放頂煤液壓支架進行三維建模與運動仿真分析畢業設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 （18） 以上初步求出的四連桿機構的幾何尺寸，再用幾何作圖法畫出液壓支架掩護梁與頂梁鉸點e`的運動曲線，只要初步變化四連桿機構的幾何尺寸，便可以畫出不同的曲線來。再按液壓支架四連桿機構的幾何特征進行校核，最終選出較優的四連桿機構尺寸。圖23 液壓支架四連桿機構的幾何作圖法經過優選，最終得到：前、后連桿上鉸點之距 = 255mm；前連桿長度 = 887mm；前連桿下鉸點高度 = 282mm；前、后連桿下鉸點在底座上的投影距離 = 426mm；前連桿上鉸點至掩護梁上鉸點之距 = 789mm。 頂梁長度的確定根據支架工作方式和設備配套尺寸來確定頂梁長度。 支架工作方式對支架頂梁長度的影響支架工作方式對支架頂梁長度影響很大，如圖24所示。圖24 支架工作方式比較從圖中可以看出，先移架后推溜方式（又稱及時支護方式）要求頂梁有較大長度；先推溜后移架方式（又稱滯后支護方式）要求頂梁長度較短。這是因為采用先移架后推溜的工作方式時，支架要超前輸送機一個步距，以便采煤機過后，支架能及時前移，支控新暴露的頂板，做到及時支護。因此，先移架后推溜時頂梁長度要比先推溜后移架時的頂梁長度多一個步距，一般為600mm。 配套尺寸對頂梁長度的影響設備配套尺寸與支架頂梁長度有直接關系。為了防止當采煤機向支架內傾斜時，采煤機滾筒不截割頂梁，同時考慮到采煤機截割時，不一定把煤壁截割成一垂直平面，所以在設計時，要球頂梁前端距煤壁最小距離為300mm。另外在輸送機鏟煤板前也留有一定距離，一般為135～150mm左右，也是為了防止采煤機截割煤壁不齊，給推移輸送機留有一定距離。除此而外，所有配套設備包括采煤機和輸送機，均要在頂梁掩護下工作，以此來計算頂梁長度。 頂梁長度計算頂梁長度 = [ 配套尺寸 + 底座長度 + AcosQ1 ] － [ GcosP1 + 300 +e ] + 掩護梁與頂梁鉸點至頂梁后端點之距 （mm）式中： 配套尺寸 參考原煤炭部科學研究院編制的綜采設備配套圖冊確定。本設計取1916mm； 底座長度 底座前端至后連桿下鉸點支距，取1904mm； e 支架由高到低頂梁前端點最大水平變化距離，e = 10mm； QP1 支架在最高位置時，分別為后連桿和掩護梁與水平面的夾角，P1 = ，Q1 =。代入數值計算得 頂梁長度 = 3050mm 立柱和千斤頂位置的確定 立柱布置1） 立柱數目前國內支撐式支架立柱數為2－6根，常用為4根；掩護式支架為二柱；支撐掩護式支架為四柱。故本設計取為四柱。2） 立柱布置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（支架在最低工作位置時），由于角度較大，可使調高范圍增加，同時由于頂梁較短，立柱傾角加大可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，根據結構要求呈傾斜或直立布置，一般立柱軸線與頂梁的垂線夾角小于(支架最高位置時)，由于夾角較小，有效支撐能力較大。本設計中支撐掩護式支架立柱采用直立布置。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1 ~ 。 立柱柱窩位置的確定 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，要使頂梁支撐力分布于頂板載荷分布一致。