畢業(yè)設(shè)計(jì)-懸移式液壓支架設(shè)計(jì)【含6張圖紙】
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中文譯文液壓支架的最優(yōu)化設(shè)計(jì)摘 要本文介紹了從兩組不同參數(shù)的采礦工程所使用的液壓支架（如圖1）中選優(yōu)的流程。這種流程建立在一定的數(shù)學(xué)模型之上。第一步，尋找四連桿機(jī)構(gòu)的最理想的結(jié)構(gòu)參數(shù)以便確保支架的理想的運(yùn)動(dòng)軌跡有最小的橫向位移。第二步，計(jì)算出四連桿有最理想的參數(shù)時(shí)的最大誤差，以便得出最理想的、最滿意的液壓支架。圖1液壓支架關(guān)鍵詞：四連桿機(jī)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；精確設(shè)計(jì)；模糊設(shè)計(jì)；誤差1.前言：設(shè)計(jì)者的目的時(shí)尋找機(jī)械系統(tǒng)的最優(yōu)設(shè)計(jì)。導(dǎo)致的結(jié)果是一個(gè)系統(tǒng)所選擇的參數(shù)是最優(yōu)的。一個(gè)數(shù)學(xué)函數(shù)伴隨著一個(gè)合適的系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的出現(xiàn)而出現(xiàn)。當(dāng)然這數(shù)學(xué)函數(shù)建立在這種類型的系統(tǒng)上。有了這種數(shù)學(xué)函數(shù)模型，加上一臺(tái)好的計(jì)算機(jī)的支持，一定能找出系統(tǒng)最優(yōu)的參數(shù)。Harl描述的液壓支架是斯洛文尼亞的Velenje礦場(chǎng)的采煤設(shè)備的一個(gè)組成部分，它用來(lái)支護(hù)采煤工作面的巷道。它由兩組四連桿機(jī)構(gòu)組成，如圖2所示.四連桿機(jī)構(gòu)AEDB控制絞結(jié)點(diǎn)C的運(yùn)動(dòng)軌跡，四連桿機(jī)構(gòu)FEDG通過(guò)液壓泵來(lái)驅(qū)動(dòng)液壓支架。圖2中，支架的運(yùn)動(dòng)，確切的說(shuō)，支架上絞結(jié)點(diǎn)C點(diǎn)豎向的雙紐線的運(yùn)動(dòng)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?yàn)橹Ъ芄ぷ髟谶\(yùn)動(dòng)的地層上。實(shí)驗(yàn)室測(cè)試了一液壓支架的原型。支架表現(xiàn)出大的雙紐線位移，這種雙紐線位移的方式回見(jiàn)少支架的承受能力。因此，重新設(shè)計(jì)很有必要。如果允許的話，這會(huì)減少支架的承受能力。因此，重新設(shè)計(jì)很有必要。如果允許的話，這種設(shè)計(jì)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圖2兩四連桿機(jī)構(gòu)四連桿機(jī)構(gòu)數(shù)學(xué)模型AEDB的最有問(wèn)題的參數(shù)。否則的話這將有必要在最小的機(jī)構(gòu)AEDB改變這種設(shè)計(jì)方案。上面所羅列出的所有問(wèn)題的解決方案將告訴我們關(guān)于最理想的液壓支架的答案。真正的答案將是不同的，因?yàn)橄到y(tǒng)有各種不同的參數(shù)的誤差，那就是為什么在數(shù)學(xué)模型的幫助下，參數(shù)允許的最大的誤差將被計(jì)算出來(lái)。2.液壓支架的確定性模型首先，有必要進(jìn)一步研究適當(dāng)?shù)囊簤褐Ъ艿臋C(jī)械模型。它有可能建立在下面所列假設(shè)之上：（1）連接體是剛性的，（2）單個(gè)獨(dú)立的連接體的運(yùn)動(dòng)是相對(duì)緩慢的.液壓支架是只有一個(gè)方向自由度的機(jī)械裝置。它的運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律可以通過(guò)同步的兩個(gè)四連桿機(jī)構(gòu)FEDG和AEDB的運(yùn)動(dòng)來(lái)模擬。最主要的四連桿機(jī)構(gòu)對(duì)液壓支架的運(yùn)動(dòng)規(guī)律有決定性的影響。機(jī)構(gòu)2只是被用來(lái)通過(guò)液壓泵來(lái)驅(qū)動(dòng)液壓支架。絞結(jié)點(diǎn)C的運(yùn)動(dòng)軌跡L可以很好地來(lái)描述液壓支架的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。因此，設(shè)計(jì)任務(wù)就是通過(guò)使點(diǎn)C的軌跡盡可能地接近軌跡K來(lái)找到機(jī)構(gòu)1的最理想的連接長(zhǎng)度值。四連桿機(jī)構(gòu)1的綜合可以通過(guò)Rao和Dukkipati給出運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程式的幫助來(lái)完成。圖3點(diǎn)C軌跡L圖3描述了一般的情況。點(diǎn)C的軌跡L的方程式將在同一框架下被打印出來(lái)。點(diǎn)C的相對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)x和y隨著四連桿機(jī)構(gòu)的獨(dú)有的參數(shù)一起被打印出來(lái)。點(diǎn)B和D的坐標(biāo)分別是xB=x-cos(1)yB=y-sin(2)xD=x-cos()(3)yD=y-sin()(4)參數(shù)也彼此相關(guān)xB2+yB2=(5)(xD-1)2+yD2=(6)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)x-cos()-2+y-sin()2-=0(8)此方程式描述了計(jì)算參數(shù)的理想值的最基本的數(shù)學(xué)模型。2.1數(shù)學(xué)模型Haug和Arora提議，系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型可以用下面形式的公式表示minf(u,v),(9)約束于gi(u,v)0,i=1,2,l,(10)和響應(yīng)函數(shù)hi(u,v)=0,j=1,2,m.(11)向量u=u1,u2,unT響應(yīng)設(shè)計(jì)時(shí)的變量,v=v1,v2,vmT是可變響應(yīng)向量，(9)式中的f是目標(biāo)函數(shù)。為了使設(shè)計(jì)的主導(dǎo)四連桿機(jī)構(gòu)AEDB達(dá)到最佳，設(shè)計(jì)時(shí)的變量可被定義為u=T,(12)可變響應(yīng)向量可被定義為v=xyT.(13)相應(yīng)復(fù)數(shù)3，5，6的尺寸是確定的。目標(biāo)函數(shù)被定義為理想軌跡K和實(shí)際軌跡L之間的一些“有差異的尺寸”f(u,v)=maxg0(y)-f0(y)2,(14)式中x=g0(y)是曲線K的函數(shù)，x=f0(y)是曲線L的函數(shù)。我們將為系統(tǒng)挑選一定局限性。這種系統(tǒng)必須滿足眾所周知的最一般的情況。(15)(16)不等式表達(dá)了四連桿機(jī)構(gòu)這樣的特性：復(fù)數(shù)只可能只振蕩的。這種情況：(17)給出了設(shè)計(jì)變量的上下約束條件。用基于梯度的最優(yōu)化式方法不能直接的解決(9)(11)的問(wèn)題。minun+1(18)從屬于gi(u,v)0,i=1,2,l,(19)f(u,v)-un+10,(20)并響應(yīng)函數(shù)hj(u,v)=0,j=1,2,m,(21)式中：u=u1unun+1Tv=v1vnvn+1T因此，主導(dǎo)四連桿機(jī)構(gòu)AEDB的一個(gè)非線性設(shè)計(jì)問(wèn)題可以被描述為：min7,(22)從屬于約束(23)(24),(25)(26)并響應(yīng)函數(shù)：(27)(28)有了上面的公式，使得點(diǎn)C的橫向位移和軌跡K之間的有最微小的差別變得可能。