液壓支架頂梁、立柱的設計

1、液壓支架頂梁、立柱的設計 安徽理工大學畢業(yè)設計 目錄 摘要（中文）?I 摘要（英文）?II 1、緒論1 1.1 綜合機械化采煤1 1.2 液壓支架總述2 1.2.1液壓支架使用現(xiàn)狀2 1.2.2 液壓支架的發(fā)展趨勢2 1.2.3 我國液壓支架與國外液壓支架存在的差距及今后的發(fā)展趨勢3 1.3 設計任務及意義3 1.3.1 設計的任務3 1.3.2 設計意義4 2、 總體設計4 2.1 原始材料4 2.1.1 設計題目4 2.1.2 設計原始資料5 2.2 主要技術指標5 2.2.1 初撐力5 2.2.2 移架力與推溜力5 2.2.3 液壓支架高度、采高確定5 2.2.4 支架的伸縮比6 2.2

2、.5 中心距和寬度的確定6 2.2.6 底座長度6 2.3 液壓支架總體設計6 2.3.1 擋矸結構6 2.3.2 控頂距與四連桿機構9 2.3.3 確定支架的主體尺寸13 2.3.4 支架受力分析及立柱的負載20 2.3.5 確定液壓缸的行程及結構形式25 2.3.6 總圖及工作原理26 2.3.7 其他28 2.3.8 小結28 3、 專題設計29 安徽理工大學畢業(yè)設計 3.1 專題設計的內容及意義29 3.1.1 專題設計的內容29 3.1.2 專題設計的意義29 3.2 專題的主體尺寸29 3.2.1 主體結構分析29 3.2.2 有關計算32 3.2.3 裝配關系39 3.2.4 總

3、體尺寸控制、配合公差39 3.2.5 總圖及工作原理40 3.3 主要零部件設計43 3.3.1 結構設計43 3.3.2 工藝性分析43 3.3.3 零部件圖44 3.3.4 有關計算45 3.4 小結45 結論46 參考文獻47 致謝48 1、緒論 1.1 綜采機械化采煤 綜采機械化采煤是煤礦技術進步的標志，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。因此，世界主要產(chǎn)煤國家綜合機械化采煤技術和裝備發(fā)展很快，高產(chǎn)高效綜采工作面平均日產(chǎn)已達萬噸以上，有的已達23萬噸，個別的已達4萬噸，建設高產(chǎn)高效礦井也成為世界煤炭工業(yè)的發(fā)展方向。一個年產(chǎn)200萬噸300萬噸的大型礦井只需布置一個綜采

4、工作面，年產(chǎn)400萬噸500萬噸的礦井也只要布置兩個綜采工作面即可，高產(chǎn)高效綜采礦井已形成“一井一面”或“一井兩面”的生產(chǎn)模式。其特點是綜采工作面裝備采用大功率電牽引采煤機、電液控制的大噸位液壓支架及大運量輸送機等機電一體化高新技術。這樣，礦井生產(chǎn)系統(tǒng)大大簡化、生產(chǎn)高度集中、占用設備少，用人少、效率高、安全好、經(jīng)濟效益好，這是目前世界煤炭工業(yè)發(fā)展的趨勢。 普通機械化采煤工作面的配套設備，有采煤機、可彎曲刮板輸送機和支護設備。因支護設備不同，其機械化程度也不一樣。普通機械化采煤采用金屬支架加鉸接頂梁；高檔普通機械化采用單位液壓支架加鉸接頂梁。 普通機械化采煤工作面設備工作時也即采煤時，采煤機為單

5、滾筒采煤機，騎在工作面刮板運輸機上，首先沿工作面傾斜向上移動，把靠近頂板的煤采落并裝入輸送機，采過后裸露出的巖石頂板，用金屬支柱和金屬鉸接頂梁支撐，以保護機器和工人的安全。采煤機采完全工作面頂部煤后，在返回下行采下部的余煤，并把所有落在底板的煤裝入輸送機。緊跟在機器后用千斤頂把輸送機推移至新的煤壁。推移距離等于采煤機滾筒截割深度，也稱為步距，一般為0.61.0m。同時把采空區(qū)后排支柱和鉸接頂梁拆除，讓頂板巖石冒落下來，即為回柱放頂。沿工作面全長這一工作過程稱為一個工作循環(huán)。每個工作面的工作過程都是根據(jù)事先編制好的工作循環(huán)圖表、按照一定程序工作的?；夭晒ぷ髅嬉部捎秒p滾筒采煤機。 在回采工作面中，

