操縱閥； P－高壓管路；O －回液管 （1）泵壓撐頂，支架對頂板急增阻階段 操縱閥手把置于 A 位，從泵站來的壓力液經(jīng)高壓管路 P，打開液控單向閥 3 進入 立柱下腔，立柱上腔與回液管 O 連通，因而活柱伸出使支架升起接頂，對頂板產(chǎn)生 支撐力。支架接頂后，泵壓使下腔內(nèi)的液體壓強迅速上升，支架對頂頂板支撐力急 劇增加。這就是支架對頂板的急增阻階段。 （2）閉鎖承載，支架對頂板緩增阻階段 操縱閥手把放回零位后，立柱下腔內(nèi)的壓力液被液控單向閥閉鎖，不能流出， 從而使支架保持對頂板的支撐狀態(tài)。隨著頂板逐漸下沉，立柱下腔內(nèi)的液體受到進 一步壓縮，壓強逐漸增高，使直接對頂板產(chǎn)生更大的支撐力，力圖阻止或延緩頂板 下沉，一般情況下，頂板下沉比較緩慢，支架對頂板的支撐力增長也就相應(yīng)緩慢， 所以這個階段被稱為支架對頂板緩增阻階段。 （3）溢流承載，支架對頂恒阻階段 頂板繼續(xù)下沉，立柱下腔內(nèi)的壓強繼續(xù)升高，當達到立柱安全閥的調(diào)定值時， 安全閥便開啟溢流，使立柱下腔內(nèi)的壓強保持定植，從而支架對頂板的支撐力不變， 即支架處于對頂板恒阻階段。 （4）解鎖降柱，支架與頂板無作用階段 采煤機截煤后，欲將支架移到新的位置，首先把操縱閥手把置于 B 讓從泵站來 的壓力液進入立柱上腔，同時作用于液控單向閥的頂桿活塞，迫使液控單向閥開啟， 解除對立柱下腔液體的閉鎖，允許其回到回液管。這時，活柱縮回，支架降落離開 頂板，支架對頂板無壓力。在這一階段如要保證頂梁平行下降需協(xié)調(diào)操縱平衡千斤 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯 6 頂操縱閥。 需要說明，目前為了防止破碎頂板漏頂，掩護式和支撐掩護式支架可以采用擦 頂帶移架方式，即支架頂梁實際并不脫離頂板，在移架過程中仍保持約每柱五噸左 右的支撐力。因而，對于擦頂帶壓移架方式，此階段應(yīng)是解鎖卸載，支架對頂板仍 有輕微作用力。 1.3 支架組成 液壓支架主要由金屬結(jié)構(gòu)件、油缸和液壓控制元件三大部分組成。 （1）金屬結(jié)構(gòu)件主要有頂梁、掩護梁、前梁、前連桿、后連桿、底座、側(cè)護板、 護幫板等。 （2）油缸主要有雙作用單伸縮立柱、推移千斤頂、 （平衡千斤頂） 、側(cè)護千斤頂、 前梁千斤頂?shù)取?（3）液壓控制元件主要有液壓控制閥、操縱閥、雙向鎖、安全閥、截止閥等及 液壓輔助元件等。 1.4 液壓支架主要結(jié)構(gòu)件及其作用 1.4.1 頂梁 頂梁采用整體頂梁直接與頂板接觸，支撐頂板負荷，是支架的主要承載部件之 一，由鋼板焊接而成的箱形結(jié)構(gòu)，以滿足強度和剛度要求。結(jié)構(gòu)如圖 1-2 所示： 1－右側(cè)護板；2－主頂梁；3－側(cè)推千斤頂；4－前梁千斤頂耳座； 圖 1－2 主頂梁 其主要作用是： （l）承接頂板巖石及煤的載荷； （2）反復(fù)支撐頂煤，可對比較堅硬的頂煤起破碎作用； 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯 7 （3）隔離頂板，為回采工作面提供足夠的安全空間。 本支架采用分段組合式頂梁結(jié)構(gòu)（剛性頂梁＋鉸接式前梁） ，強度高，對頂板維 護較好；另外，在頂梁前部還布置有起吊耳，可方便吊掛較小的機件。 1.4.2 掩護梁 1－護幫板耳座；2－側(cè)推千斤頂座；3－側(cè)護板；4－側(cè)推千斤頂； 5－前連桿耳座；6－后連桿耳座；7－護幫千斤頂耳座；8－彈簧筒； 圖 1－3 掩護梁 掩護梁分別與頂梁和前、后連桿連接，其主要作用有： (1) 承受上部頂板傳給的水平分力和側(cè)向力，增強支架的抗扭性能； (2) 掩護梁與前后連桿、底座形成四連桿機構(gòu)，保證支架的穩(wěn)定性； (3) 阻擋后部落煤，維護工作空間。 1.4.3 底座 底座是將頂板承受的壓力通過立柱傳遞到底板并穩(wěn)定支架的主要結(jié)構(gòu)件。該支 架設(shè)計為整體剛性底座，底座接底面積大，有利于減小對底板的比壓。該型底座的 缺點是在推移機構(gòu)外易積存浮煤碎矸，要求及時清理。 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯 8 底座結(jié)構(gòu)如圖 1-3 所示 1－過橋；2－推移千斤頂耳座；3－立柱銷孔；4－前連桿銷孔； 5－后連桿銷孔；6－側(cè)板； 圖 1－4 底座 其主要作用是： (1) 將上方載荷傳遞給底板，為立柱、推移裝置及其他輔助裝置提供安裝空間； (2) 給工作人員創(chuàng)造良好的工作環(huán)境； (3) 保證支架的穩(wěn)定性。 1.4.4 前后連桿 前、后連桿分別與掩護梁和底座鉸接，共同形成四連桿機構(gòu)，前連桿采用鑄鋼 件，鑄件中不得有氣孔、砂眼、夾雜等，以免降低強度，嫌少使用壽命。鑄后要進 行淬火和高溫回火，以降低硬度，增加強度和韌性。對于后連桿，由于不僅受到冒 落矸石的載荷，還要承受頂板的水平推力，所以要求它有較大的強度，這里采用整 體式。前后連桿的結(jié)構(gòu)如圖 1－5，圖 1－6。 