液壓支架設(shè)計

1、摘要 礦井液壓支架的應(yīng)用對增加采煤工作面產(chǎn)量、提高勞動生產(chǎn)率、降低陳本、減輕工人的體力勞動和保證生產(chǎn)是不可缺少的有效措施，因此液壓支架的設(shè)計師技術(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的主要體現(xiàn)。采煤綜合機械化，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。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(shù)的發(fā)展方向。液壓支架是綜合機械化采煤方法中最重要的設(shè)備之一。液壓支架主要由以下幾個基本部分組成：頂梁，掩護梁和四連桿機構(gòu)，側(cè)護板，底座，立柱，千斤頂。設(shè)計要遵從從支柱性能好、強度高、移架速度快安

2、全可靠等原則。支架采用四連桿機構(gòu)，改善支架的受力狀況，縮小支架升降過程中的頂梁前段前后移動的距離。立柱采用雙伸縮液壓缸，以滿足支架最低及最高位置時的高度要求。關(guān)鍵詞：液壓支架，四連桿機構(gòu)，雙伸縮，采煤綜合機械化AbstractThe application of hydraulic support in coal mining face of increasing production and raise labor productivity reduce costs, reduce workers and to ensure safety in production is indispens

3、able for effective measures to, Therefore the design of hydraulic support is technically advanced and economically rational, safe and reliable is the main manifestation of the comprehensive of the comprehensive mechanization and automation of mining.The comprehensive mechanization of coal mining is

4、acceleration coal industry. Synthesize mechanization not only output big, efficiency has low cost high and can alleviate heavy physical labor and improvement schoolwork environment, is the technology of coal industry develop direction. Hydraulic support is the one of comprehensive most important equ

5、ipment in the mechanization method of coal mining.Hydraulic support major form some following basically partial compositions: Top beam, screens beam and 4 linkage mechanisms, side fender, base, prop. Design to follow protect performance good, strength is speed high, move rapid reliable etc. principl

6、e. The support uses four link motion gears, improve the support the stress condition, reduces the support to rise and full the distance which in the process fort end the top-beam around moves. The column uses the list expansion and contraction hydraulic cylinder, front end has legthens the pole, sat

7、isfies the support to be lowest and time the highest positions high request.Keyword: Hydraulic pressure support; Four-bar linkage; Double telescopic; Mechanized mining第一章 緒論1.1液壓支架設(shè)計的國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展自 20 世紀 50 年代以來，液壓支架已逐步成為采煤工作面核心設(shè)備1。20世紀50年代前,在國內(nèi)外煤礦生產(chǎn)中,基本上采用木支柱、木頂梁或金屬摩擦支柱和鉸接頂梁來支護頂板。1954年英國首次研制出液壓支架,目前,以液壓

8、支架為主體的地下綜采設(shè)備,已逐步向程控、遙控和自動化方向發(fā)展。我國是煤炭生產(chǎn)大國,在20世紀60年代也曾研制了幾種液壓支架,但未得到推廣和應(yīng)用。20世紀70年代我國從英、德、波蘭和前蘇聯(lián)等國家引進數(shù)十套液壓支架,經(jīng)過使用、仿制和總結(jié)經(jīng)驗,到20世紀80年代以后我國液壓支架的研制和應(yīng)用獲得了迅速的發(fā)展,相繼研制和生產(chǎn)了TD系列、ZY系列和ZZ系列等20多種不同規(guī)格的液壓支架2。圖1.1 TD系列液壓支架 圖1.2 ZY系列液壓支架 圖1.3 ZZ系列液壓支架目前,在國內(nèi)大、中型礦井中,條件合適的煤層均采用液壓支架進行綜合機械化開采。1980年起人們?nèi)〉昧藢ψ砸剖揭簤褐Ъ艿难兄瞥晒Σ⒅鸩礁倪M完善,

9、進而普遍推廣應(yīng)用,使回采工作面采煤過程中的落煤、裝煤、運煤和支護控頂?shù)裙ば蛉繉崿F(xiàn)綜合機械化,煤礦取得了較大綜合效益。到20世紀90年代初,人們尋找到適合礦區(qū)資源條件的先進采煤方法,采用了放頂煤技術(shù)。今天隨著計算機技術(shù)和自動化技術(shù)的普及應(yīng)用和提高,為煤礦生產(chǎn)自動化和高效生產(chǎn)提供了新的出路。煤礦綜采液壓支架電液控制系統(tǒng)的應(yīng)用,大大地加快了工作面的移架、推進速度,改善了采煤工作面頂板的支護狀況,使工作面產(chǎn)量成倍增加,直接功效大幅度提高,安全狀況明顯改善,噸煤成本大幅度下降,為煤礦生產(chǎn)的高效、安全和煤礦工人勞動環(huán)境及形象的改變提供了條件。綜采使煤礦實現(xiàn)了由手工操作向機械化的變革,電液控制系統(tǒng)使井下采

10、煤實現(xiàn)由機械化向自動化的革命,也可稱為采煤技術(shù)的第2次改朝換代的重大改革,是煤礦21世紀的高新技術(shù)3。20世紀70年代中期，英國煤炭局首先提出研制電液控制液壓支架，澳大利亞的克里曼爾煤礦最先將電液控制液壓支架用于長壁工作面，該設(shè)備由74架英國原道梯公司研制的四柱垛式液壓支架組成，1981年該公司又為美國坎塞爾煤礦制造了微機控制液壓支架。1995年該公司又研制出了全工作面集中電液控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)的主控制臺及電源布置在工作面運輸巷內(nèi)，可以使操作人員在運輸巷內(nèi)對工作面的支架進行控制。德國是20世紀80年代初開始大力發(fā)展支架電液控制系統(tǒng)的，并成功推廣應(yīng)用。德國威斯特伐亞公司于西門子公司于1978年至1