結(jié)果是參數(shù)有最理想的值。3.液壓支架的隨機(jī)模型數(shù)學(xué)模型可以用來(lái)計(jì)算比如參數(shù)確保軌跡L和K之間的距離保持最小。然而端點(diǎn)C的計(jì)算軌跡L可能有些偏離，因?yàn)樵谶\(yùn)動(dòng)中存在一些干擾因數(shù)?？催@些偏離到底合時(shí)與否關(guān)鍵在于這個(gè)偏差是否在參數(shù)容許的公差范圍內(nèi)。響應(yīng)函數(shù)（27）（28）允許我們考慮響應(yīng)變量v的矢量，這個(gè)矢量依賴設(shè)計(jì)變量v的矢量。這就意味著vh(v)，函數(shù)h是數(shù)學(xué)模型（22）（28）的基礎(chǔ)，因?yàn)樗枋龀隽隧憫?yīng)變量v的矢量和設(shè)計(jì)變量v的矢量以及和數(shù)學(xué)模型中v的關(guān)系。同樣，函數(shù)h用來(lái)考慮參數(shù)的誤差值的最大允許值。在隨機(jī)模型中，設(shè)計(jì)變量的矢量u=u1,unT可以被看作U=U1,UnT的隨機(jī)矢量，也就是意味著響應(yīng)變量的矢量v=v1,vnT也是一個(gè)隨機(jī)矢量V=V1,V2,VnTv=h(u)(29)假設(shè)設(shè)計(jì)變量U1,Un從概率論的觀點(diǎn)以及正常的分類函數(shù)Uk(k=1,2,n)中獨(dú)立出來(lái)。主要參數(shù)和(k=1,2,n)可以與如測(cè)量這類科學(xué)概念和公差聯(lián)系起來(lái)，比如=,。所以只要選擇合適的存在概率，k=1,2,n(30)式（30）就計(jì)算出結(jié)果。隨機(jī)矢量V的概率分布函數(shù)被探求依賴隨機(jī)矢量U概率分布函數(shù)及它實(shí)際不可計(jì)算性。因此，隨意矢量V被描述借助于數(shù)學(xué)特性，而這個(gè)特性被確定是利用Taylor的有關(guān)點(diǎn)u=u1,unT的函數(shù)h逼近描述，或者借助被Oblak和Harl在論文提出的MonteCarlo的方法。3.1數(shù)學(xué)模型用來(lái)計(jì)算液壓支架最優(yōu)化的容許誤差的數(shù)學(xué)模型將會(huì)以非線性問(wèn)題的獨(dú)立的變量w=(31)和目標(biāo)函數(shù)(32)的型式描述出來(lái)。約束條件(33),(34)在式（33）中，E是是坐標(biāo)C點(diǎn)的x值的最大允許偏差，其中A=1,2,4(35)非線性工程問(wèn)題的計(jì)算公差定義式如下：(36)它服從以下條件：(37),(38)(39)4.有數(shù)字的實(shí)列液壓支架的工作阻力為1600kN。以及四連桿機(jī)構(gòu)AEDB及FEDG必須符合以下要求：它們必須確保鉸接點(diǎn)C的橫向位移控制在最小的范圍內(nèi)，它們必須提供充分的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性圖2中的液壓支架的有關(guān)參數(shù)列在表1中。支撐四桿機(jī)構(gòu)FEDG可以由矢量(mm)(40)來(lái)確定。四連桿AEDB可以通過(guò)下面矢量關(guān)系來(lái)確定。(mm)在方程(39)中，參數(shù)d是液壓支架的移動(dòng)步距，為925mm.四連桿AEDA的桿系的有關(guān)參數(shù)列于表2中。表1液壓支架的參數(shù)表2四連桿AEDA的參數(shù)4.1四連桿AEDA的優(yōu)化四連桿的數(shù)學(xué)模型AEDA的相關(guān)數(shù)據(jù)在方程(22)-(28)中都有表述。(圖3)鉸接點(diǎn)C雙紐線的橫向最大偏距為65mm。那就是為什么式(26)為(41)桿AA與桿AE之間的角度范圍在76.8o和94.8o之間，將數(shù)依次導(dǎo)入公式(41)中所得結(jié)果列于表3中。這些點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的角都在角度范圍76.8o,94.8o內(nèi)而且它們每個(gè)角度之差為1o設(shè)計(jì)變量的最小和最大范圍是(mm)(42)(mm)(43)非線性設(shè)計(jì)問(wèn)題以方程(22)與(28)的形式表述出來(lái)。這個(gè)問(wèn)題通過(guò)Kegletal(1991)提出的基于近似值逼近的優(yōu)化方法來(lái)解決。通過(guò)用直接的區(qū)分方法來(lái)計(jì)算出設(shè)計(jì)派生數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)變量的初始值為(mm)(44)優(yōu)化設(shè)計(jì)的參數(shù)經(jīng)過(guò)25次反復(fù)計(jì)算后是表3絞結(jié)點(diǎn)C對(duì)應(yīng)的x與y的值角度x初值(mm)y初值(mm)x終值(mm)y終值(mm)76.866.781784.8769.471787.5077.865.911817.6768.741820.4078.864.951850.0967.931852.9279.863.921882.1567.041885.0780.862.841913.8566.121916.8781.861.751945.2065.201948.3282.860.671976.2264.291979.4483.859.652006.9163.462010.4384.858.722037.2862.722040.7085.857.922067.3562.132070.8786.857.302097.1161.732100.7487.856.912126.5961.572130.3288.856.812155.8061.722159.6389.857.062184.7462.242188.6790.857.732213.4263.212217.4691.858.912241.8764.712246.0192.860.712270.0866.852274.3393.863.212298.0969.732302.4494.866.562325.8970.502330.36(mm)(45)在表3中C點(diǎn)x值與y值分別對(duì)應(yīng)開(kāi)始設(shè)計(jì)變量和優(yōu)化設(shè)計(jì)變量。圖4用圖表示了端點(diǎn)C開(kāi)始的雙紐線軌跡L(虛線)和垂直的理想軌跡K(實(shí)線)。圖4絞結(jié)點(diǎn)C的軌跡4.2四連桿機(jī)構(gòu)AEDA的最優(yōu)誤差在非線性問(wèn)題(36)-(38),選擇的獨(dú)立變量的最小值和最大值為(mm)(46)(mm)(47)獨(dú)立變量的初始值為(mm)(48)軌跡偏離選擇了兩種情況E=0.01和E=0.05。在第一種情況，設(shè)計(jì)變量的理想公差經(jīng)過(guò)9次反復(fù)的計(jì)算，已初結(jié)果。第二種情況也在7次的反復(fù)計(jì)算后得到了理想值。這些結(jié)果列在表4和表5中。圖5和圖6的標(biāo)準(zhǔn)偏差已經(jīng)由MonteCarlo方法計(jì)算出來(lái)并表示在圖中(圖中雙點(diǎn)劃線示)同時(shí)比較泰勒近似法的曲線(實(shí)線)。圖5E=0.01時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)誤差圖6E=0.05時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)誤差5.結(jié)論通過(guò)選用系統(tǒng)的合適的數(shù)學(xué)模型以及采用數(shù)學(xué)函數(shù)，讓液壓支架的設(shè)計(jì)得到改良，而且產(chǎn)品的性能更加可靠。然而，由于理想誤差的結(jié)果的出現(xiàn)，將有理由再考慮一個(gè)新的問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題在四連桿的問(wèn)題上表現(xiàn)的尤為突出，因?yàn)橐粋€(gè)公差變化稍微都能導(dǎo)致產(chǎn)品成本的升高。