毕业论文-分体顶梁柔性液压支架设计说明书

摘要本次设计的内容是分体顶梁柔性液压支架，我在本次设计中主要负责该支架的液压系统部分。此次任务包括立柱、伸缩油缸、销轴的的设计与计算，立柱由液压油缸组成；伸缩油缸在顶梁部分，销轴主要用于油缸与耳板之间的连接。这种支架最大的特点是采用垂直柔性导杆结构来代替传统的四连杆结构；采用分体式顶梁代替整体顶梁。这种支架因结构简单、重量轻、造价低、节省空间，大大减轻了支架的整体重量，梁采用伸缩式的，支撑过程中能与地板接触，不仅起到一定的掩护作用，而且还能起到一定的支撑作用，使支架更稳定。关键词液压支架；分体顶梁；柔性；液压油缸；ABSTRACTTHEDESIGNISFLEXIBLEBEAMATTHETOPOFTHEHYDRAULICSUPPORT,IAMINTHISDESIGNISMAINLYRESPONSIBLEFORTHEPARTOFTHEHYDRAULICSYSTEMOFTHESTENTTHETASKINCLUDINGTHECOLUMN,TELESCOPICCYLINDERS,THEPINDESIGNANDCALCULATION,TOPLAYASUPPORTIVEROLECOLUMN,COMPOSEDBYTHEHYDRAULICCYLINDERTELESCOPICPARTOFTHEFUELTANKINTHEROOFBEAMS,PINMAINLYUSEDINTHEFUELTANKANDTHECONNECTIONBETWEENTHEEARPLATECOLUMNCOMPOSEDOFTHEHYDRAULICCYLINDERTELESCOPICPARTOFTHEFUELTANKINTHEROOFBEAMS,PINMAINLYUSEDINTHEFUELTANKANDTHECONNECTIONBETWEENTHEEARPLATETHEGREATESTFEATUREOFTHISSTENTISFLEXIBLEVERTICALGUIDESTRUCTURETOREPLACETHETRADITIONALFOURBARLINKAGESTRUCTURETHEUSEOFSPLITTYPEROOFTOPBEAMINSTEADOFTHEWHOLEBEAMSTENTBECAUSEOFTHISSIMPLESTRUCTURE,LIGHTWEIGHT,LOWCOSTANDSAVESPACE,REDUCETHEOVERALLWEIGHTOFTHESTENT,THEUSEOFTELESCOPICBEAM,ANDSUPPORTTHEPROCESSOFCONTACTWITHTHEFLOOR,COVERNOTONLYPLAYAROLE,BUTALSOPLAYASUPPORTINGROLE,SOTHATAMORESTABLESUPPORTKEYWORDSHYDRAULICSUPPORTPOINTSOFTHETOPBEAM；FLEXIBLE；HYDRAULICCYLINDER目录摘要IABSTRACTII第1章绪论111液压支架的发展现状1111国外液压支架的发展现状1112国内液压支架研究情况212我国液压支架研究与应用中存在的问题213本课题研究的意义3第2章架型的选择521支架机构形式的比较分析5211垛式液压支架的特点5212四连杆机构液压支架5213单摆杆机构液压支架6第3章总体结构设计731支架基本参数的确定7311支架高度7312支架伸缩比7313支架间距7314支架宽度7315底座长度8316顶梁长度8317支架工作阻力932顶梁结构设计9321顶梁形式的选择9322伸缩梁结构设计1033底座结构设计10331底座的选型11332确定底座结构尺寸1134柔性导杆稳定机构的设计12341弹簧钢板长度的确定12342弹簧钢板截面尺寸及板片数量的确定1335立柱的确定15351工作阻力的确定15352立柱的确定1736推移千斤顶19361推移装置的选型19362推移前千斤顶的确定2037伸缩梁千斤顶的确定21第4章顶梁强度校核2241材料的选择2242顶梁的强度校核23421集中载荷在两根立柱中间时校核23422集中载荷在顶梁两端时校核27第5章伸缩梁强度校核3051材料的选择3052伸缩梁的强度校核31第6章底座强度校核3561底座的受力分析35611受力分析3562强度校核36第7章液压系统设计4371油缸稳定性和活塞杆强度的计算43711立柱稳定性的计算43712活塞杆初始挠度的计算4472油缸的最大挠度44结论47参考文献47致谢49第1章绪论在采煤工作面的煤炭生产过程中，为了防止顶板冒落，维持一定的工作空间，保证工作人员的安全和各项作业的正常进行，必须对顶板进行支护。而用于煤矿回采工作面的支护设备，经历了木支柱，金属磨擦支柱，单体液压支柱，液压支架等几个发展阶段。目前使用较多的则是液压支架。液压支架是以高压液体为动力，由金属构件和若干液压元件组成。它能实现支撑、切顶、自移和推溜等工序，与大功率采煤机、大运量的可弯曲刮板输送机组成回采工作面的综合机械化设备。