支撐掩護式(ZD4800-21.5-32)液壓支架設(shè)計

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1 摘 要 液壓支架是我們煤炭生產(chǎn)中一個重要的組成部件 它起著支護頂板 防止冒頂 維 持工人一定的工作空間 保證安全和各項作業(yè)的正常運行 一個循環(huán)包括 降柱 移架 升柱 推溜四個動作 液壓支架由頂梁 底座 掩護梁 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 掩護式液壓支 架和支撐掩護式液壓支架 液壓支架以高壓液壓作為動力 由液壓元件與金屬構(gòu)件組成的支護和控制頂板的設(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 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)備條件進行選擇 本設(shè)計采用 支撐掩護式液壓支架 關(guān)鍵字 液壓支架 支撐掩護式 煤炭生產(chǎn) 1 目 錄 1 前言 1 1 1 概述 1 1 2 液壓支架的國內(nèi)外發(fā)展趨勢 1 1 3 研究的目的和意義 2 2 支撐掩護式液壓支架的設(shè)計 3 2 1 設(shè)計的原始條件 3 2 2 支撐掩護式液壓支架的特征參數(shù) 3 2 3 支撐掩護式液壓支架的結(jié)構(gòu)特點 3 2 4 支撐掩護式液壓支架的液壓系統(tǒng) 3 2 5 ZD 型支撐掩護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 4 3 1 液壓支架的特點 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 支架受力分析計算 24 4 1 液壓支架的支護性能與外載荷 24 4 2 支掩式支架的受力分析 25 4 3 支架受力計算 33 4 4 支架受力影響因素分析 37 5 立柱強度較核 38 5 1 立柱強度的驗算 38 5 2 油缸穩(wěn)定性計算 38 5 3 缸筒壁厚和外徑計算與缸體的強度驗算 38 5 4 立柱的穩(wěn)定性極限力 42 2 參考文獻 44 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計 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) 防止矸石進入回采工作面和推進輸送機 它與采煤機配套使用 實現(xiàn)采煤綜 合機械化 解決機械化采煤工作中頂板管理落后于采煤工作的矛盾 進一步改善和提高 采煤和運輸設(shè)備的效能 減輕煤礦工人的勞動強度 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 掩護梁 前后連桿及擋矸板等組成的一 個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 掩護式 支 撐掩護式 放頂煤式 其作用是用于煤礦井下工作面開采支護頂板 1 2 液壓支架的國內(nèi)外發(fā)展趨勢 液壓支架的發(fā)展從 20 世紀 50 年代開始 1954 年 英國研制出剁式支架 從此 開創(chuàng)了煤炭工業(yè)的新時代 1958 年法國試驗 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 制掩護式液壓支架 并與 1961 年在阿樂斯 科拖舉辦的貿(mào)易展覽會上展出了 OMKT 型掩 護式支架 比起剁式和節(jié)式支架 掩護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)驗的日益增加 支架結(jié)構(gòu)也發(fā)生 了巨大變化 長頂梁 二柱 四柱以及多柱四連桿機構(gòu)的液壓支架相繼問世 并且 為 適應底板不平 底座采用分離鉸接式結(jié)構(gòu) 對于松軟底板 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裝置 進入 70 和 80 年代 液壓支架又有了新的發(fā)展 頂梁不僅實現(xiàn)了 立即前移支護 而 且整個支架安裝了電液控制系統(tǒng)實現(xiàn)微機控制與操作 1981 年杜賽爾多夫采礦展覽會上 展出了液壓連桿式液壓支架和具有液壓調(diào)高機構(gòu)的掩護式支架 并研制出采高為 6m 的大 采高支架及放頂煤支架 對于堅硬巖層設(shè)計了強力液壓支架等 1959 年 10 月 原北京礦 業(yè)學院設(shè)計了三種液壓支架 1961 年設(shè)計了 本溪 型 支架 并制造出樣機進行井下試 驗 1965 年北京煤炭科學院和鄭州煤礦機械廠協(xié)作制造出仿英支架 1973 年 北京煤礦 機械機械廠生產(chǎn)出第一套 BZZ 垛式支架 在陽泉礦務局使用 它是發(fā)展我國液壓支架的 起點 從 70 年代至今 光煤炭科學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 掩護式和支撐掩護式 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 我國液壓支架是從 50 年代末開始著手研制 經(jīng)歷可研制試驗 引進 仿制和 改進創(chuàng)新等階段 直到現(xiàn)在的獨立設(shè)計階段 目前 除液壓支架電液控制和支架計算機 輔助設(shè)計與繪圖方面落后于國外 其他方面均以達到國外同期水平 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計 2 1 3 研究的目的和意義 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(shè)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 