高层建筑外墙清洗机升降机部分的设计.doc

高层建筑外墙清洗机-升降机部分的设计摘 要:高层建筑外墙清洗机是一种投资小，成本低，安全可靠，工作效率高的机器。该机器分为两部分，一部分是在大楼顶上的清洗机升降机，清洗机升降机通过钢丝绳，吊钩带动另一部分，即清洗机附在高层建筑外墙壁上进行清洗工作。高层建筑外墙清洗机工作时，升降机的双速电机启动，通过钢绳带动机架迅速上升，上升到预定位置，双速电机停止并制动，调整好清洗机的位置后，解除制动，双速电机反向启动，机架则缓慢向下移动，与此同时，机架顶部的喷淋水嘴喷水，各导轨上的刷具在各电机的带动下沿各自的导轨往复移动的同时作旋转运动，洗清外墙上的污渍，使外墙干净洁白美观。 关键词: 高层建筑外墙清洗机； 清洗机升降机； 清洗机The external walls of high-rise building washing machine -part of the design lifts Abstract: The external walls of high-rise building cleaning machine is a small investment, low cost, safe, reliable, efficient machines. The machine is divided into two parts, is part of the building on top of the washing machine lifts, washing machines through the lift rope, hook driven another part, that is, washing machine attached to the external walls of high-rise building cleaning work. The external walls of high-rise building cleaning machines work, lift the two-speed motor launch, led by wire rope rack rising rapidly, up to the scheduled location, two-speed motor and braking to stop, adjust the location of washing machines, lifting brake, Reverse two-speed motor launch, the rack is slowly moving down at the same time, Shuizui rack at the top of the water spray, brush with the rails in the motor driven along the rails of their respective reciprocating At the same time moving to rotate, cleared on the external walls of the stains, clean the external walls of white beauty. Key words: the external walls of high-rise building cleaning machine; washing machine lifts; washing machine.第一章 序言1.1 清洗建筑表面的意义随着人类社会的不断发展进步，城市规模不断扩大，城市建筑更加规范，完美。千姿百态的各式建筑，尤其是高层建筑外墙都用各种建筑材料进行装饰，如粘帖各色墙砖，瓷砖，马赛克，或涂上涂料，但是，自然界的风吹雨打，日光辐射，尘埃污染，以及一些人为或偶然事故等原因，一段时间过后，建筑表面都将不同程度地变得污浊灰暗，破旧不堪，在环境差的地区，污染或损坏还相当严重。建筑表面就像人身上的外衣，要保持清洁，就需要经常清洗，整理。为此，世界发达国家和地区，对保持建筑表面的清洁非常重视，并以法律的形式明确规定，每年必须定期清洗，否则将受到处罚。近年来，我国各级政府部门的环境保护意识已发生了很大改变，国内一些大，中城市，特别是旅游，开放城市，旅游景点，为保持建筑表面清洁，也制定出台了相应的法规，全国范围的卫生评比活动，把保持建筑表面清洁列为考核的重要指标之一，其中高层建筑的外墙，醒目，突出，自然也就成为检查的重中之重。有信息表明，十五期间国家用于环境保护的投资将由九五期间国民生产总值的1.5%翻倍增加至4%，同时还伴随以产业政策的优惠。所以，随着我国改革开放的不断深入，政府，公民的环保意识的不断加强，建筑表面清洁问题必将引起各方面的高度重视，建筑清洗行业必然具有广泛的发展前景，将产生巨大的经济效益和社会效益.建筑表面清洗主要包括外墙清洗和中央空调风管的清洗，目前外墙清洗是采用传统的“蜘蛛人”清洗，这是以牺牲生命为代价的非人工作，部分城市颁布了建筑表面清洗条例； 由于非典事件，公共卫生得到了高度的重视，特别是中央空调风管的清洗，最近有关中央空调的清洗条例很快出台；因此对于建筑表面清洗提供一个完备的解决方案，必然打破一个传统的产业格局，改变了人们的工作方式，用机器人清洗代替传统的人工清洗或无法清洗，是必然的发展趋势。1.2 高层建筑外墙清洗方法介绍保持城市建筑，尤其是高层建筑外墙清洁，必然要求开发新型的清洗机械，尤其是能取代人对高层建筑外墙进行自动清洗的机械，以适应新兴行业的需要。