液压支架课程设计.doc

液压支架毕业设计 第 56 页参考数据：（1）煤壁平均厚度1.83.0m；（2）煤层倾角2225度；（3）基本顶级别（4）直接顶类别2设计要求：底板：无影响支架通过的断层，底板强度不高于矿井底板允许的矿层强度。地质条件：适宜开采。瓦斯等级：符合安全生存要求。1 液压支架整体结构设计1.1 支架主要尺寸的确定1.1.1支架的高度和支架的伸缩比1、支架高度支架高度的确定原则，应根据所采煤层的厚度，采区范围内地质条件的变化等因素来确定， 其最大与最小高度为： （1-1） （1-2）式中 支架最大高度（mm）； 支架最小高度（mm）；煤层最大厚度（mm）；煤层最小厚度（mm）；考虑伪顶、煤皮冒落后仍有可能靠初撑力所需要的支撑高度，一般取200300mm；顶板最大下沉量，一般取100200mm；移架时支架的最小可缩量，一般取50mm；浮矸石、浮煤厚度，一般取50mm；取=200mm,由设计给出的参数可得，支架最大高度为2400mm，最小采高1600mm2、支架的伸缩比支架的伸缩比指最大与最小支架高度之比值即： （1-3）由于液压支架的使用寿命较长，并可能被安装在不同的采煤工作面，所以，支架应具有较大的伸缩比。一般范围是1.5至2.5，煤层较薄时选大值。但是考虑尽量减轻支架重量，降低造价，可搞系列化，加强指甲对顶底板的适应性，降低伸缩比，尽量采用单伸缩油缸或带机械加长杆来增加调高范围。该支架的伸缩比=1.5 1.1.2支架间距和宽度的确定所谓支架间距，就是相邻两支架中心线间的距离。按下式计算： （1-4）式中： 支架间距（支架中心距）；每架支架顶梁总长度；相邻支架（或框架）顶梁之间的间隙；n每架所包含的组架的组数或框架数，整体自移式支架n =1；整体迈步式支架n =2；节式迈步支架，n =支架节数。支架间距要根据支架型式来确定，但由于每架支架的推移千斤顶都与工作面输送机的一节溜槽相连，因此目前主要根据输送机溜槽每节长度及帮槽上千斤顶连结块的位置来确定，我国刮板输送机溜槽每节长度为1.5m,千斤顶连结块位置在溜槽中长的中间，所以除节式和迈步式支架外，支架间距一般为1.5m。大采高支架为提高稳定性中心距可采用1.75m,轻型支架为适应中小煤矿工作面快速搬家的要求，中心距可采用1.25m。本次设计取支架的中心距为1.5m。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100mm200mm。其中宽面顶梁一般为1200mm1500mm，节式支架一般为400mm600mm。本次设计取支架顶梁的宽度为1400mm,亦即顶梁侧护板侧推千斤顶的行程取140mm。1.2底座长度的确定底座是将顶板压力传递到底板和稳固支架的部件。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长度取3.5倍的移架步距（一个移架步距为0.6m），即2.1m左右，支撑掩护式支架的底座长度取4倍的移架步距，即2.4m左右。而这里的V型轻型支架是一种新型支架，可参考支撑掩护式支架选型。综合考虑取底座长度为2.0m，底座宽度为1.4m，立柱中心线之间的距离为1.0m。1.3顶梁长度的确定根据支架工作方式和设备配套尺寸来确定顶梁长度。1.3.1支架工作方式对顶梁长度的影响支架工作方式对支架顶梁长度有很大影响。