11、984年間合作研制的Panzermatic-E系統(tǒng)，是德國第一套達到實際應(yīng)用并推廣應(yīng)用的支架電子控制裝置。該系統(tǒng)主控制臺采用西門子公司的本安型微機系統(tǒng)“Simdas sti”，能分組顯示支架的相對位置和故障，顯示系統(tǒng)的運行參數(shù)。如降柱時間、分組架數(shù)、采煤機相對位置及形成，并能用鍵盤輸入某些運行參數(shù)。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，1987年威斯特伐利亞公司研制出P-S5支架電控系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有靈活的編程能力，采用專用的CPU處理機和性能較高、能耗較低的MCS-80C單片機，操作面板采用全塑密封，輕觸按鍵，LCD參數(shù)，故障即可顯示。1987年又研制PM2電控系統(tǒng)，其基本功能與P-S5系統(tǒng)類似。但采用了五行

12、十列的寄存器組和16位字符顯示器來進行支架運行參數(shù)的顯示和輔助功能的置入，并可通過操作面板的4個功能鍵隨意顯示支架參數(shù)或調(diào)用輔助功能，其輔助功能可通過面板上的另外兩個功能鍵任意置入或刪除。1987年威斯特伐利亞公司與Marco公司合作研制出PM2型電液控制系統(tǒng)，1990年又研制出更為先進的PM3型支架電液控制系統(tǒng)，技術(shù)上已相當(dāng)可靠，獲得了廣泛的推廣應(yīng)用。 美國發(fā)展電液控制液壓支架起步比較晚。1984年在西弗羅里達洲拉夫里吉礦使用原道梯公司制造的裝有電液控制系統(tǒng)的液壓支架，裝配了第一個高產(chǎn)高效工作面并取得成功，除此之外，德國EEP公司、德國TIEFEN-BACH公司、德國BOSHA公司、波蘭 E

13、MAG公司、法國、俄羅斯等國家也都先后研制成功電液之家控制系統(tǒng)，并推廣使用4。雖然我國在液壓支架技術(shù)方面取得了可喜的成績，但與世界發(fā)達國家相比，還存在一些不足，主要表現(xiàn)在：首先，我國綜采比例低，落后的生產(chǎn)技術(shù)與世界產(chǎn)煤大國的地位極不相稱。世界主要產(chǎn)煤國家的綜采比例都是全國煤炭井工生產(chǎn)的比例。第二，我國液壓支架制造技術(shù)水平相對落后。我國在支架材料、加工工藝、性能和使用壽命等方面與世界先進國家相比還有很大差距。第三，液壓支架控制系統(tǒng)的研究處于落后狀態(tài)，嚴重制約支架移架速度的提高和綜采經(jīng)濟效益的發(fā)揮。從 20 世紀 80 年代開始，大力著手電液先導(dǎo)程序控制的研究和使用，因此，現(xiàn)在美、德、英、日等基本

14、全是可編程電液控制。而我國液壓支架還普遍采用手動操縱。近年來，我國采煤綜合機械化的水平有所提高，隨著綜合機械化采煤技術(shù)的不斷發(fā)展和新型大功率采煤機、工作面輸送機的出現(xiàn)，要求支架與之相配套，但若支架的控制系統(tǒng)不作相應(yīng)的改進，是滿足不了這一要求的5。1.2 液壓支架設(shè)計的主要關(guān)鍵技術(shù)液壓支架是綜采設(shè)備的主要設(shè)備之一，近十年來主要發(fā)展趨勢是向兩柱掩護式和四柱支撐掩護式架型發(fā)展，合理的四桿機構(gòu)的設(shè)計，設(shè)計參數(shù)向搞工作阻力、大中心距（1.75m、2m）發(fā)展，結(jié)構(gòu)件材料越來越多的采用高強度鋼材；液壓支架另一關(guān)鍵技術(shù)是控制系統(tǒng)，應(yīng)用電液控制技術(shù)，采用電磁（或微電機）控制的先導(dǎo)閥，先進可靠地壓力和位移傳感器，

15、靈活自由的微處理技術(shù)，紅外遙感技術(shù)等現(xiàn)代科技成果，式液壓支架的動作自動連續(xù)進行，移架速度大大提高，支架循環(huán)時間達到8s以內(nèi)6。還可以配合采煤機的煤巖識別系統(tǒng)先進技術(shù)，可實現(xiàn)工作面自動控制。1.3本課題研究的意義液壓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，它能實現(xiàn)支撐、切頂、移架和推移輸送機等一整套工序。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。液壓支架是機械化采煤方法中最重要的設(shè)備之一。隨著綜采技術(shù)的發(fā)展，對液壓支架設(shè)計的要求越來越高，既要

16、保證完善的性能和高的可靠性，又要盡可能地減輕重量。我國的礦山機械行業(yè)常常由于新產(chǎn)品開發(fā)周期長，成本高，質(zhì)量不穩(wěn)定，導(dǎo)致一些產(chǎn)品嚴重老化，缺乏市場競爭力，從而處于一種不景氣的局面。基于虛擬樣機技術(shù)的液壓支架設(shè)計及仿真分析研究將對我國煤礦機械行業(yè)的進步及提高煤礦機械產(chǎn)品在國際市場的競爭力有著重要的意義7。1.4本課題研究的主要內(nèi)容及手段 1.4.1 課題研究內(nèi)容液壓支架主要由底座、立柱、頂梁、掩護梁、前后連桿、前探梁、護幫板組成立柱是二級伸縮油缸,其上端的活柱與頂梁中部球面連接,下端缸體與底座中部球面連接；頂梁后端與掩護梁上端通過銷軸連接；掩護梁中部和下部端分別與前、后連桿的上端通過銷軸連接；前、

