畢業(yè)設計論文掩護式液壓支架設計

1、前 言本次畢業(yè)設計是我們大學四年的最后一次設計，同時也是對大學生四年來所學的知識系統(tǒng)總結和綜合應用?，F(xiàn)在我們已經(jīng)進入大學學習的最后階段，畢業(yè)設計作為本科學習最重要的組成部分之一，它能提高我們發(fā)現(xiàn)、分析、解決問題的能力，綜合檢驗和鞏固我們所學知識，同時又是對我們大學四年所學知識的全面復習，更是向我們以后即將從事的專業(yè)性工作的正常過渡。我們可以緊緊抓住這個機會認真學習并搞好畢業(yè)設計，眾所周知，它對我們即將走上工作崗位或者更進一步深造有非常重要的意義。它將把我們過去的理論學習引向一個更高、更深的層次，也就是參加工作，可以說我們在做一次過渡性的嘗試。我的畢業(yè)設計是關于掩護式液壓支架的設計。液壓支架是綜

2、合機械化采煤的關鍵設備，對于提高采煤效率，降低成本，改善作業(yè)環(huán)境，減少笨重的體力勞動具有舉足輕重的作用。其中，掩護式液壓支架是日本在引進英國垛式支架和蘇聯(lián)掩護式支架的基礎上，結合我國特點于1968年首先研制成功的。它保留了垛式支架支撐力大，切頂性能好，工作空間寬敞的優(yōu)點，采用單排立柱支撐頂梁（或頂梁于掩護梁）的結構；具有防護性能好，結構穩(wěn)定的長處，采用堅固的掩護梁以及側護板將支架于老塘完全隔開，并用雙紐線連桿機構聯(lián)結掩護梁和支架底座。因此，加深掩護式液壓支架的設計和研究具有深遠的意義。整個畢業(yè)設計已接近尾聲，我們所忙碌的成果即將接受檢驗。我相信，有耕耘，定有收獲；有付出，定會有回報。四年的時間

3、如流水般匆匆流過，在這四年里，老師們用汗水和心血滋潤我干枯的心田，用知識的乳汁將我哺育，在我即將離開母校的時候，我向我最尊敬的老師們表達我最真誠的謝意，謝謝你們四年來對我們的親切關懷。在今后的日子里，我將努力奮斗，把您在學校里傳授給我們的知識運用到實際工作中去，為我國的機械行業(yè)做出我們應有的貢獻。最后，感謝各位評閱老師在百忙之中評閱本文。由于時間倉促，本人水平有限，難免有錯誤和不足之處，敬請各位老師指正與賜教。一、緒 論液壓支架作為煤礦長壁綜采工作面的關鍵設備，近年來得了迅速地發(fā)展，它與綜采系統(tǒng)中的“三機”（ 刮板輸送機、轉載機、帶式輸送機）配合使用，是煤礦開采技術現(xiàn)代化的重要標志。液壓支架是

4、綜采工作面主要設備之一，近10年來主要的發(fā)展趨勢是向兩柱掩護式和四柱支撐掩護式架型發(fā)展，架型結構進一步完善，設計方法更先進，參數(shù)向高工作阻力、大中心距(175m、2m)發(fā)展，結構件材料越來越多地采用高強度鋼材，支架的壽命和可靠性大大提高。在綜合機械化采煤過程中，液壓支架擔當著極其重要的角色，其主要功能不僅用于支撐管理頂板，隔離采空區(qū)，維護采煤作業(yè)空間，并能自行前移，推進采煤工作面輸送機和采煤機。因此，液壓支架的性能和可靠性是決定綜采成敗的關鍵因素之一。另外，合理的選用采煤設備并結合先進的采煤工藝，可解決采煤工作面的采煤支護運輸?shù)壬a(chǎn)環(huán)節(jié)之間的矛盾，可有效地提高工效增加成本減少損耗保護生產(chǎn)人員和

5、設備的安全，以及減輕笨重的體力勞動，可為煤礦獲得很高的經(jīng)濟效益。1.1 液壓支架的工作原理 液壓支架是由乳化液泵站提供高壓乳化液（這里采用水包油型乳化液）作為動力，由液壓操作系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，液壓油缸和金屬構件組成。來自泵站的高壓乳化液，經(jīng)主進液管送到工作面，并與每架支架的進液截止閥相連導入支架，再經(jīng)過組合操縱閥配液到各液壓缸，以完成支架所需的各項動作。從支架回流的低壓乳化液通過組合操縱閥與回液截止閥由主回液管路流回泵站乳化液箱，供循環(huán)使用。支架的承載原理是：液壓支架支撐在綜采工作面的頂?shù)装逯g支撐頂板。頂板壓力作用在頂梁上，并通過頂梁和底座間立柱將壓力傳遞底板。為保證支架結構件的強度及撐在支架

6、頂安全，在立柱的下腔裝有安全閥。當頂板壓力超過立柱安全閥限定壓力時，安全閥開啟釋放出立柱中的液體進行讓壓，當頂板壓力下降到立柱工作阻力時，安全閥關閉進行保壓承載。1.2 液壓支架的工作過程 液壓支架對頂?shù)淖饔眠^程主要取決于流體靜力學原理工作的立柱工作過程。現(xiàn)以圖1-1所示的典型立柱控制系統(tǒng)來說明支架的工作過程。支架操作的基本功作過程為：急增阻階段，緩增阻階段，恒阻階段，無作用階段四個階段。圖立柱控制系統(tǒng)立柱；安全閥；液控單向閥；操縱閥；p高壓管路；o回液管（1）泵壓撐頂，支架對頂板急增阻階段操縱閥手把置于a位，從泵站來的壓力液經(jīng)高壓管路p，打開液控單向閥3進入立柱下腔，立柱上腔與回液管o連通，

