掩护式液压支架设计

海量机械毕业设计，请联系Q99872184摘 要本论文主要阐述了一般掩护式液压支架的设计过程。设计内容包括：选架型、总体设计、主要零部件的设计、主要零部件的校核和液压系统的设计。由于该煤层厚度适中，选用掩护式液压支架。煤层厚度介于之间，煤层厚度变化较大，选用调高范围大且抗水平推力强且带护帮装置的掩护式支架。支架采用正四连杆机构，以改善支架受力状况。顶梁、掩护梁、底座均做成箱体结构；立柱采用双伸缩作用液压缸，以增加工作行程来满足支架调高范围的需要。推移千斤顶采用框架结构，以减少推溜力和增大移架力。为了提高移架速度，确保对顶板的及时支护，采用锥阀液压系统。关键词：液压支架 液压 四连杆机构 采煤 支架选型 推溜 移架- -AbstractThe article mainly elaborated the general shield type hydraulic pressure support design process. The design content includes: Chooses, the system design, the main spare part design, the main spare part examination and the hydraulic system design.Because this coal bed thickness is moderate, selects the shield type hydraulic pressure support. Coal bed thickness is situated between between the 2.53.8 rice, coal bed thickness change bigger, selects adjusts the high scope big also the anti- horizontal thrust is strong also the belt protects helps the equipment the shield type support. The support uses the four link motion gear, improves the support stress condition. The top-beam, caving shield, the foundation makes the packed in a box body structure; The column uses the double expansion and contraction function hydraulic cylinder, increases the power stroke to satisfy the support to adjust the high scope the need. Passes the hoisting jack to use the portal frame construction, reduces pushes slides the strength and increases moves a strength. In order to enhance moves a speed, guarantees is prompt to the roof support, uses the mushroom valve hydraulic system.Key word: The hydraulic pressure support , hydraulic pressure , four-link mechanism , mining coal, support shaping push forwards the conveyer, advancing the powered support.