掩護式液壓支架設計與三維建模

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1、精品文檔，僅供學習與交流，如有侵權請聯(lián)系網(wǎng)站刪除江蘇科技大學本科畢業(yè)設計(論文)學 院 機械工程學院 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 學生姓名 班級學號 指導教師 二零 年 月【精品文檔】第 - 29 - 頁江蘇科技大學本科畢業(yè)論文 掩護式液壓支架設計與三維建模 Screen type hydraulic support design and 3D modeling 完整的畢業(yè)設計過程ProE 三維建模，包括零件，裝配圖已經(jīng)運動仿真。（圖中只截取部分）這里貼上掩護式液壓支架CAD圖該畢業(yè)設計成果經(jīng)過嚴格而完整的畢業(yè)答辯過程，并取得優(yōu)秀。如有需要可以聯(lián)系 球球983091293江蘇科技大學本科畢

2、業(yè)設計（論文）誠信承諾書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設計（論文）（題目：掩護式液壓支架設計與三維建模）是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的成果。盡本人所知，除了畢業(yè)設計（論文）中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本畢業(yè)設計（論文）不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果品。作者簽名：年月日（學號）（理工類）：江蘇科技大學畢業(yè)論文（設計）任務書學 院： 專 業(yè)：機械設計制造及其自動化學 號： 姓 名： 指導教師： 職 稱： 20 年 月 日畢業(yè)設計（論文）題目：掩護式液壓支架設計及三維建模一、畢業(yè)設計（論文）內(nèi)容及要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術要求、達到的指標和應做的實驗等）1、了解液壓支架的工作原理

3、、功能及工作環(huán)境了解液壓支架的升降、推移輸送機、移架的工作原理 。2、根據(jù)工作環(huán)境和要求對液壓支架進行受力分析從而設計液壓支架的結構尺寸，包括架型的選擇、底座形式和護幫形式的選擇、立柱和千斤頂位置的確定等。3、對于液壓支架各部分結構要經(jīng)過嚴格的設計、計算，最后還要進行校核（比如頂梁和立柱），以滿足可靠、使用周期長等要求。4、完成液壓支架的三維建模和運動仿真。二、完成后應交的作業(yè)（包括各種說明書、圖紙等）1. 畢業(yè)設計論文一份（不少于1.5萬字）；2. 外文譯文一篇（不少于5000英文單詞）；3. 總裝圖紙一張及零件圖若干。三、完成日期及進度自2013年 3 月25日 起至 2013年6月14日

4、止進度安排：1. 3月25日4月7日：查閱資料、調研，完成開題報告；2. 4月8日4月28日：完成總體設計。3. 4月29日5月20日：完成零件設計及三維建模4. 5月21日6月10日：完成運動仿真，撰寫畢業(yè)設計論文。5. 6月10日6月14日：答辯。四、同組設計者（若無則留空）： 五、主要參考資料（包括書刊名稱、出版年月等）:1、丁紹南.液壓支架設計M.北京：阜新礦院，1985.42、劉付營.大采高液壓支架虛擬設計與試驗研究D.徐州：中國礦業(yè)大學，2008.73、王啟廣，黃嘉興著.液壓傳動與采掘機械M.徐州:中國礦業(yè)大學出版社，2005.34、趙宏珠著.綜采面礦壓與液壓支架設計M.徐州：中國

5、礦業(yè)大學出版社，1988.55、張家鑒等著.液壓支架M.北京：煤炭工業(yè)出版社，1992.36、成大仙等著.機械設計手冊（液壓傳動）M.化學工業(yè)出版社，2004.17、王國法著.液壓支架技術.煤炭科學與技術，1999.9 系(教研室)主任： （簽章） 年 月 日 學院主管領導： （簽章） 年 月 日注：1、如頁面不夠可加附頁 2、以上一四項由指導教師填寫采煤液壓支架設計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)技術的發(fā)展方向。液壓支架是綜合機械化采煤方

6、法中最重要的設備之一。液壓支架主要由以下幾個基本部分組成：頂梁，掩護梁，四連桿機構，側護板，底座，立柱和千斤頂?shù)?。設計要遵循支護性能好、強度高、移架速度快、安全可靠等原則。在這次放頂煤液壓支架的設計過程中，主要以底座、主頂梁、尾梁和立柱等結構件的機械部分設計為重點，用普通設計步驟設計總體結構尺寸，再用Proe初繪總體架型檢查配合尺寸，然后轉化為并修改細節(jié)，最后對主要構件進行強度校核。關鍵詞：放頂煤液壓支架，頂梁，四連桿機構Design of caving hydraulic supportAbstractThe comprehensive mechanization of coal minin

7、g is the acceleration coal industrial development of our country, raises labor productivity substantially , realizes the modern a strategic measure of coal industry. Synthesize mechanization not only output big, efficiency has low cost high and can alleviate heavy physical labor and improvement scho

8、olwork 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 linkag

9、e mechanisms, side fender and base, prop. Design to follow protect performance good, strength is speed high, move rapid, safely reliable etc. principle. In this design process of caving hydraulic support, mainly in support of the base, the top beam, the beam and the column structure of the end of th

10、e mechanical part of the design focus, with the general design procedure to design the overall body size. The overall structure of the initial drawing with Proe to check with the size, and then transformed into and modify the details of the part of the CAD, at last major component of the strength ch

11、eck.Keyword：caving hydraulic support，Crest beam，4 linkage mechanisms目錄第1章 液壓支架概論- 1 -1.1國外液壓支架研究水平- 1 -1.3液壓支架的意義- 2 -1.4液壓支架的組成- 2 -1.5液壓支架的工作原理- 3 -1.6液壓支架的分類- 5 -第2章 液壓支架整體結構設計- 7 -2.1液壓支架的主要尺寸的確定- 7 -2.1.1支架的高度- 7 -2.1.3支架的間距- 8 -2.1.4支架的寬度- 8 -2.1.5底座長度的設計- 9 -2.2對液壓支架的四連桿機構的設計- 9 -2.2.1液壓支架四連桿