由于液压支架具有支护性能好、强度高、移架速度快、安全可靠等优点，所以它的使用能增加采煤工作量的产量、提高劳动生产率、降低成本、减轻工人的体力劳动和保证生产的安全。因此液压支架是实现采煤综合机械化和自动化不可缺少的主要设备。本次设计的重点是液压支架的选型和支架总体设计及部件结构的设计计算、强度校核，其中液压支架选型部分主要通过对目前煤矿广泛使用的四连杆和单摆杆机构的支架进行分析比较，在吸取了现有许多支架在设计使用中的经验教训的基础上,研制了这种新型分体顶梁液压支架。设计计算及强度校核部分是对液压支架主要部件顶梁、底座、和导向杆进行计算和强度校核。11液压支架的发展现状111国外液压支架的发展现状20世纪80年代以来，世界主要施工机械生产商一直积极开发和应用新技术，致力于高性能、高可靠性的重型液压支架的研制。国外液压支架的主要发展趋势是向两柱掩护式和四柱支撑掩护式架型发展，架型结构进一步完善，设计方法更先进，参数向高工作阻力、大中心距发展。美国的高产高效工作面采用两柱掩护式支架，支架平均工作阻力6470KN最大为9800KN，支架宽度普遍增大，中心距达到175M，并向2M发展，增大架宽有利于减少工作面架数、缩短移架时间、增加有效工作时间和提高单产；澳大利亚也基本上采用一井一面的高度集中化生产，使用两柱掩护式支架，支架的平均工作阻力为7640KN；英国也在大力发展两柱掩护式支架，工作阻力了很大提高，达到60008000KN。国外液压支架结构件材料一般采用屈服强度8001000MPA的高强钢板，既有较高的强度、硬度和韧性，又具有良好的冷焊性能；支架立柱和千斤顶缸体的内壁采用复镀，防止出现麻斑、划伤和密封漏液等现象；液压系统的阀类使用铜合金阀壳和高强度不锈钢阀芯；耐久性试验要求大于45000次等。国外液压支架液在材料选用、加工工艺、性能要求等方面做出的巨大改进使支架的性能和使用寿命都有了很大的提高，使支架更加安全可靠。随着长壁工作面长度的不断增加，为适应快速移架的需要，国外还广泛采用高压大流量乳化液泵站，其额定压力为4050MPA，额定流量400500L/MIN,可实现工作面成组或成排快速移架，达到68S/架。并且在控制系统方面取得了重大突破，应用了电液控制技术，采用电磁（或微电机）控制的先导阀，先进可靠的压力和位移传感器，灵活自由编程的微处理机技术，红外遥感技术等现代科技成果，使液压支架的动作能自动连续进行。液压支架的控制系统正在由电液控制系统向无人工作面发展。20世纪70年代中期，英国煤炭局首先提出研制电液控制液压支架，最先将电液控制液压支架用于长壁工作面的是澳大利亚的科里曼尔煤矿，由74架英国原道锑公司研制的四柱垛式液压支架组成，1981年工作面投产，但是技术还不够完善；1983年底英国原道锑公司又为美国坎塞尔煤矿制造了两按钮式微机控制液压支架，1984年投产；1995年底英国原道锑公司又研制出全工作面集中电液控制系统；现在世界上已经有70多个电液自动化控制工作面。目前，正在积极地推进全工作面设备和生产工艺的自动控制无人工作面，据统计现在全世界已有10个无人工作面。112国内液压支架研究情况在我国，煤矿地质及生产技术条件均较复杂，资金不足，特别是高强度钢紧缺。无论是液压支架的制造企业还是使用单位，在经济上，技术上都面临巨大的困难。对于煤矿企业，为满足工作面高产高效的要求，必须加大支架的结构强度，提高支架工作阻力和工作可靠性。支架工作阻力的提高和结构强度的加大，可以带来支架较高的安全性和工作可靠性。但也会增加支架重量和结构体积，对于支架制造企业，在满足煤狂要求的条件下，尽可能合理的利用高强度优质钢材，在降低支架重量同时，尽可能降低支架制造成本。目前，我国包括支架在内的众多产品设计，仍然是以传统设计为主。人们在设计中总是遵循着一定的设计理论，凭借设计者本身经验来选择设计参数，并借助一些手册，图表，经验数据来完成各种设计。这种半经验，半理论的传统设计方法常带有一定盲目性，使得所做设计很难达到客观存在最优方案。目前，国内外支架发展趋势是向着高强度，大支架，电液控制，吾人开采的方向发展。要求尺寸小，重量轻，便于拆装运送，结构简单，工作可靠，适应性强，稳定性好，带有自移功能，整体性比较好。12我国液压支架研究与应用中存在的问题国内外一些研究开发机构大都把研究重心放在重型、高强、智能化的液压支架的研制上。在我国，条件好、资金雄厚的工作面基本上都采用了大型液压支架。其它工作面虽有部分大型液压支架，但随着开发强度加大，工作面条件越来越差，走向长度越来越短，回采失调越来越严重。而且在同一工程或同一工作面，用一、二种支架难以适应全部工作面条件，购买繁多的架型投资巨大且技术、经济上不一定合理，因此出现了产品类型与市场需求不相适应的矛盾。而在我国中、小工作面在我国总工作面中占有相当比重，其开采技术水平落后，特别是小型工作面，目前基本上还是以摩擦支柱或单体液压支柱加铰接顶梁的结构形式支护工作面，直接导致生产效率低下，安全生产没有保障。虽然20世纪90年代以来，滑移顶梁支架、悬移顶梁支架等小型简易自移支架在一些小型工作面得到了使用，但这些支架均存在头重脚轻，插底严重，工作稳定性差，支撑高度有限，移架和调架困难等许多技术问题。