掩护式液压支架设计与三维建模毕业设计

江苏科技大学本科毕业设计论文学院机械工程学院专业机械设计制造及其自动化学生姓名班级学号指导教师二零年月江苏科技大学本科毕业论文掩护式液压支架设计与三维建模SCREENTYPEHYDRAULICSUPPORTDESIGNAND3DMODELING完整的毕业设计过程PROE三维建模，包括零件，装配图已经运动仿真。（图中只截取部分）这里贴上掩护式液压支架CAD图该毕业设计成果经过严格而完整的毕业答辩过程，并取得优秀。如有需要可以联系球球983091293江苏科技大学本科毕业设计（论文）诚信承诺书本人郑重声明所呈交的毕业设计（论文）（题目掩护式液压支架设计与三维建模）是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。尽本人所知，除了毕业设计（论文）中特别加以标注引用的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果品。作者签名年月日（学号）（理工类）江苏科技大学毕业论文（设计）任务书学院专业机械设计制造及其自动化学号姓名指导教师职称20年月日毕业设计（论文）题目掩护式液压支架设计及三维建模一、毕业设计（论文）内容及要求（包括原始数据、技术要求、达到的指标和应做的实验等）1、了解液压支架的工作原理、功能及工作环境了解液压支架的升降、推移输送机、移架的工作原理。2、根据工作环境和要求对液压支架进行受力分析从而设计液压支架的结构尺寸，包括架型的选择、底座形式和护帮形式的选择、立柱和千斤顶位置的确定等。3、对于液压支架各部分结构要经过严格的设计、计算，最后还要进行校核（比如顶梁和立柱），以满足可靠、使用周期长等要求。4、完成液压支架的三维建模和运动仿真。二、完成后应交的作业（包括各种说明书、图纸等）1毕业设计论文一份（不少于15万字）；2外文译文一篇（不少于5000英文单词）；3总装图纸一张及零件图若干。三、完成日期及进度自2013年3月25日起至2013年6月14日止进度安排13月25日4月7日查阅资料、调研，完成开题报告；24月8日4月28日完成总体设计。34月29日5月20日完成零件设计及三维建模45月21日6月10日完成运动仿真，撰写毕业设计论文。56月10日6月14日答辩。四、同组设计者（若无则留空）五、主要参考资料（包括书刊名称、出版年月等）1、丁绍南液压支架设计M北京阜新矿院，198542、刘付营大采高液压支架虚拟设计与试验研究D徐州中国矿业大学，200873、王启广，黄嘉兴著液压传动与采掘机械M徐州中国矿业大学出版社，200534、赵宏珠著综采面矿压与液压支架设计M徐州中国矿业大学出版社，198855、张家鉴等著液压支架M北京煤炭工业出版社，199236、成大仙等著机械设计手册（液压传动）M化学工业出版社，200417、王国法著液压支架技术煤炭科学与技术，19999系教研室主任（签章）年月日学院主管领导（签章）年月日注1、如页面不够可加附页2、以上一四项由指导教师填写采煤液压支架设计摘要采煤综合机械化，是加速我国煤炭工业发展，大幅度提高劳动生产率，实现煤炭工业现代化的一项战略措施。综合机械化不仅产量大，效率高，成本低，而且能减轻笨重的体力劳动，改善作业环境，是煤炭工业技术的发展方向。液压支架是综合机械化采煤方法中最重要的设备之一。液压支架主要由以下几个基本部分组成顶梁，掩护梁，四连杆机构，侧护板，底座，立柱和千斤顶等。设计要遵循支护性能好、强度高、移架速度快、安全可靠等原则。在这次放顶煤液压支架的设计过程中，主要以底座、主顶梁、尾梁和立柱等结构件的机械部分设计为重点，用普通设计步骤设计总体结构尺寸，再用PROE初绘总体架型检查配合尺寸，然后转化为并修改细节，最后对主要构件进行强度校核。关键词放顶煤液压支架，顶梁，四连杆机构DESIGNOFCAVINGHYDRAULICSUPPORTABSTRACTTHECOMPREHENSIVEMECHANIZATIONOFCOALMININGISTHEACCELERATIONCOALINDUSTRIALDEVELOPMENTOFOURCOUNTRY,RAISESLABORPRODUCTIVITYSUBSTANTIALLY,REALIZESTHEMODERNASTRATEGICMEASUREOFCOALINDUSTRYSYNTHESIZEMECHANIZATIONNOTONLYOUTPUTBIG,EFFICIENCYHASLOWCOSTHIGHANDCANALLEVIATEHEAVYPHYSICALLABORANDIMPROVEMENTSCHOOLWORKENVIRONMENT,ISTHETECHNOLOGYOFCOALINDUSTRYDEVELOPDIRECTIONHYDRAULICSUPPORTISTHEONEOFCOMPREHENSIVEMOSTIMPORTANTEQUIPMENTINTHEMECHANIZATIONMETHODOFCOALMININGHYDRAULICSUPPORTMAJORFROMSOMEFOLLOWINGBASICALLYPARTIALCOMPOSITIONSTOPBEAM,SCREENSBEAMAND4LINKAGEMECHANISMS,SIDEFENDERANDBASE,PROPDESIGNTOFOLLOWPROTECTPERFORMANCEGOOD,STRENGTHISSPEEDHIGH,MOVERAPID,SAFELYRELIABLEETCPRINCIPLEINTHISDESIGNPROCESSOFCAVINGHYDRAULICSUPPORT,MAINLYINSUPPORTOFTHEBASE,THETOPBEAM,THEBEAMANDTHECOLUMNSTRUCTUREOFTHEENDOFTHEMECHANICALPARTOFTHEDESIGNFOCUS,WITHTHEGENERALDESIGNPROCEDURETODESIGNTHEOVERALLBODYSIZETHEOVERALLSTRUCTUREOFTHEINITIALDRAWINGWITHPROETOCHECKWITHTHESIZE,ANDTHENTRANSFORMEDINTOANDMODIFYTHEDETAILSOFTHEPARTOFTHECAD,ATLASTMAJORCOMPONENTOFTHESTRENGTHCHECKKEYWORDCAVINGHYDRAULICSUPPORT，CRESTBEAM，4LINKAGEMECHANISMS目录第1章液压支架概论111国外液压支架研究水平113液压支架的意义214液压支架的组成215液压支架的工作原理316液压支架的分类5第2章液压支架整体结构设计721液压支架的主要尺寸的确定7211支架的高度7213支架的间距8214支架的宽度8215底座长度的设计922对液压支架的四连杆机构的设计9221液压支架四连杆机构的作用9222四连杆机构设计的要求1023四连杆机构的设计11231掩护梁和后连杆尺寸11232四杆机构的几何作图法1324顶梁结构设计14241基本概念14242液压支架之顶梁的类型14243对顶梁长度的影响15244顶梁断面形状16245液压支架顶梁参数计算1625掩护梁结构的设计18251液压支架掩护梁的作用18252掩护梁的常见典型结构型式18253掩护梁的参数设计1926底座结构设计19261底座设计要求19262底座的选型2027立柱的设计21271液压支架立柱的布置21272立柱主要参数确定2128千斤顶的选择23第3章液压支架的受力分析与校核2531液压支架的支护性能与外载荷2532取顶梁为分离体进行分析2733顶梁的强度校核29331画出顶梁结构简图、受力图、剪力图和弯矩图30332按弯曲应力计算进行强度校核30333校核BB截面的剪切强度3234对掩护梁进行受力分析3335液压支架的底座受力分析及校核计算34351底座为分离体进行受力分析34352画底座受力图36353计算最大弯矩36第4章液压支架三维建模3741三维建模软件3742建模方法3743液压支架的三维模型37参考文献39致谢40第1章液压支架概论11国外液压支架研究水平上个世纪八十年代以来，世界上各种各样的研制重型液压支架的机械开发商与生产商都积极的投身于新技术的开发上，都把目光聚集于研制新的、性能好的，更加可靠的液压支架上。在国外，液压支架越来越趋向于发展四柱支撑掩护式。这些液压支架有更大的中心距，有更大的工作阻力，而且这些液压支架的机构更加完善，更加人性化。目前，我国的经济的增长主要还是依靠工业的发展，制造业乃是今后相当场一段时间的经济增长的主要支柱。但是从总体上看来，我国的制造业的技术水平还处在处级发展阶段。因此，不同地区，不同行业的制造业的发展水平不平衡，以及投资不当造成资源浪费的问题正在成为制约制造业信息化发展的全局性的短缺。如今科技的飞速发展，技术创新不断加速。网络技术迅速普及，市场竞争日益激烈，制造企业的竞争发生了根本变化。因此，制造业想要得到飞速发展，就必须通过技术创新，当然也不能背离我们的传统，要在一定的制造机床上（传统的），这样才能对我国的现有机械行业产生影响，甚至可以说其他行业也是这样，使我们的机械，而针对本课题的也就是液压支架行业，站在技术的最前沿。有一些，甚至说大部分国家生产的液压支架的寿命已经比原来场很多了，达到了十四年以上了，还有它的耐久性循环次数已经高达五万此以上啦在现代的煤炭产业中，采煤工作面的採高与工作面长度的正确合理布置的重要位置，而煤炭的采煤机械的各个工作面参数，有来自外界的各种因素的影响。12我国液压支架技术发展现状及存在的问题在我国，液压支架的深入研究是从上世纪六七十年代开始的，其中研制工作是由一些科研单位和生产单位合作下，并且在引进先进国外技术的基础上，才是我国的液压支架水平，无论从设计还是到生产，都有了长足的进步。目前，我国的经济的增长主要还是依靠工业的发展，制造业乃是今后相当场一段时间的经济增长的主要支柱。但是从总体上看来，我国的制造业的技术水平还处在处级发展阶段。因此，不同地区，不同行业的制造业的发展水平不平衡，以及投资不当造成资源浪费的问题正在成为制约制造业信息化发展的全局性的短缺。如今科技的飞速发展，技术创新不断加速。网络技术迅速普及，市场竞争日益激烈，制造企业的竞争发生了根本变化。因此，制造业想要得到飞速发展，就必须通过技术创新，当然也不能背离我们的传统，要在一定的制造机床上（传统的），这样才能对我国的现有机械行业产生影响，甚至可以说其他行业也是这样，使我们的机械，而针对本课题的也就是液压支架行业，站在技术的最前沿。