1-支撐掩護(hù)式液壓支架設(shè)計(jì),支撐,支持,掩護(hù),液壓,支架,設(shè)計(jì)
中國(guó)礦業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院2007年本科生畢業(yè)論文 第97頁(yè)
摘 要
液壓支架的出現(xiàn)，把回采工作面的支護(hù)技術(shù)從手工支護(hù)發(fā)展到機(jī)械化支護(hù),它作為回采工作面的一種支護(hù)設(shè)備，在工作過(guò)程中能否取得良好的支護(hù)效果，取決于軸承的架型，結(jié)構(gòu)和相關(guān)參數(shù)。本課題主要講述的是：首先，通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件Visual Basic來(lái)進(jìn)行四連桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)編程來(lái)確定軸承的四連桿機(jī)構(gòu)各桿系的長(zhǎng)度及其相對(duì)空間位置；然后，確定液壓支架的性能參數(shù)；其次，通過(guò)二維軟件AuotoCAD、三維軟件Pro/ENGINEER來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以達(dá)到優(yōu)化；接著，以力學(xué)模型為依據(jù)，分析了液壓支架的頂梁、掩護(hù)梁、底座上載荷的作用機(jī)理，得到了較為合理的軸承載荷的計(jì)算公式；再次，結(jié)合本次設(shè)計(jì)的軸承，從平面和空間兩方面對(duì)軸承主要結(jié)構(gòu)件進(jìn)行受力分析；最后對(duì)軸承主要結(jié)構(gòu)件強(qiáng)進(jìn)行度效核。
在完成本設(shè)計(jì)的過(guò)程中，利用理論分析的同時(shí)，也采用了許多實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，做到理論與實(shí)踐相結(jié)合。
關(guān)鍵詞：掩護(hù)式軸承 四連桿優(yōu)化設(shè)計(jì) 受力分析 強(qiáng)度校核
ABSTRACT
Since hydraulic support appeared,the technology of support has been developed form manual support to mechanical support on the working face.The hydraulic support described is a part of the mining industry equipment in the mine, used for protection of working environment in the gallery. It works well or bad at work basing on its support mode, frame and some parameters. In the task,firstly, the optimal values of some parameters of the leading four-bar mechanism are determined by using Visual Basic. Secondly, ascertain the capability of hydraulic support. Nextly, the model is founded with the two-dimensional software, autoCAD， the three-dimensional software, Pro/ENGINEE, and also do the Simulink, SimMechanics and simple analysis. Then on the base of mechanic model of support-surrounding, the mechanism and loads on the support is decided. The next work, with the condition of the design, the main mechanics of hydraulic support is analyzed and calculated by plane and spatial model. Finally, the under frame, top beam cave shield, wrists and hydraulic column are analyzed by calculation. And draw out all the process drawings.
During the course of doing the paper, author not only analyses something theoretical, but also adopted a lot of actual experiences. Combining theory and practice. Therefore, the paper possesses theory and practical value, so it measures up the requiring of the nation to the undergraduate.