參考文獻(xiàn)GRM：四連桿機(jī)構(gòu)的最優(yōu)合成機(jī)械工程學(xué)院的馬里博爾1992harl：液壓支架的隨機(jī)分析1998年謝長(zhǎng)廷：設(shè)計(jì)靈敏度分析和優(yōu)化動(dòng)態(tài)響應(yīng)，1984年研究研究，kegl;.：機(jī)械系統(tǒng)的優(yōu)化、非線性一階近似的策略1991年oblak：結(jié)構(gòu)第二部分的數(shù)值分析機(jī)械工程學(xué)院的馬里博1982年oblak：液壓支架的最佳合成1998年Dukkipati：機(jī)制和機(jī)理論新德里：威利父子1989年20 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期檢查表指導(dǎo)教師： 職稱： 所在院（系）： 機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院 教研室（研究室）： 機(jī)械設(shè)計(jì)教研室 題 目懸移式液壓支架設(shè)計(jì)學(xué)生姓名 專業(yè)班級(jí) 學(xué)號(hào) 一、 選題質(zhì)量： 1、選題符合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，充分利用了機(jī)械設(shè)計(jì)及制造方面的知識(shí)，綜合訓(xùn)練了大學(xué)四年學(xué)習(xí)的專業(yè)知識(shí)，再次鞏固知識(shí)，為以后的工作打下基礎(chǔ)；2、題目難易程度中等，在保證規(guī)定的生產(chǎn)率和高質(zhì)量的提升機(jī)的同時(shí)，還要保證提升機(jī)零件具有良好的工藝性，以便于進(jìn)行裝配制造與管理；3、題目工作量較大，需要設(shè)計(jì)計(jì)算的部分較多，還需要對(duì)主要設(shè)計(jì)部位進(jìn)行零件圖繪制；4、題目廣泛的應(yīng)用在各個(gè)部門(mén)，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便、成本低、通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在煤礦中應(yīng)用最為突出。二、開(kāi)題報(bào)告完成情況：開(kāi)題報(bào)告已完成。三、階段性成果：1、通過(guò)大量的資料搜集，整理思路，形成提綱；2、完成了說(shuō)明書(shū)大體框架；3、大部分計(jì)算已完成；四、存在主要問(wèn)題：1. 對(duì)部分零件的結(jié)構(gòu)尺寸和安裝尺寸掌握的不夠準(zhǔn)確；2. 局部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路不清晰；設(shè)計(jì)內(nèi)容不夠連貫，系統(tǒng)性不強(qiáng)；3. 在整體結(jié)構(gòu)及零部件結(jié)構(gòu)上存在一定問(wèn)題；在選用零件和確定結(jié)構(gòu)工藝參數(shù)時(shí)缺少經(jīng)驗(yàn)和參考；4. 對(duì)于液壓元件，密封至關(guān)重要，但由于經(jīng)驗(yàn)缺乏與參考資料等方面的問(wèn)題，密封件選擇方面還存在一些不很清楚之處。5. 設(shè)計(jì)中還采用了一部分老舊的部件，獲得資料不夠充分，資料較陳舊。五、指導(dǎo)教師對(duì)學(xué)生在畢業(yè)實(shí)習(xí)中，勞動(dòng)、學(xué)習(xí)紀(jì)律及畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)展等方面的評(píng)語(yǔ)指導(dǎo)教師： （簽名） 年 月 日2 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告題目名稱懸移式液壓支架設(shè)計(jì)學(xué)生姓名 專業(yè)班級(jí) 學(xué)號(hào) 一、 選題的目的和意義： 隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)對(duì)燃料和各種礦物需要量的不斷增長(zhǎng)，礦井生產(chǎn)機(jī)械化、自動(dòng)化和集中化程度的不斷提高，各種礦物的產(chǎn)量亦不斷擴(kuò)大；我國(guó)煤礦和各類礦山每年都要生產(chǎn)大量的煤和礦石。懸移支架是介于大型綜采支架和單體液壓支柱之間的一種新型支護(hù)設(shè)備。該支架曾獲國(guó)家發(fā)明專利和國(guó)家發(fā)明獎(jiǎng)。懸移支架繼承了綜采支架的安全、整體性好、能夠自移的優(yōu)點(diǎn)，具有適應(yīng)性好、體積小、重量輕（0.71.5噸）、易操作、拆裝及運(yùn)輸方便等優(yōu)點(diǎn)，可用于地質(zhì)條件好的工作面，也可以用于頂板破碎、地板軟、易片邦、斷層多的工作面及大傾角的工作面，放頂煤開(kāi)采效果更佳。ZH型支架是在總結(jié)了綜采支架和單體液壓支架使用經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上發(fā)明的最新一代專利產(chǎn)品，該支架除有綜采和高檔普采支架共同的優(yōu)點(diǎn)。二、 國(guó)內(nèi)外研究綜述：液壓支架的設(shè)計(jì)、制造和使用，從1854年英國(guó)研制成功了液壓支架發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)基本成熟，已經(jīng)基本成熟，它已經(jīng)形成了能另適用各種不同煤礦地質(zhì)條件的各類液壓支架。從液壓支架的形式來(lái)看，有支撐式液壓支架發(fā)展到掩護(hù)式液壓支架和支撐掩護(hù)式液壓支架；從支架的質(zhì)量來(lái)看，有輕型液壓支架和重型液壓支架；從支撐高度來(lái)看，有薄煤層液壓支架、中厚煤層分層和厚煤層液壓支架，從用途來(lái)看，有端頭液壓支架和中間液壓支架我國(guó)科學(xué)工作者經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展和努力，液壓支架的設(shè)計(jì)、制造水平在不斷提高，特別是在緩傾斜中厚煤層的液壓支架方面積累了相當(dāng)豐富的經(jīng)驗(yàn)，架型已基本趨于成熟、完善，在品種和質(zhì)量方面與國(guó)際先進(jìn)水平相比，差距越來(lái)越小。但在控制元件和控制系統(tǒng)方面，與先進(jìn)國(guó)家的產(chǎn)品相比還有較大的差距。所以，今后除硬繼續(xù)針對(duì)我國(guó)國(guó)情的煤層具體條件，開(kāi)發(fā)一些新架型、新品種外，還應(yīng)在設(shè)計(jì)支架控制系統(tǒng)和提高支架的工作可靠性方面下功夫。三、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）所用的主要技術(shù)與方法：1. 圖書(shū)館查閱相關(guān)資料。2. 在工廠的實(shí)踐畢業(yè)實(shí)習(xí)。3. 老師和工程師的指導(dǎo)。4. 查閱網(wǎng)上的相關(guān)資料。四、 主要參考文獻(xiàn)與資料獲得情況：1朱真才，韓振鐸主編.采煤機(jī)械與液壓傳動(dòng)M.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2005.22張家鑒，陳享文，伊長(zhǎng)德編著.液壓支架M.煤炭工業(yè)出版社.1985.10 3陶馳東編著.采掘機(jī)械M.煤炭工業(yè)出版社.1981.14丁紹南編著.液壓支架設(shè)計(jì)M.世界圖書(shū)出版公司.1992.4 5吳宗澤編著.機(jī)械設(shè)計(jì)M.高等教育出版社.2005.76李昌熙，喬石主編.礦山機(jī)械液壓傳動(dòng)M.煤炭工業(yè)出版社，1985.10 7趙宏珠編著.綜采工作面礦壓與液壓支架設(shè)計(jì)M.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社.19878劉玉堂編著.