鉴于上述情况，研究开发具有良好的整体性、导向性、稳定性，防倒、防漏、防插底、防埋柱，结构简单，操作方便，重量轻，价格低，移架快，适应性强的轻型液压支架便成了摆在专业人士面前的一个突出的现实问题。13本课题研究的意义经过对比我国的液压支架和国外液压支架的现状可以看出，两者之间存在着很大的区别。国外的支架主要的研究热点及发展方向是高强度，自动化。而我国的液压支架的发展方向主要是多品种，高适应性。这主要是由我国煤炭的赋存状况决定的。我国目前存在大量3555厚煤层,特别是中小矿井,希望有一种结构简单、轻型、适应能力强的放顶煤液压支架来开采这类煤层。目前,国内用于厚煤层的重型放顶煤液压支架技术趋于成熟,但因其重量大、成本高，并不适合中小煤矿广泛使用，而轻型低位放顶煤液压支架还存在一些普遍的问题，主要表现在采用四连杆机构,结构复杂,后部空间小,重量较大，承受水平力能力弱当顶梁上部压力的合力作用点前移至前立柱之前时,则会使后立柱受拉,而后立柱又是单作用油缸,只能承受压力,因而后立柱的作用往往失效,致使顶梁有低头前倾趋势目前,常用放顶煤液压支架掩护梁形式易造成较薄顶煤的混矸,而且安装于掩护梁上的长尾梁机构的尾梁两侧也易混煤混矸前探梁容易产生伸缩卡阻。针对上述普遍问题,经过大量调研,在吸取了现有许多支架在设计使用中的经验教训的基础上,研制了新型轻型导向放顶煤液压支架。在架型设计上,针对大多数放顶煤工作面顶板压力不大、煤质较松软、要求的工作阻力很小,以及许多中小矿井井筒和巷道运输断面较小的特点,要求支架结构简单、重量轻、体积小、工作可靠,搬运灵活的情况,吸收了国内外现有放顶煤液压支架的优点,特别是考虑厚煤层的放顶煤开采地质、矿压特点,设计了该轻型导向放顶煤液压支架。与同类支架相比,具有强度高,支撑力大,稳定性好,抗水平力能力强。对不同条件适用性强,特别适用于中小矿井厚煤层的放顶煤开采。这种轻型导向放顶煤液压支架是专门为中小煤矿开发设计的一种支护产品，它打了传统支架的设计理念，采用柔性导杆结构代替传统的四连杆或单摆杆结构，克服了四连杆机构、单摆杆机构支架在支护高度发生变化时，由于内力大而造成的支架易损坏的潜在因素，稳定性好，支护强度大，重量轻，工作面许用运动空间大；采用分体顶梁来代替整体顶梁，减轻了重量，结构更加紧凑；为中小矿井机采放顶煤工作面支护提供了一个很好的选择。这便是我们做这次设计的初衷，期待着我国的煤炭产量更上一层楼，同时也希望我国的煤矿工人的生活更加美好第2章架型的选择21支架机构形式的比较分析液压支架主要的机构形式有三种，即垛式支架，四连杆机构液压支架，和单摆杆机构液压支架。现分别介绍几种形式液压支架的特点。211垛式液压支架的特点垛式液压支架式支撑式液压支架的一种。支撑式液压支架是在一个底座上放置几根立柱支撑顶梁，并通过顶梁支撑顶板这样简单的结构基础上发展起来的。垛式支架的优点是垂直支撑的立柱数量多，支架的工作阻力大；多数立柱位于支架后部，切顶性能好，工作空间大，易满足通风和行人的要求，重量轻，价格便宜。其缺点是顶梁较长，移架时空顶面积较大；同一段顶梁受到的垂直支撑的次数较多，不利于顶板的管理，挡矸帘的强度低，顶板碎矸还可以从架间落入工作空间，防矸能力弱。所以垛式支架应在直接顶稳定或坚硬的煤层中使用。由此可见，垛式液压支架虽然有很多的优点，但却存在它的弊端，并不是我们理想的架型。212四连杆机构液压支架这种液压支架是目前使用最多的液压支架。不论是支撑式还是掩护式液压支架都一般都用到了这种机构。四连杆机构使顶板对顶梁的水平载荷由掩护梁传递给两个连杆，立柱不承受横向力，因此不易产生弯曲现象。因此，要求连杆要有足够的强度。四连杆机构主要有两种形式，一种是前后连杆都为单连杆；另一种是后连杆为整体铸造件或焊接件，前连杆为左右分置的单连杆铸钢件或焊接件，这样可增大支架的有效利用空间。四连杆机构液压支架的机构简图如图所示图21四连杆式液压支架机构简图这种机构使支架在升降的过程中，顶梁前端的轨迹为一条双纽线。双纽线支架的两个连杆虽然增加了支架结构的稳定性，但也因要抵抗顶板的水平运动大大增加了对支架承载机构件的作用力，结构使构件断面增大，重量增加。而掩护式和支撑掩护式支架的进一步发展方向之一是寻求减轻支架重量的途径。因此，这种机构虽然广泛使用，但仍旧不是我们理想的一种架型。213单摆杆机构液压支架这种支架是由四连杆机构液压支架演化而成的一种支架机构形式。它用一个单摆杆机构代替了传统的四连杆机构，从而使支架在升降的过程中顶梁前端的轨迹由双扭线变成了一条圆弧线。我们可以通过增加摆杆长度的方法来使轨迹更加接近垂直直线。但是与四连杆机构类似，不论我们怎样进行优化设计，仍旧无法使顶梁前端的轨迹真正变成一条垂直直线。也就无法去除顶梁所受的横向摩擦力。由以上的分析可知，传统的机构形式总是存在其弊端，我们努力寻求一种机构形式是顶梁升降时的轨迹为一条垂直直线。图22分体顶梁柔性液压支架机构示意图因此我们通过机构形式的演化，找到了一种垂直导向机构。这种机构的特点是，真正使支架升降时顶梁前端的轨迹成为了一条垂直直线，使支架不再受到顶板摩擦力的作用。