先移架后推溜方式（即时支护）要求顶梁有较大长度；先推溜后移架方式（滞后支护）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，支架要超前输送机一个步距，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一个步距，一般为600 mm 。本次设计采用即时支护方式。1.3.2顶梁长度计算 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。e 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。中厚煤层综采选用的配套设备如下：采煤机为6MG200W型；输送机为SGD 630/220型。经过计算得该支架的顶梁长度为3200mm如图1-1所示。图1-1 顶梁长度示意图经过计算得该支架的配套尺寸如图1-2所示图1-2 三机配套尺寸图2 液压支架部件设计液压支架各个部件的结构型式，应根据工作面的顶底板条件和支架架型进行选择。结构件的端面尺寸，应进行强度校核，满足要求才能投入生产使用。2.1 顶梁2.1. 1 主要作用（1）、用于支撑、维护和覆盖顶板，为工作面创造安全的工作空间；（2）、将立柱的支撑力传递至顶板，并给予合理地分布；对支架后部接近采空区的顶板起切顶作用；对无立柱空间的顶板起支撑作用；（3）、为护帮、防倒装置等提供依托；（4）、将顶板载荷通过立柱经底座传到底板。图2-1 顶梁的结构型式1前梁；2后梁；3尾梁；4前梁千斤顶；5前梁伸缩千斤顶2.1.2 结构型式 V型液压支架的顶梁在设计过程中，参考了支撑式支架顶梁的结构型式。其结构型式如图2-1所示。图2-1 a为整体刚性顶梁，顶梁为一整体，刚性大，承载能力较好。但对顶板的适应性差。图2-1 b为铰接式顶梁，由前梁和后梁铰接而成，分别由前、后排立柱支撑。其中图2-1 b为全铰接式，它能适应顶梁上方前、后顶板的变化，但当顶板出现凹坑时，顶梁易成人字形，影响支撑效果和切顶性能。半铰接式顶梁如图2-1 c所示，它克服了全铰接式的缺点，当顶梁中部顶板出现凸起时，使前、后梁向上翘；当顶板出现凹坑时，由于交接点下部有平整碰头阻止，支架顶梁仍保持平整位置。 图2-1 d为刚性顶梁带铰接式前梁，顶梁由前、后梁铰接。在铰接前梁2安装有前梁千斤顶4，用来支撑靠近煤壁处的顶板，同时还可以使前梁上、下摆角，适应顶板起伏变化和增加顶梁前端的支撑能力。为了使冒落的顶板矸石滑向采空区，保护挡矸帘，还可以增加尾梁3，如图2-1 e所示。图2-1 f为带伸缩前梁的刚性顶梁，伸缩千斤顶5使前梁1伸缩。由于前梁可以及时伸出支护刚暴露的顶板，从而允许固定顶梁减少长度。也可以用前梁千斤顶和伸缩千斤顶配合使用，使前梁既可以伸缩，也可以上下摆动。为了使支架结构简单，而且具有更好的支护能力。本支架采用图2-1 e所示的结构，而且在尾梁上加尾梁千斤顶，使尾梁可以摆动一定的角度。2.1.3 顶梁结构和断面形状各类顶梁都为箱式结构，一般由钢板焊接而成。为加强结构的刚度，在上下盖板之间焊有加强筋板，构成封闭式棋盘型。顶梁前端呈滑撬式或圆弧形，以减少移架阻力。支撑式支架后端焊有挂帘板，作为挂矸帘之用。在顶梁下面焊有铸钢柱窝，柱窝两侧有孔，用钢丝绳或销轴把立柱和顶梁连接起来，掩护式支架和支撑掩护式支架在顶梁后端有销孔，通过销轴与掩护梁上的销孔相连。按顶梁的断面形状，还可以把顶梁分成如下结构形式：（1） 闭式顶梁闭式顶梁为顶梁上、下盖板与筋板焊接成封闭型，如图2-2所示。