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯 9 圖 1－5 前連桿 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯 10 圖 1－6 后連桿 其主要作用是： （l） 使支架在調(diào)高范圍內(nèi)，頂板平穩(wěn)地升降，并使頂梁前端與煤壁的距離(梁 端距) 變化盡可能小，更好地支護頂板。 （2） 承受頂板的水平分力和側(cè)向力，使立柱不受側(cè)向力。 本支架采用正四連桿機構(gòu)，為使冒落矸石不從連桿處涌入支架內(nèi)，后連桿為整 體式，前連桿為分體式。均為鋼板焊接的箱形結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)有較強的抗拉、抗壓 和抗扭性能。 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯 11 1.4.5 推移機構(gòu) 圖 1－7 推移框架 支架的推移機構(gòu)包括推桿、連接頭、推移千斤頂和銷軸等，主要作用是推移輸 送機和拉移支架。推移連桿的一端通過連接頭與輸送機相連，另一端通過推移千斤 頂與底座相連，推移連桿除承受推拉力外，還承受一定的側(cè)向力防止底座的下滑 1.5 液壓系統(tǒng)及其控制元件 支架液壓系統(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?shù)冉M成。支架操縱方式采用鄰架操作控制，使用快速接頭拆裝方便，性能可靠。 由乳化液泵站輸出的高壓乳化液經(jīng)主進液管 支架進液截止閥 過濾? ??? ? 器 操縱閥 立柱或各千斤頂 架液截止閥 主回液膠管? ??? ? ? ? ? ? 乳化液泵站。 ? ? 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯 12 1.6 支架的設(shè)計特點 結(jié)合首采工作面及礦區(qū)此類地質(zhì)構(gòu)造條件下，使用 ZY2400/17/30 二柱掩護式支 架的成功經(jīng)驗，本架型應(yīng)有如下特點： （1）支架型式為：帶機械加長的四柱支撐掩護式厚煤層液壓支架； （2）對支架總體結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化，梁端距變化應(yīng)?。豁斄呵安枯^薄強度、剛度應(yīng) 充分保證； （3）支架的四連桿結(jié)構(gòu)設(shè)計要從考慮梁端距變化量控制著手，并能與其它構(gòu)件 形成剛性好、強度高、穩(wěn)定性好的整體結(jié)構(gòu)； （4）整體頂梁和掩護梁帶單側(cè)活動長側(cè)護板，能實現(xiàn)對護頂?shù)膰烂苷{(diào)整； （5）封底底座，減小底座比壓、增大底座剛度、強度； （6）架的整體構(gòu)造應(yīng)有“人機學(xué)”的觀點，結(jié)構(gòu)應(yīng)緊湊，操作方便，制造成本降 低； （7）采用雙紐線連桿機構(gòu)聯(lián)結(jié)掩護梁和支架底座，以增加支撐力，增強支架的穩(wěn) 定性。 1.7 液壓支架的架形 支撐掩護式液壓支架的架形如下圖 1－8 所示： 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯 13 1－后連桿；2－前連桿；3－掩護梁；4－后立柱；5－銷；6－銷；7－主頂梁；8－ 前立柱；9－前梁千斤頂；10－銷；11－銷；12－銷；13－銷；14－前梁；15－護幫 板千斤頂； 圖 1－8 支撐掩護式液壓支架 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯 14 二、 液壓支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計 2.1 液壓支架的選型 2.1.1 液壓支架結(jié)構(gòu)類型的優(yōu)選 根據(jù)以往液壓支架設(shè)計的經(jīng)驗總結(jié)，考慮到不同架型 和機構(gòu)的支架――圍巖力 學(xué)相互作用、支撐力矩、底板比壓等特點，可以對掩護式與支撐掩護式結(jié)構(gòu)進行比 較。 （1）液壓支架的力學(xué)特征綜述（見表 2-12） 表 2－1 不同結(jié)構(gòu)液壓支架的力學(xué)特征比較 支架型式 結(jié)構(gòu)特征 主要力學(xué)特性 支掩式 二支柱掩護式 支架承載力較小，底板比壓均勻，主動水平力較大掩護式 支頂式 二柱支頂掩護 式 支架承載力大，穩(wěn)定性好，底座尖端比壓較大， 對頂板的主動水平力較大，前端支撐力大 支頂支掩 四柱（或三柱） 穩(wěn)定性好，抗水平力強，比壓均勻，但支柱能力利 用率低 四柱 X 型 頂梁合力調(diào)節(jié)范圍大，伸縮比大，承載力高 支撐掩護式 支頂式 四柱支撐掩護 式 承載力大，切頂能力強，比壓較均勻 （2）支架選型要素及簡要評價。 