高层建筑物外墙的清洗是一项十分复杂的系统工程，为了清洗时有针对性和保护建筑物，首先要分析污垢的成份和结构及污染程度： 1 ）高层建筑物外墙的污垢组成及建筑物的理化性质 外墙的污垢一般分为三级，一级比一级严重，一级是灰尘；二级是污渍；三级是污垢。通常所说的污垢是三者的总称。2）污渍污渍由多种成分的灰尘和水的混和物，酸雨痕迹，菌类以及泥浆、染料等渍迹组成。在软、硬表面上都粘染。建筑物是最大污渍粘染表面，故污渍一旦粘染不及时清除，就会常期顽固的留存，使建筑物表面受到严重的污染。 3）污垢 污垢有油基、水基之分。随着人们生活水平的提高，工业迅速发展，污垢的种类越来越多，成分越来越复杂。污垢的质量远远高于灰尘和污渍。污垢不及时清洗干净就会在建筑物表面留下永存印迹而且失去光采。除以上三种污垢外，对于金属建材而言还有另外一种污垢形式，就是变色。这是金属与水、空气中的某些物质发生化学反应造成的如铁锈、铜绿、金、银、铝的表面氧化变暗等。总之，建筑物所存在的位置、环境不同，污垢的成分和污染程度亦有所不同，有的光滑(如釉面砖)、有的粗糙(如水涮石)、有的易被酸碱腐蚀(如铝合金门窗)、有的易被溶剂溶解(如丙酮可溶解化工涂料)。由于外墙的介质有所不同，所以在清洗外墙前要分析外墙的成分和理化性质及污染程度。对此社会大多出现了人工、物理和化学的方法，分作简要介绍如下：1）人工清洗当代大厦多为高层建筑，外墙面多用各种材质的面砖装饰。为保持大厦外表的清洁、美观，应定期对外墙进行清洗。高层大厦玻璃幕墙和玻璃窗的外面，容易附着灰尘，需要经常擦拭，以保持大厦美洁和室内明亮。清洗大厦外墙和玻璃的外面，需要经常擦拭，以保持大厦美洁和室内明亮。清洗大厦外墙和玻璃的外面，需要在室外和高空中作业。高空玻璃擦拭法的工作大体如下： （1） 首先查看作业现场，确定作业方案。重点查看屋顶状况，确认能否安装吊篮、吊板；吊篮、吊板在屋顶移动有无障碍；霓虹灯、广告字牌等是否防碍作业等。（2）安装运载工具吊篮或吊板。如大厦已安装擦窗机，则按规范进行操作前的检测。（3） 准备擦拭工具，包括水桶、清洁剂、毛滚、胶刮、毛巾以及备用辅助工具铲刀、刮刀、溶剂等。（4） 作业人员携带工具上吊篮或吊板。有些工具应用松紧绳栓在吊篮或吊板上，以防一旦失手从高空落下伤人。在地面上设拦护绳和安全告示牌。（5） 作业方式为从上到下。每擦拭完一溜，整理工具、加清洁剂、横向移动吊篮或吊板，再继续第二溜作业。（6） 擦拭玻璃方法：检查玻璃上有无粘着物等污迹，如有，先用刮刀等相应辅助工具和溶剂除去。将毛滚浸入桶中，待清洁剂充分吸入后，用手轻轻捋一下（以不入下滴水为宜），均匀涂抹在玻璃上。涂抹时，一般为由上往下滚，横向移动，每趟滚迹要交叉相压，以防漏涂。用胶刮将涂抹在玻璃上的清洁剂刮净，操作时应稍用力，将胶刮均匀按压在玻璃上，由上至下慢慢刮动，一次刮净一溜，用湿毛巾擦净胶刮后，再横向移动刮另一溜。玻璃刮净后，用毛巾将窗擦净。确认一次应作业范围的玻璃已擦拭完毕，滑动吊篮或吊板，继续往下作业。（7） 全部作业完成后，收拾整理工具，撤去地面拦护绳和告示牌。并用步话机保持联系。弄清屋顶状况。确定水源、电源。由上可知此清洗方法为危险作业，劳动强度极大，而且所需大量劳动人员，效率低。 2）物理清洗法 主要是通过外力使污垢脱离建筑物的外墙，具体方法是用超声波或水冲洗(或水喷淋)，使污垢疏软、剥离、融化，最后再用水冲洗干净。该清洗方法对环境污染大，成本高，浪费大量能源和资源。3）化学清洗法 化学清洗法是利用化学试剂对污垢进行溶解、分离、降解等化学反应，使外墙去污。此清洗方法对环境污染程度高，对人的身体健康损伤大。针对以上三个清洗方法的缺点与不足，我们设计了一种投资小，成本低，安全可靠，工作效率高的全自动高层建筑外墙清机来解决以往的清洗常用用高空吊篮、吊板、升降台等运载工具，作业难度大，危险性大。操作人员须经严格体检，严格培训，严格遵守操作规范和安全规范，作业时，屋顶和地面都要有人监护，而且难免工作人失手，从高空落下伤人。避免人员劳动强度大，作业安全保证性低，成本和代价花费大。杜绝物理化学方法，污染严重，浪费资源。发达国家，对建筑表面保持清洁重视较早，对高层建筑外墙的清洗，已淘汰了用提升设备载人进行的方法，开发出许多代替清洗工人擦洗的机器人。中央电视台曾在新闻联播中报道了日本在这一领域的最新成果，是利用遥控热气球悬吊擦洗机械来清洗高层建筑的外墙。用机械代替人工清洗高侧建筑外墙面，一方面不用工人高空作业，安全可靠：另一方面是原清洁工人简单却繁重的擦洗动作，改由机器完成，可大大提高清洗效率，降低清洗成本。先进的清洗技术，又进一步促进了城市清洗行业的发展，为保证城市优美的环境提供了技术保障。由此可见，开发代替人高空作业的清洗机械，是我国清洗技术领域的发展方向。1.3 高层外墙清洗机简介 我们设计了一种投资小，成本低，安全可靠，工作效率高的全自动高层建筑外墙清机。该机器分两部分，一部分是在大楼顶上的清洗机升降机，清洗机升降机通过钢丝绳，吊钩带动另一部分，即清洗机附在高层建筑外墙壁上进行清洗工作。全自动高层建筑外墙清机工作时，升降机的双速电机启动，通过钢绳带动机架迅速上升，上升到预定位置，双速电机停止并制动，调整好清洗机的位置后，解除制动，双速电机反向启动，机架则缓慢向下移动，与此同时，机架顶部的喷淋水嘴喷水，各导轨上的刷具在各电机的带动下沿各自的导轨往复移动的同时作旋转运动，洗清墙外上的污渍，使外墙干净洁白美观。本设计产品改变了多年以来人工吊拉清洗或一根绳一块板吊人清洗的高危作业现象，实现了机电一体化。结构简单，操作方便，投资小，成本低，安全可靠，工作效率高。