但頂板載荷復雜，分布規律因支架頂梁于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規律變化，沿支架寬度方向均布，把支架的空間桿系結構簡化為平面桿系結構，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成三角形分布，并按集中載荷計算。所以，支架支撐力分布也為三角形，以此計算立柱上柱窩位置，此時認為支架頂梁承受集中載荷F1在頂梁 處。取頂梁為分離體，受力情況如圖2－5所示。圖25 頂梁受力分析列方程x方向受力平衡： = 0 WF1 － xA = 0 （25） y方向受力平衡： = 0 F1－P1－P2－yA = 0 （26） 對A點取矩： = 0 F1Lg ―h1WF1―P1（x＋850）－ P2x = 0 （27） 對B點取矩： = 0F1（Lg―x）―h2WF1―850P1＋yAx＋xA（h2－h1）= 0 （28）對C點取矩： = 0 F1（850－Lg＋x）＋h2WF1―850P2―yA（850＋x）―xA（h2―h1）= 0 （29）聯立式（25）、（26）、（27）、（28）、（29）得： x = m式中 x 后立柱上柱窩至頂梁和掩護梁鉸點之距（m）； F1 支架支護阻力（kN），F1 = 3700 kN； Lg 頂梁長度（不包括頂梁與掩護梁鉸點至頂梁后端之距）Lg = 3 m； P1 前立柱工作阻力之和（kN）； P2 后立柱工作阻力之和（kN）； h1 頂梁和掩護梁鉸點至頂梁頂面之距（m）, h1 = m； h2 立柱上柱窩中心至頂梁頂面之距（m）, h2 = m。2）立柱下柱窩位置的確定為滿足底座前端與底板接觸比壓盡量小的要求，按底座接觸比壓分布為梯形進行計算，參照上柱窩的確定尺寸并綜合考慮立柱傾角和立柱間距等因素，最終確定立柱下柱窩至后連桿與底座的鉸點距離為685mm，前、后柱窩間距750mm。 側推千斤頂位置的確定側推千斤頂伸出時，使活動側護板外移，可密閉架間間隙，起到防矸、導向、防倒和調架等作用；側推千斤頂縮回時，使活動側護板回縮，可減少移架阻力。1） 側推千斤頂控制方式（1）無縮緊回路且在不操作時，側推千斤頂處于浮動狀態，靠彈簧筒的彈簧力控制活動側護板與鄰架的間隙。防止頂板巖石從架間冒落，移架時摩擦阻力小。這種結構的缺點在于防矸、防倒效果與彈簧式差不多。（2）有縮緊回路時，用液壓單向閥縮緊。優點為防矸、防倒效果好。缺點在于移架時要操縱千斤頂，使移架操作復雜化，而且架間易掉矸。2） 側推千斤頂位置布置由于頂梁在頂板載荷作用下，要求側推千斤頂的推拉力大，才能靈活操作頂梁側護板，因此在頂梁上一般布置兩個側推千斤頂，兩個彈簧筒。在掩護梁上一般僅在中間布置一個側推千斤頂，兩端各對稱布置一個彈簧筒。由于在頂梁和掩護梁上焊有橫筋板，則側推千斤頂的安裝位置要與橫筋板相適應。一般為對稱布置，這樣可以使側護板受力平衡。具體布置方式有如下三種：二孔式 采用兩個側推千斤頂，在側推千斤頂處同時布置彈簧筒，靠彈簧力實現架間密封。三孔式 中間孔安裝側推千斤頂，兩側對稱安裝彈簧筒。四孔式 中間兩孔安裝側推千斤頂，側面兩孔布置彈簧筒。本設計中，頂梁側推千斤頂采用四孔式，而掩護梁側推千斤頂采用三孔式。 第3章 液壓支架部件設計 頂梁頂梁是與頂板直接接觸的構件，除滿足一定的剛度和強度要求外，還要保證支護頂班的需要，如：有足夠的頂班覆蓋率；同時要適應頂板的不平整性、避免因局部應力而引起損壞。