17、后連桿的下端通過銷軸與底座后部連接；頂梁的前部與前探梁后部通過滑移副連接；前探梁的前部與護幫板通過銷軸連接。立柱油缸提供升降運動及支撐動力,頂梁和掩護梁的作用是支、護頂部和后部的煤巖,頂梁承受頂部工作壓力,掩護梁和連桿承受偏載扭矩，底座是整臺機器的基礎(chǔ)。主要研究內(nèi)容包括:(l)在Solidworks軟件中建立起液壓支架零部件的三維實體模型；(2)在系統(tǒng)中建立液壓支架的多體系統(tǒng)動力學(xué)模型；(3)完成液壓支架機構(gòu)的特性分析；(4)完成關(guān)鍵零部件的校核。1.4.2 研究手段(l) 采用Solidworks建立液壓支架各功能部件及整機的三維數(shù)模。(2) 建立四連桿機構(gòu)的運動學(xué)模型，并對該四連桿機構(gòu)進行

18、運動學(xué)仿真分析。(3) 以運動學(xué)仿真分析結(jié)果為指導(dǎo)，對該四連桿機構(gòu)的進行優(yōu)化，然后對其力學(xué)特性進行校核，確保該四連桿機構(gòu)優(yōu)化方案可行。(4) 根據(jù)液壓支架的特點，建立整臺液壓支架的多體系統(tǒng)動力學(xué)模型。依據(jù)有關(guān)國家試驗標準，利用ADAMS軟件進行有關(guān)特性的虛擬試驗仿真。第二章 虛擬樣機技術(shù)介紹2.1 虛擬樣機的起源與發(fā)展虛擬樣機(Virtual Prototyping, VP)技術(shù)又稱系統(tǒng)動態(tài)仿真技術(shù),是20世紀80年代隨著計算機技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一項計算機輔助工程設(shè)計技術(shù)。作為一項新型工程技術(shù),虛擬樣機日益顯示出強大的生命力,正越來越多地被應(yīng)用于機械、電子、航空和國防等領(lǐng)域8。通常,虛

19、擬樣機應(yīng)該包括如下三個主要模塊。(1)3D立體模塊 :具備完善的物理模型描述能力。(2)人際交互模塊 :虛擬樣機技術(shù)以虛擬現(xiàn)實技術(shù)為基礎(chǔ),實現(xiàn)產(chǎn)品模型的逼真顯示、動畫仿真和人機交互。(3)測試評估模塊 :產(chǎn)品模型分析和評價是虛擬樣機技術(shù)的核心,主要包括產(chǎn)品可制造性分析和產(chǎn)品性能評價,例如產(chǎn)品幾何形狀、空間布局、結(jié)構(gòu)學(xué)分析、動力學(xué)分析、可加工性分析、可裝配性分析、可維護性分析等等9。虛擬樣機是 VPT 的核心，是實際產(chǎn)品在計算機內(nèi)部的一種表示，這種表示能全面、準確反映產(chǎn)品在功能、性能、外觀等各個方面的特征和特性。即虛擬樣機是物理樣機在計算機內(nèi)的一種映射，這種映射能夠保證基于虛擬樣機的仿真結(jié)果和基

20、于物理樣機的測試結(jié)果在一定精度范圍內(nèi)等同，從而可用仿真替代測試。虛擬樣機是產(chǎn)品數(shù)字模型的一種拓展。后者是產(chǎn)品信息在計算機內(nèi)的一種數(shù)字化表示，其特征是數(shù)字量與模擬量的區(qū)別。它側(cè)重于產(chǎn)品幾何信息的描述，并能完成一些基于幾何信息的仿真（如裝配、切削過程模擬），現(xiàn)有 CAD 模型均屬于數(shù)字模型10。而虛擬樣機不僅包括產(chǎn)品的幾何信息，同時還包括各種物理仿真的規(guī)則數(shù)據(jù)，以支持不同領(lǐng)域、不同學(xué)科的基于物理原理的數(shù)值計算11。1995年FanDai等人將虛擬樣機定義為一種快速評價不同物理產(chǎn)品設(shè)計的方法，即通過將虛擬現(xiàn)實技術(shù)和計算機仿真技術(shù)以及CAD技術(shù)相結(jié)合，建立起一個物理造型的數(shù)字原型。目前，虛擬樣機系統(tǒng)已

21、經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè)和飛機制造業(yè)，美國海軍研究所利用虛擬樣機技術(shù)設(shè)計新型的海軍軍艦12，大眾汽車公司13的工程師們利用該技術(shù)提高車輛設(shè)計速度。schulz等人采用虛擬樣機技術(shù)研究了金屬板變形過程，以便預(yù)測殘余應(yīng)力和厚度的分布情況，BowZyerlvl開發(fā)了一種桌面型虛擬樣機鉆床操作系統(tǒng)。虛擬樣機技術(shù)的不斷成熟為解決物理樣機存在的問題提供了強有力的工具和手段。通過虛擬樣機技術(shù)，一方面可以節(jié)約新產(chǎn)品開發(fā)時間和資金，降低新產(chǎn)品開發(fā)成本，避免不必要的浪費;另一方面可以完善產(chǎn)品性能，提高產(chǎn)品質(zhì)量，從而增強產(chǎn)品市場競爭力。2.2相關(guān)的國內(nèi)外研究發(fā)展狀況及成果2.2.1虛擬樣機的實際應(yīng)用近年來,計算機輔助