一小时大约可清洗墙面600800m2。由于能力有限，设计中的错误在所难免，请大家给予批评和指证，谢谢！ 第二章 整机的工作原理和主要参数2.1 工作原理清洗机包括机架，装在机架顶部的喷淋水嘴，横置于机架上的三根导轨，分别通过传动机构受减速电机带动的能沿导轨往复移动的刷具。每根导轨上有通过位于导轨顶部的与导轨配合的导向轮沿导轨移动的支座，沿导轨底部有齿条，传动机构中与减速电机输出轴上的主动链轮，位于导轨底部与导轨上的齿条啮合的齿轮轴，装在齿轮轴伸出支座的一端的从动链轮通过链条受主动链轮带动，刷具装在刷具轴上，工作时，打开减速电机，刷具轴带动刷具旋转清洗墙面，与此同时，刷具轴上的主动链轮通过链条带动从动链轮转动，从而齿轮轴转动，齿轮相对于导轨上的齿条转动而带动支座沿导轨往复移动。上述的控制器中有设置在每根导轨两端上的行程开关。清洗机升降机则包括双速电机，制动器，涡轮蜗杆减速器，卷筒，提升杆臂，等构件。工作开始前，提升机在地面，清洗机升降机在大楼顶上。首先调整好升降机的位置并用支撑杆支撑到位，然后将吊钩释放到地面与清洗机连接好，启动双速电机正转，则清洗机快速上升到预定位置，停止双速电机，制动器制动防止清洗机在重力作用下自行下降。通过双螺母调整提升杆臂的位置，使得清洗机靠近墙面，达到清洗刷毛贴住墙壁，保持在清洗过程中清洗刷对墙壁有一定的压力。这时，将大楼的自来水通过水管接到清洗机的机架顶部，做好准备后就可以解除制动，反向启动双速电机了，同时打开水管。这样，清洗机就开始慢速下降清洗墙面了。当清洗机走完一个上下来回时，停止双速电机，则重新调整提升机的位置，接着清洗墙面。2.2 主要参数双速电机额定功率： 2.4KW、 1.5KW;双速电机额定转速： 1500r/min、 750/min;减速器传动比： 8卷筒转速约： 186 r/min、 93 r/min、钢丝绳上升速度约： 0.6m/s;钢丝绳下降速度约： 0.3m/s;第三章 清洗机提升机的设计3.1 钢丝绳的选择由于有两根钢丝绳同时吊着清洗机，则我们在计算时取单根钢丝所承受的最大拉力为总载荷的66%。 钢丝绳的最小直径： (d钢丝绳最小直径，c选择系数，s钢丝绳的最大工作静拉力)。 由文献2812页得：提升机构的工作级别为A8，则c=0.140,钢丝绳的公称抗拉强度为1550mpa. =0.140=5.28mm. 我们暂时取d=6mm.并选用钢丝绳6NAT16 SF1470 Z17.5 12.4 GB/T8918.即公称直径为6mm,光面，合成纤维芯，公称抗拉强度为1470MPa,右向捻，最小破断力为17.5KN，12。4Kg/100的MGB/T8918类钢丝。 钢丝绳的安全系数，按文献2中的第14式： Ks= =8.9Ks=6验算所选的钢丝绳合格3.12 定位支撑杆的设计定位支撑杆的作用是支撑起整个起升机构，因此它的要求比较高。我们在这里考虑选用带有矩形螺纹的支撑，其螺纹牙型如下图所示：图五：矩形螺纹牙型初设小径d=24mm,则大径d=1.25d=30mm,螺距P=0.25d=6mm,实际牙型高h=0.5P+(0.10.2)=3.2mm,则小径d=d-2h=23.6mm,牙底宽W=0.5P+(0.030.05)=3.03mm,顶宽f=P-W=2.97mm.支撑杆的螺纹长度l=140mm,螺纹下面的非螺纹部分b=150mm, 螺纹上面的非螺纹部分c=10mm,头部长度k=18.7mm.则总长L=l+b+c+k=318.7mm.为了防止在支撑过程中打滑，则我们在支撑杆的下面装上一个防滑套，其厚度m=10mm.这样以来，可支撑的总高度H=l+b+m=300mm,比未支撑时的235mm高出65mm,满足使用要求了。3.13 控制电路的设计1.电路原理图如下图六:电器原理图2.电路原理图说明上面的电路原理图是我们前面所选双速电机的变速控制线路，如图所示，通过转换开关QB手动控制来选取所需的转速。当吊钩和清洗机连接好了以后，把QB扳到“2”的位置，再按下2SB,则2KM得电且自锁，使电动机定子绕组连成“丫丫”型并接入电网高速运行。此时就是提升机提着清洗机以大概0.6m/s的速度快速上升;当清洗机上升到适当的位置时，按下停止按钮SB停止上升。调整清洗机与墙壁的位置从而达到清洗机工作的位置。把QB扳到“1”的位置，再按下1SB,则1KM得电且自锁，使电动机定子绕组连成“”型并接入电网低速运行。此时就是提升机提着清洗机以大概0.3m/s的速度慢速下降;此时为清洗机清洗墙面的工作时间，当清洗机下降到地面时，按下停止按钮SB停止下降。调整升降机的位置，准备下一轮的清洗工作。在此电路图中接触器1KM与2KM(或3KM)互锁，使二者不会同时得电，以避免电源短路等事故。设计总结及展望历时两个多月的努力，我的毕业设计终于接近尾声，随之而来的是大学生涯的满结束。在这次设计过程中不仅把以前四年的知识巩固复习了一下，还学到了一些新的东西，可以说既有喜悦又有辛酸，喜得是在工作之前能再有一次这样的机会来把四年的理论知识运用到实际上，可以说这是走向社会的一次实战模拟，能完成它就是对我四年学习的一种肯定。但单独设计一个整体的、完整的、可以投产的机器，我们还是感到较大的难度的，因为它涉及知识面广，工作量大，而且许多东西都是要按设计手册规划的，因此在设计中也感到任务的艰巨。本次设计的内容是全自动高楼外墙清洗机的整体方案设计，具体设计包括清洗机的起升机构，自动控制方案的设计和电路图的绘制。