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摘 要： 掩护式支架平衡千斤顶是目前在工业界应用较多的一种支架架型结构。在顶梁和掩护梁之间装有平衡千斤顶可以保证支架结构的稳定性和鲁棒性，并改善好顶梁接顶的相关状况，使得支架对顶板的合力作用线位置，能够根据顶板切顶线的变化来得到适应性的变化。因此，如何计算好掩护式支架平衡千斤顶的推拉力是在设计千斤顶的参数尺寸过程中十分重要的。本文探讨了关于掩护式支架平衡千斤顶推拉力相关的计算方法。
关键词： 掩护式支架、平衡千斤顶、计算方法、推拉力
掩护式液压支架是目前为止得到既可以达到高产状态，又可以达到高效的工作效果的主要架型结构。而安置在掩护式支架上面的平衡千斤顶是用于调整掩护式支架的姿态的关键部件。因此，对平衡千斤顶进行相应的力学与运动学分析，并推导出平衡千斤顶的运动路径、所受最大推拉力以及其力矩以及安全阀选用相关的计算方法，对掩护式支架的平衡千斤顶的尺寸设计以及相应的参数的设计显得尤为重要。
一、掩护式液压支架运动学分析
掩护式液压支架由于其使用条件和范围受各方面因素影响，造成其支架架型的种类多种多样。现在就目前最常用的两柱掩护式液压支架为例，进行相应的架型分析计算。由电液控制的两柱掩护式液压支架的工作效果十分理想，既可以达到高产状态，又可以达到高效的工作效果。
两柱掩护式液压支架可分为提架千斤顶、调架千斤顶、推移装置、平衡千斤顶、顶梁、掩护梁、四连杆机构、护帮机构、立柱、底座以及侧推装置这十一个部分。由于两柱掩护式液压支架存在两个自由度，并且平衡千斤顶可以通过使得顶梁围绕着交接销轴转动来适应顶板的变化，立柱升降又可以使得连杆机构摆动，来实现支架不同的支撑高度。在计算参数过程中，尤其是在对支架进行运动学分析时候，常常将支架简化为平面杆的铰接结构，这也是因为掩护式支架结构自身具有自身对称性的特点，以及各个连接轴的轴线都相对平行的特点。
在确认掩护式的支架支护的工作状况时，需要考虑平衡千斤顶的位移，规定清楚平衡千斤顶的安全位移裕量。如果保留的安全位移裕量不足，则会导致在平衡千斤顶处于极限位移时的液压弹性联接变成刚性连接。此时极易发生平衡千斤顶损坏、支架失去支护能力的现象。此外，也应该给顶梁与掩护梁之间的夹角函数留有相应的裕量，在极限夹角处（也就是最小夹角处）仍应留有夹角的裕量来供应压缩，才能保持是液压弹性连接。从分析结果可以得出结论，掩护式支架位于最高支撑高度时候，应满足顶梁有向下偏转15°的角度裕量，而掩护式支架位于最低支撑高度时候，应满足顶梁有向上偏转10°的角度裕量。
二、掩护式支架平衡千斤顶的力学分析
在实际工作过程中，掩护式支架的受力情况是十分复杂的，并且按照外界条件不同，会具有很大的受力随机性。因此一般在液压支架受力分析过程中，常常采取简化模型的方式，即假设支架不受横向力作用，同时也忽略了支架的受扭作用，在这样的简化后才进行掩护式液压受力分析。忽略支架的受扭作用，是因为支架的受扭作用的产生是由于立柱和连杆受力的情况不均匀而引起的，而支架因为纵向结构对称，在简化力学分析时候，可以把支架上所受的载重分解到相应的纵向平面内，这样就可以按照相应的静力条件进行受力分析。
对掩护式平衡千斤顶的推力进行受力分析，可以由静力学平衡公式得到，将整个支架看成一个平面杆系的结构，把顶梁和掩护梁看做分离体，由现场的实际观察情况可以知道，当支架支撑的合力作用点前后端的顶梁长度比小于等于2时，可以保证顶梁的前端接顶，此时可以计算出平衡千斤顶的推力。同时，在确定好作用在支架顶梁上的载荷的大小和作用点位置时，就可以确定平衡千斤顶的拉力。
确定掩护式支架顶梁上的载荷大小和作用点位置有两种方法，一种是将载荷全部作用在掩护梁上，然后将参数调整为高度是最大采高的参数，就可以根据岩石重量计算出这部分载荷。另一种则是利用支架支撑的合力作用点的前后端顶梁长度比为2的比例关系，计算掩护式平衡千斤顶的拉力。
三、掩护式平衡千斤顶力矩的计算方法