Key words: shield hydraulic support four-bar links optimal design mechanics characteristics strength checking
目 錄
1液壓支架概述 1
1.1液壓支架的發(fā)展及其趨勢(shì) 1
1.1.1液壓支架的發(fā)展 1
1.1.2液壓支架的發(fā)展趨勢(shì) 1
1.2液壓支架的分類及命名規(guī)則 2
1.2.1液壓支架的分類 2
1.2.2 液壓支架的產(chǎn)品型號(hào)命名 4
1.3液壓支架的組成及工作原理 5
1.3.1液壓支架的組成 5
1.3.2 液壓支架的工作原理 7
2液壓支架結(jié)構(gòu)和性能參數(shù)設(shè)計(jì) 11
2.1液壓支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 11
2.1.1主要尺寸的確定 11
2.1.2四連桿機(jī)構(gòu)的確定 15
2.2液壓支架性能參數(shù)的確定 26
2.2.1 支護(hù)面積 26
2.2.2． 確定立柱規(guī)格 27
2.2.3 泵站壓力確定 28
2.2.4 底板接觸比壓 29
2.2.5 推移千斤頂 30
2.2.6 平衡千斤頂 32
3液壓支架的強(qiáng)度設(shè)計(jì) 37
3.1軸承的受力分析和強(qiáng)度校核 37
3.1.1受力分析 37
3.1.2強(qiáng)度校核 44
3.2軸承受力的影響因素 54
3.2.1 軸承高度實(shí)際工作阻力的影響 54
3.1.2 摩擦系數(shù)時(shí)軸承實(shí)際工作阻力的影響 55
3.1.3 平衡千斤頂?shù)睦?、推力?duì)軸承的受力影響 55
3.1.4立柱傾角對(duì)實(shí)際工作阻力的影響 55
4 液壓支架液壓系統(tǒng) 56
4.1液壓系統(tǒng)的特點(diǎn) 56
4.2 軸承的各個(gè)動(dòng)作及其液路 57
5液壓支架的三維會(huì)圖及其動(dòng)畫 58
5.1建立三維實(shí)體模型 59
5.2軸承三維實(shí)體模型的裝配 59
附 錄 63
1．確定最合適的四連桿程序 63
2．程序運(yùn)行數(shù)據(jù) 67
3．雙紐線圖編寫程序： 70
參考文獻(xiàn)： 75
翻 譯 77
英語(yǔ)原文： 77
漢語(yǔ)譯文 83
致 謝 88
1液壓支架概述
1.1液壓支架的發(fā)展及其趨勢(shì)
1.1.1液壓支架的發(fā)展
四十年代初期可彎曲刮板運(yùn)輸機(jī)在西德的推廣，五十年代初期淺截式采煤機(jī)械在英國(guó)的應(yīng)用，為機(jī)械化采煤開辟了廣闊的前景。然而，支護(hù)工作仍為手工操作，勞動(dòng)繁重，效率低，嚴(yán)重地影響著工作面機(jī)械效率的發(fā)揮。為了解決這一問(wèn)題，國(guó)外從五十年代初著手研制液壓支架。第一個(gè)液壓支架工作面于1953年在英國(guó)問(wèn)世，爾后，蘇聯(lián)、西德、日本、法國(guó)、美國(guó)、波蘭和羅馬尼亞等國(guó)家陸續(xù)應(yīng)用和推廣。我國(guó)也于六十年代初期開始研制液壓支架，七十年代初期即推廣使用。
液壓支架的出現(xiàn)，把回采工作面的支護(hù)技術(shù)從手工支護(hù)發(fā)展到機(jī)械化支護(hù)。液壓支架和可彎曲刮板機(jī)運(yùn)輸機(jī)、淺截式采煤機(jī)械（采煤機(jī)、刨煤機(jī)）的配合使用，使回采工藝過(guò)程——破煤、裝煤、運(yùn)煤和支護(hù)全部實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化，即所謂綜合機(jī)械化采煤，簡(jiǎn)稱綜采。綜采的出現(xiàn)，是煤炭工業(yè)的一次重大變革，它標(biāo)志著煤炭工業(yè)機(jī)械化大生產(chǎn)的開始。綜合機(jī)械化采煤設(shè)備的應(yīng)用，使采煤工作面實(shí)現(xiàn)了高產(chǎn)、高效、安全、低耗的文明生產(chǎn)，使煤炭工業(yè)的面貌發(fā)生了深刻的變化。
由于煤層賦存條件比較復(fù)雜，以及軸承本身的結(jié)構(gòu)尚不夠完善，初期的幾種軸承不能適應(yīng)各種礦山地質(zhì)條件，所以在近二十年來(lái)，發(fā)展非常迅速。目前，液壓支架品種繁多，類型各異，為開采不同厚度、不同傾角和不同頂?shù)装鍡l件的煤層提供了優(yōu)良的支護(hù)設(shè)備。
1.1.2液壓支架的發(fā)展趨勢(shì)
隨著采煤綜合機(jī)械化程度的不斷提高，液壓支架的發(fā)展速度較快，研制工作顯得相當(dāng)重要。鑒于我國(guó)煤炭資源豐富、分布面廣、地質(zhì)賦存條件復(fù)雜等因素，液壓支架有以下幾個(gè)方面的發(fā)展趨勢(shì)：
1. 多樣化: 任何一種型式的液壓支架都是在一定的條件下使用的，因此必須研制更多品種和不同性能的軸承，尤其是研制支撐掩護(hù)式軸承。
2. 強(qiáng)力化：為了適應(yīng)堅(jiān)硬頂板的生產(chǎn)要求，已研制出工作阻力高達(dá)10000KN的軸承。今后還要研制高出撐力和高工作阻力的強(qiáng)力軸承。
