礦用液壓支架的頂梁設(shè)計說明書畢業(yè)設(shè)計(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 A—后連桿長度；—點垂直線到后連桿鉸點之距；—支架最高位置時的計算高度；—支架最低位置時的計算高度。 GA從幾何關(guān)系可以列出如下兩式 （35） （36）將（3—5）式和（3—6）式聯(lián)立可得： （37）將四連桿機構(gòu)的幾何特征所要求的角度，選定、 代入（37）式，可求得的比值。已知=，= ，最大計算高度和最小計算高度的確定。取=50176。、=14176。、=70176。、=25176。、=2790mm、=990mm代入（37）得：==～而支架在最高位置時的值為： （38）因此掩護梁的長度為： （39）= 2128mm后連桿長度為：=2128=1234mm （310）掩護梁長度和后連桿長度求出后取整數(shù)。作圖步驟如下：確定后連桿下鉸點O的位置，使它大體比底座略高,一般為200~250mm（或類比同類），太低安裝銷子困難，太高底座笨重；過O點作與底座底面平行的水平線H—H線；過O點作與H—H線相交為角的線；以O(shè)點為圓心，A為半徑，與上線交一點a，即為后連桿與掩護梁的上鉸點；過a點作與H—H線相交為角的斜線，以a點為圓心,G為半徑交一點，此點為掩護梁與頂梁的鉸點； 過點作與H—H線的平行線F—F線，則H—H線與F—F線的距離為，為液壓支架最高位置時的計算高度；以a點為圓心，~（）長為半徑，在掩護梁上交一點b，為前連桿上鉸點的位置；過點作F—F線的垂線(認為液壓支架在升降時，點近似在此直線上滑動)；在垂線上作液壓支架在最低位置時，頂梁與掩護梁的鉸點為；取中點為點，為液壓支架降到中間位置時掩護梁與頂梁的鉸點；1以O(shè)點為圓心，為半徑作圓弧；1以為圓心，掩護梁長為半徑，交圓弧上一點，此點為液壓支架降到中間位置時，掩護梁與后連桿的鉸點；1以為圓心，掩護梁長為半徑，交圓弧上一點， 此點為液壓支架降到最低位置時，掩護梁與后連桿的鉸點；1連接、。并以點為圓心，為半徑，交上一點點；以為圓心，為半徑，交上一點點，該、三點為液壓支架在三個位置時前連桿的上鉸點；1連接、為液壓支架降到中間位置和最低位置時后連桿的位置；1分別作和的垂直平分線交一點，即為前連桿下鉸點，為前連桿長度；1過點向H—H線作垂線，交一點，則，，和為液壓支架的四連桿機構(gòu)。 通過此作圖方法，求得的前連桿的長度是1568mm。最終液壓支架四連桿機構(gòu)的幾何作圖得到的最終結(jié)果， 頂梁長度的確定 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很大。 先移架后推溜(又稱及時支護方式)要求頂梁長度較長，先推溜后移架(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，先移架后推溜時的頂梁長度要比先推溜后移架時的頂梁長度大一個步距，我取800mm。 支架工作方式比較圖 — 先推溜后移架工作方式（活塞桿處于收縮狀態(tài)） — 先移架后推溜工作方式（活塞桿處于伸出狀態(tài)）。掩護式支架頂梁長度計算頂梁長度=[配套尺寸+底座長度+ ][]+掩護梁與頂梁鉸點至頂梁后端點之距（mm） (411)配套尺寸 — 參考原煤炭部煤炭科學(xué)研究院編制的綜采設(shè)備配套圖冊確定；底座長度 — 底座前端至后連桿下鉸點之距； e — 支架由高到低頂梁前端點最大變化距離,取e =19mm。、 — 支架在最高位置，分別為后連桿和掩護梁與水平面的夾角。選取采煤機型號為MG180/420WDK型采煤機，規(guī)格（長寬高）（mm）為1107420421180，截深800 mm。刮板輸送機型號SGB764/264，規(guī)格（長寬高）（mm）為1500764222配套尺寸=800+154+130+764+190+25=2063mm底座長度=2800mm頂梁長度=(2063+2800+1234cos70176。)(2128cos50176。+300+19) +200=3974mm 立柱布置本支架采用雙伸縮立柱。國內(nèi)掩護式支架立柱數(shù)常用2根。故選立柱數(shù)目為2。 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(biāo)準(zhǔn)，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　K=5。 —截割高度，m。取最大截割高度，—巖石密度，一般取　故： 支架支撐頂板的有效工作阻力為： 　式中： —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　。