本利支架為支撐掩護式，選用整體剛性頂梁，頂梁為一整體，剛性大，承載能力較好，但對頂板的適應性差。本設計頂梁是箱式結構，由鋼板焊接而成。為加強結構的剛度，在上下蓋板之間焊有加強筋板，構成封閉式棋盤型。頂梁前段呈圓弧形，以減少移架阻力。在頂梁下面焊有鑄鋼柱窩，柱窩兩側有孔，用鋼絲繩或銷軸把立柱和頂梁連接起來，在頂梁后端有銷孔，通過銷軸與掩護梁上的銷孔相連。根據頂梁的斷面形狀，屬閉式頂梁即頂梁上、下蓋板與筋板焊接成封閉型。并且立筋凸出，以增加焊接強度。 掩護梁和四連桿機構 掩護梁掩護梁的結構為鋼板焊接的箱式結構，在掩護梁上端與頂梁鉸接，下部焊有與前、后連桿鉸接的耳座，活動側護板裝在掩護梁得一側。從側面看掩護梁，其形狀有直線型，折線形兩種。折線型相對直線型支架斷面大，結構強度高，但工藝差，所以很少采用。本設計屬直線型。從掩護梁的寬度方向來分，可分為整體式和對分式兩種。對分式結構尺寸小，易于加工、運輸和安裝，但結構強度差。本設計為整體式。 四連桿機構四連桿機構有兩種結構型式：前、后連桿是單桿式的結構形式，前連桿是單桿、后連桿是整體式的結構形式。本設計采用前、后連桿都是單桿式的結構形式，前連桿的二維及三維圖形如圖31所示，后連桿二維及三維圖形如圖32所示。圖31 前連桿設計圖形圖32 后連桿設計圖形 側護板 側護板的種類頂梁和掩護梁的側護板有兩種：一種是一側固定另一側活動的側護板。固定側護板與頂梁焊接在一起，既節省材料又可加固梁體。在設計時，根據左右工作面來確定左側或右側為活動側護板。一般沿傾斜方向的上方為固定側護板，下方為活動側護板。活動側護板通過彈簧筒和側推千斤頂與梁體連接，以保證活動側護板與鄰架的固定側護板靠緊。但當改換工作面開采方向時，活動側護板便位于傾斜方向的上方，對調架、防倒等帶來不便，所以很少采用。另一種是兩側皆為活動側護板。這種側護板可以適應工作面開采方向變化的要求，有利于防倒和調架。考慮到本設計支架工作環境為小傾角工作面，工作條件較好，故采用單側活動側護板。 側護板的結構型式側護板的結構型式如圖31所示，通常采用兩種類型。圖33 側護板的結構形式一種是側護板在頂梁的外側。這種類型側護板又有三種形式，圖31a，頂梁上無頂板，側護板已被冒落矸石壓住，影響側護板的伸縮；圖31b、c，在頂梁上加設頂板，克服了以上缺點，但支架承受偏載時，側護板裝置受力很大。另一種是鉸接式側護板，如圖31d所示。它克服了以上兩種側護板的缺點，但由于架間側護板造成三角帶容易填入碎矸，影響架間密封效果。本設計側護板采用圖31b所示結構形式。 側護板尺寸確定頂梁側護板的側向寬度，按支架升降高度和推移步距來確定。即：考慮到當一架升起，另一架降柱時，要保證相鄰兩架間側護板不脫離接觸。同時考慮到支架降柱后要前移，為防止頂梁后部側護板脫離接觸，頂梁側護板后部要加寬，加寬的長度一般為從頂梁后部起大于一個步距，即大于600mm。掩護梁側護板的側面寬度，主要考慮移架步距，一般比一個步距大100mm，即相當于700mm。當一架固定，另一架前移時，原不動的掩護梁側護板下部不致脫開。所以，掩護梁側護板下部要加寬。頂梁和掩護梁側護板的頂面寬度，與活動側護板的行程有關，有兩臺相鄰支架的架間距離來確定。頂梁和掩護梁側護板的連接，在考慮動作靈活可靠的情況下，應盡量減小間隙，加強密封性。 底座底座是將頂板壓力傳遞到底板和穩固支架的部件。因此，底座除了滿足一定的鋼度和強度要求外，還要對底板起伏不平的適應性要強，對底板接觸比壓要小，要