一种为立筋凸出型，如图2-2 a所示，增加了焊接强度；另一种为立筋凹下，焊接后使顶梁平整，但焊接强度不如前一种，如图2-2 b 。（2） 开式顶梁开式顶梁结构如图2-3所示。图2-2 顶梁闭式立筋型式图2-3 顶梁开式立筋型式 开式顶梁的特点，可减轻顶梁重量，增强顶梁的抗弯强度。对于掩护式和支撑掩护式支架，为便于侧护板能自由伸缩，要在顶梁顶面上加焊一块比侧护板稍厚的钢板，称为顶板，如图2-4中a，同时也增强了顶梁的结构强度。图2-4 顶梁断面本设计中的V型液压支架顶梁的型式如图2-5所示。顶梁采用开式结构图2-5 V型液压支架顶梁1前梁；2铰接轴；3前梁千斤顶；4主顶梁2.2顶梁侧护板支架侧护板装置一般由侧护板、弹簧筒、侧推千斤顶、导向杆和连接销轴等组成。 1、主要作用（1）、挡矸。可改善顶梁与掩护梁的护顶、防矸性能，隔离控顶区与采空区、防止冒落矸石窜入工作面，减少冒矸形成的粉尘；（2）、导向。在支架移架时起导向作用；（3）、防倒、调架。活动侧护板增强了支架侧向稳定性，其上设置的弹簧与千斤顶都起防倒与调架作用。 2、侧护板的种类与选择 顶梁和掩护梁的侧护板有两种：一种是一侧固定另一侧活动的侧护板。由于固定侧护板与梁体焊接在一起，可节省原梁体的侧板，既节省材料又可加固梁体。在设计时，根据左右工作面来确定左侧或右侧为活动侧护板。一般沿倾斜方向的上方为固定侧护板，下方为活动侧护板。活动侧护板通过弹簧筒和侧推千斤顶与梁体连接，以保证活动侧护板与邻架的固定侧护板靠紧。但当改换工作面开采方向时，活动侧护板便位于倾斜方向的上方，对调架、防倒等带来不便，所以很少采用。另一种是两侧皆为活动侧护板。这种侧护板可以适应工作面开采方向变化的要求，有利于防倒和调架。V型液压支架采用的是第二种两侧皆为活动侧护板。 3、侧护板的结构型式侧护板的结构型式如图3-6所示。图2-6 侧护板的结构型式一种是侧护板在顶梁的外侧。这种类型侧护板又有三种型式，图2-6 a，顶梁上无顶板，侧护板易被冒落矸石压住，影响侧护板的伸缩；图2-6 b、c，在顶梁上加设顶板，克服了以上的缺点，但支架承载时，侧护板装置受力很大。另一种是铰接式侧护板，如图2-6 d所示。它克服了以上两种侧护板的缺点，但由于架间侧护板造成三角带容易填入碎矸，影响架间密封效果。所以综合考虑各个方面，本架采用图2-6 b所示的侧护板。可以根据工作面倾角方向调整一侧固定，另一侧活动，适应性强。如图2-7所示：图2-7活动侧护板的类型1侧推千斤顶；2活动侧护板； 3弹簧组件2.3 底座 1、主要作用 （1）、承受由立柱与连杆等传递的顶板载荷，并传递给底版； （2）、是整个支架结构稳定性、整体性的基础； （3）、为支架辅助件，例如推移装置、防倒防滑、操纵阀架等提供依托与根基； （4）、有一定的挡矸与排矸能力； （5）、便于人员操作与行走； （6）、与工作面输送机等组成交替前移的支撑点，防止支架与输送机下滑。2、底座的结构型式、特点与选择支架底座结构型式通常有三种类型，即整体刚性底座、底分式刚性底座和铰接分体底座。此处选择整体刚性底座，如图2-8所示。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。同时，底座前端制成滑撬形，以减小支架的移架阻力；而且用过桥连接，增加了底座的刚度。通过立柱套筒与立柱连接；而且两者之间用方钢丝连接，保证升柱时，各立柱能同时升起；这种连接方式简单、安全、可靠。