我国无论工业还是农业，均处于初级发展阶段，技术方面还不过成熟。因此，我国的液压支架水平还不高，甚至可以说技术平平，厂引进国外的先进技术，来支持国内的相关的煤产业的发展。综上所述，液压支架在煤炭产业十个至关重要的环节，成功则对国内的发展起到积极的推动作用，发展不好则影响该产业甚至其他产业的发展，环环相扣。本课题就是研究液压支架中的其中一种掩护式液压支架设计及仿真。13液压支架的意义鉴于目前我国无论工业还是农业，均处于初级发展阶段，技术方面还不过成熟。因此，我国的液压支架水平还不高，甚至可以说技术平平，厂引进国外的先进技术，来支持国内的相关的煤产业的发展。综上所述，液压支架在煤炭产业十个至关重要的环节，成功则对国内的发展起到积极的推动作用，发展不好则影响该产业甚至其他产业的发展，环环相扣。本课题就是研究液压支架中的其中一种掩护式液压支架设计及仿真。如果研究出适应社会和市场需求的产品，将大大推进我国的煤矿事业的发展。所以，液压支架的发展有着极为重要的意义。14液压支架的组成下图是典型的一种液压支架的结构，其包含各种装置，比如底座和掩护梁和前后连杆和各种千斤顶和顶梁等等。（一）控制阀和操纵阀等阀件和管件属于控制操纵原件。（二）作为传递能量的工作介质叫做工作液。其中乳化液就属于液压支架的一种工作液（三）顶梁、掩护梁和底座等属于承载结构件。（四）推移和挡矸和护帮和复位和防倒防滑和照明和其它装置等属于辅助装置，当然除了以上的三种原件。（五）支柱和各种千斤顶属于动力油缸。15液压支架的工作原理在工作过程中，液压支架必须要具有这些功能，可以用四个动词来概括移动和上升和降低和推动。这四种动作是通过几个液压缸的高压油来实现的，具体的如图中所展示。高压液体底压液体升降推移123456如上图所示，展示的是液压支架的工作特性曲线在工作过程中，液压支架的支撑力大致可以按照时间的顺序划分为三段过程图24液压支架工作原理1输送机；2推移千斤顶；3立柱；4安全阀；5液控单向阀；6操纵阀初撑阶段；增阻阶段；恒阻阶段；初撑力；工作阻力0T1T2T1P2（1）初撑阶段此阶段为初撑阶段，0T液压支架的初撑力为213214NPDBCKNP2TT01T2图25支架的工作特性曲线式中支架立柱的缸径，；DM泵站的工作压力，；BPMPA支架立柱的数量。N（2）承载增阻阶段此阶段为增阻阶段。1T（3）恒阻阶段此阶段为恒阻阶段。此时支架对顶板的支撑力称为工作阻力。2支撑式支架的工作组力为2232104NPDAKN其中支架安全阀的调定压力；APM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23310FPQA其中支架支护面积F2M16液压支架的分类在本课题中我采用采用中间液压支架。在采煤的工作面上有位置，当然除了有工作面端头的，这样的成为中间液压支架。按结构形式分，可分为掩护式、支撑式、支撑掩护式。1支撑式像有稳定的直接顶或者有明显的老顶或者有强烈的周期的这些情况，更加适合选择使用支撑式的支架。2掩护式掩护式支架包含有底座和掩护梁和前后连杆和千斤顶和顶梁还有各种操作机构等等。像有不稳定的直接顶或者有不明显的老顶或者有不明显的周期的这些情况，更加适合选择使用掩护式的支架。3支撑掩护式支撑掩护式支架包含有底座和掩护梁和前后连杆和千斤顶和顶梁还有各种操作机构等等。支撑掩护式支架是在支撑式液压支架和掩护式液压支架发展成熟的基础上汲取两者的精华（包含两个的结构性能优点），从而发展起来的一种全新的液压支架，并为之取名为支撑式液压支架，为我国的采煤行业做出贡献。17对液压支架的设计要求面对各种生产要求，本课题所设计的液压支架必须要满足下列的要求1移架力还有推溜力必须要满足一定的要求，像本课题的煤层为中层煤炭，一般在150KN250KN这个范围内。2要有好的防矸性和排矸性。3要有足够的空间，像有充足的人行宽度，方便生产操作。并且还要有安全设施，从而保证工作人员的生活正常进行，比如有充足的照明等等。4要有足够大的抗冲击载荷，还要有抗不均衡载荷等等。本课题做的主要工作课题的名称掩护式液压支架设计及仿真。参数如下（1）最大采高5700MM；（2）最小采高3000MM；（3）煤层倾角8；（4）煤层厚度中层煤炭255M左右（5）瓦斯含量少；（6）顶板味中层厚度。本次设计主要工作如下四连杆机构的设计、主要结构件的结构设计、液压支架整体受力分析、各主要结构件的受力分析及强度校核。第2章液压支架整体结构设计21液压支架的主要尺寸的确定211支架的高度首先在液压支架当中，我们需要控制最大与最小高度必须通过液压支架的最大与最小採高还有液压支架的调整范围。这个调整的范围越大，该支架的使用越广，但是这个调整范围当然不能过大，不然会造成各种后果，这里就不一一作出具体的介绍，反正就是弊处多多。211MMHHSMM222其中M液压支架最大高度；NH液压支架最小高度；MH煤层最大厚度（最大采高）；N煤层最小厚度（最小采高）；1203MS考虑伪顶、煤皮冒落以后仍有可靠初撑力的支撑高度，一般取；2102M顶板最大下沉量，一般取；5移架时支架的最小可伸缩量，一般取；5浮矸、浮煤厚度，一般取。根据式51可得5950MM根据式52可得2800MMNH212支架的伸缩比液压支架的伸缩比系是指液压支架的最大高度与最小高度之比值。