ZY90002545掩護式液壓支架設計【全套圖紙三維】 .doc

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1、 中國礦業(yè)大學2009屆畢業(yè)設計 第 119 頁 1 液壓支架簡介 1.1 液壓支架的用途 在采煤工作面的煤炭生產(chǎn)過程中，為了防止頂板冒落，維持一定的工作空間，保證工人安全和各項作業(yè)正常進行，必須對頂板進行支護。而液壓支架是一高壓液體作為動力，由液壓元件與金屬構(gòu)件組成的支護和控制頂板的設備，它能實現(xiàn)支撐、切頂、移架和推移輸送機等一整套工序。實踐表明液壓支架具有支護性能好、強度高、移架速度快、安全可靠等優(yōu)點。液壓支架與可彎曲輸送機和采煤機組成綜合機械化采煤設備，它的應用對增加采煤工作面產(chǎn)量、提高勞動

2、生產(chǎn)率、降低成本、減輕工人的體力勞動和保證安全生產(chǎn)是不可缺少的有效措施。因此，液壓支架是技術上先進、經(jīng)濟上合理、安全上可靠，是實現(xiàn)采煤綜合機械化和自動化不可缺少的主要設備。 全套圖紙，加153893706 1.2 液壓支架的組成及分類 1.2.1 液壓支架的組成 液壓支架由以下六個主要部分組成： 頂梁、底座、立柱、掩護梁、活動側(cè)護板、推移機構(gòu)、操縱控制系統(tǒng) 1. 頂梁 用途： a、用于支撐維護控頂區(qū)的頂板； b、承受頂板的壓力； c、．將頂板載荷通過立柱、掩護梁、前后連桿經(jīng)底座傳到底板。 要求： a、頂梁應有足夠的強度，即使在接觸應力分布不均勻的情況下也不致被壓

3、壞； b、頂梁應有足夠的剛度，以承受扭力； c、頂梁對頂板的覆蓋率高； d、頂梁能適應頂板的起伏變化。 2. 底座 用途： a、為支架的其他結(jié)構(gòu)件和工作機構(gòu)提供安設的基礎； b、與前后連桿和掩護梁一起組成四連桿機構(gòu)； c、將立柱和前后連桿傳遞的頂板壓力傳遞給底板。 要求： a、底座應有足夠的強度和剛度； b、底座對底板的起伏變化適應性好； c、底座與底板的接觸面積大，以減小底座對底板的接觸比壓，避免支架陷入底板； d、底座應有足夠的地方來安設立柱、推移裝置以及液壓控制裝置； e、底座要能把落入支架內(nèi)的碎矸排棄到采空區(qū)中。 3. 立柱 用途： a、支撐頂梁，承

4、受載荷的作用； b、調(diào)節(jié)支架的高度，使支架的高度滿足工作面的要求； c、立柱設置有大流量安全閥，以避免頂板沖擊壓力造成支架過載較大。 4. 掩護梁 用途： a．掩護梁承受頂梁部分載荷和掩護梁背部載荷并通過前后連桿傳遞給底座； b．掩護梁承受對支架的水平作用力及偏載扭矩； c．掩護梁和頂梁（包括活動側(cè)護板）一起 ，構(gòu)成了支架完善的支撐和掩護體，完善了支架的掩護和擋矸能力。 5. 活動側(cè)護板 用途： a、消除相鄰支架掩護梁和頂梁之間的架間間隙，防止冒落的矸石進入支護空間； b、作為支架移架過程中的導向板； c、防止支架降落后傾倒； d、調(diào)整支架的間距。 6. 推移機

5、構(gòu) 前后連桿是四連桿機構(gòu)中重要的運動和承載部件，與掩護梁和底座的一部分共同組成四連桿機構(gòu)，使支架能承受圍巖載荷、水平作用力和保持穩(wěn)定。其四連桿機構(gòu)的作用： a、通過四連桿機構(gòu)，使支架頂梁端點的運動軌跡呈近似雙紐線，從而使用使支架前端頭離煤距離大大減小，提高了管理頂板性能； b、能承受較大的水平力。 7. 操縱控制系統(tǒng) 液壓支架由不同數(shù)量的立柱和千斤頂組成，采用不同的操縱閥以實現(xiàn)升柱、降柱、移架、推溜等動作。雖然支架的液壓缸（立柱和千斤頂）種類、數(shù)量很多，但其液壓系統(tǒng)都是采用多執(zhí)行元件的并聯(lián)系統(tǒng)。 對于液壓支架的操縱控制系統(tǒng)傳動裝置，應具有以下基本要求：采用結(jié)構(gòu)比較簡單，設備外形尺寸

6、小，能遠距離的傳送大的能量；能承受較大載荷；沒有復雜的傳動機構(gòu)；在爆炸危險和含塵的空氣里保證安全工作；動作迅速；操作調(diào)節(jié)簡單；過載及損壞保護簡單。 1.2.2 液壓支架的分類 液壓支架按結(jié)構(gòu)形式劃分，可分為支撐式、掩護式和支撐掩護式三類。 1、支撐式支架 支撐式支架利用立柱與頂梁直接支撐和控制工作面的頂板。其特點是：立柱多，支撐力大，切頂性能好；頂梁長，通風斷面大，適用于中等穩(wěn)定以上的頂板。 支撐式支架有垛式和節(jié)式之分。 （1）節(jié)式 節(jié)式支架由2～4個框架組成，用導向機構(gòu)互相聯(lián)系，交替前進， （2）垛式 整個支架為一整體結(jié)構(gòu)，整體移動，通常有4～6根立柱，可以支撐堅硬與極堅硬

7、的頂板。 2、掩護式支架 掩護式支架利用立柱、短頂梁支撐頂板，利用掩護梁來防止巖石落入工作面。其特點是：立柱少，切頂能力弱；頂梁短，控頂距??；由前后連桿和底座鉸接構(gòu)成的四連桿機構(gòu)使抗水平力的能力增強，立柱不受橫向力；而且使板前端的運動軌跡為近似平行于煤壁的雙紐線，梁端距變化?。患荛g通過側(cè)護板密封，掩護性能好；調(diào)高范圍大，適用于松散破碎的不穩(wěn)定或中等穩(wěn)定的頂板。 3、支撐掩護式支架 支撐掩護式支架具有支撐式的頂梁和掩護式的掩護梁，它兼有切頂性能和防護作用，適于壓力較大、易于冒落的中等穩(wěn)定或穩(wěn)定的頂板。 根據(jù)使用條件，支撐掩護式支架的前、后排立柱可前傾或后傾，傾角大小也可不同。前、后立柱