6、為了保護工作面內機器和人員的安全生產(chǎn)，要對頂板進行支撐和管理，以防止工作面空間的頂板冒落?；夭晒ぷ髅媸褂玫闹ёo設備有金屬摩擦支柱、單體液壓支柱和自移式液壓支架。他們與采煤機和工作面輸送機分別組成“普采”、“高檔普采”和“綜采”設備。因而綜合機械化采煤少不了要用自移式液壓支架。 液壓支架是以高壓液體為動力，由金屬構件和若干液壓元件組成。它使支架的支撐、切頂、移架和輸送機推移等工序全部實現(xiàn)了機械化。因而大大的改善了 1 回采工作面的工作條件、降低了人們的勞動強度、有效的增加了勞動安全性，使工作面的產(chǎn)量和效率得到了很大的提高，并為工作面的自動化創(chuàng)造了條件。綜上所述，大力發(fā)展綜采機械化采煤，研制和使用

7、液壓支架式十分關鍵的。 1.2 液壓支架總述 1.2.1 液壓支架使用現(xiàn)狀 液壓支架的設計、制造和使用，從1954年英國研制成功了液壓支架發(fā)展到現(xiàn)在，已近基本成熟，它已經(jīng)形成了能適應各種不同煤礦地質條件的各類液壓支架。 從液壓支架的形式來看，由支撐式液壓支架發(fā)展到掩護式液壓支架和支撐掩護式液壓支架；從支架的質量來看，有輕型液壓支架、中型液壓支架和重型液壓支架；從支撐高度來看，有薄煤層液壓支架、中厚煤層液壓支架和厚煤層液壓支架，其中厚煤層液壓支架又分煤層一次采全高液壓支架和中間液壓支架。所以從液壓支架的現(xiàn)狀來看，由過去的手工設計、制造和使用發(fā)展到全部計算機程序設計?？傊?，隨著時代的發(fā)展和進步，液

8、壓支架設計、制造和使用，將越來越完善、安全、可靠。 新型液壓支架普遍具有微型電機或電磁鐵驅動的電液控制閥，推移千斤頂裝有位移傳感器，采煤機裝有紅外線傳感裝置，立柱缸徑超過400mm，為減少割煤時間，一般采用0.81m截深。支架還采用屈服強度8001000MPa的鋼板，既有較高的強度、硬度和韌性，又具有良好的冷焊性能。隨著長壁工作面長度的不斷增加，為適應快速移架的需要，國外還廣泛采用高壓大流量乳化液泵站，其額定壓力為4050MPa，額定流量400500min可實現(xiàn)工作面成組或成排快速移架，移架速度達到68s架。 美國是世界上最先進的采煤國家，澳大利亞也基本上采用一井一面的高度集中化生產(chǎn)，使用兩柱

9、掩護式液壓支架，指甲的平均工作阻力為7640KN，英國也大力發(fā)展兩柱掩護式液壓支架，工作阻力有了很大提高，達到60008000KN。 1.2.2 液壓支架的發(fā)展趨勢 目前國內外在液壓支架的設計、制造和使用中，新產(chǎn)品在不斷的改進和研制中，下面做簡單介紹。 1）前連桿設油缸的液壓支架 2）沿頂板移架的液壓支架 3）適應特種條件下的液壓支架 （1） 特厚煤層一次采全高液壓支架 2 （2） 新型放頂煤液壓支架 （3） 水采支架 （4） 重型支架 （5） 新型端頭支架 （6） 大傾角工作面支架 4）液壓支架結構設計方向 （1） 輕型化 （2） 標準化 （3） 材質強化 （4） 高壓化 5）操縱自動化 能

10、適應無人采煤工作面的需要，設計遠程操作的新型全自動液壓支架。 1.2.3 我國液壓支架與國外液壓支架存在的差距及今后的發(fā)展趨勢 我國液壓支架經(jīng)過30多年的發(fā)展，盡管取得了顯著的成績，在雙高礦井建設中出現(xiàn)過日產(chǎn)萬噸甚至班產(chǎn)超萬噸的記錄，但總體水平與世界先進采煤國家仍存在一定差距。在支架架型功能上我國與國外相差無幾，有些地方特別是特厚煤層用的放頂煤支架，鋪網(wǎng)支架，兩硬煤層的強力支架、端頭支架還有獨到之處，但國產(chǎn)液壓支架技術含量偏低，電液控制閥可靠性差，所用鋼材的耐壓能力一般為16MPa，最好的屈服極限才700MPa，液壓系統(tǒng)壓力在35MPa以下，流量在200Lmin以內，供液管直徑2535mm，回

11、液管直徑2550mm，最快移架速度為1012s架，工作阻力更是相對較低。 今后，我國的液壓支架的設計將朝技術含量大、鋼板強度大、移架速度快（68s架）和電液控制閥的方向發(fā)展，對有破碎帶和斷層的工作面將加大支架的移架力，盡量采用整體可靠推桿和抬底座機構，并減少千斤頂數(shù)量。另外，將普遍采用額定壓力為40MPa、額定流量為400Lmin的高壓大流量乳化液泵站，以適應快速移架的需要：系統(tǒng)采用環(huán)形或雙向供液，保證支架有足夠的壓力達到初撐力，保證支架接頂位置準確。兩柱掩護式支架的比重將大大增加，缸的直徑將增至360mm，端頭支架，輕放多用途支架將被廣泛采用。 1.3 設計任務及意義 1.3.1設計的任務