液壓支架結(jié)構(gòu)選型必須考慮的要素及對各類型支架的評價（見表 2－2） 表 2－2 支架類型評價（見下頁） 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯 15 支架類型 支撐式 要素 插底掩護 式 一般掩護 式 支撐掩護 式 垛式 節(jié)式 直接頂冒落傾向 優(yōu) 良 良 差 差 基本頂周期來壓 差 良 優(yōu) 優(yōu) 良 底板壓入傾向 良 差 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 防煤壁片幫 優(yōu) 良 優(yōu) 差 差 通風(fēng)斷面 差 良 良 差 差 頂梁前端支撐力 優(yōu) 良 良 差 差 頂梁后段切頂性 差 良 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 對頂板遮蓋率 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 差 差 隔絕采空區(qū)能力 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 差 差 橫向穩(wěn)定性 良 優(yōu) 優(yōu) 差 差 對采高適應(yīng)性 良 優(yōu) 優(yōu) 差 差 支撐效率 差 良 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 支護強度 良 良 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 支架圍巖適應(yīng)性 對傾角適應(yīng)性 良 優(yōu) 良 良 差 2.1.2 液壓支架的架形選擇原則 在選擇液壓支架時既要保證對工作面頂板實現(xiàn)可靠的支撐，又要避免過大的設(shè) 備投資，導(dǎo)致不必要的浪費。因此，液壓支架的正確選型對于工作面經(jīng)濟效益關(guān)系 重大。 液壓支架架形的選擇，主要取決于液壓支架的力學(xué)性能是否適用礦井的頂?shù)装?條件和其它地質(zhì)條件。在同時允許選用幾種架形時，應(yīng)優(yōu)先選用價格便宜的支架， 支承式支架最便宜，其次為掩護式。支承式支架適合于穩(wěn)定頂板。掩護式支架適合 于中等穩(wěn)定和一般破碎的頂板。支承掩護式支架適合于周期來壓強烈，中等穩(wěn)定和 穩(wěn)定頂板。 在綜采工作面支架選型時，還應(yīng)注意下述四點原則： (1) 對于不穩(wěn)定和中等穩(wěn)定頂板，應(yīng)優(yōu)先選用二柱掩護式支架。但在底板極松 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯 16 軟條件下，必須嚴格驗算并限制支架底座尖端比壓，不得超過底板容許比壓即極限 載荷強度。在此條件下，通常應(yīng)避免使用重型支架。 (2) 對于非常穩(wěn)定和穩(wěn)定的難垮落頂板和周期來壓強烈和十分強烈的頂板，應(yīng) 優(yōu)先考慮選取四柱支撐掩護式支架。 (3) 眾所周知，三點決定一個平面，由于頂板不平，四柱式支架中總有一根支 柱對頂板的實際支撐力很低，因而二柱式掩護支架支撐能力利用率高于四柱式。即 二柱式支架對頂板的實際支撐力高于同樣名義額定阻力的四柱式支架，特別是對機 道上方頂板的支護強度。 （4）在不穩(wěn)定頂板條件下使用四柱式支架應(yīng)注意對機道上方的頂板控制，包括 增加前任阻力及可伸縮前梁等。 2.1.3 影響架形選擇的因素 液壓支架的選型受到礦井的煤層、地質(zhì)、技術(shù)和設(shè)備條件的限制，因此，以上 因素都會影響到支架的選型。 液壓支架架型的選擇首先要適合于頂板條件。一般情況下可根據(jù)頂板的級別， 由表 3-1-5 見《綜采技術(shù)手冊》 （上冊）中直接選出架型。 （1）煤層厚度 ① 當煤層厚度超過 1.5m，頂板有側(cè)向推力和水平推力時，應(yīng)選用抗扭能力強的 支架，一般不用支承式支架。 ② 當煤層厚度達到 2.5m～2.8m 以上時，需選擇帶有護幫裝置的掩護式或支承 掩護式支架。 ③ 煤層厚度變化大時，應(yīng)選擇調(diào)高范圍較大的掩護式，帶有機械加長桿或雙伸 縮立柱的支架。 ④ 假頂分層開采，應(yīng)選用掩護式支架。 （2）煤層傾角 ① 煤層傾角25°時，排頭支架設(shè)防倒滑裝置，工作面中部支架設(shè)底調(diào)千斤頂，工 作面中部輸送機設(shè)置防倒滑裝置。 （3）底板強度 ① 驗算比壓，應(yīng)使支架底座對底板的比壓不超過底板允許比壓。 ② 為使移架容易，設(shè)計時要使支架底座前部比后部的比壓小。 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯 17 (4) 瓦斯含量 對瓦斯涌出量大的工作面，應(yīng)符合保安規(guī)程的要求，并選用通風(fēng)端面較大的支 承式或支承掩護式支架。 (5) 煤層硬度 當煤層為軟煤層時，支架最大采高一般≤2.5m；中硬煤層時，支架最大采高一般 ≤3.5m；硬煤層時，支架最大采高<5m。 (6) 地質(zhì)構(gòu)造 斷層十分發(fā)育，煤層變化過大，頂板的允許暴露面積在 5～8㎡以下時，時間在 20min 以上時，暫不宜使用綜采。 (7) 設(shè)備成本 綜合各條件，宜選用支撐掩護式支架的架形，即本人畢業(yè)設(shè)計所選擇架型。 