改善了支架的受力状况，减小可承载件的断面面积，从而减轻了支架的重量。这种分体顶梁柔性液压支架的机构示意图如上图所示。通过上述分析知，这几种架型形式都不是我们理想的选择，我们要求的机构形式是顶梁上下运动时的轨迹为变化的。因此我们通过各种架型形式的演化，研究了这种分体顶梁柔性液压支架。这种架型的特点是采用多梁滑块机构和柔性导杆机构，克服了单摆杆机构和四连杆机构支架在支护高度发生变化时，由于内力大而造成的支架易损坏的潜在因素，真正成为支架升降导向，并承担支架外部的纵向水平力。该架型稳定性好，重量轻，工作面过人空间大，结构紧凑，支护强度大。所以，在理论上分析可以得出，滑块机构和柔性导杆机构是对分体顶梁液压支架的一个很好的演化形式。第3章总体结构设计31支架基本参数的确定311支架高度支架的高度由工作面的厚度及地质条件的变化等因素决定，考虑通风、运输、行人的要求以及一定的富余系数，确定支架的最低高度，最高支护高度MIN16H。MAX24H312支架伸缩比支架的伸缩比是指最大和最小支架高度之比值，即MAXIN24156H313支架间距所谓支架间距，就是相邻两支架中心线间的距离。确定支架中心距时，应考虑到下列几个方面的因素（1）顶板允许暴露的面积。（2）运输机溜槽的长度。支架中心距一般等于工作面一节溜槽长度，以便配套。目前国内外液压支架中心距大部分采用15M。大采高支架为提高稳定性中心距可采用175M，轻型支架中心距可采用125M；（3）支架的稳定性。一般支架中心距大，支架稳定性好。分体顶梁柔性液压支架是适用于中小地下工作面，属轻型支架，因此确定中心距为。MBC251314支架宽度支架宽度是指顶梁的最小和最大宽度。宽度的确定应考虑支架的运输、安装和调架要求。支架顶梁一般装有活动侧护板，侧护板行程一般为170200MM。当支架中心距为15M时，最小宽度一般取14001430MM，最大宽度一般取15701600MM。当支架中心距为175M时，最小宽度一般取16501680MM，最大宽度一般取18501880MM。当支架中心距为125M时，如果顶梁带有活动侧护板，则最小宽度取1150L180MM最大宽度取13201350MM；如果顶梁不带活动侧护板，则宽度一般取1150L200MM26。分体顶梁柔性液压支架的顶梁采用三个相互独立的小面积窄梁，为了提高支架的稳定性，各顶梁之间通过连接机构相连，综合考虑支架的中心距、每个顶梁受力的合理性以及减少架间空隙，确定支架的宽度为。MB120315底座长度底座是将顶板压力传递到底板和稳固支架的构件。在设计支架的底座长度时，应考虑如下诸方面支架对底板的接触比压要小；支架内部应有足够的空间用于安装立柱、液压控制装置、推移装置和其他辅助装置；便于人员操作和行走，保证支架的稳定性等。通常，掩护式支架的底座取35倍的移架距；支撑掩护式支架的底座长度取4倍的移架距。本支架为支撑掩护式支架，移架步距为650MM,所以该分体顶梁液压支架底座长度设计为2600MM。316顶梁长度顶梁是支护顶板的直接承载部件，其长度取决于必要的作业空间和通风断面要求，还与支护方式有关。如图31所示，顶梁长度由三部分尺寸组成15，即LBNU图31液压支架尺寸关系式中顶梁前部尺寸；B顶梁上前、后排立柱柱窝之间的距离；N顶梁上后柱窝中心到铰接点的距离，取550MM。U顶梁前部尺寸为CHTGADYB运输机铲煤板端至煤壁距离，一般为50100MM,取50MM；包括铲煤板和电线槽在内的运输机宽度，经查表取980MM；推移步距650MM；D底座前柱窝中心到底座前端的距离，一般为500800MM，取500MM；A支架的最低高度，1600MM；H支架最低位置时立柱的倾角，8；梁端距，梁端距是考虑由于工作面顶板起伏不平造成输送机和采煤机的倾斜，C以及采煤机割煤时垂直分力使摇臂和滚筒向支架倾斜，为避免割顶梁而留的安全距离，一般为250350MM,取300MM。509861083165BTGM25NT1603LBU由此确定分体顶梁刚性液压支架的顶梁长度为3330MM。317支架工作阻力支架的工作阻力定为2400KN，采用六柱支撑，因此每根立柱的工作阻力为。KNF4062132顶梁结构设计321顶梁形式的选择支架常用的顶梁形式有两种整体顶梁和铰接顶梁18。整体顶梁特点是结构简单，可靠性好；顶梁对顶板载荷的平衡能力较强；前端支撑力较大；可设置全长侧护板，有利于提高顶板覆盖率，改善支护效果，减少架间漏矸。为改善接顶效果和补偿焊接变形，整体顶梁前端8001000MM处一般上翘。13铰接顶梁由前后两段组成，前段称为前梁，后段为主梁，一般简称顶梁。铰接式顶梁在前梁千斤顶的推拉下，前梁可以上下摆动，对不平顶板的适应性强。运输时可以将前梁放下与顶梁垂直，以减小运输尺寸，但前梁千斤顶必须有足够的支撑能力和连接强度，前梁上不宜设置侧护板。为顺利移架，前梁一般要留有100150MM间隙，从而增加了破碎顶板漏矸的可能性。本课题所设计的分体顶梁柔性液压支架是介于整体支架与简易支架之间的轻型支架，适用于中小型工作面，因此顶梁应选择结构简单、成本低的整体顶梁。