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(shè)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(shè)計工作是很重要的 由于液壓支架的類型 很多 因此其設(shè)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) 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計 3 2 支撐掩護式液壓支架的設(shè)計 2 1 設(shè)計的原始條件 本設(shè)計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 老頂級別為 級 老頂周期來壓為強烈 2 2 支撐掩護式液壓支架的特征參數(shù) 2 2 1 支架 本設(shè)計液壓支架的支護高度最低 2 15m 最高 3 2m 支護寬度 1 5m 初撐力 1850KN 工作阻力 4800KN 支護面積 5 26 5 29m 支護強度 0 72Mpa 底座面積 2 6m 底座 比壓 2 55Mpa 2 2 2 立柱 本設(shè)計立柱采用單伸縮雙作用活塞式帶機械加長桿的形式 立柱缸徑 180mm 活塞 直徑 170mm 活柱行程 1200mm 加長桿長度為 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 支撐掩護式液壓支架的結(jié)構(gòu)特點 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 推移裝置采用浮動活塞式 使移架力大于推溜力 2 4 支撐掩護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 兩位三通手動換向閥控制 2 5 ZD 型支撐掩護式液壓支架的配套尺寸設(shè)備 運輸機 SGWD 180 PB 型 采煤機 MLS 3PH 170 型 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計 4 3 液壓支架的總體設(shè)計 3 1 液壓支架的特點 1 液壓支架的組成 液壓支架要由頂梁 底座 掩護梁 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 掩護式和支撐掩護式支架 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 掩護式支架 掩護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 支撐掩護式支架 支撐掩護式支架架型主要用 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 或二柱支在掩護梁上 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計 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梁上支架 c 兩柱在頂梁兩柱支在掩護梁上支架 3 各類液壓支架的特點 a 支撐式支架 前梁較長 支柱較多并呈垂直分布 支架的穩(wěn)定性由支柱的復位裝置來保證 因此 底座堅固定 它靠支柱和頂梁的支撐作用控制工作面的頂板 維護工作空間 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 顯或強烈 底板較硬的煤層 b 掩護式支架 頂梁較短 對頂板的作用力均勻 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定 抵抗直接頂水平運動的能力強 防護 性能好調(diào)高范圍大 對煤層厚度變化適應性強 但整架工作阻力小 通風阻力大 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) 裝有掩護梁和四連桿機構(gòu) 它的支撐力大 切頂性能好 防護性能好 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定 但結(jié)構(gòu)復雜 重量大 價貴 不 便于運輸 這類支架適用于直接頂為中等穩(wěn)定或穩(wěn)定 老頂有明顯或強烈的周期來壓 瓦斯儲量較大的中厚或厚煤層中 6 表 2 1 適應不同類級頂板的架型和支護強度 老頂級別 直接頂類別 1 2 3 1 2 3 1 2 3 4 4 采高 2 5m 時用支 撐式 架 型 掩 護式 掩 護式 支 撐式 掩 護式 掩 護式或 支撐掩 護式 支 撐式 支 撐掩護 式 支 撐掩護 式 支 撐或支 撐掩護 式 支 撐或支 撐掩護 式 采高 2 5m 時用支 撐掩護式 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 強 度 2 mKN 支 架采高 m 4 539 441 1 3 539 441 1 6 539 2 539 應結(jié) 合深孔 爆破 軟化 頂板 等措施 處理 采空區(qū) 7 注 1 表中括號內(nèi)數(shù)字系統(tǒng)掩護式支架頂梁上的支護強度 2 1 3 1 6 2 為增壓系數(shù) 3 表中采高為最大采高 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計 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 考慮偽項煤冒落時 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)刮板輸送機溜槽每節(jié)長度及槽幫上千斤頂連接連接的位 置確定 目前是 我國刮板運輸機溜槽每節(jié)長度為 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)計取 