8、交叉布置的支架適用于薄煤層。 1.3 液壓支架的工作原理 液壓支架在工作過程中，必須具備升、降、推、移四個基本動作，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。如圖所示：每架支架的液壓管路都與工作面主管路并聯(lián)，形成各自獨立的液壓系統(tǒng)，如圖1-1所示，其中液控單向閥和安全閥設在架內(nèi)，操縱閥可設在本架或鄰架內(nèi)，前者為本架操作，后者為鄰架操作。 圖1-1 液壓支架工作原理圖 1-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

9、液管 1.3.1 支架升降 支架的升降依靠立柱2的伸縮來實現(xiàn)，其工作過程如下： 1、初撐 如圖1-1所示，操縱閥8處于升柱位置，由泵站輸送來的高壓液體經(jīng)液控單向閥6進入立柱的下腔，同時立柱的上腔排液，于是活柱和頂梁升起，支撐頂板。當頂梁接觸頂板，立柱下腔的壓力達到泵站的工作壓力后，操縱閥置于中位，液控單向閥6關閉，從而立柱下腔液體被封閉，這就是支架的初撐階段。 2、承載 支架初撐后，進入承載階段。隨著頂板的緩慢下沉，頂板對支架的壓力不斷增加，立柱下腔被封閉的液體壓力將隨之迅速升高，液壓支架受到彈性壓縮，并由于立柱缸壁的彈性變形而使缸徑產(chǎn)生彈性擴張，這一過程就是支架的增阻過程。當下腔

10、液體的壓力超過安全閥5的動作壓力時，高壓液體經(jīng)安全閥5瀉出，立柱下縮，直至立柱下腔的液體壓力小于安全閥的動作壓力時，安全閥關閉，停止泄液，從而使立柱工作阻力保持恒定，這就是恒阻過程。此時，支架對頂板的支撐力稱為工作阻力，它是由支架安全閥的調(diào)定壓力決定的。 3、卸載 當操縱閥8處于降架位置時，高壓液體進入立柱的上腔，同時打開液控單向閥6，立柱下腔排液，于是立柱卸載下降。 圖1-2 液壓支架工作特性曲線 由以上分析可以看出，支架工作時的支撐力變化可分為三個階段，如圖1-2，即：開始升柱至單向閥關閉時的初撐增阻階段t0，初撐后至安全閥開啟前的增阻階段t1 ，以及安全閥出現(xiàn)脈動卸載時的恒阻

11、階段t2 ，這就是液壓支架的阻力-時間特性。它表明液壓支架在低于額定工作阻力下工作時，具有增阻性，以保證支架對頂板的有效支撐作用，在達到額定工作阻力時，具有恒阻性；為使支架恒定在此最大支撐力，又具有可縮性，即支架在保持恒定工作阻力下，能隨頂板下沉而下縮。增阻性主要取決于液控單向　立柱的密封性能，恒阻性與可縮性主要由安全閥來實現(xiàn)，因此安全閥、液控單向閥和立柱是保證支架性能的三個重要元件。 1.3.2 支架移動和推移輸送機 支架和輸送機的前移，由底座3上的推移液壓缸4來完成。 需要移架時，先降柱卸載，然后通過操縱閥使高壓液體進入推移液壓缸4的活塞桿腔，活塞腔回液，以輸送機為支點，缸體前移，把

12、整個支架拉向煤壁。 需要推移輸送機時，支架支撐頂板，高壓液體進入推移活塞缸4的活塞腔，活塞桿腔回液，以支架為支點，活塞桿伸出，把輸送機推向煤壁。 1.4 液壓支架的傳動系統(tǒng) 液壓支架由不同數(shù)量的立柱和千斤頂組成，采用不同的操縱閥以實現(xiàn)升柱、降柱、移架、推溜等動作。目前支架大都采樣容積式液壓傳動。 對于液壓支架的傳動裝置，應具有以下基本要求：采用結(jié)構(gòu)比較簡單，設備外形尺寸小，能遠距離的傳送大的能量；能承受較大載荷；沒有復雜的傳動機構(gòu)；在爆炸危險和含塵的空氣里保證安全工作；動作迅速；操作調(diào)節(jié)簡單；過載及損壞保護簡單。 液壓支架的液壓傳動，與其他機械的容積式液壓傳動有很大的區(qū)別，其特點如下

13、： 工作液的壓力高（管路內(nèi)的壓力達20～40MPa，立柱內(nèi)的壓力達30～70MPa），流量大（30～150l/min）； 在液壓系統(tǒng)中，采用粘度低和容量大的液體為工作介質(zhì)； 液壓缸、操縱閥，其他調(diào)節(jié)和控制裝置等總的數(shù)量大（高壓泵1～6臺，液壓缸300～1500個，安全閥150～300個，還有同樣數(shù)量的液控單向閥）； 很長的液壓管路（200～300m剛性管，500～3000m高壓軟管）; 泵——液壓缸傳動系統(tǒng)的換算彈性模數(shù)較低； 根據(jù)支架的數(shù)目改變液流的參數(shù)； 所有支架在結(jié)構(gòu)上都有著相同的液壓缸、液壓裝置以及他們之間都有相同的連接方式（相同的液壓系統(tǒng)）； 每節(jié)支架都重復著相同的工

14、序，這些工序的總和構(gòu)成液壓支架的基本工序； 為了保證系統(tǒng)具有較高的容積效率，實現(xiàn)無故障作業(yè)以及工作人員的安全，液壓系統(tǒng)的元件和部件要有好的密封性和可靠性。 1.5 液壓支架的選型原則 液壓支架的選型，其根本目的是使綜采設備適應礦井和工作面條件，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)濟效益提供條件，因此必須根據(jù)礦井的煤層、地質(zhì)、技術和設備條進行選擇。 1． 液壓支架架型的選擇首先要適合于頂板條件。 2． 當煤層厚度超過1.5m，頂板有側(cè)向推力或水平推力時，應選用抗扭能力強的支架，一般不宜選用支撐式支架。 3． 當煤層厚度達到2.5～2.8m以上時，需要選擇

15、有護幫裝置的掩護式或支撐掩護式支架。煤層厚度變化大時，應選擇調(diào)高范圍較大的掩護式或雙伸縮立柱的支架。 4． 應使支架對底板的比壓不超過底板允許的抗壓強度。在底板較軟條件下，應選用有抬底裝置的支架或插腿掩護式支架。 5． 煤層傾角＜10時，支架可不設防倒防滑裝置；15～25時，排頭支架應設防滑裝置，工作面中部輸送機設防滑裝置；＞25時，排頭支架應設防倒防滑裝置，工作面中部支架設底調(diào)千斤頂，工作面中部輸送機設防滑裝置。 6． 對瓦斯涌出量大的工作面，應符合保安規(guī)程的要求，并優(yōu)先選用通風斷面大的支撐式或支撐掩護式支架。 7． 當煤層為軟煤時，支架最大采高一般≤2.5m；中硬煤時，支架最大采高