顶梁一般是用钢板焊接而成的箱式结构，又分为单腔室和多腔室两种。本次设计的分体顶梁柔性液压支架由于顶梁为窄长型，并设置有内伸缩式伸缩梁，考虑梁体内需要安装伸缩千斤顶，因此顶梁选用单腔式的整体顶梁形式，其结构形式如图32所示，（A）为顶梁的结构形式，（B）为顶梁在柱窝处的断面图。（A）（B）图32顶梁结构322伸缩梁结构设计根据顶梁与煤壁的距离，伸缩梁的伸缩长度为07M，伸缩梁内置，根据顶梁尺寸，伸缩梁的高度为150MM,宽度定位300MM，为增加伸缩梁与顶梁的接触面积，在伸缩梁两个侧板底部焊接厚度为12MM，宽度为40MM的钢板。33底座结构设计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；液压支架底座常用型式有3种，即整体刚性底座、底分式刚性底座和铰接分体式底座。整体刚性底座是用钢板焊接成的箱式结构，整体性强、稳定性好，强度高，不易变形，与底板接触面积大，比压小。该结构的推移千斤顶一般安装在箱形体之下，整体刚性底座立柱柱窝前一般要设计一过桥，以提高底座的整体刚性和抗扭能力。但推移机构处易积存碎矸，清理较困难，一般用于软底板条件下工作面支架。为了使底座在一定范围内适应底板起伏不平的变化，通常把底座设计为底分式刚性底座。该结构底座底板为中分式的，推移机构直接落在底板上，前立柱柱窝前有过桥，由于这种底座底板分体，推移装置处的碎矸可随支架移架从后端排到机器后方，不需要人工清理，但减少了底座接触面积，增大了对底板的比压。目前，高产高效工作面液压支架一般采用分体刚性底座。铰接分体式底座分为左右相对独立的两部分，在中间处铰接，左右底座在垂直方向可相对错动，无刚性约束。这种底座对底板不平的适应性好，减少了底座的扭转和偏载载荷，但支架的整体刚性有所降低。为了保证底座整体性强、强度高、比压小等性能，此次分体顶梁柔性液压支架的设计选用整体刚性底座。由于所设计的分体顶梁柔性支架采用三排立柱支撑结构，每两排立柱之间设置一个推移千斤顶，因此底座选择五腔室局部开口的截面形式，采用六条主筋板组成五腔室，其中最左、最右和正中间的三腔室封闭，其余两腔室开口，以便安装推移机构。331底座的选型底座的结构型式通常有三种类型（A）（B）图33底座分类1整体式整体式底座是用钢板焊接成的箱式结构，整体性强，稳定性好，强度高，不易变形，与底板接触面积大，比压小。如图A2对分式为使底座在一定范围内适应底板起伏不平的变化，通常把底座制成前、后或左、右对分的形式，如图（B），两者用过桥连接。3底靴式底靴式底座的特点是每根立柱支撑在一个底靴上，立柱之间用弹簧钢板连接，立柱与底靴之间用销轴连接，其特点是结构轻便，动作灵活，对底板的不平整适应性强，但刚性差，与底板的接触面积小，稳定性较差，一般用于节式支架上。各种型式的底座前端都制成滑撬形，以减小支架的移架阻力，同时底座后部重量大于前部，避免移架时啃底。根据以上分析，选择整体式底座。332确定底座结构尺寸根据底座类型可以初步制定出底座的长、宽、高等各部件的结构尺寸。（1）长度21AL式中前立柱与底座前端距，取500MMA前后排立柱间底座长度，为900MM；1后排立柱距底座后缘的距离，为600MM；2则底座长度20LM（2）宽度移架时，保证相邻底座间不挤卡，移架顺利，必须留有安全间隙，其值一般不小于150。一般中心距为1500的支撑掩护式支架底座宽度可以取11001300。现取1220MM（3）移架机构导向通道一般支架底座在其宽度的中部有一个通道，用于放置移架机构，便于导向排矸。通常宽度取决于移架机构宽度，一般为250350，取300。（4）柱窝形式一般为埋入底座箱型机构内的球窝形柱窝，具有强度大，对立柱缸底的适应性强，可保证支架由较大的调高范围等特点，其缺点是对底座的强度减弱较大，柱窝处容易堆积煤矸，影响正常动作。（5）底座厚度按类比法取数值180AM34柔性导杆稳定机构的设计柔性导杆稳定机构是分体顶梁柔性支架的稳定机构，它由焊接在支架底座上的导向筒和多块弹簧钢板组成的导杆组成。柔性导杆采用类似于弹簧钢板的结构，即将弹簧钢板视为一端固定，一端为自由端的结构，使支架在工作过程中受水平力时，由于弹簧钢板的弹性变形，能够实现水平方向的让压承载。对柔性导杆稳定机构的设计主要是确定弹簧钢板的长度、横截面积和板簧的片数。341弹簧钢板长度的确定弹簧钢板长度的确定主要是考虑能够满足支架最大、最小高度的要求。即当支架处于最低位置时，柔性导杆的最低位置应在底座底盖板之上；而支架处于最高位置时，柔性导杆的最低位置应处于导向滑套内，为了保证支架的稳定性，支架在最高位置时柔性导杆与导向滑套间必须保证有一定的重合度。柔性导杆是由多片弹簧钢板叠加而成，由主板簧、副板簧和簧箍三部分组成，其中主板簧的上部为卷耳结构，通过销轴将其与顶梁铰接在一起。确定弹簧钢板长度可按主板簧进行，而主板簧的长度取决于支架的高度，卷耳部分在柔性导杆上下移动的过程中对支架的高度无影响，因此可以按从销轴中心到弹簧钢板底部的距离计算，最后再加上L卷耳的弧长；由于多片弹簧钢板是应用簧箍连接的，因此还需留有簧箍的宽度A，27，取35MM。