12、機構的作用- 9 -2.2.2四連桿機構設計的要求- 10 -2.3四連桿機構的設計- 11 -2.3.1掩護梁和后連桿尺寸- 11 -2.3.2四桿機構的幾何作圖法- 13 -2.4頂梁結構設計- 14 -2.4.1基本概念- 14 -2.4.2液壓支架之頂梁的類型- 14 -2.4.3對頂梁長度的影響- 15 -2.4.4頂梁斷面形狀- 16 -2.4.5液壓支架頂梁參數(shù)計算- 16 -2.5掩護梁結構的設計- 18 -2.5.1液壓支架掩護梁的作用- 18 -2.5.2掩護梁的常見典型結構型式- 18 -2.5.3掩護梁的參數(shù)設計- 19 -2.6底座結構設計- 19 -2.6.1底座設

13、計要求- 19 -2.6.2底座的選型- 20 -2.7立柱的設計- 21 -2.7.1液壓支架立柱的布置- 21 -2.7.2立柱主要參數(shù)確定- 21 -2.8千斤頂?shù)倪x擇- 23 -第3章 液壓支架的受力分析與校核- 25 -3.1液壓支架的支護性能與外載荷- 25 -3.2取頂梁為分離體進行分析- 27 -3.3 頂梁的強度校核- 29 -3.3.1畫出頂梁結構簡圖、受力圖、剪力圖和彎矩圖- 30 -3.3.2按彎曲應力計算進行強度校核- 30 -3.3.3校核BB截面的剪切強度- 32 -3.4對掩護梁進行受力分析- 33 -3.5液壓支架的底座受力分析及校核計算- 34 -3.5.1

14、底座為分離體進行受力分析- 34 -3.5.2畫底座受力圖- 36 -3.5.3 計算最大彎矩- 36 -第4章 液壓支架三維建模- 37 -4.1三維建模軟件- 37 -4.2建模方法- 37 -4.3液壓支架的三維模型- 37 -參考文獻- 39 -致謝- 40 -第1章 液壓支架概論1.1國外液壓支架研究水平上個世紀八十年代以來，世界上各種各樣的研制重型液壓支架的機械開發(fā)商與生產(chǎn)商都積極的投身于新技術的開發(fā)上，都把目光聚集于研制新的、性能好的，更加可靠的液壓支架上。在國外，液壓支架越來越趨向于發(fā)展四柱支撐掩護式。這些液壓支架有更大的中心距，有更大的工作阻力，而且這些液壓支架的機構更加完善

15、，更加人性化。目前，我國的經(jīng)濟的增長主要還是依靠工業(yè)的發(fā)展，制造業(yè)乃是今后相當場一段時間的經(jīng)濟增長的主要支柱。但是從總體上看來，我國的制造業(yè)的技術水平還處在處級發(fā)展階段。因此，不同地區(qū)，不同行業(yè)的制造業(yè)的發(fā)展水平不平衡，以及投資不當造成資源浪費的問題正在成為制約制造業(yè)信息化發(fā)展的全局性的短缺。如今科技的飛速發(fā)展，技術創(chuàng)新不斷加速。網(wǎng)絡技術迅速普及，市場競爭日益激烈，制造企業(yè)的競爭發(fā)生了根本變化。因此，制造業(yè)想要得到飛速發(fā)展，就必須通過技術創(chuàng)新，當然也不能背離我們的傳統(tǒng)，要在一定的制造機床上（傳統(tǒng)的），這樣才能對我國的現(xiàn)有機械行業(yè)產(chǎn)生影響，甚至可以說其他行業(yè)也是這樣，使我們的機械，而針對本課題的

16、也就是液壓支架行業(yè)，站在技術的最前沿。有一些，甚至說大部分國家生產(chǎn)的液壓支架的壽命已經(jīng)比原來場很多了，達到了十四年以上了，還有它的耐久性循環(huán)次數(shù)已經(jīng)高達五萬此以上啦！在現(xiàn)代的煤炭產(chǎn)業(yè)中，采煤工作面的採高與工作面長度的正確合理布置的重要位置，而煤炭的采煤機械的各個工作面參數(shù)，有來自外界的各種因素的影響。1.2我國液壓支架技術發(fā)展現(xiàn)狀及存在的問題在我國，液壓支架的深入研究是從上世紀六七十年代開始的，其中研制工作是由一些科研單位和生產(chǎn)單位合作下，并且在引進先進國外技術的基礎上，才是我國的液壓支架水平，無論從設計還是到生產(chǎn)，都有了長足的進步。目前，我國的經(jīng)濟的增長主要還是依靠工業(yè)的發(fā)展，制造業(yè)乃是今后

17、相當場一段時間的經(jīng)濟增長的主要支柱。但是從總體上看來，我國的制造業(yè)的技術水平還處在處級發(fā)展階段。因此，不同地區(qū)，不同行業(yè)的制造業(yè)的發(fā)展水平不平衡，以及投資不當造成資源浪費的問題正在成為制約制造業(yè)信息化發(fā)展的全局性的短缺。如今科技的飛速發(fā)展，技術創(chuàng)新不斷加速。網(wǎng)絡技術迅速普及，市場競爭日益激烈，制造企業(yè)的競爭發(fā)生了根本變化。因此，制造業(yè)想要得到飛速發(fā)展，就必須通過技術創(chuàng)新，當然也不能背離我們的傳統(tǒng)，要在一定的制造機床上（傳統(tǒng)的），這樣才能對我國的現(xiàn)有機械行業(yè)產(chǎn)生影響，甚至可以說其他行業(yè)也是這樣，使我們的機械，而針對本課題的也就是液壓支架行業(yè)，站在技術的最前沿。我國無論工業(yè)還是農(nóng)業(yè)，均處于初級發(fā)展

