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XX學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 自移式液壓支架結(jié)構(gòu)設(shè)計 XX學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 題 目 自移式液壓支架結(jié)構(gòu)設(shè)計說明書 系 別 機電信息系 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 學(xué)生姓名 學(xué) 號 B11020101 年級 級 指導(dǎo)教師 　 二零一五年三月五日 摘 要 礦井液壓支架的應(yīng)用對增加采煤工作面產(chǎn)量、提高勞動生產(chǎn)率、降低陳本、減輕工人的體力勞動和保證生產(chǎn)是不可缺少的有效措施，因此液壓支架的設(shè)計師技術(shù)上先進、經(jīng)濟上合理、安全上可靠、是實現(xiàn)采煤綜合機械化和自動化的主要體現(xiàn)。 ?采煤綜合機械化，是加速我國煤炭工業(yè)發(fā)展，大幅度提高勞動生產(chǎn)率，實現(xiàn)煤炭工業(yè)現(xiàn)代化的一項戰(zhàn)略措施。綜合機械化不僅產(chǎn)量大、效率高，成本低，而且能減輕笨重的體力勞動，改善作業(yè)環(huán)境，是煤炭工業(yè)技術(shù)的發(fā)展方向。液壓支架是綜合機械化采煤方法中最重要的設(shè)備之一。液壓支架主要由以下幾個基本部分組成：頂梁，掩護梁和四連桿機構(gòu)，側(cè)護板，底座，立柱，千斤頂。設(shè)計要遵從從支柱性能好、強度高、移架速度快安全可靠等原則。支架采用四連桿機構(gòu)，改善支架的受力狀況，縮小支架升降過程中的頂梁前段前后移動的距離立柱采用雙伸縮液壓缸，以滿足支架最低及最高位置時的高度要求。 液壓系統(tǒng)自世紀問世以來發(fā)展很快，在工作中的廣泛適應(yīng)性，使其在國民經(jīng)濟各部門獲得了廣泛的應(yīng)用。由于液壓缸在結(jié)構(gòu)方面，功能方面，已經(jīng)比較成熟，目前國內(nèi)外液壓缸的發(fā)展不僅體現(xiàn)在控制系統(tǒng)方面，也主要表現(xiàn)在高速化、高效化、低能耗；機電液一體化，以充分合理利用機械和電子的先進技術(shù)促進整個液壓系統(tǒng)的完善；自動化、智能化，實現(xiàn)對系統(tǒng)的自動診斷和調(diào)整，具有故障預(yù)處理功能；液壓元件集成化、標準化，以有效防止泄露和污染等四個方面。作為液壓缸兩大組成部分的控制元件和執(zhí)行元件，由于技術(shù)發(fā)展趨于成熟，國無較大差距，主要差別在于加工工藝和安裝方面。良好的工藝使液壓缸在過濾、冷卻及防止沖擊和振動方面，有較明顯改善。在油路結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，國內(nèi)外液壓缸都趨向于集成化、封閉式設(shè)計，插裝閥、疊加閥和復(fù)合化元件及其本身在液壓系統(tǒng)中得到較廣泛的應(yīng)用作為現(xiàn)代機械設(shè)備實現(xiàn)傳動與控制的重要技術(shù)手段，液壓技術(shù)在國民經(jīng)濟各領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。與其他傳動控制技術(shù)相比，液壓技術(shù)具有能量密度高﹑配置靈活方便﹑調(diào)速范圍大﹑工作平穩(wěn)且快速性好﹑易于控制并過載保護﹑易于實現(xiàn)自動化和機電體化整合﹑系統(tǒng)設(shè)計制造和使用維護方便等多種顯著的技術(shù)優(yōu)勢，因而使其成為現(xiàn)代機械工程的基本技術(shù)構(gòu)成和現(xiàn)代控制工程的基本技術(shù)要素。智能自移式液壓支架是加工各種礦山開采的主要設(shè)備，適用于各類礦山開采廠的礦山開采的加工，如下料、開孔、開槽、拉伸等。本文根據(jù)智能自移式液壓支架的用途﹑特點和要求，利用液壓傳動的基本原理，擬定出合理的液壓系統(tǒng)圖，再經(jīng)過必要的計算來確定液壓系統(tǒng)的參數(shù)，然后按照這些參數(shù)來選用液壓元件的規(guī)格和進行系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計。智能自移式液壓支架的液壓系統(tǒng)呈長方形布置，外形新穎美觀，動力系統(tǒng)采用液壓系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、動作靈敏可靠。該機并設(shè)有腳踏開關(guān)，可實現(xiàn)半自動工藝動作的循環(huán)。液壓傳動和氣壓傳動稱為流體傳動，是根據(jù)17世紀帕斯卡提出的液體靜壓力傳動原理而發(fā)展起體傳動技術(shù)水平的高低已成為一個國家工業(yè)發(fā)展水平的重要標志。 本文運用大學(xué)所學(xué)的知識，提出了自移式液壓支架的結(jié)構(gòu)組成、工作原理以及主要零部件的設(shè)計中所必須的理論計算和相關(guān)強度校驗，構(gòu)建了自移式液壓支架結(jié)構(gòu)總的指導(dǎo)思想，從而得出了該自移式液壓支架的優(yōu)點是高效，經(jīng)濟，并且安全系數(shù)高，運行平穩(wěn)的結(jié)論。 關(guān)鍵詞： 液壓支架 采煤方法 液壓技術(shù) 標志 absraote With development of all kind of science technology and global economy, Pneumatic manipulator is a automated 16 devices that can mimic the human hand and arm movements to do something，aslo can according to a fixed procedure to moving objects or control tools. It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety. Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy sectors.The pneumatic part of the design is primarily to choose the right valves and design a reasonable pneumatic control loop, by controlling and regulating pressure, flow atcompressedneceengththdirectionprocedurework. The?inverted?pendulum?is?a?typical?high?order?system,?with?multi?variable,?non-linear,? strong-coupling,?fleet?and?absolutely?instable.?It?is?representative?as?an?ideal?model?to?prove?new?control?theory?and?techniques.?During?the?control?process,?pendulum?can?effectively?reflect?many?key?problems?such?as?equanimity,?robust,?follow-up?and?track,?therefore.This?paper?studies?a?control?method?of?double?inverted?pendulum?.?First?of?all,?the?mathematical?model?of?the?double?inverted?pendulum?is?established,?then?make?a?control?design?to?double?inverted?pendulum?on?the?mathematical?model,?and?determine?the?system?performance?index?weightmatrix?,??by?using?genetic?algorithm?in?order?to?attain?the?system?state?feedback?control?matrix.?Finally,?the?simulation?of?the?system?is?made?by?.?Pneumatic manipulator is a automated devices that can mimic the human hand and arm movements to do something，aslo can according to a fixed procedure to moving objects or control tools. It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety, Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy sectors. This article is mainly of the pneumatic manipulator the overall design, and pneumatic design. This mechanism of manipulator includes cylinders and claws and connectors parts, it can move according to the due track on the movement of grabbing, carrying and unloading. The pneumatic part of the design is primarily to choose the right valves and design a reasonable pneumatic control loop, by controlling and regulating pressure, flow and direction of the compressed air to make it get the necessary strength, speed and changed the direction of movement in the prescribed procedure work. Key word: pneumatic manipulator cylinder pneumatic loop Four degrees of freedom 目 錄 1緒論.............................................................................................................................................5 1.1課題的來源與研究的目的與意義..............................................................................7 1.2自移式液壓支架設(shè)計的主要關(guān)鍵技術(shù).....................................................................8 1.3自移式液壓支架的組成...............................................................................................9 1.4 自移式液壓支架的發(fā)展現(xiàn)狀.....................................................................................9 2自移式液壓支架的總體結(jié)構(gòu)分析........................................................................................11 2.1 