目 录1 概述51.1液压支架的组成和分类51.2液压支架的工作原理81.3液压支架的支护方式111.4支架选型的基本参数122 总体设计142.1选架型142.2液压支架基本参数的确定162.3采煤机、液压支架和输送机的配套192.4四连杆机构设计212.5顶梁长度的确定282.6立柱及柱窝位置的确定292.7平衡千斤顶位置的确定332.8其它千斤顶位置的确定363 支架的受力计算39 3.1液压支架受力分析39 3.2确定支架的支护强度40 3.3底座接触比压计算40 3.4支架支护效率404 液压支架的主要部件的设计42 4.1前梁434.2主顶梁434.3掩护梁444.4前、后连杆454.5底座454.6立柱464.7千斤顶475 主要零、部件的强度校核495.1校核的基本要求495.2前梁的校核505.3主顶梁的校核525.4掩护梁的强度校核555.5底座强度校核575.6销轴和耳座的强度校核595.7立柱强度校核626 液压系统设计686.1液压支架的液压系统的简介686.2液压支架的液压系统拟订696.3液压元件的选取716.4液压控制系统72结束语76参考文献77- -1 概述1.1 液压支架的组成和分类1.1.1液压支架的组成液压支架是综采工作面支护设备，它的主要作用是支护采场顶板，维护安全作业空间，推移工作面采运设备。液压支架的种类很多，但其基本功能是相同的。液压支架按其结构特点和与围岩的作用关系“般分为三大类，即支撑式、掩护式(图1-2)和支撑掩护式(图1-3) 根据支架各部件的功能和作用，其组成可分为4个部分：(1) 承载结构件，如顶梁、掩护梁、底座、连杆、尾梁等。其主要功能是承受和传递顶板和垮落岩石的载荷。(2) 液压油缸，包括立柱和各类千斤顶。其主要功能是实现支架的各种动作，产生液压动力。 (3) 控制元部件，包括液压系统操纵阀、单向阀、安全阀等各类阀，以及管路、液压、电控元件等。其主要功能是操作控制支架各液压油缸动作及保证所需的工作特性。图1-2 掩护式液压支架结构 图1-3 支撑掩护式液压支架结构 (4) 辅助装置，如推移装置、护帮(或挑梁)装置、伸缩梁(或插板)装置、活动侧护板、防倒防滑装置、连接件等。这些装置是为实现支架的某些动作或功能所必需的装置。1.1.2液压支架的分类及特点按液压支架在采煤工作面的安置位置来划分，有端头液压支架和中间液压支架。端头液压支架简称端头支架，专门安装在每个采煤工作面的两端。中间液压支架是安装在除工作面端头以外的采煤工作面所有位置的支架。中间液压支架按其结构形式来划分，可分为三种基本类型，即：支撑式、掩护式和支撑掩护式。1 支撑式支架支撑式支架是出现最早的一种架型，按其结构和动作方式的不同，支撑式支架又分为垛式支架（图1-4 a）和节式支架（图1-4 b）两种结构型式。垛式支架每架为一整体，与输送机连接并互为支点整体前移。节式支架由个框节组成，移架时，各节之间互为支点交替前移，输送机用于支架相连的推移千斤顶推移。节式支架由于稳定性差，现已基本淘汰。支撑式支架的结构特点是：顶梁较长，其长度多在左右；立柱多，一般是根，且垂直支撑；支架后部设复位装置和挡矸装置。以平衡水平推力和防止矸石窜入支架的工作空间内。支撑式支架的支护性能是：支撑力大，且作用点在支架中后部，故切顶性能好；对顶板重复支撑的次数多，容易把本来完整的顶板压碎；抗水平载荷的能力差，稳定性差；护矸能力差，矸石易窜入工作空间；支架的的工作空间和通风断面大。由上可知，支撑式支架适用于直接顶稳定、老顶有明显或强烈周期来压，且水平力小的条件。此种支架在现阶段的综采工作面的生产时都已基本不再采用。2 掩护式支架（如图1-2） 其主要由前梁、主梁、掩护梁和侧护板、底座、前后连杆、前梁千斤顶、推移千斤顶、操纵阀等组成。(a) (b) 图1-4支撑式支架结构形式 垛式支架 节式支架 它的结构特点是：有一个较宽的掩护梁以挡住采空区矸石进入作业空间，其掩护梁的上端与顶梁铰接，下端通过前后连杆与底座连接。底座、前后连杆和掩护梁形成四连杆机构，以保持稳定的梁端距和承受水平推力。立柱的支撑力间接作用与顶梁或直接作用与顶梁上。掩护式支架的立柱较少，除少数掩护式支架1根立柱外，一般都是一排2根立柱。这种支架的立柱都为倾斜布置，以增加支架的调高范围，支架的两侧有活动侧护板，可以把架间密封。通常顶梁较短，一般为左右。 掩护式支架的支护性能是：支撑力较小，切顶性能差，但由于顶梁短，支撑力集中在靠近煤壁的顶板上，所以支护强度较大、且均匀，掩护性好，能承受较大的水平推力，对顶板反复支撑的次数少，能带压移架。但由于顶梁短，立柱倾斜布置，故作业空间和通风断面小。由上可知，掩护式支架适用于顶板不稳定或中等稳定、老顶周期来压不明显、瓦斯含量少的破碎顶板条件。3 支撑掩护式支架（如图1-3）其主要由防片帮千斤顶、前梁、顶梁、掩护梁、底座、推移千斤顶、立柱等组成。支撑掩护式支架是在吸收了支撑式和掩护式两种支架优点的基础上发展起来的一种支架。因此，它兼有支撑式和掩护式支架的结构特点和性能，可适应各种顶底板条件。此种支架的优点是：支撑力大，切顶性能强，防护性能好，通风断面大，稳定性好，应用范围广。它的缺点是：结构复杂，成本较高。支撑掩护式支架的立柱均为两排，立柱可前倾或后倾。也可倒八字形布置和交叉布置。