即（25）MN590218HK由于液压支架会在各种各样的环境工作，所以液压支架的适应性，说白了也就是液压支架的寿命的影响，鉴于这样的考虑，本课题的设计，必须采用稍稍大点的伸缩比，从而达到各种各样的要求，比如性能要求还有使用要求等等。现在就可以列举一些常用的液压支架的设计参数来作为本课题设计的参照。比如，伸缩比在一定的范围1525的掩护式液压支架，正如本课题的设计参数，正符合这样的设计要求，有事不单单要考虑伸缩比，还要考虑到液压支架的重量啊，经济性条件等等，故本课题的设计可以采用双伸缩油缸或者带机械加长杆的设备来处理，增加液压支架的调整范围。213支架的间距液压支架的支架间距，简而言之其实也就是两根相邻的液压支架的几何中心的距离。可以用字母B来表示。在本课题中，首先的从我设计的选型上来解决，每种液压支架的形式各不一样，但是也有相同点，我取的液压支架间距为B,比如液压支架的节溜槽就是差不多一样的，而我们设计这种液压支架的间距也就是个根据这个节溜槽来设计的。目前，我国的溜槽几乎是约定俗成的，大家都使用一米来确定这个长度距离，当然，除了这种方式，还有迈步式，但基本上都是采用的支架间距为一米左右。故在本课题中，我设计也去B10M。214支架的宽度液压支架的宽度其实就是顶梁的最小和最大宽度。根据目前已经有的参数参考，液压支架要从各个反面来进行考虑，包括液压支架的侧护板，及其它的行程，这个行程一般的大家基本参考在150200MM，还有一些其他的，这里就不一一的列举出来。这些参数必须要满足液压支架的一些条件，比如像液压支架的运输的方便与否，安装起来是否方便等等。故在本课题中，我们在设计当中，选取具有一般性代表意义的数据，举个例子来说吧，在我的课题当中，顶梁的一个部件，也就是侧护板的千斤顶，他的行程一般情况下这个值可取为170MM，而支架的其他尺寸，比如顶梁的宽度，也是一个范围，规定一下1380MM1600MM。215底座长度的设计对于底座简而言之，我们可以这样来定义，其实就是液压支架的一个部件，而该部件必须要具有这样的功能，把顶板的压力通过一些装置传递到底板，这样做我们就可以使支架稳定，并固定起来。一般的情况下，在本课题中，通常在我们考虑设计底座的时候，我们要有足够的思想准备，要多多考虑，需要哪些方面的依据参考，比如说，本课题中，设计该底座的时候，我们就需要从这些方面来考虑，已达到全面的考虑的效果，对于底板而言，这个解除比压一定要小，不能太大，不然设计就不够合理。除此之外，还要考虑，想要有足够的空间来安装其他的设备啊，比如说，像立柱和液压装置和其他的辅助设备等等，还要考虑到它的人性化，要给人留有足够的空间，正如现在一直强调要以人为本，所以设计就需要把人放在第一位来考虑等等。通常情况下，像本课题的掩护式液压支架设计及仿真，掩护式液压支架设计的时候，就需要把这个移架布局放入考虑中，想本课题采用四个立柱的情形，故底座经过初步的估算需要大小为3500MM。22对液压支架的四连杆机构的设计221液压支架四连杆机构的作用首先，我们都明白，在液压支架的一些常见机构当中，四杆机构是极为重要的一个部分，重要作用不言而喻，不论是支撑式液压支架、掩护式液压支架还是支撑掩护式液压支架中，四杆机构的作用大致是一样的，大致可归纳为两点，一点是让那比较大的作用力作用在顶板的从而通过四杆机构传递到底座上；这第二点就是能过适应各种各样的情况下的性能，从而达到管理顶板的效果，这是一个调节过程，其实就是通过四杆机构来实现顶板的运动，这个运动必须是一种平静而稳定的运动，而该运动可以描述为一种数学上的几何图形，称其为近似的双纽线，从而到液压支架的顶板与煤层之间的不均匀的距离在任何时候、任何情况下，都能够智能的调节。综上所述，四杆机构必须符合诸多要求，才能实现。222四连杆机构设计的要求1在四杆机构中，其中顶梁端点或等于70MM，运动轨迹必须保证在这样的范围最大宽度应小于以下才是最好的。30M，其实这个数值为2在四杆机构中，当液压支架的顶板和掩护梁的夹角P与后连杆和底板的夹角Q，此时的。最高位置时，液压支架是分别处于最高位置和最低位置，7585；要求，为了防止媒石落在掩护526PQ最低位置时，TANW梁上，一般情况下，钢和矸石之间的摩擦系数为03，记过计算得出则167。P但是考虑到安全，液压支架在最低位置的时候，应该让25的范围内变化。而通P常取2530的范围内变化，这样的目的是角为了满足液压支架后部，液压Q支架不会突然下降的要求。但是，在一些特殊情况下，有的时候液压支架需要较小的角度时，可以通过这个措施来实现提升后连杆下铰点。3在四杆机构中，假设作为一个几何图形来看待，将掩护梁所在的直线与顶梁所在的直线延长并且有交点，暂且称为O点，而此时铰点和交点O的连线与水平线夹角E称之为。在本课题中，我设计时，必须让角处于的范围之中，因为液压TAN035支架所受的作用力的大小受到该角的影响角。图21四连杆机构几何特征图综上所述，在本课题当中，分析可知，我们必须通过减小的大小，保证液压支架E能够承受合理的压力，除此之外还要保证液压支架的工作可靠性能。而此时四杆机构的某个点的物理运动轨迹即就是上述所说的数学几何形状之双纽线的一部分。