煤礦支護(hù)手冊(cè)M.煤炭工業(yè)出版社.1991.119機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì)編著.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)M.機(jī)械工業(yè)出版社.2004.8五、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度安排（按周說(shuō)明）第56周：熟悉設(shè)計(jì)題目，掌握所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的工作原理，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)、圖書(shū)館尋找相關(guān)的資料，并認(rèn)真閱讀，逐步形成設(shè)計(jì)思路，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告；第710周：著手開(kāi)始設(shè)計(jì)，通過(guò)查閱相關(guān)資料和設(shè)計(jì)手冊(cè)，設(shè)計(jì)各個(gè)零件的形狀、尺寸，統(tǒng)籌兼顧，并不斷完善各種尺寸；第1113周：在老師的指導(dǎo)下，修改設(shè)計(jì)的零件，使整個(gè)系統(tǒng)更加完善、合理。然后用Auto CAD軟件，繪制各零件圖和裝配圖圖；第1416周：整理設(shè)計(jì)資料，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。六、 指導(dǎo)教師審批意見(jiàn)： 指導(dǎo)教師： （簽名）年 月 日 2摘要采煤綜合機(jī)械化，是加快我國(guó)煤炭工業(yè)發(fā)展速度，大幅度提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，實(shí)現(xiàn)煤炭工業(yè)現(xiàn)代化的一項(xiàng)重要戰(zhàn)略措施。綜合機(jī)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(dòng)，改善作業(yè)環(huán)境，是煤炭工業(yè)技術(shù)的發(fā)展方向。而液壓支架則是綜合機(jī)械化采煤方法中最重要的設(shè)備之一。本文設(shè)計(jì)的懸移式液壓支架主要由以下幾個(gè)基本部分組成頂梁、推移托梁、伸縮千斤頂、推移千斤頂、液壓支柱、內(nèi)縮梁、擋矸裝置、及液壓系統(tǒng)。設(shè)計(jì)要遵循支護(hù)性能好、強(qiáng)度高、移架速度快、安全可靠等原則。在懸移式式液壓支架的設(shè)計(jì)過(guò)程中，拖梁、頂梁、和千斤頂、支柱等結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)是重點(diǎn)。該論文介紹了液壓支架的結(jié)構(gòu)、類型、工作原理、特點(diǎn)、目的及受力分析，對(duì)懸移式式液壓支架作了詳細(xì)的介紹和分析，論述了該支架的設(shè)計(jì)方案和基本用途。關(guān)鍵詞：液壓支架 拖梁 頂梁 千斤頂 液壓支柱 液壓系統(tǒng)82AbstractThe 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. 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 canopy and caving shield and props 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. Keyword: Hydraulic support、 Drag beam、 Roof Beam、 Jack、 Hydraulic prop、 Hydraulic system 目錄前言11液壓支架概述21.1液壓支架的分類21.1.1按支架和圍巖的相互作用分類21.1.2按移動(dòng)方式分類51.1.3根據(jù)使用地點(diǎn)的不同分類61.2液壓支架的組成61.2.1承載結(jié)構(gòu)件61.2.2動(dòng)力油缸71.2.3控制操縱元件81.2.4輔助裝置81.2.5工作液體81.3液壓支架的工作原理81.3.1托梁液壓支架的工作原理81.3.2液壓支架的支撐承載原理101.4液壓系統(tǒng)及其控制元件141.4.1液壓系統(tǒng)151.4.2液壓系統(tǒng)的特點(diǎn)161.5液壓支架的架形171.5.1垛式液壓支架的特點(diǎn)171.5.2四連桿機(jī)構(gòu)液壓支架171.5.3懸移式液壓支架181.5.4影響架形選擇的因素192懸移式液壓支架主要結(jié)構(gòu)尺寸的確定222.1懸移式支架設(shè)計(jì)目的222.2懸移式支架主要尺寸的確定232.21懸移式支架主要技術(shù)參數(shù)233懸移式支架總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)243.1懸移式液壓支架基本參數(shù)的確定243.1.1支架高度243.1.2支架伸縮比243.1.3支架間距243.1.4支架寬度253.1.5頂梁長(zhǎng)度253.1.6支架工作阻力263.2懸移式液壓支架頂梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)263.2.1頂梁形式的選擇263.2.2伸縮梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)283.2.3托梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)283.2.4柱窩的設(shè)計(jì)283.2.5擋矸板的設(shè)計(jì)293.2.6立柱的選擇與設(shè)計(jì)293.3懸移式液壓支架推移千斤頂設(shè)計(jì)303.3.1推移裝置的選型303.3.2推移千斤頂?shù)拇_定313.4懸移式液壓支架水平推進(jìn)缸的設(shè)計(jì)與計(jì)算323.5懸移式液壓支架伸縮梁油缸的設(shè)計(jì)與計(jì)算334懸移式液壓支架頂梁強(qiáng)度校核354.1材料的選擇354.2頂梁的強(qiáng)度校核364.2.1集中載荷在兩根立柱中間時(shí)校核364.2.2集中載荷在頂梁兩端時(shí)校核415懸移式液壓支架伸縮梁強(qiáng)度校核475.1材料的選擇475.2伸縮梁的強(qiáng)度校核485.3立柱強(qiáng)度計(jì)算535.3.1預(yù)算缸筒內(nèi)徑和缸壁厚度535.3.2計(jì)算重疊長(zhǎng)度536懸移式液壓支架的使用維護(hù)及常見(jiàn)故障排除方法556.1支架的運(yùn)輸和工作面安裝556.1.1支架在地面和井下的運(yùn)輸556.1.2支架在工作面的安裝556.2支架的操作和維護(hù)566.2.1對(duì)支架操作維護(hù)的要求566.2.2支架的操作注意事項(xiàng)566.2.3支架的維護(hù)和管理576.2.4注意事項(xiàng)及警示58結(jié)論60致謝61參考書(shū)目62附錄63外文資料與中文翻譯62前言液壓支架是在摩擦支柱和單體液壓支柱等基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的工作面機(jī)械化支護(hù)設(shè)備。它與滾筒采煤機(jī)（或刨煤機(jī)）、可彎曲刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)及膠帶輸送機(jī)等形成一個(gè)有機(jī)的整體，實(shí)現(xiàn)了包括采、支、運(yùn)等主要工序的綜合機(jī)械化采煤工藝。液壓支架能可靠而有效地支撐和控制工作面頂板，隔離采空區(qū)，防止矸石竄入工作面，保證作業(yè)空間，并且能夠隨著工作面的推進(jìn)而機(jī)械化移動(dòng)，不斷地將采煤機(jī)和輸送機(jī)推向煤壁，從而滿足了工作面高產(chǎn)、高效和安全生產(chǎn)的要求。