機械畢業(yè)設(shè)計（論文）ZY2000液壓支架設(shè)計【全套圖紙】

1、 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計說明書題 目：液壓支架設(shè)計學(xué)生姓名：學(xué) 號：200540401313專 業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化班 級：機械2005-3班指導(dǎo)教師： 摘 要2abstract31.液壓支架的概述51.1液壓支架的組成和分類51.1.1液壓支架的組成51.1.2液壓支架的分類51.2液壓支架的用途71.3液壓支架的工作原理81.4液壓支架的支護方式102液壓支架的選型122.1液壓支架的選型原則122.1.1概述122.1.2影響架型選擇的因素122.1.3液壓支架的選型過程132.1.4液壓支架支撐力分布與承載的關(guān)系153液壓支架的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計173.1液壓支架設(shè)計的基本要求和

2、基本參數(shù)173.1.1液壓支架的設(shè)計目的173.1.2設(shè)計時對液壓支架的基本要求173.1.3設(shè)計液壓支架必需的基本參數(shù)183.1.4液壓支架架型的確定183.2液壓支架的參數(shù)確定193.2.1液壓支架的高度確定193.2.2支架伸縮比203.2.3支護強度203.2.4支架間距213.2.5底座長度214四連桿機構(gòu)的設(shè)計224.1四連桿機構(gòu)的作用224.2四連桿機構(gòu)與附加力的影響234.2.1附加力對液壓支架受力的影響234.2.2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對支架受力的影響274.2.3后連桿與掩護梁長度比值對支架受力的影響274.3四連桿機構(gòu)的幾何作圖法284.

3、3.1掩護梁和后連桿長度的確定284.3.2幾何作圖法作圖過程294.4四連桿機構(gòu)的計算機設(shè)計法314.4.1、目標(biāo)函數(shù)的確定314.2.2、四連桿機構(gòu)的幾何特征324.3.3、四連桿機構(gòu)各部尺寸的計算324.3.4、四連桿機構(gòu)的優(yōu)選344.3.5、求掩護梁上鉸點軌跡坐標(biāo)344.3.6、語言程序編制345掩護式液壓支架部件設(shè)計415.1頂梁參數(shù)的確定415.1.1頂梁的作用及用途415.1.2頂梁的結(jié)構(gòu)型式的確定415.1.3支架工作方式對支架頂梁長度的影響415.1.4配套尺寸對頂梁長度的影響425.1.5頂梁斷面形狀425.1.6頂梁長度的計算425.2立柱參數(shù)的確定455.2.1支架立柱

4、數(shù)的確定455.2.2支架立柱的支撐方式455.2.3立柱的技術(shù)參數(shù)確定455.2.5安全閥壓力與立柱工作阻力的確定465.2.6立柱柱窩位置的確定475.3推移千斤頂技術(shù)參數(shù)確定505.3.1推移千斤頂505.4平衡千斤頂?shù)募夹g(shù)參數(shù)的確定515.4.1確定平衡千斤頂?shù)男谐?15.5側(cè)護板545.5.1側(cè)護板的選擇545.5.2、側(cè)護裝置的作用545.5.4、側(cè)護板尺寸的確定555.6掩護梁和四連桿機構(gòu)555.6.1掩護梁555.7四連桿機構(gòu)565.8底座575.8.1底座的作用及用途575.8.2底座的結(jié)構(gòu)型式575.8.3底座主要尺寸的確定586.液壓支架受力分析與計算606.1頂梁的受力

5、分析和計算606.2頂梁載荷的分布636.3底座接觸比壓的計算646.4底座載荷分布646.5底座接觸比壓657.液壓支架的強度設(shè)計697.1液壓支架在強度設(shè)計時的強度條件697.2液壓支架各結(jié)構(gòu)件強度校核707.2.1頂梁強度校核707.2.2立柱強度校核757.2.3底座強度校核788.液壓系統(tǒng)設(shè)計及液壓部件檢修828.1立柱和千斤頂828.2支架液壓閥838.2.1液控單向閥8382.2安全閥848.2.3操縱閥848.2.4液壓支架液壓閥的密封技術(shù)分析858.3液壓支架的控制方式868.3.1手動控制868.3.2自動控制868.4液壓部件的檢修878.4.1立柱的檢修8784.2型液

6、控單向閥的檢修888.4.3型操縱閥的檢修898.4.4型安全閥的檢修899.液壓支架的安裝與使用919.1在移架過程中，輸送機避免產(chǎn)生后退現(xiàn)象919.2采煤機在工作時，保證支架和輸送機之間不發(fā)生位移的措施919.3單伸縮立柱的機械加長桿在工作面的調(diào)節(jié)929.4左、右工作面改變時，側(cè)護板的改裝929.5液壓支架在工作中常見的破壞形式及易損部件929.6底座焊接時，前、后連桿銷軸孔保證同軸度的方式929.7移架時“啃底”的原因939.8移架時采用鄰架操作和本架操作的優(yōu)缺點及鄰架操作時人員站立地點的選擇939.9成組支架電液程序控制的工作方式939.10移架速度及計算94致 謝 辭96參考文獻10