B 1500mm 3 2 4 理論支護強度 本設(shè)計中支撐掩護式支架的名義支護強度 1 2 4 12121 hHqqxx 支架名義支護強度 KN m 2x 采高 所對應的支護強度 見表 2 111 采高 所對應的支護強度 見表 2 12q2h 對應 的采高 見表 2 1 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計 9 對應 的采高 見表 2 12h2q 支架的結(jié)構(gòu)高度 在 之間 xHh 對應最大結(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 得采高最大時支架名義支護強度 1 mq 705 6 862 4 705 6 720 04KN m23487 3 3 液壓支架四連桿機構(gòu)的確定 3 3 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 主要有兩個 一是支架由高到低變化時 借助四連桿機構(gòu)的頂梁前端的運動軌跡呈近似 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 如圖 2 4 所示 頂梁端點運動軌跡的最 大寬度 e 應小于或等于 70mm 最好在 30mm 以下 2 最高位置和最低位置時 頂梁與掩護梁的夾角 P 后連桿與底平面的夾角 Q 如圖 2 4 所示 應滿足如下要求 支架在最高位置時 P 52 0 62 0 Q 750 85 0 支架在最底位置時 為有利矸石下滑 防止 矸石停留在掩護梁上 根據(jù)物理學摩擦理論可知 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 可提高后連桿下絞點的高度 3 從圖 2 4 可知 掩護梁與頂梁絞點 e 和瞬時中心 O 之間的連線與水平的夾角 Q 設(shè)計時 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 四連桿機構(gòu)幾何特征 4 頂梁前端點運動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 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計 10 段 其原因是頂板來壓時 立柱讓下縮 使頂梁有向前移的趨勢 可防止巖石向后移動 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 使整個支架產(chǎn) 生順時針轉(zhuǎn)動的趨勢 從而增加了頂梁前端的支護力 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減少 所以減輕了 掩護梁外負載 從以上分析得知 為使支架受力合理和工作可靠 在設(shè)計四連桿機構(gòu)的運動軌跡時 應盡量使 e 值減少 當已知掩護梁和后連桿的長度后 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) 如圖 2 5 所示 實際上液壓支架四連桿機構(gòu)屬雙搖桿機構(gòu) 圖 2 5 掩護梁和后連桿構(gòu)成曲柄滑塊機構(gòu) 3 3 3 四連桿機構(gòu)尺寸的確定 a 掩護梁和后連桿長度的確定 用解析法來確定掩護梁和后連桿的長度 圖 2 6 掩護梁和后連桿計算圖 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計 11 圖 2 6 中 L2 e 點垂直線到后連桿下鉸點之距 mm G 掩護梁長度 mm A 后連桿長度 mm H1 支架最大計算高度 由下式求得 1 H1 H 220 160 3200 220 160 2820 mm 且 其中 220 mm 是后連桿下鉸點與底平面之距 160 mm 是掩護梁上鉸點與頂梁上平面之距 了 支架最小計算高度 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 掩護梁與頂梁夾角 度 Q1 Q 支架最高與最低位置時 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 對于支撐掩護式支支架 A G 值應滿足如下范圍 A G 0 61 0 82 支架在最高位置時有 2 2 8 111siniAPH 因此掩護梁長度為 2 9 11si siQGp 后連桿長度為 2 A G A G 2 10 按四連桿機構(gòu)的幾何特征所要求的角度支撐掩護式支架要求的 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 O 點的位置 使它比底座面略高 200 250mm 或類比同類型 支架確定 2 過 O 點作與底座面平行的水平線 H H 線 3 過 O 點作與 H H 線的夾角為 Q1的斜線 4 在此斜線截取線段 長度等于 A a 點為支架在最高位置時后連桿與掩護梁oa 的鉸點 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計 12 5 過 a 點作與 H H 線有交角 P1的斜線 以 a 點為圓心 以 G 點為半徑作弧交些斜 線一點 e 此點為掩護梁與頂梁的鉸點 6 過 e 點作 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 位置時的計算高度 7 以 a 點為圓心 以 0 22 0 3 G 長度為半徑作弧 在掩護梁上交一點 b 為前連 桿上鉸點的位置 8 過 O 點作與 H H 線夾角為 Q 的斜線 2 9 在此斜線上截取線段 的長度等于 A a 點為支架降到最低位置時 oa 掩護梁與后連桿的鉸點 10 過 a 點作與 H H 線有交角 P2的斜線 以 a 點為圓心 以 G 為半徑作弧交些 斜線一點 e 此點為支架在最低位置時 頂梁與掩護梁的鉸點 11 以 a 為圓心以 0 22 0 3 G 長度為半徑作弧 