虽然在设计过程中遇到很多困难，但毕竟给我们带来了很多有价值的东西，这套机器的整体不仅仅光是机械部分的，它是需要采用电器控制来完成、实现动作的，通过设计翻阅大量资料，对力学、材料及电器控制方面的知识有了更进一步的理解，培养了团结合作的意识，锻炼了运用资料及查阅文献和设计手册的能力，这些也就是此次设计的最大收获。毕业设计是我在大学学习阶段的最后一个环节，是对所学基础知识和专业知识的一种综合应用，是一种综合的再学习、再提高的过程，这一过程有助于培养自己的学习能力和独立工作能力。通过本次毕业设计，我感到自己应用基础知识及专业知识解决问题的能力有了很大的提高，因此，是在我即将工作之前，它是一次重要演练。我想，通过这次毕业设计，到了工作单位后，我将能够更快的适应工作岗位和工作要求。我对自己充满信心。毕业设计是大学里最后一次真正学习的机会。在设计中几乎用到了大学里所有的基础知识。最后感谢何睿同学与我合作及其帮助，特别感谢赵又红老师及杨世平老师对我孜孜不倦的指导和教诲。参 考 文 献1 成大先主编.机械设计手册.减（变）速器电机与电器.北京：化学工业出版社.20042 成大先主编.机械设计手册.单行本弹簧起重运输件，五金件.北京：化学工业出版社.20043 成大先主编.机械设计手册.单行本机械传动.北京：化学工业出版社.20044 成大先主编.机械设计手册单行本机械制图极限与配合.北京：化学工业出版社.20045 席伟光，杨光，李波主编.机械设计课程设计.北京：高等教育出版社.20036 符伟主编.机构设计学.长沙：湖南大学出版社.20007 孙开元，李长娜主编.北京：化学工业出版社.20068 纪名刚主编.机械设计（第七版）.北京：高等教育出版社.20019 崔洪斌，高伟，王瑜主编.AutoCAD 2005机械图形设计.北京：清华大学出版社.198510 高为国主编.机械工程材料基础.长沙:中南大学出版社.200411 成大先主编.机械设计手册单行本联接与紧固.北京：化学工业出版翻译部分中文译文关于二柱掩护式支架与顶板之间相互作用的研究二柱掩护式支架如图1所示。为了评定支架的适应性，通常有两个特性要考虑：顶板控制影响显然，掩护式支架更容易阻止冒落矸石掉在工作面上，但是它更难阻止冒落矸石掉在遮蓬区。根据来自阳泉和翟梨的资料显示,下落时间导致停止生产，归因于下落顶板在遮蓬区大约是4060的下落时间在工作区。顶板沿着朝向倒塌。就是说，在一个装有二柱掩护式支架的面上更多关注的是顶板及时控制问题，特别是面向遮蓬区。在顶板压力作用下对支护结构的作用近期来自煤矿的报道证明，二柱掩护式支架已经在顶板压力作用下破坏，特别是遮蓬和稳定柱面连接处。明显的是这种支架的支护空间被认为对一些顶板条件不够，并且必须改进。二柱掩护式支架加载条件分析作用在二柱掩护式遮蓬上的压力：顶板压力，来自立柱的力，撞击，遮蓬和洞穴保护的销轴，顶梁和顶板的破碎表面。假设表面破碎和作用在掩护梁上的力不考虑，可以得到下面的公式：上式中符号的意思表达在图4a中。假设 然后我们可以得到下面的公式。可以看出，当P增大到屈服载荷P+，力因此在撞击中形成象在图4b中曲线Z所描述的。事实上撞击的推拉力有一个屈服载荷。例如，对于掩护式支架W.S.1.7，屈服力是推力67.7t和拉力62.4t。因此，撞击力的曲线如图4b所示。那么总的载荷Ps整个的支架给出如下：假设W=0,那么因此，根据顶板作用在顶梁上的压力的位置和支架支护的表现，我们可以遮蓬划分为3个工作区，即，IIBC区，立柱的载荷P等于P+，BC区，立柱载荷P等于P+和-CD区，和撞击的载荷力等于Z（撞击的屈服力是拉力）。支撑立柱承受力的特性和每个遮蓬区上的冲击显示如下：区 ZZ；区 PP+区 ZZ-显然，作用在和区遮蓬上的反作用力是由冲击的屈服载荷产生的。例如，如果Z等于0，在和区支护本身的反作用力将失去和反作用力丢失和只有当来自相应区域的一些附加力存在时反作用力将产生。在或区，存在由顶板产生的平衡力。如果冲击的屈服载荷产生了，显然，区的距离将变的更宽，并且或区上的反作用力将由此增加。这些如图5所示。顶板压力和支护反作用力的相互作用众所周知，作用在支护顶梁上的顶板压力可以分成两个部分，它们是：由及时顶梁产生的Q1，由主顶梁产生的Q2，显示在图6中。作为通用法则，作为一个不连续的媒体被考虑和存在一个沿着洞穴的自由面。载荷Q1固定作用在支护上，载荷分布在遮蓬区可以认为是均布的。来自主顶梁的载荷Q2被作为一个集中载荷考虑，作用在及时顶梁和支护保护。基于顶板测量显示，发现主顶梁过度层可以作为由大量的岩石连续互锁形成的一种结构。当煤高度提高，每一石块滑向另一石块。主顶梁在图7中显示。显然，来自主顶梁的载荷作用位置首先依靠石块在主顶梁上的稳定条件。Q2可以作用在掩护区的前部和尾部。其次，依靠及时顶梁下落的位置。Q2。如果条件反向，那么力作用在前部遮蓬的位置。结果，顶梁压力Q作用在遮蓬上因此可以从Q1和Q2连接起来。当顶梁压力Q作用在I区和QPs，将首先减轻冲击的影响。那么遮蓬前部将向下转和平衡力Q3将在遮蓬尾部产生。显然，在这种情况下，在遮蓬尾部以上的顶板保持完整或者不能剪断。联合作用（Q+Q3）的作用点移向区直到联合作用（Q+Q3）等于支护的反作用力Ps。在相反条件下，平衡作用Q3将在区产生。从这我们能看出这类支架的反作用力因此能形成在当平衡力Q3产生和作用在遮蓬的条件下。就是说，及时顶梁不能完全剪断。根据以上提到的分析，现在考虑在下列不同的条件下：顶梁未知和支护阻力Ps的反作用力等于P+（立柱的屈服载荷）。