7、1摘 要綜合機械化采煤是煤礦技術(shù)進步的標(biāo)志，是煤礦增加產(chǎn)量、提高勞動效率、增加經(jīng)濟效益的重要手段。實踐證明大力發(fā)展綜合機械化采煤，研制和使用液壓支架是十分關(guān)鍵的。我們60年代起支撐式液壓支架，至今已能成批制造兩柱掩護式和四柱支撐掩護式支架，這些系列化一般用于緩傾斜中厚煤層及厚煤層分層開采。至今，我國煤礦中使有的支架類型很多，按照支架采煤工作面安裝位置來劃分有端頭支架和中間液壓支架。端頭液壓支架簡稱端頭支架，專門安裝在每個采煤工作面的兩端。中間液壓支架是安裝在除工作面端頭以外的采煤工作面上所的位置的支架。目前使用的液壓支架分為三類。即：支撐式液壓支架、掩護式液壓支架、支撐掩護式液壓支架。從架型的

8、結(jié)構(gòu)特點來看，由于架型的不同，它的支撐力分布和作用也不同；從頂板條件來看，由于直接類別和老頂級別的不同，支架所承受的載荷也不同，所以為了在使用中合理地選擇架型，要對支架的支撐力承載力的關(guān)系進行分析，使支架的支撐力能適應(yīng)頂板載荷的要求。本設(shè)計主要闡述了一般掩護式液壓支架的設(shè)計過程。設(shè)計內(nèi)容包括：選架型、總體設(shè)計、主要零部件的設(shè)計、主要零部件的校核和液壓系統(tǒng)的設(shè)計。由于該煤層厚度適中，選用掩護式液壓支架。煤層厚度介于1.32.3m，煤層厚度變化較大，選用調(diào)高范圍大且抗水平推力強且?guī)ёo幫裝置的掩護式支架。支架采用正四連桿機構(gòu)，以改善支架受力情況。頂梁、掩護梁、底座均做成箱體結(jié)構(gòu)；立柱采用雙伸縮作用液

9、壓缸，以增加工作行程來滿足支架調(diào)高范圍的需要。推移千斤頂采用框架結(jié)構(gòu)，以減少推溜力和增大移架力。為了提高移架速度，確保對頂板的及時支護，采用錐閥液壓系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：液壓支架 四連桿機構(gòu) 支架選型 abstractsynthesis mechanization mining coal is the coal mine technology advancement symbol, is the coal mine the gain in yield, the enhancement labor efficiency, to increase the economic efficiency the i

10、mportant means. the practice proved that develops synthesis mechanization mining coal, the development and the use hydraulic support is vigorously very essential. we the brace type hydraulic support, has been able until now in the 60s the batch manufacturing two column shield type and four column su

11、pport shield type support, these seriation uses in generally the easy gradient the thick seam and the thick seam zonal production.until now, in our country coal mine causes some support type to be many, installs the position according to the support mining coal working surface to divide has the reas

12、on support and the middle hydraulic support. the reason hydraulic support abbreviation reason support, installs specially in each mining coal working surface both sides. the middle hydraulic support is installs in besides in the working surface reason mining coal working surface the position support

13、.at present uses the hydraulic support divides into three kinds. namely: brace type hydraulic support, shield type hydraulic support, support shield type hydraulic support. looking from the unique feature, as a result of a difference, its support strength distribution and the function is also differ

14、ent; looking from the roof condition, because the direct category and always goes against the rank the difference, the support withstands the load is also different, for therefore chooses reasonably in the use, must carry on the analysis to supports support strength supporting capacity relations, en

15、ables supports support strength to adapt the roof load request.this design mainly elaborated the general shield type hydraulic supports design process. the design content includes: chooses, the system design, the main spare part design, the main spare part examination and hydraulic systems design.be

16、cause this coal bed thickness is moderate, selects the shield type hydraulic support. coal bed thickness is situated between 1.32.3m, the coal bed thickness change is big, selects raises the scope the anti-horizontal thrust and is greatly strong and the belt protects helps equipments shield type sup

17、port. the support uses the four link motion gear, improves the support stress situation. the top-beam, shields liang, the foundation to make the packed in a box body structure; the column uses the double expansion function hydraulic cylinder, increases the power stroke to satisfy the support to rais

18、e the scope the need. the passage hoisting jack uses the portal frame construction, reduces pushes slides the strength and increases moves to a strength. in order to enhance moves to a speed, guaranteed that to the roof prompt supports and protections, uses the mushroom valve hydraulic system.key wo