3. 自動(dòng)化： 隨著電牽引采煤機(jī)的問(wèn)世和快速發(fā)展，要求配套的液壓支架具有很快的動(dòng)作速度和較大的移動(dòng)步距。為了加快軸承的動(dòng)作速度，必須增大供液系統(tǒng)流量和改善操作條件、控制方式，即向高壓力、大流量泵站（壓力為45Mpa，流量為300L/min）、配有微型計(jì)算機(jī)的電液先導(dǎo)控制方向發(fā)展。
4. 標(biāo)準(zhǔn)化： 目前，我國(guó)在大力發(fā)展軸承品種的同時(shí)，要特別注意元件標(biāo)準(zhǔn)化，以提高產(chǎn)品質(zhì)量、使用壽命、降低成本。
1.2液壓支架的分類及命名規(guī)則
1.2.1液壓支架的分類
（一） 按軸承與圍巖的相互作用關(guān)系分類
按照液壓支架與圍巖的相互作用關(guān)系，目前使用的液壓支架可分為三大類，即支撐式、掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式三大類。
1．支撐式液壓支架(如圖1－1所示)
支撐式液壓支架是一個(gè)在底座上放置幾根立柱支撐頂梁，通過(guò)頂梁支撐頂板的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。它是世界上發(fā)展最早的一種液壓支架。典型的支撐式液壓支架如1-1所示。立柱垂直布置在頂梁和底座之間，通過(guò)頂梁直接和控制工作面的頂板。其頂梁較長(zhǎng)，立柱較多，靠支撐作用維護(hù)一定的工作空間，而頂板巖則在頂梁后部切斷垮落。架后的擋矸簾只起著防止碎矸石從采空區(qū)涌入工作面的作用。這種類型的軸承具有強(qiáng)烈、底板較堅(jiān)硬的煤層。但由于立柱垂直布置，所以軸承承受水平力的能力差，在水平力的作用下，軸承容易失去穩(wěn)定性。
圖1－1 支撐式液壓支架
2．掩護(hù)式液壓支架（如圖1－2所示）
掩護(hù)式液壓支架是利用立柱、頂梁與掩護(hù)支護(hù)頂板和防止巖石落入工作面，如圖1－2所示。這類軸承的頂梁較短，多數(shù)軸承的立柱只有一排，一般僅有1～2根，多呈傾斜布置，與掩護(hù)梁連接或直接連接在頂梁上。立柱通過(guò)頂梁支撐頂板。掩護(hù)梁直接與冒落的巖石相接觸，阻止矸石涌入工作面并承受采空區(qū)矸石的載荷。這類軸承的支撐力小，但掩護(hù)性能和穩(wěn)定性好，調(diào)高范圍大，對(duì)破碎頂板的適應(yīng)性較強(qiáng)，適用于支護(hù)不穩(wěn)定或中等穩(wěn)定的松散破碎頂板。
圖1－2 掩護(hù)式液壓支架
3．支撐掩護(hù)式液壓支架（如圖1－3所示）
支持掩護(hù)式液壓支架是支撐和掩護(hù)式軸承相結(jié)合的一種架型，以支撐為主，但同時(shí)又具有掩護(hù)作用，如圖1－3所示。這種軸承采用了支撐式軸承雙排立柱支撐頂梁的結(jié)構(gòu)型式（或兩根立柱支撐頂梁，兩根立柱支持掩護(hù)），保留了支撐式軸承力大、切頂性能好、工作空間寬敞的優(yōu)點(diǎn)，采用了掩護(hù)式軸承防護(hù)性能好、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的長(zhǎng)處。因此，支撐掩護(hù)式軸承適用于直接頂中等穩(wěn)定或穩(wěn)定、基本頂周期來(lái)壓明顯或強(qiáng)烈、瓦斯涌出量較大的煤層。
圖1－3 支撐掩護(hù)式液壓支架
（二） 按軸承的移動(dòng)方式分類
液壓支架按移動(dòng)方式的不同可分為兩大類:
1.整體自移式液壓支架
這類軸承一般均為整體結(jié)構(gòu)，其移架和推溜共用一個(gè)千斤頂。該千斤頂與運(yùn)輸機(jī)之間有直接或間接的連接關(guān)系，因而能以輸送機(jī)為支點(diǎn)實(shí)現(xiàn)拉架，以軸承為支點(diǎn)實(shí)現(xiàn)推溜。目前，多數(shù)液壓支架采用此種移動(dòng)方式。
2．邁步移動(dòng)式液壓支架
這類軸承是由有一定連接關(guān)系的主、副架所成。移架與推溜的千斤頂是各自獨(dú)立的，移架千斤頂分別與主、副架相連，互為支點(diǎn)，交替邁步移動(dòng)；而推溜千斤頂一般只與軸承相連，另一端則呈自由狀態(tài)，推溜時(shí)以軸承為支點(diǎn)。
（三） 根據(jù)使用地點(diǎn)分類
液壓支架按使用地點(diǎn)的不同可分為工作面軸承和端頭軸承兩類。
除上面三種主要分類方法外，液壓支架還有按立柱的個(gè)數(shù)分類、按立柱在頂梁與底座之間布置方式分、按頂梁結(jié)構(gòu)不同分類、按底座結(jié)構(gòu)不同分類和按用途不同分類等分類方法。
1.2.2 液壓支架的產(chǎn)品型號(hào)命名
全部型號(hào)命名分三部分，第一部分為產(chǎn)品類型及特征代號(hào)，用大寫漢語(yǔ)拼音字母表示；第二部分為液壓支架主要參數(shù)代號(hào)，用阿拉伯?dāng)?shù)字表示；第三部分為液壓支架補(bǔ)充特征及修改序號(hào)代號(hào)，用阿拉伯?dāng)?shù)字與漢語(yǔ)拼音字母表示。其組成和排列方式如下：
□ □ □ □ □ □
| | | | | |__修改序號(hào)
| | | | |_________補(bǔ)充特征代號(hào)
| | | |________________主參數(shù)代號(hào)：
| | | （工作阻力(KN)；
| | | 最小高度(dm)；
| | | 最大高度(dm))