16、一般≤3.5m；硬煤時，支架最大采高＜5m。 8． 在同時允許選用幾種架型時，應優(yōu)先選用價格便宜的支架。 9． 斷層十分發(fā)育，煤層變化大，頂板的允許暴露面積在5～8m2，時間在20min以上時，暫不宜采用綜采。 10．特殊架型的選擇可根據(jù)特殊型支架的適用條件進行選擇。 1.6 設計液壓支架的目的、要求和參數(shù) 1.6.1 設計目的 采用綜合機械化采煤方法是大幅度增加煤炭產(chǎn)量、提高經(jīng)濟效益的必由之路。為了滿足對煤炭日益增長的需求，必須大量生產(chǎn)綜合機械化采煤設備，迅速增加綜合機械化采煤工作面（簡稱綜采工作面）。而每個綜采工作面平均需要安裝150臺液壓支架，可見對液壓支架的需求量是很大的。

17、 由于不同采煤工作面的頂板條件、煤層厚度、煤層傾角、煤層的物理機械性質(zhì)等的不同，對液壓支架的要求也不同。為了有效地支護和控制頂板，必須設計出不同類型和不同結(jié)構(gòu)尺寸液壓支架。因此，液壓支架的設計工作是很重要的。由于液壓支架的類型很多，因此其設計工作量也是大的，由此可見，研制和開發(fā)新型液壓支架是必不可少的一個環(huán)節(jié)。 1.6.2 設計要求 1．為了滿足采煤工藝及地質(zhì)條件的要求，液壓支架要有足夠的初撐力和工作阻力，以便有效的控制頂板，保證合理的下沉量。 2．液壓支架要有足夠的推溜力和移架力。推溜力一般為100kN左右；移架力按煤層厚度而定，薄煤層一般為100kN～150kN，中厚煤層一般為15

18、0kN至250kN，厚煤層一般為300kN～400kN。 3．防矸性能要好。 4．排矸性能要好。 5．要求液壓支架能保證采煤工作面有足夠的通風斷面，從而保證人員呼吸、稀釋有害氣體等安全方面的要求。 6．為了操作和生產(chǎn)的需要，要有足夠?qū)挼娜诵械馈? 7．調(diào)高范圍要大，照明和通訊方便。 8．支架的穩(wěn)定性要好，底座最大比壓要小于規(guī)定值。 9．要求支架有足夠的剛度，能夠承受一定的不均勻載荷。 10．在滿足強度條件下，盡可能減輕支架的重量。 11．要易于拆卸，結(jié)構(gòu)簡單。 12．液壓元件要可靠。 1.6.3 設計時必須的參數(shù) 1．頂板條件 根據(jù)老頂和直接頂?shù)姆诸?，對支架進行選型。

19、 2．最大和最小采高 根據(jù)最大和最小采高，確定支架的最大和最小高度，以及支架的支護強度。 3．瓦斯等級 根據(jù)瓦斯等級，按保安規(guī)程規(guī)定，驗算通風斷面。 4．底板巖性和小時涌水量 根據(jù)底板巖性和小時涌水量驗算底板比壓。 5．工作面煤壁條件 根據(jù)工作面煤壁條件，決定是否用護幫裝置。 6．煤層傾角 根據(jù)煤層傾角，決定是夠選用防滑防倒裝置。 7．井筒罐籠尺寸 根據(jù)井筒罐籠尺寸，考慮支架的運輸外形尺寸。 8．配套尺寸 根據(jù)配套尺寸及支護方式來計算頂梁長度。 2 液壓支架各部件尺寸的確定 2.1 液壓支架高度和伸縮比 2.1.1 支架高度的確定 支架高度的確定原則，應根

20、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： 支架的最大結(jié)構(gòu)高度 　　 支架的最小結(jié)構(gòu)高度 式中 —煤層最大高度，　； —煤層最小高度，?。? —考慮偽頂冒落的最大厚度，對于大采高支架取200～400mm，對于中厚煤層支架取200～300mm，對于薄煤層支架取100～200mm。取??； —考慮周下沉量，移架時支架的下降量和頂梁上、地板下的浮矸之和，對于大采高支架取500～900mm，對于中厚煤層支架取300～400mm，對于薄煤層支架取150～250mm。取； 　 　 　 2.1.2 支架伸縮比 支架的伸縮比是指最大與最小支架高度之比

21、： 由于液壓支架的使用壽命較長，并可能被安裝在不同采高的采煤工作面，所以，支架應具有較大的伸縮比。在采用雙伸縮立柱時，垛式支架的伸縮比為1.9；支撐掩護式支架為2.5；掩護式支架可達3。一般范圍在1.5～2.5，由于伸縮比較大，本支架采用雙伸縮立柱。 2.2 支架間距的確定 支架間距就是指相鄰支架中心線間的距離。 支架頂梁一般裝有活動側(cè)護板，側(cè)護板行程一般為170～200mm。當支架中心距為1.5m時，最小寬度一般取1400～1430mm，最大寬度一般取1570～1600mm。當支架中心距為1.75m時，最小寬度一般取1650～1680mm，最大寬度一般取1850～1880mm。當

22、支架中心距為1.25m時，如果頂梁帶有活動側(cè)護板，則最小寬度取1150～l180mm．最大寬度取1120～1150mm。如果頂梁不帶活動側(cè)護板，則寬度一般取1150～l200mm。 支架間距b主要根據(jù)支架型式，但目前主要根據(jù)刮板運輸機油槽每節(jié)長度及槽幫上千斤頂連接的位置來確定，目前我國刮板運輸機溜槽每節(jié)長度為1.5m或1.75m,千斤頂連接位置在刮板槽中間，所以除節(jié)式和邁步式支架外，支架間距一般為1.5m。輕型支架為適應中小煤礦工作面快速搬家的要求，中心距可采用1.25m。大采高支架為促高穩(wěn)定性中心距可采用1.75m， 但由于這次支架屬于大采高。故取b=1.75m。頂梁寬度取1640mm。