7、因而活柱伸出使支架升起接頂，對頂板產(chǎn)生支撐力。支架接頂后，泵壓使下腔內(nèi)的液體壓強迅速上升，支架對頂板支撐力急劇增加。這就是支架對頂板的急增阻階段。（2）閉鎖承載，支架對頂板緩增阻階段操縱閥手把放回零位后，立柱下腔內(nèi)的壓力液被液控單向閥閉鎖，不能流出，從而使支架保持對頂板的支撐狀態(tài)。隨著頂板逐漸下沉，立柱下腔內(nèi)的液體受到進一步壓縮，壓強逐漸增高，使直接對頂板產(chǎn)生更大的支撐力，力圖阻止或延緩頂板下沉，一般情況下，頂板下沉比較緩慢，支架對頂板的支撐力增長也就相應緩慢，所以這個階段被稱為支架對頂板緩增阻階段。（3）溢流承載，支架對頂恒阻階段頂板繼續(xù)下沉，立柱下腔內(nèi)的壓強繼續(xù)升高，當達到立柱安全閥的調定

8、值時，安全閥便開啟溢流，使立柱下腔內(nèi)的壓強保持定植，從而支架對頂板的支撐力不變，即支架處于對頂板恒阻階段。（4）解鎖降柱，支架與頂板無作用階段采煤機截煤后，欲將支架移到新的位置，首先把操縱閥手把置于b讓從泵站來的壓力液進入立柱上腔，同時作用于液控單向閥的頂桿活塞，迫使液控單向閥開啟，解除對立柱下腔液體的閉鎖，允許其回到回液管。這時，活柱縮回，支架降落離開頂板，支架對頂板無壓力。在這一階段如要保證頂梁平行下降需協(xié)調操縱平衡千斤頂操縱閥。需要說明，目前為了防止破碎頂板漏頂，掩護式和支撐掩護式支架可以采用擦頂帶移架方式，即支架頂梁實際并不脫離頂板，在移架過程中仍保持約每柱五噸左右的支撐力。因而，對于

9、擦頂帶壓移架方式，此階段應是解鎖卸載，支架對頂板仍有輕微作用力。1.3 支架組成液壓支架主要由金屬結構件、油缸和液壓控制元件三大部分組成。（1）金屬結構件主要有頂梁、掩護梁、前梁、前連桿、后連桿、底座、側護板、護幫板等。（2）油缸主要有雙作用單伸縮立柱、推移千斤頂、（平衡千斤頂）、側護千斤頂、前梁千斤頂?shù)?。?）液壓控制元件主要有液壓控制閥、操縱閥、雙向鎖、安全閥、截止閥等及液壓輔助元件等。1.4 液壓支架主要結構件及其作用1.4.1 頂梁頂梁采用整體頂梁直接與頂板接觸，支撐頂板負荷，是支架的主要承載部件之一，由鋼板焊接而成的箱形結構，以滿足強度和剛度要求。結構如圖1-2所示：1右側護板；2主

10、頂梁；3側推千斤頂；4前梁千斤頂耳座；圖12主頂梁其主要作用是：（l）承接頂板巖石及煤的載荷；（2）反復支撐頂煤，可對比較堅硬的頂煤起破碎作用；（3）隔離頂板，為回采工作面提供足夠的安全空間。 本支架采用分段組合式頂梁結構（剛性頂梁鉸接式前梁），強度高，對頂板維護較好；另外，在頂梁前部還布置有起吊耳，可方便吊掛較小的機件。1.4.2 掩護梁 1護幫板耳座；2側推千斤頂座；3側護板；4側推千斤頂；5前連桿耳座；6后連桿耳座；7護幫千斤頂耳座；8彈簧筒；圖13掩護梁掩護梁分別與頂梁和前、后連桿連接，其主要作用有：(1) 承受上部頂板傳給的水平分力和側向力，增強支架的抗扭性能；(2) 掩護梁與前后連

11、桿、底座形成四連桿機構，保證支架的穩(wěn)定性；(3) 阻擋后部落煤，維護工作空間。1.4.3 底座底座是將頂板承受的壓力通過立柱傳遞到底板并穩(wěn)定支架的主要結構件。該支架設計為整體剛性底座，底座接底面積大，有利于減小對底板的比壓。該型底座的缺點是在推移機構外易積存浮煤碎矸，要求及時清理。底座結構如圖1-3所示1過橋；2推移千斤頂耳座；3立柱銷孔；4前連桿銷孔；5后連桿銷孔；6側板；圖14底座其主要作用是：(1) 將上方載荷傳遞給底板，為立柱、推移裝置及其他輔助裝置提供安裝空間；(2) 給工作人員創(chuàng)造良好的工作環(huán)境；(3) 保證支架的穩(wěn)定性。1.4.4 前后連桿前、后連桿分別與掩護梁和底座鉸接，共同形

12、成四連桿機構，前連桿采用鑄鋼件，鑄件中不得有氣孔、砂眼、夾雜等，以免降低強度，嫌少使用壽命。鑄后要進行淬火和高溫回火，以降低硬度，增加強度和韌性。對于后連桿，由于不僅受到冒落矸石的載荷，還要承受頂板的水平推力，所以要求它有較大的強度，這里采用整體式。前后連桿的結構如圖15，圖16。圖15前連桿圖16后連桿其主要作用是：（l） 使支架在調高范圍內(nèi)，頂板平穩(wěn)地升降，并使頂梁前端與煤壁的距離(梁端距)變化盡可能小，更好地支護頂板。（2） 承受頂板的水平分力和側向力，使立柱不受側向力。本支架采用正四連桿機構，為使冒落矸石不從連桿處涌入支架內(nèi)，后連桿為整體式，前連桿為分體式。均為鋼板焊接的箱形結構，這種