那么支护的反作用力可以按下式表达：QQ3Ps假设PsP+，那么那么X在连接作用的位置（QQ3）的作用将变为xP（1A）z/B假设顶板作用力Q作用在x1的位置，平衡作用力x3（原因是在于连接点），然后可以得到下式：Qx1Q3x3（QQ3）（p（1A）z/B）和Q3等于：顶板压力Q的支护反作用力等于：采用来代表支护作用，这有下面因素的联系：几何参数的支持，也就是参数p，A，B，和z；顶板压力的作用位置x1；及时支护的平衡力作用位置x3。很明显，越近，x1的值靠近区，支护效率就越高。有时，x3的值作为遮蓬和及时顶梁之间相互关系的顺序。当Q作用位置平衡力Q3等于0，支护效率，等于1。图8显示，当变量顶板压力Q作用在3个不同的位置，遮蓬区的位置x1和区不同顺序x3，为了反抗顶梁压力（Q），相应的平衡力Q3，和在区必须给出的不同的值。例如，当顶板压力作用在遮蓬尖端和等于80t如果x337cm,那么没有遮蓬作用力在遮蓬尾部形成。因为顶板下落发生在面向遮蓬区变得不规则，因此为了遮蓬转动遮蓬有3种操作条件：向下（10）和从0到10不同的角度。根据翟梨煤矿收集的统计数据，遮蓬旋转的操作条件，15，对应11。由于，顶板对顶板的作用位置是不同的，顶梁和掩护梁的角度是变化的。通过表1，我们可以看到方向变化的百分数占44.8，意味着顶板压力Q首先作用在区和平衡力Q3形成在区；最后，合力（QQ3）作用位置将转向区。在表1中负变量百分数占19.4。相似的结果也可以从翟梨煤矿的No.322工作面区域测量得出，在表2和图9中的显示。显然，顶板压力作用在区或遮蓬的区，如果合力作用（QQ3）位置移动到区。支架的操作条件是正常的。但是如果合力作用位置移到区，和继续向前或向后移动，支架将工作在非正常条件下。英文原文A STUDY OF THE INTERACTIONBETWEEN THE 2-LEG SHIELD SUPPORTAND THE ROOF STRATAINTRODUCTIONThe 2-leg shield powered support is shown in Fig.1.It is known that in order to asses the adaptability of a powered support normally there are two principles to be considered:Fig.1 2-leg shield support EFFECTIVENESS OF ROOF CONTROL Obviously, shield support is much easier to prevent the broken rocks from falling into the working space, but it is much harder to prevent the broken rocks from falling into the face-to-canopy area. On the basis of the statistical data obtained from the Collieries Yang-Quan and Zhai-Li, the down-time leads to stop production due to falling roof in the face-to-canopy area is about 40-60% of the total down-time in the working face. Collapse of roof strata along the faceline is shown in Fig.2. That is to say, in a face installed with 2-leg shield powered support much more attention must be paid to the problem of immediate roof control, especially in the face-to-canopy area.EFFECT ON SUPPORT STRUCTURE UNDER THE ACTION OF ROOF PRESSURE Recent reports from some collieries reveal that 2-leg shield support has been broken under the action of roof pressure, especially at the joint of the canopy and the stabilizing cylinder as shown in Fig.3. It is evident that the supporting capacity of this type of support could not be considered as adequate to some such kind of roof conditions and must be improved.Fig.2 Collapse of a longwall face at the facelineFig.3 Damage at the joint of the stabilizing cylinder and the canopy ANALYSIS OF LOADING CONDITION OF 2-LEG SHIELD SUPPOIRT The forces acting on the canopy of 2-leg shield support are: the roof pressure, the forces from the support