因此从各个角度来考虑，我们在本课题当中可以同几何作图法，配以一定的数学解析法完成该部分的设计，即就是四杆机构的完结，当然这些工作的完成必须要在掩护梁和后连杆的尺寸已知的情况下。23四连杆机构的设计在一般的四连杆机构的设计中，我们可以通过用几何作图法和解析法来解决。在本课题当中，本设计液压支架尺寸可以采用几何作图法来完成，具体的如下图所示。图23液压支架尺寸关系231掩护梁和后连杆尺寸在本课题当中，我们可以用解析法来确定掩护梁和后连杆的长度，具体的如下图所示。24图掩护梁和后连杆计算图我们可以说这样设（MM）G掩护梁长度A后连杆长度其中P1最高位置时，顶梁与掩护梁的夹角P2最低位置时，顶梁与掩护梁的夹角Q1最高位置时，底板与后连杆的夹角Q2最低位置时，底板与后连杆的夹角在本课题中四杆机构设计中，我们选定，但是对于不同的液压支1160,8OOPQ架而言选值是不一样的。对于本课题所选的掩护式支架而言,一般选取A/G范围来取A/G045061,取A/G058。最高位置时（26）111SINIQAPGHH159509004504600MM计算出液压支架掩护梁长度（27）1132067SIN/SINMPAGQ从而计算得出后连杆长度AGA/G1856,369MM经过取整得G3200MMA1856MM232四杆机构的几何作图法在常规的四杆机构中，该机构的各部分的基本尺寸需要通过用几何作图的方法来确定。即就是四连杆机构。下面具体的作图方法稍微有点烦，但是在CAD当中其实是很简单的，接下来就简单介绍一下，稍稍说明一下，一下的数据需要根据个人的设计得出。为1确定后连杆下铰点O点的位置之后，使它比底座面略高400MM2作出HH线，使之是一条水平线，并且使之通过点O。3过O点作一条斜线，并使之延长线与HH线有一定的夹角，记做为Q1。4就在刚刚上述的那条斜线上面，通过尺规作图法截得一条线段，并且保证这条线段的长度，记做为，A1856MM。OA5其实操作是不困难的，只是过程过于繁琐，我就不一一列举，我就汇报一下比较重要的步骤，在初步划出各个基本尺寸后，只需要慢慢调节液压支架的高度，从而得出不同的的角度，可以跟精确的得出多组不同的四杆机构的尺寸，当然我们需要选取最和服要求的，最能适合本课题的参数数据。选出合适的数据后，我们需要对我们课题中的各个特性进行校核。图25液压支架四连杆机构的几何作图法最终数据如下后连杆的长度A1856MM掩护梁的长度G3200MM前连杆的长度C2180MM前后连杆下铰点在底座上投影距离E928MM前后连杆下铰点垂直距离D599MM24顶梁结构设计241基本概念在液压支架当中，和顶板直接接触的非顶梁莫属，当然，顶梁需要满足各种要求，比如说，要满足必须的强度还有刚度之外，是支护顶板得到保证。我们如此重视顶板，是因为顶板的作用是不可取代，不可代替的，它作为很多部件的连接点啊，像立柱和顶板的连接点、掩护梁和顶板的连接点、护顶装置和顶板的连接点等等的作用，除此之外，还作为一些承载的部件。顶梁当然具有很大的作用，比如说就拿本课题来说，对于这个液压支架来说，顶梁具有这些作用，像来自煤层的压力肯定是要通过顶板来承受的，这个毋庸置疑；还有就是说，这些压力不能简单的就让顶板来承受，我们鼻血将这压力传递到下面的煤层上，这必然要通过中间的装置，这类装置像立柱、千斤顶和那坚硬的掩护梁等等来实现；其实，还有就是我们要维护顶梁在液压支架的稳定性，所以要保持这片区域的支撑。242液压支架之顶梁的类型顾名思义，液压支架的顶梁就是支架的最顶上面的那块板，有着重要的作用。所以，一般的，本课题的液压支架常设计，我们就需要选出他的机构形状，而顶梁的常见的形式其实也基本上有三种，比如说，整体顶梁这基本上是使用最多的一种、铰接顶梁这种更加方便，还有就是楔形结构顶梁。整体式顶梁在整体顶梁的前端，大约在8001000毫米的范围内的距离，这个角度大约上扬13度的偏角，这是为了防止顶梁有一些不必要的变形，从而保证定量的接顶效果，这就是整体顶梁的基本特点。铰接式顶梁我们设计要致力于实际，像在设计的时候，我可以设身处地的想一下，当我们操作的时候，我需要有足够的空间，比如说我们在能够移动液压支架的的时候，像这样的合适空降距离大约有100500毫米，这样还能使那些碎的煤石顺利的掉落到下面的煤层上。楔形顶梁我们通过图中就可以一目了然，像楔形这样的结构梁，我们可以发现它具有这样的特点，比如说，它利用了一种物理原理，就是摩擦自锁，这样就能很巧妙的，是各个件之间像话摩擦，相互限制，从而达到稳定状态。这一特点和整体梁的特点有些相似，有着更大的支护力。使整个顶梁前端的强度和刚度达标。在本课题当中，根据现有的液压支架顶梁各自的特点和优缺点，选取更合适的顶梁。故在本设计中，我采用整体顶梁的形式。243对顶梁长度的影响在我国内，甚至在全世界里，所有的采煤机械中，通常影响设备配套尺寸的因素当中，液压支架的顶梁长度的影响处于重要位置。在本课题当中，我们设计该部分的时候，需要考虑多方面，比如说液压支架的内倾斜的时候，液压支架的滚筒不能够把顶梁搞断，这就是强度达不到要求，这样的因素还有很多。所以在设计时，我们要考虑一个名为空顶距的距离，其实也就是顶梁前端到煤壁的最小距离（梁端距），可取为T300MM。还有，就是通常取为E100150MM左右在输送机铲煤板前的距离。