| | |_______________________第二特征代號(hào)
| |______________________________第一特征代號(hào)
|______________________________________產(chǎn)品類型代號(hào)
1． “產(chǎn)品類型代號(hào)”表示產(chǎn)品的類型，統(tǒng)一用漢語(yǔ)拼音字母“Z”表示軸承
2． “第一特征代號(hào)”表示產(chǎn)品的支護(hù)功能、主要用途，用漢語(yǔ)拼音字母表示，“D”表示垛式；“J”表示節(jié)式；“Z”表示支撐掩護(hù)式；“Y”表示掩護(hù)式；“F”表示放頂煤；“C”表示充填；等等。
3． “第二特征代號(hào)”表示產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特征，使用場(chǎng)所，用漢語(yǔ)拼音字母表示，“H”表示滑移頂梁；“X”表示立柱“X”形布置；“P”表示鋪網(wǎng)；“Y”表示后立柱支在掩護(hù)梁上；“S”表示雙輸送機(jī)或水砂充填；“D”表示單輸送機(jī)；“F”表示風(fēng)力充填；等等。
4． “主參數(shù)代號(hào)”依次表示液壓支架工作阻力、最小高度、最大高度三個(gè)參數(shù)，均用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，參數(shù)與參數(shù)之間“/”符號(hào)隔開，工作阻力單位為kN，高度單位為dm。
5． “補(bǔ)充特征代號(hào)”是“第二特征代號(hào)”的補(bǔ)充，如果用前述代號(hào)仍難表示全面，可用“補(bǔ)充特征代號(hào)”補(bǔ)充表示?！把a(bǔ)充特征代號(hào)”用漢語(yǔ)拼音字母表示，例如“L”表示機(jī)械聯(lián)網(wǎng)；“C”表示插腿式或插板式等。
6． “修改序號(hào)”表示產(chǎn)品改型或結(jié)構(gòu)等有重大改進(jìn)時(shí)作為識(shí)別之用，用加括號(hào)的漢語(yǔ)拼音字母依次表示，如第一次改型用（A）表示，第二次改型用（B）……
7． 液壓支架型號(hào)中凡用漢語(yǔ)拼音字母表示者，一律采用大寫字母，其中不得用“I”和“O”兩個(gè)字母，以免與阿拉伯?dāng)?shù)字中“1”和“0”混淆
8． 液壓支架中的漢語(yǔ)拼音字母，以及阿拉伯?dāng)?shù)字的字體大小相仿，不得采用角注的辦法。
9． 液壓支架型號(hào)中不允許以地區(qū)或單位名稱作為“特征代號(hào)”來(lái)區(qū)別不同的產(chǎn)品。
1.3液壓支架的組成及工作原理
1.3.1液壓支架的組成
液壓支架是綜采工作面支護(hù)設(shè)備，它的主要作用是支護(hù)采場(chǎng)頂板，維護(hù)安全作業(yè)空間，推移工作面采運(yùn)設(shè)備。液壓支架的種類很多，但其基本功能是相同的。
1、2互幫裝置 3前梁 4頂梁 5、6立柱 7掩護(hù)梁
8后連桿 9前連桿 10底座 11推移裝置
圖1-4 軸承組成結(jié)構(gòu)
根據(jù)各部件的功能，液壓支架的組成可歸納為五個(gè)部分見(jiàn)下
表1-1 液壓支架組成表
序 號(hào)
部 件
功 能
舉 例
1
承載結(jié)構(gòu)件
承受并傳遞頂板載荷作用的結(jié)構(gòu)件
頂梁、掩護(hù)梁、底座、連桿
2
動(dòng)力油缸
用液體作介質(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
控制元部件
操縱、控制軸承各個(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
操縱閥、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)軸承某些動(dòng)作或功能所必須的裝置
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
傳遞能量的工作液壓介質(zhì)
乳化液
1.3.2 液壓支架的工作原理
根據(jù)回采工藝對(duì)液壓支架的要求，液壓支架不僅要能夠可靠地支撐頂板，而且應(yīng)能隨著采煤工作面的推進(jìn)向前移動(dòng)。這就要求液壓支架必須具備伸降和推移兩個(gè)方面的基本動(dòng)作，這些動(dòng)作是利用乳化液泵站供給的高壓液體，通過(guò)立柱和推移千斤頂來(lái)完成的如圖1－5所示。
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
圖1-5 液壓支架基本工作原理圖
(一)升降
升降指液壓支架升起支撐頂板到下降脫離頂板整個(gè)工作過(guò)程。這個(gè)工作過(guò)程包括初撐、承載、降架三個(gè)階段。
1． 初撐階段
將操縱閥5放到升架位置，由乳化液泵站來(lái)的高壓液經(jīng)主進(jìn)液管A、操縱閥5打開液控單向閥7，經(jīng)管路B進(jìn)入立柱下腔；與此同時(shí)，立柱上腔的乳化液經(jīng)管路C、操縱閥5回到主回液管D。在壓力液的作用下，活柱伸出使頂梁升起支撐頂板。頂梁接觸頂板后，立柱下腔液體壓力逐漸增高，壓力達(dá)到泵站供液壓力（泵站工作壓力）時(shí)，泵站自動(dòng)卸載，停止供液，液控單向閥關(guān)閉，使立柱下腔的液體被封閉，這一過(guò)程為液壓支架的初撐階段。此時(shí)，立柱或軸承對(duì)頂板產(chǎn)生的最大支撐力稱為初撐力。按下式計(jì)算：