液壓支架的總重量和初期投資費(fèi)用占工作面整套綜采設(shè)備的60%70%左右。我國(guó)于70年代初，研制成功了垛式、節(jié)式等支撐式支架，以及關(guān)鍵的液壓元部件。70年代中期，研制成功了掩護(hù)式與支撐掩護(hù)式支架。由于這種架型的優(yōu)良性能，逐步取代了早期的垛式和節(jié)式支架。在引進(jìn)、消化國(guó)外支架的基礎(chǔ)上，我國(guó)已經(jīng)形成了一支有一定規(guī)模的從事液壓支的設(shè)計(jì)、研究、制造和檢驗(yàn)的專業(yè)隊(duì)伍，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，并研制了多種適合我國(guó)煤礦不同生產(chǎn)地質(zhì)條件的液壓支架。支架最大高度已達(dá)5m，最小高度為0.5m；適應(yīng)最大傾角可達(dá)55;最大工作阻力達(dá)10000KN。還有用于放頂煤采煤、分層鋪網(wǎng)采煤等條件下的特種用途液壓支架。合理的選用采煤設(shè)備并結(jié)合先進(jìn)的采煤工藝，可解決采煤工作面的采煤支護(hù)運(yùn)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(hù)生產(chǎn)人員和設(shè)備的安全，以及減輕笨重的體力勞動(dòng)，可為煤礦獲得很高的經(jīng)濟(jì)效益。1液壓支架概述1.1液壓支架的分類1.1.1按支架和圍巖的相互作用分類（1）支撐懸移式支架:圖1-1是一種支撐式支架,它有較長(zhǎng)的頂梁,較多的支柱,并呈垂直布置,支架的穩(wěn)定性由支柱的復(fù)位機(jī)構(gòu)來(lái)保證,因此有堅(jiān)固的箱式底座。它靠支柱與頂梁的支撐作用，控制工作面的頂板，維護(hù)工作空間，而頂板巖石則在頂梁后部切斷垮落。這種類型的支架具有較大的支撐能力和良好的切頂性能，因此適用于頂板堅(jiān)硬完整，周期壓力明顯或強(qiáng)烈、底板也較硬的煤層中。圖1-1支撐式液壓支架結(jié)構(gòu)1-頂梁；2-前梁；3-立柱；4-控制閥；5-推移裝置；6-底座（2）掩護(hù)式液壓支架:圖1-2是掩護(hù)式支架中結(jié)構(gòu)之一，它的頂梁較短，支柱一排，一般僅12根，多呈傾斜布置，與掩護(hù)梁連接或者直接于頂梁連接。它靠支柱和頂梁支撐頂板，而掩護(hù)梁只與冒落矸石相接觸，防止矸石涌入工作面，以維護(hù)一定的工作空間。這種類型的支架，有良好的防矸掩護(hù)性能，主要使用于頂板中等穩(wěn)定或破碎，底板也較松軟的煤層中。圖1-2掩護(hù)式液壓支架結(jié)構(gòu)1-互幫裝置；2-前梁；3-頂梁；4-頂梁千斤頂；5-彈簧筒；6-頂梁側(cè)護(hù)板；7-立柱；8-掩護(hù)梁；9-平衡千斤頂；10-掩護(hù)梁側(cè)護(hù)板；11-前連桿；12-后連桿側(cè)護(hù)板；13-后連桿；14-底座；15-推移千斤頂；16-推桿掩護(hù)式支架的特點(diǎn)如下：1) 頂梁短，對(duì)頂板的作用力均勻，煤壁附近頂板的支護(hù)強(qiáng)度往往比支撐式支架還高。2) 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，抵抗直接頂水平運(yùn)動(dòng)的能力強(qiáng)。3) 防護(hù)性能好，架內(nèi)殲石極少，便于操作。4) 調(diào)高范圍大，對(duì)煤層厚度變化的適應(yīng)性強(qiáng)。5) 整架工作阻力小，工作空間小，通風(fēng)阻力大。6) 與垛式支架相比，質(zhì)量大，造價(jià)高。(3)支撐掩護(hù)式液壓支架：圖1-3是一種支撐掩護(hù)式支架，支撐掩護(hù)式介于支撐式和掩護(hù)式之間的架型。它的特點(diǎn)是，支柱兩排，每排12根，多呈傾斜布置，靠采空區(qū)一側(cè)，裝有掩護(hù)梁和四連桿機(jī)構(gòu)（見(jiàn)圖1-3）。圖1-3支撐掩護(hù)式液壓支架結(jié)構(gòu)這類支架靠支撐和掩護(hù)作用來(lái)維護(hù)工作空間，兼有支撐式和掩護(hù)式支架的優(yōu)點(diǎn)，使用于頂板中等穩(wěn)定或穩(wěn)定，有較明顯的周期壓力，底板中等穩(wěn)定的煤層中。支撐掩護(hù)式支架的特點(diǎn)如下：1) 工作阻力大，切頂性能好。2) 具有堅(jiān)固的掩護(hù)梁及較嚴(yán)密的擋殲側(cè)護(hù)裝置，可有效地把工作面空間與采空區(qū)隔開(kāi)，防殲性能較好。3) 采用了四連桿結(jié)構(gòu)，支架的穩(wěn)定性好，能承受較大的水平力。4) 工作空間寬敞，能滿足行人、操作和工作面通風(fēng)的要求。5) 支架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，質(zhì)量大，造價(jià)高，支架回縮時(shí)較長(zhǎng)，不便運(yùn)輸。支撐式、掩護(hù)式、支撐掩護(hù)式等三類支架中，對(duì)照采煤工藝對(duì)支架的要求來(lái)看，掩護(hù)式支架具有很多的特點(diǎn)和較廣的適用范圍。雖然掩護(hù)式支架單位工作面上的支撐能力不如其余兩種，但由于控頂距較小，單位面積上的支撐能力較大，能對(duì)頂板進(jìn)行有效的支撐；還有有效的擋矸裝置，能更好地適用破碎頂板的支護(hù)需要；支架本身為一穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，抗水平力性能好，且便于支架前移；支架的結(jié)構(gòu)和液壓系統(tǒng)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，管理維修容易；支架調(diào)高范圍較大，對(duì)煤層厚度變化的適應(yīng)性較強(qiáng)。所以，掩護(hù)式支架在使用中已取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果，使用范圍正在逐漸擴(kuò)大。1.1.2按移動(dòng)方式分類按移動(dòng)方式，液壓支架可分為整體自移式和邁步式兩類。（1）整體自移式:支架成整體結(jié)構(gòu)，因而整體移動(dòng)。掩護(hù)式、支撐掩護(hù)式和部分支撐式支架，均采用這種移架方式，（2）邁步式:邁步式支架又可分為交互前移式和提步前移式兩種。1）交互前移式支架，是利用主副架互為著力點(diǎn)交互推位前移的方式，架間安裝推移千斤頂和導(dǎo)向裝置。一般節(jié)式支架常用這種移架方式。2）提步前移式支架，是采取頂梁不大量下降，提腿跨步的方式。例如，蘇-81型支撐掩護(hù)式支架，移架時(shí)沿著支撐住頂板的鄰架頂梁推移。還有一種是滑行頂梁式支架，移架時(shí)本架頂梁在內(nèi)部滑移。1.1.3根據(jù)使用地點(diǎn)的不同分類根據(jù)使用地點(diǎn)的不同，液壓支架有可分為工作面支架和端頭支架兩類。上述各類支架均為工作面支架，用來(lái)支護(hù)工作面的頂板。端頭支架，則用在工作面兩端與順槽的連接處，由于此處的機(jī)械設(shè)備較多，需要占有的工作空間大，同時(shí)又是人員的安全出口，要求端頭支架能很好的和各種設(shè)備相配合，達(dá)到有效地支護(hù)懸露面積較大的頂板。因此，端頭支架在結(jié)構(gòu)上具有特殊性。1.2液壓支架的組成液壓支架的組成序號(hào)部件功能舉例1承載結(jié)構(gòu)件承受并傳遞頂板在和作用的結(jié)構(gòu)件頂梁、伸縮梁、2動(dòng)力油缸用液體作為介質(zhì)可以主動(dòng)產(chǎn)生作用力、實(shí)現(xiàn)各種動(dòng)作的油缸立柱、各類千斤頂3控制元件操縱、控制支架各個(gè)動(dòng)力油缸動(dòng)作及保證所需工作特性的液壓（電氣）元部件操控閥、單向閥、安全閥及管路、液壓（電控）元件4輔助裝置不直接承受頂板載荷、而實(shí)現(xiàn)支架莫那些動(dòng)作或功能所必需的裝置推移裝置、護(hù)幫裝置、活動(dòng)側(cè)護(hù)板、防倒、防滑裝置5工作液體傳遞能量的工作介質(zhì)乳化液1.2.1承載結(jié)構(gòu)件（1）頂梁：頂梁上設(shè)計(jì)有滑軌，這是實(shí)現(xiàn)移架的關(guān)鍵部件，推移托梁分為前后兩個(gè)，有托梁連接桿將前后兩個(gè)托梁連在一起，用吊掛裝置將托梁放置于頂梁下方的滑軌內(nèi)，使其能沿滑軌前后滑動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)移架的過(guò)程（2）伸縮梁內(nèi)伸縮梁是實(shí)現(xiàn)支架即時(shí)支護(hù)的關(guān)鍵部件，內(nèi)伸縮梁插置于頂梁的箱體內(nèi)1.2.2動(dòng)力油缸動(dòng)力油缸包括支柱和各種千斤頂?shù)取＃?）