legs, ram, hinge pin of the canopy and the caving shield, the surface friction between the canopy and the roof strata.Assuming that the surface friction and the force acting on the caving shield are not taken into account, the following formula can be obtained:The meanings of all the symbols used in this formula are illustrated in Fig.4a.Assuming that then we can obtain the following formula.It can be seen that When P is increased to the yield load P+, the force thus in the ram would be distributed as shown in curve Z in the Fig.4b. In fact the ram has a yield load in push and pull. For example, for the shield support W.S.1.7,the yield load in push is equal to 67.7t and in pull 62.4t. So the curve of the force from the ram would be redistributed in the face as curve Z+, and the curve of force for the support legs would be redistributed as carve P shown in Fig.4b. Then the total load Ps for the whole support can be given as follows:, Assuming that W=0, then:Thus, according to the position where the roof pressure acts on the canopy and refer the support performance to the load of the ram Z is equal to +Z, (the yield load of the leg ) and -CD zone, on which the load of ram is equal to Z (the yield load of the ram in pull ).The load bearing characteristics of the support legs and the each zone of the canopy are shown as follows:Fig.4 Three working zones of support canopy zone Z=Z+. zone P=P+. zone Z=-Z-Obviously, the resistances of zone and zone on the canopy are produced by the yield load of the ram. For example, if Z is equal to zero, the resistance of the support itself in zones and would loss and the resistance can be produced only when there exists some additional forces from the corresponding zones. In zone or . There exists a balance force produced by the roof strata. If the yield load of the ram is increased, obviously, the interval of the zone would become much wider, and the resistance on the zones and will be increased accordingly. There are shown in Fig.5.Fig.5 Resistance Curve of different yield load of ramINTERACTION BETWEEN ROOF PRESSURE AND SUPPORT RESISTANCEIt is well- known that the roof pressure acting on the canopy of the support can be divided into two components, they are: Q1 produced by the immediate roof and Q2 by the main roof, as shown in Fig.6.As a general rule, the immediate roof can be considered as a