导杆机构的尺寸关系如图所示0182AL图34柔性导杆机构的尺寸关系1底座；2导向滑套；3柔性导杆；4簧箍；5顶梁滑套长度60160283012DZLLAM顶梁的高度200MM和卷耳中心到顶梁底板的距离80MMDL底板的高度180MMZA簧箍的宽度30MM。导杆长度5029018520317ZLLAM重合长度1843M342弹簧钢板截面尺寸及板片数量的确定本课题中的弹簧钢板的截面尺寸参照我国目前铁路用的车辆板簧常用尺寸确定27，选择弹簧钢板的截面尺寸为。MBH120柔性导杆稳定机构中板簧的结构为一端固定，一端为自由端28，其受载如图36所示，变形量和应力为312QLFEILNZ式中L板片的长度，MM；Q横向载荷，即所受横向力，N；E材料的弹性模量，图35板簧受载图MPAE5102截面惯性矩，；I43MIBHB宽度，120MM；H厚度，20MM；F总变形量，MM；输入端的法向应力，MPA；弹簧钢板固定端截面的抗弯截面系数，。Z326MBHZ横向载荷按支架移架力的一半进行计算，取QKN132变形量按立柱轴向最大倾角时的偏移量确定，取0451904FTGTM由此计算弹簧钢板总的惯性矩3361210104QLIEF计算簧片的数量63339812021INBH取弹簧钢板的片数为2，验算固定端的最大应力21309045120/6QLMPANZ因此，确定簧片的数量为4片。35立柱的确定目前国内支撑式支架立柱数为26根，常用4根；支撑掩护式支架为四根。本液压支架为分体式支架采用六根立柱。立柱间距指支撑式和支撑掩护式支架而言即前后两立柱间距。立柱间距的选择原则为有利于操作，行人和部件合理布置。支撑和支撑掩护式支架立柱间距为115M。立柱是支架的重要承压部件，在支架正常工作时，一直处于高压受力状态，它的工作性能直接整个支架的工作状态。因此在设计支柱时除要求具有合理的工作阻力和可靠的工作性能外，还需要具有足够的抗压、抗弯强度，良好的密封性能，并能适应支架的要求。立柱分单作用和双作用。其中单作用又分活塞式和活柱式双作用分单伸缩、单伸缩带机械加长段、双伸缩、三伸缩等。本支架采用双作用的单伸缩立柱，下面介绍立柱的设计计算。351工作阻力的确定（1）支护面积2508CFLCBKML支架顶梁长度，取3330MMC梁端距，取300MMB支架顶梁宽度，1220MMK相邻顶梁间的间隙，取180MM2覆盖率/1079DLBFCK顶梁的面积；D支护面积。C（3）支护强度根据老顶级别和直接顶类别确定支架型号，再根据老顶级别和采高确定支护强度。由于实际最大采高步一定正好和上表所列采高相同，所以要用插法重新计算。1212124586/MQXHHQKNM当支架最大采高时，支架应有的支护强度；X2/在上表中，与低于最大采高但与之相邻的采高对应的支护强度，取1Q1342/KNM在上表中，与高于最大采高但与之相邻的采高对应的支护强度，取2/对应的采高，取1QH2M对应的采高，取234液压支架的支护力，初撑力和工作阻力立柱支护力12308XCFQKN液压支架对顶板的支护力，K液压支架支护强度，X2456/M液压支架对顶板的支护面积，CF08352立柱的确定（1）根据支架的工作阻力或初撑力和泵压确定，其计算公式如下140FDCOSANP式中D立柱缸径，；M安全阀调整压力，；AP40AMP立柱支护力，1F238KN40238D1M6COSC再按照北京煤矿机械厂标准（Q/BM32782）选取计算比较大的标准值作为内径，取D125如下表内径系列表506380110110125140145160180200210220230250将缸径圆整到标准值取125DM立柱初撑力21386440BDPPKN泵站额定工作压力减去从泵站到支架沿程压力损失后的值取B35091AMP安全阀调整压力1240306COSAAFPMPD安全阀调整压力取AMP立柱工作阻力249061ADFKN选取标准值单伸缩立柱缸体内径125MM；活柱外径105MM；工作阻力588KN；额定工作压力50MPA；（2）缸体壁厚的计算液压支架立柱的壁厚（MM）一般为，即中等壁厚，按下式计算16/32D23PD式中P缸内工作压力，MPA；缸体材料许用应力，安全系数取,5N60/12AMP将上述数据代入壁厚公式得27M根据液压设计手册将缸体壁厚圆整为标准值28M缸体外径ED215281E（3）厚度计算支撑掩护式支架立柱的缸底，一般在缸内做成平底，在缸外做成球面形，如图11所示。在直径DMM处的缸底厚可按下列公式计算。13P043式中P缸内所能形成的最大压力，MPA；缸体材料的许用应力，MPA。本立柱缸底,材料取45号钢,其抗拉极限强度125DM是，安全系数取,得60BAMP5NAN将上述数据代入壁厚公式得取35MM。5004312349M（4）活塞宽度的确定活塞立柱的关键元件，对它的主要要求是保证密封性能良好，运动表面能承受外力的冲击。活塞套在活柱上，活塞与缸体内径的配合精度一般为，粗糙度。9/FH液压缸的活塞宽度B取缸筒内径的倍。本立柱活塞宽度范围是，0617512M取活塞宽度为90MM。