13、結構有較強的抗拉、抗壓和抗扭性能。1.4.5 推移機構圖17推移框架支架的推移機構包括推桿、連接頭、推移千斤頂和銷軸等，主要作用是推移輸送機和拉移支架。推移連桿的一端通過連接頭與輸送機相連，另一端通過推移千斤頂與底座相連，推移連桿除承受推拉力外，還承受一定的側向力防止底座的下滑1.5 液壓系統(tǒng)及其控制元件支架液壓系統(tǒng)由乳化液泵站、主進、主回液膠管、各種液壓元件、立柱及各種千斤頂?shù)冉M成。支架操縱方式采用鄰架操作控制，使用快速接頭拆裝方便，性能可靠。由乳化液泵站輸出的高壓乳化液經(jīng)主進液管 支架進液截止閥過濾器操縱閥立柱或各千斤頂架液截止閥 主回液膠管乳化液泵站。 1.6 支架的設計特點結合首采工作

14、面及礦區(qū)此類地質構造條件下，使用zy2400/17/30二柱掩護式支架的成功經(jīng)驗，本架型應有如下特點：（1）支架型式為：帶機械加長的兩柱掩護式薄煤層液壓支架；（2）對支架總體結構參數(shù)優(yōu)化，梁端距變化應??；頂梁前部較薄強度、剛度應充分保證；（3）支架的四連桿結構設計要從考慮梁端距變化量控制著手，并能與其它構件形成剛性好、強度高、穩(wěn)定性好的整體結構；（4）整體頂梁和掩護梁帶單側活動長側護板，能實現(xiàn)對護頂?shù)膰烂苷{整；（5）封底底座，減小底座比壓、增大底座剛度、強度；（6）架的整體構造應有“人機學”的觀點，結構應緊湊，操作方便，制造成本降低；（7）采用雙紐線連桿機構聯(lián)結掩護梁和支架底座，以增加支撐力，

15、增強支架的穩(wěn)定性。1.7 液壓支架的架形掩護式液壓支架的架形如下圖18所示：1后連桿；2前連桿；3掩護梁；4后立柱；5銷；6銷；7主頂梁；8前立柱；9前梁千斤頂；10銷；11銷；12銷；13銷；14前梁；15護幫板千斤頂；圖18支撐掩護式液壓支架二、 液壓支架的結構設計2.1 液壓支架的選型 2.1.1 液壓支架結構類型的優(yōu)選根據(jù)以往液壓支架設計的經(jīng)驗總結，考慮到不同架型和機構的支架圍巖力學相互作用、支撐力矩、底板比壓等特點，可以對掩護式與支撐掩護式結構進行比較。（1）液壓支架的力學特征綜述（見表2-12）表21不同結構液壓支架的力學特征比較支架型式結構特征主要力學特性掩護式支掩式二支柱掩護式

16、支架承載力較小，底板比壓均勻，主動水平力較大支頂式二柱支頂掩護式支架承載力大，穩(wěn)定性好，底座尖端比壓較大，對頂板的主動水平力較大，前端支撐力大支撐掩護式支頂支掩四柱（或三柱）穩(wěn)定性好，抗水平力強，比壓均勻，但支柱能力利用率低支頂式四柱x型頂梁合力調節(jié)范圍大，伸縮比大，承載力高四柱支撐掩護式承載力大，切頂能力強，比壓較均勻（2）支架選型要素及簡要評價。液壓支架結構選型必須考慮的要素及對各類型支架的評價（見表22）表22支架類型評價（見下頁）要素支架類型支撐掩護式支撐式插底掩護式一般掩護式垛式節(jié)式支架圍巖適應性直接頂冒落傾向優(yōu)良良差差基本頂周期來壓差良優(yōu)優(yōu)良底板壓入傾向良差優(yōu)優(yōu)優(yōu)防煤壁片幫優(yōu)良優(yōu)差

17、差通風斷面差良良差差頂梁前端支撐力優(yōu)良良差差頂梁后段切頂性差良優(yōu)優(yōu)優(yōu)對頂板遮蓋率優(yōu)優(yōu)優(yōu)差差隔絕采空區(qū)能力優(yōu)優(yōu)優(yōu)差差橫向穩(wěn)定性良優(yōu)優(yōu)差差對采高適應性良優(yōu)優(yōu)差差支撐效率差良優(yōu)優(yōu)優(yōu)支護強度良良優(yōu)優(yōu)優(yōu)對傾角適應性良優(yōu)良良差2.1.2液壓支架的架形選擇原則 在選擇液壓支架時既要保證對工作面頂板實現(xiàn)可靠的支撐，又要避免過大的設備投資，導致不必要的浪費。因此，液壓支架的正確選型對于工作面經(jīng)濟效益關系重大。液壓支架架形的選擇，主要取決于液壓支架的力學性能是否適用礦井的頂?shù)装鍡l件和其它地質條件。在同時允許選用幾種架形時，應優(yōu)先選用價格便宜的支架，支承式支架最便宜，其次為掩護式。支承式支架適合于穩(wěn)定頂板。掩護式支

18、架適合于中等穩(wěn)定和一般破碎的頂板。支承掩護式支架適合于周期來壓強烈，中等穩(wěn)定和穩(wěn)定頂板。在綜采工作面支架選型時，還應注意下述四點原則：(1) 對于不穩(wěn)定和中等穩(wěn)定頂板，應優(yōu)先選用二柱掩護式支架。但在底板極松軟條件下，必須嚴格驗算并限制支架底座尖端比壓，不得超過底板容許比壓即極限載荷強度。在此條件下，通常應避免使用重型支架。 (2) 對于非常穩(wěn)定和穩(wěn)定的難垮落頂板和周期來壓強烈和十分強烈的頂板，應優(yōu)先考慮選取四柱支撐掩護式支架。(3) 眾所周知，三點決定一個平面，由于頂板不平，四柱式支架中總有一根支柱對頂板的實際支撐力很低，因而二柱式掩護支架支撐能力利用率高于四柱式。即二柱式支架對頂板的實際支撐