图2-8 整体式刚性底座1过桥；2推移千斤顶支座；3柱窝； 其中，柱窝的结构如图3-9所示：图2-9 柱窝结构2.4推移装置液压支架推移装置是保证支架正常推溜和拉架，实现工作面正常循环作业的重要装置。在设计支架时，应根据支架结构和配套要求合理选择推移装置的形式，并充分保证支架推移装置对工作面条件和配套的适应性。推移装置的型式如表2-1所示表2-1 推移装置千斤顶的型式型 式特 点适用条件普通式普通活塞式双作用千斤顶可为外供液式，也可为内供液式1、目前已很少直接用作推移装置，而多与反拉框架一起使用，应用较广2、外供液式结构简单，应用广泛差动式千斤顶结构仍为普通型式，利用交替阀的油路系统，使其减小托输送机力用于直接拉架的方式，目前应用较少浮动活塞式千斤顶活塞可在活塞杆上滑动，使环腔供液时拉力与普通千斤顶相同；但在活塞腔供液时，使压力的作用面积仅为活塞杆断面积，从而减小了推输送力1、 广泛用于直接拉架方式，与短推杆等导向件一起使用2、 动作时间有一定滞后，但一般不影响使用推移装置一般由推移千斤顶、推杆或框架等导向传力杆件以及连接头等部件组成，其功能、连接型式见表2-2。表2-2 推移装置的功能与主要连接型式功 能1、 将输送机推向煤壁，保证作业循环2、 将液压支架拉向煤壁方向，即时支护顶板3、 框架或推杆与底座导向通道共同作为支架、输送机移动时的导向，起一定的防滑作用连接型式1、 直接连接一端固定在支架底座（一般位于支架纵轴线上），另一端固定在输送机或输送机底托架上。此时移架和推输送机都用一个推移千斤顶2、 移步横梁间接连接在推移装置与输送机之间加一个移步横梁、千斤顶仅与移步横梁连接。这种方式减少了支架与输送机之间的约束和影响、比较机动，但结构复杂3、 相邻支架或支架节连接这种方式一般用于节式或各种类型的组合迈步支架。移架千斤顶位于主副架之间，多数分别与两者的底座相连，称为下移架机构。少数为顶梁之间相连，称为上移架机构。移架与推溜各用不同的千斤顶。推输送机千斤顶两端分别同支架与输送机相连，但数量可以减少，如56m布置一个推移杆的常用形式有正拉式短推移杆和倒拉式长推移杆两种。短推移杆式推移装置一般采用浮动活塞式千斤顶或采用双作用千斤顶差动连接。这种推移装置结构比较简单、紧凑。V型液压支架所采用的推移装置为：浮动活塞式千斤顶加短推杆；连接方式为：直接连接。这里采用的短推移杆，如图2-10所示，是由钢板组焊而成的箱形结构件，结构简单可靠，重量轻，被广泛采用。支架推输送机的力应不大于输送机的设计推力，拉架力一般应为支架重量的2.53倍。支架移架速度应与采煤机截割牵引速度相适应。图2-10 短推移杆1连接头；2短推杆；3推移千斤顶2.5立柱和千斤顶的设计本支架主要对立柱的设计进行详细的说明，其余的千斤顶如推移千斤顶、侧推千斤顶、前梁千斤顶等都采用相关手册上的标准型号和尺寸，故不再详细叙述。立柱是支架的承压构件，它长期处于高压受力状态，它除应具有合理的工作阻力和可靠的工作特性外，还必须有足够的抗压、抗弯强度，良好的密封性能，结构要简单，并能适应支架的工作要求。2.5.1 立柱的类型立柱的种类很多，按不同的分类方法有不同的类型。详细分类见表2-3。表2-3 立柱的分类分类方法类型按动作方式分单作用和双作用按结构种类分活塞式和活柱式按伸缩方式分单伸缩和双伸缩V型支架使用的立柱采用中国矿业大学矿山机械研究所李炳文教授新研制成功的DWX悬浮式立柱的结构原理，并在其原来的基础上做了一些调整，结构示意图如图2-11所示。