（5）最大工作行程L液压缸的最大工作行程是由工作要求和结构计算的最大值来确定的。本设计液压缸的最大工作行程根据设计要求支架的最大支护高度为24M,最小支护高度为16M,确定立柱的最大工作行程为800MM。图36一般的液压缸（6）最小导向长度H的确定，当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到缸口导向套滑动面中点的距离成为最小导向距离，如图36所示。对于一般的液压缸，其最小导向长度H应满足下式要求20LDM式中L液压缸的最大工作行程，800MM；D缸筒内径，125MM本设计应满足80125HM图12本立柱根据总体设计要求得最小导向长度为,满足最小导向长度的要求。10HM（7）活塞宽度活塞的宽度取缸径的倍，取90MM06136推移千斤顶361推移装置的选型推移装置推移装置由推移千斤顶和推移杆组成。推移杆为焊接结构,具有足够的强度和刚度。其推移装置可使支架及输送机产生相互导向的防滑功能。支撑掩护式支架所需的移架力不仅应克服底板的摩擦力，还应克服两旁相邻支架的摩擦力以及由于移架时立柱的剩余载荷引起的顶板对支架的摩擦力，所以它需要的移架力要比支撑式支架大得多。为获得较大的移架力，掩护式和支撑掩护式支架的推移装置常增加一个推移框架，以便利用推移千斤顶的推力移架，拉力推溜。1长框架推移装置支架撑紧顶板时，液压控制使推移千斤顶活塞杆缩回，推移千斤顶的拉力经导向块变为对传力框架的推力而把运输机推向煤壁。支架卸载后，液压控制使推移千斤顶活塞杆伸出，此时运输机不动，导向块成为固定支点，推移千斤顶的推力把支架移至新的工作位置，这时传力框架承受拉力。长框架推移装置的缺点是传力框架较长，杆端面小，因而刚度不易保证，容易发生弯曲变形。2短框架推移装置短框架推移装置与长框架推移装置工作原理形同无论是长框架还是短框架推移装置，都可以把推移千斤顶设计成倾斜装置，前高后低。这样，移架时，推移千斤顶将对支架底座前端作用一个向上分力，避免移架是底座前端扎底，有利于移架动作的顺利完成。在这里采用长框架推移装置。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，长1080，宽290。362推移前千斤顶的确定1框架式推移千斤顶缸体内径40697TBFDMP移F推移千斤顶的移架力，在薄煤层中100150KN；中厚煤层中150250KN；厚煤层中300400KN本设计煤层属中厚煤层,考虑到本设计支架为轻型液压支架，取120KN；工作压强取315MPABP根据以上参数缸径选取80MM；杆径取50MM；泵压取326；推力取157KN；AMP拉力98KN。推移步距为650MM，推移千斤顶的行程选750MM（2）缸壁厚度，取11MM1073PDM（3）缸底厚度P0418（4）最小导向长度H，最小导向杆取80MM7520LDHM（5）活塞宽度活塞的宽度取缸径的倍，取60MM06137伸缩梁千斤顶的确定伸缩千斤顶内置于顶梁，根据设计，选取缸的内径为100MM，外径为121MM，行程为400MM，最小导向长度H65MM,活塞宽度取70MM，缸底厚度为28MM。伸缩梁千斤顶为双作用单活塞液压缸221VDDD707MM圆整后取80MM第4章顶梁强度校核41材料的选择在液压支架的研制，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1强度校核均以材料的屈服极限计算安全系数。S2结构件、销轴、活塞杆的屈服极限及强度条件。各构件通常采用16MNVN等普通低合金结构钢，并由具有标准厚度的钢板焊接而1成，取459MPAS主要销轴均采用CRMO等合金结构钢取屈服极限561MPA2S活塞杆均采用45号钢，取屈服极限3672MPA3S结构件、销轴和活塞杆的强度条件为4NSMAX式中危险断面计算出的最大应力，MPA，许用安全系数N3缸体材料采用27SIMN无缝钢管，取抗拉强度1020MPA，强度条件为BNB式中缸体许用应力，MPA许用安全系数，取354N焊条抗拉强度取561MPA，其强度条件1BNB式中计算出的焊缝许用应力按焊条类型确定B许用挤压应力按下式计算2SC750（4）安全系数，查书1表安全系数前梁顶梁底座主要轴缸体焊缝活塞杆N111111133343341442顶梁的强度校核顶梁受力有两种，按集中载荷在两根立柱中间和在顶梁两端两种情况，理论支护阻力在顶梁的最危险断面处，对顶梁进行强度校核。421集中载荷在两根立柱中间时校核由中华人民共和国煤炭行业标准MT3122000中实验的规定加载。加载方式如下图所示图41顶梁中部集中载荷实验加载方式示意图图中，剖面线部分为顶梁中部所加的钢条，也就是作用力的位置。钢条所在的位置为，两柱窝中点。现将此实验中顶梁的受力模型列于下图中图42顶梁结构及受力图1画出顶梁结构简图、受力图、剪力图和弯矩图图B为剪力图，从右向左取，向上为负，向下为正。对个点左右的剪力计算如下A1490AQPKN左B285B右FK左C4CQKN2右P图C为弯矩图5MAX20581250731MLNM2按弯曲应力计算进行强度校核由计算得知，按弯压联合计算，不如按最大弯曲应力计算应力大。