12、任務：設計完成ZZ9200/24/46型液壓支架總體設計、頂梁和立柱的專題設 3 計 1.3.2設計意義 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，保證工作人員的安全和個性工作的正常進行，必須對頂板進行支護。液壓支架的出現(xiàn)解決了這個問題。液壓支架的設計、制造和使用，從1854年英國研制成功了液壓支架發(fā)展到了現(xiàn)在，已經(jīng)基本成熟，它已經(jīng)形成了能適應各種不同煤礦地質條件的各類液壓支架。液壓支架作為綜合機械化采煤方式中最重要的設備之一，因而研究液壓支架具有重要的意義。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)技術的發(fā)展方向。因此采

13、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。 液壓支架式以高壓液體為動力，由金屬構件和若干液壓元件組成。它能實現(xiàn)支撐、切頂、自移和推溜等工序，與大功率采煤機，大運量的可彎曲刮板輸送機組成回采工作面的綜合機械化設備。液壓支架具有支護性能好、強度高、移架速度快、安全可靠性高等優(yōu)點，它的使用能增加采煤工作亮的產(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生產(chǎn)安全。在綜合機械化設備組成中，液壓支架的重量約占綜采設備總重量的8090，成本占綜采設備的70左右。而且，綜采工作面的安全性也主要取決于支架的支護效果。因此，為了降低成本，提高開采效益，

14、并使支架的結構與性能適應不同的圍巖與煤層條件，各國均在積極開展液壓支架的設計、試驗和研究。按支架的設定架型、基本結構和一般性能的參數(shù)，設計典型支架，設計者根據(jù)已有的設計知識與經(jīng)驗，參考現(xiàn)有液壓支架的結構與參數(shù)，或用類比法來設計支架。國內外整層垮落開采緩后煤層的采面礦壓初步研究成果可知：隨著采高加大，上覆巖層動壓現(xiàn)象仍然存在，且表現(xiàn)頻繁；直接頂越穩(wěn)定，高支架支護效果越好；支架應具有足夠的支護力，特別是對老頂來壓強烈的頂板；采高加大后，應防止片幫、冒頂，盡力保持支架的穩(wěn)定性，為此提高支架剛度是十分重要的。 2、總體設計 2.1 原始資料 2.1.1設計題目 ZZ9200/24/46厚煤層液壓支架設

15、計 專題：頂梁、立柱 4 2.1.2設計原始資料 架型：ZZ9200/24/46 支撐力：9200KN 支撐高度：2400mm4600mm 泵站：Pb31.5MPa；400Lmin 安全閥調定壓力：Pa40MPa 2.2主要技術指標 2.2.1初撐力 初撐力的大小是相對于支架的工作阻力而言，并與頂板的性質有關。有較大的初撐力可以使支架較快到達工作阻力，防止頂板過早的離層，增加頂板的穩(wěn)定性，增加頂板的穩(wěn)定性。對于不穩(wěn)定和中等穩(wěn)定頂板，為了維護機道上方的頂板，應取較高的初撐力，約為工作阻力的80；對于穩(wěn)定頂板，初撐力不宜過大，一般不低于工作阻力的60，對于周期來壓強烈的頂板，為了避免大面積的垮落對

16、工作面的動載威脅，應取較高的初撐力，約為工作阻力的75。 2.2.2移架力與推溜力 移架力與支架結構、噸位、支撐高度、頂板狀況是否帶壓移架等因素有關。一般薄煤層支架的移架力為100150KN，中等厚度煤層支架為150300KN，厚煤層為300400KN。通常，1.5m長的一節(jié)溜槽對應一架支架，推溜力為150左右；薄煤層支架為100kN左右；厚煤層支架接近200KN。 2.2.3液壓支架高度、采高確定 支架高度的確定原則，應根據(jù)所采煤層的厚度，采區(qū)范圍內地質條件得到變化等因素來確定，其最大和最小高度為 Hm hmS1 HnhnS2 式中 Hm支架最大高度，由設計題目知：Hm=4.6m Hn支架最

17、小高度，由設計題目知：Hn=2.4m hm煤層最大厚度（最大采高）； hn煤層最小厚度（最小采高）； S1 偽頂冒落的最大厚度，一般取0.20.3m； S2頂板周期來壓時的最大下沉量，一般取0.10.2m 移架時支架的最小可縮量，一般取0.05m； 5 浮矸、浮煤厚度，一般取0.05m。 故:最大采高hm4.34.4m 最小采高 hn2.72.8m 2.2.4支架的伸縮比 支架的伸縮比指最大與最小高度之比，即 m=Hm/Hn=1.92 由于液壓支架的使用壽命較長，并可能被安裝在不同采高的采煤工作面，所以支架應具有較大的伸縮比。在采用雙伸縮立柱時垛式液壓支架的伸縮比為 1.9；支撐掩護式液壓支架