具体结构请参考零部件图。新型单体液压支柱DWX悬浮式支柱是外注式支柱，用水质乳化液做工作介质。支柱在初撑时，压力液体通过三用阀进入到油缸与活柱间的环形腔体内，再从活柱下部的径向通孔进入活柱内腔。在压力液体作用下，顶盖与活柱同时上升并支撑顶板。在顶板压力作用下，顶盖与活柱轴向受压，活柱内腔的液压力形成与顶板压力方向相反的支撑力。活柱内腔的液压力大约分担支柱载荷的3/44/5，活柱的轴向受力仅为支柱载荷其余的1/41/5。因为活柱缩在油缸内的部分全部浸沉在工作介质中，呈悬浮状态，故称该种支柱为悬浮式单体液压支柱。图2-11 悬浮式立柱结构1底座；2缸体；3活柱；4密封件；5端盖2.5.2悬浮式液压支柱的优点V型液压支架采用的悬浮式液压支柱有以下的优点：1、支柱的工作行程大，扩大了支柱的使用范围，减少了支柱的规格型号，使用灵活方便，减少了死柱的可能性，保证了安全生产；2、由于高效利用材料，因此支柱的重量轻，减轻了12到30，节省了钢材；3、支柱无柱头无活塞，在活柱上无焊缝，不仅活柱强度和稳定性得到提升，而且结构工艺得到大大简化，零件数量也得以减少，生产成本降低；4、支柱的活柱和油缸均为简单筒体结构，采用QPQ氮化处理工艺和Ni-P化学镀层工艺，方便可行，使支柱具有防腐、耐磨。防炮崩等特点，实现了水介质支柱。该新型支柱具有结构工艺简单、工作行程大、使用范围大、稳定性安全系数大、重量轻、操作安全可靠等特点。2.6喷雾降尘系统的设计综采放顶煤工艺是割煤与放煤，放煤产量一般占60多，而且放煤口位置越高，煤尘越大。同时原煤含水低，粉尘也大。低位放顶煤支架虽较其他架型放煤煤尘要小，但煤尘仍超出国家规定的标准很多。而且移架时也会产生粉尘。为此必须高度重视防尘。现在主要采取的措施是喷雾降尘，实践证明效果良好。2.6.1喷雾降尘系统的组成每架由平面截止阀、球形截止阎、单向阀、喷头及管路组成(图2.12)。架间有管路相通，低位放顶煤支架喷雾系统在架后放煤口处有4组喷头，在前粱处有l组喷头。2.6.2设计原则为减少煤尘，在收尾梁放煤时，由操纵系统控制打开单向锁，使水路畅通，喷嘴喷出雾状形成雾墙，便粉尘减少。此外还有一球形截止阀，可手工控制喷雾时间。另一组安设在前梁处负责移架时降尘。2.7液压系统的设计2.7.1液压系统的特点低位放顶煤支架的液压系统有如下特点：（1）、采用介质为5：95的水包油乳化液；（2）、各类阀和管路系统可选择流量为125L/min或200L/min两种类型。图2.12 喷雾降尘系统（3）、泵站的压力和流量可根据需要选用，流量有上述两种；压力为31.5MPa；（4）、各类液控元件，一般均布置在顶梁、掩护梁、底座等结构上，根据需要也可布置在立柱上，整个系统应简单、便于操作、人行方便；（5）、立柱的活塞腔油路上设有测压阀，可根据工作需要，随时装上压力测试装置进行压力测定，了解支架的受力状况；（6）、液压系统可根据需要，结合喷雾系统，控制水路，进行放煤与喷雾，拉架与喷雾的联动或手动控制喷雾。2.7.2拟定液压系统支架的液压系统一般分为手动控制和自动控制两类。手动控制系统要求操作者沿工作面跟随采煤机依次操作支架。目前国产支架绝大部分都是这种控制系统。这种支架可以本架操作，也可以邻架操作，本架操作比较简单，管路较少，但不利于操作者观察顶板和支架的动作情况。邻架操作便于操作者观察顶板和支架的动作情况，可提高移架速度和安全性。本支架操作方式采用本架操作控制，使用快速接头拆装方便，性能可靠。