掩护式平衡千斤顶的力矩是指在外力负载的作用状况下，掩护式平衡千斤顶保持顶梁和掩护梁之间的夹角所需要的力矩大小。根据平衡千斤顶的外载图，可以分为掩护梁受载、顶梁和掩护梁均受载以及单点受载这三种情况。按照受力分析，将支架承载宽度以及平衡千斤顶的保持力以及立柱垂直分力得到保持力的相应力矩公式。
在计算过掩护式平衡千斤顶的力矩后，考虑对平衡千斤顶的安全阀进行相应的选择。由于在采用电液控制系统的时候，顶梁接顶的位置不同，在支架初步撑入的时候，容易造成集中过载的现象，从而导致平衡千斤顶的安全阀溢流的现象，造成零部件的损坏。所以在选择安全阀的时候，应考虑平衡千斤顶的安全阀要求的额定流量、立柱下腔液压作用的面积、立柱刚撑入时候的供液流量以及平衡千斤顶活塞作用面积。
四、掩护式液压支架承载能力建模
在分析支架顶板对顶梁的作用力效果时，不仅要考虑支架本身的参数的原因，也要考虑外界的多种因素的影响。所以在模拟掩护式液压支架的承载能力和相应的模型建立时，要充分考虑到以下因素：顶梁水平倾角、顶板与顶梁之间的摩擦力、顶梁负载、顶板压力等等。并且在支架位于某一特定高度时，绘制液压支架承载能力及其外载的位置关系的曲线。分别取掩护式支架的顶梁列分离体的力矩方程和支架顶梁与掩护梁为受力分离体的力矩方程。将所受的力（载荷）取为最大值，则可得掩护式支架的受力区的方程式，即得到了掩护式液压支架承载能立的简要模型。
本文按照力学和运动学的分析过程，详细的探讨了掩护式液压支架中平衡千斤顶的运动学分析，力学分析，以及力矩的计算方法分析，并对掩护式液压支架的承载能力进行了相应模型的建立，按照掩护式支架所涉及到的一系列计算公式以及选用公式，得到了前期粗略的计算方法，为未来设计和选用支架中的平衡千斤顶的参数提供了相应的参考依据。实践表明，在掩护式液压支架的设计当中，尤其是关于掩护式支架平衡千斤顶推拉力的计算中，需要合理的设计平衡千斤顶的参数定位尺寸，并且正确的选用和支架的平衡能力想匹配的平衡千斤顶，可以有效的提高掩护式支架和相应顶梁的承载能力，进而防止平衡千斤顶以及其相连的零部件受到损坏。
参考文献
[1] 姚雪， 王艺. 掩护式液压支架中双控液压锁的研究设计[J]. 能源与节能， 2016（2）.
[2]刘艳东. 基于液压支架四连杆机构参数特点分析与研究[J]. 中国新技术新产品， 2016（10）.
[3]王琪. 浅谈平衡千斤顶在两柱掩护式液压支架中的应用和保护[J]. 中国科技纵横， 2015（3）：63-63.
关键词： 掩护式支架、平衡千斤顶、计算方法、推拉力
掩护式液压支架是目前为止得到既可以达到高产状态，又可以达到高效的工作效果的主要架型结构。而安置在掩护式支架上面的平衡千斤顶是用于调整掩护式支架的姿态的关键部件。因此，对平衡千斤顶进行相应的力学与运动学分析，并推导出平衡千斤顶的运动路径、所受最大推拉力以及其力矩以及安全阀选用相关的计算方法，对掩护式支架的平衡千斤顶的尺寸设计以及相应的参数的设计显得尤为重要。
一、掩护式液压支架运动学分析
掩护式液压支架由于其使用条件和范围受各方面因素影响，造成其支架架型的种类多种多样。现在就目前最常用的两柱掩护式液压支架为例，进行相应的架型分析计算。由电液控制的两柱掩护式液压支架的工作效果十分理想，既可以达到高产状态，又可以达到高效的工作效果。
两柱掩护式液压支架可分为提架千斤顶、调架千斤顶、推移装置、平衡千斤顶、顶梁、掩护梁、四连杆机构、护帮机构、立柱、底座以及侧推装置这十一个部分。由于两柱掩护式液压支架存在两个自由度，并且平衡千斤顶可以通过使得顶梁围绕着交接销轴转动来适应顶板的变化，立柱升降又可以使得连杆机构摆动，来实现支架不同的支撑高度。在计算参数过程中，尤其是在对支架进行运动学分析时候，常常将支架简化为平面杆的铰接结构，这也是因为掩护式支架结构自身具有自身对称性的特点，以及各个连接轴的轴线都相对平行的特点。
在确认掩护式的支架支护的工作状况时，需要考虑平衡千斤顶的位移，规定清楚平衡千斤顶的安全位移裕量。如果保留的安全位移裕量不足，则会导致在平衡千斤顶处于极限位移时的液压弹性联接变成刚性连接。此时极易发生平衡千斤顶损坏、支架失去支护能力的现象。此外，也应该给顶梁与掩护梁之间的夹角函数留有相应的裕量，在极限夹角处（也就是最小夹角处）仍应留有夹角的裕量来供应压缩，才能保持是液压弹性连接。从分析结果可以得出结论，掩护式支架位于最高支撑高度时候，应满足顶梁有向下偏转15°的角度裕量，而掩护式支架位于最低支撑高度时候，应满足顶梁有向上偏转10°的角度裕量。
