数根缸径柱径初撑力工作阻力行程推移千斤顶型式浮动活塞式根数根缸径柱径推力拉力行程侧推千斤顶型式双作用单伸缩根数根缸径杆径推力拉力行程平衡千斤顶型式双作用单伸缩根数根缸径杆径推力拉力行程前梁千斤顶型式双作用单伸缩根数根缸径杆径初撑力工作阻力行程伸缩梁千斤顶型式双作用单伸缩根数根缸径杆径初撑力工作阻力行程配套设备采煤机.型刮板输送机第四章液压支架的受力分析在过去的半个多世纪钟，煤矿井下开采支护设备的设计和使用发生了巨大的变化。其中，最引人注目的是世界范围内广泛采用液压支架作为长壁开采支护的主设备。从采煤设备的发展过程来看，采用液压支架管理顶板是当代采煤技术史上的次重要的变革，也是煤矿现代化的主要标志。液压支架作为综合机械化采煤的关键设备之，其重量的约占综合采煤设备总重量的，其费用约占综合采煤设备总费用的。因此，为了降低成本，提高采煤的经济效益，世界各产煤大国都直在积极地开展液压支架的研究。在研究的过程中，支架的良好的受力状况是每位设计人员必须考虑的。位于直接上方的老顶通常不与直接顶起冒落。当直接顶在支架顶梁之后冒落时，老顶呈悬臂状态。由老顶形成的悬臂梁的端支撑在直接顶跨落后的碎矸上，另端则支撑在支架和煤壁上方的直接顶上，并形成载荷。随着煤壁的推进，老顶悬露长度变短，在增加。当老顶悬露部分达到定长度，起自重使其断裂，于是老顶悬露长度变短，立刻降到最小值，在采煤工作面连续开采过程中，工作面不断前移，由小到大，再由大到小，这样周而复始的变化。每次递增直至老顶断裂，称为老顶周期来压。液压支架的结构和支架液压系统必须保证液压支架具有完全适应顶板变化的性能。采煤机采过个截深之后，支架前移个步距，支护新暴露出来的顶板。此时，顶板尚无下沉现象，支架以“初撑力”支撑顶板。此后，顶板开始破碎和下沉或断裂，支架承载加大，直至立柱下腔压力达到安全阀调整定值，安全阀释放，立柱下缩。称此现象为液压支架的“让压”现象。这时立柱以“工作阻力”支护顶板。随着顶板压力不断加大，立柱就要不断“让压”下缩。为避免立柱完全缩回，支架出现“压死”现象，采煤工作面的生产循环应保证在“压死”前就前移。由上述液压支架的工作状态可知，支架承受的外载荷是顶板下沉形成的。在顶板下沉过程中，支架的顶梁与顶板有相对滑动的现象，支架不仅受有垂直与顶梁的力，还受有平行于顶梁的摩擦力。设垂直于顶梁的力为，由支架的工作阻力来平衡。在支架承载过程中，支架底座承受工作面底板的反作用力。为了设计计算方便，要对支架的外载荷和支架本身进行简化，先概述如下把支架简化成个平面杆系结构。为偏于安全，在计算时把外载荷视为集中载荷。金属结构件按直接梁理论计算。顶梁底座与顶底板被视为均匀接触，载荷沿支架长度方向按线形规律分布，沿宽度方向为均布。通过分析和计算可知，掩护梁上矸石的作用力，只能使支架实际支护阻力降低。所以，在进行强度计算时不计。立柱和短柱按最大工作阻力计算。产生作用在顶梁上的水平力的情况有两种，是由于支架让压回缩，顶梁前端点运动轨迹为近似双纽线，顶梁与顶板间产生相对位移，顶板给予顶梁水平摩擦力另种是由于顶板向采空区方向移动，使支架顶梁受指向采空区的水平摩擦力。顶梁和顶板的摩擦系数般取。按不同支护高度时各部件最大受力值进行强度校核。各结构件的强度校核，除按理论支护阻力校核危险断面外，还要按原煤炭部液压支架型式试验技术规范的各种加载方式，以支架的额定工作阻力逐校核，超过额定工作阻力的超载试验，将由安全系数来保证强度。.支架的受力分析与计算支架整体受力分析当支架撑牢在顶底板之间时，取其整体或部分为分离体，皆处于平衡状态。图支架整体受力图中和为已知，需求及作用点位置。