液压支架系统与立柱设计1(编辑修改稿)

液压支架系统与立柱设计1(编辑修改稿)内容摘要：

横向力或横向力很小的情况下，可以用保护密封圈的尼龙挡圈兼做导向环。 活塞靠密封圈密封，密封圈有 O 型、 Y 型、 U 型、 V型、鼓型、蕾型等。 鼓型密封圈是两个夹布 U型橡胶圈压制而成的整体实心密封圈，它和两个 L型防挤圈一起使用，适用于工作压力 ～ ，在压力小 于 时，可以不加挡圈。 它可用于各种活塞上的双向密封。 鼓 型密封圈是一个 U型夹布橡胶圈和唇内夹橡胶压制而成的单向实心密封圈。 它适用于装入各种液压活塞头和导向套上，为单向密封。 工作压力小于 时，可以不加挡圈。 以上两种密封圈的使用，简化了活塞结构，装配方便，但密封圈本身加工较复杂。 活塞的轴向固定方式由三种：用螺帽加防松螺钉固定；用压盘和螺钉固定；用半圆环加弹性挡圈固定。 活柱和活塞杆是立柱传递机械力的重要零件，它要能承受压力和弯曲等载荷作用，必须耐磨和耐腐蚀，可用 27SiMn 或 45 号钢制成。 为防止在矿井条件下表面生锈和腐蚀，表面要镀铬，并要注意保护，防止外部硬伤。 缸口用钢丝挡圈固定，是在导向套外侧装有钢丝挡圈，内侧装有密封圈和防尘圈。 这种结构简单，装卸方便，但要求活塞杆外径与缸体内径之间有比较大的空间，这种固定方式使用较多。 固定钢丝和钢丝挡圈的连接方式，不能耐高压。 当密封液体压力较高时，可采用半圆环结构连接方式。 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河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 17 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 所示 表 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 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 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 广泛用于直接拉架方式 ，与短推杆等导向件一起使用 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。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 18 表 推移装置的功能与主要连接型式 功 能 将输送机推向煤壁，保证作业循环 将液压支架拉向煤壁方向，及时支护顶板 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 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 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 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 5~6m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。 ZY3200 型液压支架所采用的推移装置为： 倒拉式长推移杆。 如图 所示，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 ～ 3 倍。 支架移架速度应与采煤机截割牵引速度相适应。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 19 图 短推移杆 护帮 千斤顶 护帮 千斤顶的缸体用圆柱销固定在护帮下端的耳座上，活塞杆与主梁与主梁相连接。 护帮千斤顶的活塞腔液路上，装有液控单向 阀和安全阀，以保证护帮的初撑力和工作阻力。 图 护帮千斤顶 掩护梁 掩护梁为整体箱形焊接结构。 掩护梁上端与顶梁铰接，下端通过前后连杆与底座铰接，构成四连杆机构。 掩护梁主要作用是阻挡并承载采空区冒落的矸石，承受顶板水平推力、侧向力和传递扭转载荷，并保持支架整体的稳定性。 掩护梁上部设计了机械限位块结构，当支架出现不正常工作状况时，机械限河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 20 位起作用，顶梁与掩护梁的机械限位块发生干涉作用，强制限位，防止支架呈现“放大炮”状态 ，避免顶梁过渡上仰，以保护平衡千斤顶、增强了支架的适应性和可靠性。 掩护梁采用固定侧护板结构，结构简单、可靠性高。 前、后连杆 ZY3200/14/32 型二柱掩护式液压支架采用双前连杆、整体后连杆式结构，前、后连杆均为箱形抗扭体，该箱形结构刚性好，强度高，能可靠地承受支架在工作过程中产生的扭转力矩和水平载荷，保持支架的稳定性。 前后连杆与掩护梁、底座相铰接，组成四连杆机构。 后连杆的防矸背板可有效防止采空区矸石窜入工作面。 四连杆 结构 四连杆机构的作用 1．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。 2．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，掩护梁一般做成整体箱形结构，具有一定强度。 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。 3．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。 4．提高支架稳定性 鉴于四连杆机构将液压支架连成一个重量较大的整体，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，也有一些缺点。 