18、階段，技術方面還不過成熟。因此，我國的液壓支架水平還不高，甚至可以說技術平平，廠引進國外的先進技術，來支持國內(nèi)的相關的煤產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。綜上所述，液壓支架在煤炭產(chǎn)業(yè)十個至關重要的環(huán)節(jié)，成功則對國內(nèi)的發(fā)展起到積極的推動作用，發(fā)展不好則影響該產(chǎn)業(yè)甚至其他產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，環(huán)環(huán)相扣。本課題就是研究液壓支架中的其中一種：掩護式液壓支架設計及仿真。1.3液壓支架的意義鑒于目前我國無論工業(yè)還是農(nóng)業(yè)，均處于初級發(fā)展階段，技術方面還不過成熟。因此，我國的液壓支架水平還不高，甚至可以說技術平平，廠引進國外的先進技術，來支持國內(nèi)的相關的煤產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。綜上所述，液壓支架在煤炭產(chǎn)業(yè)十個至關重要的環(huán)節(jié)，成功則對國內(nèi)的發(fā)展起到積極

19、的推動作用，發(fā)展不好則影響該產(chǎn)業(yè)甚至其他產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，環(huán)環(huán)相扣。本課題就是研究液壓支架中的其中一種：掩護式液壓支架設計及仿真。如果研究出適應社會和市場需求的產(chǎn)品，將大大推進我國的煤礦事業(yè)的發(fā)展。所以，液壓支架的發(fā)展有著極為重要的意義。1.4液壓支架的組成下圖是典型的一種液壓支架的結構，其包含各種裝置，比如底座和掩護梁和前后連桿和各種千斤頂和頂梁等等。（一）控制閥和操縱閥等閥件和管件屬于控制操縱原件。（二）作為傳遞能量的工作介質叫做工作液。其中乳化液就屬于液壓支架的一種工作液（三）頂梁、掩護梁和底座等屬于承載結構件。（四）推移和擋矸和護幫和復位和防倒防滑和照明和其它裝置等屬于輔助裝置，當然除了以上

20、的三種原件。（五）支柱和各種千斤頂屬于動力油缸。1.5液壓支架的工作原理在工作過程中，液壓支架必須要具有這些功能，可以用四個動詞來概括：移動和上升和降低和推動。這四種動作是通過幾個液壓缸的高壓油來實現(xiàn)的，具體的如圖中所展示。圖2-4 液壓支架工作原理1 輸送機；2 推移千斤頂；3 立柱；4 安全閥；5 液控單向閥；6 操縱閥如上圖所示，展示的是液壓支架的工作特性曲線在工作過程中，液壓支架的支撐力大致可以按照時間的順序劃分為三段過程-初撐階段； -增阻階段； -恒阻階段；-初撐力；-工作阻力（1）初撐階段：此階段為初撐階段，液壓支架的初撐力為： (2-1) 圖2-5 支架的工作特性曲線式中 -支

21、架立柱的缸徑，；-泵站的工作壓力，；-支架立柱的數(shù)量。（2）承載增阻階段：此階段為增阻階段。（3）恒阻階段：此階段為恒阻階段。此時支架對頂板的支撐力稱為工作阻力。支撐式支架的工作組力為： (2-2)其中： -支架安全閥的調定壓力 ； 用單位支護面積頂板上所受支架工作阻力值的大小，即支護強度來表示支架的支護性能。即 (2-3)其中： -支架支護面積1.6液壓支架的分類在本課題中我采用采用中間液壓支架。在采煤的工作面上有位置，當然除了有工作面端頭的，這樣的成為中間液壓支架。按結構形式分，可分為：掩護式、支撐式、支撐掩護式。1 支撐式像有穩(wěn)定的直接頂或者有明顯的老頂或者有強烈的周期的這些情況，更加適

22、合選擇使用支撐式的支架。2 掩護式掩護式支架包含有底座和掩護梁和前后連桿和千斤頂和頂梁還有各種操作機構等等。像有不穩(wěn)定的直接頂或者有不明顯的老頂或者有不明顯的周期的這些情況，更加適合選擇使用掩護式的支架。3 支撐掩護式支撐掩護式支架包含有底座和掩護梁和前后連桿和千斤頂和頂梁還有各種操作機構等等。支撐掩護式支架是在支撐式液壓支架和掩護式液壓支架發(fā)展成熟的基礎上汲取兩者的精華（包含兩個的結構性能優(yōu)點），從而發(fā)展起來的一種全新的液壓支架，并為之取名為支撐式液壓支架，為我國的采煤行業(yè)做出貢獻。1.7對液壓支架的設計要求面對各種生產(chǎn)要求，本課題所設計的液壓支架必須要滿足下列的要求：1移架力還有推溜力必須

23、要滿足一定的要求，像本課題的煤層為中層煤炭，一般在150KN250KN這個范圍內(nèi)。2要有好的防矸性和排矸性。3要有足夠的空間，像有充足的人行寬度，方便生產(chǎn)操作。并且還要有安全設施，從而保證工作人員的生活正常進行，比如有充足的照明等等。4要有足夠大的抗沖擊載荷，還要有抗不均衡載荷等等。本課題做的主要工作：課題的名稱：掩護式液壓支架設計及仿真。參數(shù)如下：（1）最大采高5700mm；（2）最小采高3000mm；（3）煤層傾角8；（4）煤層厚度中層煤炭 2.55m左右（5）瓦斯含量少；（6）頂板味中層厚度。本次設計主要工作如下：四連桿機構的設計、主要結構件的結構設計、液壓支架整體受力分析、各主要結構件

24、的受力分析及強度校核。第2章 液壓支架整體結構設計2.1液壓支架的主要尺寸的確定2.1.1支架的高度首先在液壓支架當中，我們需要控制最大與最小高度必須通過液壓支架的最大與最小採高還有液壓支架的調整范圍。這個調整的范圍越大，該支架的使用越廣，但是這個調整范圍當然不能過大，不然會造成各種后果，這里就不一一作出具體的介紹，反正就是弊處多多。 (2-1) (mm) (2-2)其中：根據(jù)式5-1可得：5950mm根據(jù)式5-2可得： 2800mm2.1.2支架的伸縮比液壓支架的伸縮比系是指液壓支架的最大高度與最小高度之比值。即： （2-5） 由于液壓支架會在各種各樣的環(huán)境工作，所以液壓支架的適應性，說白了