22、設(shè)計、分析技術(shù)及虛擬制造技術(shù)的快速發(fā)展,使設(shè)計技術(shù)上了一個新臺階。人們依靠計算機技術(shù)、軟件技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù),通過在計算機上構(gòu)造數(shù)字化產(chǎn)品模型即虛擬樣機(virtualprototype)并在各種虛擬環(huán)境中真實的模擬各種載荷作用,預(yù)示未來產(chǎn)品的應(yīng)用性能。在產(chǎn)品投入生產(chǎn)制造之前,可通過多種設(shè)計方案的篩選、比較,最終獲得產(chǎn)品級的優(yōu)化設(shè)計方案,從而極大的提高了設(shè)計水平,降低了產(chǎn)品的開發(fā)成本和縮短了開發(fā)周期13。隨著CAX/DFX技術(shù)的發(fā)展,在產(chǎn)品開發(fā)過程中把分析作為設(shè)計的驅(qū)動,提出Design Driven by Analysis的概念已逐步從概念走向參數(shù)化建模虛擬樣機技術(shù)的研究和應(yīng)用,實現(xiàn)了產(chǎn)品開

23、發(fā)全過程的電子化,改變了傳統(tǒng)的設(shè)計觀念,產(chǎn)品開發(fā)過程也隨之發(fā)生了變化,從設(shè)計-樣機制造-試驗走向了設(shè)計-仿真,把物理樣機制造放在最后,量化生產(chǎn),真正實現(xiàn)了產(chǎn)品設(shè)計的數(shù)字化時代14。作為一項先進設(shè)計、制造技術(shù),虛擬樣機技術(shù)在工業(yè)中廣泛應(yīng)用于汽車制造、工程機械、航天航空、國防工業(yè)以及通用機械制造業(yè)等諸多領(lǐng)域。在國外,虛擬樣機技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛,特別是成本高、系統(tǒng)復(fù)雜的飛機制造業(yè)對虛擬樣機的需求特別強烈。1994年oeing777在世界上首次借助虛擬樣機技術(shù)成功取代大型物理模型,保證了機翼和機身的一次接合成功,縮短了數(shù)千小時的研發(fā)周期,開創(chuàng)了虛擬樣機技術(shù)研究應(yīng)用的先河。1997年美國克萊斯勒汽車公司

24、開發(fā)了“克萊斯勒數(shù)據(jù)可視化”仿真軟件平臺,在對新產(chǎn)品“98”型汽車進行檢查時,發(fā)現(xiàn)了1500處零部件的干涉情況,制作第一個實物模型前改進了大量的設(shè)計錯誤,大大地縮短了產(chǎn)品設(shè)計周期6。通用動力公司1997年建成了第一個全數(shù)字化機車虛擬樣機,并行地進行產(chǎn)品的設(shè)計、分析、制造及夾具、模具工裝設(shè)計和可維修性設(shè)計。日產(chǎn)汽車公司,利用虛擬樣機進行概念設(shè)計、包裝設(shè)計、覆蓋件設(shè)計、整車仿真設(shè)計等。以前Caterpillar公司制造一臺大型設(shè)備的物理樣機需要數(shù)月時間,并耗資數(shù)百萬美元,所以,為了提高競爭力,必須大幅度削減產(chǎn)品的設(shè)計、制造成本。Caterpillar公司采用了虛擬樣機技術(shù),從根本上改進了設(shè)計和試驗

25、步驟,實現(xiàn)了快速虛擬試驗多種設(shè)計方案,從而使其產(chǎn)品成本低,性能卻更加優(yōu)越。同樣,John Deere公司為了解決工程機械在高速行駛時的蛇行現(xiàn)象及在重載下的自激振動問題,利用虛擬樣機技術(shù),不僅找到了原因,而且提出了改進方案,并且在虛擬樣機上得到了驗證,從而大大提高了產(chǎn)品的高速行駛性能與重載作業(yè)性能。美國海軍的NAVAIRAPL項目8利用虛擬樣機技術(shù),實現(xiàn)多領(lǐng)域多學(xué)科的設(shè)計并行和協(xié)同,形成了協(xié)同虛擬樣機技術(shù)(collaborative virtual prototyping),他們研究發(fā)現(xiàn),協(xié)同虛擬樣機技術(shù)不僅使得產(chǎn)品的上市時間縮短,還使得產(chǎn)品的成本減小了至少20%15。在我國,虛擬樣機技術(shù)的應(yīng)用

26、尚處于起步階段,但是正在逐步引起重視,并將得到應(yīng)用和推廣。許多科研人員已在航天、航空、汽車、鐵路機車等行業(yè),針對一些復(fù)雜產(chǎn)品開發(fā),開展了虛擬樣機技術(shù)的應(yīng)用研究工作。典型例子如航天部上海航天局第805研究所 ,在 1996年 3月利用虛擬樣機分析軟件ADAMS,完成了外翻式對接機構(gòu)虛擬樣機的開發(fā)工作,利用三維動畫形象地演示對接過程,預(yù)測了空間站外翻式對接機構(gòu)的性能和設(shè)計合理性,實現(xiàn)了“空間站外翻式對接機構(gòu)”的動力學(xué)仿真研究。中航第一飛機研究院成功推出了國內(nèi)首架飛機全機規(guī)模電子樣機。863項目“月球表面探測機器人方案研究”則運用虛擬樣機技術(shù)構(gòu)造虛擬月球面計算仿真環(huán)境,并對涉及到的多項關(guān)鍵技術(shù)進行了

27、深入研究,取得了很好的成果。在我國的農(nóng)業(yè)機械領(lǐng)域,虛擬樣機技術(shù)也有應(yīng)用14。有人利用虛擬樣機技術(shù)來設(shè)計甘蔗收獲機,實現(xiàn)了產(chǎn)品和產(chǎn)品設(shè)計方法的創(chuàng)新,取得了良好的效果。一般的,甘蔗收獲的工序主要包括:扶蔗、根部收割(砍)、打頂(斷尾)、剝?nèi)~和捆扎幾個環(huán)節(jié)。在甘蔗收獲機械中,扶、砍、斷尾和剝?nèi)~部分是整機設(shè)計中的重點和難點,所設(shè)計的產(chǎn)品性能主要由這些部件決定,這些關(guān)鍵點有了突破,其他問題就能迎刃而解(如圖2.13) 13.2.2.2虛擬樣機相關(guān)理論的研究現(xiàn)狀傳統(tǒng)的設(shè)計思想和方法是一個串行的過程，從設(shè)計到產(chǎn)品的批量生產(chǎn)按照從前到后的順序進行。上游的活動對下游考慮很少，往往是把注意力過分集中在細節(jié)上面而忽