2.2 主要設(shè)計參數(shù) ZZ4000/17/35 型支撐掩護式液壓支架 工作阻力：4000kN 支架高度：1.7～3.5m 支架寬度：1.42～1.59m 初撐力：1884KN 支護強度：730KN/m （在使用范圍內(nèi)）2 采用 ZZ4000/17/35 型支撐掩護式液壓支架，其工作阻力為 4000kN，初撐力 1884kN，支護強度大于 730KN/m ，對底板的比壓為 10.5MPa，能夠滿足地質(zhì)條件2 及礦區(qū)的要求。支架寬度為 1420～1590mm，中心距為 1.5m，支架最低時長 5m 左右。 支架高度為 1.7～3.5m，滿足其采高要求。考慮運輸機的拉架強度，支架總量約為 10.5t。2.3 液壓支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計 2.3.1 四連桿機構(gòu)的作用 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(xué)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。 四連桿機構(gòu)是現(xiàn)代液壓支架的主要穩(wěn)定機構(gòu)，其主要作用是保證支架的縱向和 橫向穩(wěn)定性；承受和傳遞外載；保持支架的整體剛度。因此，對液壓支架的研究常 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯 18 常離不開對四連桿機構(gòu)的研究和認識。下面通過對液壓支架的運動過程進一步分析 四連桿機構(gòu)的特性和作用。支架升降時頂梁的運動軌跡是由四連桿機構(gòu)決定的，即 由頂梁與掩護梁交點 E 的軌跡所決定。根據(jù)機構(gòu)運動學(xué)分析，E 點的運動軌跡一般為 一條雙紐線，如圖 2－1 所示。合理設(shè)計四連桿參數(shù)，即可控制 E 點的運動軌跡，改 善支架支 護性能，減少連桿受力。 圖 2－1 支架四連桿機構(gòu)的運動軌跡 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)⑷Q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來空區(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(dǎo)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xE 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯 19 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(fù)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。 2.3.2 四連桿機構(gòu)定位尺寸和極限參數(shù)的確定 在設(shè)計四連桿機構(gòu)時，要根據(jù)四連桿機構(gòu)的幾何特性來確定。其四連桿機構(gòu)的幾何 特性如下： (1) 支架從最高高度降到最低高度時，如下圖所示頂梁端點運動軌跡的最大寬度 e 應(yīng)小于或等于 70mm,最好為 30mm 以下。 θ Qe1hPe=24 O四 連 桿 機 構(gòu) 幾 何 特 征 圖 圖 2－2 四連桿機構(gòu)幾何特征圖 (2) 掩護梁上鉸點到頂梁頂面之距離 H 和后連桿下鉸點至底座底面之距 Y 如圖0 2－2 所示，當支架高度確定后，要用作圖法確定四連桿機構(gòu)，首先要根據(jù)配套尺寸 L (此處 L ＝2088mm)。初步確定頂梁長度 L =2150mm 和底座長 L =2380mm，然aa f e 后確定頂梁與掩護梁鉸點相對于后連桿下鉸點的水平距離，該鉸點至頂梁頂面距 H 和后連桿下鉸點的高度 Y 。0 H 一般根據(jù)支架工作阻力初步確定頂梁梁體的高度后，在根據(jù)結(jié)構(gòu)的合理性確2 定，一般支架距 H ＝150～ 200mm，重型支架可取 H ＝210~260mm 。2 2 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯 20 Y 一般根據(jù)支架最小高度確定，薄煤層支架取 Y ＝150～250mm ，對中厚煤0 0 層支架取 Y ＝ 250～450；對大采高支架取 Y ＝450～600mm 。0 (3) 支架最大和最小高度時掩護梁與水平夾角 A 和 Amaxin 掩護梁是掩護采面工作空間密封隔離采空區(qū)的重要梁體，它不直接支撐頂板， 而是作為重要的傳力構(gòu)件，把頂梁載荷傳遞到四連桿機構(gòu)，這對保持支架—圍巖力 學(xué)狀態(tài)的穩(wěn)定有著顯著的作用。其主要表現(xiàn)是：①掩護梁載荷參與頂梁的力矩平衡， 提高了梁端承載能力；②支架受到一個指向煤壁的水平推力，當支架處于支護工況 時，有阻止頂板巖體向來空區(qū)移動的作用，而當處于移架工況時，有利于克服架體 各方面的摩擦力，增強架體運動的穩(wěn)定性。掩護梁水平投影過大，將增大掩護梁載 荷，并承受頂板巖塊的沖擊載荷，而掩護梁載荷過大將減小頂板支護強度，造成移 架困難。