通常，两排立柱都是直接支撑在顶梁上，个别情况下，也有后排立柱支撑在掩护梁上而前排立柱支撑在顶梁上。4 特种液压支架特种液压支架是为了满足某些特殊的要求而发展起来的液压支架，在结构形式上仍属于以上某种液压支架。包括放顶煤支架等。1.2液压支架的工作原理液压支架在工作过程中必须具备升、降、推、移四个基本动作，这些动作是利用泵站供给的高压乳化液通过工作性质不同的几个液压缸来实现完成的。如图1-5示1. 升柱当需要支架上升支护顶板时。高压乳化液进入立柱的活塞腔，另一腔回液，推动活塞上升，使与活塞杆相连接的顶梁接触顶板。2. 降柱当需要降柱时，高压液进入立柱的活塞杆腔，另一腔回液，迫使活塞杆下降，于是顶梁脱离顶板。图1-5 液压支架工作原理-顶梁 -立柱 -底座 -推移千斤顶 -安全阀 -液控单向阀 、-操纵阀 -输送机 -乳化液泵 -主供液管 -主回液管3. 支架和输送机前移支架和运输机的前移，都是由底座上的推移千斤顶来完成的。当需要支架前移时，先降柱卸载，然后高压液进入推移千斤顶的活塞杆腔，另一腔回液，以输送机为支点，缸体前移，把整个支架拉向煤壁；当需要推运输机时，支架支撑顶板后，高压液进入推移千斤顶的活塞腔，另一腔回液，以支架为支点，是活塞杆伸出，把运输机推向煤壁。支架的支撑力与时间曲线，称为支架的工作特性曲线，如图1-6所示：支架立柱工作时，其支撑力随时间的变化过程可分为三个阶段-初撑阶段； -增阻阶段； -恒阻阶段；-初撑力；-工作阻力（1）初撑阶段支架在升柱时，高压液进入立柱下腔，立柱升起使顶梁接触顶板，立柱下腔压力增加，当增加到泵站工作压力时，泵站自动卸载，支架的夜控单向阀关闭，立柱下腔压力达到初撑力，此阶段为初撑阶段，此时支架对顶板的支撑力为初撑力。支撑式支架的初撑力为 (1.1) 图1-6 支架的工作特性曲线式中 -支架立柱的缸径，；-泵站的工作压力，；-支架立柱的数量。 由上式可知，支架初撑力的大小取决于泵站的工作压力，立柱缸径和立柱的数量。合理的初撑力是防止直接顶过早的因下沉而离层、减缓顶板下沉速度、增加其稳定性和保证安全生产的关键。一般采用提高泵站工作压力的办法来提高初撑力，以免立柱的缸径过大。（2）承载增阻阶段支架初撑后，随顶板下沉，立柱下腔压力增加，直到增加到支架的安全阀调正压力，立柱下腔压力达到工作阻力。此阶段为增阻阶段。（3）恒阻阶段随着顶板压力继续增加，使立柱下腔压力超过支架的安全阀压力调正值时，安全阀打开而溢流，立柱下缩，使顶板压力减小，立柱下腔压力降低，当低于安全阀压力调整之后，安全阀停止溢流，这样在安全阀调整压力的限制下，压力曲线随时间呈波浪形变化，此阶段为恒阻阶段。此时支架对顶板的支撑力称为工作阻力，它是由支架安全阀的调定压力决定的。支撑式支架的工作组力为 (1.2)式中 -支架安全阀的调定压力 ；支架的工作阻力标志着支架的最大承载能力。对于掩护式和支撑掩护式支架，其初撑力和工作阻力的计算还要考虑到立柱倾角的影响因素。支架的工作阻力是支架的一个重要参数，它表示支架支撑力的大小。但是，由于支架的顶梁长短和间距大小不同，所以并不能完全反映支架对顶板的支撑能力。因此，常用单位支护面积顶板上所受支架工作阻力值的大小，即支护强度来表示支架的支护性能。即 (1.3) 式中 支架的支护面积，。1.3、液压支架的支护方式综采工作面的主要生产工序有采煤、移架和推溜。 3个工序的不同组合顺序，可形成液压支架的3种支护方式，从而决定工作面“三机”的不同配套关系。1 即时支护般循环方式为：割煤一移架一推溜，工作面“三机”的配套关系。即时支护的特点是，顶板暴露时间短，梁端距较小。适用于各种顶板条件，是目前应用最广泛的支护方式。2 滞后支护一般循环方式为：割煤一推溜一移架。滞后支护的特点是，支护滞后时间较长，梁端距大，支架顶梁较短。可用于稳定、完整的顶板。3 复合支护般循环方式为：割煤一支架伸出伸缩梁一推溜一收伸缩梁一移架。复合支护的特点是：支护滞后时间短，但增加了反复支撑次数。可适用于各种顶板条件，但支架操作次数增加，不能适应高产高效要求，目前应用较少。1.4支架选型的基本参数1.4.1 对液压支架的基本要求1. 为了满足采煤工艺及地质条件的要求，液压支架要有足够的初撑力和工作阻力，以便有效地控制顶板，保证合理的下沉量。2. 液压支架要有足够的推溜力和移架力。推溜力一般为左右；移架力按煤层厚度而定，薄煤层一般为,中厚煤层一般为,厚煤层一般为。3. 防矸性能要好。4. 排矸性能要好。5. 要求液压支架能保证采煤工作面有足够的通风断面，从而保证人员呼吸、稀释有害气体等安全方面的要求。6. 为了操作和生产的需要，要有足够宽的人行道。7. 调高范围要大，照明和通讯方便。8. 支架的稳定性要好，底座最大比压要小于规定值。