28、略了整機性能，從而導(dǎo)致產(chǎn)品存在許多未曾估計到的問題，最終必將導(dǎo)致很長的產(chǎn)品開發(fā)周期和很高的開發(fā)成本;基于虛擬樣機的產(chǎn)品開發(fā)過程是一種并行工程16設(shè)計過程，能展示產(chǎn)品的各種方案，評估用戶的需求，提前對產(chǎn)品的用戶滿意度作檢查，提高了產(chǎn)品設(shè)計的自由度，能夠快速方便地將工程師的想法展示給用戶，在產(chǎn)品開發(fā)的早期測試產(chǎn)品的功能，可以及時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品在設(shè)計、制造、使用過程中可能出現(xiàn)的各種缺陷，進而采取措施加以彌補或修正，從而大大提高產(chǎn)品品質(zhì)，提升客戶滿意度，降低了出現(xiàn)重大設(shè)計錯誤的可能性，可以避免重復(fù)建立物理樣機造成的資源浪費，對于提高產(chǎn)品開發(fā)成功率和市場競爭力具有重要的戰(zhàn)略意義和廣泛的應(yīng)用前景17。2.3虛擬

29、樣機液壓支架的發(fā)展現(xiàn)狀作為一項新型工程技術(shù),虛擬樣機日益顯示出強大的生命力,正越來越多地被應(yīng)用于機械、電子、航空和國防等領(lǐng)域。但就液壓支架而言,各方面研究才剛剛展開10。液壓支架是機械化采煤方法中最重要的設(shè)備之一。隨著綜采技術(shù)的發(fā)展，對液壓支架設(shè)計的要求越來越高，既要保證完善的性能和高的可靠性，又要盡可能地減輕重量18。綜合機械化采煤方法是高效、安全的采煤方法，液壓支架是機械化采煤方法最重要的設(shè)備之一19。在采煤工作面的煤炭生產(chǎn)過程中，為了防止頂板冒落，維持一定的作業(yè)空間，保證工人安全和各項作業(yè)的正常進行，必須對頂板進行支護。液壓支架是以高壓液體作為動力，由液壓元件與金屬結(jié)構(gòu)件組成的支護和控制

30、頂板的設(shè)備，它實現(xiàn)支撐、切頂、移架和推移輸送機等一整套工序。隨著綜采技術(shù)的發(fā)展，對液壓支架設(shè)計提出更高的要求，既要保證完善的性能和高的可靠性，又要盡可能的減輕重量。對于綜采設(shè)備液壓支架的研究，目前英國、澳大利亞和德國等采礦行業(yè)發(fā)達的國家進行得較多，尤其是德國在這一領(lǐng)域的研究比較突出。德國DBT公司生產(chǎn)的液壓支架在國際市場具有競爭力，支架設(shè)計通過運動學(xué)仿真和有限元分析，對其四連桿機構(gòu)進行優(yōu)化完善，推出一定使用高度支架的成熟架型。這類架型的使用高度在只適合某一范圍內(nèi)，有很大的局限性，而在設(shè)計中，注重液壓支架的電液控制技術(shù)和高強度板材的使用。由于我國采礦業(yè)起步較晚，我國煤礦地質(zhì)條件的復(fù)雜性，煤層厚度

31、變化范圍大，有急傾斜煤層、薄煤層和特厚煤層等不同類型的可采煤層，注定了液壓支架的生產(chǎn)具有小批量、多品種的特點。這都要求針對各個井田的特殊情況，設(shè)計出不同高度和不同類型的架型的支架來滿足用戶的需要。隨著計算機輔助設(shè)計(CAD)技術(shù)的成熟及大規(guī)模推廣應(yīng)用，現(xiàn)液壓支架的設(shè)計方法主要還是集中在二維設(shè)計上，而對于三維支架，當(dāng)前的研究主要集中在支架的三維建模、靜強度有限元分析階段20。因此迫切需要針對液壓支架的特點，建立液壓支架虛擬樣機系統(tǒng)。隨著虛擬樣機技術(shù)逐漸成熟，工程技術(shù)人員可以在計算機上建立機械系統(tǒng)的模型，伴之以三維可視化處理，模擬在現(xiàn)實環(huán)境下系統(tǒng)的運動和動力特性，并根據(jù)仿真結(jié)果優(yōu)化系統(tǒng)的設(shè)計，在設(shè)

32、計早期確定關(guān)鍵的設(shè)計參數(shù)、縮短開發(fā)周期，降低成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量18。第三章 液壓支架組成分析3.1 液壓支架的組成液壓支架是綜采工作面的支護設(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)特點和與圍圍巖的作用關(guān)系“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承載結(jié)構(gòu)件、動力油缸、控制操縱元件、輔助裝置和工作液體五部分。（1） 承載結(jié)構(gòu)件如頂梁、掩護梁、底座、連桿、尾梁等。 （2） 液壓油缸包括立柱和各類千斤頂。 （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

33、、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性能 。 （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、防倒防滑裝置、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。 （5）工作液體這是傳遞泵站能量使液壓支架能有效工作的工作介質(zhì)。液壓支架的工作液體是乳化液3.2液壓支架主要結(jié)構(gòu)件及其作用3.2.1 頂梁 頂梁采用整體結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)，以滿足強度和剛度要求。 其主要作用是：1、 承接頂板巖石及煤的載荷； 2、 反復(fù)支撐頂煤，可對比較堅硬的頂煤起破碎作