这样的目的也就是，为了阻止采煤机的那些不整齐的切割煤壁，通过这一措施，我们可以达到这样的效果，在推移输送机旁边，必须要留有合适的距离。除此而外，在计算顶梁的时候，我们还应该考虑，是所有的设备必须要在顶梁包围下工作，比如说像这些设备采煤机、输送机。配套尺寸的计算公式RBEWXD/2其中B为截深MM；W为工作面输送机总宽度MM；X为支架前柱与电缆槽之间的距离，MM；其中，通常情况下配套尺寸与采煤机截深、输送机宽度等有关。配套尺寸140032011944523366MM244顶梁断面形状在本课题当中，我设计的液压支架，对于掩护式支架而言，如下图所示，我采用了一种加强顶梁强度和刚度的结构，在顶梁的上面添加一块钢板，并焊接在上面，这样的结构也不影响顶梁的侧护板的伸缩的自由性，这样的设计可谓之既有功能作用，又有美观作用。具体如下。245液压支架顶梁参数计算1顶梁长度（记作为L）的计算我们常常可以这样来计算液压支架中顶梁的长度，顶梁长度LL（配套尺寸RCOSQ1）300E29A底座长度GCOSP1式中配套尺寸为3366MM底座长度为3500MMP160Q180代入公式（29）中得顶梁长度L336635001856COS603200COS6030030525835258MM2顶梁宽度顶梁宽度根据支架间距和架型来定，架间间隙为02M左右。其中宽面顶一般为14159M,节式支架一般为0406M,此处取1500MM。3支架顶梁的面积（记作为S）计算公式为SLBMM2其中L顶梁的长度，单位为MM；B顶梁的宽度，单位为MM；将数据代入公式得出计算公式为S525815007887M24支架支护面积（记作为SC）计算公式为SCBLM211上面其中SC支护的面积单位为M2；M顶梁前端点单位为M,一般情况下可以取值为M300MM；到煤壁的距离B支架间距（支架中心距），一般为1500MM；代入公式212得SC150052583008337M25顶板覆盖率A/FC100其中公式中顶板的覆盖率；S顶梁的面积单位为M2SC支护的面积单位为M2将数据代入公式中计算得出7887/83371009466液压支架的理论支护阻力（记作为F1）计算公式为F1SCQX（212）其中上面公式中F1支架的理论支护阻力单位为KN；SC支护的面积单位为M2；Q支护强度X可以通过查表找出符合本设计的数据，查表得出13343单位为KN/M2。计算得出本设计的支架理论支护阻力（此时液压支架处于最高位置的时候）为F18337573347796（KN）25掩护梁结构的设计251液压支架掩护梁的作用在本课题中，甚至可以说在所有的液压支架当中，掩护梁是一个至关重要的部件，所以说，掩护梁的设计就显得至关重要。掩护梁顾名思义就是作为液压支架的一个掩护机构，起着它的不可替代的作用。比如说，在一些情况下，煤石坠落时，掩护梁就必须承受来自煤石的压力，还有顶层煤炭对顶板的压力都要通过掩护梁来传递，在这样两个力的作用下，掩护梁就有可能发生形变，产生一定的弯矩。在所有力当中，来自上述的两种里是掩护梁受到的最主要的两个力，作为掩护梁就必须承担起这样的作用，是这两个力向着其他位置传递，比如说传到底座上，而这个媒介就是前后连杆。掩护梁承受对支架的水平作用力及偏载扭矩。液压支架的掩护梁需要有这样的功能，首先就要有掩护的功用，其次就是挡住煤石的功能，要实现这样的功能需要有完整的设备，要能够支撑住，还有一个坚硬的掩护体，而这些就由掩护梁和顶梁来实现，在这里包括了顶梁上的活动侧护板。252掩护梁的常见典型结构型式如下图所示，在本课题当中，我设计的掩护梁，基本上上从一些常见的经典的结构中选取，比如说由钢板制成的掩护梁，其实就是把这些钢板统一写焊接手段连接起来的方式的一种结构。在掩护梁上，有着这样的构件的连接关系，比如说，顶梁需要和掩护梁连接，这就需要通过一些耳座来实现这样的功能。当然除了这个，还有其他的构件，比如说，立柱柱窝和活动侧护板等等。具体如下图所示，就从一般的视角来看这些液压支架，用正视图的角度看，其实也就是液压支架的侧面，此时的掩护梁，有不同的形状。有直线型的还有折线形的。对于掩护梁来说，它的形状不同，它的功能也就不一样。其实也就是结构决定功能，接下来就分别简单分析一下上述两者的异同。把折线型的掩护梁与直线型的掩护梁比较，首先前者的支架端面大，有着比较高的强度和刚度。虽然有这些优点，但是，折线形的掩护梁的工艺性比起后者来说相对差些。综上所述，这种结构很少使用，除非一些特殊情况。接下来再从掩护梁的宽度这个角度来看，这样掩护梁又可以这样分类，可分为两种，也就是整体式和对分式。对于分式结构而言，这种结构尺寸较小，有着一些相对整体式的优势，比如说，这种结构便于加工、运输和安装，当然这种结构有优势也有劣势，其劣势就是结构的强度和刚度稍稍差些。综上所述，本课题中，直线型整体式是我们的首选。253掩护梁的参数设计（1）掩护梁的长度（记住为G）其实掩护梁的有效长度就是两个耳座中心之间的几何距离，这个几何距离可以通过之前设计四连杆机构的数据得出，选定掩护梁长度为3200毫米。（2）掩护梁的宽度（记作为BY）在本课题当中，为了一些功能的实现，当然还有一些美观因素在内，在设计中选取掩护梁的宽度和之前的设计项目顶梁宽度保持一致即可，这样掩护梁宽度也就可以选定为1500毫米。