23、 2.3 底座尺寸的確定 底座是將頂板壓力傳遞到底板和穩(wěn)定支架的作用。在設計支架底座的長度時，應考慮如下方面：支架對底板的接觸比壓要?。恢Ъ軆?nèi)部應有足夠的空間用于安裝立柱、液壓控制裝置、推移裝置和其他輔助裝置；便于人員操作和行走；保證支架的穩(wěn)定性。 通常，掩護式支架的底座長度取約3.5倍的移架步距（一個移架步距為800mm）。因此，本支架取底座長度為2900mm。 底座寬度在保證移架時不咬架的前提下，應盡可能加寬，以提高支架的橫向穩(wěn)定性。底座寬度一般為中心距減去100～150mm。當中心距為1.5m時，底座寬度一般取1350～1400mm；當中心距為1.75m時，底座寬度一般為1600～

24、1650mm。所以本次設計取底座寬度為1600mm。 2.4 四連桿和掩護梁長度的確定 2.4.1 四連桿機構(gòu)的作用 四連桿機構(gòu)是掩護式支架和支撐掩護式支架的最重要的部件之一，其作用概括起來有兩個： 1、通過四連桿機構(gòu)，使支架頂梁端點的運動軌跡呈近似雙曲線，從而使支架頂梁前端的端頭離煤壁距離大大減小，提高了管理頂板的性能。 2、能承受較大的水平力。 2.4.2 四連桿機構(gòu)的特點 為使支架能更可靠的工作，四連桿機構(gòu)應具備以下特點： 1、支架從最高高度降到最低高度時，如圖2-1所示，頂梁端點運動軌跡的最大寬度，最好為30以下。

25、 圖2-1 2、支架在最高位置時和最低位置時，頂梁與掩護梁的夾角P和后連桿與底平面的夾角Q，如圖2-1所示，應滿足以下要求： 支架在最高位置時，P≤ ～，Q≤ ～；支架在最低位置時，考慮矸石便于下滑，以防矸石停留在掩護梁上，根據(jù)物理學摩擦理論可知，,其中f為鋼和矸石的靜摩擦系數(shù),一般為0.15～0.3,若取f=0.3，則P=,設計中一般可取P=～。而Q角主要考慮掩護梁底部距底板要有一定的距離，防止支架后部冒落的巖石卡住后連桿，使支架不能降下來，一般取～。 3、由圖2-1可知，掩護梁與頂梁鉸點e和瞬時中心O之間的連線與水平線的夾角為θ，設計時，要使范圍內(nèi)，主要原因是θ角直接影響附加

26、力大小。掩護式支架最好小于0.16。 4、支架工作段要求曲線向前凸的一段，如圖2-1所示的h段，其原因為當頂板來壓時，立柱讓壓而下縮，使頂梁有前移的趨勢，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；使整個支架產(chǎn)生順時針轉(zhuǎn)動的趨勢，從而增加了前梁端部的支護力，防止頂梁前端頂板冒落又可以使底座前端比壓減小，防止啃底，有利于支架移架；并且水平力的合力也相應的有所減小，減輕了掩護梁的外負載。 5、后連桿與掩護梁的比值，掩護式支架為I=0.45～0.61；支撐掩護式支架為I=0.61～0.82。 6、前后連桿上鉸點之距和掩護梁的比值I1=0.22～0.3 。 2.4.3 四連桿各長

27、度的計算 四連桿機構(gòu)簡圖如圖2-2所示， 圖2-2 圖中H1為支架在最高位置時的計算高度。其值為支架的最大結(jié)構(gòu)高度減去掩護梁上鉸點與頂梁頂面之距和后連桿下鉸點與底座底面之距。即在圖2-1中的L10和L9尺寸。 L10一般根據(jù)支架工作阻力初步確定頂梁梁體的高度后，再根據(jù)結(jié)構(gòu)的合理性確定，一般支架取L10=150～200mm，重型支架可取L10=210～260mm。本次設計取L10=250mm。 L9一般根據(jù)支架的最小高度確定，薄煤層支架取L9=150～250mm，中厚煤層支架取L9=250～450mm，大采高支架取450～600mm。本次設計取L9=450mm。 所以：

28、 為計算方便，如圖2-2，本次設計中我們約定： ；；；；；；； ；；；。 2.4.3.1 后連桿與掩護梁長度的確定 如圖2-2所示，根據(jù)幾何關系可得，支架在最高位置的H1值為： 1、因此掩護梁長度G的值為： 2、后連桿長度A的值為： 3、后連桿下鉸點至坐標原點之距E1： 2.4.3.2 前連桿長度和位置的確定 1、前連桿上鉸點與后連桿上鉸點之距為： 2、前連桿上鉸點至掩護梁上鉸點之距為： 3、前連桿長度及位置的計算： 圖2-3 前連桿計算圖 支架由高到低，掩護梁上鉸點e的運動軌跡為雙扭線，根據(jù)支

29、架幾何特征的要求，為使曲線最大寬度盡量取小，可以把e點的運動軌跡看成理想的直線運動，從而求出前連桿的位置及長度。認為支架由高降低時，e點在垂直線上運動，根據(jù)設計經(jīng)驗，可以選取3個點，認為當e點沿理想垂直線由最高向最低運動時，經(jīng)過這3個點。為此，如圖2-3所示，取e1,e2,e3。其中e1 點是支架在最高位置時掩護梁上鉸點的水平坐標；e3是支架在最第位置時掩護梁上鉸點的水平坐標；當后連桿與掩護梁軸線夾角由大于90度，到小于90度，在中間一定有一位置是掩護梁與后連桿處于垂直狀態(tài)，e2即使此時掩護梁上鉸點的水平坐標。根據(jù)這三個位置，可以求得b1,b2,b3三點，其中b1是支架在最高位置時前連桿上鉸點

30、坐標；b3是支架在最低位置時前連桿上鉸點坐標；b3是掩護梁與后連桿處于垂直時前連桿上鉸點坐標。 (a) b1點坐標： (b) b2點坐標： 根據(jù)四連桿機構(gòu)幾何特征要求，支架降到最低時，>=25～30度，為計算方便令＝25度，即0.436弧度，則 (c) b3點坐標： 其中： (d) 前連桿下鉸點c的坐標 根據(jù)圖2-3支架在三個位置的幾何關系可知，C點就是b1，b2，b3三點為圓的圓心，cb1即是前連桿的長度。因此可以用圓的方程求得前連桿的長度即： 式中Xc、Yc為C點坐標，可以按下列方程聯(lián)立求得：

31、 ＝ ＝ 聯(lián)立以上兩式可得： 若令： 則： 以上（Xc,Yc）即是前連桿下鉸點的坐標。 因此，前后連桿下鉸點的垂直距離為： 前后連桿下鉸點的水平距離為： 2.4.4 用程序優(yōu)化四連桿機構(gòu) 將以上過程寫成計算機程序，給出適當?shù)某跏紬l件，利用計算機的快速計算的特性，通過循環(huán)求解可以得到理想的結(jié)果。程序代碼在附錄給出，以下是程序界面: 圖2-4 四連桿長度優(yōu)選 圖2-5四連桿長度調(diào)整 優(yōu)選結(jié)果如下： A=1680mm；B=605mm；C=1700mm；D=660mm；E=850m