18、為2.5；掩護式液壓支架可達3.0。本設計的液壓支架采用雙伸縮帶加長桿的立柱。 2.2.5中心距(支架間距)和寬度的確定 支架中心距一般等于工作面一節(jié)溜槽長度。目前國內外液壓支架中心距大部分采用1.5m。大采高支架為提高穩(wěn)定性中心距可采用1.75m，輕型支架為適應中小煤礦工作面快速搬家的要求，中心距可采用1.25m。因此設計中欲取1.5m。 支架寬度是指頂梁的最小和最大寬度。寬度的確定應考慮支架的運輸、安裝和調架要求。支架頂梁一般裝有活動側護板，側護板行程一般為170200mm。當支架中心距為1.5m時，最小寬度一般取14001430mm，最大寬度一般取15701600mm。當支架中心距為1.

19、75m時，最小寬度一般取16501680mm，最大寬度一般取18501880mm。當支架中心距為1.25m時，如果頂梁帶有活動側護板，則最小寬度一般取11501180mm，最大寬度一般取13201350mm，如果頂梁不帶活動側護板，則一般取11501200mm。本設計中心距取1.5m。 2.2.6底座長度 底座是將頂板壓力傳遞到底板和穩(wěn)固支架的部件。在設計支架的底座長度時，應考慮如下諸方面： 支架對底板的接觸比壓要??；支架內部應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，一個移架步距為0

20、.6m，即2.1m左右；支撐掩護式支架的底座長度取4倍的移架步距，即2.4m左右。本設計底座長度取2400mm。 2.3 液壓支架總體設計 2.3.1擋矸結構 6 擋矸結構主要包括掩護梁、活動側護板和四連桿機構等。下面主要說明掩護梁的結構側護板和四連桿機構的結構。 1. 護梁的結構 掩護梁的結構為鋼板焊接的箱式結構，在掩護梁上端與頂梁鉸接，下部焊有與前、后連桿鉸接的耳座（有的支架在掩護梁上焊有立柱柱窩）。活動側護板裝在掩護梁的兩側。掩護梁內留有安裝側推移千斤頂和彈簧筒的空間。有直線型，折線型兩種。如圖21所示，其中21a為折線型，圖21b為直線型。折線型相對直線型支架斷面大，結構強度高，但工藝

21、性差，所以很少采用。從掩護梁的額寬度方向來分，可分為整體式和對分式兩種。對分式結構尺寸小，易于加工、運輸和安裝，但結構強度差。 2.側護板的結構 1）側護板的種類 頂梁和掩護梁的側護板有兩種。一種是一側固定另一側活動的側護板。在設計時，根據(jù)左右工作面來確定左側或右側為活動側護板。一般沿傾斜方向的上方為固定側護板，下方為活動側護板?；顒觽茸o板通過彈簧和側推千斤頂與梁體連接，以保證活動側護板與鄰架的固定側護板靠緊。但當該換工作面開采方向時，活動側護板便位于傾斜方向的上方，給調架、防倒等帶來不便，所以很少采用。另一種是兩側皆為活動側護板。這種側護板可以適應工作面開采方向變化的要求，有利于防倒和調架。

22、 2）側護板的結構形式 側護板的結構形式如圖2-2所示。通常有兩種類型。一種是側護板在頂梁的外側。這種類型的側護板又有三種形式，如圖2-2a所示，頂梁上無頂板，側護板易被冒落矸石壓住，影響側護板的伸縮；如圖2-2b、c所示， 在頂梁上加設頂 7 板，克服可以上的缺點，但支架承受偏載時，側護板裝置受力很大。另一種是鉸接式側護板，如圖2-2d所示。它克服了以上兩種側護板的缺點，但由于架間側護板造成三角帶易填入碎矸，影響了架間密封效果。 3. 四連桿機構 四連桿機構有兩種結構形式。 如圖2-3所示為前、后連桿式單桿式的結構形式。 如圖2-4所示為前連桿式單桿、后連桿式整體式的結構形式。 前連桿又分為

23、剛性前連桿和伸縮前連桿，如圖2-4右所示，伸縮前連桿用油缸來代替。后連桿有直線型和圓弧型，圓弧型有利于矸石下滑。有的支架在后連桿上加側護板，在后連桿上安裝一個側推千斤頂和兩個導向筒。 8 2.3.2控頂距與四連桿機構 1.控頂距為控制頂板的距離，也就是從支架頂梁后端檐到煤邦的距離 2.四連桿機構 （1）四連桿機構的作用： 四連桿機構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：其一是當支架由高到低變化時，借助四連桿機構使支架頂梁前端點的運動軌跡呈近似雙紐線，從而使支架由高到低變化時，借助四連桿機構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