25、也就是液壓支架的壽命的影響，鑒于這樣的考慮，本課題的設計，必須采用稍稍大點的伸縮比，從而達到各種各樣的要求，比如性能要求還有使用要求等等。現(xiàn)在就可以列舉一些常用的液壓支架的設計參數(shù)來作為本課題設計的參照。比如，伸縮比在一定的范圍：1.52.5的掩護式液壓支架，正如本課題的設計參數(shù)，正符合這樣的設計要求，有事不單單要考慮伸縮比，還要考慮到液壓支架的重量啊，經(jīng)濟性條件等等，故本課題的設計可以采用雙伸縮油缸或者帶機械加長桿的設備來處理，增加液壓支架的調整范圍。2.1.3支架的間距液壓支架的支架間距，簡而言之其實也就是兩根相鄰的液壓支架的幾何中心的距離?？梢杂米帜竍來表示。在本課題中，首先的從我設計的

26、選型上來解決，每種液壓支架的形式各不一樣，但是也有相同點，我取的液壓支架間距為b,比如液壓支架的節(jié)溜槽就是差不多一樣的，而我們設計這種液壓支架的間距也就是個根據(jù)這個節(jié)溜槽來設計的。目前，我國的溜槽幾乎是約定俗成的，大家都使用一米來確定這個長度距離，當然，除了這種方式，還有邁步式，但基本上都是采用的支架間距為一米左右。故在本課題中，我設計也去b=1.0 m。2.1.4支架的寬度 液壓支架的寬度其實就是頂梁的最小和最大寬度。根據(jù)目前已經(jīng)有的參數(shù)參考，液壓支架要從各個反面來進行考慮，包括液壓支架的側護板，及其它的行程，這個行程一般的大家基本參考在150200mm，還有一些其他的，這里就不一一的列舉出

27、來。這些參數(shù)必須要滿足液壓支架的一些條件，比如像液壓支架的運輸?shù)姆奖闩c否，安裝起來是否方便等等。故在本課題中，我們在設計當中，選取具有一般性代表意義的數(shù)據(jù)，舉個例子來說吧，在我的課題當中，頂梁的一個部件，也就是側護板的千斤頂，他的行程一般情況下這個值可取為170mm，而支架的其他尺寸，比如頂梁的寬度，也是一個范圍，規(guī)定一下1380mm1600mm。2.1.5底座長度的設計對于底座簡而言之，我們可以這樣來定義，其實就是液壓支架的一個部件，而該部件必須要具有這樣的功能，把頂板的壓力通過一些裝置傳遞到底板，這樣做我們就可以使支架穩(wěn)定，并固定起來。一般的情況下，在本課題中，通常在我們考慮設計底座的時候

28、，我們要有足夠的思想準備，要多多考慮，需要哪些方面的依據(jù)參考，比如說，本課題中，設計該底座的時候，我們就需要從這些方面來考慮，已達到全面的考慮的效果，對于底板而言，這個解除比壓一定要小，不能太大，不然設計就不夠合理。除此之外，還要考慮，想要有足夠的空間來安裝其他的設備啊，比如說，像立柱和液壓裝置和其他的輔助設備等等，還要考慮到它的人性化，要給人留有足夠的空間，正如現(xiàn)在一直強調要以人為本，所以設計就需要把人放在第一位來考慮等等。通常情況下，像本課題的掩護式液壓支架設計及仿真，掩護式液壓支架設計的時候，就需要把這個移架布局放入考慮中，想本課題采用四個立柱的情形，故底座經(jīng)過初步的估算需要大小為350

29、0mm。2.2對液壓支架的四連桿機構的設計2.2.1液壓支架四連桿機構的作用首先，我們都明白，在液壓支架的一些常見機構當中，四桿機構是極為重要的一個部分，重要作用不言而喻，不論是支撐式液壓支架、掩護式液壓支架還是支撐掩護式液壓支架中，四桿機構的作用大致是一樣的，大致可歸納為兩點，一點是讓那比較大的作用力作用在頂板的從而通過四桿機構傳遞到底座上；這第二點就是能過適應各種各樣的情況下的性能，從而達到管理頂板的效果，這是一個調節(jié)過程，其實就是通過四桿機構來實現(xiàn)頂板的運動，這個運動必須是一種平靜而穩(wěn)定的運動，而該運動可以描述為一種數(shù)學上的幾何圖形，稱其為近似的雙紐線，從而到液壓支架的頂板與煤層之間的不

30、均勻的距離在任何時候、任何情況下，都能夠智能的調節(jié)。綜上所述，四桿機構必須符合諸多要求，才能實現(xiàn)。2.2.2四連桿機構設計的要求1. 在四桿機構中，其中頂梁端點或等于70mm，以下才是最好的。2.在四桿機構中，當液壓支架的頂板和掩護梁的夾角P與后連桿和底板的夾角Q，此時的。最高位置時，7585；要求，為了防止媒石落在掩護梁上，一般情況下，鋼和矸石之間的摩擦系數(shù)為=0.3，記過計算得出則=16.7。但是考慮到安全，液壓支架在最低位置的時候，應該讓25的范圍內(nèi)變化。而通常取2530的范圍內(nèi)變化，這樣的目的是角為了滿足液壓支架后部，液壓支架不會突然下降的要求。但是，在一些特殊情況下，有的時候液壓支架

31、需要較小的角度時，可以通過這個措施來實現(xiàn)提升后連桿下鉸點。3.在四桿機構中，假設作為一個幾何圖形來看待，將掩護梁所在的直線與頂梁所在的直線延長并且有交點，暫且稱為O點，而此時鉸點和交點O的連線與水平線夾角稱之為。在本課題中，我設計時，必須讓角處于的范圍之中，因為液壓支架所受的作用力的大小受到該角的影響角。圖2.1四連桿機構幾何特征圖綜上所述，在本課題當中，分析可知，我們必須通過減小的大小，保證液壓支架能夠承受合理的壓力，除此之外還要保證液壓支架的工作可靠性能。而此時四桿機構的某個點的物理運動軌跡即就是上述所說的數(shù)學幾何形狀之雙紐線的一部分。因此從各個角度來考慮，我們在本課題當中可以同幾何作圖法

