液壓支架畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、目錄摘要IVAbstractV第1章 液壓支架概論- 1 -1.1國(guó)外主要產(chǎn)煤國(guó)家綜采技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)1- 1 -1.2我國(guó)綜采技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀幾存在的問(wèn)題- 3 -1.3綜采礦井生產(chǎn)環(huán)節(jié)的合理配套3- 5 -1.4液壓支架的應(yīng)用和意義4- 5 -1.5綜采工作面的布置和循環(huán)工作過(guò)程9- 6 -1.6液壓支架的組成5- 7 -1.7液壓支架的工作原理- 8 -1.8液壓支架的分類(lèi)- 12 -第2章 液壓支架整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)- 15 -2.1支架主要尺寸的確定- 15 -支架的高度7- 15 -支架的伸縮比- 16 -支架間距- 16 -支架寬度- 16 -底座長(zhǎng)度- 16 -2.2支架四連桿機(jī)構(gòu)的確定

2、- 17 -四連桿機(jī)構(gòu)的作用10- 17 -四連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求- 17 -23四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)12- 18 -掩護(hù)梁和后連桿長(zhǎng)度的確定- 19 -幾何作圖法作圖過(guò)程- 20 -2.4頂梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)- 22 -基本概念- 22 -頂梁分類(lèi)- 22 -對(duì)頂梁長(zhǎng)度的影響- 23 -頂梁斷面形狀- 25 -頂梁參數(shù)的計(jì)算- 25 -2.5掩護(hù)梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)- 27 -掩護(hù)梁的作用和用途- 27 -掩護(hù)梁的結(jié)構(gòu)型式- 27 -掩護(hù)梁的參數(shù)確定- 27 -2.6底座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)- 28 -底座設(shè)計(jì)要求- 28 -底座的選型- 29 -2.7立柱的確定- 30 -立柱布置- 30 -立柱主要參數(shù)確定- 31 -2

3、.8千斤頂?shù)倪x擇- 33 -第3章 液壓支架的受力分析- 35 -3.1液壓支架的支護(hù)性能與外載荷- 35 -3.2取頂梁為分離體進(jìn)行受力分析13- 37 -取頂梁為分離體進(jìn)行受力分析如圖3-3所示- 37 -頂梁載荷分布- 39 -支護(hù)強(qiáng)度- 40 -3.3取掩護(hù)梁為分離體進(jìn)行受力分析- 41 -3.4液壓支架的底座受力分析及計(jì)算- 42 -底座為分離體進(jìn)行受力分析- 42 -液壓支架底座接觸比壓計(jì)算- 43 -第4章 液壓支架強(qiáng)度校核- 45 -4.1材料的選擇- 45 -4.2 頂梁的強(qiáng)度校核- 46 -畫(huà)出頂梁結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖、受力圖、剪力圖和彎矩圖。- 47 -按彎曲應(yīng)力計(jì)算進(jìn)行強(qiáng)度校核-

4、47 -校核BB截面的剪切強(qiáng)度：- 49 -4.3 底座的強(qiáng)度校核- 50 -畫(huà)底座受力圖- 50 -計(jì)算最大彎矩：- 50 -畫(huà)出危險(xiǎn)截面如圖：- 50 -校核計(jì)算- 51 -底座有限元分析- 51 -4.4前后連桿的校核- 52 -前連桿的校核- 52 -后連桿的校核- 52 -參考文獻(xiàn)- 53 -致謝- 54 -附錄- 55 -放頂煤液壓支架設(shè)計(jì)摘要采煤綜合機(jī)械化，是加速我國(guó)煤炭工業(yè)發(fā)展，大幅度提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，實(shí)現(xiàn)煤炭工業(yè)現(xiàn)代化的一項(xiàng)戰(zhàn)略措施。綜合機(jī)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(dòng)，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(jī)械化采煤方法中最重要的設(shè)備

5、之一。液壓支架主要由以下幾個(gè)基本部分組成：頂梁，掩護(hù)梁，四連桿機(jī)構(gòu)，側(cè)護(hù)板，底座，立柱和千斤頂?shù)?。設(shè)計(jì)要遵循支護(hù)性能好、強(qiáng)度高、移架速度快、安全可靠等原則。在這次放頂煤液壓支架的設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要以底座、主頂梁、尾梁和立柱等結(jié)構(gòu)件的機(jī)械部分設(shè)計(jì)為重點(diǎn)，用普通設(shè)計(jì)步驟設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)尺寸，再用Solidworks初繪總體架型檢查配合尺寸，然后轉(zhuǎn)化為并修改細(xì)節(jié)，最后對(duì)主要構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度校核，并用有限元分析部分構(gòu)件。關(guān)鍵詞：放頂煤液壓支架，頂梁，四連桿機(jī)構(gòu)，有限元Design of caving hydraulic supportAbstractThe comprehensive mechanization

6、 of coal mining is the acceleration coal industrial development of our country, raises labor productivity substantially , realizes the modern a strategic measure of coal industry. Synthesize mechanization not only output big, efficiency has low cost high and can alleviate heavy physical labor and im