在掩護梁上交一點 b 為支 架在最低位置時前連桿上鉸點的位置 12 取 線之間一點 e 為液壓支架降到此高度時掩護梁與頂梁鉸點 e 13 以 O 為圓心 為半徑圓弧 oa 14 以 e 點為圓心 掩護梁長 為半徑作弧 交前圓弧上一點 a 以點為液壓e 支架降到中間某一位置時 掩護梁與后連桿的鉸點 15 以 連線 并以 a 點為圓心 ab 長為半徑作弧 交 上一點 b 點 則e ae b b b 三點為液壓支架在三個位置時 前連桿上鉸點 16 由 b b b 三點確定的圓心 C 為前連桿下鉸點位置 17 過 C 點 H H 線作垂線 交點 d 則線段 和 為液壓支架四連桿oabcdo 機構(gòu) 18 按以上初步求出的四連桿機構(gòu)的幾何尺寸 再用幾何作圖法畫出液壓支架掩護 梁與頂梁鉸點 e 的運動軌跡 只要逐步變化四連桿機構(gòu)的幾何尺寸 便可以畫出不同的 曲線 再按四連桿機構(gòu)的幾何特征進行校核 最終選出較優(yōu)的四連桿機構(gòu)尺寸 圖 2 7 液壓支架四連桿機構(gòu)的幾何作圖法 按以上作圖步驟 作出三組不同的連桿機構(gòu)幾何分析圖分別求出相關(guān)的參數(shù)和尺寸 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計 13 圖 2 8 四連桿機構(gòu)幾何圖 1 圖 2 8 四連桿機構(gòu)幾何圖 2 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計 14 圖 2 8 四連桿機構(gòu)幾何圖 3 四連桿機構(gòu)幾何圖見 2 8 各尺寸參數(shù)見表 2 2 表 2 2 項目 組數(shù) P1 580 590 590支架在 最高位置時 Q1 800 790 790 P2 250 230 240支架在 最低位置時 Q2 380 330 34012cospGA 0 612 0 626 0 624 mm 2423 2390 2390 前后連桿在掩護梁上鉸點之距 mm ab567 626 627 瞬心角 15 20 190 170 前后連桿在底座上鉸點水平之距 mm do720 935 860 前后連桿下鉸點到底座平面之距 mm c644 570 640 前連桿長 mm bc 1372 1600 1500 A G A G mm 1478 1457 1457 前后連桿長比值 0 92 1 10 1 03 支架頂梁前端運動雙紐線最大寬度 e mm 30 60 38 注 通過比較 本設(shè)計選取方案 c 四連桿機構(gòu)方案選優(yōu) 由上述方法求出四組連桿機構(gòu)尺寸 從中優(yōu)選一組 優(yōu)選的方法是按約束條件進行 11in sinH 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計 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 前后連桿的比值 C A 0 9 1 2 范圍 1 前連桿機構(gòu)高度不宜過大 一般應使 D H 1 5 2 前后連桿下鉸點的水平距離 E 的長度 一般應使 E H1 4 5 3 對掩護式支架應 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 采煤機和運輸機型號的確定 根據(jù)配套尺寸關(guān)系 在設(shè)計中選用采煤機和運輸機型號為 運輸機 SGWD 180 PB 型 采煤機 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)計中選擇泵站型號為 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 實際供液 壓力為 35Mpa 在立柱初撐階段 因為沒有應用液體流動 管路損失為零 取初撐壓力 為 32Mpa 3 5 頂梁的設(shè)計及期有關(guān)參數(shù)的確定 3 5 1 頂梁的作用 頂梁是支護頂板一定面積的直接承載部件 并為立柱 掩護梁 護頂裝置等提供必 要的連接點 3 5 2 頂梁設(shè)計要求 頂梁不但要有一定的剛度和強度 還要保證支護頂板的需要 如 有足夠頂板覆蓋 效率 同時 要求頂梁能適應頂板變化 與頂板接觸壓力分布均勻 避免因局部應力而 引起損壞 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計 16 3 5 3 頂梁結(jié)構(gòu)型式的確定 支撐掩護式支架的頂梁較長 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 同時還可以調(diào)整前梁的上下擺角 以適應頂板 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 因此及時伸出 支護剛暴露的頂板 從而可使頂梁長度減小 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 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 對以上三種頂梁型式比較 本設(shè)計選用剛性主梁 鉸接前梁的結(jié)構(gòu)型式 本設(shè)計支架頂梁采用箱式結(jié)構(gòu) 用鋼板焊接而成 為加強剛性 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 頂梁長度 L1 L1 配套尺寸 底座長度 AcosQ 1 GcosP1 300 配套尺寸為 1889 mm 底座長度為 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 取頂梁長度為 3025 mm 2 頂梁寬度 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計 17 目前我國刮板輸送機溜槽寬每節(jié)長度為 1 5m 一節(jié)溜槽對應一個支架 