立柱初撐力 (KN)
軸承初撐力 (KN)
式中——立柱的初撐力， (KN)
D ——立柱缸體內(nèi)徑或活塞直徑， (mm)
——泵站工作壓力 ()
n——每架軸承的立柱數(shù)
——軸承的初撐力 (KN)
——支護(hù)效率，架型不同，支護(hù)效率也不同，支護(hù)效率主要取決于立柱的傾斜程度，當(dāng)立柱直立時(shí)，支護(hù)效率為1；掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式軸承，由于頂梁與掩護(hù)梁鉸接，立柱斜撐，故支撐效率總是小于1，初選軸承時(shí)可取80％左右。
由此可見(jiàn)，軸承的初撐力取決于泵站工作壓力、立柱數(shù)目、立柱缸體內(nèi)徑以及立柱布置的傾斜程度。
2． 承載階段
軸承達(dá)到初撐力后，頂板要隨著時(shí)間的推移緩慢下沉而使頂板作用于軸承的壓力不斷增大。隨著壓力的增大，封閉在立柱下腔的液體壓力也相應(yīng)增高，呈現(xiàn)增阻狀態(tài)，這一過(guò)程一直持續(xù)到立柱下腔壓力達(dá)到安全閥動(dòng)作壓力為止，我們稱之為增阻階段。在增阻階段中，由于立柱下腔的液體受壓，其體積將減少以及立柱缸體彈性膨脹，軸承要下降一段距離，我們把下降的距離稱為軸承的彈性可縮之值，下降的性質(zhì)稱為軸承的彈性可縮性。
安全閥動(dòng)作后，立柱下腔的少量液體將經(jīng)安全閥益處，壓力隨之減少。當(dāng)壓力低于安全閥關(guān)閉壓力時(shí)，安全閥重新關(guān)閉，停止溢流，軸承恢復(fù)正常工作狀態(tài)。在這一過(guò)程中，軸承由于安全閥卸載而引起下降，我們把這種性質(zhì)稱為軸承的永久可縮性。軸承的可縮性保證了軸承不會(huì)被頂板壓壞。以后隨著頂板下沉的持續(xù)作用，上面的過(guò)程重復(fù)出現(xiàn)。由此可見(jiàn)，安全閥從第一次動(dòng)作后，立柱下腔的壓力便只能圍繞安全閥的動(dòng)作壓力而上下波動(dòng)，軸承對(duì)頂板的支撐力也只能在一個(gè)很小的范圍內(nèi)波動(dòng)，我們可近似地認(rèn)為它是一個(gè)長(zhǎng)數(shù)，所以稱這一過(guò)程為恒阻階段，并把這時(shí)的最大支撐力較做軸承的工作阻力。工作阻力表示了軸承在承載狀態(tài)下可以承受的最大載荷，按下式計(jì)算：
立柱的工作阻力 (kN)
軸承的工作阻力 (kN)
式中 ——立柱的工作阻力 （kN）
——安全閥動(dòng)作壓力 （）
D——立柱缸體內(nèi)徑或活塞直徑 （mm）
——軸承工作阻力 (kN)
同樣，軸承的工作阻力取決于安全閥的動(dòng)作壓力\立柱數(shù)目\立柱缸體內(nèi)徑以及立柱布置的傾斜程度。顯然，工作阻力主要由安全閥的動(dòng)作壓力所決定。所以，安全閥動(dòng)作壓力的調(diào)整是否準(zhǔn)確和動(dòng)作是否可靠，對(duì)液壓支架的性能有決定性的影響。
液壓支架承載中達(dá)到工作阻力后能加以保持的性質(zhì)叫做軸承的恒阻性。恒阻性保證了軸承在最大承載狀態(tài)下正常工作，即常保持在安全閥動(dòng)作壓力范圍內(nèi)工作。由于這一性質(zhì)是由安全閥的動(dòng)作壓力限定，而安全閥的動(dòng)作伴隨著立柱下腔少量液體溢出而導(dǎo)致軸承下降，所以軸承獲得了可縮性。當(dāng)工作面某些軸承達(dá)到工作阻力而下降時(shí)（因頂板壓力作用不均勻，工作面軸承不會(huì)同時(shí)達(dá)到工作阻力），相鄰的未達(dá)到工作阻力的軸承便成為頂板壓力作用的突出對(duì)象，即將壓力分擔(dān)在相鄰軸承上，我們把這種軸承互相分擔(dān)頂板壓力的性質(zhì)叫做軸承的讓壓性。讓壓性可使軸承均為受力。
3． 降架階段
降架是指軸承頂梁脫離頂板而不再承受頂板壓力。當(dāng)采煤機(jī)截煤完畢需要移架時(shí)，首先應(yīng)使軸承卸載，頂梁脫離頂板。把操縱閥5手把扳到降架位置，由泵站來(lái)的高壓液經(jīng)主進(jìn)液管A、操作閥5、管路C進(jìn)入立柱上腔；與此同時(shí)，高壓液分路進(jìn)入液控單向閥7的液控室，將單向閥推開，為立柱下腔構(gòu)成回液通路。立柱下腔液體經(jīng)管路B、被打開的液控單向閥7、操作閥5向主回液管回液。此時(shí)，活柱下降，軸承卸載，直至頂梁脫離頂板為止。
綜上所述，液壓支架的升降過(guò)程可以用坐標(biāo)圖上的曲線表示，如圖1－6所示. 該曲線為液壓支架的特性曲線，表示液壓支架的支撐力隨時(shí)間的變化過(guò)程。圖中的橫坐標(biāo)表示液壓支架的動(dòng)作時(shí)間，坐標(biāo)表示液壓支架的支撐力。軸承升起，頂梁開始接觸頂板至液控單向閥關(guān)閉時(shí)的這一階段是初撐階段t,初撐階段ab線的斜率決定于液壓支架的性能，即ab線越陡，軸承的支撐力增大到初撐力Pjc的速度越快。以后隨著頂板下沉，軸承的支撐力逐漸由初撐力增大到工作阻力Pjz，這就是增阻階段t1.增阻階段bc線的斜率決定于頂板下沉的性質(zhì)，bc線的長(zhǎng)短決定頂板下沉量的大小，即bc線越短，頂板下沉量越小。在一定的頂板條件下，提高初撐力可縮短bc線的長(zhǎng)度，減少增阻階段的彈性可縮值，從而有利于減少頂板下沉，這就是軸承初撐力有不斷提高趨勢(shì)的原因。軸承達(dá)到工作阻力階段t2。由于安全閥的開啟壓力稍高于它的額定工作壓力，而關(guān)閉壓力則稍低額定工作壓力，所以正常工作時(shí)，恒阻線cd是一條近似平行于橫坐標(biāo)的波紋線。恒阻階段直到軸承卸載時(shí)結(jié)束。當(dāng)頂板壓力較小（工作面剛投入生產(chǎn)）或設(shè)計(jì)的軸承工作阻力大于實(shí)際需要時(shí)，軸承可能沒(méi)有恒阻階段。在卸載階段de，軸承下降，支撐力很快減少。