支柱：支架上凡是支撐在頂梁（或掩護(hù)梁）和底座之間，直接或間接承受頂板載荷的主要油缸叫支柱。支柱是支架的主要承載部件，支架的支撐力和支撐高度，主要取決于支柱的結(jié)構(gòu)和性能。支柱如圖1-10所示:圖1-10立柱（2）千斤頂：支架上除支柱之外的各種油缸都叫千斤頂，如前梁千斤頂、推移千斤頂、調(diào)架千斤頂，還有平衡、復(fù)位、側(cè)推和護(hù)幫千斤頂?shù)?，完成著推移運(yùn)輸機(jī)、移設(shè)支架和支架的調(diào)整等各項(xiàng)動(dòng)作。側(cè)推千斤頂如圖1-11所示:圖1-11側(cè)推千斤頂1.2.3控制操縱元件控制操縱元件：包括控制閥（即液控單向閥和安全閥）、操縱閥等各種閥件和管件。這些元件是保證支架獲得足夠的支撐力、良好的工作特性以及實(shí)現(xiàn)預(yù)定設(shè)計(jì)動(dòng)作所需的液壓元件，它的種類和數(shù)量，隨支架結(jié)構(gòu)和動(dòng)作要求的不同而異。1.2.4輔助裝置支架上除上述三項(xiàng)構(gòu)件以外的其它構(gòu)件，都可歸入輔助裝置，它包括推移裝置、復(fù)未裝置、擋矸裝置、護(hù)幫裝置、防倒防滑裝置、照明和其他附屬裝置等。1.2.5工作液體這是傳遞泵能站量，使液壓支架能有效工作的工作介質(zhì)。液壓支架的工作液體是乳化液。1.3液壓支架的工作原理1.3.1托梁液壓支架的工作原理該液壓支架在移架過(guò)程中，不僅要可靠的支撐頂板，維護(hù)一定的安全工作空間，而且要隨工作面的推進(jìn)，進(jìn)行移架和推移輸送機(jī)。因此，支架要實(shí)現(xiàn)升、降、推、移四個(gè)基本動(dòng)作，這些動(dòng)作是利用泵站供給的高壓液體，通過(guò)工作性質(zhì)不同的幾個(gè)液壓油缸來(lái)完成的,如圖1.1所示：當(dāng)操縱閥8處于升柱位置時(shí)，從乳化液泵站來(lái)的高壓液體通過(guò)操縱閥8、液控單向閥6進(jìn)入立柱2的下腔，立柱上腔回液，支架升起，并撐緊頂板。當(dāng)操縱閥8處于降柱位置時(shí)，工作液體進(jìn)入立柱的上腔，同時(shí)打開(kāi)夜空單向閥，立柱下腔回液，支架下降。支架的前移和推移輸送機(jī)是通過(guò)操縱閥7和圖一千斤頂4來(lái)進(jìn)行的。移架時(shí)，先使支架卸載下降，再把操縱閥7置于移架位置，從乳化液泵站來(lái)的高壓液進(jìn)入推移千斤頂4的前腔即活塞桿腔，后腔即活塞腔回液。這時(shí)，支架以輸送機(jī)為支點(diǎn)前移。移架結(jié)束后，再把支架升起，使支架撐緊頂板。若將操縱閥7置于推溜位置，高壓液進(jìn)入推移千斤頂后腔即活塞腔，前腔即活塞桿回液，這時(shí)輸送機(jī)以支架為支點(diǎn)被推向煤壁。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(jī)10-乳化液泵11-主供液管12-主回液管（1）升柱：液壓支架移至新的工作位置后，應(yīng)及時(shí)升柱，以支撐新暴露的頂板。將操縱閥轉(zhuǎn)到升柱位置，打開(kāi)供液閥，高壓液體由主進(jìn)液管進(jìn)入，經(jīng)操縱閥到液控單向閥，頂開(kāi)閥球經(jīng)油管進(jìn)入支柱活塞腔，支柱活塞腔的油液經(jīng)油管和操縱閥流回主回液管，活柱和頂梁升起，支撐頂板。（2）降柱：當(dāng)旋轉(zhuǎn)式操縱閥轉(zhuǎn)到降柱位置，打開(kāi)供液閥時(shí)，高壓液體由主進(jìn)液管經(jīng)操縱閥和油管，進(jìn)入支柱活塞桿腔，同時(shí)也進(jìn)入液控單向閥的控制管路，打開(kāi)液控單向閥，支柱活塞腔的油液經(jīng)油管、液控單向閥和操縱閥，流回主回液管，支柱卸載下降。（3）移架：液壓支架卸載后，把操縱閥轉(zhuǎn)到移架位置，打開(kāi)供油液，高壓液體由主進(jìn)液管經(jīng)操縱閥、油管進(jìn)入推移千斤頂?shù)幕钊麠U腔，同時(shí)進(jìn)入液控油路，打開(kāi)液控單向閥，而活塞的油液經(jīng)油管、液控單向閥、操縱閥流回主回液管，推移千斤頂收縮，以運(yùn)輸極為支點(diǎn)，拉架前移。運(yùn)輸機(jī)靠相鄰支架的推移千斤頂來(lái)固定，千斤頂由液控單向閥鎖緊。（4）推移運(yùn)輸機(jī)：當(dāng)液壓支架前移并重新支撐后，把操縱閥轉(zhuǎn)到推溜位置，打開(kāi)供液閥，高壓液體由主進(jìn)液管經(jīng)操縱閥、液控單向閥進(jìn)入推移千斤頂?shù)幕钊?，活塞桿腔的油液經(jīng)油管和操縱閥流回主回液管，推移千斤頂?shù)幕钊斐?，以液壓支架為支點(diǎn)，把運(yùn)輸機(jī)推移到新的工作位置。在實(shí)際生產(chǎn)中，對(duì)于具體支架的動(dòng)作，根據(jù)該支架的結(jié)構(gòu)和需要來(lái)確定。1.3.2液壓支架的支撐承載原理液壓支架的支撐承載原理，是指液壓支架與頂板之間互相力學(xué)作用原理，它包括初撐增阻、承載增阻和恒阻三個(gè)工作階段。（1）初撐增阻階段：在升柱過(guò)程中，從頂梁接觸頂板起，至支柱活塞腔的油液壓力達(dá)到泵站的工作壓力時(shí)，松開(kāi)手把，停止供液，液控單向閥立即關(guān)閉，閥球封閉了支柱活塞腔的油液，這就是支架的初撐階段。此時(shí)支柱或支架對(duì)頂板產(chǎn)生的支撐力稱為初撐力。支柱初撐力：（噸）支架初撐力：（噸）泵站的工作壓力（）；支柱缸體內(nèi)徑（厘米）；每架支架的支架數(shù)；支撐效率（垛式支架=1）。支架初撐力的大小，取決于泵站的工作壓力，支架支柱數(shù)和支柱缸體的內(nèi)徑以及架型等。實(shí)際上，支柱初撐后，活塞腔的油缸壓力由于阻力損失、操作情況和閥的靈敏等原因，往往低于泵站工作壓力。（2）承載增阻階段：支架初撐后，隨頂板的下沉，支柱活塞腔被封閉的油液受到壓縮，油液壓力繼續(xù)升高，呈現(xiàn)承載增阻狀態(tài)。這時(shí)由于支柱缸徑增大，油液被壓縮而體積縮小，即使乳化液沒(méi)有任何漏損，安全閥并未動(dòng)作卸載，支柱總長(zhǎng)度也將縮短。這個(gè)縮短量可用下式計(jì)算：這個(gè)縮短量是有彈性的，如果作用在支柱的載荷，反過(guò)來(lái)從工作阻力減小到初撐力時(shí)，支柱仍會(huì)恢復(fù)到原來(lái)的長(zhǎng)度。因此，這個(gè)支柱長(zhǎng)度上的縮短量，稱為支柱的彈性可縮量。根據(jù)井下工作面實(shí)測(cè)，在各種不同的初撐力、工作阻力和采高的情況下，支架支柱的彈性可縮量在610毫米范圍內(nèi)。這個(gè)彈性可縮量會(huì)使支柱工作還未達(dá)到工作阻力之前，就可造成頂板的下沉，有可能使巖石離層，對(duì)頂板管理是不利的。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，減小支柱的彈性可縮量，對(duì)改善頂板管理起著重要作用。具體措施是，使用高壓乳化液泵，提高支柱初撐力；改善單向閥的質(zhì)量，要能及時(shí)關(guān)閉液路；注意操作方法，使支柱下腔盡可能達(dá)到泵站的工作壓力。（3）恒阻階段：支架承載后，如果完全支撐住頂板，不允許頂板下沉，需要有強(qiáng)大的支撐力，想設(shè)計(jì)出能抗住巨大頂板壓力，而一點(diǎn)也不讓壓的支架是極困難的，實(shí)際上也沒(méi)有這種必要。因此使支架能隨頂板下沉?xí)r有一定的可縮量，但又保持一定的支撐力，不致于使頂板下沉而造成破壞冒落。要求支架具有一定的支撐力，又具有可縮性。液壓支架的這種特性，是由于支柱的安全閥來(lái)控制的。