一般掩護式支架取 A <58 ~62 ；支撐掩護式支架取 A <60 ~70 。max? max? 在支架最小支護高度時，掩護梁傾角應(yīng)保證移架過程中掩護梁背負的矸石能沿 梁體下滑，即滿足 tan A ≥ ，其中／為巖石與鋼的靜摩擦因數(shù)，一般為inf 0.15～0.3。若取 ＝0.3，則 A ＝17 ，設(shè)計中一般可取 A ＝12 ~18 。fmi? min? (4) 掩護梁與后連桿長度比的確定 在用作圖法確定四連桿機構(gòu)時，桿長比主要根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗確定，一般應(yīng)保證 A ≥ 5 ，使后連桿在第一象限內(nèi)擺動。根據(jù)近百種支架的統(tǒng)計，掩護梁與后連桿的0? 長度比（L ＋ L ）/L ，對兩柱掩護式支架一般為 1.4～2.1，對四柱支撐掩護式支bcd 架一般為 1.2～1.8。經(jīng)計算，此處掩護梁與后連桿的長度比＝2175/1384＝1.57。 掩護梁與前后連桿鉸點間的距離可根據(jù)支架高度及連桿銷子直徑確定，一般取 300～500mm，前后連桿間夾角越大，連桿力越小。 5．支架工作段要取曲線向前突的一端，如上圖所示的 H 段。其原因是當頂板來1 壓時，立柱讓壓而下縮。使頂梁有前移的趨勢防止巖石向后移動，又可以使作用在 頂梁上的摩擦力指向采空區(qū)，同時底板阻止底座向后移動。使整個支架產(chǎn)生順時針 方向轉(zhuǎn)動的趨勢，從而增加了前梁斷部的支護力，防止頂梁前斷頂部冒落又可以使 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯 21 底座前端比壓減小，可防止啃底，有利移架，水平力的合力也相應(yīng)的減小，由于支 架所承受的水平力由掩護梁來克服，所以減輕了掩護梁受力。 從以上的分析可知，為使支架受力合理和工作可靠，在設(shè)計四連機構(gòu)時曲線運 動軌跡應(yīng)盡量使支架的工作段要取曲線向前突的一段，所以當掩護梁和后連桿長度 已知后，從這個觀點出發(fā)，在設(shè)計時只要把掩護梁和后連桿簡化成曲柄滑塊機構(gòu)， 進行作圖就可以了。 2.3.3 四連桿機構(gòu)的繪制 (1) 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 b 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＋b15°。在 J 點作 α角，再取 JC 一 定長度與 HC 交與 C 點，C 點作為后連桿和掩護梁的鉸接軸。 以 J 為圓心，JC 為半徑畫一弧 ab。以 I 為圓心，以 HC 的長度為半徑畫弧與弧 ab 交于 E 點， C 點和 E 點就是后連桿在支架為最低高度和最低高度時的極限位置。 在 CH 上取一長度 CD，必須 CDDC，這樣 CD 就是最短桿。 而且要使 CD+DG
千斤頂?shù)挠嬎愫土⒅嗤?千斤頂?shù)耐屏屠τ嬎?固定活塞式千斤頂?shù)耐屏Π聪率接嬎悖?(kN) 23410tRFDp?π＝ 固定活塞式千斤頂?shù)睦Π聪率接嬎悖?（kN） 231 R4dp10?π＝ （ － ） 式中 D：千斤頂缸體內(nèi)徑 （m） d：千斤頂活塞桿的外徑 （m ） ：泵站壓力 （MPa）pR 由于 D>d，所以固定活塞式千斤頂?shù)耐屏Υ笥诶Α?5. 泵站壓力的確定 泵站壓力的確定按照立柱和千斤頂?shù)墓ぷ鲏毫π枰_定為： P = 14.7MPa 計算得 ZZ4000/17/35 支撐掩護式液壓支架技術(shù)參數(shù)如下： 支架 形式 支撐掩護式 操作方式 鄰架操作 高度 1.7～3.5 m 寬度 1.42～1.59 m 初撐力 1884 kN 工作阻力 4000 kN 支護寬度 1.5 m 支護強度 730 kPa 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯 36 底座面積 2.6 2m 底座比壓 10.7 MPa 重量 10500 Kg 泵站工作壓力 14.7 MPa 立柱(4 根) 缸徑 200 mm 活柱直徑 185 mm 行程 900 mm 初撐力 462 kN 降拉力 121 kN 工作阻力 1000 kN 短柱（前梁千斤頂） （1 根） 缸徑 140 mm 活塞桿直徑 105 mm 行程 140 mm 初撐力 226 kN 拉力 99 kN 工作阻力 588.6 kN 前梁端部最大支撐力 127.5 kN 前梁向上擺角 15° 前梁向下擺角 19° 推移千斤頂（1 根） 缸徑 140 mm 活塞桿直徑 85 mm 行程 700 mm 推力 145.7 kN 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯 37 拉力 231 kN 護幫千斤頂（1 根） 、側(cè)推千斤頂（4 根） 缸徑 80 mm 活塞桿直徑 45 mm 推力 75 kN 拉力 51.5 kN 行程相應(yīng)為 250 mm 2.4 擬定液壓系統(tǒng) 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?shù)冉M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。 