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（～）倍的工作阻力。初撐力在立柱設(shè)計中計算。液壓支架要有足夠的移架力和推溜力，推溜力一般為100～150 。本次設(shè)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(guān)，一般根據(jù)煤層厚度確定。薄煤層一般為100～150，中厚煤層為150～300，厚煤層為300～400，本次設(shè)計取移架力為 200 ；4 液壓支架主要部件設(shè)計 支架主要部件的設(shè)計要求頂梁是支護頂板的直接支撐構(gòu)件，除滿足一定的剛度和強度外，還要滿足支護頂板足夠的頂板覆蓋率；同時盡可能的要適應(yīng)頂板的不平整性，使頂梁與頂板的接觸應(yīng)力均勻，避免因局部壓力而引起損壞。立柱是支架的承壓構(gòu)件，它長期處于高壓受力狀態(tài)，它除應(yīng)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，抗彎曲度，良好的密封性能，結(jié)構(gòu)簡單，并能適應(yīng)支架的工作要求。掩護梁是支架的掩護構(gòu)件，除防止采空區(qū)冒落的矸石涌于工作面外，并承受冒落矸石的壓力和頂梁分解的水平力。底座是將頂板壓力傳遞到底板和穩(wěn)固支架的部件。因此除滿足一定的剛度和強度外，對底板起伏不平的適應(yīng)性要強；對底板接觸比壓要小；要有足夠的空間安裝立柱、液壓控制裝置、推移裝置和其它輔助裝置；要便于人員操作行走，能起一定的擋矸作用；要考慮排矸能力；要有一定的重量，以保證支架的穩(wěn)定性等。 頂梁的設(shè)計 頂梁結(jié)構(gòu)形式液壓支架的頂梁是直接支撐頂煤和間接支撐直接頂及老頂部分載荷的承載部件，除滿足一定的剛度和強度外，還要求對頂板覆蓋率要高，以減少降、移支架過程中漏煤。由于頂煤易產(chǎn)生裂隙、破碎及跨落，要求頂梁盡可能適應(yīng)這種變化，具有良好的接頂性能，避免因局部壓力而引起損壞。， 頂梁的結(jié)構(gòu)型式1——護幫；2——后梁；3——尾梁；4——護幫千斤頂；5——前梁伸縮千斤頂 a為整體剛性頂梁，頂梁為一整體，剛性大，承載能力較好。但對頂板的適應(yīng)性差。 b為鉸接式頂梁，由前梁和后梁鉸接而成，分別由前、后排立柱支撐。 b為全鉸接式，它能適應(yīng)頂梁上方前、后頂板的變化，但當(dāng)頂板出現(xiàn)凹坑時，頂梁易成人字形，影響支撐效果和切頂性能。 c所示，它克服了全鉸接式的缺點，當(dāng)頂梁中部頂板出現(xiàn)凸起時，使前、后梁向上翹；當(dāng)頂板出現(xiàn)凹坑時，由于交接點下部有平整碰頭阻止，支架頂梁仍保持平整位置。 d為剛性頂梁帶鉸接式前梁，頂梁由前、后梁鉸接。在鉸接前梁2安裝有前梁千斤頂4，用來支撐靠近煤壁處的頂板，同時還可以使前梁上、下擺角，適應(yīng)頂板起伏變化和增加頂梁前端的支撐能力。為了使冒落的頂板矸石滑向采空區(qū)，保護擋矸簾，還可以增加尾梁3， e所示。 f為帶伸縮前梁的剛性頂梁，伸縮千斤頂5使前梁1伸縮。由于前梁可以及時伸出支護剛暴露的頂板，從而允許固定頂梁減少長度。也可以用前梁千斤頂和伸縮千斤頂配合使用，使前梁既可以伸縮，也可以上下擺動。為了使支架結(jié)構(gòu)簡單，而且具有更好的支護能力。 a示的結(jié)構(gòu)。 頂梁斷面形狀各類頂梁都為箱式結(jié)構(gòu)，一般由鋼板焊接而成。為加強結(jié)構(gòu)的剛度，在上下蓋板之間焊有加強筋板，構(gòu)成封閉式棋盤型。頂梁前端呈滑撬式或圓弧形，以減少移架阻力。支撐式支架后端焊有掛簾板，作為掛矸簾之用。在頂梁下面焊有鑄鋼柱窩，柱窩兩側(cè)有孔，用鋼絲繩或銷軸把立柱和頂梁連接起來，掩護式支架和支撐掩護式支架在頂梁后端有銷孔，通過銷軸與掩護梁上的銷孔相連。按頂梁的斷面形狀，還可以把頂梁分成如下結(jié)構(gòu)形式：（1） 閉式頂梁閉式頂梁為頂梁上、下蓋板與筋板焊接成封閉型。一種為立筋凸出型， a所示，增加了焊接強度；另一種為立筋凹下，焊接后使頂梁平整，但焊接強度如前一種， b 。（2） 開式頂梁。 頂梁閉式 立筋型式 頂梁開式立筋型式開式頂梁的特點，可減輕頂梁重量，增強頂梁的抗彎強度。對于掩護式和支撐掩護式支架，為便于側(cè)護板能自由伸縮，要在頂梁頂面上加焊一塊比側(cè)護板稍厚的鋼板，稱為頂板，同時也增強了頂梁的結(jié)構(gòu)強度。 頂梁斷面。 底座的設(shè)計底座主要是將頂板和掩護梁所受的壓力傳遞到底板，并對支架起穩(wěn)固作用的部件。