32、m；G=2760mm；e=25mm ； Htd=286mm ；；；；。 其中：Htd是雙扭線凸弧段對應的高度。 2.5 頂梁尺寸的確定 2.5.1 影響頂梁尺寸的因素 頂梁長度受支架類型和支架采用的支護方式以及配套尺寸的影響。 1、支架類型對頂梁長度的影響 支撐掩護式支架適用于直接頂中等穩(wěn)定，穩(wěn)定和堅硬，周期來壓強烈的場合，其頂梁通常較長。掩護式支架通常用于頂板破碎頂板，所以其頂梁長度應加以限制，以減少頂梁對頂板的反復支撐次數(shù)。 2、支架工作方式對頂梁長度的影響 支架工作方式對頂梁長度的影響如圖2-6所示： 圖2-6 支護方式對頂梁長度的影響 支架的支護方

33、式分為超前支護方式和滯后支護方式。支架采用超前支護方式時動作順序為：降-移-升-推；采用滯后支護方式是動作順序為：推-降-移-升。從圖2-6中可以看出，采用及時支護方式時要求頂梁有較大長度。采用滯后支護方式時要求頂梁長度較短。這是因為采用及時支護方式時支架需要超前輸送機一個步距，即當采煤機過后，支架及時前移，支護新暴露的頂板，做到及時支護。 3、配套長度對頂梁的影響 設備配套尺寸與支架頂梁長度有直接的關系。為了防止采煤機向支架內(nèi)傾斜時，采煤機滾筒不截割頂梁，同時考慮采煤機截割時不一定把煤壁割成一個垂直平面，所以頂梁前端距煤壁應有一段距離，叫做控頂距，最小值為300mm。另外輸送機鏟煤板前也

34、有一段距離，也是為了采煤機截割煤壁不齊，給推移輸送機留有一定的距離。除此之外的所有配套設備都要在頂梁下工作。 2.5.2 頂梁長度的計算 掩護式支架頂梁長度按下式計算： 式中： ——頂梁長度； ——配套尺寸，根據(jù)所選用的采煤機和刮板輸送機的型號確定； ——底座長度，底座前端距后連桿下鉸點之距, =2800mm； e ——支架由高到低變化時，頂梁前端點變化的最大距離；e=25mm； ——梁端距，為防止采煤機截割頂梁而留出的距離, =450mm； ——掩護梁與頂梁鉸點距頂梁后端點之距,=200mm； 本次設計配套圖如下： 圖2-7 故： mm

35、 mm 取頂梁長度為mm。 2.6 液壓支架的性能參數(shù)確定 2.6.1 液壓支架的支護強度 支架有效工作阻力與支護面積之比定義為支護強度。頂板所需的支護強度取決于頂板的等級和煤層厚度。我國已定制了不同頂板等級的支護強度標準，支護強度除可按規(guī)定選用外，還可按經(jīng)驗公式結(jié)算。 式中： —作用于支架上的頂板巖石厚度系數(shù)，取　 —截割高度，m。取最大截割高度， —巖石密度，一般取　 故： 2.6.2 液壓支架的工作阻力 支架支撐頂板的有效工作阻力為： 　 式中： —

36、支架的支護面積， 　 式中： —支架頂梁長度，　??； —梁端距，　??； —支架頂梁寬度，　??； —架間距，　　。 　 　 　 偏于安全考慮，取工作阻力為。 2.6.3 液壓支架的初撐力 初撐力的大小對支架的支護性能和成本都有很大影響。較大的初撐力能使支架較快達到工作阻力，減慢頂板的早期下沉速度，增加頂板的穩(wěn)定性。但對乳化液泵站和液壓元件的耐壓要求提高。一般取初撐力為（0.6～0.8）倍的工作阻力。 初撐力在立柱設計一章計算。 2.6.4 支架推溜力和移架力 液壓支架要有足夠的移架力和推溜力，

37、推溜力一般為100～150 。本次設計取推溜力為150。 移架力與支架結(jié)構(gòu)、質(zhì)量、煤層厚度、頂板性質(zhì)等有關，一般根據(jù)煤層厚度確定。薄煤層一般為150～150，中厚煤層為150～300，厚煤層為300～400，本次設計取移架力為 350 ； 2.7 立柱和千斤頂位置的確定 本支架采用雙伸縮式立柱。掩護式支架立柱數(shù)量為2，傾斜布置,這樣可克服一部分水平力,并能增大調(diào)高范圍。一般支架在最高位置時立柱與頂梁垂線夾角小于,夾角較小可使有效支撐力變大。支架在最低位置時立柱與頂梁垂線夾角小于,由于角度大，可使調(diào)高范圍增加,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。

38、 立柱間距的選擇原則為：有利于操作、行人和部件合理布置。本支架立柱間距選0.9m。 2.7.1 立柱柱窩位置的確定 掩護式液壓支架立柱上、下柱窩位置的確定，對液壓支架能否正常工作，極為重要。為此，在設計時，必須根據(jù)頂板載荷分布和頂板條件，先確定支架頂梁的支撐力分布和底座對底板的比壓分布，使支架能適應工作面條件的要求，并以此來確定立柱上、下柱窩的位置。 2.7.1.1 立柱上柱窩位置的確定 液壓支架立柱上柱窩位置的確定原則，從理論上分析，要使頂梁支撐分布與頂板載荷分布一致。但頂板載荷復雜，分布規(guī)律因支架頂梁與頂板的接觸情況而異。為簡化計算，假定頂梁與頂板均勻接觸，載荷沿頂梁長度方向按線性

39、規(guī)律變化，沿支架寬方向均布。把支架的空間桿系結(jié)構(gòu)，簡化成平面桿系結(jié)構(gòu)。同時為偏于安全，可以認為頂梁前端載荷為零，載荷沿頂梁長度方向向后越來越大呈三角形分布，并按集中載荷計算。所以，支架支撐力分布也為三角形，為此計算立柱上柱窩位置。此時認為支架頂梁承受集中載荷在頂梁處，取頂梁為分離體，受力情況如圖2-8所示。 圖2-8頂梁受力分析 對A點取距： 式中：——立柱上柱窩至頂梁和掩護梁鉸點之距（m） ——支架支護阻力（kN）， ——頂梁長度（不包括頂梁與掩護梁鉸點至頂梁后端之距）（m）， ——立柱工作阻力之和（kN）， ——頂梁和掩護梁鉸點至頂梁頂面之距（m）