32、，配以一定的數(shù)學解析法完成該部分的設計，即就是四桿機構的完結，當然這些工作的完成必須要在掩護梁和后連桿的尺寸已知的情況下。2.3四連桿機構的設計在一般的四連桿機構的設計中，我們可以通過用幾何作圖法和解析法來解決。在本課題當中，本設計液壓支架尺寸可以采用幾何作圖法來完成，具體的如下圖所示。圖2.3液壓支架尺寸關系2.3.1掩護梁和后連桿尺寸 在本課題當中，我們可以用解析法來確定掩護梁和后連桿的長度，具體的如下圖所示。我們可以說這樣設：（mm）;A-后連桿長度;其中：P1最高位置時，頂梁與掩護梁的夾角;P2最低位置時，頂梁與掩護梁的夾角;Q1最高位置時，底板與后連桿的夾角;Q2最低位置時，底板與后

33、連桿的夾角;在本課題中四桿機構設計中，我們選定，但是對于不同的液壓支架而言選值是不一樣的。對于本課題所選的掩護式支架而言,一般選取A/G范圍來?。篈/G=0.450.61,取A/G=0.58。最高位置時： （2-6）H1=5950-900-450=4600mm計算出液壓支架掩護梁長度： （2-7）從而計算得出后連桿長度：A=G(A/G) =1856,369 mm經(jīng)過取整得： G=3200mm A=1856mm 2.3.2四桿機構的幾何作圖法在常規(guī)的四桿機構中，該機構的各部分的基本尺寸需要通過用幾何作圖的方法來確定。即就是四連桿機構。下面具體的作圖方法稍微有點煩，但是在CAD當中其實是很簡單的，

34、接下來就簡單介紹一下，稍稍說明一下，一下的數(shù)據(jù)需要根據(jù)個人的設計得出。為：1)確定后連桿下鉸點O點的位置之后，使它比底座面略高400mm2)作出H-H線，使之是一條水平線，并且使之通過點O。3)過O點作一條斜線，并使之延長線與H-H線有一定的夾角，記做為Q1。4)就在剛剛上述的那條斜線上面，通過尺規(guī)作圖法截得一條線段，并且保證這條線段的長度，記做為，A=1856mm。5)其實操作是不困難的，只是過程過于繁瑣，我就不一一列舉，我就匯報一下比較重要的步驟，在初步劃出各個基本尺寸后，只需要慢慢調節(jié)液壓支架的高度，從而得出不同的的角度，可以跟精確的得出多組不同的四桿機構的尺寸，當然我們需要選取最和服要

35、求的，最能適合本課題的參數(shù)數(shù)據(jù)。選出合適的數(shù)據(jù)后，我們需要對我們課題中的各個特性進行校核。圖2-5 液壓支架四連桿機構的幾何作圖法最終數(shù)據(jù)如下：后連桿的長度A=1856mm 掩護梁的長度G=3200mm 前連桿的長度C=2180mm 前后連桿下鉸點在底座上投影距離E=928mm 前后連桿下鉸點垂直距離D=599mm2.4頂梁結構設計2.4.1基本概念在液壓支架當中，和頂板直接接觸的非頂梁莫屬，當然，頂梁需要滿足各種要求，比如說，要滿足必須的強度還有剛度之外，是支護頂板得到保證。我們?nèi)绱酥匾曧敯?，是因為頂板的作用是不可取代，不可代替的，它作為很多部件的連接點啊，像立柱和頂板的連接點、掩護梁和頂板

36、的連接點、護頂裝置和頂板的連接點等等的作用，除此之外，還作為一些承載的部件。頂梁當然具有很大的作用，比如說就拿本課題來說，對于這個液壓支架來說，頂梁具有這些作用，像來自煤層的壓力肯定是要通過頂板來承受的，這個毋庸置疑；還有就是說，這些壓力不能簡單的就讓頂板來承受，我們鼻血將這壓力傳遞到下面的煤層上，這必然要通過中間的裝置，這類裝置像立柱、千斤頂和那堅硬的掩護梁等等來實現(xiàn)；其實，還有就是我們要維護頂梁在液壓支架的穩(wěn)定性，所以要保持這片區(qū)域的支撐。2.4.2液壓支架之頂梁的類型顧名思義，液壓支架的頂梁就是支架的最頂上面的那塊板，有著重要的作用。所以，一般的，本課題的液壓支架常設計，我們就需要選出他

37、的機構形狀，而頂梁的常見的形式其實也基本上有三種，比如說，整體頂梁這基本上是使用最多的一種、鉸接頂梁這種更加方便，還有就是楔形結構頂梁。整體式頂梁：在整體頂梁的前端，大約在8001000毫米的范圍內(nèi)的距離，這個角度大約上揚13度的偏角，這是為了防止頂梁有一些不必要的變形，從而保證定量的接頂效果，這就是整體頂梁的基本特點。鉸接式頂梁： 我們設計要致力于實際，像在設計的時候，我可以設身處地的想一下，當我們操作的時候，我需要有足夠的空間，比如說我們在能夠移動液壓支架的的時候，像這樣的合適空降距離大約有100500毫米，這樣還能使那些碎的煤石順利的掉落到下面的煤層上。楔形頂梁我們通過圖中就可以一目了然

38、，像楔形這樣的結構梁，我們可以發(fā)現(xiàn)它具有這樣的特點，比如說，它利用了一種物理原理，就是摩擦自鎖，這樣就能很巧妙的，是各個件之間像話摩擦，相互限制，從而達到穩(wěn)定狀態(tài)。這一特點和整體梁的特點有些相似，有著更大的支護力。使整個頂梁前端的強度和剛度達標。在本課題當中，根據(jù)現(xiàn)有的液壓支架頂梁各自的特點和優(yōu)缺點，選取更合適的頂梁。故在本設計中，我采用整體頂梁的形式。2.4.3對頂梁長度的影響在我國內(nèi)，甚至在全世界里，所有的采煤機械中，通常影響設備配套尺寸的因素當中，液壓支架的頂梁長度的影響處于重要位置。在本課題當中，我們設計該部分的時候，需要考慮多方面，比如說液壓支架的內(nèi)傾斜的時候，液壓支架的滾筒不能夠把