24、的變化大大減少，提高了管理頂板的性能；其二是使支架能承受較大的水平力。 （2）四連桿機構對液壓支架的影響： 1）對支架在調高范圍內梁端距的大小有重要影響 2）影響支撐效率 3）雙紐線軌跡變化對支架垂直支撐力有重要影響 9 4）雙紐線軌跡影響連桿、掩護梁等連接部件的受力情況 （3）對四連桿機構的基本要求 為了掌握四連桿機構的設計方法，必須正確理解四連桿機構的作用。下面通過四連桿機構動作過程的幾何特征進一步闡述其作用。這些特征是四連桿動作過程的必然結果。 1）支架高度在最大和最小范圍內變化時，頂梁端點運動軌跡的最大寬度e70mm，最好為30mm以下。 2）支架在最高位置時和最低位置時，頂梁與掩護梁

25、的夾角p和后連桿與底平面的夾角Q，應滿足如下要求： 支架在最高位置時，p5262,Q7585；支架在最低位置時，為有利于矸石下滑，防止矸石停留在掩護梁上，根據(jù)物理學摩擦理論可知，要求tanP>W0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Q2535,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。 3）掩護梁與頂梁鉸點和瞬心中心間的只限于水平線夾角，滿足tan0.35。原因是直接影響支架承受附加力的數(shù)值大小。 4）應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，如圖2-5所示的h段。 000000 圖2-5支架工作

26、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)。同時底板防止底座向后移，使整個支架產(chǎn)生順時針轉動的趨勢，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減小，所以減輕了掩護梁的外負荷。 （4）用幾何作圖法設計四連桿機構 1）確定掩護梁上鉸點至頂梁頂面的距離和后連桿下鉸點至底座底面的距離 10 一般同類型支架用類比法來確定，類比ZZ40001745型液壓支架分別取值為220mm、330mm。 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

27、長度，幾何關系如圖2-6所示： 圖中 G掩護梁長度； A后連桿長度； L2e點引垂線到后連桿下鉸點的距離 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。 從幾何關系出發(fā)可以列出如下兩式： GcosP1?AcosQ1?L2 （2-4） GcosP2?AcosQ2?L2 (2-5) A G?cosP2?cosP1 cosQ2?cosQ1將式2-4、2-5聯(lián)立可得： (2-6) 支架計算高度為支架高度減去掩護梁上鉸點至頂梁頂面的距離和后連桿下鉸點至底座地面的距離。 按四連桿機構幾何特征要求，選定P1,P2,Q1,Q2代人式(2-6),可以求得 11 其比值，由于支架型式不同，一般的

28、 掩護式液壓支架：A GAG比值按以下范圍來?。?0.45-0.61 A G 支撐掩護式液壓支架： 0.61-0.82 支架最高位置時的計算高度為：H1?GsinP1?AsinQ1 本設計支架型號為ZZ10000/22/42型液壓支架，故 H1=4200-220-330=3650mm H2=2200-220-330=1650mm 類比ZZ4000/17/35型液壓支架取 Q1=78，A=1790mm,G=2750mm,實取AG=0.651。 經(jīng)作圖法做四連桿如圖2-7所示：ab/G=0.24,ab=650mm,得e=47.05mm. 由圖可知各項參數(shù)符合設計要求，四連桿機構設計參數(shù)如圖2-7所

29、示。這樣，四連桿機構的幾何長度及最高最低位置時對應的夾角就確定。該連桿機構不僅能滿足工作高度的要求，而且在支架下降時，頂梁前端向前傾斜，這樣有利于改善支架的受力。 圖2-7四連桿機構 12 2.3.3確定支架的主體尺寸 1.底座參數(shù)的確定 1）底座長度的確定 底座是將頂板壓力傳遞到底板相穩(wěn)固支架的部件。在設計支架的底座長度時，應考慮如下方面：支架對底板的接觸比壓要??；支架內部應有足夠空間用于安裝立栓、液壓控制裝置、推移裝置和其他輔助裝置；便于人員操作相行走保證支架的穩(wěn)定性等。通常，掩護式液爪支架的底座長度取移架步距的35倍(一個移架步距為0.6m)，即2.1m左右；支撐掩護式液壓支架的底座長度

30、取移架步距的4倍，即2.4m左右。 本支架初取為2.4m，后作圖調整為2.8m 2）底座寬度的確定 底座寬度一般為1.11.2m。為了提高橫向穩(wěn)定性，減小對底座的比壓，厚煤層支架可達1.3m左右，初取底座寬度為1.3m。 2.頂梁參數(shù)的確定 1）支架工作方式對支架頂梁長度的影響 支架工作方式對支架的頂梁長度影響很大，如圖2-8所示。 從圖2-8可以看出，先移架后推溜的方式(又稱及時支護方式)要求頂梁有較大長度；先推溜后移架的方式(又稱滯后支護方式)要求頂梁長度較短。這是因為采用先移架后推溜的工作方式時，支架要超前輸送機一個步距，以便采煤機過后，支架能及時前移，支控新暴露的頂板，做到及時支護。因