34、用； 3、 隔離頂板，為回采工作面提供足夠的安全空間。 3.2.2 掩護梁 掩護梁分別與底座和頂梁相連接。其主要作用有：1、 承受下部頂板傳給的水平分力和側(cè)向力，增強支架的抗扭性能； 2、 掩護梁與掩護梁千斤頂，保證液壓支架的穩(wěn)定性；3、 阻擋后部落煤，維護工作空間。3.2.3 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(jié)構(gòu)件。該支架設(shè)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。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。3.2.4四連桿機構(gòu) 前、后連桿分別與

35、掩護梁和底座鉸接，共同形成四連桿機構(gòu)，前連桿采用鑄鋼件，鑄件中不得有氣孔、砂眼、夾雜物。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。 其主要作用是： 1 、使支架在調(diào)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(cè)向力，使立柱不受側(cè)向力。3.2.5 立柱立柱是支架實現(xiàn)支撐和承載的主要部件，它直接影響到支架的工作性能，同時還處于高壓受力狀態(tài)，因此，立柱除了具有合理的工作阻力和可靠的工作特性外，還必須由足夠的抗壓和抗彎強度，密封良好

36、、結(jié)構(gòu)簡單并能適應(yīng)支架的工作要求。 立柱一般由活塞、活塞桿、缸體三部分組成。由于支架工作時，立柱承受的載荷較大，降柱力較小，故活塞桿直徑較大，常采用空心結(jié)構(gòu)，以保證有足夠的剛度?；钊话悴捎肶型密封圈，銅環(huán)導(dǎo)向，缸體底部焊接，缸體與缸蓋之間用鋼絲、螺紋或卡環(huán)連接。3.3液壓支架的分類3.3.1 按支架和圍巖的相互作用分類此時液壓支架可分為三類：（1） 支撐式支架：它有較長的頂梁，較多的支柱，并呈垂直布置，支架的穩(wěn)定性由支柱的復(fù)位機構(gòu)來保，證因此有堅固的箱式底座。它靠支柱與頂梁的支撐作用，控制工作面的頂板維護工作空間，而頂板巖石則在頂梁后部切斷跨落。這種類型的支架具有較大的支撐能力和良好的切頂性

37、能。因此適應(yīng)于頂板堅硬完整周期壓力明顯或強烈底板也較硬的煤層中。（2） 掩護式支架：它的頂梁較短，支柱一排，一般僅1、2根。多呈傾斜布置與掩護梁連接或直接與頂梁相連接。它靠支柱和頂梁支撐頂板，而掩護梁只與冒落矸石相接觸，防止矸石涌入工作面，以維護一定的工作空間。這種類型的支架有良好的防矸掩護性能，主要適用于頂板中等穩(wěn)定和破碎，底板也較軟的煤層中。（3） 支撐掩護式支架：支撐掩護式支架是介于支撐式和掩護式之間的一種架型。它的特點是，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)。這類支架靠支撐和掩護作用來維護工作空間，兼有支撐式和掩護式支架的優(yōu)點，適用于頂板穩(wěn)定和中等

38、穩(wěn)定、有較明顯的周期壓力，底板中等穩(wěn)定的煤層中。支撐式、掩護式和支撐掩護式等三類支架中，對照采煤工藝對支架的要求來看，掩護式支架具有很多特點和較廣的適用范圍。雖然掩護式支架單位工作面長度上的支撐能力不如其余兩種，但由于控頂距小單位面積上的支撐力較大，能對頂板進行有效的支撐，還有有效的擋矸裝置，能更好的適應(yīng)破碎頂板的支護需要支架本身為一定的運動機構(gòu)，抗水平力性能好，且便于支架前移；支架的結(jié)構(gòu)和液壓系數(shù)簡單，操作簡便，管理維修容易；支架調(diào)高范圍較大，對煤層厚度變化的適應(yīng)性強。所以，掩護式支架在使用中已取的良好的經(jīng)濟效果，使用范圍正在擴大。3.3.2 按其移動方式分類液壓支架可分為兩類 （1） 整體

39、自移式： 支架成整體結(jié)構(gòu)，因而整體移動。掩護式和部分支撐式支架均采用這種移架方式。 （2） 邁進式：邁進式支架又可分為交互前移式和提步前移式兩種。 互前移式支架：是利用主副架護為著力點交互推拉前移的方式架間安裝推移千斤頂和導(dǎo)向裝置。一般節(jié)式支架常用這種移架方式。 提步前移式支架：是采取頂梁不大量下降，提腿跨步的方式。還有一種是滑行頂梁式支架，移架時本架頂梁在內(nèi)部滑移。 （3） 根據(jù)使用地點的不同，液壓支架又可分為工作面支架和端頭支架兩上述各類支架均為工作面支架，用來支護工作面的頂板。端頭支架，則用在工作面兩端與順槽的連接處，由于此處的機械設(shè)備較多、需要占有的工作空間大，同時又是人員的安全出口，

40、要求端頭支架能很好的和各設(shè)備相配合，達到有效的支護懸露面積較大的頂板。因此，端頭支架在結(jié)構(gòu)上具有特殊性。3.4 液壓支架工作原理（1）液壓支架自動移設(shè)的原理：液壓支架以高壓液體為動力，通過各種動力油缸的伸縮，使支架完成升起、降落、行走和推移運輸機等各種動作，以便支架工作面不斷推進而反復(fù)支撐、前移和調(diào)整。圖是一個簡單的液壓支架的工作系統(tǒng)示意圖，下面按支架降柱、移架、升柱和推溜的工作過程分別加以敘述。降柱：當(dāng)旋轉(zhuǎn)式操縱閥轉(zhuǎn)到降柱位置，打開供液閥時，高壓液體由主進液管經(jīng)過操縱閥和油管，進入支柱活塞桿腔，同時也進入液控單向閥的控制管路，打開液控單向閥，支柱活塞腔的油液經(jīng)油管、液控單向閥和操縱閥，流回主