顶梁受力分析与计算首先取顶梁为分离体，如图所示。各力对点取矩，可写出作用点的位置的表达式图顶梁分离体受力式中平衡千斤顶的推拉力推力时，受力方向向上拉力时相反。再取顶梁和掩护梁为分离体，如图所示对点取短，可求得的表达式，将此式与式联立，解出如下再把代入式，可解出。全部按支架在最高工作位置来取数据，则，并代入式得当为平衡千斤顶为拉力且.时图顶梁和掩护梁分离体然后求得值。将数据，.，.代入式得.当为平衡千斤顶为推力且时从以上计算可知当为平衡千斤顶为推力且时，力有最小值。当为平衡千斤顶为拉力且.时，力有最大值。所以，在验算顶梁强度时，按平衡千斤顶受拉且.时进行计算。若这个条件强度计算能满足，其他条件都能满足。由图写出方向和方向的力系平衡方程，再由此解出顶梁与掩护梁铰点的内力和已知代入式和得从式和可以看出，当取值，即平衡千斤顶为推力时，有最大值，掩护梁受力最大，同时前后连杆受力也最大。所以，在验算掩护梁和前后连杆强度时，应按此种情况进行。图掩护梁分离体受力再取掩护梁为分离体，如图所示。写出力系的方向和方向平衡方程，解出为底座受力分析与计算底板对底座的支反力与大小相等。作用点的位置可以由整体支架为分离体如图求出。对点取矩，整理后有取,时最大。图整体支架分离体受力已知，代入式和得由式可知当平衡千斤顶为拉力时，即为且时，力有最大值，也有最大值，所以在验算底板强度时，按此条件进行。.顶梁和底座的载荷分布掩护式液压支架的设计摘要溜后移架方式又称滞后支护方式要求顶梁长度较小。这是因为采用先移架后推溜的工作方式时，支架要超前输送机个步距，以便采煤机过后，支架能及时前移，支控新暴露的顶板，做到及时支护，因此，先移架后推溜时顶梁长度要比先推溜后移架时的顶梁长度要长个步距，般为。这里，采用滞后支护方式。顶梁长度计算掩护式支架顶梁长度计算顶梁长度配套尺寸底座长度掩护梁与顶梁铰点至顶梁后端点之距式中配套尺寸参考原煤炭部煤炭科学研究院编制的综采设备配套图册确定底座长度底座前端至后连杆下铰点之距支架由高到低顶梁前端点最大变化距离支架在最高位置时，分别为后连杆和掩护梁与水平面的夹角。经计算的支架顶梁长度为四连杆机构的确定四连杆机构的作用．梁端护顶鉴于四连杆机构可使托梁铰接点呈双纽线运动，故可选定双纽线的近似直线部分作为托梁铰接点适应采高的变化范围。这样可使托梁铰接点运动时与煤壁接近于保持等距，当梁端距处于允许值范围之内时，借此可以保证梁端顶板维护良好。．挡矸鉴于组成四连杆机构的掩护梁既是连接件，又是承载件，为了承受采空区内破碎岩石所赋予的载荷，掩护梁般做成整体箱形结构，具有定强度。由于它处在隔离采空区的位置，故可以起到良好的挡矸作用。．抵抗水平力观测表明综采面给予支架的外载，不但有垂直于煤层顶板的分力，而且还有沿岩层层面指向采空区方向或指向煤壁方向的分力，这个水平推力由液压支架的四连杆机构承受，从而避免了立柱因承受水平分力而造成立柱弯曲变形。．提高支架稳定性鉴于四连杆机构将液压支架连成个重量较大的整体，在支架承载阶段，其稳定程度较高。四连杆机构在具有以上诸作用的同时，也有些缺点。首先，支架在工作过程当中，四连杆机构必须承受很大的内力，从而导致支架结构尺寸的加大和重量的增加其次，由于四连杆机构对顶板产生个水平力又称水平支撑力，因此对支架的工作性能将产生不良影响。四连杆机构设计的要求.支架高度在最大和最小范围内变化时，如图所示，顶梁端点运动轨迹的最大宽度应小于或等于，最好为以下。.支架在最高位置时和最低位置时，顶梁与掩护梁的夹角和后连杆与底平面的夹角，如图所示，应满足如下要求支架在最高位置时支架在最低位置时，为有利于矸石下滑，防止矸石停留在掩护梁上，根据物理学摩擦理论可知，要求，如果钢和矸石的摩擦系数.