31、此，先移架后推溜時頂梁長度要比先推溜后移架時的頂梁長度要長一個步距，一般為600mm。 13 2）頂梁長度計算的有關因素 支架頂梁長度與配套尺寸有直接關系。同時為了防止當采煤機向支架內傾斜時，采煤機滾筒不截割頂梁，又考慮到采煤機截割時，不一定把煤壁截割成一垂直平面，所以在設計時，要求頂梁前端距煤壁最小距離為300mm ，這個距離叫空頂距。另外，在輸送機鏟煤板前也留有一定距離。一般為135150mm，也是為了防止采煤機截割煤壁不齊，給推移輸送機留有一定距離。除此以外，所有配套設備包括采煤機和輸送機，均要在頂梁掩護下工作，以此來計算頂梁長度。 3）頂梁長度的計算 由于本設計的支架是支持掩護式，故采

32、用支撐掩護液壓支架頂梁長度計算公式： 頂梁長度=（配套尺寸+底座長度+AcosQ1）（GcosP1?300?e）+掩護梁與頂 鉸接點至頂梁后端點的距離 式中：配套尺寸參考原煤炭部煤炭科學研究院編制的綜采設備配套圖冊確定 底座長度底座前端至后連桿下鉸點的距離；由1知底座長度為2800mm e支架由高到低頂梁前端點最大變化距離；由四連桿機構的設計知e=47.05mm Q1、P1 如圖2-6所示，支架在最高位置時，分別為后連桿和掩護梁 與水平面的夾角，Q1=78、P1=59。 14 掩護梁與頂梁鉸接點至頂梁后端點的距離，本設計取200mm。 參考以上公式和查閱綜采支護手冊得，取頂梁長度取3550mm

33、，此外應注意采用及時支護方式，即先移架后推溜，因此要求要求頂梁由較大的長度。 4）頂梁寬度的確定 支撐掩護式支架包括側護板在內的頂梁寬度為1.41.6m左右，下限為側護板收縮時的運輸寬度，1.5為支架正常工作時的寬度，1.6m為調架時側護板伸出后的最大寬度，取B=1.5m。 2.立柱及柱窩位置的確定 1）支架立柱數(shù)的確定 目前國內支撐式液壓支架立柱數(shù)為26根，常用為4根；掩護式液壓支架為2根；支撐掩護式液壓支架為4根。本設計立柱數(shù)為4. 2）立柱上校窩位置的確定 液壓支架立柱上柱窩位置的確定原則，從理論上分析，要使頂梁支撐力分布與頂板載荷分布一致。但頂板載荷復雜，分布規(guī)律因支架頂梁與頂板的接觸

34、情況而異。為簡化計算，假定頂梁與頂板均勻接觸，載荷沿頂梁長度力向技線性規(guī)律變化，沿支架寬度方向均勻分布。把支架的空間桿系結構，簡化成平面桿系結構。同時為偏于安全，可以認為頂梁前端載荷為零，載荷沿頂梁長度方向向后越來越大，呈三角形分布，并按集中載荷計算。所以，支架支撐力分布也為三角形，以此計算立柱上校窩位置。此時認為支架頂梁承受集中載荷F1在頂梁13處，取頂梁為分離體，受力情況如圖2-10所示: 對A點取矩：?MA=0；即 15 F1Wh1?Pt1cos?1?x?l2?Pt1sin?1?h2?h1?Pt2sin?2?h2?h1?Pt2cos?2? F1lg3 ?0 F1lg 整理得：x? ?F1

35、Wh1?Pt1cos?1l2?h2?h1?Pt1sin?1?Pt2sin?2? Pt1cos?1?Pt2cos?2 （2-9） 式中：x支架后排立柱上柱窩至頂梁和掩護梁鉸點的距離，m； F1支架支護阻力，F(xiàn)lqFC，kN； q支架最大支護強度，kNm2； FC支護面積，m2； lg頂梁長度(不包括頂梁與掩護梁鉸點至頂梁后端的距離)，m； lg=3.55-0.2=3.35m； Pt1，Pt2前、后排各立柱工作阻力之和，kN； h1頂梁和掩護梁鉸點至頂梁頂面的距離，m；取h1=0.22m h2立柱上柱窩中心至頂梁頂面的距離，m；取h2 =0.24m ?1,?2前后排立柱在最高位置時的傾角，（）。