自移式液壓支架的基本結(jié)構(gòu)...................................................................................11 2.2 自移式液壓支架的類型............................................................................................12 2.3 自移式液壓支架的工作原理...................................................................................12 2.4 液壓支架選型的基本參數(shù)........................................................................................12 2.4.1 對液壓支架的基本要求...................................................................................12 2.4.2 設(shè)計液壓支架必須的基本參數(shù)......................................................................13 2.5 液壓支架的總體設(shè)計................................................................................................14 2.5.1 確定支架參數(shù)的原則.......................................................................................15 2.5.2 確定支架結(jié)構(gòu)參數(shù)的內(nèi)容...............................................................................15 2.5.3 支架主要參數(shù)的確定.......................................................................................15 2.5.4 支架間距.............................................................................................................16 2.6 四連桿機構(gòu)的設(shè)計.....................................................................................................16 2.6.1 四連桿機構(gòu)的作用.........................................................................................16 2.6.2 四連桿機構(gòu)的幾何作圖法............................................................................17 2.6.3 四連桿機構(gòu)優(yōu)選方法.....................................................................................17 3 液壓支架主要部分的強度校核..........................................................................................18 3.1頂梁的強度校核........................................................................................................18 結(jié)論..............................................................................................................................................19 參考文獻......................................................................................................................................20 致謝..............................................................................................................................................22 1緒論 1.1課題的來源及研究的目的和意義 機械工業(yè)是國民的裝備部，是為國民經(jīng)濟提供裝備和為人民生活提供耐用消費品的產(chǎn)業(yè)。不論是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，還是新興產(chǎn)業(yè)，都離不開各種各樣的機械裝備，機械工業(yè)所提供裝備的性能、質(zhì)量和成本，對國民經(jīng)濟各部門技術(shù)進步和經(jīng)濟效益有很大的和直接的影響。機械工業(yè)的規(guī)模和技術(shù)水平是衡量國家經(jīng)濟實力和科學(xué)技術(shù)水平的重要標志。因此，世界各國都把發(fā)展機械工業(yè)作為發(fā)展本國經(jīng)濟的戰(zhàn)略重點之一。機械工程的服務(wù)領(lǐng)域廣闊而多面，凡是使用機械、工具，以至能源和材料生產(chǎn)的部門，都需要機械工程的服務(wù)。概括說來，現(xiàn)代機械工程有五大服務(wù)領(lǐng)域：研制和提供能量轉(zhuǎn)換機械、研制和提供用以生產(chǎn)各種產(chǎn)品的機械、研制和提供從事各種服務(wù)的機械、研制和提供家庭和個人生活中應(yīng)用的機械、研制和提供各種機械武器。