圖1－6 液壓支架的特性曲線
（二） 推移
液壓支架推移動(dòng)作包括移軸承和刮板輸送機(jī)。根據(jù)軸承架式的不同，移架和推溜方式各不一樣，但其基本原理都相同，即軸承的推移動(dòng)作都是通過(guò)推移千斤頂?shù)耐?、拉?lái)完成的。圖1－5為軸承與刮板輸送機(jī)互為支點(diǎn)的推移方式，其移架和推溜共用一個(gè)推移千斤頂。
1． 移架
軸承降架后，將操作閥6放到移架位置，從泵站出來(lái)的高壓液經(jīng)主進(jìn)液管A、操作閥6、管路E進(jìn)入推移千斤頂左腔，其右腔的液體經(jīng)管路F、操作閥6回到主回液管D。此時(shí)，千斤頂?shù)幕钊麠U受輸送機(jī)制約不能運(yùn)動(dòng)，所以千斤頂?shù)母左w便帶動(dòng)軸承向前移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)移架。當(dāng)軸承移到預(yù)定位置后，將操作閥手把放回零位。
2． 推移輸送機(jī)
移動(dòng)新位置的軸承重新支撐頂板后，將操作閥6放到推溜位置，推移千斤頂右腔進(jìn)壓力液、左腔回液，因缸體與軸承連接不能運(yùn)動(dòng)，所以活塞桿在液壓力的作用下伸出，推動(dòng)輸送機(jī)向煤壁移動(dòng)。當(dāng)輸送機(jī)移到預(yù)定位置后，將操作閥手把放回零位。
采煤機(jī)采煤過(guò)后，液壓支架依舊降架-移架－升架－推溜的次序動(dòng)作，稱為超前（立即）支護(hù)方式，它有利于對(duì)新裸露的頂板及時(shí)支護(hù)，但缺點(diǎn)是軸承有較長(zhǎng)的頂梁，以支撐較大面積的頂板，承受頂板壓力大。與此不同，液壓支架依照推溜－降架－移架－升架的次序動(dòng)作，稱為滯后支護(hù)方式，它不能及時(shí)支護(hù)新裸露的頂板，但頂梁長(zhǎng)度可減少，承受頂板壓力也相應(yīng)減少。上述兩種支護(hù)方式各有利弊。為了保留對(duì)新裸露頂板及時(shí)支護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，以及承受較小的頂板壓力、減少頂梁的長(zhǎng)度，可采用前伸梁臨時(shí)支護(hù)的方式。動(dòng)作次序?yàn)椋寒?dāng)采煤機(jī)采煤過(guò)后，前伸梁立即伸出支護(hù)新裸露的頂板，然后依次推溜－降架－移架－升架。
2液壓支架結(jié)構(gòu)和性能參數(shù)設(shè)計(jì)
2.1液壓支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.1.1主要尺寸的確定
1． 軸承高度和伸縮比
軸承高度的確定原則，應(yīng)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(lái)確定，其最大與最小高度為；
（mm） (2-1)
（mm） (2-2)
式中：
——軸承最大高度 （mm）
——軸承最小高度 （mm）
——煤層最大高度 （mm）
——煤層最小高度 （mm）
——考慮偽頂、煤皮脫落后，仍有可靠初撐力所需要的支撐高度，一般取200～300mm 取250mm
——頂板最大下沉量，一般取100～200mm 取150mm
a——移架時(shí)軸承的最小可縮量， 一般取50mm
——浮矸石\浮煤厚度， 一般取50mm
由＝4500mm、＝2200mm得
<4250mm
>2450mm
軸承的伸縮比系數(shù)指其最大與最小高度之比值
即： (2-3)
＝2.0455
掩護(hù)式軸承可達(dá)3，一般范圍是1.5～2.5 ，故滿足條件
2．軸承間距
軸承寬度是指頂梁的最小和最大寬度。寬度的確定應(yīng)考慮軸承的運(yùn)輸、安裝和調(diào)架要求。
大采高軸承為促高穩(wěn)定性中心距可采用1.75m，輕型軸承為適應(yīng)中小煤礦工作面快速搬家的要求，中心距可采用1.25m。
軸承頂梁一般裝有活動(dòng)側(cè)護(hù)板，側(cè)護(hù)板行程一般為170～200mm。當(dāng)軸承中心距為1.5m時(shí)，最小寬度一般取1400～ 1430mm，最大寬度一般取1570～1600mm。當(dāng)軸承中心距為1.75m時(shí)，最小寬度一般取1650～1680mm，最大寬度一般取1850～1880mm。當(dāng)軸承中心距為1.25m時(shí)，如果頂梁帶有活動(dòng)側(cè)護(hù)板，則最小寬度取1150～l 180mm．最大寬度取1120～1150mm。如果頂梁不帶活動(dòng)側(cè)護(hù)板，則寬度一般取1150～ l 200mm。而一般軸承間距，按下式計(jì)算：
b=B+nc (2-4)
式中:
b——軸承間距
B——每架軸承頂梁總寬度
C——相鄰軸承（或框架）頂梁之間的間隙