40、， ——立柱上柱窩中心至頂梁頂面之距（m）， ——立柱在最高位置時的傾角（度），。 所以： 2.7.1.2 立柱下柱窩位置的確定 立柱下柱窩位置的確定，要有利于移架，使支架底座前端比壓小，同時考慮柱前行人和支架的調(diào)高范圍以及下柱窩與前連桿下鉸點距離，一般按支架在最低位置時，立柱傾角小于考慮。如圖2-9所示： 下柱窩位置按下式計算： 式中： ——上柱窩中心距頂梁與掩護梁鉸點距離 ——支架在最低位置時的立柱傾角，取 ——支架在最低位置時，掩護梁與水平線夾角 ——支架在最低位置時，后連桿與水平線夾角 按下式計算： 式中： ——支架最小結(jié)構(gòu)

41、高度 ——立柱下柱窩中心至底座底面距離(m)，取 圖2-9下柱窩位置計算 故： 2.7.2 平衡千斤頂計算 2.7.2.1 平衡千斤頂推拉力的計算 平衡千斤頂鉸接在掩護梁和頂梁之間，是液壓支架中非常重要的受力部件。參考同類液壓支架，初取各參數(shù)如下，平衡千斤頂?shù)氖芰θ鐖D2-10。 圖2-10 千斤頂?shù)氖芾? 千斤頂所受的拉力，按支架在最低位置時作用在頂梁上柱窩之后和所有掩護梁長度上的厚度為最大采高的巖石重量計算。 取頂梁和掩護梁為分離體，對瞬心O取鉅列平衡方程： 得： 式中： ——至

42、掩護梁瞬心O點之距，S=2.65m； ——立柱至掩護梁瞬心O點之距，b=4.17m； ——作用在支架后部的巖石重量，(KN)； 式中： ——巖石厚度，按最大采高算，； ——巖石計算長度，； ——頂梁最大寬度，； ——巖石容重，； 故： 再取頂梁為分離體，對A點取鉅列力矩平衡方程，即，可求得平衡千斤頂?shù)睦?，即? 式中： j——立柱到A點之距，； d——平衡千斤頂?shù)紸點之距，； 故平衡千斤頂拉力為： 計算平衡千斤頂推力時，按作用在頂梁中部，在支架最高位置時，對頂梁取分離體，對A點取鉅，可得

43、： 平衡千斤頂推力為： 2.7.2.2 平衡千斤頂位置及行程的確定 以上計算平衡千斤頂受力時，已經(jīng)初步確定平衡千斤頂?shù)奈恢茫话銓ζ胶馇Ы镯斢幸韵乱螅褐Ъ茉谧罡呶恢脮r，平衡千斤頂全部縮回時，支架頂梁應能向下擺一定的角度，一般為15；當支架在最低位置時，平衡千斤頂全部伸出，頂梁應能上翹一定角度，一般為10，此時，掩護梁與頂梁基本平行。根據(jù)此要求，為滿足平衡千斤頂在支架最低位置時能使頂梁向上翹一定角度，并且在支架最高位置時，頂梁能下擺一定角度，初步確定平衡千斤頂?shù)臉O限位置如圖2-11所示： 圖2-11平衡千斤頂?shù)臉O限位置 平衡千斤頂?shù)男谐蹋? 式中：

44、 ——平衡千斤頂最大長度，； ——平衡千斤頂最小長度，； 2.8 通風斷面積驗算 采煤工作面的過風量與采煤工作面的通風斷面積相關，采煤工作面的通風斷面積不應過小。但在工作面中安裝液壓支架后，通風斷面積明顯減小。因此必須驗算通風斷面積。一般按工作面允許風速進行驗算。根據(jù)保安規(guī)程規(guī)定，工作面風速應小于5。 采煤工作面風速： 　　　 式中： 　V—工作面風速，； —支架在采煤工作面的通風斷面積，； Q—采煤工作面所需風量，。 　 式中： —通風不均系數(shù)，一般取=1.5； —保安規(guī)程允許的朝氣含量，一般?。? —沼氣涌出量所需要的風量，；

45、式中： 　 —日產(chǎn)量，=2500 T； q—每分鐘產(chǎn)生一噸煤沼氣涌出量，一般取=10， 。 則有: ＜5，這樣支架在工作面的通風斷面積滿足要求。 3 支架立柱及千斤頂設計 支架的各部分尺寸確定以后，可以對其進行詳細的結(jié)構(gòu)設計。好的結(jié)構(gòu)不但可以使支架外形美觀，還可以改善支架的受力狀況，使支架受力更合理，能承受更大的外載荷。本章在第二章的基礎上對支架進行更進一步的設計。 3.1 立柱尺寸確定 3.1.1 立柱缸徑的確定 1、一級立柱的缸體內(nèi)徑： 　 式中： ——支架工作阻力，； n——每架支架立柱數(shù)，n=2； ——安

46、全閥調(diào)整壓力，； ——立柱最大傾角，（支架降到最低位置時α角最大），。 圓整取 取　一級　缸/柱徑：380/270 ； 二級　缸/柱徑：355/240 ； 2、缸筒材料采用27SiMn無縫鋼管。 屈服極限：　； 安全系數(shù)：取??； 允用應力： 　 缸筒所需最小厚度： 考慮到需要安裝導向套，選取缸筒內(nèi)壁厚度為 　 3、二級立柱的工作壓力 已知二級缸徑為270mm，按下式可求得二級缸內(nèi)的壓力： 　 式中： ——支架工作阻力，； n——每架支架立柱數(shù)，n=2； ——二級缸內(nèi)徑，； ——立柱最大傾角，

47、（支架降到最低位置時α角最大），。 4、二級缸筒所需最小厚度： 3.1.2 立柱行程及缸體長度的確定 3.1.2.1 雙伸縮立柱動作原理 雙伸縮立柱動作原理如下： 圖3-1 1、高壓液體從B進入立柱下腔，把中缸推起，同時中缸上腔液體從A排出； 2、當中缸全部升起時，由于中缸下腔壓力增大而使單向閥打開，液體進入中缸內(nèi)部，把活柱推起，同時中缸上腔液體從A排出； 3、需要降柱時，使液體從A進入立柱，同時進入中缸上腔和立柱上腔，由于中缸底部單向閥無法打開，所以活柱不能縮回。而由于高壓液體把液控單向閥K打開，因而中缸可以縮回。當中缸縮回到最