不論服務(wù)于哪一領(lǐng)域，機械工程的工作內(nèi)容基本相同，主要有： 建立和發(fā)展機械工程的工程理論基礎(chǔ)。例如，研究力和運動的工程力學(xué)和流體力學(xué)；研究金屬和非金屬材料的性能，及其應(yīng)用的工程材料學(xué)；研究熱能的產(chǎn)生、傳導(dǎo)和轉(zhuǎn)換的熱力學(xué)；研究各類有獨立功能的機械元件的工作原理、結(jié)構(gòu)、設(shè)計和計算的機械原理和機械零件學(xué)；研究金屬和非金屬的成形和切削加工的金屬工藝學(xué)和非金屬工藝學(xué)等等。研究、設(shè)計和發(fā)展新的機械產(chǎn)品，不斷改進現(xiàn)有機械產(chǎn)品和生產(chǎn)新一代機械產(chǎn)品，以適應(yīng)當前和將來的需要。機械產(chǎn)品的生產(chǎn)，包括：生產(chǎn)設(shè)施的規(guī)劃和實現(xiàn)；生產(chǎn)計劃的制訂和生產(chǎn)調(diào)度；編制和貫徹制造工藝；設(shè)計和制造工具、模具；確定勞動定額和材料定額；組織加工、裝配、試車和包裝發(fā)運；對產(chǎn)品質(zhì)量進行有效的控制。機械制造企業(yè)的經(jīng)營和管理。機械一般是由許多各有獨特的成形、加工過程的精密零件組裝而成的復(fù)雜的制品。生產(chǎn)批量有單件和小批，也有中批、大批，直至大量生產(chǎn)。銷售對象遍及全部產(chǎn)業(yè)和個人、家庭。而且銷售量在社會經(jīng)濟狀況的影響下，可能出現(xiàn)很大的波動。因此，機械制造企業(yè)的管理和經(jīng)營特別復(fù)雜，企業(yè)的生產(chǎn)管理、規(guī)劃和經(jīng)營等的研究也多是肇始于機械工業(yè)。機械產(chǎn)品的應(yīng)用。這方面包括選擇、訂購、驗收、安裝、調(diào)整、操作、維護、修理和改造各產(chǎn)業(yè)所使用的機械和成套機械裝備，以保證機械產(chǎn)品在長期使用中的可靠性和經(jīng)濟性。機械產(chǎn)品的應(yīng)用。這方面包括選擇、訂購、驗收、安裝、調(diào)整、操作、維護、修理和改造各產(chǎn)業(yè)所使用的機械和成套機械裝備，以保證機械產(chǎn)品在長期使用中的可靠性和經(jīng)濟性。研究機械產(chǎn)品在制造過程中，尤其是在使用中所產(chǎn)生的環(huán)境污染，和自然資源過度耗費方面的問題，及其處理措施。這是現(xiàn)代機械工程的一項特別重要的任務(wù)，而且其重要性與日俱增。機械的種類繁多，可以按幾個不同方面分為各種類別，如：按功能可分為動力機械、物料搬運機械、粉碎機械等；按服務(wù)的產(chǎn)業(yè)可分為農(nóng)業(yè)機械、礦山機械、紡織機械等；按工作原理可分為熱力機械、流體機械、仿生機械等。另外，機械在其研究、開發(fā)、設(shè)計、制造、運用等過程中都要經(jīng)過幾個工作性質(zhì)不同的階段。按這些不同階段，機械工程又可劃分為互相銜接、互相配合的幾個分支系統(tǒng)，如機械科研、機械設(shè)計、機械制造、機械運用和維修等。 這些按不同方面分成的多種分支學(xué)科系統(tǒng)互相交叉，互相重疊，從而使機械工程可能分化成上百個分支學(xué)科。例如，按功能分的動力機械，它與按工作原理分的熱力機械、流體機械、透平機械、往復(fù)機械、蒸汽動力機械、核動力裝置、內(nèi)燃機、燃氣輪機，以及與按行業(yè)分的中心電站設(shè)備、工業(yè)動力裝置、鐵路機車、船舶輪機工程、汽車工程等都有復(fù)雜的交叉和重疊關(guān)系。船用汽輪機是動力機械，也是熱力機械、流體機械和透平機械，它屬于船舶動力裝置、蒸汽動力裝置，可能也屬于核動力裝置等等。19世紀時，機械工程的知識總量還很有限，在歐洲的大學(xué)院校中它一般還與土木工程綜合為一個學(xué)科，被稱為民用工程，19世紀下半葉才逐漸成為一個獨立學(xué)科。進入20世紀，隨著機械工程技術(shù)的發(fā)展和知識總量的增長，機械工程開始分解，陸續(xù)出現(xiàn)了專業(yè)化的分支學(xué)科。這種分解的趨勢在20世紀中期，即在第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束的前后期間達到了最高峰。由于機械工程的知識總量已擴大到遠非個人所能全部掌握，一定的專業(yè)化是必不可少的。但是過度的專業(yè)化造成知識過分分割，視野狹窄，不能統(tǒng)觀和統(tǒng)籌稍大規(guī)模的工程的全貌和全局，并且縮小技術(shù)交流的范圍，阻礙新技術(shù)的出現(xiàn)和技術(shù)整體的進步，對外界條件變化的適應(yīng)能力很差。封閉性專業(yè)的專家們掌握的知識過狹，考慮問題過專，在協(xié)同工作時配合協(xié)調(diào)困難，也不利于繼續(xù)自學(xué)提高。因此自20世紀中、后期開始，又出現(xiàn)了綜合的趨勢。人們更多地注意了基礎(chǔ)理論，拓寬專業(yè)領(lǐng)域，合并分化過細的專業(yè)。械工程以增加生產(chǎn)、提高勞動生產(chǎn)率、提高生產(chǎn)的經(jīng)濟性為目標來研制和發(fā)展新的機械產(chǎn)品。在未來的時代，新產(chǎn)品的研制將以降低資源消耗，發(fā)展?jié)崈舻脑偕茉?，治理、減輕以至消除環(huán)境污染作為超經(jīng)濟的目標任務(wù)。 機械可以完成人用雙手和雙目，以及雙足、雙耳直接完成和不能直接完成的工作，而且完成得更快、更好?，F(xiàn)代機械工程創(chuàng)造出越來越精巧和越來越復(fù)雜的機械和機械裝置，使過去的許多幻想成為現(xiàn)實。人類現(xiàn)在已能上游天空和宇宙，下潛大洋深層，遠窺百億光年，近察細胞和分子。新興的電子計算機硬、軟件科學(xué)使人類開始有了加強，并部分代替人腦的科技手段，這就是人工智能。這一新的發(fā)展已經(jīng)顯示出巨大的影響，而在未來年代它還將不斷地創(chuàng)造出人們無法想象的奇跡。人類智慧的增長并不減少雙手的作用，相反地卻要求手作更多、更精巧、更復(fù)雜的工作，從而更促進手的功能。