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 前梁千斤頂鉸點 前后梁鉸點 掩護梁與頂梁鉸接點 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 支護面積 S 頂梁支護面積按下式計算 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 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計 18 支架頂板覆蓋按下式計算 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 底座應具有足夠的強度和剛度 2 底座對底板的起伏變化適應性好 3 底座與底板接觸面積大 以減小底座對底板的接觸比壓 避免支架陷入底板 4 底座應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)計采用整體式底座 3 6 4 底座主要尺寸的確定 1 底座長度 L2 3 通過類比 取底座長度為 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 連桿下鉸點位置 水平與垂直方 向距離 具體尺寸見圖 2 10 3 7 掩護梁的結(jié)構(gòu)選擇及主要參數(shù)確定 3 7 1 掩護梁的作用 掩護梁是支架的掩護構(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 掩護梁結(jié)構(gòu)型式如下 1 從側(cè)面看 掩護梁分直線型和折線型 2 從支架高度方面看 掩護梁可分為整體式和對分式 對以上幾種類型的掩護梁進行比較 本設(shè)計確定掩護梁的結(jié)構(gòu)形式為整體式 直線 型 3 7 3 掩護梁主要尺寸的確定 1 掩護梁長度 G 兩鉸點間距離 由前面四連桿機構(gòu)確定知 2 掩護梁長度 G 取 2268mm 掩護梁寬度 By 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計 19 本設(shè)計取掩護梁寬度與頂梁寬度相同 所以掩護梁寬度取 500mm 3 掩護梁厚度 通過類比 可確定掩護梁厚度見總裝配圖 4 掩護梁上前后連桿鉸點位置 通過類比 可確定前后連桿鉸點位置 水平和垂直方向 具體見圖 2 10 中掩護梁 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 良好的密封性能 結(jié)構(gòu)要簡單 并 能適應支架的工作要求 立柱應具有承受頂板載荷 調(diào)節(jié)支護高度的作用 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 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計 20 d e f 圖 2 12 立柱的類型 本設(shè)計選用單伸縮 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 取標準值 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 推移裝置在采煤機截割一次煤壁后進行推移運輸機 為下一個工作物質(zhì)循環(huán)做好準 備 同時推移液壓支架及時支護新暴露的頂板 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)簡單 但推溜力大于移架力 2 框架式連接方式 當缸體后腔進液時 活塞桿移架當剛體內(nèi)腔進液時 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)復雜并不能起到防止支架下滑的作用 這種方式對支架 與運輸機的配套性不做要求 浮動活塞式 它可以使移架大于推溜力 推溜 活塞進液 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 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計 21 通過幾以上幾種類比 推移裝置進行比較 本設(shè)計選取浮動活塞式為推移裝置 3 9 3 推移裝置有關(guān)參數(shù)確定 推移步距 本設(shè)計采用移架后推溜的及時支護方式 所選采煤機截深為 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) 當推移步距為 650mm 時選推移千斤頂?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 圓整取標準值 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)護裝置的結(jié)構(gòu)選擇及主要參數(shù)的確定 3 10 1 側(cè)護裝置的作用 1 消除相鄰支架掩護梁和頂梁間的間間隙 防止冒落矸石進入支護空間 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 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計 22 3 10 2 側(cè)護裝置結(jié)構(gòu)形式的確定 按側(cè)護板與掩護梁或頂梁上頂面的關(guān)系 側(cè)護板有以下幾種型式 上復式 如圖 2 16 所示 結(jié)構(gòu)簡單 但活動側(cè)護板特別是頂梁活動側(cè)護板承載時 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 頂梁或掩護梁的上面加焊幾條鋼板 使側(cè)護板的水平板面 比頂梁或掩護梁承載面低 它改善側(cè)護板的受力情況活動側(cè)護板的設(shè)節(jié)性能 