在頂板壓力增大時(shí)，支柱活塞腔被封閉的油液壓力就迅速升高，當(dāng)壓力值超過(guò)安全閥的動(dòng)作壓力時(shí)，支柱活塞腔的高壓液體經(jīng)安全閥瀉出，支柱降縮，支柱活塞腔的液體壓力減小，這是就是支架的“讓壓”特性；當(dāng)壓力小于安全閥的動(dòng)作壓力時(shí)，安全閥又關(guān)閉，停止瀉液，支柱活塞腔的液體又被封閉，支架恢復(fù)正常工作。由于安全閥動(dòng)作壓力的限制，支柱呈現(xiàn)出恒阻特性，此時(shí)支柱或支架承受的最大載荷稱為工作阻力。支柱工作阻力：（噸）支架工作阻力：（噸）式中：安全閥的動(dòng)作壓力（）支架的工作阻力取決于安全閥的動(dòng)作壓力、支架柱數(shù)、支柱缸體內(nèi)徑和架型等。安全閥使支柱具有恒定的設(shè)計(jì)工作阻力，同時(shí)又使支柱在承受大于設(shè)計(jì)工作阻力的頂板壓力時(shí)，可隨頂板的下沉而下縮，這就是液壓的恒阻性和可縮性。為防止安全閥頻繁動(dòng)作而失效，應(yīng)使支架的工作阻力大于正常的頂板壓力，也就是說(shuō)，在工作面生產(chǎn)過(guò)程中，支架還沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)的工作阻力之前，就已經(jīng)移到新的位置。工作阻力是液壓支架的一個(gè)基本參數(shù)，用來(lái)表示支架支撐力的大小。但是，由于支架的頂梁長(zhǎng)短和間距大小不同，并不能完全反映支架對(duì)頂板的支撐能力，因此常采用表示單位面積頂板上所受支架工作阻力值大小的支護(hù)強(qiáng)度參數(shù)，來(lái)比較支架的支護(hù)性能.由上可知，支柱或支架工作時(shí)，其支撐力隨時(shí)間的變化過(guò)程是，支架升起，頂梁開(kāi)始接觸頂板至液控單向閥關(guān)閉時(shí)的初撐增阻階段,初撐結(jié)束至安全閥卸載前的承載增阻階段和安全閥出現(xiàn)重復(fù)卸載時(shí)的恒阻階段。這種變化過(guò)程反映了支架的支撐力和時(shí)間之間的關(guān)系（圖1-13）。圖中虛線表示，有些支架的支柱并未達(dá)到額定工作阻力就已降柱前移，支架前移后按原過(guò)程重新支撐。圖1-13支架的支撐承載過(guò)程初撐增阻階段載增阻階段恒阻階段上述過(guò)程表明：液壓支架在額定工作阻力值以下工作時(shí)，具有增阻性，以保證支架對(duì)頂板的有效支撐作用；當(dāng)支架支撐力超過(guò)額定工作阻力值時(shí)，支架能隨頂板下沉而下縮，使支架保持恒定的工作阻力，既具有可縮性和恒阻性。支架本身的增阻性取決于液控單向閥和支柱的密封性能，可縮性和恒阻性則由安全閥的溢流性能決定。因此，液控單向閥、安全閥、支柱這三個(gè)部件，是保證支架工作性能的關(guān)鍵元件。1.4液壓系統(tǒng)及其控制元件液壓系統(tǒng)是利用泵站的高壓乳化液來(lái)控制立柱、千斤頂和閥等元件，實(shí)現(xiàn)支架的支護(hù)性能和各種動(dòng)作。支架采用的乳化液，是由乳化油水配制而成的，乳化油的配比濃度為5%，使用乳化油應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：a)定期檢查濃度，濃度過(guò)高增加成本；濃度太低可能造成液壓元件腐蝕，影響液壓元件的密封。b)防止污染，定期（一個(gè)月左右）清理泵站乳化液箱。c)乳化液的PH值須在79范圍內(nèi)。d)防凍：乳化液的凝固點(diǎn)在-3度左右，與水一樣乳化液也具有凍結(jié)膨脹性，乳化液受凍后，體積穩(wěn)定性受影響。因此，乳化液地面配制和運(yùn)輸過(guò)程中注意防凍。e)乳化油必須滿足“MT76-83液壓支架用乳化油”標(biāo)準(zhǔn)之規(guī)定，即：表2-2乳化油按對(duì)水質(zhì)硬度的適應(yīng)性選取相應(yīng)的牌號(hào)牌號(hào)M-5M-10M-15M-T適應(yīng)水質(zhì)硬度(毫克當(dāng)量/升)55,1010,1515f)配制液壓支架用乳化液的水質(zhì)應(yīng)符合下列條件:無(wú)色、無(wú)臭、無(wú)懸物和機(jī)械雜質(zhì)；PH值在69范圍內(nèi)；氯離子含量不大于5.7毫克當(dāng)量/升；硫酸根離子的含量不大于8.3毫克當(dāng)量/升。1.4.1液壓系統(tǒng)對(duì)于液壓支架的傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)具有以下基本要求：a）采用結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，設(shè)備外形尺寸比較小，能遠(yuǎn)距離的傳遞大的能量；b）能承受較大的載荷；沒(méi)有復(fù)雜的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；c）在有爆炸危險(xiǎn)和含塵的空氣里保證工作安全；d）動(dòng)作迅速；e）操作、調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單；f）過(guò)載及損壞保護(hù)簡(jiǎn)單；針對(duì)我們本次設(shè)計(jì)的液壓支架，其液壓系統(tǒng)有以下兩部分系統(tǒng)組成：即立柱系統(tǒng)和千斤頂系統(tǒng)。本支架的液壓系統(tǒng)，由乳化液泵站，主進(jìn)，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。圖2-6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(hù)梁側(cè)推千斤頂；8護(hù)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；1.4.2液壓系統(tǒng)的特點(diǎn)(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(dú)操作，也可同時(shí)操作。(3)前梁千斤頂活塞腔與活塞桿腔之間連接一個(gè)大流量安全閥，在升前梁與升柱同時(shí)操作時(shí)，對(duì)前梁加以保護(hù)，并使前梁有較大的支撐力液壓系統(tǒng)及其控制元件1.5液壓支架的架形液壓支架主要的機(jī)構(gòu)形式有三種，即垛式支架，四連桿機(jī)構(gòu)液壓支架，和懸移式液壓支架?，F(xiàn)分別介紹幾種形式液壓支架的特點(diǎn)。1.5.1垛式液壓支架的特點(diǎn)垛式液壓支架式支撐式液壓支架的一種。支撐式液壓支架是在一個(gè)底座上放置幾根立柱支撐頂梁，并通過(guò)頂梁支撐頂板這樣簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。垛式支架的優(yōu)點(diǎn)是：垂直支撐的立柱數(shù)量多，支架的工作阻力大；多數(shù)立柱位于支架后部，切頂性能好，工作空間大，易滿足通風(fēng)和行人的要求，重量輕，價(jià)格便宜。其缺點(diǎn)是：頂梁較長(zhǎng)，移架時(shí)空頂面積較大；同一段頂梁受到的垂直支撐的次數(shù)較多，不利于頂板的管理，擋矸簾的強(qiáng)度低，頂板碎矸還可以從架間落入工作空間，防矸能力弱。所以垛式支架應(yīng)在直接頂穩(wěn)定或堅(jiān)硬的煤層中使用。由此可見(jiàn)，垛式液壓支架雖然有很多的優(yōu)點(diǎn)，但卻存在它的弊端，并不是我們理想的架型。1.5.2四連桿機(jī)構(gòu)液壓支架這種液壓支架是目前使用最多的液壓支架。不論是支撐式還是掩護(hù)式液壓支架都一般都用到了這種機(jī)構(gòu)。四連桿機(jī)構(gòu)使頂板對(duì)頂梁的水平載荷由掩護(hù)梁傳遞給兩個(gè)連桿，立柱不承受橫向力，因此不易產(chǎn)生彎曲現(xiàn)象。因此，要求連桿要有足夠的強(qiáng)度。四連桿機(jī)構(gòu)主要有兩種形式，一種是前后連桿都為單連桿；另一種是后連桿為整體鑄造件或焊接件，前連桿為左右分置的單連桿鑄鋼件或焊接件，這樣可增大支架的有效利用空間。