手的實踐反過來又促進人腦的智慧。在人類的整個進化過程中，以及在每個人的成長過程中，腦與手是互相促進和平行進化的。 人工智能與機械工程之間的關(guān)系近似于腦與手之間的關(guān)系，其區(qū)別僅在于人工智能的硬件還需要利用機械制造出來。過去，各種機械離不開人的操作和控制，其反應(yīng)速度和操作精度受到進化很慢的人腦和神經(jīng)系統(tǒng)的限制，人工智能將會消除了這個限制。計算機科學(xué)與機械工程之間的互相促進，平行前進，將使機械工程在更高的層次上開始新的一輪大發(fā)展。19世紀時，機械工程的知識總量還很有限，在歐洲的大學(xué)院校中它一般還與土木工程綜合為一個學(xué)科，被稱為民用工程，19世紀下半葉才逐漸成為一個獨立學(xué)科。進入20世紀，隨著機械工程技術(shù)的發(fā)展和知識總量的增長，機械工程開始分解，陸續(xù)出現(xiàn)了專業(yè)化的分支學(xué)科。這種分解的趨勢在20世紀中期，即在第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束的前后期間達到了最高峰。 由于機械工程的知識總量已擴大到遠非個人所能全部掌握，一定的專業(yè)化是必不可少的。但是過度的專業(yè)化造成知識過分分割，視野狹窄，不能統(tǒng)觀和統(tǒng)籌稍大規(guī)模的工程的全貌和全局，并且縮小技術(shù)交流的范圍，阻礙新技術(shù)的出現(xiàn)和技術(shù)整體的進步，對外界條件變化的適應(yīng)能力很差。封閉性專業(yè)的專家們掌握的知識過狹，考慮問題過專，在協(xié)同工作時配合協(xié)調(diào)困難，也不利于繼續(xù)自學(xué)提高。因此自20世紀中、后期開始，又出現(xiàn)了綜合的趨勢。人們更多地注意了基礎(chǔ)理論，拓寬專業(yè)領(lǐng)域，合并分化過細的專業(yè)。綜合-專業(yè)分化-再綜合的反復(fù)循環(huán)，是知識發(fā)展的合理的和必經(jīng)的過程。不同專業(yè)的專家們各具有精湛的專業(yè)知識，又具有足夠的綜合知識來認識、理解其他學(xué)科的問題和工程整體的面貌，才能形成互相協(xié)同工作的有力集體。綜合與專業(yè)是多層次的。在機械工程內(nèi)部有綜合與專業(yè)的矛盾；在全面的工程技術(shù)中也同樣有綜合和專業(yè)問題。在人類的全部知識中，包括社會科學(xué)、自然科學(xué)和工程技術(shù)，也有處于更高一層、更宏觀的綜合與專業(yè)問題。 1.2自移式液壓支架設(shè)計的主要關(guān)鍵技術(shù) 液壓支架是綜采設(shè)備的主要設(shè)備之一，近十年來主要發(fā)展趨勢是向兩柱掩護 式和四柱支撐掩護式架型發(fā)展，合理的四桿機構(gòu)的設(shè)計，設(shè)計參數(shù)向搞工作阻力、 大中心距（1.75m、2m）發(fā)展，結(jié)構(gòu)件材料越來越多的采用高強度鋼材；液壓支 架另一關(guān)鍵技術(shù)是控制系統(tǒng)，應(yīng)用電液控制技術(shù)，采用電磁（或微電機）控制的 先導(dǎo)閥，先進可靠地壓力和位移傳感器，靈活自由的微處理技術(shù)，紅外遙感技術(shù) 等現(xiàn)代科技成果，式液壓支架的動作自動連續(xù)進行，移架速度大大提高，支架循環(huán)時間達到8s以內(nèi)。還可以配合采煤機的煤巖識別系統(tǒng)先進技術(shù)，可實現(xiàn)工作面自動控制。 1.3自移式液壓支架的組成 液壓支架是綜采工作面的支護設(shè)備，它的主要作用是支護采場頂板，維護安 全作業(yè)空間，推移工作面采運設(shè)備。 液壓支架的種類很多，但其基本功能是相同的。液壓支架按其結(jié)構(gòu)特點和與圍圍巖的作用關(guān)系—“般分為三大類”即支撐式、掩護式和支撐掩護式根據(jù)支架各部件的功能和作用其組成可分承載結(jié)構(gòu)件、動力油缸、控制操縱元件、輔助裝置和工作液體五部分。 （1）承載結(jié)構(gòu)件如頂梁、掩護梁、底座、連桿、尾梁等。 （2）液壓油缸包括立柱和各類千斤頂。 （3）控制元部件包括液壓系統(tǒng)操縱閥、單向閥、安全閥等各類閥以及管路、液壓、電控元件等。其主要功能是操作控制支架各液壓油缸動作及保證所需的工作性能。 （4）輔助裝置如推移裝置、護幫(或挑梁) 裝置、伸縮梁(或插板)裝置、活動側(cè)護板、防倒防滑裝置、連接件等。這些裝置是為實現(xiàn)支架的某些動作或功能所必需的裝置。 （5）工作液體這是傳遞泵站能量使液壓支架能有效工作的工作介質(zhì)。液壓支架的工作液體是乳化液 1.4自移式液壓支架的發(fā)展現(xiàn)狀 當今社會，隨著機械工業(yè)的蓬勃發(fā)展，各行各業(yè)的機械設(shè)備也在不斷地更新，不斷地完善，自移式液壓支架同樣在發(fā)展著，傳統(tǒng)的式液壓支架是采用固定的方式，這樣勞動效率低，運煤效率同樣低下，不適合大批量的煤炭生產(chǎn)的場合?，F(xiàn)代自移式液壓支架是用來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的運煤支架的一種新型的自移式液壓支架。隨著機械行業(yè)的大發(fā)展，自移式液壓支架的使用也越來越廣泛。如果使用傳動的臨時的運煤的固定式液壓支架的的話，不但勞動強度大、效率低、定位精度低，而且滿足不了大批量生產(chǎn)要求。所以使用一個專用的自移式液壓支架已成為發(fā)展趨勢。 2自移式液壓支架的總體結(jié)構(gòu)分析 2.1自移式液壓支架的基本結(jié)構(gòu) 自移式液壓支架其組成可分承載結(jié)構(gòu)件、動力油缸、控制操縱元件、輔助裝置和工作液體五部分。其中承載結(jié)構(gòu)件分別為：頂梁、掩護梁、底座、連桿、尾梁等。 、液壓油缸、控制元部件包括液壓系統(tǒng)操縱閥、單向閥、安全閥等各類閥以及管路、液壓、電控元件等。其主要功能是操作控制支架各液壓油缸動作及保證所需的工作性能、輔助裝置如推移裝置、護幫(或挑梁)裝置、伸縮梁(或插板)裝置、活動側(cè)護板、防倒防滑裝置、連接件等。這些裝置是為實現(xiàn)支架的某些動作或功能所必需的裝置以及工作液體這是傳遞泵站能量使液壓支架能有效工作的工作介質(zhì)。液壓支架的工作液體是乳化液。