，则.。为了安全可靠，最低工作位置应使为宜。而角主要考虑后连杆底部距底板要有定距离，防止支架后部冒落岩石卡住后连杆，使支架不能下降。般取，在特殊情况下需要角度较小时，可提高后连杆下铰点的高度。.从图中可知，掩护梁与顶梁铰点和瞬时中心之间的连线与水平线夹角为。设计时，要使角满足的范围，其原因是角直接影响支架承受附加力的数值大小。.应取顶梁前端点运动轨迹双扭线向前凸的段为支架工作段，如图所示的段。其原因为当顶板来压时，立柱让压下缩，使顶梁有向前移的趋势，可防止岩石向后移动，又可以使作用在顶梁上的摩擦力指向采空区。同时底板阻止底座向后移，使整个支架产生顺时针转动的趋势，从而增加了顶梁前端的支护力，防止顶梁前端上方顶板冒落，并且使底座前端比压减小，防止啃底，有利移架。水平力的合力也相应减小，所以减轻了掩护梁的外负荷。从以上分析可知，为使支架受力合理和工作可靠，在设计四连杆机构的运动轨迹时，应尽量使值减小，取双扭线向前凸的段为支架工作段。所以，当已知掩护梁和后连杆的长度后，从这个观点出发，在设计时只要把掩护梁和后连杆简化成曲柄滑块机构，运用作图法就可以了，如图。四连杆机构的设计四连杆机构的设计的主要方法有直接求解法解析法几何作图法等。本设计鉴于各种方法的优缺点，采用了几何作图法的方式来求解。.确定掩护梁上铰点至顶梁顶面之距和后连杆下铰点至底座底面之距。般按同类型支架用类比法来确定。取掩护梁上铰点至顶梁顶面之距为，取后连杆下铰点至底座底面之距为。.掩护梁和后连杆长度的确定用解析法来确定掩护梁和后连杆的长度。如图所示图四连杆机构几何特征图图掩护梁和后连杆构成曲柄滑块机构图掩护梁和后连杆计算图其中掩护梁长度，后连杆长度，点引垂线到后连杆下铰点之距，支架最高位置时的计算高度，支架最低位置时的计算高度。从几何关系可以列出如下两式式和式联立可得说明支架计算高度为支架高度减去掩护梁上铰点至顶梁顶面之距和后连秆下铰点至底座底面之距。按四连杆机构的几何特征要求，选定代入式，可以求得的比值。由于支架型式不同，般的比值按以下范围来取。掩护式支架支撑掩护式支架支架最高位置时的计算高度为根据的比值和式可以求得掩护梁的长度和后连杆长度，经过取整后,重新算出的角度，这几个参数就确定了。．几何作图法作图过程用几何作图法确定四连杆机构的各部尺寸，具体作法如图所示。图四连杆机构的几何作图法作图步骤如下，确定后连杆下铰点点的位置，使它大体比底座底面略高。过点作与底座底面平行的水平线线。过点作与线的夹角为的斜线。在此斜线上截取线段，长度等于，点即为后连杆与掩护梁的铰点。过点与线的平行线有交角的斜线，以点为圆心，以为半径作弧交此斜线点，此点为掩护梁与顶梁的铰点。过点作与线的平行的线，则线与线的距商为，为液压支架最高位置时的计算高度。以点为圆心，以长度为半径作弧，在掩护梁上交点，为前连杆上铰点的位置。过点作线的垂线认为液压支架由高到低变化时，点在此直线上滑动。在垂线上作液压支架在最低位置时，顶梁与掩护梁的铰点。取线中间点，为液压支架降到此高度时掩护梁与顶梁的铰点液压支架由高到低变化时，顶梁前端点运动轨迹为近似双纽线，中间这点的位置直接影响顶梁前端运动轨迹的形状变化宽度等。以点为圆心，半径作圆弧。以点为圆心，掩护梁长半径作弧，交前圆弧上点，此点为液压支架降到中间位置时，掩护梁与后连杆的铰点。以点为圆心，掩护梁长为半径作弧，交最前面圆弧上点，此点为支架降到最低位置时，掩护梁与后连杆的铰点。连接，并以点为圆心，为半径作弧，交上点点以点为圆心，长为半径作弧，交上点点。则三点为液压支架在三个位置时，前连杆的上铰点。连接