本支架液壓系統(tǒng)所使用的乳化液，是由乳化油和水配制而成的，乳化油的配比濃 度為 5％，使用乳化液應(yīng)注意以下幾點： (1) 定期檢查濃度，濃度過高增加成本，濃度太低，可能造成液壓元件銹蝕，影 響液壓元件的密封和使用壽命 (2) 防止污染，定期清理乳化液箱和支架過濾器 (3) 防凍：乳化液的凝固點為零下三度左右，與水一樣也具有凍結(jié)膨脹性，乳化 液受凍后，不但體積膨脹 ，穩(wěn)定性也受影響，乳化液地面配制和冬季運輸時要注意 防凍。 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯 38 液壓支架液壓系統(tǒng)圖 1－前立柱；2－壓力指示器；3－安全閥；4－液控單向閥；5－后立柱； 6－頂梁側(cè)推千斤頂；7－掩護梁側(cè)推千斤頂；8－護幫千斤頂； 9－雙向液控單向閥；10－操縱閥；11－推移千斤頂；12－前梁千斤頂； ZY4000/17/35 型液壓系統(tǒng)的特點是: (1) 支架上的大部分液壓元件(除前梁千斤頂控制閥和雙向鎖外)都裝在閥組的座 架上,支架本身只有兩根高壓軟管,這樣既便于操作,又能保證支柱間有寬敞的人行道。 (2) 操縱閥 ZC 型組合操縱閥,前柱.后柱及前梁千斤頂可單獨操作,也可同時操 作。 (3) 前梁千斤頂活塞腔與活塞桿腔之間連接一個大流量安全閥,在升前梁與升柱 同時操作時,對前梁加以保護,并使前梁有較大的支撐力。 (4) 液壓系統(tǒng)中設(shè)有頂梁活動側(cè)護板和掩護梁側(cè)護板千斤頂液路，通過兩片操 縱閥可單獨操縱兩個千斤頂?shù)纳炜s。 (5) 為在厚煤層工作面中防止片幫，液壓系統(tǒng)中還設(shè)有護幫千斤頂，在護幫千 斤頂?shù)囊郝飞线B接著雙向鎖，對護幫千斤頂?shù)幕钊慌c活塞桿腔分別進行相互閉鎖。 (6) 支柱和前梁千斤頂?shù)幕钊灰郝飞?，設(shè)有測壓閥，根據(jù)工作需要，可隨時進 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯 39 行壓力測定，了解支架受力情況。 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯 40 三、 支架的強度計算 3.1 支架的工作狀態(tài) (1) 頂板狀態(tài) 在采煤工作面中，當煤被采出后，就會出現(xiàn)一定的空間，由于上部巖從壓力， 出現(xiàn)離從和裂隙，如果不及時支護，頂板就要冒落，不支護的時間越長，危險就越 大，而頂板冒落時有一定過程的，一般分為三個階段，開始頂板處于無壓狀態(tài)，次 時頂板較完整，而且沒有下沉，通常稱為老頂來壓，次時頂板并不破裂，且這種下 沉帶有一定的周期，所以稱為老頂周期來壓狀態(tài)，如不及時支護，頂板就會破裂而 冒落，此時叫冒落狀態(tài)。 (2) 支架工作狀態(tài) 開始支架以初承力支承頂板，此時為無壓狀態(tài)，當周期來壓時，頂板下沉，使立 柱下腔壓力增加，當增加到大于安全閥調(diào)定正壓力時，安全閥被打開，使立柱下腔 壓力下降，稱立柱讓壓狀態(tài)，使支架以工作阻力支護頂板；如繼續(xù)來壓，就要不斷 讓壓，所以立柱要有一定的向下行程，如沒有向下行程，稱壓死狀態(tài)，這是在設(shè)計 和使用中，必須要注意避免的現(xiàn)象。 (3) 支架受力 支架在工作面受力是由于頂板下沉，同時又有向采空區(qū)移動的趨勢，使頂梁受合 力和底座受底板壓力，其中頂板合力的垂直分力，由支架工作阻力來克服，所以我 們在計算支架的工作載荷 F 時按支架的工作阻力來確定。 3.2 支架載荷的確定 液壓支架實際受載荷情況很復(fù)雜，頂梁和底座上的載荷即非集中載荷又非均布 載荷，分布規(guī)律隨著支架與頂?shù)装宓慕佑|情況而變化，為簡化計算作如下規(guī)定。 (1) 把支架化簡成一個平面桿系結(jié)構(gòu)，同時為防于安全，按集中載荷進行計算。 (2) 金屬結(jié)構(gòu)件按材料力學(xué)上的直梁理論來計算。 (3) 頂梁，底座與頂?shù)装逭J為均勻接觸，載荷沿支架長度方向按線性規(guī)律，沿 支架寬度方向為均布。 (4) 通過分析和計算可知，掩護梁上煤塊的作用力，只能使支架實際支護阻力 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯 41 降低，所以在計算強度時不計。 (5) 立柱和短柱按最大工作阻力來計算。 (6) 作用在頂梁上水平力的產(chǎn)生有二種情況：一種是支架在承載讓壓時，由于 頂梁前端運動軌跡為雙扭線，所以頂梁與頂板有產(chǎn)生位移的趨勢，水平力為頂梁合 力與靜摩擦系數(shù)的乘積，其方向與頂梁產(chǎn)生位移方向趨勢相反；另一種是由于頂板 向采空區(qū)方向移動，使支架頂梁受一指向采空區(qū)的水平力，最大水平力值與上相同。 頂梁與頂板的靜摩擦系數(shù) f ，目前國內(nèi)一般取 0.2～0.3。 (7) 支架各部分受力，按不同支護高度時受力最大值進行強度校核。 (8) 各種結(jié)構(gòu)件的強度校核，除按理論支護阻力校核危險端面外，還要按《液壓 支架形式試驗技術(shù)規(guī)范》的各種加載方法，以支架的額定工作阻力逐一校核，超過 額定工作阻力 10％的超載試驗，將由安全系數(shù)來保證強度。 