19、力高于同樣名義額定阻力的四柱式支架，特別是對機道上方頂板的支護強度。（4）在不穩(wěn)定頂板條件下使用四柱式支架應注意對機道上方的頂板控制，包括增加前任阻力及可伸縮前梁等。2.1.3影響架形選擇的因素液壓支架的選型受到礦井的煤層、地質、技術和設備條件的限制，因此，以上因素都會影響到支架的選型。液壓支架架型的選擇首先要適合于頂板條件。一般情況下可根據(jù)頂板的級別，由表3-1-5 見綜采技術手冊（上冊）中直接選出架型。（1）煤層厚度 當煤層厚度超過2.5m，頂板有側向推力和水平推力時，應選用抗扭能力強的支架，一般不用支承式支架。 當煤層厚度達到2.5m2.8m以上時，需選擇帶有護幫裝置的掩護式或支承掩護式

20、支架。 煤層厚度變化大時，應選擇調高范圍較大的掩護式，帶有機械加長桿或雙伸縮立柱的支架。 假頂分層開采，應選用掩護式支架。（2）煤層傾角 煤層傾角<10時，支架可不設防倒滑裝置。 傾角在10°15（支撐式支架取下限，掩護式支架和支撐式支架取上限）以上時，應選用帶有防滑裝置的支架。 傾角>18°時，應選用同時帶防滑防倒裝置的支架。（3）底板強度 驗算比壓，應使支架底座對底板的比壓不超過底板允許比壓。 為使移架容易，設計時要使支架底座前部比后部的比壓小。(4) 瓦斯含量對瓦斯涌出量大的工作面，應符合保安規(guī)程的要求，并選用通風端面較大的支承式或支承掩護式支架。(5)

21、煤層硬度當煤層為軟煤層時，支架最大采高一般2.5m；中硬煤層時，支架最大采高一般3.5m；硬煤層時，支架最大采高<5m。(6) 地質構造 斷層十分發(fā)育，煤層變化過大，頂板的允許暴露面積在58以下和時間在20min以上時，暫不宜使用綜采。(7) 設備成本 綜合各條件，宜選用掩護式支架的架形，即本人畢業(yè)設計所選擇架型。2.2 主要設計參數(shù) zy2000/14/26型支撐掩護式液壓支架 工作阻力：2000kn 支架高度：1.42.6m 支架寬度：1.421.59m初撐力：1256kn 支護強度：383kn/m（在使用范圍內(nèi)）采用zy2000/14/26型支撐掩護式液壓支架，其工作阻力為2000

22、kn，初撐力1256kn，支護強度大于383kn/m，對底板的比壓為0.9mpa，能夠滿足地質條件及礦區(qū)的要求。支架寬度為14201590mm，中心距為1.5m，支架最低時長5m左右。支架高度為1.42.6m，滿足其采高要求?？紤]運輸機的拉架強度，支架總量約為5.2t。2.3 液壓支架的結構設計2.3.1 四連桿機構的作用具有四連桿機構的液壓支架從問世以來，經(jīng)過長期的實踐考驗，顯示出巨大優(yōu)越性，并從根本上克服了支撐式支架穩(wěn)定性和力學持性的缺陷，成為液壓支架技術發(fā)展史上的一個重要里程碑。 四連桿機構是現(xiàn)代液壓支架的主要穩(wěn)定機構，其主要作用是保證支架的縱向和橫向穩(wěn)定性；承受和傳遞外載；保持支架的整

23、體剛度。因此，對液壓支架的研究常常離不開對四連桿機構的研究和認識。下面通過對液壓支架的運動過程進一步分析四連桿機構的特性和作用。支架升降時頂梁的運動軌跡是由四連桿機構決定的，即由頂梁與掩護梁交點e的軌跡所決定。根據(jù)機構運動學分析，e點的運動軌跡一般為一條雙紐線，如圖21所示。合理設計四連桿參數(shù)，即可控制e點的運動軌跡，改善支架支護性能，減少連桿受力。圖21支架四連桿機構的運動軌跡支架在最大高度和最小高度范圍內(nèi)運動時，e點的運動軌跡呈3種形式：雙向擺動(abcd段)、單向向后擺動(bc段)和單向向前擺動(ab段和cd段)。選擇不同的四連桿參數(shù)可以使e點軌跡處于上述3種曲線段。支架工作時，受到頂板

24、載荷的作用，有下縮趨勢。當e點軌跡處于ab段時，頂梁相對于頂板有向煤壁移動的趨勢，頂板對頂粱的摩擦力指向采空區(qū)側。當e點軌跡處于bc段時，頂梁相對于頂板有向采空區(qū)移動的趨勢，此時頂板對頂梁的摩擦力指向煤壁。當頂板運動趨勢超過支架運動趨勢時，頂梁與頂板間的摩擦力方向將取決于頂板的運動趨勢。從頂板管理方面分析，頂梁向煤壁方向移動比頂梁向采空區(qū)方向移動有利。前者對于保持粱端頂板處于擠壓狀態(tài)有利，而后者容易導致頂板產(chǎn)生離層或斷裂，造成頂板斷裂線前移或梁端冒頂。因此，合理設計四連桿參數(shù)使支架工作段內(nèi)，e點軌跡處于ab段比較理想，但對于調高范圍大的支架，要達到要求是困難的。然而，由于四連桿銷孔間隙的作用，

25、使e點實際運動軌跡與上述理論軌跡不完全相同。為了保持支架梁端距的穩(wěn)定，一般應控制梁端擺動幅度3070mm。液壓支架的縱向穩(wěn)定性完全是由四連桿機構決定的，而不取決于立柱的多少。液壓支架實際受力狀態(tài)十分復雜，經(jīng)常受到非對稱載荷和橫向載荷的作用，保持支架橫向穩(wěn)定性和整體剛性十分重要。如圖示支架立柱為二力構件，不具有承受較大橫向載荷的能力。支架的橫向載荷只能靠四連桿機構承受。2.3.2 四連桿機構定位尺寸和極限參數(shù)的確定在設計四連桿機構時，要根據(jù)四連桿機構的幾何特性來確定。其四連桿機構的幾何特性如下：(1) 支架從最高高度降到最低高度時，如下圖所示頂梁端點運動軌跡的最大寬度e應小于或等于70mm,最好