9. 要求支架有足够的刚度，能够承受一定得不均匀载荷和冲击载荷。10. 满足强度条件下，尽可能的减轻支架重量。11. 要易于拆卸，结构要简单。12. 液压元件要可靠。1.4.2 设计液压支架必需的基本参数1. 顶板条件根据老顶和直接顶的分类，对支架进行选型。给定参数：老顶I级直接顶2级2. 最大和最小采高根据最大和最小采高，确定支架的最大和最小高度，以及支架的支护强度。给定煤层厚度：3. 瓦斯等级根据瓦斯等级，按保安规程规定，验算通风断面。给定条件：瓦斯等级1级4. 底板岩性及小时涌水量根据底板岩性和小时涌水量验算底板比压。5. 工作面煤壁条件根据工作面煤壁条件，决定是否用护帮装置。6. 煤层倾角根据煤层倾角，决定是否选用防倒防滑装置。给定条件：煤层倾角7. 井筒罐笼尺寸根据井筒罐笼尺寸，考虑支架的运输外形尺寸。8. 配套尺寸据配套尺寸及支护方式来计算定量长度。山东科技大学学士学位论文 液压支架的总体设计2 液压支架的总体设计2.1 液压支架的选型正确选择液压支架的架型，对于提高综采工作面的产量和效率，充分发挥综采设计的效能，实现高产高效，是一个很重要的因素。在具体选择架型时，首先要考虑煤层的顶板条件。表2-1是根据国内外液压支架的使用经验，提出了各种顶板条件下适用的架型，它是选择支架的主要依据.由于给定参数中顶底版性质：老顶I级、直接顶2级，底板平整，无影响支架通过的断层，初步选择为掩护式支架。1 煤层厚度煤层厚度不但直接影响到支架的高度和工作阻力，而且还影响到支架的稳定性。当煤层厚度大于(软煤层下限，硬煤层上限)时，应选用抗水平推力强且带护帮装置的掩护式或支撑掩护式支架。当煤层厚度变化较大时，应选用调高范围大的支架。因此本次设计应选用抗水平推力强且带护帮装置的掩护式支架。2 煤层倾角煤层倾角主要影响支架的稳定性、倾角大时易发生倾倒下滑等现象。当煤层倾角大于时，应设防滑和调架装置，当倾角超过时，应同时具有防滑防倒装置。给定煤层倾角，不用设置防滑和调架装置。3 底板性质底板承受支架的全部载荷，对支架的底座影响较大，底板的软硬和平整性，基本上决定了支架地做的结构和支撑面积。选型时，要验算底座对底板的接触比压，其值要小于底板允许比压（对于砂岩底板，允许比压为,软底板为左右）4 瓦斯涌出量 对于瓦斯涌出量大的工作面，支架的通风断面应满足通风的要求，选型时要进行验算。表2-1老顶级别IIIIIIIV直接顶级别12312312344支架类型掩护式掩护式支撑式掩护式掩护式或支撑掩护式掩护式支撑掩护式支撑掩护式支撑或支撑掩护式支撑或支撑掩护式支撑式采高小于2.5m时支撑掩护式采高大于2.5m时支架支护强度采高12340.2940.343（0.245）0.441（0.343）0.539（0.441）1.30.2941.30.343（0.245）1.30.441（0.343）1.30.539（0.441）1.60.2941.60.3431.60.4411.60.53920.29420.34320.44120.539应结合深孔爆破，软化顶板等措施处理采空区单体支柱支护强度采高123.0.1470.2450.3431.30.1471.30.2451.30.3431.60.1471.60.2451.60.343按采空区处理方法确定注：括号内的数字是掩护式支架的支护强度。表中所列支护强度在选用时，可根据本矿情况允许有5%的波动范围。表中1.3、1.6、2分别为II、III、IV级老顶的分级增压系数；IV级老顶只给出最低值2，选用时可根据本矿实际确定适宜值。5 地质构造 此处删减NNNNNNNNNNNNNNNN字 需要整套设计请联系q：99872184。4 液压支架的主要部件的设计各部件设计的基本要求如下：1. 四连杆机构应进行优化设计，使支架梁端距变化小，支架受力状态最佳，结构上既满足工作空间要求，又能承受足够的纵向、横向力及扭矩。2. 前梁无论是伸缩式或是挑梁式，都应能及时支护顶板。前梁由前梁千斤顶控制，可上、下摆动。与顶板保持良好的接触，维护机道上方顶板。伸缩梁靠伸缩千斤顶和前梁作相对滑移用以及时支护新暴露的顶板。3. 顶梁。顶梁是支架主要承受顶板压力的部件，并起切顶作用。它可多次反复支撑顶煤，以利于放煤。顶梁装有侧护板，活动侧装有千斤顶和弹簧，防止架间漏煤、矸及调节支架间距。若四连杆机构与顶梁铰接，要有可靠的铰接支座。4. 掩护梁。它用于承受部分煤、矸载荷，防止其窜入后输送机的工作空间，保证支架、后输送机正常运行。根据不同的支架类型，掩护梁有伸缩插板式和在下端铰接一伸缩尾梁式，它装有侧护板作用与顶梁侧护板相同。掩护梁受扭力和横向载荷力大，是十分重要的部件。