（3）掩护梁上前后连杆铰点位置根据现有的文献上得知，并且通过全面的比较，需要在多个方向来解决，但是最主要的还水平和垂直这两个方向，这样最终就可以让前后连杆铰点的位置得到确定。26底座结构设计261底座设计要求底座是液压支架的主要承载部件，它把顶板的压力传递给底板，它是支架的结构基础，因此，对底座的设计有以下要求1要有足够的强度和刚度；2对底板有较好的适应性和较小的比压；3能获得足够的空间安装立柱、推移千斤顶、液压操纵系统和其他装置；4便于人员行走、操纵支架和采煤机等；5有一定的重量以保持支架的稳定性；6满足快速移架和顺序排矸的要求；262底座的选型底座的结构型式通常有三种类型1、整体式底座顾名思义整体式底座就是通过铸造的手段来实现，将多层钢板铸造成箱式结构，还有一些细节是通过焊接实现的。整体式结构底座有着很多的优势，比如说它的强度刚度很高，稳定性好，除此之外，它还具有这些与煤层地面的接触面积大，这样同样的压力通过更大的面积，压强小。2对分式底座相对于整体式的底座，对分式的底座也有自己的一些特点，是整个底座的操作、运输和调整很方便。除了这些，最大的特点就是它的适应性比较强，可以调节出各种起伏不平煤层。结构上其实很简单，用一种桥式来实现连接两块底座分块，这些分块可以是前后分开的，可以是左右分开的形式。3底靴式底座底靴式底座其实就是它的外形像一只靴子，而且它的特点也是很鲜明的，在这个靴子状的底座上留有立柱的位置，而立柱的数目就影响这这个底座的尺寸，用弹簧钢板把立柱相互固定，稳定住，用销轴把立柱固定在底座上。这种结构特点鲜明，比如说它的拆装容易，得益于机构简单，对煤层的适应性很强。但是它的劣势也很明显，容易造成强度和刚度到不要求，不够稳定，它的比压比较大，使用的情况较少。为了减小液压支架采煤结束是移动方便和避免出现啃底，通常在底座前面有这样的一个形状滑撬形，还有底座的重量分配，前面的重量要小于后面。综上所述，在本课题当中，我们需要根据自己的需求来选择底座。上面分析道，衡量权衡决定选取整体式底座。为了使采煤时操作人员有足够的空间操作还有生活的需求，就是不能影响到人的正常行走，设计四连杆机构连接点的安装位置时，尽量将连杆的连接点向底座的前面移动。底座的前面还有液压装置需要安放，而且要便于移动，所以需要有这样的一个机构来实现，推拉装置。还有就是底座上的立柱柱窝，本设计中采用了四个立柱柱窝。这样的底座具有这样的特点整体结构性强，很好的稳定性，压强小等等。27立柱的设计在液压支架中，吧支架上方的压力转移到下方，需要通过中间的承压机构，而立柱就是一种很理想的选择。在长期受到高压的情况下，这些立柱必须要有着这些能力，能够经受住高压，有抗压性，还要有足够的强度和刚度来保证工作的进行，这些立柱是通过液压系统来工作的，所以必须要有很好的密封性。当然除了这些，立柱最基本的还是要具有它的功能，有可靠的工作性能。271液压支架立柱的布置（1立柱数在本课题当中，设计是需要根据已有的经验来参考。目前过内支撑式支架立柱数为26根，常用为4根；掩护式支架为2柱；支撑掩护式支架为4柱。（2支撑方式支撑式支架立柱为垂直布置。掩护式支架为倾斜布置，这样可克服一部分水平力，并能增大调高范围。一般立柱轴线与顶梁的垂线夹角小于300（支架在最低位置时），由于角度较大，可使调高范围增加。同时由于顶梁较短，立柱倾角加大可以使顶梁柱窝位置前移，使顶梁前端支护能力增大。支撑掩护式支架，根据结构要求呈倾斜或直立布置，一般立柱轴线与顶梁垂线夹角小于100（支架在最高位置时），由于夹角较小，有效支撑能力较大。（3立柱间距立柱间距指支撑式和支撑掩护式支架而言即前、后柱的间距。立柱间距的选择原则为有利于操作、行人和部件合理布置。支撑式和支撑掩护式支架的立柱间距为115M。4立柱类型立柱按动作方式，分为单作用和双作用；按结构分类，分为活塞式和活柱式；按伸缩方式分为单身缩和双伸缩。272立柱主要参数确定1立柱缸体内径和活塞外径A立柱缸体内径的确定D（213）D401COSDAMFNP上述计算公式其中D立柱缸体内径，单位为毫米；F1支架承受理论支护力，单位为KNN支架立柱数目；PA安全阀正压力，单位为MPA；立柱最大倾角M代入上述公式（213）计算得2256MM40796COSDD查表21取整为230MM。表22立柱缸径缸、活塞柱径配合关系表外缸内径/MM250220200180160140活塞外径/MM240210185170150130工作阻力/KN2352196017641372980784额定工作压力/MPA505165845615075192立柱初撑力和工作阻力A液压支架立柱的初撑力P1KN（214）BDPD1042上述计算公式中立柱初撑力单位为KN柱初PPB泵站压力选用XRB2B型乳化液泵站，压力PB35MPA考虑各种损失，按32MPA计算。代入公式（214）得柱初P10048KN32104B液压支架立柱的工作阻力柱初（215）2410DADP上述计算公式中立柱工作阻力，单位为KN柱PPA安全阀调整压力，安全阀选用YF1B型调正压力40MPA。代入公式（215）得1256KN柱P4012328千斤顶的选择推移装置推移装置由推移千斤顶和推移杆组成。