26、為30mm以下。圖22四連桿機構幾何特征圖(2) 掩護梁上鉸點到頂梁頂面之距離h和后連桿下鉸點至底座底面之距y如圖22所示，當支架高度確定后，要用作圖法確定四連桿機構，首先要根據(jù)配套尺寸l(此處l2088mm)。初步確定頂梁長度l=2370mm和底座長l=2100mm，然后確定頂梁與掩護梁鉸點相對于后連桿下鉸點的水平距離，該鉸點至頂梁頂面距h和后連桿下鉸點的高度y。h一般根據(jù)支架工作阻力初步確定頂梁梁體的高度后，在根據(jù)結構的合理性確定，一般支架距h150200mm，重型支架可取h210260mm。對于經(jīng)濟型液壓支架此處取h 2 =100mm.y一般根據(jù)支架最小高度確定，薄煤層支架取y15025

27、0mm ，對中厚煤層支架取y250450；對大采高支架取y450600mm。對于經(jīng)濟型液壓支架此處取y0 =100mm.(3) 支架最大和最小高度時掩護梁與水平夾角a和a掩護梁是掩護采面工作空間密封隔離采空區(qū)的重要梁體，它不直接支撐頂板，而是作為重要的傳力構件，把頂梁載荷傳遞到四連桿機構，這對保持支架圍巖力學狀態(tài)的穩(wěn)定有著顯著的作用。其主要表現(xiàn)是：掩護梁載荷參與頂梁的力矩平衡，提高了梁端承載能力；支架受到一個指向煤壁的水平推力，當支架處于支護工況時，有阻止頂板巖體向來空區(qū)移動的作用，而當處于移架工況時，有利于克服架體各方面的摩擦力，增強架體運動的穩(wěn)定性。掩護梁水平投影過大，將增大掩護梁載荷，并

28、承受頂板巖塊的沖擊載荷，而掩護梁載荷過大將減小頂板支護強度，造成移架困難。一般掩護式支架取a 5262；支撐掩護式支架取a 6070。在支架最小支護高度時，掩護梁傾角應保證移架過程中掩護梁背負的矸石能沿梁體下滑，即滿足tan aw，其中w為巖石與鋼的靜摩擦因數(shù)，一般為0.150.3。若取w0.3，則a17，設計中一般可取a 25。(4) 掩護梁與后連桿長度比的確定在用作圖法確定四連桿機構時，桿長比主要根據(jù)設計經(jīng)驗確定，一般應保證a5，使后連桿在第一象限內(nèi)擺動。根據(jù)近百種支架的統(tǒng)計，掩護梁與后連桿的長度比（ll）/l，對兩柱掩護式支架一般為0.91.2，對四柱支撐掩護式支架一般為1.21.8。經(jīng)

29、計算，此處掩護梁與后連桿的長度比1790/10351.91。 掩護梁與前后連桿鉸點間的距離可根據(jù)支架高度及連桿銷子直徑確定，一般取300500mm，前后連桿間夾角越大，連桿力越小。5支架工作段要取曲線向前突的一端，如上圖所示的h段。其原因是當頂板來壓時，立柱讓壓而下縮。使頂梁有前移的趨勢防止巖石向后移動，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動。使整個支架產(chǎn)生順時針方向轉動的趨勢，從而增加了前梁斷部的支護力，防止頂梁前斷頂部冒落又可以使底座前端比壓減小，可防止啃底，有利移架，水平力的合力也相應的減小，由于支架所承受的水平力由掩護梁來克服，所以減輕了掩護梁受力。從以上的分

30、析可知，為使支架受力合理和工作可靠，在設計四連機構時曲線運動軌跡應盡量使支架的工作段要取曲線向前突的一段，所以當掩護梁和后連桿長度已知后，從這個觀點出發(fā)，在設計時只要把掩護梁和后連桿簡化成曲柄滑塊機構，進行作圖就可以了。2.3.3 四連桿機構的繪制(1) 掩護式和支撐掩護式支架的四連桿機構都是雙搖桿機構。雙搖桿機構形成的條件是：最短桿c和最長桿b之和小于其余兩桿長度之和，而最短桿為上連桿（掩護梁），最短桿的對邊a為固定桿（底座），即： cb<ad各符號表示在23圖中。圖23四連桿機構(2) 作圖方法已知條件是支架的最大高度2600mm和支架的最低高度1400mm，要求在這范圍內(nèi)掩護梁上的

31、鉸點上下運動時的軌跡是一條直線或近似直線。水平偏移量不許超過75mm。在圖中，先畫基線ab，由ab向上取，在頂端向下取一定的距離（頂梁頂面至掩護梁的鉸接軸中線的距離），得到i點。由i點向下?。ǎ?80mm的長度得到h點。以ab作為底座的底線，在ab上取一定的長度得到b點，由b點向上一定的距離得j點，j點作為后連桿和底座的鉸接軸，bj534mm。由h作一斜線hc與水平線成角，必須使>15°。在j點作角，再取jc一定長度與hc交與c點，c點作為后連桿和掩護梁的鉸接軸。以j為圓心，jc為半徑畫一弧ab。以i為圓心，以hc的長度為半徑畫弧與弧ab交于e點，c點和e點就是后連桿在支架為最