四連桿機(jī)構(gòu)液壓支架的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2.1所示：圖2.1四連桿式液壓支架機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖這種機(jī)構(gòu)使支架在升降的過(guò)程中，頂梁前端的軌跡為一條雙紐線。雙紐線支架的兩個(gè)連桿雖然增加了支架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，但也因要抵抗頂板的水平運(yùn)動(dòng)大大增加了對(duì)支架承載機(jī)構(gòu)件的作用力，結(jié)構(gòu)使構(gòu)件斷面增大，重量增加。而掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架的進(jìn)一步發(fā)展方向之一是尋求減輕支架重量的途徑。因此，這種機(jī)構(gòu)雖然廣泛使用，但仍舊不是我們理想的一種架型。1.5.3懸移式液壓支架這種支架是由四連桿機(jī)構(gòu)液壓支架演化而成的一種支架機(jī)構(gòu)形式。它用一個(gè)單擺桿機(jī)構(gòu)代替了傳統(tǒng)的四連桿機(jī)構(gòu)，從而使支架在升降的過(guò)程中頂梁前端的軌跡由雙扭線變成了一條圓弧線。我們可以通過(guò)增加擺桿長(zhǎng)度的方法來(lái)使軌跡更加接近垂直直線。但是與四連桿機(jī)構(gòu)類似，不論我們?cè)鯓舆M(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，仍舊無(wú)法使頂梁前端的軌跡真正變成一條垂直直線。也就無(wú)法去除頂梁所受的橫向摩擦力。由以上的分析可知，傳統(tǒng)的機(jī)構(gòu)形式總是存在其弊端，我們努力尋求一種機(jī)構(gòu)形式是頂梁升降時(shí)的軌跡為一條垂直直線。圖2.2懸移式液壓支架機(jī)構(gòu)示意圖因此我們通過(guò)機(jī)構(gòu)形式的演化，找到了一種垂直導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。這種機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是，真正使支架升降時(shí)頂梁前端的軌跡成為了一條垂直直線，使支架不再受到頂板摩擦力的作用。改善了支架的受力狀況，減小可承載件的斷面面積，從而減輕了支架的重量。這種分體頂梁液壓支架的機(jī)構(gòu)示意圖如圖2.2所示。通過(guò)上述分析知，這幾種架型形式都不是我們理想的選擇，我們要求的機(jī)構(gòu)形式是頂梁上下運(yùn)動(dòng)時(shí)的軌跡為變化的。因此我們通過(guò)各種架型形式的演化，研究了這種分體頂梁液壓支架。這種架型的特點(diǎn)是：采用托梁滑塊機(jī)構(gòu)和推移機(jī)構(gòu)，克服了單擺桿機(jī)構(gòu)和四連桿機(jī)構(gòu)支架在支護(hù)高度發(fā)生變化時(shí)，由于內(nèi)力大而造成的支架易損壞的潛在因素，真正成為支架升降導(dǎo)向，并承擔(dān)支架外部的縱向水平力。該架型穩(wěn)定性好，重量輕，工作面過(guò)人空間大，結(jié)構(gòu)緊湊，支護(hù)強(qiáng)度大。所以，在理論上分析可以得出，滑塊機(jī)構(gòu)和推移是對(duì)分體頂梁液壓支架的一個(gè)很好的演化形式。1.5.4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(huì)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(jí)別，由綜采技術(shù)手冊(cè)（上冊(cè)）中直接選出架型。（1）煤層厚度1) 當(dāng)煤層厚度超過(guò)1.5m，頂板有側(cè)向推力和水平推力時(shí)，應(yīng)選用抗扭能力強(qiáng)的支架，一般不用支承式支架。2) 當(dāng)煤層厚度達(dá)到2.5m2.8m以上時(shí)，需選擇帶有護(hù)幫裝置的掩護(hù)式或支承掩護(hù)式支架。3) 煤層厚度變化大時(shí)，應(yīng)選擇調(diào)高范圍較大的掩護(hù)式，帶有機(jī)械加長(zhǎng)桿或雙伸縮立柱的支架。4) 假頂分層開(kāi)采，應(yīng)選用掩護(hù)式支架。（2）煤層傾角1) 煤層傾角25時(shí)，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(jī)設(shè)置防倒滑裝置。（3）底板強(qiáng)度1) 驗(yàn)算比壓，應(yīng)使支架底座對(duì)底板的比壓不超過(guò)底板允許比壓。2) 為使移架容易，設(shè)計(jì)時(shí)要使支架底座前部比后部的比壓小。（4）瓦斯含量對(duì)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(hù)式支架。（5）煤層硬度當(dāng)煤層為軟煤層時(shí)，支架最大采高一般2.5m；中硬煤層時(shí)，支架最大采高一般3.5m；硬煤層時(shí)，支架最大采高1.44.2頂梁的強(qiáng)度校核頂梁受力有兩種，按集中載荷在兩根立柱中間和在頂梁兩端兩種情況，理論支護(hù)阻力在頂梁的最危險(xiǎn)斷面處，對(duì)頂梁進(jìn)行強(qiáng)度校核。4.2.1集中載荷在兩根立柱中間時(shí)校核由中華人民共和國(guó)煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MT312-2000中實(shí)驗(yàn)的規(guī)定加載。加載方式如圖4.1所示：圖4.1頂梁中部集中載荷實(shí)驗(yàn)加載方式示意圖圖中，剖面線部分為頂梁中部所加的鋼條，也就是作用力的位置。鋼條所在的位置為，兩柱窩中點(diǎn)?，F(xiàn)將此實(shí)驗(yàn)中頂梁的受力模型列于圖4.1中：圖4.2頂梁的受力圖、剪力圖和彎矩圖示意圖1.畫(huà)出頂梁結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖、受力圖、剪力圖和彎矩圖對(duì)各個(gè)點(diǎn)左右的剪力計(jì)算如下：F1=1200KN，由受力平衡得L1=L2=500mmF2=F3=600KN從左向右取矩1點(diǎn)：=02點(diǎn)：=F2L2=600500=300000KNmm=F3L3=600500=300000KNmm3點(diǎn)：=0=300000KNmm2.按彎曲應(yīng)力計(jì)算進(jìn)行強(qiáng)度校核由計(jì)算得知，按彎壓聯(lián)合計(jì)算，不如按最大彎曲應(yīng)力計(jì)算應(yīng)力大。為了安全，在兩柱窩中心截面，采用最大彎曲應(yīng)力進(jìn)行校核。計(jì)算截面面積F及截面形心至兩柱窩中心面的距離y取全部鋼板的厚度為12mm首先對(duì)每塊鋼板編號(hào)，把位置狀態(tài)相同和截面積相同的鋼板編成一個(gè)號(hào)，然后計(jì)算截面面積最后計(jì)算截面形心距即：圖4.3頂梁截面圖=L1=12470=5640mm2=6mm=2L2=2（300-12）12=6912mm2=+=12+=156mm=2L3=2（300-24）12=6614mm2=+=12+=150mm=L42=80212=2560mm2=L3+=294mm每個(gè)零件中心到截面形心的距離：=_=131.5-6=125.5mm=_=131.5-156=-24.5mm=_=131.5-150=-18.5mm矩形截面的慣性矩為：式中b截面寬度h截面高度計(jì)算每個(gè)零件的對(duì)截面形心的慣性矩 +=88899090+4231872+2346552+67623040=1631000554計(jì)算彎曲應(yīng)力和安全系數(shù)安全系數(shù)：滿足n所以危險(xiǎn)截面是安全的。3.校核截面的剪切強(qiáng)度：在截面兩柱窩中心截面的剪力最大，且腹板采用鋼板焊接，故需要校核，現(xiàn)對(duì)中性軸處剪切力進(jìn)行校核，即：最大剪力截面沿中性軸的總寬度截面中心
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