液压支架系统的基本原理如图2-13所示，从泵站来的高压液体，经过工作面上的主供液管送往各支架。各支架再经操纵阀把液体送往支架的各立柱和千斤顶，以控制支架的升降推移等动作。回液时，各立柱和千斤顶低压腔的液体通过操纵阀和工作面总回液管返回泵站。该支架液压系统所使用的乳化液，是由乳化油和水配制而成的，乳化油的配比浓度为5，使用乳化液应注意以下几点：1、定期检查浓度，浓度过高增加成本，浓度太低，可能造成液压元件锈蚀，影响液压元件的密封和使用寿命2、防止污染，定期清理乳化液箱和支架过滤器3、防冻：乳化液的凝固点为零下三度左右，与水一样也具有冻结膨胀性，乳化液受冻后，不但体积膨胀，稳定性也受影响，乳化液地面配制和冬季运输时要注意防冻。图2-13 液压支架液压系统图1操纵阀；2液控单向阀；3安全阀；4前排立柱； 5后排立柱；6前梁千斤顶； 7侧推千斤顶；8推移千斤顶；9后梁千斤顶2.8液压支架的主要技术参数2.8.1支护面积 式中：支护面积，； 顶梁宽度，； 顶梁长度，； 移架后顶梁前端到煤壁的距离，一般。代入相关数据，得： 2.8.2支护强度和支护效率支护强度是指支架对单位面积顶板提供的工作阻力。 式中：支架总工作阻力，;支护效率；支架中心距，；梁端距， ；顶梁长度， ；代入相关数据 =0.937 得：3 立柱结构设计和强度计算立柱是液压支架的主要承载与高度调节件。它除了要具有较高的承载能力外，还应有较大的伸缩行程，以满足支架工作高度的要求。在厚煤层开采中，为了增大支架对煤层厚度变化的适应性，常需使支架的伸缩比较大。此时，单伸缩立柱就难以满足要求。虽然采用在支架上装设机械加长杆的方法，在一定程度上可以扩大其调高范围。但机械加长杆在安装后就成为固定活塞杆，需要调节时装拆比较困难。目前，在国内外一些大高度的新型支架上日益采用伸缩式立柱。由于本设计的采高的变化范围较小，因此采用单伸缩立柱结构。3.1单伸缩立柱缸径和工作阻力的确定设计参数：行程： 769 缸内工作压力： 32 完全缩回时长度：1458 完全伸出时长度：2227 3.1.1单伸缩立柱缸径的确定立柱缸体内径按下列公式计算： 式中：立柱缸体内径，； 支架承受的理论总载荷力，; 立柱的根数；安全阀调定压力，选型安全阀，；立柱最大倾角，本设计取。代入相关数据，得：圆整，取。3.1.2安全阀压力的确定安全阀的的调整压力，按选定后的立柱缸体内径和支架承受的理论支护阻力来确定，即：式中按下式计算:式中支架在最高位置时立柱倾角，度。代入数据得即 取32合理3.1.3泵站压力的确定本设计选用型乳化液泵站，压力3.1.4立柱初撑力的计算 式中：立柱初撑力，; 泵站压力， ； 立柱伸到最高时与垂线的夹角代入相关数据，得：3.1.5立柱工作阻力的计算 式中：单根立柱工作阻力， ； 安全阀额定工作压力，。 立柱伸到最高时与垂线的夹角代入相关数据，得：3.1.6立柱缸体壁厚的计算支架立柱的壁厚一般为,即中等壁厚，按下式计算： 式中：缸内工作压力，； 考虑管壁公差即侵蚀的附加厚度，一般取； 强度系数，无缝钢管取； 缸体材料许用应力，缸体选用，； 立柱缸体内径，。代入相关数据，得：圆整，取。 缸体外径为3.2立柱强度和稳定性验算3.2.1立柱主要尺寸的确定 立柱的大体尺寸标注如下图图3-1 立柱受力分析图立柱行程（立柱伸缩长）：立柱最小导向长度： 缸底厚度圆整后取：立柱高：式中：取缸筒内径的0.61.0； 3.2.2缸筒壁厚的验算：1.