19、rd: hydraulic support 4-linkage mechanism selection of stents1.液壓支架的概述1.1液壓支架的組成和分類1.1.1液壓支架的組成液壓支架是綜采工作面支護設(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)特點與圍巖的作用關(guān)系一般分為三大類，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，其組成可分為四個部分：（1）承載結(jié)構(gòu)元件，如頂梁、掩護、梁底座、連桿、尾梁等。其主要功能是承受和傳遞頂板和垮落巖石的載荷。（2）液壓油缸，包括立柱和各類千斤頂。其

20、主要功能是實現(xiàn)支架的各種動作，產(chǎn)生液壓動力。（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特性。（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、放倒防滑裝置、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。1.1.2液壓支架的分類按照液壓支架在采煤工作面安裝位置來劃分 有端頭液壓支架和中間液壓支架。端頭液壓支架簡稱端頭支架，專門安裝在每個采煤工作面的兩端。中間液壓支架是安裝在除工作面端頭以外的采煤工作面上所有位置的支架。中間液壓支架按其結(jié)構(gòu)形式來劃分，

21、可分為三種基本類型，即：支撐式、掩護式和支撐掩護式支架。支撐式支架支撐式支架是出現(xiàn)最早的一種架型，按其結(jié)構(gòu)和動作方式的不同，支撐式支架又分為垛式支架（圖1-1a）和節(jié)式支架（圖1-1b）兩種結(jié)構(gòu)型式。垛式支架每架為一整體，與輸送機連接并互為支點整體前移。節(jié)式支架由23個框節(jié)組成，移架時，各節(jié)之間互為支點交替前移，輸送機用與支架相連的推移千斤頂推移。節(jié)式支架由于穩(wěn)定性差，現(xiàn)已基本淘汰。支撐式支架的結(jié)構(gòu)特點是：頂梁較長，其長度多在4m左右；立柱多，一般是46根，且垂直支撐；支架后部設(shè)復(fù)位裝置和擋矸裝置。以平衡水平推力和防止矸石竄入支架的工作空間內(nèi)。支撐式支架的支護性能是：支撐力大，且作用點在支架的

22、中后部，故切頂性能好；對頂板重復(fù)支撐的次數(shù)多，容易把本來完整的頂板壓碎；抗水平載荷的能力差，穩(wěn)定性差；擋矸能力差，矸石易竄入工作空間；支架的工作空間和通風(fēng)斷面大。由以上可知，支撐式支架適用于直接頂穩(wěn)定、老頂有明顯或強烈周期來壓，且水平力小的條件。此種支架在現(xiàn)階段的綜采工作面的生產(chǎn)時都已基本不再采用。a垛式 b節(jié)式圖1-1 掩護式支架掩護式支架有插腿式和非插腿式兩種型式（如圖1-2所示）。其主要由前梁、主梁、掩護梁和側(cè)護板、底座、前后連桿、前梁千斤頂、推移千斤頂、操縱閥等組成。它的結(jié)構(gòu)特點是：有一個較寬的掩護梁以擋住采空區(qū)矸石進入作業(yè)空間，其掩護梁的上端與頂梁鉸接，下端通過前后連桿與底座連接。底

23、座、前后連桿和掩護梁形成四連桿機構(gòu)，以保持穩(wěn)定的梁端距和承受水平推力。立柱的支撐力間接作用與頂梁或直接作用與頂梁上。掩護式支架的立柱較少，除少數(shù)掩護式支架1根立柱外，一般都是一排2根立柱。這種支架的立柱都為傾斜布置，以增加支架的調(diào)高范圍，支架的兩側(cè)有活動側(cè)護板，可以把架間密封。掩護式液壓支架的支護性能是：支撐力較小，切頂性能差，但由于頂梁短，支撐力集中在靠近煤壁的頂板上，所以支護強度較大、且均勻，掩護性好，能承受較大的水平推力，對頂板反復(fù)支撐的次數(shù)少，能帶壓移架。但由于頂梁短，立柱傾斜布置，故作業(yè)空間和通風(fēng)斷面小。由以上可知，掩護式支架適用于頂板不穩(wěn)定或中等穩(wěn)定、老頂周期來壓不明顯、瓦斯含量少

24、的破碎頂板條件。a插腿式支架 b立柱支在掩護梁上非插腿式支架 c立柱支在頂梁上非插腿式支架圖1-2支撐掩護式支架支撐掩護式支架架型主要用：四柱支在頂梁上；二柱支在頂梁；一柱或二柱支在掩護梁上。支柱兩排，每排1-2根，多呈傾斜布置，靠采空區(qū)一側(cè)，裝有掩護梁和四連桿機構(gòu)。它的支撐力大，切頂性能好，防護性能好，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量大，價貴，不便于運輸。這類支架適用于直接頂為中等穩(wěn)定或穩(wěn)定，老頂有明顯或強烈的周期來壓，瓦斯儲量較大的中厚或厚煤層中。1.2液壓支架的用途在采煤工作面的煤炭生產(chǎn)過程中，為了防止頂板冒落，維持一定的工作空間，保證工作人員安全和各項作業(yè)正常進行，必須對頂板進行支護。而液壓