48、低位置時，靠外力把單向閥M頂開，此時，活柱縮回，完成降柱過程。 3.1.2.2 立柱的行程及各級缸長度確定 徑計算，支架在最高位置時立柱長度為3857mm，支架在最低位置時立柱的長度為1918mm。立柱最小行程為： 考慮到伸出長度較長，本支架采用雙伸縮立柱。 立柱示意圖如下： 1-活柱，2-中缸，3-缸筒 圖3-2 考慮到裕量，將立柱設計成1918-4153mm。立柱最短長度為1918mm，其中中缸行程1070mm，活柱行程為1165mm。立柱最大長度為4153mm。 3.2 推移千斤頂尺寸確定 推移千斤頂采用單伸縮液壓缸 1、推移千斤頂?shù)母左w內(nèi)徑： 　

49、 式中： F——推移力，F(xiàn)＝350； ——泵站壓力，； 參考表3-1 表3-1　千斤頂缸、桿徑匹配關系 序號 缸　徑 () 柱　徑 () 1　 140 85 2 125 75 3 100 60 4 80 45 5 63 45 取　缸徑：125??； 柱徑：75 ； 推移千斤頂?shù)膶嶋H推力為： 推移千斤頂?shù)膶嶋H拉力為： 2、缸筒壁厚確定 缸筒材料采用27SiMn無縫鋼管 屈服極限：??； 安全系數(shù)：取?。? 允用應力： 缸筒內(nèi)壁厚度： 　 　 考慮到在液壓缸中處需要安裝導向套，選取缸筒

50、內(nèi)壁厚度為 3、推移千斤頂?shù)男谐膛c推移步距的關，而推移步距又與采煤機截深有關，采煤機截深為800，為保證能夠移架到位，推移千斤頂?shù)男谐倘?00。 3.3 平衡千斤頂尺寸確定 3.3.1 平衡千斤頂基本參數(shù) 平衡千斤頂?shù)耐屏υ诘诙乱呀?jīng)算出 其推力為： 拉力為： 行程為： 式中： ——平衡千斤頂最大長度，； ——平衡千斤頂最小長度，； 3.3.2 平衡千斤頂缸徑計算 平衡千斤頂采用單伸縮液壓缸。 1、平衡千斤頂?shù)母左w內(nèi)徑： 　 式中： ——平衡千斤頂推力，； ——安全閥調(diào)整壓力，； 圓整取 2、

51、平衡千斤頂活塞桿直徑確定 圓整取 3、平衡千斤頂缸筒壁厚確定 缸筒材料采用27SiMn無縫鋼管 屈服極限：?。? 安全系數(shù)：取??； 允用應力： 缸筒內(nèi)壁厚度： 　 　 由于需要安裝導向套，選取缸筒內(nèi)壁厚度為 4 支架受力分析 4.1 液壓支架受力特點及分析假設 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頂板變化的性能。采煤機采過一個截深之后，支架前移一個步距，支護新暴露出來的頂板。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，支架支撐加大，直至立柱下腔壓力達到安全閥整定值，安全閥釋放，立柱下縮。稱此現(xiàn)

52、象為液壓支架的“讓壓”現(xiàn)象。這時立柱以“工作阻力”支護頂板。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)英保證在“壓死”前就前移。 由上述可知，支架承受的外載荷是頂板下沉行成的。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，支架底板承受工作面底板的反作用力。 為了設計計算方便，要對支架的外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系機構(gòu)。為偏于安全，在計算時把外載荷視為載荷。

53、 （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為均勻接觸，載荷沿支架長度按線形規(guī)律分布，沿支架寬度方向為均布。 （4） 通過分析和計算可知，掩護梁上矸石的作用力，只能使支架實際支護阻力降低。所以，在強度計算時不計，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)生作用在頂梁上的水平力的情況有兩種，一是支架讓壓回縮，頂梁前端點運動軌跡近似為雙紐線，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)的水平摩擦力。頂梁和頂板的靜摩擦系數(shù)W一般取0.15～0.3。 （7） 按不同支護高度時

54、各部件最大受力值進行強度校核。 （8） 各結(jié)構(gòu)件的強度校核，除按理論支護阻力校核危險斷面外，還要按原煤炭部標準MT－86-84《液壓支架型式試驗技術規(guī)范》的各種加載方式，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。 當支架支撐在頂板和底板之間時，無論取其整體或是某部分為分離體，皆處于平衡狀態(tài)。隨著支架高度的變化，支架各個部件所受的力也隨之變化。進行某一部件的強度校核時，應取其受力最大時的高度。為簡便計算，以下均在支架的最高位置進行各部分的受力計算。 4.2 支架各部件的受力計算 4.2.1 頂梁和掩護梁的受力 1、取頂梁為分離體，如圖所示：

55、 圖4-1 取，可得合力作用點位置如下： 式3-1 2、再取頂梁和掩護梁為分離體，如圖所示： 圖4-2 取，可得： 式中： ——平衡千斤頂?shù)耐评?，推力為正，拉力為負，? ——立柱的工作阻力， ——平衡千斤頂?shù)膬A角， ； ——立柱的傾角， ； ——掩護梁瞬心到頂梁掩護梁鉸點水平之距， ； ——掩護梁瞬心到頂梁掩護梁鉸點垂直之距， ； ——平衡千斤頂上鉸點到頂梁頂面之距， ； ——掩護梁與頂梁鉸點到頂梁頂面之距， ； ——掩護梁與頂梁鉸點到平衡千斤頂上鉸點水平距離， ； ——鋼與矸石的摩擦系

56、數(shù)， 再將代入上式即可求出X的值。 3、頂梁和掩護梁鉸點受力，取頂梁為分離體，如圖4-1所示： 取，可得： 取，可得： 則：頂梁和掩護梁鉸點合力為： 與水平線的夾角: 4.2.2 前后連桿的受力 取掩護梁為分離體，如圖所示： 圖4-3 1、取，可得前連桿受力： 式中： ——前連桿與水平線夾角，； ——后連桿上鉸點坐標，； ——前連桿上鉸點坐標，； ——平衡千斤頂下鉸點坐標，； ——掩護梁與頂梁

57、鉸點坐標，； 2、取，可得后連桿受力： 式中參數(shù)同上。 4.2.3 底座受力計算 取支架底座為分離體，如圖所示： 圖4-4 其中： 取，可得： 式中： ——前連桿下鉸點到底座底面之距，； ——立柱下柱窩位置，； ——立柱下柱窩中心到底座底面之距，； 4.3 支架各部件受力最大時的高度 由于支架的受力隨著其高度變化而變化，因此手動尋找某部件受力最大時的相對應支架高度比較困難，計算量非常大。為此，可以編制計算機程序，輸入各種參數(shù)，可得出支架在每個高度時各部件的受力大小，甚至畫出支架從高到低變化時各所求參數(shù)的變化曲線，從而找出每個部件受力最大時的