3.3 支架受力分析 支架的受力分析與計算，是按理論力學(xué)中一個物體受幾個力的作用下處于平滑 狀態(tài)時，所受力和力矩之和為零的原理來進行分析和計算的。即以當支架支承后在 處于平衡狀態(tài)時，取整體或某一個部分為分離體也處于平衡狀態(tài)，其合力和合力矩 為零。即滿足靜力平衡的充分必要條件為各力在 x 上的投影之和為零，各力在 y 上 的投影之和為零;各力對某點取矩之和為零。下面就根據(jù)這一理論對支架簡化成平面 桿系進行受力分析和計算。 直接撐頂?shù)闹窝谧o式支架各支撐點受力計算： 假設(shè)頂梁受以集中載荷 ,水平分力為 。掩護梁上載荷的合力分量各為APAf 和 。前排立柱工作阻力為 ,后排立柱工作阻力為 。受力狀態(tài)如圖 3－1xQy B'BP 所示。 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯 42 q 圖 3－1 直接撐頂支撐掩護式支架受力情況 取頂梁和掩護梁為隔離體， =0, 即：OM? （3－1111222 () ()' '0BBBBAyXlPCOSLintglPCSlintgfltQeK??????????? ） =0,即：XF 12' 0ABBCDXfPSinPSinOSPQ??????? （3－2） ，即：0yF?? 12 0'ABBCDyPCOSPSPinSin????????? （3－3） 取頂梁為隔離體， ,即：10OM? 122' 0BBAlPSlPSPS????? 由上式得： 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯 43 1122(')BBASlPCOSlPCOS???? （3－4） 把(3－4)式代入（3－1）式，解得： (3－5)1212['(')]ABBBByx ekPCSPSinPitgQftg l?????????? 由（3－4）式和（3－1）解得： 1 2 [()'()() ]DBcBCCDAcyCxCOOSSinPf QS?????? （3－6） 1 21[()'()() ]C DDD DDBBCA yxPPSSinPfOSQSin?????????? （3－7） 3.3.1 各主要參數(shù)的影響 支撐掩護式支架在工作過程中，各主要部件的受力是變化的，其影響因素有諸 多方面。 (1) 立柱傾角對承載能力的影響 由于掩護式和支撐掩護式支架的立柱大部分是傾斜布置的，傾角 又隨著支架? 的高度變化，所以支架的承載能力的大小也隨著支架的高度而變化?，F(xiàn)在 對承載 能力的影響。 立柱支撐在頂梁，當立柱的工作阻力為 ，傾角為 時，顯然支架的承載能力BP 與 COS 有直接的關(guān)系。因為 COS ≤1，因此立柱傾斜BP?? 布置將使支架的承載能力降低。 角和 COS 之間的關(guān)系表 示在右圖中。由圖看到，當 0.95，支架? 的承載能力降低值不等大于５％。當>26 時，COS 1.1s45360. 由于安全系數(shù) 6 遠遠大于所給定安全系數(shù)，所以支架底座絕對安全。 F.推移千斤頂計算及強度校核 推移千斤頂計算推溜力為：145.7KN；拉架力為 231KN；故所受最大力為拉架力。 （1）千斤頂穩(wěn)定性驗算 活塞桿柔度計算： i???? 式中 －長度折算系數(shù)，在兩端鉸接時， ＝1；?? －活塞桿的計算長度；? －活塞桿橫斷面的回轉(zhuǎn)半徑， ＝ 。i 1JiA?4d 解得： ＝ ＝26.25i1054 ＝35.355，且1ld2J?121()lKt???A 式中 ＝ , ＝ ；11PEJ22J 其中： E－鋼材的彈性模量，E＝2.088 ；5.081aMP? ＝ ； ＝ ；1t1(57.3)gKl?2t2(73)gKl? 經(jīng)計算得 , ; ＝0.68； ＝0.574；6?.1t2t 5.6；? 活塞桿的合成應(yīng)力： PAW??? 式中 A－活塞桿的橫截面積； A=86.59mm 2 W－活塞桿的端面模數(shù)；w ＝113.7； ==140.5MPa2315.68.7??? 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯 53 安全系數(shù)計算如下： sn?? 活塞桿采用 45 號鋼 ＝450～550MPas =3.2>4501.n?[] 式中 －許用安全系數(shù)，一般最小為 1.4。[] （3）千斤頂缸體強度驗算 缸體壁厚驗算： 當 時按中等壁厚缸體公式計算，此處 ＝25。.2D??D?()[].3pC???? 式中 －缸體實際承受的最大應(yīng)力，MPa。 安全系數(shù)為： []bn??? 式中 －缸體材料為 27SiMn 無縫鋼管， ＝980 MPa ；b b? －許用安全系數(shù)，一般取 3.5～4。[]n 經(jīng)計算： ＝201 MPa14.7(05.61)]23????? ；98.[]nn? 故經(jīng)校核計算推移千斤頂符合要求。 3.4 頂梁載荷分布 把頂梁所受頂板的載荷求出后，就可以進一步計算出載荷在頂梁上面的分布情 況。有戲頂板與頂梁接觸情況不同，載荷實際分布很復(fù)雜。為計算方便，假設(shè)頂梁 與頂板均勻接觸且載荷為線性分布。 