discontinuous media (like a loose body) and there is a free face along the caving line. Load Q1 acts steadily on the supports. Load distribution on the canopy may be considered as uniform. Load Q2 from the main roof may be considered as a concentratedload which acts on the immediate roof and then acts on the canopy of the support. Based on the displacement measurement of roof strata it has been found that the main roof of the overlying strata can be considered as a structure formed by layers of rock blocks interlocking with one another, when the coal face advances, each block becomes to move forming a turning block. The displacement of the main roof is shown in Fig.7.Obviously, the acting position of the load from the main roof firstly depends on the stability condition of the blocks in the main roof. Q2 can act either in front or in the rear of the canopy. Secondly, it depends on the position where the immediate roof falls. If the front section of the immediate roof is fractured and falls into the working space, then the force from the main roof would act on the canopy. If the condition is opposite to this, then the force would act on the position in front of the canopy.Consequently, the roof pressure Q acting on the canopy can thus can be combined from those of Q1 and Q2.Fig.6 Roof Pressure Produced by the main roof and the immediate roof Fig.7 Displacement of the main roof When the pressure Q acts on zone and QPs, the relief valve of the ram would firstly open ,then the front part of the canopy would turn downwards and the balance force Q3 would be produced in the rear part of the canopy must be kept intact or must not cave equal to the resistance force (Ps) of the support. In the opposite condition the balance force Q3 would be produced in zone .From this we can see that the resistance of this type support can thus be formed in the condition when the balance force Q3 occurs on the canopy. That is to say, the immediate roof must not cave at all.According to the analysis mentioned above, now consider that is under the different conditions: The roof is unbroken and the resistance of the support Ps is equal to P+ (the yield load of the legs). Then the resistance of the support can be expressed as follows:QQ3PsAssume PsP+, so that Then the acting position where the roof pressure Q acts would become xP（1A）z/BAssume that the acting