缸体壁厚应满足厚度要求当时，按中等壁厚缸体公式进行计算： 式中：刚体实际最大承压，。代入相关数据，得：安全系数为： 式中：缸体材料为无缝钢管，； 许用安全系数，一般取。代入相关数据，得:所以，缸体壁厚满足强度要求。2、额定工作压力应低于一定极限值，以保证工作安全 式中： 缸体材料屈服强度，对于取 缸体外径 缸体内径代入数据得：满足要求3、同时额定工作压力也应与安全塑性变形压力有一定的比例范围，以避免塑性变形的发生 式中 缸筒发生完全塑性变形的压力， 因此， 4、缸筒的爆裂压力 满足要求 5、验算缸筒径向变形应处在允许的范围内 式中 缸筒材料泊松比，钢材取缸筒材料弹性模数，钢材取变形量不应超过密封圈允许范围。代入数据得：满足要求 为了加强两端耳部联结强度，设计中加大了千斤顶缸底耳座和活塞杆端销孔直径，以及缸底耳座和活塞杆头部销孔处的厚度及宽度，增加联结部位的强度。3.2.3.缸体与缸底焊缝强度验算缸体与缸底焊缝强度按下式计算： 式中： 环形焊缝内径，； 环形焊缝外径（缸筒外径）,； 焊接效率，取； 立柱工作阻力，。代入相关数据，得：查表得焊缝抗拉强度：安全系数为： 代入有关数据，得：许用安全系数；一般取3.34所以，焊缝强度满足要求。3.2.4立柱稳定性验算验算活柱全部伸出并受最大同心纵向载荷的稳定性。立柱的稳定性条件按下式进行验算： 式中：立柱的稳定极限力， ; 立柱的最大工作阻力，； 活塞杆断面惯性矩， ； 缸体断面惯性矩，。上述各式中: 活柱直径，17 外缸外径，21.4 外缸内径，18活柱采用空心杆，端部接小球头，空心直径： 式中：材料许用应力，；立柱推力， ； 活柱空心直径，。代入有关数据，得：考虑到加强活柱的强度问题，适当加大壁厚故取为代入有关数据，得：；。稳定条件的适用范围：式中：活塞杆端部销孔至最大挠度处距离，112.9； 缸底销孔至最大挠度处的距离，109.8。根据及查极限力计算图，可得值，将该值代入式可得值。若，则立柱满足稳定性条件。若，则要重新设计，可加大活塞杆直径，加大缸体内径，知道满足稳定条件。代入有关数据，得： 据此，查极限阻力计算图，知：将此值代入得：因为所以，设计的立柱满足稳定性条件。3.2.5立柱活塞杆强度验算在承受同心最大轴向载荷时，立柱的初始挠度为： 式中符号如图3-1所示立柱总重，;经计算估取缸体轴线与水平面夹角，。立柱的最大挠度：当 当 当 式中： 钢材弹性模量，； 活塞杆的合成应力为： 式中：活塞杆的断面积， 活塞杆的断面模数，当活塞杆为空心时，其断面模数 安全系数计算如下： 式中：许用安全系数，一般最小为1.4。代入有关数据，得：立柱的最大挠度：因为： 所以按： 计算活塞杆的合成应力为：所以，安全系数：活塞杆强度满足要求。必须指出的是，上述活塞杆强度的计算仅当活塞杆头部至最大挠度处的距离时才适用。所以以上计算是正确的。3.2.6立柱的纵向弯曲稳定性计算立柱的纵向弯曲稳定极限力与液压缸的安装形式、活塞杆直径、行程等有关，由下列公式求取：当 时， 当 时，当时，活塞杆属于短杆，对稳定性可不必校核，只进行强度验算。 式中：活塞杆的计算柔度（当时不需作稳定性计算）； 柔性系数； 活塞杆横断面回转半径，； 长度折算系数，；实验系数；材料弹性模量，；活塞杆断面面积，26.687。代入有关数据，得： 活塞杆属于短杆，不会产生纵向弯曲，弯曲稳定性满足要求。4 液压支架受力分析4.1概述4.1.1支架工作状态1.