36、W頂梁與頂板間的摩擦系數(shù) 支護強度q確定 支護強度取決于頂板性質和煤層厚度。可根據(jù)下列公式采用插值法計算： qx?q1?q2?q1? Hm?hq1hq2?hq1 （2-10） 式中：qx當支架最大采高為Hm時，支架應有的支護強度，KN/m2 q1在選擇表q2在選擇表 2-1中的低于Hm但與之相鄰的采高相對應的支護強度，KN/m2 2-1中的高于Hm但與之相鄰的采高相對應的支護強度，KN/m2 hq1q1所對應的采高，m hq2q2所對應的采高，m； 16 表2-1支架架型確定參數(shù) 確定支架支護阻力F1 支架工作阻力應滿足頂板支護強度的要求 支架工作阻力P應滿足頂板支護強度的要求，即P=qFC*

37、103 KN (2-11) 22FC支架的支護面積，F(xiàn)C?L?C?B?K?m（2-12）式中：可按下式計算： m， 式中：L支架頂梁長度，m C梁端距，m B支架頂梁寬度，m K架間距，m 由于查表采高4.2m沒有具體的支護強度，故不用插值法計算，查資料得q=1.0MP,梁端距C，一般為0.25-0.35m，最大不超過0.4m，取C=0.30m，我國規(guī)定支架間標準中心距為1.5m，B+K=1.5m FC=（3.55+0.3）1.5=5.775m2 所以，F(xiàn)1=0.925.775103KN=5.313103KN 立柱工作阻力Pt1，Pt2 對于支撐式支架，支架立柱的總工作阻力等于支架工作阻力。對

38、于掩護式和支撐掩護式支架，由于受到立柱傾角的影響，支架工作阻力小于支架立柱的總工作阻力。工作阻力與支架立柱的總工作的比值，稱為支架的支撐效率?，所以支架立柱的總工作阻力Pt為：Pt?P? (2-13) 支撐式支架的效率為100，支撐掩護式和掩護式支架取=80左右。 Pt=5.3131030.8KN=6.641103KN 17 n pt ?pt?3.32103KN 22 前后排立柱數(shù)相等，初步可設為Pt1=Pt2= 確定?1?2 直接支撐的支撐掩護式支架，立柱的傾角較小，且一般后排的立柱的傾角 ?2小于前排立柱的傾角?1；支撐掩護式支架，根據(jù)結構要求呈傾斜或直立布置， 一般立柱軸線與頂梁垂線的夾

39、角小于10（支架在最高工作位置時），因為夾角小，有效支撐力較大。取?1=5，?2=3。 確定前后排立柱間距l(xiāng)2 立柱間距的選擇原則為有利于操作、行人和部件合理布置。支撐式和支撐掩護式液壓支架的立柱間距為11.5m，選立柱間距l(xiāng)2=1.02m。 代入公式（2-9）得x=0.332m，取整為330mm。 2）立柱下柱窩位置計算 立柱下柱窩位置的確定，要有利于移架，使底座前端 比壓小。同時考慮柱前行人和支架的調高范圍以及下柱窩與前連桿下鉸點的距離，一般按支架在最低工作位置時，立柱最大傾角應小于30。來考慮，具體計算如圖2-11所示。 圖2-11下柱窩位置計算圖 按幾何關系列出的下列諸公式進行計算：

40、x2?l1?x1?AcosQ2?l2?x?GcosP2 (2-14) x2?H3tan?1 （2-15） 將（2-15）代入（2-14）得：x1?l2?x?GcosP2?H3tan?1?l1?AcosQ2（2-16） 18 式中：H3=H2-(h2+h3) ?1支架最低位置時，前排立柱傾角，； l1前后排立柱下鉸點之距，m； Q2支架最低位置時，后連桿與水平面夾角 P2支架最低位置時，掩護梁與水平面夾角 由立柱上柱窩計算得：l2=1.02m，h2=0.24m，x=0.33m； 由四連桿機構設計知：A=1.79m，G=2.75m，Q2=31.7,P2=20.64。 圖2-12液壓支架總體簡圖 立

41、柱下柱窩中心至底座地面的距離 按比例類比ZZ4000/17/35型液壓支架，取h3=280mm 前后排立柱最低位置時的傾角?1，?2 一般按支架在最低工作位置時，立柱最大傾角應小于30來考慮，且一般后排立柱的傾角?2也應小于前排立柱的傾角?1。 確定前后排立柱間距l(xiāng)1 參考礦山機械，一般選取800-950mm，由繪圖知l1=876.87mm 確定H3 H3=H2-(h2+h3)=2.4-(0.24+0.28)=1.88m 19 代入公式2-16得x1=1.2166m，取整為：1216mm 支架總體簡圖如圖2-12所示 2.3.4支架受力分析及立柱的負載 1.支架受力分析簡化 為了設計計算方便，