5. 底座。其作用是将支架承受的顶板压力和侧向力传至底板。它既要有足够的强度和刚度，又应满足底板比压不超限。保证支架整体稳定性的关键是在底座上铰接四连杆机构，在底座中间设置有推移装置，侧面设置拉后输送机的千斤顶和推移杆。6. 推移装置。此机构关系到支架能否正常推移，由千斤顶和推移杆组成。推移杆结构有长推杆或是由两部分短推移杆组成。7. 尾梁。四连杆机构与掩护梁铰接的支架，在掩护梁下铰接一可转动的伸缩插板尾梁，用以放煤、保证放煤高度及维护工作空间。对于大块煤可利用插板进行破碎。尾梁装有侧护板，作用与顶梁、掩护梁的侧护板相同。8. 液压控制系统及立柱、千斤顶。液压系统由各液压件、管路系统组成，它应保证立住、千斤顶完成支架要求的各种性能，并达到设计技术参数。4.1 前梁前梁为由钢板焊接而成的箱体结构，前面连接护帮板，后面与主顶梁铰接，下部焊有耳座连接前梁千斤顶，可上下摆动。前梁前后销孔中心之间的距离为，宽度为，厚度为，与前梁千斤顶铰接的耳座孔孔径为，前部也焊有与护帮板千斤顶铰接的耳座。主筋为的钢板，加强板为的钢板。结构如下图4-1所示图4-1 前梁4.2 主顶梁顶梁（图4-2）后面与掩护梁铰接，下面由立柱支撑，上与顶板直接接触，做成箱体结构，不但要满足一定的刚度和强度的要求，还要适应顶板的不平整性，避免局部应力过大而损坏。顶梁是支架主要承受顶板压力的部件，并起切顶作用。一般前、后柱窝断面为最危险断面，断面安全系数，它可多次反复支撑顶煤，以利于放煤。顶梁装有侧护板，一侧装有侧推千斤顶和弹簧，防止架间漏煤、矸石及调节支架间距。由于选用的掩护式支架，顶梁基本尺寸：长度;宽度，侧护板缩回时；全部伸出时为；上下面厚度；与前梁连接用销孔直径,与掩护梁连接用销孔直径,安装前梁千斤顶用销孔直径。图4-2顶梁构件材料：16钢板，厚度有16、20、30三种。结构：采用箱式结构，有钢板焊接而成。主要有四根主立筋，为加强构件的刚度，在上下盖板之间焊有加强肋，构成封闭式棋盘型。在顶梁下焊有铸钢柱窝，柱窝两侧有孔，用销轴把立柱和顶梁连接起来；顶梁前端有销孔，通过销轴与前梁上的销孔连接起来；顶梁后端有销孔，通过销轴与掩护梁上的销孔连接。顶梁腹部前端还焊有耳座用来安装前梁千斤顶。4.3 掩护梁掩护梁下部与前、后连杆相连，下端与尾梁铰接，还设有尾梁千斤项的耳座。用于承受部分煤、矸载荷，防止其窜入后输送机的工作空间，保证支架、后输送机正常运行。掩护梁受扭力和横向载荷力大，是十分重要的部件。掩护梁做成箱体结构，尾部有伸缩插板式和在下端铰接一伸缩尾梁式，它装有侧护板作用与顶梁侧护板相同。侧护板的横向宽度，要稍大于移架步距，这样移架时能与不动的邻架间保持封闭。掩护梁的主要结构尺寸如下：全长，两耳座之间的水平距离为，宽，厚，上方用销轴与顶梁铰接，尾部用的销轴与尾梁铰接，与前连杆铰接用的销孔直径为，与后连杆铰接用的销孔直径为。图4-3掩护梁4.4前、后连杆 连杆分前连杆与后连杆，前连杆有一根，后连杆有两根，两端都有销孔，用于与掩护梁和底座的铰接，前连杆长，前后销孔的直径为，厚，宽，主筋为厚的钢板，加强板的厚度为；后连杆两边中心孔中心之间的距离为，销孔直径为，钢板材料均为，前连杆作为整体式，由左右两部分焊接而成，后连杆则为单杆机构，下图为前连杆一部分的机构图：图4-4 前连杆4.5底座底座为整体式刚性底座，四连杆机构铰接在底座后部，在两内主筋中间形成的较高的铰点位置，这主要是为了形成足够的后工作空间，在不影响人行通道的基础上，前、后连杆铰接点应尽量前移。在两内主筋间下部布置有推拉装置。有四个球面柱窝与立柱缸底相连，在底座侧面靠前位置设有拉后输送机千斤顶的可拆装固定耳座。该底座整体性强，稳定性好，比压小。底座上的相关结构尺寸如下： 为方便行人及工作人员操作，立柱距底座前端点的距离为，前连杆与后连杆下铰点的水平距离为，底座全长，底面宽，中间为安装推移千斤顶留有推溜槽。图4-5 底座4.6立柱立柱的结构可如下图4-6所示，采用单作用、活塞式、双伸缩的型式。由缸体、活柱、导向套等主要零部件组成。缸体由无缝钢管加工而成缸体的下端焊接球形缸底，在缸底上钻有孔并焊有管接头作为立柱下腔(活塞下部空腔)的液口。在缸体的上端装有导向套，它为活柱的上下往复运动导向。为了防止外部煤尘等脏物随活柱下缩而进入缸体，在导向套的上端装有防尘圈，为了防止液体从立柱上腔(活塞上部环形空间)向外泄漏，在导向套上还装有蕾形密封圈和O形圈。缸体上部钻有螺纹孔并焊有管接头，与上腔相通，作为立柱上腔的液口。图4-6 立柱装配图4.7千斤顶立柱的主要参数为：内径，杆径，选用管材为,工作阻力为，初撑力，工作阻力为立柱调高范围为4.7.1 推移千斤顶 (1) 根据采高可以确定移架力为. 