position where the roof pressure Q acts is at x1, and the balance force Q3 is x3 (the origin is in the hinge pin point), then the following formula is obtained:Qx1Q3x3（QQ3）（p（1A）z/B）The roof pressure Q which the support can resist is equal to:The roof pressure Q which the support can resist is equal to:Take to stand for the efficiency of the support, obviously, this has relation with the following factors: the geometrical parameters of the support, i.e. parameters of the balance force (reaction) of the immediate roof x3. It is obvious that the nearer the value x1 approaches to zone , the higher the efficiency of the support would be. Something the value x3 can be represented as an index to stand for the interactive relation between the canopy and the immediate roof. When Q acts in the position , the balance force is equal to zero, and the efficiency of support , is equal to 1.Fig.8 shows that when a variable roof pressure (Q) acts in three different positions (x1) in the zone of the canopy and with different index x3 in zone , in order to resist the roof pressure (Q), a corresponding balance reaction force Q3 with different values must be given in zone . For example, when the roof pressure is acting on the tip of the canopy and is equal to 80t if x337cm. then there would be no such balance force formed in the rear part of the canopy.Because roof fall occurs in the face-to-canopy area where the roof would become irregular, thus the canopy would have three kinds of operating condition for the canopy to swing: downwards (10) and at an angle from 0 to 10. According to statistical data collected from Zhai-Li Colliery, the percentage of the operating of the operating conditions of the canopy swinging canopy in 15, for 11%.Due to the fact that the acting position of the roof pressure on the canopy is different, the angle between the canopy and the caving shield may be variable. Table1 shows the variation accounts for 44.8%, which means that the canopy and the caving shield may be variable. Table1 shows the variation of this angle in each operation cycle.From Table1, we can see that the percentage of positive variation accounts for 44.8%, which means that the roof pressure (Q) firstly acts on zone and than the balance force (reaction) (Q3) is formed on zone ;finally, the acting position of the combined force (Q+Q3) would move t