25、支架是以高壓液體作為動力，由液壓元件與金屬構(gòu)件組成的支護和控制頂板的設(shè)備，他能實現(xiàn)職稱、切頂、移動和推移輸送機等一套工序。實踐表明液壓支架具有支護性能好、強度高、移架速度快 安全可靠等優(yōu)點。液壓支架與可彎曲輸送機和采煤機組成綜合機械化采煤設(shè)備，它的應(yīng)用對增加采煤工作面產(chǎn)量、提高勞動生產(chǎn)率、降低成本、減輕工人的體力勞動和保證安全生產(chǎn)是不可缺少的有效 措施。因此，液壓支架是技術(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不可缺少的主要設(shè)備。1.3液壓支架的工作原理液壓支架在工作過程中必須具備升、降、推、移四個基本動作，這些動作是利用泵站供給的高壓乳化液通過工作性質(zhì)不同的幾個液壓缸來

26、實現(xiàn)完成的（如圖1-3所示）。圖1-3 液壓支架工作原理1-頂梁；2-立柱；3-底座；4-推移千斤頂；5-安全閥；6-液控單向閥；7、8-操縱閥；9-輸送機；10-乳化液泵；11-主供液管；12-主回液管；.升柱需要支架上升支護頂板時，高壓乳化液進入立柱的活塞腔，另一腔回液，推動活塞上升，使與活塞桿相連接的頂梁緊緊接觸頂板。.降柱當(dāng)需要降柱時，高壓液進入立柱的活塞桿腔，另一腔回液，迫使活塞桿下降，于是頂梁脫離頂板。. 支架和輸送機前移支架和輸送機的前移，都是由底座上的推移千斤頂來完成。當(dāng)需要支架前移時，先降柱卸載，然后高壓液進入推移千斤頂對活塞桿腔，另一腔回液，以輸送機為支點，缸體前移，把整個

27、支架拉向煤壁；當(dāng)需要推輸送機時，支架支撐頂板后，高壓液進入推移千斤頂?shù)幕钊?，另一腔回液，以支架為支點，使活塞桿伸出，把輸送機推向煤壁。支架的支撐力與時間的曲線，稱為支架的工作特性曲線，如圖1-4所示。 圖1-4 支架的工作特性曲線t0初撐階段；t1增阻階段；t2恒阻階段；p1初撐力；p2工作阻力支架立柱工作時，其支撐力隨時間的變化過程可分為三個階段。初撐階段支架在升柱時，高壓液進入立柱下腔，立柱升起使頂梁接觸頂板，立柱下腔壓力增加，當(dāng)增加到泵站工作壓力時，泵站自動卸載，支架的液控單向閥關(guān)閉，立柱下腔壓力達到初撐力，此階段為初撐階段t0；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kn

28、 （1-1）式中 d支架立柱的缸徑，m; 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太高初撐力，以免立柱的缸徑過大。 承載增阻階段支架初撐力后，隨頂板下沉，立柱下腔壓力增加，直至增加到支架的安全閥調(diào)正壓力，立柱下腔壓力達到工作阻力。此階段為增阻階段t1；橫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)正值時，安全閥打開而溢流，立柱下縮，使頂板壓力減少，立柱下腔壓力降低，當(dāng)?shù)陀?/p>

29、安全閥壓力調(diào)整值后，安全閥停止溢流，這樣在安全閥調(diào)整壓力的限止下，壓力曲線隨時間呈波浪形變化，此階段為恒阻階段t2。此時支架對頂板的支撐力成為工作阻力，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為kn （1-2）式中 支架安全閥的調(diào)定壓力 mpa;支架的工作阻力 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)，它表示支架初撐力的大小。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

30、能。即mpa （1-3）式中 f支架的支護面積，。1.4液壓支架的支護方式綜采工作面的主要生產(chǎn)工序有采煤、移架和推溜。3個工序的不同組合順序，可形成液壓支架的3種支護方式，從而決定工作面“三機”的不同配套關(guān)系。.即時支護一般循環(huán)方式為：割煤移架推溜，工作面“三機”的配套關(guān)系。即時支護的特點是，頂板暴露時間短，梁端距較小。適用于各種頂板條件，是目前應(yīng)用最廣泛的支護方式。.滯后支護一般循環(huán)方式為：割煤推溜移架。滯后支護的特點是，支護滯后時間較長，梁端距大，支架頂梁較短?？捎糜诜€(wěn)定、完整的頂板。.復(fù)合支護一般循環(huán)方式為：割煤支架伸出伸縮梁推溜收伸縮梁移架。復(fù)合支護的特點是：支護滯后時間短，但增加了反