32、低高度和最低高度時的極限位置。在ch上取一長度cd，必須cd<cj。d點作為前連桿和掩護梁的鉸接軸。 在ie上，由e點取ef，使efcd。作d和f連線的垂直二等分線，在垂直二等分線上取g點，必須使dg成為最長桿，又使gj>dc，這樣cd就是最短桿。而且要使cd+dg<cj+jg。于是g點成為前連桿和底座的鉸接軸。 ih之間的軌跡的校核。在ce弧內(nèi)平均取幾點，例如1、2、3點，依次地以1、2、3為圓心，以cd長為半徑畫弧，與以g點為圓心gd為半徑的fd弧交于1、2、3點，連接11、22、33，并都給于延長得1”，2”，3”點，使11”22”33”ch。這樣，i3” 2” 1”所

33、形成得曲線要接近直線，即e<70mm。如果差別太大，要改變四連桿得尺寸或角度，以上述的過程重新畫出ih間得軌跡，使近似與直線。 要求水平偏離量不超過規(guī)定值以外，對角的變化要求均勻。特別要注意在最大高度時，不要發(fā)生突變。角是連桿瞬時中心與掩護梁鉸接軸的連線和頂梁延長線之間的夾角。cdh上的d點可以不在ch的連線上。 如圖24：按上述方法作圖，得到前連桿的長度為992mm，與底座的高度為453mm；后連桿的長度為1035mm，與底座的高度為394mm；其余具體尺寸如圖。測得e53.2mm<70mm，符合要求。圖24四連桿畫法圖2.3.4 液壓支架主要結構參數(shù)和形式的確定 (1) 高度的

34、確定及其伸縮比一般應首先確定支架適用煤層的平均采高，然后確定支架高度。對于大采高支架，按下式確定支架高度，即h=h十s1 mmh=hs2a mmh支架最大高度(mm)；h支架最小高度(mm)；h最大采高(mm)；h最小采高(mm)s1考慮偽頂，煤皮冒落后仍有可靠初撐力所需要的支撐高度，一般取200-300mm,s2頂板最大下沉量，一般取100-200mm,移架時支架的最小可縮量，一般取50mm,a 浮矸石，浮煤厚度，一般取50mm.hkhh=kh式中h 煤層平均厚度；k、k煤層厚度上、下波動系數(shù)，一般取k1113，k08090。對于中厚煤層支架，按下式確定支架高度，即： hh(200300)

35、hh(300400) 對于薄煤層支架，則按下式確定支架高度，即 hh(100200) hh(150250) 支架的最大高度與最小高度之差為支架的調高范圍。調高范圍越大，支架適用范圍越廣，調高范圍給支架結構設計造成困難，可靠性降低。支架最大高度和最小高度取值應符合表23支架高度系列單位（）表23掩護式液壓支架高度系列表hhhh1.00.53.11.61.10.553.21.71.20.63.31.81.30.653.51.91.40.73.82.01.50.754.02.11.60.84.22.2 1.70.94.52.31.81.04.72.42.01.15.02.52.21.25.32.62

36、.61.45.52.72.81.46.02.83.01.5綜合以上分析我們在設計過程中取h2600mm，h=1400mm。支架的伸縮比指其最大與最小高度之比 m= h/ h=1.86(2) 中心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(nèi)外液壓支架中心距大部分采用15m。大采高支架為促高穩(wěn)定性中心距可采用175m，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1.25。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高要求。支架頂梁一般裝有活動側護板一般形成170200mm。當支架中心距為1.5時，最小寬度一般14001430mm，最大寬度一般15

37、701600mm。當支架中心距為1.75時，最小寬度一般16501680mm，最大寬度一般18501880mm。當支架中心距為1.25時，如果帶有活動側護板，最小寬度一般11501180mm，最大寬度一般13201350mm；如果不帶活動側護板，則寬度一般取11501200mm。(3) 支架間距 所謂支架間距，就是相鄰兩架中心間的距離，按如下公式計算：b = b + nc 式中 b:支架間距 b:每架支架頂梁總寬度 c:向鄰支架頂梁間的間隙 n:每架所包含的組架或框架數(shù)，總體自移式支架n1，整體逐步式支架n2，節(jié)式組合邁步支架n支架節(jié)數(shù)。支架間距b主要根據(jù)支架形式，但目前主要根據(jù)刮板運輸機油槽

38、節(jié)長度及槽幫上千斤頂連接的位置來確定，目前我國刮板運輸機油槽每節(jié)長度為1.5m,千斤頂連接位置在刮板槽中間，所以除節(jié)式和邁步式支架外，支架間距一般為1.5m，此處恰取1500mm。(4) 四桿機構優(yōu)選設計法目標函數(shù)的確定根據(jù)附加力對液壓支架受力影響的分析，為減少附加力，必須使tg有較小值。同時，為有效支控頂板，要求支架由高到低變化時，頂梁前端點與煤壁距離的變化要小。而支架在某一同高度時的角，恰好是頂梁前端點的雙紐線軌跡上的切線與頂梁垂線間的夾角。所以，只要令支架由高到低變化時，頂梁前端點運動軌跡近似成直線為目標函數(shù)，這兩項要求都能滿足。四桿機構的幾何特征 （1）支架在最高位置時：p1=52&#

39、176;-62°,即0.91-1.08弧度;q1=75°-85°, 即：1.31-1.48弧度.(2) 后連桿與掩護梁的比值,掩護式支架為i=0.45-0.61;支撐掩護式支架為i=0.61-0.82(3) 前,后連桿上鉸點之距與掩護梁的比值為i1=0.22-0.3。（4）e點的運動軌跡呈近似雙曲線，支架由高到低雙紐線運動軌跡的最大寬度e<70mm最好在30mm以下。（5）支架在最高位置時的tg值應小于0.35,在優(yōu)化設計中，對掩護式支架最好應小于0.16，對于支撐掩護式支架最好應小于0.2。 四桿機構各部尺寸的計算 四桿機構各部參數(shù)如圖2-5所示，圖中的h