n——每架所包含的組架或框架數(shù)，整體自移式軸承n＝1；整體邁步式軸承n=2；節(jié)式組合邁步軸承n＝軸承節(jié)數(shù)。
軸承間距b主要根據(jù)軸承型式，但目前主要根據(jù)刮板運(yùn)輸機(jī)油槽每節(jié)長(zhǎng)度及槽幫上千斤頂連接的位置來(lái)確定，目前我國(guó)刮板運(yùn)輸機(jī)油槽每節(jié)長(zhǎng)度為1.5m,千斤頂連接位置在刮板槽中間，所以除節(jié)式和邁步式軸承外，軸承間距一般為1.5m. 但由于這次軸承屬于大采高。故取b=1.75m
3． 頂梁尺寸
（1）．頂梁長(zhǎng)度
頂梁長(zhǎng)度由軸承型式及支護(hù)方式來(lái)確定
掩護(hù)式軸承，由于一般用于被碎頂板，應(yīng)將頂梁長(zhǎng)度加以控制，使空頂區(qū)范圍內(nèi)的重復(fù)支撐次數(shù)不超過(guò)4～5次，頂梁長(zhǎng)度為1.5～2.5米，最大為3米
(2-5)
——頂梁長(zhǎng)度（mm）
——配套尺寸（mm）
——底座長(zhǎng)度（mm）
——其他長(zhǎng)度（mm）
＝A·Cos()-[G·Cos(P1)+300+e] (2-6)
＝135+240+750+250＝1375（mm）
A——后連桿長(zhǎng)度，即1782mm
G——掩護(hù)梁長(zhǎng)度，即2940mm
e——軸承由高到低頂梁前端最大位移量（mm），即35.1mm
，P1——軸承在最高位置時(shí)，分別為后連桿與水平面及掩護(hù)梁與水平面的夾角，分別取為 1.33,0.91。
圖2－1 軸承工作方式比較圖
(a)——先推溜后移架工作方式（活塞桿處于收縮狀態(tài)）
（b）——先移架后推溜工作方式（活塞桿處于伸出狀態(tài)）
計(jì)算得：底座長(zhǎng)度通常，掩護(hù)式軸承的底座長(zhǎng)度的3.5倍的移架步距(一個(gè)移架步距為0.6m)，即2.1m左右 取2430mm
頂梁長(zhǎng)度＝2364mm 滿足條件
（2）． 頂梁寬度
頂梁寬度根據(jù)軸承間距和架型來(lái)定，架間間隙為0.2米 左右， 取1.65米
（3）． 頂梁覆蓋率
頂梁覆蓋率按下式計(jì)算：
(2-7)
——頂梁總面積（）,即 2.464m1.65m
L——軸承控頂距（m）,即2.764m
b——軸承間距（m），即 1.75m
計(jì)算得：＝84.05％
4．立柱布置
（1）． 立柱數(shù)
掩護(hù)式軸承數(shù)為二柱
（2）． 支撐方式
掩護(hù)式軸承為傾斜布置，這樣可克服一部分水平力，并能夠提高調(diào)高范圍，一般立柱與頂梁垂線夾角小于，由于角度大，可使調(diào)高范圍增大，同時(shí)由于頂梁較短，角度大后使立柱頂梁窩前移，使頂梁尖端支護(hù)力大
（3）．立柱間距
立柱間距的選擇為有利于工作和部件合理布置的原則下，采用較小柱間距。立柱間距小，可減小控頂距，但工人行走不便，操作不便，支撐式和支撐掩護(hù)式軸承的立柱間距沿走向一般為1.0～1.5米，掩護(hù)式軸承選取0.9米
2.1.2四連桿機(jī)構(gòu)的確定
(一) 四連桿機(jī)構(gòu)的幾何算法
首先用解析法來(lái)確定掩護(hù)梁和后連桿的長(zhǎng)度。如圖2-1所示
設(shè)：
L——掩護(hù)梁長(zhǎng)度 (mm)
L1——后連桿長(zhǎng)度 (mm)
L2——l’點(diǎn)垂直線到后連桿鉸點(diǎn)之距 (mm)
H1——軸承最高位置時(shí)的計(jì)算高度 (mm)
H2——軸承最低位置時(shí)的計(jì)算高度 (mm)
從幾何關(guān)系可以列出如下兩式：
(2－8)
(2－9)
將（2－8）和（2－9）式聯(lián)立可得
(2-10)
按四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征所要求的角度，選定P1、P2、、代入（2－10）式，可求得的比值。而軸承在最高位置時(shí)的值為：
(2-11)
因此掩護(hù)梁的長(zhǎng)度為：
(2－12)
后連桿長(zhǎng)度為：
(2-13)
(2-12)和（2－13）兩式中L1/L的比值按下值來(lái)定。
掩護(hù)式軸承： L1/L=0.45～0.61
掩護(hù)梁長(zhǎng)度L和后連桿長(zhǎng)度L1求出后取整數(shù)，再重新算出P1、P2、、的角度，從而這幾個(gè)參數(shù)新算確定了。
（二）. 四連桿機(jī)構(gòu)的電算法
以液壓支架由高到低，頂梁端部的運(yùn)動(dòng)軌跡近似直線為目標(biāo)函數(shù)編制程序，簡(jiǎn)稱為直線程序。
1． 四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征。
四連桿的幾何特征為圖2－2所示
圖2－2 四連桿機(jī)構(gòu)幾何特征圖
（1）．軸承再最高位置時(shí)：P1＝52～62度，即0.91～1.08弧度；＝75～85度，即1.31～1.48弧度。
（2）．后連桿與掩護(hù)梁的比值，對(duì)掩護(hù)式軸承為I＝1.45～0.61
（3）．前后連桿上鉸點(diǎn)之距與掩護(hù)梁長(zhǎng)之比為I1=0.22～0.3之間。
（4）．L’點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡呈近似雙紐線，軸承由高到低其雙紐線運(yùn)動(dòng)軌跡的最大寬度e<70毫米。