31、復(fù)支撐次數(shù)?？蛇m用于各種頂板條件，但支架操作次數(shù)增加，不能適應(yīng)高產(chǎn)高效要求，目前應(yīng)用較少。2液壓支架的選型2.1液壓支架的選型原則2.1.1概述從液壓支架架型的結(jié)構(gòu)特點來看，由于架型的不同，它的支撐力分布和作用也不同；從頂板條件來看，由于直接頂類別和基本頂級別的不同，支架所承受的載荷也不同。所以，為了在使用中合理的選擇架型，要對支架的支撐力和承載的關(guān)系進行分析，使支架的支撐力能適應(yīng)頂板載荷的要求。2.1.2影響架型選擇的因素液壓支架的架型選擇，主要取決于頂板條件和地質(zhì)條件，結(jié)合各類支架的不同性能和特點，選擇一種較為合理的架型。下面簡要介紹影響架型選擇的因素和如何有針對性地進行架型選擇。.煤層厚

32、度當(dāng)煤層厚度超過2.5m時，頂板有側(cè)向推力和水平推力時，應(yīng)選用抗扭能力強支架一般不宜選用支撐式液壓支架。當(dāng)煤層厚度達到2.52.8mm以上時，需要選擇有護幫裝置的掩護式或支撐掩護式液壓支架。煤層厚度變化大時，應(yīng)選擇調(diào)高范圍較大、帶有機械加長桿或雙伸縮立柱的掩護式液壓支架。假頂分層開采，應(yīng)選用掩護式液壓支架。.煤層傾角煤層傾角在1015（支撐式液壓支架取下限，掩護式液壓支架和支撐掩護式液壓支架取上限）以上時，應(yīng)選用帶有防滑裝置的液壓支架。傾角在18以上時，應(yīng)選用同時帶防滑防倒裝置的液壓支架。.底板強度驗算比壓，應(yīng)使支架底座對底板的比壓不超過底板的允許比壓。為了移架容易，設(shè)計時要使支架底座前部比后

33、部的比壓小。.瓦斯含量對瓦斯涌出量大的工作面，應(yīng)符合煤礦安全規(guī)程的要求，并優(yōu)先選用通風(fēng)斷面較大的支撐式或支撐掩護式液壓支架支架。.地質(zhì)構(gòu)造斷層十分發(fā)育，煤層變化過大，頂板的允許暴露58m,時間在20min以上時，暫不宜采用綜采。.設(shè)備成本在同時允許選用幾種架型時，應(yīng)優(yōu)先選用價格便宜的支架。支撐式液壓支架最便宜，其次是掩護式液壓支架，最貴為支撐掩護式液壓支架。2.1.3液壓支架的選型過程液壓支架的架型選擇，主要取決于液壓支架的力學(xué)特性能否適應(yīng)礦井的頂?shù)装鍡l件和地質(zhì)條件。具體選擇可根據(jù)原煤炭部（81）煤科字第429號文件關(guān)于使用緩傾斜煤層工作面頂板分類來選取，架型選擇過程如下：.確定基本頂級別和直

34、接頂類別：基本頂級別的確定?；卷敿墑e按基本頂來壓強弱劃分。基本頂來壓強弱取決于垮落帶巖石對采空區(qū)充滿程度n（n為直接頂厚度m與采高h之比）和基本頂初次來壓步距。通常按n和，把基本頂分為四類，見表2-1.表2-1 基本頂級別基本頂級別基本頂來壓不明顯明顯強烈極強烈指標(biāo)n=350.3n35=25500.3n3550n0.3=2550n0.350注：1.比值n應(yīng)根據(jù)采煤工作面所在位置的地質(zhì)柱狀圖中的m和h來計算。2.基本頂初次來壓步距可根據(jù)現(xiàn)場實測或礦壓顯現(xiàn)特征確定。 直接頂類別按表2-2來確定。表2-2 直接頂類別 類別指標(biāo)不穩(wěn)定頂板中等穩(wěn)定頂板穩(wěn)定頂板堅硬頂板主要指標(biāo)強度指數(shù)l=3l8l=3.