它的結(jié)構(gòu) 不復雜 目前頂梁側(cè)護板多采用這種型式 抽出式 如圖 2 16c 所示正常情況下 活動測護板的調(diào)節(jié)性能較好 當支架承受偏 載或窄槽內(nèi)堵塞粉塵時 調(diào)節(jié)也困難 它的結(jié)構(gòu)比比較復雜 a b c d 圖 2 13 側(cè)護板的結(jié)構(gòu)型式 4 折頁式如圖 2 13d 所示 活動側(cè)護板的調(diào)節(jié)性能較好 不受支架承載的影響 但 它會造成架間三角帶 其中常填滿碎矸防塵效果差 3 10 3 側(cè)護裝置有參數(shù)確定 1 側(cè)護千斤頂行程 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算 6 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計 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)護板主要尺寸的確定 a 頂梁側(cè)護板側(cè)向?qū)挾?頂梁測護板的側(cè)向?qū)挾纫?按支架升降高度和推移步距來確定 即 考慮到當前一 架升起 另一架降柱時 要保證相鄰兩架間側(cè)護板不能脫離接觸 同時考慮到支架降柱 后要前移 為防止頂梁后部側(cè)護板脫離接觸 頂梁側(cè)護板后部要加寬 加寬長度一般為 從頂梁后部起大于一個移架步距 b 掩護梁側(cè)護板側(cè)向?qū)挾?掩護梁側(cè)護板的側(cè)面寬度 主要考慮移架步距 一般比一個步距大 100mm 當一個 架固定 另一架前移時 兩架之間能封閉 同時又考慮到降架前移時 原不動的掩護梁 側(cè)護板下部不至脫開 所掩護梁下部要加寬 c 頂梁與掩護梁的側(cè)護板上部寬度與活動側(cè)護板的行程有關(guān) 由兩臺相鄰支架的間 距離確定 本設(shè)計取頂梁和掩護梁測擴板的上部寬度為 200mm d 頂梁和掩護梁的連接部位及側(cè)護板在此處的連接部位考慮可靠性的情況下 盡量 減小間隙 加強密封性 3 10 4 側(cè)護板活動方式的確定 本設(shè)計選取側(cè)護板活動 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 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計 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 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計 25 4 支架受力分析計算 4 1 液壓支架的支護性能與外載荷 液壓支架采煤工作面的作用是支護頂板 當煤層被采動后 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 由支架單獨承受在支架之后冒落 當直接項在支架之后冒落時 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 老頂懸露長度加長 Q2 在增 加 當老頂懸落達到一定長度后 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頂板變化性能 采煤機采過一個截深之后 支架前移一個步距 此時頂板尚無下沉現(xiàn)象 支架以初撐力 支撐頂板 此后頂板開始下沉 破碎或斷裂 支架承載加大 直到立柱下腔壓力達到安 全閥調(diào)值 安全閥釋放 出現(xiàn)支架的 讓壓 現(xiàn)象 這時立柱以 工作阻力 支護頂板 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滑動現(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(jié)構(gòu) 為了偏于安全 計算時把外載荷視為集中載荷 2 頂梁 底座與頂板被認為均勻接觸 載荷沿支架長度方向接線規(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 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 頂梁運動軌跡 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計 26 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 支架有向煤壁傾倒可能時 受到水平摩擦力 5 按不同支護高度時各部件最大受力值進行受力分析 4 2 支掩式支架的受力分析 當支架撐牢在頂?shù)装逯g時 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行受力和計算 圖 3 2 支掩式液壓支架整體受力 4 2 1 頂梁合力 Fn 及其作用點位置 1 首先取前梁為分離體進行受力分析 如圖 3 3 所示 圖 3 3 前梁為分離體受力圖 求 a 點的內(nèi)力 Y aX 3 1 FmWcos kP 式中 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計 27 X 前梁 a 梁點所受水平力 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 前梁點受垂直力 KN 待求a 7 3 3 21 hwLPF 式中 h 前梁千斤頂鉸接點距頂梁距離 取 330mm1 前后梁鉸點距頂梁距離 取 85mm2 前梁長度 取 900mmL 2 取后梁為分離體進行受力分析 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 點所受垂直力 KN 待求by 7 圖 3 4 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計 