（5）.軸承在最高位置時(shí)tg值應(yīng)小于0.35。
2．四連桿機(jī)構(gòu)各部尺寸的計(jì)算。
令：
oa=A; ab=B; bc=C; cd=D;
od=E; al’=G; bl’=F; jp=S;
jl’=L; A/G=I; tg=U=S/L
各角度如圖2－6所示，H——軸承在最高位置時(shí)的計(jì)算高度
（1）．后連桿與掩護(hù)梁長(zhǎng)度的確定。
如圖2－6所示，當(dāng)軸承在最高高度的H值的確定后，掩護(hù)梁長(zhǎng)度G為：
(2-14)
后連桿長(zhǎng)度為：
A=IG (2-15)
前后連桿上鉸點(diǎn)之距為：
B=I1G (2-16)
前連桿上鉸點(diǎn)至掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)之距為：
F=G-B (2-17)
從（2－14）～（2－17）式，按排列和組合的方式，可求出很多后連桿和掩護(hù)梁的尺寸來(lái)，為了計(jì)算簡(jiǎn)化，在一定數(shù)量中選優(yōu)，所以規(guī)定一定的變化間隔，即
P1的間隔為 0.085 弧度
的間隔為 0.085 弧度
I的間隔為 0.001 弧度
I1的間隔為 0.01
（2）．后連桿下鉸點(diǎn)至坐標(biāo)原點(diǎn)之距E1
如圖2－7所示
(2-18)
（3）．前后連桿長(zhǎng)度及角度的確定：
軸承由高到低，掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)l’的運(yùn)動(dòng)軌跡為曲線，根據(jù)軸承幾何特征的要求，為使曲線最大寬度盡量取小，所以把l’點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡看成理想的直線運(yùn)動(dòng)，為此，如圖2－3所示，認(rèn)為軸承由高降低時(shí)，l’點(diǎn)在垂直線上運(yùn)動(dòng)，根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)l’點(diǎn)沿理想垂直線由最高向最低運(yùn)動(dòng)時(shí)，后連桿與掩護(hù)梁軸線夾角由大于90度，到小于90度，在中間一定有以位置處于垂直位置，以
這一特殊位置為所求的中間某一位置。
圖2－3 四連桿幾何關(guān)系圖
（a）.b1點(diǎn)坐標(biāo)
當(dāng)軸承在最高位置時(shí)的計(jì)算高度為H，此時(shí)b1點(diǎn) 坐標(biāo)為：
(2-19)
(2-20)
（b）.b2點(diǎn)坐標(biāo)
當(dāng)軸承在最低位置時(shí)，b2點(diǎn)坐標(biāo)為
(2-21)
(2-22)
根據(jù)四連桿機(jī)構(gòu)幾何特征要求，軸承降到最低時(shí)，>=25～30度，為計(jì)算方便令＝25度，即0.436弧度，則
(2-23)
（c）.b3點(diǎn)坐標(biāo)
軸承的掩護(hù)梁與后連桿成垂直位置的幾何關(guān)系時(shí)，b3點(diǎn)坐標(biāo)為：
(2-24)
(2-25)
其中：
(2-26)
(2-27)
(d). C點(diǎn)坐標(biāo)
根據(jù)圖2－3軸承在三個(gè)位置的幾何關(guān)系可知，C點(diǎn)就是b1\b2\b3三點(diǎn)為圓的圓心，cb1=cb2=cb3為前連桿的長(zhǎng)度。因此可以用圓的方程求得前連桿的長(zhǎng)度即：
(2-28)
式中Xc、Yc為C點(diǎn)坐標(biāo)，可以按下列方程聯(lián)立求得：
＝ (2-29)
＝ (2-30)
聯(lián)立（2－29）和（2－30）得
(2-31)
(2-32)
令：
M= (2-33)
N= (2-34)
T= (2-35)
把（2－33）\(2-34)\(2-35)代入（2－31）\(2-32)式得：
(2-36)
(2-37)
（4）．前連桿下鉸點(diǎn)的高度D和四連桿機(jī)構(gòu)的底座長(zhǎng)度E
當(dāng)前連桿C點(diǎn)坐標(biāo)確定后，D和E的長(zhǎng)度為：
D=Yc (2-38)
E=E1-Xc (2-39)
3.四連桿機(jī)構(gòu)的選優(yōu)
以上求出的四連桿機(jī)構(gòu)尺寸，并非所有的值都可以用，所以要選優(yōu)，選優(yōu)的方法是給定約束條件，對(duì)所計(jì)算出的各組值進(jìn)行篩選，最終選出一組最優(yōu)的值來(lái)。
其約束條件是根據(jù)四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征要求，以及軸承的結(jié)構(gòu)關(guān)系，通過(guò)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有軸承的調(diào)查統(tǒng)計(jì)，得出的約束條件如下：
（1）．前后連桿的比值范圍
根據(jù)現(xiàn)有調(diào)查，前后連桿的比值C/A=0.9～12范圍，令O=C/A,則O=0.9～1.2
（2）．前連桿的高度不宜過(guò)高，一般應(yīng)使D
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