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河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 21 重量的增加；其次，由于四连杆机构对顶板产生一个水平力（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 高度 在最大和最小范围内变化时，顶梁端点运动轨迹的最大宽度 e应小于或等于 70mm，最好为 30mm以下。 在最高位置时和最低位置时，顶梁与掩护梁的夹角 P 和后连杆与底平面的夹角 Q ，应满足如下要求：支架在最高位置时， P ≤52176。 ～ 62176。 ，Q ≤75176。 ～ 85176。 ；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 tanPW ，如果钢和矸石的摩擦系数W =，则 P =176。 为了安全可靠，最低工作位置应使 P ≥25176。 为宜。 而 Q 角主要考虑后连杆底部距底板要有一定距离，防止支架后部冒落岩石卡住后连杆，使支架不能下降。 一般取 Q ≥25176。 ～ 30176。 ，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。 3． 掩 护梁与顶梁铰点 e 和瞬时中心 O之间的连线与水平线夹角为 。 设计时，要使  角满足 tanθ  的范围，其原因是 θ 角直接影响支架承受附加力 的数值大小。 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，采用了计算机求解的方式来求解。 为了减少附加力，必须使得 tan 有较小值。 同时，为有效的 控制 顶板，要求支架在某一高度时的  角，恰好是顶梁前端点的双纽线轨迹上的切线与顶梁垂线间的夹角。 所以，只要令支架 由高到低变化时，顶梁前端点运动轨迹近似成直线为目标函数，这两项要求都能满足。 四连杆机构的几何特征，如图 所示。 （ 1）支架在最高位置时， 1P ≤  62~52 ，即： ~ 弧度；1Q ≤  85~75 即 ~ ；支架在最 底 位置时，保证 P1 28。 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 22 （ 2）后连杆与掩护梁的比值，掩护式支架为 I =~。 支撑掩护式为 I = ~。 （ 3）前后连杆上绞点之距与掩护梁的比值为 I1 ~。 （ 4） 39。 e 点的运动轨迹呈近似 双纽线，支架由高到低双纽线运动轨迹的最大宽度 70e mm以下 最好在 30mm以下。 （ 5）支架在最高位置时的 tan 应小于 ，在优化设计中， 对掩护式支架最好小于 ， 对支撑掩护式支架最好应小于。 四连杆机构各部参数如图 所示，图中的 1H 为支架在最高位置时的计算高度。 令 ： oa2 =A。 ab =B。 bc =C。 cd =D。 2od=E。 39。 ae =G。 39。 eb=F。 1Jo =S。 39。 Je =L。 A IG。 B IG1。 tan =SL =U e J 图 四连杆机构参数图 (1)后连杆与掩护梁长度的确定 如图 ，当支架在最高位置时的 H1 值确定后，掩护梁长度 G为： 111si n si nHG P I Q （ ） （ ） （ ） 后连杆长度为： A I G （ ） 河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 23 前后连杆上绞点之距为 ： B I G1 （ ） 前连杆上绞点至掩护梁上绞点之距为： F G B （ ） 从 式 （ ）至 式 （ ），可求出多组后连杆和掩护梁的尺寸。 为了简化计算，对变量规定相应的步长如下： 1P 的步长为 ； 1Q 的步长为 弧度； 1I 的步长为 ； I 的步长，支撑掩护式为。 若上述四 个变量各向前迈出五步，经排列组合变得到 625组数据。 此处，步长也可根据精度自行确定不必遵循此规定。 （ 2）后连杆下绞点至坐标原点之距为 1E ，如图 图 四连杆机构几何关系 （ 3）前连杆长度及角度的确定 当支架高度变化时，掩护梁上绞点 ,e 的运动轨迹为近似双纽线，为使双纽线最大宽度和  角尽量小，可把 ,e 点的轨迹视为理想直线，当然实际上并非如此。 但是，我们可以做到支架高度变化时，有三点在一条直线上，如图，即：支架在最高和最低以及中间某一位置的三点。 当支架的最高河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 24 和最低位置确定后，在直线上的最高和最低点就确定了。 根据设计经验，当 ,e点沿理想垂线由最高向最低运动时，后 连杆 与掩护梁的夹角由大于 90 到小于90 变化，在夹角变化过程中，一定有一位置使后连杆与掩护梁呈垂直状态，以这一特殊状态为所求的中间某一位置，来确定直线上中间某一位置的点。 1） 1b 点坐标 当支架在最高位置 时 的计算高度为 1H ，此时 1b 点的坐标为： 11cosx F P（ ） （ ） 1 1 1siny H F P   （ ） （ ） 2） 2b 点坐 标 支架在最低位置时的计算高度为 2H ，此时 2b 的坐标为： 22cosx F P （ ） （ ） 2 2 2s i n s i ny B P  （ ） + A （ Q） （ ） 根据四连杆机构的几何特征要求，支架降到最低位置时   30~252Q ，为计算方便 282Q ，即 弧度。 根据几何关系 2P 为： 2212212c osa r c ta nc osG E A QPE A Q  （ ）（ ） （ ） 3） 3b 点坐 标 当支架的掩护梁与后连杆成垂直位置时，根据几何关系， 3b 点坐标为：33cosx F P （ ） （ ） 3 3 3s i n s i ny B P A Q   （ ） （ ） （ ） 式中 P。