39、頂梁搞斷，這就是強度達不到要求，這樣的因素還有很多。所以在設計時，我們要考慮一個名為空頂距的距離，其實也就是頂梁前端到煤壁的最小距離（梁端距），可取為T=300mm。還有，就是通常取為E=100150mm左右在輸送機鏟煤板前的距離。這樣的目的也就是，為了阻止采煤機的那些不整齊的切割煤壁，通過這一措施，我們可以達到這樣的效果，在推移輸送機旁邊，必須要留有合適的距離。除此而外，在計算頂梁的時候，我們還應該考慮，是所有的設備必須要在頂梁包圍下工作，比如說像這些設備采煤機、輸送機。配套尺寸的計算公式：R=B+E+W+X+d/2其中：B-為截深mm；W-為工作面輸送機總寬度mm；X-為支架前柱與電纜槽之

40、間的距離，mm；其中，通常情況下配套尺寸與采煤機截深、輸送機寬度等有關。配套尺寸=1400+320+1194+452=3366mm 2.4.4頂梁斷面形狀在本課題當中，我設計的液壓支架，對于掩護式支架而言，如下圖所示，我采用了一種加強頂梁強度和剛度的結構，在頂梁的上面添加一塊鋼板，并焊接在上面，這樣的結構也不影響頂梁的側護板的伸縮的自由性，這樣的設計可謂之既有功能作用，又有美觀作用。具體如下。2.4.5液壓支架頂梁參數(shù)計算1.頂梁長度（記作為L）的計算我們常?？梢赃@樣來計算液壓支架中頂梁的長度，頂梁長度LL =（配套尺寸R cosQ1）300e) (2-9)式中：配套尺寸為 3366mm;底座

41、長度為3500 mm;P1=60;Q1=80;代入公式（2-9）中得 頂梁長度L=3366+3500+1856cos60 3200cos60 +300+30 =5258.35258mm2.頂梁寬度：頂梁寬度根據(jù)支架間距和架型來定，架間間隙為0.2m左右。其中寬面頂一般為1.41.59m,節(jié)式支架一般為0.40.6m,此處取1500mm。3.支架頂梁的面積（記作為S）：計算公式為：S = LB mm2 其中： L-頂梁的長度，單位為mm；B-頂梁的寬度，單位為mm；將數(shù)據(jù)代入公式得出計算公式為：S = 52581500 = 7.887 m24.支架支護面積（記作為Sc）： 計算公式為：Sc =

42、B*(LM) (2-11)上面其中：Sc-支護的面積 單位為 m2 ； M-頂梁前端點單位為 m,一般情況下可以取值為M=300mm；B-支架間距（支架中心距），一般為1500mm；代入公式(2-12)得：Sc = 1500(5258300)=8.337 m25.頂板覆蓋率=A/Fc100%其中公式中： -頂板的覆蓋率；S-頂梁的面積 單位為 m2Sc-支護的面積 單位為m2將數(shù)據(jù)代入公式中計算得出:=7.887/8.337100%=94.6%6.液壓支架的理論支護阻力（記作為F1）計算公式為：F1=Scq （212）其中上面公式中: F1-支架的理論支護阻力 單位為KN； Sc-支護的面積

43、單位為 m2；q-支護強度 可以通過查表找出符合本設計的數(shù)據(jù)， 查表得出：1.3343 單位為KN/M2。計算得出本設計的支架理論支護阻力（此時液壓支架處于最高位置的時候）為：F1 = 8.337573.3=4779.6（KN）2.5掩護梁結構的設計2.5.1液壓支架掩護梁的作用在本課題中，甚至可以說在所有的液壓支架當中，掩護梁是一個至關重要的部件，所以說，掩護梁的設計就顯得至關重要。掩護梁顧名思義就是作為液壓支架的一個掩護機構，起著它的不可替代的作用。比如說，在一些情況下，煤石墜落時，掩護梁就必須承受來自煤石的壓力，還有頂層煤炭對頂板的壓力都要通過掩護梁來傳遞，在這樣兩個力的作用下，掩護梁就

44、有可能發(fā)生形變，產(chǎn)生一定的彎矩。在所有力當中，來自上述的兩種里是掩護梁受到的最主要的兩個力，作為掩護梁就必須承擔起這樣的作用，是這兩個力向著其他位置傳遞，比如說傳到底座上，而這個媒介就是前后連桿。掩護梁承受對支架的水平作用力及偏載扭矩。液壓支架的掩護梁需要有這樣的功能，首先就要有掩護的功用，其次就是擋住煤石的功能，要實現(xiàn)這樣的功能需要有完整的設備，要能夠支撐住，還有一個堅硬的掩護體，而這些就由掩護梁和頂梁來實現(xiàn)，在這里包括了頂梁上的活動側護板。2.5.2掩護梁的常見典型結構型式如下圖所示，在本課題當中，我設計的掩護梁，基本上上從一些常見的經(jīng)典的結構中選取，比如說由鋼板制成的掩護梁，其實就是把這

45、些鋼板統(tǒng)一寫焊接手段連接起來的方式的一種結構。在掩護梁上，有著這樣的構件的連接關系，比如說，頂梁需要和掩護梁連接，這就需要通過一些耳座來實現(xiàn)這樣的功能。當然除了這個，還有其他的構件，比如說，立柱柱窩和活動側護板等等。具體如下圖所示，就從一般的視角來看這些液壓支架，用正視圖的角度看，其實也就是液壓支架的側面，此時的掩護梁，有不同的形狀。有直線型的還有折線形的。對于掩護梁來說，它的形狀不同，它的功能也就不一樣。其實也就是結構決定功能，接下來就分別簡單分析一下上述兩者的異同。把折線型的掩護梁與直線型的掩護梁比較，首先前者的支架端面大，有著比較高的強度和剛度。雖然有這些優(yōu)點，但是，折線形的掩護梁的工藝