根据经验，采用泵站时 ，由于沿程阻力损失，传到支架时油液压力一般只有左右。(2) 设计计算移架时： （4.1）所以： （4.2）由国家标准，选取内径为，外径为。则，时，移架力：所以，移架力矩满足要求。由于配套煤机的截深为，去推移千斤顶的行程为。缸体外经，长度，杆径。（2）前梁千斤顶前梁千斤顶的基本参数为：缸径： 杆径：推荐材料规格：缸 行程。安全阀的调整压力：。（3）护帮板千斤顶护邦千斤顶的基本参数：缸径： 杆径：推荐材料规格： 缸 杆 110圆钢液压行程5 主要零、部件的强度校核5.1校核的基本要求在液压支架的研制过程中,个构件的强度校核是极为重要的。强度条件以现阶段的液压支架所选用的材料、制造工艺及失效形式等为依据。1. 强度校核均以材料的屈服极限计算安全系数。2. 结构件、销轴、活塞杆的屈服极限及强度条件：(1) 个别结构件通常用等普通合金结构钢。并由具有标准厚度的钢板焊接而成。采用钢。(2) 主要销轴均采用等合金结构钢，现用。(3) 活柱杆均采用号钢，取屈服极限。(4)结构件、销轴和活塞杆的强度条件为： (5.1)3. 刚体材料采用无缝钢管，取抗拉强度，强度条件为：式中：刚体许用应力。4. 焊条抗拉强度条件为：式中：按焊条类型来定。许用挤压应力 。表5-1安全系数前梁顶梁底座掩护梁前连杆N1.11.11.11.31.3后连杆主要轴刚体焊缝活塞杆1.31.33.343.3445.2前梁强度校核5.2.1 前梁受力情况假定前梁千斤顶缸体内径先按下表标准取为125表5-2506380100110125140(145)200(210)220(230)250则前梁千斤顶的支撑力为： （5.2）图5-1前梁前端受一集中载荷P，其受力图如上图所示：前端集中载荷为：在断面A-A处的弯矩为：前梁做成变断面箱形结构，A-A断面如下图所示：图5-2 A-A断面5.2.2 前梁强度计算(1) 形心位置各板件的计算数据如下表所示：表5-3件号12345数量面积形心位置惯性矩11380.511.62169340112317.51027419.5422044891024结构件的形心位置为： （5.3） (2) 惯性矩 （5.4）=+=53790(3) 弯曲应力 （5.5）=(4) 安全系数钢板材料选取16Mn， （5.6）5.3 主顶梁强度校核 5.3.1 主顶梁受力情况假设前梁失去作用，主顶梁受一集中载荷，其受力图如下图所示：由上面求出为3279.3KN，距离铰接点1661mm,最大弯矩为图5-3 主顶梁受力情况图主顶梁做成等断面箱式结构，在最大弯矩处的断面如下图所示：图5-45.3.2 主顶梁强度计算（1）形心位置各板件计算数据如下表所示：结构件的形心位置为： （5.7）=表5-4件号123456789数量1139.20.829.7273.62.431.4227.811.91404.8452.211.95268218.8111107.4237.121.25447.7235.221.25166225.921.23804130.411.2914.5(2) 惯性矩 （5.8） (3) 弯曲应力 （5.9）(4) 安全系数 钢板材料选取16Mn， 5.4 掩护梁强度校核5.4.1 掩护梁受力情况由前面已经求出在掩护梁上前后连杆的销轴处受力为2725.9KN和2096.89KN，其受力图如下图所示：图5-5 掩护梁受力图最大弯矩发生在前连杆处，其值为：最大弯矩处的断面表示如下图所示：图5-65.4.2 掩护梁强度计算(1) 形心位置各板件记算数据如下表所示：表5-5件号12345数量1114215615017518390.64.414.8142717.2673.52960.1249.414.2结构件的形心位置： （5.10）=(2) 惯性矩 （5.11）(3) 弯曲应力 (4) 安全系数钢板材料选取， 5.5 底座强度校核5.5.1 底座受力情况 底座受力如下图所示：图5-7图中立柱的压力以及前后连杆的拉力或压力在前面已经算出由得：最大弯矩发生在前柱窝处，最大弯矩为：最大弯矩处截面如下图所示：图5-85.5.2 底座强度校核(1) 形心位置各板件的计算数据列于下表：表5-6序号123数量26181932703417.5130.37447.7590结构件形心的位置：=(2) 惯性矩=(3) 弯曲应力=(4) 安全系数钢板材料选取16Mn，5.6 销轴和耳座的强度校核5.6.1 耳座的校核：支架所有连接处的耳座，要受到拉伸或挤压的作用，所以要进行拉伸和挤压的强度校核。耳板在挤压的作用下的应力按下式计算： （5.11）式中：作用在销轴上的合力，偏载系数，一般取；耳板数量；耳板厚度耳板受挤压的投影面积。