41、回液管，支柱卸載下降。移架：液壓支架卸載后，操縱閥轉(zhuǎn)到移架位置，打開供液閥時，高壓液體由主進液管經(jīng)操縱閥和油管進入到推壓千斤頂?shù)幕钊麠U腔，同時也進入液控油路，打開液控單向閥，而活塞腔的油液經(jīng)油管、液控單向閥和操縱閥流回主回液管，退役千斤頂收縮，以運輸機位置點，拉架前移。運輸機靠相鄰的推移千斤頂來固定，千斤頂由液控單向閥緊鎖。升柱：液壓支架移到星的位置后，應(yīng)及時升柱，以支撐暴露的頂板。操縱閥轉(zhuǎn)到升柱位置，打開供液閥，高壓液體由主進液管進入，經(jīng)操縱閥到液控單向閥，進入到推移千斤頂?shù)幕钊麠U腔，支柱活塞桿腔的油液，同時也進圖液控油路，經(jīng)由管和操縱閥流回主回液管，活塞和頂梁升起，支撐頂板。推移運輸機：當(dāng)

42、液壓支架前移并重新支撐后，操縱閥轉(zhuǎn)到推移位置，打開供液閥時，高壓液體由主進液管經(jīng)操縱閥、液控單向閥進入到推壓千斤頂?shù)幕钊麠U腔，活塞桿腔的油液經(jīng)油管和操縱閥流回主回液管，推移千斤頂?shù)幕钊麠U伸出，以液壓支架為支點，把運輸機推移到新的工作位置。在實際工作中，對于具體支架的動作，根據(jù)該支架的結(jié)構(gòu)和需要來確定。（2）液壓支架的支撐承載能力： 液壓支架的支撐承載能力是指液壓支架與頂板之間相互力學(xué)原理，它包括：初撐增阻、承載增阻和恒阻三個工作階段。初撐增阻階段： 在升柱的過程中，從頂梁接觸頂板起，至支柱活塞腔的油液壓力達到泵站的工作壓力時，松開手把，停止供液，液控單向閥立即關(guān)閉，閥球封閉支柱活塞腔的油液，這

43、就是支架初撐階段。此時支柱和支架對頂板產(chǎn)生的支撐力稱為初撐力。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： Pc=4D2Pbn×103 KN式中 D-支架立柱的缸徑， m； Pb-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提高初撐力，以免立柱的缸徑過。承載增阻階段支架初撐后，隨頂板下沉，立柱下腔壓力增加，直到增加到支架的安全閥調(diào)整壓力，立柱下腔壓力達到工作阻力。此階段為

44、增阻階段t。恒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)整值時，安全閥打開而溢流，立柱下縮，使頂板壓力減小，立柱下腔壓力降低，當(dāng)?shù)陀诎踩y壓力調(diào)整之后，安全閥停止溢流，這樣在安全閥調(diào)整壓力的限制下，壓力曲線隨時間呈波浪形變化，此階段為恒阻階段2t。此時支架對頂板的支撐力稱為工作阻力，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p=4D2Pan×103 KN式中 Pa-支架安全閥的調(diào)定壓力 MPa;支架的工作作阻力標志著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

45、參數(shù)，它表示支架支撐力的大小。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能。即q=PF×10-3 MPa式中 F-支架的支護面積， m2。3.5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。 1、 即時支護 般循環(huán)方式為：割煤一移架一推溜，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。2、

46、 滯后支護 一般循環(huán)方式為：割煤一推溜一移架。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。可用于穩(wěn)定、完整的頂板。3、 復(fù)合支護般循環(huán)方式為：割煤一支架伸出伸縮梁一推溜一收伸縮梁一移架。 復(fù)合支護的特點是：支護滯后時間短，但增加了反復(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。3.6液壓支架選型的基本參數(shù)3.6.1 對液壓支架的基本要求1. 為了滿足采煤工藝及地質(zhì)條件的要求，液壓支架 要有足夠的初撐力和工作阻力，以便有效的控制頂板，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

47、，薄煤層一般為100KN-150KN，中厚煤層一般為150KN-250KN，厚煤層一般為300KN-400KN。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)挼娜诵袡M道。7.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.要求支架有足夠的剛度，底座最大比壓要小于規(guī)定值。10.滿足強度條件下，盡可能的減輕支架重量。11.要易于拆卸，機構(gòu)要簡單。12.液壓元件要可靠。3.5.2設(shè)計液壓支架必須的基本參數(shù)1.最大和最小采高根據(jù)最大和最小采高，確

48、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)：液壓支架采高：1.5m-3m。2.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，決定是否選用防倒防滑裝置。給定條件：適應(yīng)傾角15。7.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 劇配套尺寸及支護方式來計算定量長度。第四章 液壓支架的總體設(shè)計41確定液壓支架結(jié)構(gòu)參數(shù)的原則與內(nèi)容4.1.1確定支架結(jié)構(gòu)參數(shù)的原則 1、要滿足配套設(shè)備(采煤機、輸送機)的相關(guān)要求； 2、與支架的工作方式(即時支護或滯后支護)相適應(yīng)； 3、結(jié)構(gòu)緊湊，