二、掩护式支架平衡千斤顶的力学分析
在实际工作过程中，掩护式支架的受力情况是十分复杂的，并且按照外界条件不同，会具有很大的受力随机性。因此一般在液压支架受力分析过程中，常常采取简化模型的方式，即假设支架不受横向力作用，同时也忽略了支架的受扭作用，在这样的简化后才进行掩护式液压受力分析。忽略支架的受扭作用，是因为支架的受扭作用的产生是由于立柱和连杆受力的情况不均匀而引起的，而支架因为纵向结构对称，在简化力学分析时候，可以把支架上所受的载重分解到相应的纵向平面内，这样就可以按照相应的静力条件进行受力分析。
对掩护式平衡千斤顶的推力进行受力分析，可以由静力学平衡公式得到，将整个支架看成一个平面杆系的结构，把顶梁和掩护梁看做分离体，由现场的实际观察情况可以知道，当支架支撑的合力作用点前后端的顶梁长度比小于等于2时，可以保证顶梁的前端接顶，此时可以计算出平衡千斤顶的推力。同时，在确定好作用在支架顶梁上的载荷的大小和作用点位置时，就可以确定平衡千斤顶的拉力。
确定掩护式支架顶梁上的载荷大小和作用点位置有两种方法，一种是将载荷全部作用在掩护梁上，然后将参数调整为高度是最大采高的参数，就可以根据岩石重量计算出这部分载荷。另一种则是利用支架支撑的合力作用点的前后端顶梁长度比为2的比例关系，计算掩护式平衡千斤顶的拉力。
三、掩护式平衡千斤顶力矩的计算方法
掩护式平衡千斤顶的力矩是指在外力负载的作用状况下，掩护式平衡千斤顶保持顶梁和掩护梁之间的夹角所需要的力矩大小。根据平衡千斤顶的外载图，可以分为掩护梁受载、顶梁和掩护梁均受载以及单点受载这三种情况。按照受力分析，将支架承载宽度以及平衡千斤顶的保持力以及立柱垂直分力得到保持力的相应力矩公式。
在计算过掩护式平衡千斤顶的力矩后，考虑对平衡千斤顶的安全阀进行相应的选择。由于在采用电液控制系统的时候，顶梁接顶的位置不同，在支架初步撑入的时候，容易造成集中过载的现象，从而导致平衡千斤顶的安全阀溢流的现象，造成零部件的损坏。所以在选择安全阀的时候，应考虑平衡千斤顶的安全阀要求的额定流量、立柱下腔液压作用的面积、立柱刚撑入时候的供液流量以及平衡千斤顶活塞作用面积。
四、掩护式液压支架承载能力建模
在分析支架顶板对顶梁的作用力效果时，不仅要考虑支架本身的参数的原因，也要考虑外界的多种因素的影响。所以在模拟掩护式液压支架的承载能力和相应的模型建立时，要充分考虑到以下因素：顶梁水平倾角、顶板与顶梁之间的摩擦力、顶梁负载、顶板压力等等。并且在支架位于某一特定高度时，绘制液压支架承载能力及其外载的位置关系的曲线。分别取掩护式支架的顶梁列分离体的力矩方程和支架顶梁与掩护梁为受力分离体的力矩方程。将所受的力（载荷）取为最大值，则可得掩护式支架的受力区的方程式，即得到了掩护式液压支架承载能立的简要模型。
本文按照力学和运动学的分析过程，详细的探讨了掩护式液压支架中平衡千斤顶的运动学分析，力学分析，以及力矩的计算方法分析，并对掩护式液压支架的承载能力进行了相应模型的建立，按照掩护式支架所涉及到的一系列计算公式以及选用公式，得到了前期粗略的计算方法，为未来设计和选用支架中的平衡千斤顶的参数提供了相应的参考依据。实践表明，在掩护式液压支架的设计当中，尤其是关于掩护式支架平衡千斤顶推拉力的计算中，需要合理的设计平衡千斤顶的参数定位尺寸，并且正确的选用和支架的平衡能力想匹配的平衡千斤顶，可以有效的提高掩护式支架和相应顶梁的承载能力，进而防止平衡千斤顶以及其相连的零部件受到损坏。
参考文献
[1] 姚雪， 王艺. 掩护式液压支架中双控液压锁的研究设计[J]. 能源与节能， 2016（2）.
[2]刘艳东. 基于液压支架四连杆机构参数特点分析与研究[J]. 中国新技术新产品， 2016（10）.
[3]王琪. 浅谈平衡千斤顶在两柱掩护式液压支架中的应用和保护[J]. 中国科技纵横， 2015（3）：63-63.