挤压安全系数为： （5.12）式中：取1.3。耳板受拉的危险截面为销轴直径处，其拉力为： （5.13）式中：耳板宽度；安全系数为： 式中：取1.3。 5.6.2 销轴的强度校核：为了简化校核步骤，把销轴与耳座的支反力按集中载荷进行计算，而且这样校核比用均部力模型进行计算更加安全。设销轴截面积为，抗弯模数为，所受剪力为，则销轴弯曲应力和剪应力分别为： （5.14） （5.15）其合成应力为： （5.16）安全系数为:(1). 前梁与主顶梁连接处的销轴销轴：直径 ，材料，；前梁和主顶梁上的耳座尺寸相同：宽，厚度，材料，。拉力：销轴： （5.17） （5.18） （5.19）所以，销轴设计合理。(2). 前梁上耳座：工作中耳座受拉，因此应校核其拉应力。拉力：拉应力为：安全系数：。主顶梁上的耳座拉应力： （5.20）安全系数：。主顶梁与掩护梁连接用销轴和耳座、后连杆与掩护梁及底座连接用销轴、前梁千斤顶用销轴及耳座校核、推移千斤顶用销轴和耳座校核同上。经校核均符合要求。5.7立柱强度的校核5.7.1 立柱稳定性校核油缸的稳定性校核（参考机械工业出版社的机械工业设计手册（5）一根受压的直杆，在起负载力超过稳定临界力时，就不能保持其原有直线状态下的平衡而失稳。所以，液压缸的稳定性条件为： （5.21）式中：活柱最大推力，： 液压缸稳定临界力，； 稳定安全系数，一般取。液压缸的稳定临界力值与活塞杆和缸体的材料、长度、刚度及其两端支撑状况等因素有关。由于缸体的刚度大都大于活塞杆的刚度，而且缸体在理论上不承受负载的轴向压力，故液压缸的稳定性主要取决于活塞杆的条件。如果液压缸在压缩工况下的最大挠度（的位置）发生在由导向中心偏向活塞杆一侧（）时，液压缸的稳定临界力可按等截面杆（截面等于活塞杆截面）来考虑。若是最大挠度点偏向缸体一侧（），则应按不等截面阶梯杆来计算。判别最大挠度点位置的值可由下面的公式求得： （5.22）式中：活塞杆断面惯性矩，。 立柱的基本参数如下： （5.23）式中：立柱活柱的外径，；立柱活柱的内径，。活塞杆头部到最大挠度处的距离，一般来说挠度最大处发生在活塞杆与缸体的交接处，即导向套处。但支撑高度为最大时，机械加长杆利用全部3段加长段。支撑高度上连接销轴到顶梁上顶面的距离下连接销轴到底座下底面距离缸体长度所以，液压缸的稳定临界力可按等截面来考虑。计算柔度：式中：活塞杆计算柔度；长度折合系数，由于立柱两端支撑，所以取 活塞杆计算长度，； 活塞杆横断面的回转半径， （5.25）柔性系数，查表4-5得，（材料：）所以，活塞杆不会失稳,只抗拉强度不足而损坏。故只需进行强度校核。5.7.2 活塞杆强度校核计算油缸的挠度： （5.26）活塞杆与导向套处的最大配合间隙，；活塞与缸体处的最配合间隙，；活塞头部销孔中心至最大挠度处（即导向中心）的距离，；缸体尾部销孔中心至最大挠度处的距离，；缸体全部外伸时，液压缸两端销孔间的距离，；活塞杆全部外伸时，导向套前端到活塞滑动面末端的距离，；活塞杆最大推力，；液压缸自重，；液压缸轴线与水平面的夹角。活塞杆与导向套的配合为，；活塞与缸体处的配合为，；质量约为，把以上参数代入上式得：活塞杆的合成应力： （5.27） （5.28） （5.29）加长段长度与活柱的配合为：，最大单边间隙；加长段留在活柱内的长度=所以： 活塞杆的材料为，安全系数： 5.7.3 验算缸体厚度：（1） 缸体厚度校核缸体厚度： （5.30）由于，按中等壁厚刚体公式计算。 （5.31）缸内的工作压力，35记入管壁公差及腐蚀的附加厚度，一般取，强度系数，无缝钢管安全系数：缸体材料为无缝钢管时，一般取，现取4由上式得：，缸体厚度满足要求。（2）缸体与缸底焊接强度按下式计算： （5.32） 环形焊接内径为0.185M环形焊接外径为焊接效率，=0.7。安全系数：式中：焊缝抗拉强度，取其为6 液压系统设计6.1 液压支架的液压系统的简介液压支架由不同数量的立柱和千斤顶组成，采用不同的操纵阀实现升柱、降柱、移架、推溜等动作。虽然支架的液压缸（立柱和千斤顶）种类、数量很多，但其液压系统都是采用多执行元件的并联系统。6.1.1 液压支架传动系统的基本要求对于液压支架的传动装置，应具有以下基本要求：采用结构简单，设备外型尺寸小，能远距离地传递大的能量；能承受较大的载荷；没有复杂的传动结构；在有爆炸危险和含尘的空气里保证工作安全；动作迅速；操作、调节简单；过载及损坏保护简单。 容积式液压传动可最大限度的满足这些要求，因此液压支架均采用这种传动。