35、17l=918l=7.112l=1925l12l25無直接頂，巖層厚度在25m以上6080參考指標(biāo)直接頂初次垮落步距l(xiāng)/m表中按下式計算： = （2-1）式中 巖石單向抗壓強度，mpa; 節(jié)里裂隙影響系數(shù)；分層厚度影響系數(shù)；.支架架型和支護強度的確定。按表2-3根據(jù)基本頂級別和直接頂類別來確定支架架型，再根據(jù)基本頂級別和采高確定支護強度。支護強度被定義為單位支護面積的支護阻力（或叫支架的工作阻力）。表2-3適應(yīng)不同類級頂板的架型和支護強度老頂級別直接頂類別12312312344架型掩護式掩護式支撐式掩護式掩護式或支撐掩護式支撐式支撐掩護式支撐掩護式支撐或支撐掩護式支撐或支撐掩護式采高2.5m時

36、用支撐式采高2.5m時用支撐掩護式支護強度kn/m支架采高m12941.32941.62942294應(yīng)結(jié)合深孔爆破，軟化頂板等措施處理采空區(qū)2343（245）1.3343(245)1.634323433441(343)1.3441(343)1.644124414539(441)1.3539(441)1.65392539注：（1）表中括號內(nèi)數(shù)字系掩護式支架頂梁上的支護強度。 （2）1.3、1.6、2為增壓系數(shù)。 （3）表中采高為最大采高。2.1.4液壓支架支撐力分布與承載的關(guān)系.掩護式液壓支架的特點和支撐力分布掩護式液壓支架的特點是頂梁較短，控頂距較小，支撐力主要集中在頂梁部位，且分布較均勻，頂

37、梁端部的支撐力比支撐式液壓支架大，其支撐力的分布規(guī)律如圖2-1所示。.掩護式液壓支架在不同頂板條件下的承載分析掩護式液壓支架在破碎不穩(wěn)定的頂板條件下的受力情況：頂梁受力：由于支架頂梁短，使支架重復(fù)支撐次數(shù)少，所以頂板較完整，頂板作用在頂梁上的為合力，載荷分布如圖2-2所示。掩護梁受力：由于頂板破碎，在頂梁后部自由冒落巖石的一部分作用在掩護梁上，對掩護梁的作用力可以分解為垂直分力和水平分力，如圖2-2所示。掩護式液壓支架雖然立柱較少，支撐力較小，但由于頂梁短，單位面積支撐力大，載荷分布與支架支撐力的作用部位基本一致。所以，此種支架能在破碎不穩(wěn)定頂板下工作。掩護式液壓支架在中等穩(wěn)定以上頂板的受力情

38、況。掩護式液壓支架由于立柱少，且呈傾斜布置，支撐力較小，切頂性較差，受力情況如圖2-3所示。直接頂冒落時，冒落巖石分別作用在頂梁上和掩護梁上。周期來壓時，由于頂梁后部頂板不能充分切斷，基本頂壓力將由整個支架和采空區(qū)垮落巖石承擔(dān)，或者有可能在切頂時，基本頂直接加壓在掩護梁上，這就使掩護梁上載荷劇增，迫使頂梁支撐力減少，使支架難以承受頂板的壓力和控制頂板的冒落。所以，此種支架不能在中等穩(wěn)定以上頂板下工作。 圖21掩護式液壓支架支撐力分布 圖22掩護式液壓支架在破碎不穩(wěn)定 頂板條件下的受力情況圖23掩護式液壓支架在中等穩(wěn)定以上頂板下的受力情況3液壓支架的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計3.1液壓支架設(shè)計的基本要求和基本

39、參數(shù)3.1.1液壓支架的設(shè)計目的采用綜合機械化采煤機械方法是大幅度增加煤炭產(chǎn)量、提高經(jīng)濟效益的必由之路。為了滿足對煤炭日益增長的需要，必須大量生產(chǎn)綜合機械化設(shè)備，迅速綜合機械化采煤工作面（簡稱綜合工作面）。而每個綜采工作面平均需要安裝150臺液壓支架，可見對液壓支架的需要量是很大的。 由于不同采煤工作面的頂板條件、煤層厚度、煤層傾角、煤層物理機械性質(zhì)等的不同，對不同液壓支架的需求也不同。為了有效地支護和控制頂板，必須設(shè)計出不同類型和不同結(jié)構(gòu)尺寸的液壓支架。因此，液壓支架的設(shè)計工作是很重要的。由于液壓支架的類很多，因此其設(shè)計工作量也是很大的，由此可見，研制和開發(fā)新型液壓支架是必不可少的一個環(huán)節(jié)。

40、3.1.2設(shè)計時對液壓支架的基本要求1.為了滿足采煤工藝及地址條件的要求，液壓支架要有足夠的 初撐力和工作阻力，以便有效地控制頂板，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300kn400kn。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)挼娜诵械馈?.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.要求支架要有足夠的剛度，能夠承載一定的不均勻載荷和沖擊載荷。10.