46、性比起后者來說相對差些。綜上所述，這種結構很少使用，除非一些特殊情況。接下來再從掩護梁的寬度這個角度來看，這樣掩護梁又可以這樣分類，可分為兩種，也就是整體式和對分式。對于分式結構而言，這種結構尺寸較小，有著一些相對整體式的優(yōu)勢，比如說，這種結構便于加工、運輸和安裝，當然這種結構有優(yōu)勢也有劣勢，其劣勢就是結構的強度和剛度稍稍差些。綜上所述，本課題中，直線型整體式是我們的首選。2.5.3掩護梁的參數(shù)設計（1）掩護梁的長度（記住為G）： 其實掩護梁的有效長度就是兩個耳座中心之間的幾何距離，這個幾何距離可以通過之前設計四連桿機構的數(shù)據(jù)得出，選定掩護梁長度為3200毫米。（2）掩護梁的寬度（記作為By）

47、：在本課題當中，為了一些功能的實現(xiàn)，當然還有一些美觀因素在內(nèi)，在設計中選取掩護梁的寬度和之前的設計項目頂梁寬度保持一致即可，這樣掩護梁寬度也就可以選定為1500毫米。（3）掩護梁上前后連桿鉸點位置根據(jù)現(xiàn)有的文獻上得知，并且通過全面的比較，需要在多個方向來解決，但是最主要的還水平和垂直這兩個方向，這樣最終就可以讓前后連桿鉸點的位置得到確定。2.6底座結構設計2.6.1底座設計要求底座是液壓支架的主要承載部件，它把頂板的壓力傳遞給底板，它是支架的結構基礎，因此，對底座的設計有以下要求： 1 要有足夠的強度和剛度；2 對底板有較好的適應性和較小的比壓；3 能獲得足夠的空間安裝立柱、推移千斤頂、液壓操

48、縱系統(tǒng)和其他裝置；4 便于人員行走、操縱支架和采煤機等；5 有一定的重量以保持支架的穩(wěn)定性；6 滿足快速移架和順序排矸的要求；2.6.2底座的選型 底座的結構型式通常有三種類型： 1、整體式底座：顧名思義整體式底座就是通過鑄造的手段來實現(xiàn)，將多層鋼板鑄造成箱式結構，還有一些細節(jié)是通過焊接實現(xiàn)的。整體式結構底座有著很多的優(yōu)勢，比如說它的強度剛度很高，穩(wěn)定性好，除此之外，它還具有這些與煤層地面的接觸面積大，這樣同樣的壓力通過更大的面積，壓強小。2對分式底座：相對于整體式的底座，對分式的底座也有自己的一些特點，是整個底座的操作、運輸和調整很方便。除了這些，最大的特點就是它的適應性比較強，可以調節(jié)出各

49、種起伏不平煤層。結構上其實很簡單，用一種橋式來實現(xiàn)連接兩塊底座分塊，這些分塊可以是前后分開的，可以是左右分開的形式。3底靴式底座： 底靴式底座其實就是它的外形像一只靴子，而且它的特點也是很鮮明的，在這個靴子狀的底座上留有立柱的位置，而立柱的數(shù)目就影響這這個底座的尺寸，用彈簧鋼板把立柱相互固定，穩(wěn)定住，用銷軸把立柱固定在底座上。這種結構特點鮮明，比如說它的拆裝容易，得益于機構簡單，對煤層的適應性很強。但是它的劣勢也很明顯，容易造成強度和剛度到不要求，不夠穩(wěn)定，它的比壓比較大，使用的情況較少。為了減小液壓支架采煤結束是移動方便和避免出現(xiàn)啃底，通常在底座前面有這樣的一個形狀滑撬形，還有底座的重量分配

50、，前面的重量要小于后面。 綜上所述，在本課題當中，我們需要根據(jù)自己的需求來選擇底座。上面分析道，衡量權衡決定選取整體式底座。為了使采煤時操作人員有足夠的空間操作還有生活的需求，就是不能影響到人的正常行走，設計四連桿機構連接點的安裝位置時，盡量將連桿的連接點向底座的前面移動。底座的前面還有液壓裝置需要安放，而且要便于移動，所以需要有這樣的一個機構來實現(xiàn)，推拉裝置。還有就是底座上的立柱柱窩，本設計中采用了四個立柱柱窩。這樣的底座具有這樣的特點：整體結構性強，很好的穩(wěn)定性，壓強小等等。2.7立柱的設計在液壓支架中，吧支架上方的壓力轉移到下方，需要通過中間的承壓機構，而立柱就是一種很理想的選擇。在長期

51、受到高壓的情況下，這些立柱必須要有著這些能力，能夠經(jīng)受住高壓，有抗壓性，還要有足夠的強度和剛度來保證工作的進行，這些立柱是通過液壓系統(tǒng)來工作的，所以必須要有很好的密封性。當然除了這些，立柱最基本的還是要具有它的功能，有可靠的工作性能。2.7.1液壓支架立柱的布置（1)立柱數(shù)在本課題當中，設計是需要根據(jù)已有的經(jīng)驗來參考。目前過內(nèi)支撐式支架立柱數(shù)為26根，常用為4根；掩護式支架為2柱；支撐掩護式支架為4柱。（2)支撐方式支撐式支架立柱為垂直布置。掩護式支架為傾斜布置，這樣可克服一部分水平力，并能增大調高范圍。一般立柱軸線與頂梁的垂線夾角小于300（支架在最低位置時），由于角度較大，可使調高范圍增加

52、。同時由于頂梁較短，立柱傾角加大可以使頂梁柱窩位置前移，使頂梁前端支護能力增大。支撐掩護式支架，根據(jù)結構要求呈傾斜或直立布置，一般立柱軸線與頂梁垂線夾角小于100（支架在最高位置時），由于夾角較小，有效支撐能力較大。（3)立柱間距立柱間距指支撐式和支撐掩護式支架而言即前、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。支撐式和支撐掩護式支架的立柱間距為11.5m。4)立柱類型立柱按動作方式，分為單作用和雙作用；按結構分類，分為活塞式和活柱式；按伸縮方式分為單身縮和雙伸縮。2.7.2立柱主要參數(shù)確定1)立柱缸體內(nèi)徑和活塞外徑a.立柱缸體內(nèi)徑的確定D= （2-13）上述計算公式其中