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 后梁集中力作用點與頂梁后端之距 mm 待求 h 掩護梁與頂梁鉸點與頂梁上表現(xiàn)之距 h 160mm6 6 前排立柱上鉸點與頂端后端之距 1350mm4l 4l 后排立柱上鉸點與頂梁后端之距 300mm5L 5L 前排立柱上鉸點與頂梁上表面之距 200mm 后排立柱上鉸點與頂梁上表面之距 200mmh h 前排立柱上鉸點與前后梁鉸點之距 800mm 2 2 4 2 2 前后連桿力 F 56 取掩護梁為分離體進行受力分析 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 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計 29 圖 3 5 掩護梁分離體受力 圖 3 6 底座分離體受力 4 2 3 底座合力大小及其作用點位置 取底座為分離體進行受力分析 如圖 3 6 所示 8 3 1 91835983572 767291 sin coscos coin inFwhFLahaLaPpphpxbba 10 式中 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計 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 前后立柱下鉸點之距 L 863mm 6 6 后排立柱下鉸點與底座后端之距 1050mm7 7L 前后連桿下鉸點小平距離 825mm8 8 前后立柱下鉸點距底座下平面之距 183mm h h 前連桿下鉸點距底座下平面之距 650mm 后連桿下鉸點距底座下平面之距 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 載荷實際分布很復雜 一般情況下 前梁載荷分布 為三角形 后梁為梯形 為了計算方便 假設(shè)頂梁于頂板均勻接觸且載荷為線性分布 假設(shè)頂梁長度為 頂板的集中載荷為 其作用點距頂梁后端為 gL1FX 1 當 Lg 3 時 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 Lg 3 X Lg 2 時 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 X Lg 2 時 載荷呈矩形分布 如圖 3 9 所示 頂梁前后端比壓相等 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計 31 21q 為 9 3 15 32110 mBLgF 4 當 Lg 2 X 2Lg 3 時 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 2Lg 3 X 時 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 支護強度計算 支護實際支護強度如下式計算 9 310 mBLgFq 3 19 式中 頂梁前端至煤壁的距離 mm Bm 支架支護寬度 支架間距 mm 其它符號意義同前 由于工作阻力和支護面積因支架支撐高度不同而異 故支護強度也是如此 支架實 際高度與理論支護強度的應在 5 之間 4 2 6 底座平均接觸比壓 頂板對支架的巨大載荷經(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 底座對底板的平均比壓按下式計算 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計 32 3 20 310 ddbLRq 式中 dq 底座對底板平均比壓 Mpa R 底座對底板合力 與底座對底座合力 成作用力與反作用力 KN 1F L 底座長度 mmd b 底座當量寬度 mm 底座型式如圖 3 12 所示 以下式計算 9 b dLdhB 212 整理得 b ddhB 212 2 底座最大最小接觸比壓 假設(shè)底座對底板均勻接觸且載荷為線性分布 a 當 Lg 3 時 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 其它符號意義同前 b 當 Lg 3 Lg 2 時 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 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計 33 式中 底座前端比壓 Mpa4q c 當 Lg 2 2Lg 3 時 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 2Lg 3 時 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行比較 底座最大比壓應小于底板 允許比壓 圖 3 7 圖 3 8 圖 3 9 圖 3 10 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計 34 4 2 7 支護效率 支護效率按下式進行計算 3 28 PF1 式中 P 支架的名義工作阻力 KN 支護效率 其它符號意義同前 4 3 支架受力計算 4 3 1 原始數(shù)據(jù) a 不隨支護高度 H 而變的數(shù)據(jù)見表 3 1 注 表中 長度單位 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 不同支護高度時 各參數(shù)的計算 1 支護高度 H 3200 時 各參數(shù)年的計算 計算中 前梁千斤頂?shù)淖饔昧?Pk 取工作陰力時的推力 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 中國礦業(yè)大學成人教育學院 2014 屆畢業(yè)設(shè)計 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