41、滿足強度條件下，盡可能的減輕支架重量。11.要易于拆卸，結(jié)構(gòu)簡單。12液壓元件要可靠。3.1.3設(shè)計液壓支架必需的基本參數(shù)1).頂板條件根據(jù)老頂和直接頂?shù)姆诸?，對支架進行選型。給定參數(shù)：老頂ii級、直接頂ii級；2).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)：煤層厚度：h1.32.3米；3).瓦斯等級根據(jù)瓦斯等級，按保安規(guī)程規(guī)定，驗算通風(fēng)斷面。4).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，決定是否用防倒放滑裝置。給定參數(shù)：煤層傾斜角15；7)

42、.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).配套尺寸根據(jù)配套尺寸及支護方式來計算頂梁長度。3.1.4液壓支架架型的確定正確選擇液壓支架的架型，對于提高綜采工作面的產(chǎn)量和效率，充分發(fā)揮綜采設(shè)計的效能，實現(xiàn)高產(chǎn)高效，是一個很重要的因素。在具體選擇架型時，首先要考慮煤層的頂板條件。表2-3是根據(jù)國內(nèi)外液壓支架的使用經(jīng)驗，提出了各種頂板條件下適用的架型，它是選擇支架的主要依據(jù)。由于給定參數(shù)中頂?shù)装逍再|(zhì)：老頂級、直接頂級，底板平整，無影響支架通過的斷層，初步選擇為掩護式支架；由于煤層厚度變化較大（h1.32.3米），故最終確定調(diào)高范圍較大、帶有雙伸縮立柱的掩護式液壓支架。3.2液壓支架

43、的參數(shù)確定3.2.1液壓支架的高度確定支架高度確定原則，應(yīng)根據(jù)所采煤層的厚度，采區(qū)范圍內(nèi)地質(zhì)條件的變化等因素來確定，其最大與最小高度為： （3-1） （3-2）由式31可得2300250=2550 mm由式32可1050mm所以?。?2600mm； =1000mm； （3-3） （3-4）式中：支架最大高度，mm支架最小高度， mm支架最高位置時的計算高度；支架最低為之時的計算高度；掩護梁上鉸點至頂梁頂面之距；取100mm；后連桿下鉸點至底座底面之距；取200mm；煤層最大厚度， =2.3 m煤層最小厚度， =1.3ms1考慮偽項煤冒落時，仍有可靠支撐力所需要的支撐高

44、度，一般采取200-300mm，s1取250 mm，s2頂板最大下沉量是，一般取100200 mm，s2取150mm， 移架時支架的最小可縮量，一般取50 mm，浮矸石、俘煤厚度，一般取50 mm，3.2.2支架伸縮比支架的伸縮比指支架最大與最小高度之比，即： （3-5）3.2.3支護強度 （3-6） = =394.94式中：當(dāng)支架最大采高為時，支架應(yīng)有的支護強度； 在架型選擇表2-1中與低于但與之相鄰的采高相對應(yīng)的支護強度； 在架型選擇表2-1中與高于但與之相鄰的采高相對應(yīng)的支護強度； 所對應(yīng)的采高； 所對應(yīng)的采高。3.2.4支架間距所謂支架間距，就是相鄰兩支架中心之間的距離。按下式計算：

45、（3-7）式中支架間距（支架中心距）；每架支架頂梁總寬度；相鄰支架（或框架）頂梁之間的間隙；相鄰支架包含的組架數(shù)或框架數(shù)，整體自移式支架中=1；整體邁步式支架中，=2；節(jié)式組合邁步式支架中，=支架節(jié)數(shù)；支架間距要根據(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)刮板輸送機溜槽每節(jié)長度及槽幫上千斤頂連接塊的位置來確定，我國刮板運輸機溜槽每節(jié)長度為1.5 m，千斤頂連接位置在刮板槽槽幫中間，所以除節(jié)式和邁步式支架外，支架間距一般為1.5米，本設(shè)計取=1.5 m。3.2.5底座長度所謂底座，就是將頂板壓力傳遞到底板的穩(wěn)固支架的部件。在設(shè)計支架的底座長度時，

46、應(yīng)考慮以下幾個方面：支架對底板的接觸比壓要??；支架內(nèi)部應(yīng)有足夠的空間用于安裝立柱、液壓控制裝置、推移裝置和其他輔助裝置；便于人員操作和行走；保證支架的穩(wěn)定性等。通常，掩護式支架的底座長度取3.5倍的移架步距，即2.1m左右；支撐掩護式支架對底座長度取4倍的移架步距，即2.4m左右。本次設(shè)計底座為2.1m。4四連桿機構(gòu)的設(shè)計4.1四連桿機構(gòu)的作用四連桿機構(gòu)是掩護式支架和支撐掩護式支架的最重要部件之一。其作用概括起來主要有兩個，其一是當(dāng)支架由高到低變化時，借助四連桿機構(gòu)使支架頂梁前端點的運動軌跡呈近似雙紐線，從而使支架頂梁前端點與煤壁間距離的變化大大減小，提高了管理頂板的性能；其二是使支架能承受較