其總體方案圖結(jié)構(gòu)圖如下： 自移式液壓支架總體方案結(jié)構(gòu)圖 2.2 自移式液壓支架的類型 根據(jù)它對頂板的支護作用，可分為支撐式、掩護式和支撐掩護式三種類型。 1. 掩護式：主要依靠掩護板把工作面與采空區(qū)隔離，防止垮落的矸石竄人工作面。這種支架采用鉸接托梁，以適應(yīng)不平整的頂板條件，用來支護松散破碎的不穩(wěn)定或中等穩(wěn)定頂板，但不適用于直接頂堅硬、周期壓力明顯的工作面，以下為該類型液壓支架圖： 2.支撐掩護式： 2. 是以支撐為主但又有掩護作用的支架。它既能切斷頂板，又能擋矸，兼有支撐式和掩護式支架的優(yōu)點。應(yīng)于頂板中等穩(wěn)定或穩(wěn)定、周期壓力較明顯，底板中等穩(wěn)定的工作面。以下為該類型液壓支架圖： 3.支撐式： 支柱的數(shù)目有兩柱、三柱、四柱、五柱、六柱等。它依靠支柱較大的支撐能力，使采空區(qū)內(nèi)的頂板巖石切斷垮落，支護工作空間。支撐式支架適用于頂板堅硬完整，周期壓力明顯或強烈，底板也較堅硬的采煤工作面。 ?（1）節(jié)式支架；在液壓支柱下連接復(fù)位座體焊接在前底梁與后底座上，并裝有底座千斤頂，可隨前頂梁移架千斤頂一起組成同步帶壓移架。 ?（2）垛式支架：具有帶立柱復(fù)位裝置的箱式底座,作整體移動的支撐式支架。以下為該類型液壓支架圖： 2.3 自移式液壓支架的工作原理 自移式液壓支架的工作原理為：液壓支架以高壓液體為動力，通過各種動力油缸的伸縮，使支架完成升起、降落、行走和推移運輸機等各種動作，以便支架工作面不斷推進而反復(fù)支撐、前移和調(diào)整。圖是一個簡單的液壓支架的工作系統(tǒng)示意圖，下面按支架降柱、移架、升柱和推溜的工作過程分別加以敘述。 ①降柱：當旋轉(zhuǎn)式操縱閥轉(zhuǎn)到降柱位置，打開供液閥時， 高壓液體由主進液管經(jīng)過操縱閥和油管，進入支柱活塞桿腔，同時也進入液控單向閥的控制管路打開液控單向閥，支柱活塞腔的油液經(jīng)油管、液控單向閥和操縱閥，流回主回液管，支柱卸載下降。 ?②移架：液壓支架卸載后，操縱閥轉(zhuǎn)到移架位置，打開供液閥時，高壓液體由主進液管經(jīng)操縱閥和油管進入到推壓千斤頂?shù)幕钊麠U腔，同時也進入液控油路，打開液控單向閥，而活塞腔的油液經(jīng)油管、液控單向閥和操縱閥流回主回液管，退役千斤頂收縮，以運輸機位置點，拉架前移。運輸機靠相鄰的推移千斤頂來固定，千斤頂由液控單向閥緊鎖。 ?③升柱：液壓支架移到星的位置后，應(yīng)及時升柱，以支撐暴露的頂板。操縱閥轉(zhuǎn)到升柱位置，打開供液閥，高壓液體由主進液管進入，經(jīng)操縱閥到液控單向閥，進入到推移千斤頂?shù)幕钊麠U腔，支柱活塞桿腔的油液，同時也進圖液控油路，經(jīng)由管和操縱閥流回主回液管，活塞和頂梁升起，支撐頂板。 ?④推移運輸機：當液壓支架前移并重新支撐后，操縱閥轉(zhuǎn)到推移位置，打開供液閥時，高壓液體由主進液管經(jīng)操縱閥、液控單向閥進入到推壓千斤頂?shù)幕钊麠U腔，活塞桿腔的油液經(jīng)油管和操縱閥流回主回液管，推移千斤頂?shù)幕钊麠U伸出，以液壓支架為支點，把運輸機推移到新的工作位置。在實際工作中，對于具體支架的動作，根據(jù)該支架的結(jié)構(gòu)和需要來確定。 （2）液壓支架的支撐承載能力： 液壓支架的支撐承載能力是指液壓支架與頂板之間相互力學(xué)原理，它包括：初撐增阻、承載增阻和恒阻三個工作階段。 初撐增阻階段： 在升柱的過程中，從頂梁接觸頂板起，至支柱活塞腔的油液壓力達到泵站的工作壓力時，松開手把，停止供液，液控單向閥立即關(guān)閉。閥球封閉支柱活塞腔的油液，這就是支架初撐階段。此時支柱和支架對頂板產(chǎn)生的支撐力稱為初撐力。此時支架對頂板的支撐力為初撐力。支撐式支架的初撐力為：; 式中D-支架立柱的缸徑m； ?Pb-泵站的工作壓力，MPa?； n-支架立柱的數(shù)量。 由上式可知，支架初撐力的大小取決于泵站的工作壓力，立柱缸徑和立柱的數(shù)量。合理的初撐力是防止直接頂過早的因下沉而離層、減緩頂板下沉速度、增加其穩(wěn)定性和保證安全生產(chǎn)的關(guān)鍵。一般采用提高泵站工作壓力的辦法來提高初撐力，以免立柱的缸徑過。承載增阻階段支架初撐后，隨頂板下沉，立柱下腔壓力增加，直到增加到支架的安全閥調(diào)整壓力，立柱下腔壓力達到工作阻力。此階段為增阻階段t。 恒阻階段隨著頂板壓力繼續(xù)增加，使立柱下腔壓力超過支架的安全閥壓力調(diào)整值時，安全閥打開而溢流，立柱下縮，使頂板壓力減小，立柱下腔壓力降低，當?shù)陀诎踩y壓力調(diào)整之后，安全閥停止溢流，這樣在安全閥調(diào)整壓力的限制下，壓力曲線隨時間呈波浪形變化，此階段為恒阻階段2t。此時支架對頂板的支撐力稱為工作阻力，它是由支架安全閥的調(diào)定壓力決定的。 支撐式支架的工作阻力; 式中Pa-支架安全閥的調(diào)定壓力MPa; ?支架的工作作阻力標志著支架的最大承載能力。 對于掩護式和支撐掩護式支架，其初撐力和工作阻力的計算還要考慮到立柱傾角的影響因素。支架的工作阻力是支架的一個重要參數(shù)，它表示支架支撐力的大小。但是，由于支架的頂梁長短和間距大小不同，所以并不能完全反映支架對頂板的支撐能力。因此，常用單位支護面積頂板上所受支架工作阻力值的大小，即支護強度來表示支架的支護性能。即: q=P/F×10?3 MPa; 式中F-支架的支護面積，m2; 2.4 液壓支架選型的基本參數(shù) 2.4.1 對液壓支架的基本要求 1.?為了滿足采煤工藝及地質(zhì)條件的要求，液壓支架要有足夠的初撐力和工作阻力，以便有效的控制頂板，保證合理的下沉量。 2.液壓支架要有足夠的推溜力和移架力。推溜力一般為100KN左右；移架力按煤層厚度而定，薄煤層一般為100KN-150KN，中厚煤層一般為150KN-250KN，厚煤層一般為300KN-400KN。 3.防矸性能要好。 4.排矸性能要好。 5.要求液壓支架能保證采煤工作面有足夠的通風(fēng)斷面，從而保證人員呼吸、 稀釋有害氣體等安全方面的要求。 6.為了操作和生產(chǎn)的需求，要有足夠?qū)挼娜诵袡M道。 7.調(diào)高范圍要大，照明和通訊方便。 8.支架的穩(wěn)定性要好，底座最大比壓要小于規(guī)定值。 9.