推杆采用16MN钢板焊接而成，主要由主筋板，大耳座、小耳座、加强筋板组成设计结果数据表23液压支架（掩护式）主要技术参数表格技术项目单位参数数据支架高度MM28005950支架宽度MM1500支架中心距MM1000支护强度MPA068对底板比压MPA18初撑力KN48632工作阻力KN5000操作方法支架整体性能泵站压力MPA315第3章液压支架的受力分析与校核31液压支架的支护性能与外载荷在液压支架的研制，试验过程中，各构件的强度计算是极为必要的。由于液压支架的结构特点，外载荷特点以及使用条件的特殊性，在强度计算中的强度条件也有其特殊性。当然强度条件要以现阶段液压支架所选用的材料、制造工艺以及失效形式等为依据，随着时间的推移，如果上述诸点有变，强度条件也必须作相应的调整。我国液压支架强度计算中的强度条件度校核均以材料的屈服极限计算安全系数；S构件、销轴、活塞杆的屈服极限及强度条件；构件通常采用16MN等普通低合金结构钢，并由具有标准厚度的钢板焊接而成，取459MPA；S构件、销轴和活塞杆的强度条件4为NSMAX其中上述公式中险断面计算出的最大应力，MPA用安全系数N3、液压缸体的材料这里采用一种无缝钢管，抗拉强度1020MPA，计算公式为BNB其中上述公式中1）焊条抗拉强度取561MPA，计算公式为BNB其中上述公式中根据焊条的种类来确定焊接许用应力B2）许用挤压应力按下式计算SC750安全系数，查书得表表41安全系数安全系数前梁顶梁底座主要轴缸体焊缝活塞杆N1111111333433414在下图中，我们可以清晰的看到我们的研究对象掩护式液压支架在采煤工作面液压支架支护顶板。为了设计方便，要对支架的载荷和支架本身进行简化，现概述如下1把支架简化成一个平面杆系结构，为了偏于安全，计算时把外载荷视为集中载荷。2金属结构件按直梁理论计算。3顶梁、底座与顶板被认为均匀接触，载荷沿支架长度方向按线性规律分布，沿宽度方向均匀分布。4通过分析和计算可知，掩护梁顶矸石的作用为只能使支架实际支护阻力降底，所以在受力计算时不计使掩护梁偏于安全。5立柱和短柱按最大工作阻力计算。6产生作用在顶梁水平力的情况有两种一种是由于支架让压回缩，顶梁前端运动轨迹为近似双纽线，顶梁与顶板在产生相对位移，顶板给予顶梁水平摩擦力；另一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。顶梁和顶板的静摩擦系数W一般取01503。7按不同支护高度时各部件最大受力值进行强度校核。图32支撑掩护式液压支架整体受力32取顶梁为分离体进行分析在下图中，我们可以清晰的看到我们的研究对象掩护式液压支架的各个部分的受力，并对其进行详细的分析。图33顶梁分离体受力分析注意各个连接点在图中均有表示如图中的点A我们对顶梁进行受力分析，是为了的求出上图中的一些力的大小，其实就是其中的未知量。FN和X（31）12SINSINANABXFPP（32）COCOY式中FN顶梁受的集中力单位为KNW顶板的摩擦系数，通常取值为W03PA前排立柱的合力，通常取值为PA2512单位为KNPB后排立柱的合力，通常取值为PB2512单位为KNYA顶梁A点所受垂直力，单位为KN根据上面两个公式的联立，计算求出FNCOS1CS2INIYFPABTGX经过整理得出（33）COS1S2SIN1SI2PABTGPABFN其中公式中瞬心角，单位为度将数据代入公式（33）计算得328483KN26TAN3018COS1SI58COS258COS251FN由式（31）得12SISINANABXFP328483032512SIN18SIN8139927KNAX由式（35）得12COSCSANABYFPYA3284832512（COS18COS8）159164KN（34）2COS1CS21SIN12SIN12FNHPALBLPAHPBHXF其中上述公式中X后梁集中力作用点与顶梁后端之距MM其中上述各个数据分别为H2450MM；L23300MML1800MMH1300MM；300MM；L31958MM。1H代入公式（34）得OOOO3284052130CS82510CS8251IN304521CS83045X34（）（）2609533顶梁的强度校核图41图42以上两幅图分别描述的是顶梁的受力以及弯矩图，其中第一幅图是实物受力描述，转折点就是离得作用点。331画出顶梁结构简图、受力图、剪力图和弯矩图规定剪力图的正方向，向下为正方向则其中一个点受到的剪力，其计算过程如小面所示332按弯曲应力计算进行强度校核为了安全，在AA截面，采用最大弯曲应力进行校核。计算截面面积F及截面形心至AA面的距离Y全部厚度为30MM，计算截面面积最后计算截面形心距I即IY图43顶梁截面图Y54321FFYYYI02545M其中，定量的界面形心到零件的距离A1YY10254502500045MA2YY202545026500072MA3YY302545026500072MA4YY402545048502305MA5YY502545001502395M矩形截面的惯性矩为123BHJZC式中B截面宽度H截面高度计算每个零件的对截面形心的惯性矩ZIJ03131103M40345120351223FALJZ0171103M467423232LZ0171103M40410123323FALJZ2298103M435423244LZ2298103M4049101235235FALJZJZJZ1JZ2JZ3JZ4JZ5031