47、大的水平力。下面通過四連桿機構(gòu)動作過程的幾何特征進一步闡述其作用。這些幾何特征是四連桿機構(gòu)動作過程的必然結(jié)果。1）支架高度在最大和最小范圍內(nèi)變化時，如圖4-1所示，頂梁端點運動軌跡的最大寬度e應(yīng)小于或等于70mm，最好在30mm以下。2）支架在最高位置和最低位置時,頂梁與掩護梁的夾角p后連桿與底平面的夾角q，如圖4-1所示,應(yīng)滿足如下要求: 支架在最高位置時,p=520620,q=750850;支架在最底位置時,為有利矸石下滑,防止矸石停留在掩護梁上,根據(jù)物理學(xué)摩擦理論可知,要求tgpw,如果綱和矸石的摩擦系數(shù)w=0.3,則p=16.70.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

48、部冒落巖石卡住后連桿，使支架不能下降，一般取q=250300，在特殊情況下需要角度較小時，可提高后連桿下絞點的高度。3）從圖4-1可知掩護梁與頂梁絞點e和瞬時中心o之間的連線與水平的夾角q。設(shè)計時，要使q角滿足tgq的范圍，其原因是角直接影響支架承受附加力的數(shù)值大小。 圖4-1四連桿機構(gòu)幾何特征4）頂梁前端點暈運動軌跡雙鈕線向前凸的一段為支架最佳工作段，如圖4-1所示的h段。其原因是頂板來壓時，立柱讓下縮，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

49、，并且使底座前端比壓減少，防止啃底，有利移架。水平力的合力也相應(yīng)減少，所以減輕了掩護梁外負(fù)載。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值減少。當(dāng)已知掩護梁和后連桿的長度后，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)，如圖3-2所示（實際上液壓支架四連桿機構(gòu)屬雙搖桿機構(gòu)）圖4-2掩護梁和后連桿構(gòu)成曲柄滑塊機構(gòu)4.2四連桿機構(gòu)與附加力的影響4.2.1附加力對液壓支架受力的影響由于掩護式和支掩式液壓支架有四連桿機構(gòu)，所以使支架在承載過程中承受附加力，附加力越大，對支架受力越不力。為此，在液壓支架設(shè)計中對此力要有足夠的認(rèn)識，現(xiàn)在對此作如下分析。液壓支架實

50、際受載情況很復(fù)雜，為簡單計算，把支架簡化成一個平面桿系結(jié)構(gòu)。同時為偏于安全，按集中載荷進行計算。圖4-3頂梁分離受力分析圖4-4掩護梁分離受力分析 （4-1） （4-2） （4-3）式中 支架立柱的工作阻力， 支架立柱的傾角， 支架支護阻力， 頂板和頂梁之間的摩擦系數(shù)， 頂梁和掩護梁鉸點水平力， 頂梁和掩護梁鉸點垂直分力。由上式有： （4-4）將該式變?yōu)橥ㄊ綖椋?（4-5）立柱向后傾時，立柱的工作阻力取+；瞬心o點在頂梁和掩護梁鉸點水平線以下的取+；摩擦力向后取+。反之都取。將上通式分解如下： （4-6）式中 支架立柱工作阻力的垂直分力， 支架承受的附加力。由(4-6)可見 當(dāng)時，附加力與立柱

51、傾角和摩擦力有關(guān)。立柱傾角對附加力的影響 圖4-5立柱后傾的頂梁分離受力分析當(dāng)瞬心在下、立柱后傾時， （4-7） （4-8） 由受力分析可看出,當(dāng)瞬心在下時，立柱向后傾，附加力為正，立柱前傾，附加力為負(fù)。當(dāng)瞬心在上時，結(jié)論正好相反。摩擦力對附加力的影響圖4-6 頂梁前端雙紐線軌跡如圖4-6所示，當(dāng)支架由高到低頂梁前端的運動軌跡由a向b點運動時，瞬心點在下，值為正，且由大到小，一直到b為0 ；在這一段內(nèi)，當(dāng)支架在承受讓壓過程中，頂梁有向前運動的趨勢，從而使頂板給頂梁的摩擦力方向向后，摩擦力為正，附加力為正。當(dāng)支架由高到低頂梁前端運動軌跡由a向b點運動時，瞬心點在上，值為負(fù)其絕對值由小變大到c點為最大，再由c點向d點由大到小一直到d點為0；在這一段內(nèi)，當(dāng)支架在承載讓壓過程中，頂梁有向后運動的趨勢，從而使頂板給頂梁的摩擦力方向向前，摩擦力為負(fù)，附加力為正。 由以上分析可知：摩擦力引起的附加力都為正，附加力的大小與角的正負(fù)無關(guān)，與角