因此，除滿足一定的剛度和強度外，對底板的適應(yīng)性要強；對底板的接觸比壓要小；支架內(nèi)部應(yīng)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。ZY3200液壓支架的底座采用分體式鋼性結(jié)構(gòu)。由于中擋底板分體，推移裝置處的浮煤、浮矸可隨支架移架從后端排到采空區(qū)，不需要人工清理，適應(yīng)高產(chǎn)高效生產(chǎn)要求。 所示ZY3200型掩護式支架掩護梁采用整體箱形焊接結(jié)構(gòu)，充分考慮了支架復(fù)雜的三維空間受力，以及垮落頂板對梁體可能造成的沖擊破壞，安全系數(shù)大，強度高。掩護梁上端與頂梁鉸接，下部與前、后連桿鉸接。活動側(cè)護板裝在掩護梁的一側(cè)。：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、水平作用力和保持支架穩(wěn)定。對四連桿機構(gòu)進行合適的設(shè)計（長度和角度），能使支架在整個高度范圍內(nèi)梁端距的變化在50～100mm之內(nèi)。ZY3200計成雙單連桿，后連桿設(shè)計成整體連桿，、整體連桿由兩根單連桿組焊而成，用在后連桿，抗扭轉(zhuǎn)能力強，銷軸與銷孔最大配合間隙控制在1mm以內(nèi),以增強支架的穩(wěn)定性。為了加強支架后部的擋矸和防轉(zhuǎn)性能，在后連桿上設(shè)置側(cè)護板。 頂梁側(cè)護板的設(shè)計支架側(cè)護板裝置一般由側(cè)護板、彈簧筒、側(cè)推千斤頂、導(dǎo)向桿和連接銷軸等組成。 主要作用（1）擋矸 可改善頂梁與掩護梁的護頂、防矸性能，隔離控頂區(qū)與采空區(qū)、防止冒落矸石竄入工作面，減少冒矸形成的粉塵；（2）導(dǎo)向 在支架移架時起導(dǎo)向作用；（3）防倒、調(diào)架 活動側(cè)護板增強了支架側(cè)向穩(wěn)定性，其上設(shè)置的彈簧與千斤頂都起防倒與調(diào)架作用。 側(cè)護板的種類與選擇頂梁和掩護梁的側(cè)護板有兩種，：一種是一側(cè)固定另一側(cè)活動的側(cè)護板。由于固定側(cè)護板與梁體焊接在一起，既節(jié)省材料又可加固梁體。在設(shè)計時，根據(jù)左右工作面來確定左側(cè)或右側(cè)為活動側(cè)護板。一般沿傾斜方向的上方為固定側(cè)護板，下方為活動側(cè)護板。活動側(cè)護板通過彈簧筒和側(cè)推千斤頂與梁體連接，以保證活動側(cè)護板與鄰架的固定側(cè)護板靠緊。但當(dāng)改換工作面開采方向時，活動側(cè)護板便位于傾斜方向的上方，對調(diào)架、防倒等帶來不便，所以很少采用。另一種是兩側(cè)皆為活動側(cè)護板。這種側(cè)護板可以適應(yīng)工作面開采方向變化的要求，有利于防倒和調(diào)架。 側(cè)護板的結(jié)構(gòu)型式 側(cè)護板的結(jié)構(gòu)型式一種是側(cè)護板在頂梁的外側(cè)。這種類型側(cè)護板又有三種型式， a，頂梁上無頂板，側(cè)護板易被冒落矸石壓住，影響側(cè)護板的伸縮；、c，在頂梁上加設(shè)頂板，克服了以上的缺點，但支架承載時，側(cè)護板裝置受力很大。另一種是鉸接式側(cè)護板， d所示。它克服了以上兩種側(cè)護板的缺點，但由于架間側(cè)護板造成三角帶容易填入碎矸，影響架間密封效果。所以綜合考慮各個方面， b所示的側(cè)護板。可以根據(jù)工作面傾角方向調(diào)整一側(cè)固定，另一側(cè)活動，適應(yīng)性強。：頂梁側(cè)護板高度一般取250～500mm，薄煤層支架取下限，掩護梁側(cè)護板和后連桿側(cè)護板高度一般根據(jù)支架最大高度時，側(cè)護板水平尺寸一般按移架步距加100～200mm搭接量的原則來確定。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(shè)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(chǔ)上對支架進行更進一步的設(shè)計。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：280/200 ； 二級　缸/柱徑：260/180 ； 缸筒材料采用27SiMn無縫鋼管。屈服極限：　；安全系數(shù)：取　；允用應(yīng)力：　缸筒所需最小厚度： 考慮到需要安裝導(dǎo)向套，選取缸筒內(nèi)壁厚度為