58、相應高度，在進行強度校核時，按此最大力進行校核。程序代碼在附錄給出，程序界面如下： 圖4-5支架受力計算程序界面 從程序數(shù)據(jù)可以看出： 1、當為正時（平衡千斤頂承受推力），而且摩擦系數(shù)時，有最小值。 當為負時（平衡千斤頂承受拉力），而且摩擦系數(shù)時，有最大值。 圖4-6為平衡千斤頂分別承受推力2178KN，拉力-1138KN，時，支架在不同高度變化時的曲線圖，從4-6（a）中可以看出，對應支架高度為3824mm。從4-6（b）中可以看出，對應支架高度為4500mm。最大值在（b）圖中。 圖4-6 （a）頂梁合力曲線圖（為”+”, ） 以下為平衡千斤頂承受拉力-1138KN，

59、時，支架在不同高度變化時的曲線圖， 圖4-6 （b）頂梁合力曲線圖（為”-”, ） 因此，在驗算頂梁強度時，應按平衡千斤頂承受拉力且時計算。 2、當為正時（平衡千斤頂承受推力），頂梁和掩護梁鉸點及前后連桿受力有最大值。圖4-7為平衡千斤頂承受推力2178KN，時，掩護梁各處受力曲線圖： 圖4-7 （a）頂掩鉸點水平分力曲線圖（為”+”, ） 圖4-7 （b）頂掩鉸點垂直分力曲線圖（為”+”, ） 圖4-7 （c）前連桿力曲線圖（為”+”, ） 圖4-7 （d）后連桿力曲線圖（為”+”, ） 為了方便比較，把平衡千斤頂承受拉力-1138KN，時，掩護梁各處受力

60、曲線圖也畫出來，如圖4-8所示： 圖4-8 （a）頂掩鉸點水平分力曲線圖（為”-”, ） 圖4-8 （b）頂掩鉸點垂直分力曲線圖（為”-”, ） 圖4-8 （c）前連桿力曲線圖（為”-”, ） 圖4-8 （d）后連桿力曲線圖（為”-”, ） 因此，在驗算掩護梁和前后連桿時，應按平衡千斤頂承受推力時計算。 3、當為負時（平衡千斤頂承受拉力），而且摩擦系數(shù)時，有最大值。同時也有最大值，由于，故曲線圖與相同，如圖4-6所示。 因此，在驗算底座強度時，應按平衡千斤頂承受拉力且時計算。 5 支架強度校核 5.1 頂梁校核 5.1.1 頂梁受力圖 如第4章所述，平衡千

61、斤頂受拉，摩擦系數(shù)為0.3時，在支架最高位置時，頂梁受力有最大值9342KN，頂梁合力作用點距頂梁掩護梁較點之距為954mm，此時頂梁受力圖如下： 圖5-1 頂梁受力圖 按彎曲應力進行強度校核，從圖中可知，最大彎曲應力發(fā)生在平衡千斤頂上鉸點處的截面上，故此截面進行強度校核。頂梁此處的截面如下： 圖5-2頂梁截面圖 5.1.2 頂梁強度校核 a．形心位置 各板件的計算數(shù)據(jù)列于表5-1中 表5-1 件 號 1 2 3 4 5 6 7 8 數(shù) 量 1 1 2 6 1 6 2 2 21600 48000 21300 11

62、5500 36000 46200 23400 81600 10 35 227 242.5 275 242.5 420 305 720000 3600000 223700000 1426660000 607500000 570660000 1750000 1768680000 機構(gòu)件的形心位置為： b．慣性矩 =8876340000 c．彎曲應力

63、 () d． 安全系數(shù)，則 5.2 掩護梁校核 5.2.1 掩護梁受力圖 當平衡千斤頂受壓力，摩擦系數(shù)為0.3時，掩護梁和后連桿受力有最大值，頂掩鉸點合力最大值為4576KN，對應支架高度為3756mm；前連桿上鉸點最大值為8227KN，對應支架高度為3869mm；后連桿上鉸點最大值為6861KN，對應支架高度為3934KN；先對掩護梁在前連桿上鉸點受力最大時的高度位置進行強度校核，其余各位置校核步驟相同，如下： 各參數(shù)值： ；；；；；；。 式中：——頂掩鉸點合力； ——頂掩鉸點合力與水平線夾角； ——前連桿力； ——前連桿力

64、水平線夾角； ——后連桿力； ——后連桿與水平線夾角； ——掩護梁與水平線夾角。 將掩護梁旋轉(zhuǎn)至水平位置，其受力圖如下： 圖5-3 掩護梁受力圖 按彎曲應力進行強度校核，從圖中可知，最大彎曲應力發(fā)生在前連桿上鉸點處的截面上，故此截面進行強度校核。掩護梁此處的截面如下： 圖5-4掩護梁截面圖 5.2.2 掩護梁強度校核 a．形心位置 各板件的計算數(shù)據(jù)列于表5-2中 表5-2 件 號 1 2 3 4 5 6 7 8 數(shù) 量 1 2 4 4 2 4 1 4 48600 800 12000 9000 1

65、900 19800 8000 28000 15 85 67.5 67.5 322.5 357.5 430 362.5 3645000 106666 5625000 4218750 1428958 44921250 266667 71458333 機構(gòu)件的形心位置為： b．慣性矩 =4556315024 c．彎曲應力

66、 () d．安全系數(shù)，則 5.3 底座校核 5.3.1 底座受力圖 當平衡千斤頂受拉力，摩擦系數(shù)為0.3時，頂梁受力有最大值，底座受力同時也有最大值。由程序得出：當支架在最高位置時，底座的支反力最大，為。此時，支反力距后連桿下鉸點之距為843mm，各參數(shù)如下： ；；；；；；； 式中：——底座支反力； ——底座支反力作用點到后連桿下鉸點之距； ——前連桿力； ——前連桿力水平線夾角； ——后連桿力； ——后連桿與水平線夾角； 底座受力圖如下： 圖5-5 底座受力圖 按彎曲應力進行強度校核，從圖中可知，最大彎曲應力發(fā)生在前連桿下鉸點處的截面上，故此截面進行強度校核。底座此處的截面如下： 圖5-6底座截面圖 5.3.2 底座強度校核 a．形心位置 各板件的計算數(shù)據(jù)列于表5-3中 表5-3 件 號 1 2 3 4 5 6 7 數(shù) 量 2 4 4 4 2 4 4 38400 19800 159200 63000 23400 18400 23000