40、1為支架在最高位置時的計算高度。令=a ; =b; =c; =d; =e; =g; =f; =s; =l; =i; =i; tg=u.(1)后連桿與掩護梁長度的確定 如圖2-5所示，當支架在最高位置時的值確定后，掩護梁長度g為： =m后連桿長度a= ig=0.5771.79=1.035m前后連桿上鉸點之距為：b=0.221.79=0.394前連桿上鉸點至掩護梁上鉸點之距為: =1.79-0.394=1.396 (2)后連桿長度及角度的確定 =0.937 (3) 前連桿長度及角度的確定 當支架高度變化時,掩護梁上鉸點e的運動軌跡為近似雙紐線，為使雙紐線最大寬度和角盡量小，可把e點的運動軌跡視為理

41、想直線，當然實際并非如此。（a）點的坐標 當支架在最高位置是的計算高度為，此時點的坐標為： （b）點的坐標 支架在最低位置時的計算高度為，此時點的坐標為： 根據(jù)四連桿機構幾何特征要求，支架降到最低位置時，為計算方便，令，即0.436弧度。根據(jù)幾何關系為: (c) 點坐標 當支架的掩護梁與后連桿成垂直位置時，根據(jù)幾何關系，點的坐標為： 式中由下式進行計算。 （d）c點坐標 根據(jù)圖2-6所示，支架在三個位置時四桿機構幾何關系確定后，c點就是過、這三點的圓弧的圓心。所以，為前連桿的長度。因此，可以用圓的方程求得前連桿的長度。即： 上式中、為c點的坐標，可以按下列方程聯(lián)立求得； 令 聯(lián)立上式可得： 則

42、由以上各式可得前連桿的長度為： =0.992（4）前連桿下鉸點的高度和前連桿下鉸點在底座上的投影距離 當前連桿c點的坐標確定后，d和 e的長度為： 四桿機構的優(yōu)選 按上述方法可以求出625組四桿機構尺寸，并非所有值都可以用，故要優(yōu)選。約束條件是根據(jù)值的要求和支架的結構尺寸關系，對國內(nèi)外現(xiàn)有支架的調查統(tǒng)計得出來的。即；（1） 前后連桿的比值范圍 根據(jù)現(xiàn)有支架調查統(tǒng)計，前后連桿的比值范圍（2） 前連桿的高度不宜過大，一般應使 （3） e 的長度，一般應使。 （4） 對掩護式支架應使，對支撐掩護式支架 值按下面的方法計算。 如圖2-7所示，為支架在最高位置是的幾何關系。 （a）點坐標為即（1.135

43、,1.016） (b) 點坐標為 即（0.937,0） (c) 直線的斜率 （d）直線的斜率 由于、在同一條直線上，因此，和直線的斜率相同，所以 同理： 聯(lián)立上述兩式可得： 則： 令： 則： 滿足條件對破碎機頂板：覆蓋率s值應達到8595，故掩護式支架裝可移動側護板，以維護架間的間隙，中等穩(wěn)定頂板覆蓋率值為7585，穩(wěn)定側護板覆蓋率為6070。支架控頂距l(xiāng)為支架頂梁長度加頂梁前端與煤壁間距。次處=(3636 ×1590)/(3636+284)×(1590+200)=82.4(5) 立柱布置 立柱數(shù)此支撐掩護式支架為四柱 支承方式此處掩護式支架采用傾斜布置，這樣可以克服一部分

44、水平力，并能提高范圍。一般立柱與頂梁夾角小于30°，前排立柱與豎直平面的夾角小于，后排立柱與垂直平面的夾角小于。 立柱間距立柱間距的選擇原則為有利于工作部件合理布置的情況下，采用較小的柱間距，立柱間距小，可減小控頂距，但工人行走不便。其余主要尺寸入下圖所示：圖25支架主要尺寸2.3.5 液壓支架的總體布置（1）設計要求 滿足采煤工藝及地質條件的要求,要有足夠的初承力和工作阻力,以便有效的控制頂板,保證其合理的下沉量。 推溜力一般為10噸左右,移架力按煤層厚度而定,薄煤層一般為1015噸,中厚煤層一般為1525噸,厚煤層一般為3040噸 。 防煤性能要好。 排煤性能要好。 要求有足夠的

45、通風端面。 從安全性考慮,要有足夠寬的人行道。 調節(jié)范圍要大,照明,通訊方便。 支架要求有足夠的剛度,能夠承受一定的不均衡載荷和沖擊載荷。 支架穩(wěn)定性好,底座最大比壓小于規(guī)定值，要易于拆卸,結構簡單。 在滿足強度條件下,盡可能減輕支架重量，液壓元件要可靠。（2） 支架整體機構尺寸的確定 按照以前的支架設計經(jīng)驗,確定支架底座長度l=2380mm。 按確定四連桿機構尺寸的方法,確定四連桿及掩護梁。 根據(jù)工作方式及設備配套尺寸確定頂梁長度 l=3636mm。 確定立柱布置確定立柱布置可以用類比法,其確定原則考慮支架的穩(wěn)定性及支架的合力作用位置綜合進行考慮,我們知道,作用位置超前易產(chǎn)生啃底現(xiàn)象,所以一

46、般盡量使合力位置向后移。支架頂梁只支承兩柱時,上柱窩位置在頂梁后部,一般頂梁前端與后端之比為2.22.4:1此處取2.3:1,而下柱窩的位置根據(jù)立柱的角度來定。一般掩護式支架的立柱與底座垂線的夾角為 q,小于30°。(3) 側護板尺寸的確定 頂梁側護板側向寬度,按支升降高度和移架步距來定。即考慮到一架升起,另一架降柱時,要保證兩側護板不離開,同時考慮到支架降柱后要前移,為防止頂梁后部側護板離開,所以頂梁側護板要加寬,加寬的寬度為頂梁后部起大于一個步距,即大于600。 掩護梁側護板的側向寬度,主要考慮移架步距,一般比一個步距大100mm,即側護板寬度大于700mm,當一架固定另一架前移