42、要對支架的外載荷和支架本身進行簡化，現(xiàn)概述下： (1)把支架簡化成一個平面桿系結構。為偏于安全，在計算時把外載荷視為集中 載荷。 (2)金屬結構件校直梁理論計算。 (3)頂梁、底座與頂?shù)装灞徽J為均勻接觸，載荷沿支架長度方向按線性規(guī)律分布， 沿支架寬度方向為均勻分布。 (4)通過分析和計算可知，掩護梁上殲石的作用力，只能使支護架實際支護阻力 降低。所以在進行強度計算時忽略不計，使掩護梁偏于安全。 (5)立校和短校按最大工作阻力計算。 (6)產(chǎn)生作用在頂梁上的水平力的情況有兩種，一是由于支架讓壓凹縮，頂梁前 端點運動軌跡為近似雙紐線，頂梁與頂板間產(chǎn)生相對位移，頂板給予頂梁水平摩擦力；另一種是由于頂

43、板向采空區(qū)方向移動，使支架頂梁受到一個指向采空區(qū)的水平摩擦力。頂梁和頂板的靜摩擦系數(shù)w一般取0.15-0.3。 (7)按不同支護高度時各部件最大受力值進行強度校核。 2.支撐掩護式支架的受力分析與計算 易得： cos?1? H （2-17） 首先取頂梁為分離體，如圖2-14所示。寫出內力xb，yb以及Fn作用點的位置x的表達式。 xb?fFn?Pasin?1?Pbsin?2 （2-18） yb?Fn?Pacos?1?Pbcos?2 （2-19） x?fFnh7?Pacos?1L1?Pbcos?2L2?Pasin?1(h6?h7)?Pbsin?（h6?h7)2 Fn2-20） 式中，1，2角可由

44、結構尺寸算出，即為1=5，2=3 20 圖2-13支撐掩護式支架整體受力 圖2-14頂梁分離體受力 再取掩護梁為分離體，如圖2-15所示，寫出連桿受力F5，F(xiàn)6的表達式，求出 21 Fn。 F6? xbtan?3?yb?W?sin?cos?tan?3? cos?4tan?3?sin?4 （2-21） F5? F6cos?3?yb?Wcos? cos?3 (2-23) Fn? C? Pcos?Pcos?Psin?Psin?tan?W?a1b2a1b2?1?ftan?L? 1 （2-23） 圖2-15掩護梁分離體受力 Fn求出后，代入式2-20，可求出x。 x? 1Fn ?PaL1cos?1?Pb

45、L2cos?2? （2-24） 再取底座為分離體，如圖2-16所示，可求出底板對底座的支撐反力F1及其作用點的位置x： F1?Pacos?1?Pbcos?2?F6sin?4?F5sin?3 （2-25） x? F5cos?3?h10?h11?F5sin?3L8?Pbcos?2L10?Pbsin?2?h11?h9?Pacos?1?L9?L10?Pasin?1?h11?h9?fF1h11 （2-26） F1 22 2.立柱的負載 立柱的負載在這里主要計算其實際支護阻力F1，F(xiàn)2，分兩種情況。 前后排立柱的實際支護阻力F1、F2，由前面受力分析得出的公式2-23和2-24反求。即為：R? x?C?

46、Fcos?Fcos?Fsin?Fsin?tan?W?11221122?1?ftan?L?1 R1?F1L1cos?1?F2L2cos?2? 式中：R頂板對支架的載荷，本設計為9200KN; F1，F(xiàn)2前后立柱的實際支護阻力； F頂梁與頂板之間的摩擦系數(shù)，一般取0.10.3，本設計取0.3； 1、2前后排立柱的傾角； xR作用線距離頂梁鉸點的距離，X=1.117m; W掩護梁上矸石的阻力。 、矸石阻力的作用力的作用點的位置確定：x、y方向上矸石作用力就相當于均勻載荷，W的作用點就在掩護梁的1/2處。 、矸石阻力W的計算： 圖2-16底座分離體受力 W （2-27） 23 Wx?34HrFx （2

47、-28） Wy?3HrFy （2-29） tan?Wx Wy (2-30) 式中：Wx、 Wyx、y方向矸石作用力； H最大采高，本設計為4.2m： Fx、 Fy掩護梁在x、y方向的投影面積； r矸石容重，25103N/m3。 、確定掩護梁的面積 由四連桿機構設計知掩護梁的長度2750mm，估計其寬度與頂梁寬度一致，由于工作時有側護板伸出，所以其寬度就為1.5m。 掩護梁的面積就可以初步估算為F=2.751.5=4.125m2 最高位置時 由四連桿的設計部分知：最高位置時=16.89o、1=5o、2=3o、L=1795.37mm;計算W及其作用線位置： 掩護梁在x方向的投影面積：Fx=4.125cos59o=2.1245m2 掩護梁在y方向的投影面積：Fy=4.125sin59o=