53、： D-立柱缸體內(nèi)徑，單位為毫米； F1支架承受理論支護力，單位為KN; N支架立柱數(shù)目； Pa安全閥正壓力，單位為MPa； -立柱最大傾角代入上述公式（2-13）計算得：=225.6 mm查表2-1 取整為230mm。表2-2 立柱缸徑缸、活塞柱徑配合關系表外缸內(nèi)徑/mm250220200180160140活塞外徑/mm240210185170150130工作阻力/KN2352196017641372980784額定工作壓力/MPa5051.658.456.150.751.92).立柱初撐力和工作阻力a.液壓支架立柱的初撐力P1 = (KN) （2-14）上述計算公式中： -立柱初撐力 單位

54、為 KN Pb - 泵站壓力 選用XRB2B型乳化液泵站，壓力Pb=35 Mpa考慮各種損失，按32MPa計算。代入公式（2-14）得=1004.8 KNb.液壓支架立柱的工作阻力 = （2-15）上述計算公式中： - 立柱工作阻力，單位為 KNPa - 安全閥調整壓力，安全閥選用YF1B型調正壓力=40 MPa。代入公式（2-15）得：=1256 KN2.8千斤頂?shù)倪x擇推移裝置推移裝置由推移千斤頂和推移桿組成。推桿采用16Mn鋼板焊接而成，主要由主筋板，大耳座、小耳座、加強筋板組成設計結果數(shù)據(jù)：表 2-3 液壓支架（掩護式）主要技術參數(shù)表格技術項目單位參數(shù)數(shù)據(jù)支架整體性能支架高度mm2800

55、5950支架寬度mm1500支架中心距mm1000支護強度MPa0.68對底板比壓MPa1.8初撐力 kN4863.2工作阻力kN5000操作方法泵站壓力MPa31.5第3章 液壓支架的受力分析與校核3.1液壓支架的支護性能與外載荷在液壓支架的研制，試驗過程中，各構件的強度計算是極為必要的。由于液壓支架的結構特點，外載荷特點以及使用條件的特殊性，在強度計算中的強度條件也有其特殊性。當然強度條件要以現(xiàn)階段液壓支架所選用的材料、制造工藝以及失效形式等為依據(jù)，隨著時間的推移，如果上述諸點有變，強度條件也必須作相應的調整。我國液壓支架強度計算中的強度條件： 度校核均以材料的屈服極限計算安全系數(shù)； 構件

56、、銷軸、活塞桿的屈服極限及強度條件； 構件通常采用16Mn等普通低合金結構鋼，并由具有標準厚度的鋼板焊接而成，取459MPa； 構件、銷軸和活塞桿的強度條件4為：其中上述公式中險斷面計算出的最大應力，用安全系數(shù)3、液壓缸體的材料這里采用一種無縫鋼管，抗拉強度1020MPa，計算公式為：其中上述公式中：1）焊條抗拉強度取561Mpa，計算公式為：其中上述公式中：根據(jù)焊條的種類來確定焊接許用應力2）許用擠壓應力按下式計算：安全系數(shù)，查書得表：表4-1 安全系數(shù)安全系數(shù)前梁頂梁底座主要軸缸體焊縫活塞桿n1.11.11.1 1.33.343.34 1.4 在下圖中，我們可以清晰的看到我們的研究對象掩護

57、式液壓支架在采煤工作面液壓支架支護頂板。為了設計方便，要對支架的載荷和支架本身進行簡化，現(xiàn)概述如下：1)把支架簡化成一個平面桿系結構，為了偏于安全，計算時把外載荷視為集中載荷。2)金屬結構件按直梁理論計算。3)頂梁、底座與頂板被認為均勻接觸，載荷沿支架長度方向按線性規(guī)律分布，沿寬度方向均勻分布。4)通過分析和計算可知，掩護梁頂矸石的作用為只能使支架實際支護阻力降底，所以在受力計算時不計使掩護梁偏于安全。5)立柱和短柱按最大工作阻力計算。6)產(chǎn)生作用在頂梁水平力的情況有兩種：一種是由于支架讓壓回縮，頂梁前端運動軌跡為近似雙紐線，頂梁與頂板在產(chǎn)生相對位移，頂板給予頂梁水平摩擦力；另一種是由于頂板向

58、采空區(qū)方向移動，使支架頂梁受指向采空區(qū)的水平摩擦力。頂梁和頂板的靜摩擦系數(shù)W一般取0.150.3。7)按不同支護高度時各部件最大受力值進行強度校核。圖3-2 支撐掩護式液壓支架整體受力3.2取頂梁為分離體進行分析在下圖中，我們可以清晰的看到我們的研究對象掩護式液壓支架的各個部分的受力，并對其進行詳細的分析。圖3-3頂梁分離體受力分析注意：各個連接點在圖中均有表示如圖中的點A我們對頂梁進行受力分析，是為了的求出上圖中的一些力的大小，其實就是其中的未知量。Fn和X ： （3-1） （3-2）式中：Fn-頂梁受的集中力 單位為： KNW-頂板的摩擦系數(shù) ， 通常取值為 W = 0.3Pa-前排立柱的合力， 通常取值為Pa = 2512 單位為：KNPb-后排立柱的合力，通常取值為Pb = 2512單位為：KN Ya-頂梁a 點所受垂直力，單位為KN根據(jù)上面兩個公式的聯(lián)立，計算求出Fn經(jīng)過整理得出: （3-3）其中公式中： -瞬心角， 單位為度將數(shù)據(jù)代入公式（3-3）計算得:3284.83 KN 由式（3-1）得:=3284.830.3-2512(sin18+sin8)=-139.927 (KN)由式（3-5）得:ya=3284.832512（cos18+cos8）=-1591.64 (KN) （3-4）其中上述公式中：x 后梁集中力作用點與頂梁