6.1.2 液压支架的液压传动特点液压支架的液压传动，与其它机械的容积式液压传动有很大的区别，其特点如下： 工作液的压力高（管路内的压力达，立柱内的压力达），流量大（）;在液压系统中，采用粘度低和容量大的液体作为工作介质；液压缸、操纵阀，其它调节和控制装置等的数量大（高压泵16台、液压缸3001500个、安全阀150300个，还有同样数量的液控单向阀）； 很长的液压管路（200300刚性管，5003000高压软管）； 泵-液压缸传动系统的换算弹性模数较低； 根据支架的数量改变液流的参数； 所有支架的结构上都有着相同的液压缸、液压装置以及它们之间都有相同的连接方式（相同的液压系统）；每节支架都重复着相同的工序，这些工序的总和构成液压支架的基本工序； 为了保证系统具有较高的容积效率，实现无故障作业和工作人员的安全，液压系统的元件和部件要有好的密封性和可靠性。 这些基本特点决定了液压传动元件以及整个系统在结构上的特点，即：液压支架是以单节支架为单元的，这就决定了液压系统的构成，即工作面支架和端头支架的液压系统成为液压支架的基本组成部分。此外，可以把泵站、中心控制台和支架的液压管路等部分作为支架的公用液压系统。其中每个部分都具有独立的功能，在改善液压传动或者制定新的方案时，一般都可以单独地加以研究。6.2液压支架的液压系统拟订根据液压支架的架型和结构设计，确定立柱和千斤顶数目，并拟订液压系统。6.2.1 立柱系统(1). 单柱控制回路单柱控制回路如图6.1a、b、c、d、e所示，其中图a为单作用单柱，图b、c为双作用单柱，图d、e为双伸缩单柱。 图a 图b 图c 图c 图d图6.1(2). 多柱控制回路 多柱控制回路如图6.2 a、b所示，图中为两根立柱并联组成，同时动作。图6.2 a为共用一个控制阀回路，图为各用一个控制阀回路，采用双液控单向阀或用于双伸缩立柱。 a-共用一个控制阀回路；b-各用一个控制阀回路图6.2 多柱控制回路(3) .带压移架回路带压移架回路如图6.3所示。在立柱控制阀前面装设一个由移架液路控制的支撑保持阀和一个与立柱活塞杆腔液路相通的节流阀，可使支架带压移架，设计时应考虑在移架时，支架对顶板的支撑力应大于10KN/m2(4) 端头锚固支架的闭锁回路端头锚固支架的闭锁回路，各柱升柱时，相互没有关系。而当桩柱升柱时，锚固柱必须处于升柱撑紧状态；反之，当锚固柱降柱时，桩柱的液路压力要达到一定植，否则液压打不开限压阀，不能进入桩柱或锚固柱的活塞杆腔，桩柱或锚固柱就降不下来，从而可以起到相互闭锁的作用。图6.3 带压移架回路(5). 提高立柱支撑力的回路提高立柱支撑力的回路采用两条压力液管路，一条为中压大流量供液管，另一条是高压小流量供液管。在立柱的初撑阶段，先由两条压力液管路共同供液，待顶梁支撑顶板，立柱活塞腔的液压力大于中压液管的压力，单向阀关闭，由高压小流量管路继续供液，直至达到预定的初撑力。6.3、液压元件的选取6.3.1 液压系统的基本参数 泵站采用工作压力为的乳化液泵站。工作介质乳化液：5号水包油乳化液，牌号。最大流量的计算：移架过程中包括：降柱、移架、升柱。因此依架的时间也就为这三个部分的时间之和。国家标准规定移架的时间不能超过22秒。设支架移架时，支架下降。设降柱时间为,升柱时间为,依架时间为。 （6.1） （6.2） （6.3）式中：-立柱内径，-推移千斤顶缸体内径，设由 考虑到工人操作也需要时间，实际流量比以上计算要大一点。6.3.2 阀的选取换向阀：选取冶金工业部北京液压机械厂生产的阀。集成块型号：型，盖板型号：溢流阀：选取冶金工业部北京液压机械厂生产的阀。插入元件型号：， 盖板型号：液控单向阀：选取冶金工业部北京液压机械厂生产的阀。插入元件型号：， 盖板型号：管件：与立柱及千斤顶进、回口连接的由管统一采用无缝钢管。立柱进油口油管：公称通经,外径，壁厚，公称流量。立柱回油口油管：公称通经,外径，壁厚，公称流量。油路管路用年胶管：6.4 控制系统本设计支架的控制阀组一般由一组操纵阀组(8片和3片各一组)，液控单向阀五组(立柱用4组，前梁用l组)，安全阀五组(立柱用4组，前梁、备用1组)，双向锁一组(护帮板用)，单向锁一组组(推移千斤顶备用l组)，截止阀两组，过滤器一组及测压阀(用在支柱控制阀上)等组成。1 操纵阀组 操纵阀中，一组操纵支柱的升、降和前梁千斤顶、护帮板千斤顶、侧推千斤项，推移千斤顶的伸缩。2 液控单向阀 液控单向阀和立柱、千斤顶的工作腔直接连接，操纵阀供液通过它出入立柱、千斤顶工作腔，并在关闭后严密封闭立柱、千斤顶工作腔液体，因此对液控单向阀的要求必须动作灵活，密封可靠。3 安全阀安全阀的作用为，它和立柱用液控单向阀组合使用，保证液压支架具有可缩性和恒定的工作阻力，直接和立柱下腔相通，当顶板压力超过立柱额定工作