支撑掩护式液压支架设计

式中：T为前梁千斤顶对前梁的撑力， KN

代入数据l1?1900mm l2?200m m h1?180m m h2?560mm 得：

T?Fl1500?1900??2500KN h2?h1560?180前梁千斤顶的缸体内径为：

D?40T/240?2500/2??19.7cm ?Pa3.14?41圆整后取D?200mm

查《液压支护手册》中千斤顶的匹配关系表格得：

缸体内径：200mm 缸体柱径：140mm

其他千斤顶设计与此相同

5 液压支架受力分析

5.1概述

5.1.1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F,由支架工作阻力来克服，所以在计算支架的工作载荷F时按支架的工作阻力来确定。 5.1.2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f，目前国内一般取0.20.3。

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。

5.2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:

?Fx?0;?Fy?0;?Mx?0

支架整体受力关系如图5-1所示。

FmFnWFnpapbR1R2F1WF1

图5-1 支架整体受力

图中Fm为前梁端部所受集中载荷，Fn为主梁所受集中载荷，F1?为底板对底座的支撑力。借助于取分离体的办法求出Fm、Fn和F1?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。

5.2.1前梁的受力分析与计算

前梁分离体受力如图5-2

FmL1L2h1yah2xa

图5-2前梁分离体受力图

图中，Pk为前梁千斤顶支撑力，Fm为前梁端部的集中载荷力， l1、l2、h1、h2和角?由支架的结构确定。由?X?0得：

xa?Pk?0

（5－1）

由?Y?0得：

ya?Fm?0

（5－2）

由?Ma?0得：

Fml1?Pk?h2?h1??0 （5－3）

由式（5－1），得：

xa?Pk

（5－4）

由式（5－2），得：

ya?Fm

（5－5）

由式（5－3），得：

Fm?P（）kh2?h1 L1 （5－6）

代入数据得：

xa?Pk?2574KN