要求支架有足夠的剛度，底座最大比壓要小于規(guī)定值。 10.滿足強度條件下，盡可能的減輕支架重量。 11.要易于拆卸，機構(gòu)要簡單。 12.液壓元件要可靠。 2.4.2 設(shè)計液壓支架必須的基本參數(shù) 1.最大和最小采高根據(jù)最大和最小采高，確定支架的最大和最小高度，以及支架的支護強度。給定參數(shù)：液壓支架采高：1.5m-3m。 2.底板巖性及小時涌水量根據(jù)底板巖性和小時涌水量驗算底板比壓。 5.工作面煤壁條件 根據(jù)工作面煤壁條件，決定是否用護幫裝置。 6.煤層傾角根據(jù)煤層傾角，決定是否選用防倒防滑裝置。給定條件：適應(yīng)傾角15。 7.井筒罐籠尺寸根據(jù)井筒罐籠尺寸，考慮支架的運輸外形尺寸。 8.配套尺寸劇配套尺寸及支護方式來計算定量長度。 2.5 液壓支架的總體設(shè)計 2.5.1 確定支架參數(shù)的原則 1、要滿足配套設(shè)備(采煤機、輸送機)的相關(guān)要求； 2、與支架的工作方式(即時支護或滯后支護)相適應(yīng)； 3、結(jié)構(gòu)緊湊，行人操作方便； 4、支架的工作穩(wěn)定性好。 2.5.2 確定支架結(jié)構(gòu)參數(shù)的內(nèi)容 1、確定正常工作條件下，支架與相應(yīng)設(shè)備的位置關(guān)系； 2、確定支架總體與主要部件的布置與尺。 2.5.3支架主要尺寸的確定 1、支架高度 支架最小高度為：Hm=1.5m????????????????????????? 支架最大高度為：Hn=4m??? 2、支架伸縮比 支架的伸縮比指最大與最小支架高度之比值為：代入數(shù)據(jù)得 m=2。 2.5.4?支架間距 ? 所謂支架間距，就是相鄰兩支架中心線間的距離。按下式計算：bc=Bm+n?C3； 式中： bc—支架間距（支架中心距）； Bm—每架支架頂梁總長度； C3—相鄰支架（或框架）頂梁之間的間隙； n—每架所包含的組架的組數(shù)或框架數(shù)，整體自移式支架。 支架間距bc要根據(jù)支架型式來確定，但由于每架支架的推移千斤頂都與 工作面輸送機的一節(jié)溜槽相連，因此目前主要根據(jù)輸送機溜槽每節(jié)長度及幫槽上 千斤頂連結(jié)塊的位置來確定。本次設(shè)計取支架的中心距為1m。 2.6 四連桿機構(gòu)的設(shè)計 2.6.1 四連桿機構(gòu)的作用 1、支架高度在最大和最小范圍內(nèi)變化時，如圖所示，頂梁端點運動軌跡的最大寬度e 應(yīng)小于或等于70mm好為30mm。 2、支架在最高位置時和最低位置時，頂梁與掩護梁的夾角P和后連桿與底平面的夾角 Q，如圖一所示，應(yīng)滿足如下要求。支架在最高位置時，P≤52°～62°，Q≤75°～85 °，支架在最低位置時為有利于石頭下滑，防止石頭停留在掩護梁上，根據(jù)物理學(xué)摩擦理論可知，要求TGP>W，如果鋼和石頭的摩擦系數(shù)W=0.3 ，則P=16.7°。為了安全可靠，最低工作位置應(yīng)使P≥25°為宜。而Q角主要考慮后連桿底 部距底板要有一定距離，防止支架后部冒落巖石卡住后連桿，使支架不能下降。 一般取Q≥25°～30°在特殊情況下需要角度較小時，可提高后連桿下鉸點的高度。 四連桿機構(gòu)的特征 3、從上圖可知，掩護梁和頂梁鉸點e’和瞬時中心O之間的連線與水平夾角為θ時，要使 θ滿足tgθ≤0.35的范圍，其原因是θ角直接影響支架承受附力。 4、應(yīng)取頂梁前端點運動軌跡雙紐線向前凸的一段為支架工作段，如上圖所示的h段。其原因為當頂板來壓時，立柱讓壓下縮，使頂梁有向前移的趨勢，可防止巖石向后移動，又可以使作用在頂梁上的摩擦力指向采空區(qū)。同時底板阻止底座向后移，使整個支架產(chǎn)生順時針轉(zhuǎn)動的趨勢，從而增加了頂梁前端的支護力，防止頂梁前端上方頂板冒落。并且使底座前端比壓減小，防止啃底，有利移架。水平力的合力也相應(yīng)減少，所以減輕了掩護梁的外負荷。 5、從以上分析得知，為使支架受力合理和工作可靠，在設(shè)計四連桿機構(gòu)的運動軌跡時，應(yīng)盡量使e值減小，取雙紐線向前凸的一段為支架工作段。所以，當已知掩護梁和后連桿的長度后，從這個觀點出發(fā)，在設(shè)計時只要把掩護梁和后連桿簡化成曲柄滑塊機構(gòu)，運用作圖法就可以，下圖即為掩護梁和后連桿構(gòu)成的曲柄滑塊機構(gòu)。 2.6.2四連桿機構(gòu)的幾何作圖法 四連桿機構(gòu)設(shè)計的作圖法按如下步驟進行。 1.確定掩護梁上鉸點至頂梁頂面之距和后連桿下鉸點至底座底面之距。一般按同類型支架用類比法來確定，關(guān)于這兩個尺寸的大小對支架受力的影響，后面進行專門研究。 2.掩護梁和后連桿長度的確定。用解析法來確定掩護梁和后連桿的長度。如圖4—3所示。 設(shè)：G——掩護梁長度，A——后連桿長度，L2——e’點引垂線到后連桿下鉸點之距， H1——支架最高位置時的計算高度，H2——支架最低位置時的計算高度， 從幾何關(guān)系可以列出如下2式： GcosP1—AcosQ1=L2???????????????? GcosP2—AcosQ2=L2?將以上兩式聯(lián)立可得： A/G=(cosP2—cosPI)/（cosQ2—cosQ1） 說明：支架計算高度為支架高度減去掩護梁上鉸點至頂梁頂面之距和后連桿下鉸點至底座底面之距。按四連桿機構(gòu)的幾何特征要求，選定P1、 P2、Q1、Q1、代入上式，可以求得A/G的比值。由于支架型式不同，一般A/G的比值按以下范圍來取。 掩護式支架：A/G=0.45～0.61? 支撐式掩護式支架：A/G=0.61～0.82? 支架最高位置時的計算高度為： H1=GsinP1+AsinQ1????????????????? 根據(jù)A/G的比值和(4—7)可以求得掩護梁的長度G和后連桿長度A,經(jīng)過取整后，再重新計算出P1、P2、Q1Q2的角度，這幾個參數(shù)就確定了。 3.幾何作圖法的作圖過程用幾何作圖法確定四連桿機構(gòu)的各部尺寸，具體作法如圖4—4所示。作圖步驟如下 （1）確定后連桿下鉸點O點的位置，使他大體比底座底面高200mm～250mm（或類比同類型支架確定）。 （2）過O點作與底面平行的水平線H—H線。 （3）過O點作與H—H線的夾角為Q1的斜線。 （4）在此斜線上截取線段oa，oa長度等于A,a點為后連桿與掩護梁的鉸點。 （5）過A點作與H—H線有交角a1的斜線，以A點為圓心，以G為半徑作弧交此斜線一點'e，此點為掩護梁與頂梁的交點。 （6）過e點作H—H線的平行線F—F線，則H—H線與F—F線的距離為H1，為液壓支架最高位置時的計算高度。 （7）以a點為圓心，以（0.2～0.3）G長度為半徑作弧，在掩護梁上交一點b，為前連桿上鉸點的位置。 （8）過'e點作F—F線的垂線（認為液壓支架由高到低變化時，'e點在此直線上滑動）。 （9）在垂線上作液壓支架在最低位置時，頂梁與掩護梁的交點'''e。 （10）取'''ee線中間某點''e，為液壓支架降到此高度時掩護梁與頂梁的鉸點（液壓支架由高低變化時，頂梁前端點運動軌跡為近似雙紐線，中間這一點的位置直接影響頂梁前端運動軌跡的形狀、變化寬度等）。 （11）以o點為圓心，oa為半徑作圓弧。 （12）以''e點為圓心，掩護梁長'ae為半徑作弧，交前圓弧上一點'a，此點為液壓支架降到中間某一位置時，掩護梁與后連桿的鉸點。 （13）以'''e點為圓心，掩護梁長'ae為半徑作弧，交最前圓弧上一點''e，此點為支架降到最低點位置時，掩護梁與后連桿的鉸點。 （14）連接'''ea、'''''ea，并以'a點為圓心。ab長為半徑作弧，交'''ae上一點'b點；以''a點為圓心，ab長為半徑作弧，交'''''ae上一點''b點。則b、'b、''b三點為液壓支架在三個位置時，前連桿的上鉸點。 （15）連接'ao、''ao為液壓支架降到中間某一位置和最低位置時后連桿的位置。 （16）分別作。'bb和合'''bb的垂直平分線，其交點c即為前連桿下鉸點，bc為前連桿長度。（17）過c點向H—H線作垂線，交點d，則線段oa、ab、bc、cd和do為液壓支架四連桿機構(gòu)。（18）按以上初步求出的四連桿機構(gòu)的幾何尺寸，再用幾何作圖法畫出液壓支架掩護梁與頂梁鉸點'e的運動曲線，只要逐步變化四連桿機構(gòu)的幾何尺寸，便可以畫出不同的曲線來，再按液壓支架四連桿機構(gòu)的幾何特征進行校核，最后選出最優(yōu)的四連桿機構(gòu)尺寸來。在設(shè)計實踐中，可以按圖4—5所示的方法進行。把硬紙板按1:∶10或1∶5的剪成掩護梁和前、后連桿三個板塊，再根據(jù)前連桿下鉸點c點的位置，前、后連桿長度，曲線最大寬度，曲線的形狀及θ角的要求，不斷調(diào)整3個板塊的位置，一直找到合適的幾何尺寸為止。 3 液壓支架主要部分的強度校核 3.1頂梁的強度校核 假定頂梁支撐頂板時為均布載荷，如下圖所示： ? ?頂梁受力示意圖由于立柱的的工作阻力為F=5000kN，柱間距按l=1000mm梁總長L=1800mm計算時，均布載荷的計算公式為：q=2FL以距左端X斷面計算彎矩時：Mx=0.5qx2?F（x?m） ?求導(dǎo)得：M（x）=qx-F=0?則：x=Fq=F2FL=L2即最大彎矩處在頂梁中間，最大彎矩為： Mmax=L2q（L2）2?F（L2?m）=q8L2?F（L2?m）=F4L?FL2+Fm=Fm-FL4將F=5000kN，m=0.6mm，L=1.8m代入上式，得Mmax=5000*0.6-5000?1.84=750kN.m，所以能承受工作面所給與壓力。 結(jié) 論 在最近的一段時間的畢業(yè)設(shè)計，使我們充分把握的設(shè)計方法和步驟，不僅復(fù)習(xí)所學(xué)的知識，而且還獲得新的經(jīng)驗與啟示，在各種軟件的使用找到的資料或圖紙設(shè)計，會遇到不清楚的作業(yè)，老師和學(xué)生都能給予及時的指導(dǎo)，確保設(shè)計進度本文所設(shè)計的是自移式液壓支架結(jié)構(gòu)的設(shè)計，通過初期的定稿，查資料和開始正式做畢設(shè)，讓我系統(tǒng)地了解到了所學(xué)知識的重要性，從而讓我更加深刻地體會到做一門學(xué)問不易，需要不斷鉆研，不斷進取才可要做的好，總之，本設(shè)計完成了老師和同學(xué)的幫助下，在大學(xué)研究的最后，感謝幫助過我的老師和同學(xué)，是大家的幫助才使我的論文得以通過。 參考文獻 [1] 鄭淑芳 機械設(shè)計理論研究與探討 北京：科學(xué)出版社，2004.5 [2] 黃長藝 自移式液壓支架系統(tǒng)概述 北京：機械工業(yè)出版社，2005.1 [3] 周宏甫. 自移式液壓支架的創(chuàng)新設(shè)計.高等教育出版社，2004.3 [4] 姜繼海，宋錦春，高常識. 工作原理.高等教育出版社，2002.8 [5] 張春林，曲繼方，張美麟.機械創(chuàng)新設(shè)計.機械工業(yè)出版社，2001.4 [6] 錢平. 自移式液壓支架應(yīng)用技術(shù) 機械工業(yè)出版社，2005.1 [7] 張遼遠. 自移式液壓支架系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn). 機械工業(yè)出版社，2002.8 [8] 基恩士傳感器選擇手冊 2010版本 [9] 黃長藝，嚴普強.機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ). 機械工業(yè)出版社，2001.1 [10] 張桓，陳作模.機械原理.高等教育出版社，2000.8 [11] 王昆，何小柏，汪信遠.自移式液壓支架工作原理.高等教育出版社，1995.12 [12] 徐錦康.機械設(shè)計. 高等教育出版社，2004.4 [13] 鄧星鐘.機電傳動控制.華中科技大學(xué)出版社，2001.3 [14] 劉延俊.液壓與氣壓傳動.機械工業(yè)出版社，2002.12 [15] 章宏甲，黃誼，王積偉. 自移式液壓支架的逆向設(shè)計.機械工業(yè)出版社，2000.5 [16] 胡泓，姚伯威.機電一體化原理及應(yīng)用. 北京：國防工業(yè)出版社，2000.6 [17] 陳鐵鳴 自移式液壓支架的創(chuàng)新. 高等教育出版社，2003.7 [18] 孫靖民.機械優(yōu)化設(shè)計. 機械工業(yè)出版社，2005.1 [19] 王勇領(lǐng).系統(tǒng)分析與設(shè)計.北京:清華大學(xué)出版社，1991.7 [20]Hirohiko Arai, Kazuo Tanie, and Susumu Tachi. 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