顶板状态在采煤工作面中，当煤被采出后，就会出现一定的空间，由于受上部岩层压力，出现离层和裂隙，如果不及时支护，顶板就要冒落，不支护的时间越长，危险就越大。而顶板冒落是有一定过程的，一般可分为三个阶段，开始顶板处于无压状态，此时顶板较完整，而且没有下沉，称为无压状态；但经一定时间后，顶板就会下沉，通常称为老顶来压，此时顶板并不破裂，而且这种下沉带有一定的周期性，所以称为老顶周期来压状态；如果不及时支护，顶板就会破裂而冒落，此时叫冒落状态。2.支架工作状态支架在这三种状态下是这样工作的：开始支架以初撑力支撑顶板，此时为无压状态；当周期来压时，顶板下沉，使立柱下腔压力增大，当增大到大于安全阀调正压力时，安全阀被打开，使立柱下腔压力下降，称为立柱让压状态，使支架以工作阻力支护顶板；如果继续来压，就要不断让压，所以立柱要有一定的向下行程，如没有向下行程，称为压死状态，这是在设计和使用中必须注意避免的现象；当支架前移后，此时顶板处于无支护状态，顶板就要冒落，这就是液压支架在工作过程中的三种状态。3.支架受力支架在工作面受力是由于顶板下沉，同时又有向采空区移动的趋势，使顶梁受合力和底座受底板反力，其中顶板合力的垂直分力,由支架工作阻力来克服，所以在计算支架的工作载荷时按支架的工作阻力来确定。4.1.2计算载荷的确定液压支架实际受载荷很复杂，顶梁和底座上的载荷既非集中载荷，又非均布载荷，分布规律随着支架与顶底板的接触情况而变化，为简化计算，作如下假设：1、把支架简化成一个平面杆系结构，同时为偏于安全，按集中载荷进行计算。2、金属结构件按材料力学上的直梁理论来计算。3、顶梁、底座与顶底板认为均匀接触，载荷沿支架长度方向按线性规律，沿支架宽度方向为均布。4、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，使掩护梁偏于安全。5、立柱和短柱按最大工作阻力来计算。6、作用在顶梁上水平力的产生有两种情况：一种是由于支架在承载让压时，由于顶梁前端运动轨迹为双纽线，所以顶梁与顶板有产生位移的趋势，水平力为顶梁合力与静摩擦系数的乘积，其方向与顶梁产生位移方向的趋势相反；另一种是由于顶板向采空区方向移动，使支架顶梁受一指向老塘的水平力，最大水平力与上相同。顶梁与顶板的静摩擦系数，目前国内一般取。7、支架各部受力，按不同支护高度时受力最大值进行强度校核。8、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一校核，超过额定工作阻力10的超载试验，将由安全系数保证强度。4.2支架受力分析与计算支架的受力分析与计算，是按理论力学中一物体受几个力作用下处于平衡状态时，所受力和力矩之和为零的原理来进行分析和计算的。所以当支架支撑后在处于平衡状态时，取整体或某一部件为分离体也处于平衡状态。其合力与合力矩为零。即：满足静力平衡的充分必要条件为:支架整体受力关系如图4-1所示。图4-1 支架整体受力图中为前梁端部所受集中载荷，为主梁所受集中载荷，为底板对底座的支撑力。借助于取分离体的办法求出、和及其作用点的位置。下面就根据将支架简化成平面杆系进行受力分析与计算。4.2.1前梁的受力分析与计算图4-2前梁分离体受力图图中，为前梁千斤顶支撑力，为前梁端部的集中载荷力， 、和角由支架的结构确定。由得： （41）由得： （42）由得： （43）由式（41），得： （44）由式（42），得： （45）由式（43），得： （46）代入数据得： 4.2.2主顶梁的受力分析与计算