ZY5200/19/42型支架总体设计

2018-08-30张闯

装备制造技术 2018年7期

张闯

（三一重型装备有限公司，辽宁沈阳110027）

0 前言

在煤炭采掘生产过程中，顶板随时有冒落的危险，为了保证采煤工作面上各项作业正常进行和矿工的人身安全，必须对顶板进行支护。液压支架主要由液压元件与金属构件组成，以高压液体作为动力，对采场顶板进行控制和支护的设备，它可以实现支撑、挡矸、移架和推移输送机等一系列工序[1-2]。

本文针对全伦煤矿综采面的工况条件、工作阻力、采高范围和配套设备情况。设计一套工作阻力为5 200 kN，最低高度为1.9 m，最大高度为4.2 m的掩护式液压支架。支架结构图如图1所示。

图1 支架结构图

1 支架总体设计

液压支架结构由图1所示，主要由推移装置、底座、前后连杆、掩护梁、顶梁等结构件和液压系统构成。

1.1 支架中心距和底座长度的确定

支架的中心距一般根据配套输送机溜槽每节长度来确定，我国刮板输送机溜槽每节常规为1.5m和1.75 m，根据工作阻力5 200 kN，可选取1.5 m.支架底座的宽度由立柱中心距和直径确定，掩护式支架的底座长度取3.5倍的移架步距。根据技术要求，推移千斤顶行程为700mm，所以底座长度为2 450mm.

1.2 四杆机构设计

四杆机构指由连杆和掩护梁组成的结构，掩护梁和连杆长度的计算一般采用解析法，如图2所示：A为连杆长度；G为掩护梁长度；H1为支架最大高度；H2为支架最低高度。从几何关系可得：

图2 掩护梁和连杆计算图

在 ZY5200/19/42 型支架中 P1=55°，P2=10°，Q1=35°，Q2=75°，H1=4 200mm 代入式（1）和式（2）（对于掩护式支架，A/G的比值取0.6），可计算出掩护梁G=2 490 mm，和连杆A=1 490mm.

1.3 顶梁长度的确定

顶梁长度与三机配套尺寸有直接关系，因为顶梁必须要保护配套的设备。配套设备的采煤机在工作时可能向支架倾斜一定角度，并且采煤机的滚筒不允许截割顶梁，还需考虑煤壁的外表面形状不一定是垂直的平面，因此要求支架前端距煤壁必须有最小距离安全距离，可取300 mm，故顶梁长度公式为：

顶梁长度L=[底座长度+配套尺寸 +A cos Q1]-[G cos P1+300]+顶梁与掩护梁铰点至顶梁后端的距离。在ZY5200/19/42型支架中L=2 483+2 450+387-1 420-300+100=3 700mm.

1.4 立柱上下铰点位置的确定

根据顶板载荷分布和底板条件，在设计液压支架立柱上、下柱窝的位置时，必须先确定底座对底板的比压分布和支架顶梁的支撑力分布，使支架能适应工作面条件的要求[3]。

（1）立柱上柱窝位置的确定

液压支架立柱上柱窝位置的确定，首先需要把支架的空间杆系结构，简化成平面杆系结构。假定外部载荷沿支架宽度方向均布，沿顶梁长度方向按线性规律变化，并且顶梁与顶板接触均匀。同时处于安全起见，按集中载荷计算，载荷沿顶梁长度方向呈三角形分布并向顶梁后部越来越大。因此，支架支撑力也是呈三角形分布，以上述条件计算上柱窝位置。此时认为支架集中载荷F作用于顶梁上，且在顶梁1/3处，分离顶梁单独做受力分析，情况如图3所示。