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12MM首先对每块钢板编号，把位置状态相同和截面积相同的钢板编成一个号，然后计算截面面积最后计算截面形心距即IIY图43顶梁截面图21048FLM1062YM21L2333294Y123IFYYF096M每个零件中心到截面形心的距离11069AYM229134337Y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ZIJ332241104096480391ZLJAFM3322427101ZL33224062094031ZJAFM23ZZJ444409101091计算弯曲应力和安全系数MAXMAX2AXZZMLYJJ542731076019AP安全系数MAX459130SN合格。3校核BB截面的剪切强度在截面BB的剪力最大，且腹板采用钢板焊接，故需要校核，现对中性轴处剪切力进行校核，即MAX0AZQSJB最大剪力AX截面沿中性轴的总宽度0MB0240截面中心轴之上各块面积对中性轴静矩S4051IIIIIFYY0MAXABJIQZ544971220AMP安全系数MAXAX504591261SJNN所以BB截面强度合格。422集中载荷在顶梁两端时校核由中华人民共和国煤炭行业标准MT3122000中的规定按其中的整体顶梁的实验条件加载使立柱达到最大工作阻力的12倍,既N600KN,集中载荷的分布如图所示图44两端集中载荷加载示意图其中剖面线部分为两块钢条,既集中载荷的作用点画出顶梁结构简图、受力图、剪力图和弯矩图图45集中载荷在两端时的顶梁受离图图B为剪力图，从右向左取，向上为负，向下为正。对个点左右的剪力计算如下已知,1490PKN2485121206502561030FMPF21351PP求得,9KN图C为弯矩图5MAX1650321642710MFNM2按弯曲应力计算进行强度校核由计算得知，按弯压联合计算，不如按最大弯曲应力计算应力大。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12MM首先对每块钢板编号，把位置状态相同和截面积相同的钢板编成一个号（图34），然后计算截面面积最后计算截面形心距即IIY图46顶梁截面图21048FLM1062YM21L2333294Y123IFYYF096M每个零件中心到截面形心的距离11069AYM220961034AYM3397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ZIJ332241104096480391ZLJAFM3322427101ZL33224062094031ZJAFM23ZZJ444409101091计算弯曲应力和安全系数MAXMAX2AXZZMLYJJ542671060193AP安全系数MAX4591723SN故此截面强度合格。第5章伸缩梁强度校核51材料的选择伸缩梁是液压支架中提前支护部件，在液压支架的研制，试验过程中，伸缩梁的强度计算是极为必要的。由于伸缩梁的结构特点，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1强度校核均以材料的屈服极限计算安全系数。S2结构件、销轴、活塞杆的屈服极限及强度条件。各构件通常采用40CR等普通低合金结构钢，并由具有标准厚度的钢板焊接而成，1取459MPAS主要销轴均采用40CR等合金结构钢取屈服极限561MPA2S活塞杆均采用45号钢，取屈服极限3672MPA3S结构件、销轴和活塞杆的强度条件为4NSMAX式中危险断面计算出的最大应力，MPA，许用安全系数N3缸体材料采用27SIMN无缝钢管，取抗拉强度1020MPA，强度条件为BNB式中缸体许用应力，MPA许用安全系数，取354N4焊条抗拉强度取561MPA，其强度条件BNB式中计算出的焊缝许用应力按焊条类型确定B5许用挤压应力按下式计算SC75052伸缩梁的强度校核按理论支护阻力在伸缩梁的最危险断面处，对顶梁进行强度校核。因为伸缩梁是插在顶梁里面的，活动自由受到很大限制，因此我们可以把伸缩梁建立一个简支梁的模型，同样的，我们也可以把伸缩梁的集中载荷分布在其端点，如果这样就能合格的话，那么不管集中载荷在伸缩梁的任何位置，还是均布载荷，其强度都能达到要求。画出伸缩梁的剪力图和弯矩图图51伸缩梁受力图从右向左取，向上为负，向下为正。对个点左右的剪力计算如下SXCFQ其中24586/KNM0731C29SF图C为弯矩图44MAX63107610SMLNM按弯曲应力计算进行强度校核由计算得知，按弯压联合计算，不如按最大弯曲应力计算应力大。为了安全，在AA截面，采用最大弯曲应力进行校核。图52伸缩梁截面图计算截面面积F及截面形心至AA面的距离Y全部厚度为12MM首先对每块钢板编号，把位置状态相同和截面积相同的钢板编成一个号，然后计算截