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯 54 設(shè)頂梁長度為 Lg，頂板的集中載荷為 F1，其作用點距頂梁一端為 x。則當 x≤Lg/3 時，載荷分布為三角形。如圖 3－7 所示 圖 3－7 載荷分布圖 頂梁前端比壓 為 0，頂梁后端比壓 為：2q3q （MPa） 332101×mBF＝ 當 Lg/2>x>Lg/3 時，載荷呈梯形分布，如上圖 3－6 所示。 頂梁前端比壓為： （ MPa） 3B)26(2101×mLgxFq－＝ 頂梁后端比壓為： （MPa） 3B)64(31021mLgxFq－＝ 3.5 支護強度 支護強度為單位面積得支護阻力按下式進行計算 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯 55 (t/㎡)1)1(Bs Fq+＝ 式中 s:頂梁前端至煤壁的距離 B1：支架支護強度（支架間距） 不同高度求得支護強度 q 3.6 底座接觸比壓 由于底板條件的變化，底座的接箸比壓很不均勻，為計算方便起見，假設(shè)底座與 底板均勻接箸且為線性載荷分部。底座對底板的比壓值應(yīng)小于底板的抗壓強度，否 則底座會陷入底板，造成移架困難，頂?shù)装逡苿恿吭龃?，支架失穩(wěn)及支承力降低等 現(xiàn)象。支架技術(shù)特征中給出的底座與底板的平均比壓值為： = (MPa)0PdBL R 式中 ：平均比壓（ MPa）0P R：底座對底板的合力 （N） :底座長度 （m）dL ：底座當量寬度（m）B 求得 ＝ 10.5MPa0P 3.7 護效率 支護效率按下式進行計算 η = F/P F:支護阻力 P:支護工作阻力 3.8 支架受力的影響因素 （1） 對支架受力的影響 掩護式支架，由于支護高度的變化，使平衡千斤頂?shù)慕嵌?，立柱的支承角度?掩護梁及四連桿機構(gòu)的角度等的不同，支架受力也不同。接近支護高度最高處，頂 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯 56 梁受力最大，支護效率最高，其支護效率為頂梁合力與工作阻力之比。 （2）系數(shù)對支架受力的影響 液壓支架在實際工作中的摩擦系數(shù)是一個不定值，一般鋼對巖石的摩擦系數(shù)為 0.2～0.3，根據(jù)計算表明，摩擦系數(shù)增大，對支架受力有利，使底座的底比壓分布 較好。 （3）千斤頂?shù)耐评χЪ艿氖芰τ绊? 平衡千斤頂為拉力時，頂梁后端比壓增大，可增強切頂能力，底座比壓分布狀態(tài) 較好，連桿受力較??；平衡千斤頂為推力時，合力作用點前移，可增加前端支護能 力，此時底座前端比壓增大，連桿力增。 （4）作用力對支架受力的影響 煤塊作用力增加，使支護強度，支護效率和切頂能力減小，同時連桿力減小， 底座比壓分布改善和增加支架縱向穩(wěn)定性。 （5）tgQ 對支架受力的影響 tgQ 增加，使支護阻力增加，支架要多承受載荷，所以 tgQ 值大了對支架受力不 利。在全部支架工作段內(nèi)，一般控制在小于 0.35。 （6）支架強度計算應(yīng)考慮的因素 由于支護高度，摩擦系數(shù)，平衡千斤頂和煤塊作用對支架受力有明顯的影響， 在支架強度計算時，對不同的受力桿件應(yīng)參考實際使用中產(chǎn)生的最惡劣狀態(tài)選擇支 護高度，平衡千斤頂推拉力，摩擦系數(shù)的數(shù)值進行計算。 ① 計算出最大頂梁合力前連桿，后連桿的支護高度分別對頂座，掩護梁，連桿， 底座等進行受力分析。 ② 要使支架處于安全，摩擦系數(shù)的大小應(yīng)按表中計算出的能使頂梁，前后連桿 力等為最大值的摩擦系數(shù)，分別對各件進行受力分析。 ③ 平衡千斤頂推拉力，可按計算出的能使頂梁，前后連桿力等為最大值的摩擦 系數(shù)，分別對各值進行受力分析。 ④ 通過分析和計算可知，掩護梁上煤塊的作用力，只能使支架實際支護阻力降 低，所以在進行強度計算時可忽落不計。 ⑤ tgQ 在結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)考慮的因素。一旦結(jié)構(gòu)設(shè)計確定，tgQ 也就確定了。在 進行強度校核時，按最不利支護高度受力分析，其中 tgQ 值為在此條件下的對應(yīng)值 進行計算。 ⑥ 以上支架強度計算考慮因素為計算掩護式支架時的確定方法。支護高度為支 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）通過答辯 57 架受力最大時的支護高度進行計算。 3.9 強度條件 (1) 強度校核均從材料的屈服極限計算安全系數(shù) (2) 結(jié)構(gòu)件，銷柱，活塞桿的屈服極限及強度條件 ① 各結(jié)構(gòu)件受力普通低合金結(jié)構(gòu)鋼為 15MnVN 鋼板焊接成，取極限 4500Kg/㎝2 ② 主要銷柱均采用合金結(jié)構(gòu)鋼為 35CrMo 元鋼，取屈服極限 5500 Kg/㎝2 ③ 活塞桿均采用 45 鋼，取屈服極限 3600 Kg/㎝2 ④ 以上主要件的強度條件為 n = ≥[n]max/s? 其中 :危險斷面計算出的最大應(yīng)力max? [n]：許用安全系數(shù) (3) 缸體材料采用 27Si