47、時,兩架支架之間能封閉.同時又考慮到降架前移時,原不動支架的掩護梁的側護板不至于離開,所以掩護梁側護板下部要加寬。 頂梁與掩護梁側護板的上部寬度,與活動側護板行程有關. 頂梁和掩護梁的連接部位及側護板在次的連接部位,在考慮動作可靠的情況下,盡量減小間隙,加強密封性。2.3.6支架的主要結構(1) 前梁前梁為一鋼板焊接件，它可以向上擺動18°，向下擺動15°，從而改善了前梁與頂板的接觸狀況。采高大于2.5m的支架，為了防止煤壁片幫和房子煤壁向人行道一側片落，保護人的安全，一般要采用護幫裝置。本支架采用四連桿回轉式護幫裝置，該裝置由長桿、短桿、護幫板和前梁組成四連桿機構，能使護

48、幫板回轉180°，支護頂板時的支撐力能達到1020kn。其缺點是結構比較復雜。(2) 主頂梁頂梁用于支撐維護控頂區(qū)的頂板，承受頂板壓力，將頂板載荷通過立柱、掩護梁、前后連桿經(jīng)底座傳到底板。圖2-6頂梁筋板焊接方式這里采用前后鉸接式頂梁。整個頂梁分前梁和主頂梁兩部分。前梁由前梁千斤頂支撐，對頂板的適應性較好。鉸接前梁端部的支撐力決定于前梁千斤頂?shù)闹瘟亍Ｒ话懔旱闹瘟?，未伸出前?00400kn。主頂梁為焊接箱式結構。中間以兩根主骨架為主體，在主骨中焊接四個柱窩。在頂梁兩側裝有側護板，根據(jù)工作面方向不同可使一側固定，另一側活動。要使側護板固定，只要把彈簧套筒收回，用銷子銷在銷孔中。為

49、了防止銷子脫出，用擋板固定。如果銷不住，側護板就在彈簧作用下伸出。頂板采用的鋼板厚度為25mm，筋板厚度為40mm。(3) 掩護梁掩護梁承受頂梁部分載荷和掩護梁背部載荷并通過前后連桿傳遞給底座。還承受對支架水平作用力及偏載扭矩。掩護梁和頂梁（包括活動側護板）一起，構成了支架完善的支撐和掩護體，完善了支架的掩護和擋矸性能。掩護梁為款面板式箱形結構件。焊接方式與頂梁相似，掩護梁上鉸接座與頂梁鉸接，下端通過前、后連桿與底座鉸接。掩護梁上的側護板的裝配方式與頂梁相同。(4) 底座底座為支架的其它結構件和工作機構提供安設的基礎，與前、后連桿和掩護梁一起組成四連桿機構，將立柱和前、后連桿傳遞的頂板壓力傳給

50、底板。本底座是由鋼板焊接成的箱形整體結構。在底座前端中間焊接有過橋它可以起到對底座的加強作用，另外還要用于固定推移千斤頂，將其一端固定在底座上。除了滿足一定的剛度和強度外，對底板不平的適應性要強，對底板的接觸比壓要?。挥凶銐虻目臻g安裝立柱液壓控制裝置，推移裝置和其它輔助裝置；便于人員操作行走，起一定的擋煤作用，考慮排煤能力，有一定的重量，以保證支架的穩(wěn)定性能等。采用整體式底座：這種底座是用鋼板焊接成的箱式結構，整體性強，穩(wěn)定性好，強度高，不易變形，與底板接觸面積大，比壓小，底座的前端做成滑靴形，以減小支架的移動阻力，同時底座后部重量大于前部避免移架時底座啃底，底座與立柱之間連接處用鑄剛球面柱窩

51、接觸，以免因立柱偏斜受偏載，并用限位板和銷柱限位，防止立柱脫出柱窩。在整體式底座后部中間底板去掉一塊，增加底座后部比壓，同時有利排煤。(5) 立柱該立柱為一單伸縮雙作用油缸，為了適應頂?shù)装宓淖兓透纳破涫芰顩r，立柱兩端均采用球面結構，以便更好地承受頂板壓力。為了補充立柱液壓行程的不足，加設有機械加長段。在煤層厚度變化不大的工作面，可在安裝時一次將加長桿調節(jié)到所需要的高度，在回采工作中可不再調節(jié)加長桿的長度。加長桿的調節(jié)長度為900mm，分3擋，每擋300mm。加長桿的拉出辦法： 根據(jù)采高的要求首先確定加長桿所需伸出的長度，然后把操縱閥打到升柱位置，伸出長度稍大于所需長度； 用單體支柱或圓木撐

52、住頂梁； 拆卸開口銷、銷軸、擋套和卡環(huán)； 把操縱閥打到降柱的位置，使立柱下降，加長桿即可伸出，直到所需要的高度； 裝上卡環(huán)、擋套和銷軸及開口銷。 縮短加長桿的方法： 決定了縮短加長桿的數(shù)值以后，調節(jié)活柱高度，使加長桿的銷軸中心高于導向套頂端的距離； 用單體支柱或圓木撐住梁頂； 拆除開口銷、銷軸、擋套和卡環(huán)、 伸出活柱，使加長桿縮進活柱套管，直到所需的高度； 裝上卡環(huán)、擋套、銷軸和開口銷。圖27 帶機械加長的雙作用單伸縮立柱1機械加長段；2卡環(huán)；3擋套；4開口銷；5活柱；6 缸體； 7活塞；圖27(a) 立柱的缸口結構1橡膠防塵圈；2導向環(huán)；3擋圈；4蕾型圈；5、6o型圈和擋圈；7方形鋼絲圖27（b）立柱活塞部分結構1活柱；2限位套；3活塞頭；4導向環(huán)；5鼓形密封圈；6內(nèi)卡鍵；7外卡鍵；8卡箍；(6)千斤頂 在zz4000/17/35型液壓支架上有推移千