49、行人操作方便； 4、支架的工作穩(wěn)定性好。 4.1.2 確定支架結(jié)構(gòu)參數(shù)的內(nèi)容 1、確定正常工作條件下，支架與相應(yīng)設(shè)備的位置關(guān)系； 2、確定支架總體與主要部件的布置與尺。4.2支架主要尺寸的確定4.2.1 支架高度 支架最小高度為： Hm=1.5m 支架最大高度為： Hn=3m 4.2.2 支架伸縮比支架的伸縮比指最大與最小支架高度之比值為：m=HmHn （式4.1）代入數(shù)據(jù)得m=2。4.2.3 支架間距所謂支架間距，就是相鄰兩支架中心線間的距離。按下式計算：bc=Bm+nC3 （式4.2）式中： bc支架間距（支架中心距）； Bm每架支架頂梁總長度； C3相鄰支架（或框架）頂梁之間的間隙； n

50、每架所包含的組架的組數(shù)或框架數(shù)，整體自移式支架。支架間距bc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)輸送機溜槽每節(jié)長度及幫槽上千斤頂連結(jié)塊的位置來確定。 本次設(shè)計取支架的中心距為1m。4.3四連桿機構(gòu)建模4.3.1 四連桿機構(gòu)的作用1、 支架高度在最大和最小范圍內(nèi)變化時，如圖2-1所示，頂梁端點運動軌跡的最大寬度e應(yīng)小于或等于70mm好為30mm。2、 支架在最高位置時和最低位置時，頂梁與掩護梁的夾角P和后連桿與底平面的夾角Q，如圖一所示，應(yīng)滿足如下要求。支架在最高位置時，P52°62°，Q75°85

51、6;，支架在最低位置時為有利于石頭下滑，防止石頭停留在掩護梁上，根據(jù)物理學(xué)摩擦理論可知，要求TGP>W，如果鋼和石頭的摩擦系數(shù)W=0.3，則P=16.7°。為了安全可靠，最低工作位置應(yīng)使P25°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Q25°30°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。圖4-1 四連桿機構(gòu)幾何特征3、 從圖4-1可知，掩護梁和頂梁鉸點e和瞬時中心O之間的連線與水平夾角為時，要使?jié)M足tg0.35的范圍，其原因是角直接影響支架承受附力。4、 應(yīng)取頂梁前端點運

52、動軌跡雙紐線向前凸的一段為支架工作段，如圖4-1所示的h段。其原因為當(dāng)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。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(yīng)減少，所以減輕了掩護梁的外負荷。5、 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值減小，取雙紐線向前凸的一段為支架工作段。所以，當(dāng)已知掩護梁和后連桿的長度后，從這個觀點出發(fā)，在設(shè)計時只要把掩護梁和后連桿簡化成

53、曲柄滑塊機構(gòu)，運用作圖法就可以。圖4-2 掩護梁和后連桿構(gòu)成曲柄滑塊機構(gòu)圖4-3 掩護梁和后連桿計算圖4.3.2四連桿機構(gòu)的幾何作圖法 四連桿機構(gòu)設(shè)計的作圖法按如下步驟進行。 1.確定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。 一般按同類型支架用類比法來確定，關(guān)于這兩個尺寸的大小對支架受力的影響，后面進行專門研究。 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長度。如圖43所示。 設(shè)：G掩護梁長度， A后連桿長度， L2e點引垂線到后連桿下鉸點之距， 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(guān)系可以列出如下2式：GcosP1AcosQ

54、1=L2 (44)GcosP2AcosQ2=L2 (45)將(36)和(37)式聯(lián)立可得：A/G=(cosP2cosPI)/（cosQ2cosQ1） (46)說明：支架計算高度為支架高度減去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。按四連桿機構(gòu)的幾何特征要求，選定P1、P2、Q1、Q1、代入(36)式，可以求得A/G的比值。由于支架型式不同，一般A/G的比值按以下范圍來取。 掩護式支架：A/G=0.450.61 支撐式掩護式支架：A/G=0.610.82 支架最高位置時的計算高度為： H1=GsinP1+AsinQ1 (47)根據(jù)A/G的比值和(47)可以求得掩護梁的長度G和后連

55、桿長度A,經(jīng)過取整后，再重新計算出P1、P2、Q1、Q2的角度，這幾個參數(shù)就確定了。3.幾何作圖法的作圖過程用幾何作圖法確定四連桿機構(gòu)的各部尺寸，具體作法如圖44所示。作圖步驟如下圖4-4 液壓支架四連桿機構(gòu)的幾何作圖法（1） 確定后連桿下鉸點O點的位置，使他大體比底座底面高200mm250mm（或類比同類型支架確定）。（2）過O點作與底面平行的水平線HH線。（3）過O點作與HH線的夾角為Q1的斜線。（4）在此斜線上截取線段，長度等于A, 點為后連桿與掩護梁的鉸點。（5）過A點作與HH線有交角1的斜線，以A點為圓心，以G為半徑作弧交此斜線一點，此點為掩護梁與頂梁的交點。（6）過點作HH線的平行

56、線FF線，則HH線與FF線的距離為H1，為液壓支架最高位置時的計算高度。（7）以點為圓心，以（0.20.3）G長度為半徑作弧，在掩護梁上交一點b，為前連桿上鉸點的位置。（8）過點作FF線的垂線（認為液壓支架由高到低變化時，點在此直線上滑動）。（9）在垂線上作液壓支架在最低位置時，頂梁與掩護梁的交點。（10）取線中間某點，為液壓支架降到此高度時掩護梁與頂梁的鉸點（液壓支架由高到低變化時，頂梁前端點運動軌跡為近似雙紐線，中間這一點的位置直接影響頂梁前端運動軌跡的形狀、變化寬度等）。（11）以o點為圓心，為半徑作圓弧。（12）以點為圓心，掩護梁長為半徑作弧，交前圓弧上一點，此點為液壓支架降到中間某一位置時，掩護梁與后連桿的鉸點。（13）以點為圓心，掩護梁長為半徑作弧，交最前圓弧上一點，此點為支架降到最低點位置時，掩護梁與后連桿的鉸