7、provement schoolwork environment, is the technology of coal industry develop direction. Hydraulic support is the one of comprehensive most important equipment in the mechanization method of coal mining. Hydraulic support major from some following basically partial compositions: Top beam, screens bea

8、m and 4 linkage mechanisms, side fender and base, prop. Design to follow protect performance good, strength is speed high, move rapid, safely reliable etc. principle. In this design process of caving hydraulic support, mainly in support of the base, the top beam, the beam and the column structure of

9、 the end of the mechanical part of the design focus, with the general design procedure to design the overall body size. The overall structure of the initial drawing with Solidworks to check with the size, and then transformed into and modify the details of the part of the CAD, at last major componen

10、t of the strength check, and some elements of the FEM analysis.Keyword：caving hydraulic support，Crest beam，4 linkage mechanisms， FEM第1章 液壓支架概論1.1國(guó)外主要產(chǎn)煤國(guó)家綜采技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)1 綜合機(jī)械化采煤是煤礦開(kāi)采技術(shù)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。80年代末以來(lái)，世界主要產(chǎn)煤國(guó)家高產(chǎn)高效綜采技術(shù)迅速發(fā)展，特別是美國(guó)、澳大利亞、德國(guó)、英國(guó)和南非發(fā)展最快。綜采工作面高產(chǎn)高效紀(jì)錄不斷刷新，綜采裝備新技術(shù)層出不窮。均年產(chǎn)1454萬(wàn)t洗精煤，平均工效274t(工*d)，工作面搬家

11、(包括設(shè)備安裝)時(shí)間平均684人工/面。工作面平均長(zhǎng)度240 m，最大長(zhǎng)度335m。 1994年平均班產(chǎn)進(jìn)一步提高，其中，前10個(gè)工作面年平均班產(chǎn)達(dá)到5998t洗精煤，相當(dāng)于年產(chǎn)400萬(wàn)t以上的水平。沙莫羅克公司(SHAMR0CK)的被克佛克礦在123個(gè)小班中產(chǎn)煤166萬(wàn)t，相當(dāng)于月產(chǎn)83萬(wàn)t;塞普路斯阿馬克斯煤炭公司卡姆博蘭德礦1995年6月達(dá)到月產(chǎn)洗精煤573萬(wàn)t的紀(jì)錄，阿科煤炭公司的西皮庇礦1994年11月創(chuàng)造了日產(chǎn)4.5萬(wàn)t的世界紀(jì)錄,當(dāng)月產(chǎn)量50余萬(wàn)t。美國(guó)1994年共有80個(gè)長(zhǎng)壁工作面，其中有70個(gè)工作面是電液控制的工作面，占875，使用兩柱掩護(hù)式支架73套，四柱支撐掩護(hù)式支架7套

12、，兩柱掩護(hù)式支架占9125，支架工作阻力大部分在70008000 kN，最大的兩柱掩護(hù)式支架工作阻力達(dá)到9800kN。普遍裝備大功率電牽引重型采煤機(jī)組和大功率、大運(yùn)量、高可靠性刮板輸送機(jī)。 澳大利亞近10年來(lái)綜采發(fā)展很快，綜采工作面數(shù)量從1980年的3個(gè)增加到1994年的25個(gè)，井工效率達(dá)到1771t工。科迪爾克斯礦和巴波尼礦的綜采工作面年產(chǎn)量已超過(guò)300萬(wàn)t。為使綜采產(chǎn)量持續(xù)增長(zhǎng)，近幾年來(lái)澳大利亞采取了一系列措施，包括改革勞動(dòng)制度，采用各種新設(shè)備、新技術(shù)，綜采工作面優(yōu)選世界各國(guó)最先進(jìn)的重型高效裝備，實(shí)現(xiàn)一井一面，集中化生產(chǎn)。 英國(guó)和德國(guó)是世界上綜采技術(shù)裝備最先進(jìn)的國(guó)家，由于受其自然煤層賦存條

13、件的限制，其高產(chǎn)高效工作面的紀(jì)錄不如美國(guó)和澳大利亞，但世界著名的采煤機(jī)械公司主要集中在德國(guó)和英國(guó)。近年來(lái)，由于國(guó)際采礦業(yè)市場(chǎng)的不景氣和激烈競(jìng)爭(zhēng)，導(dǎo)致各公司的相互兼并，形成幾個(gè)大跨國(guó)公司。為占領(lǐng)市場(chǎng)，各公司不斷開(kāi)發(fā)新技術(shù)、新產(chǎn)品。世界主要產(chǎn)煤國(guó)家技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見(jiàn)表ll。表1.1 1994年世界主要產(chǎn)煤國(guó)家技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)隨著采煤機(jī)功率加大，產(chǎn)量提高，工作面刮板輸送機(jī)也發(fā)展成為大功率、高強(qiáng)度、高可靠性的運(yùn)輸設(shè)備。目前工作面刮板輸送機(jī)最大工作長(zhǎng)度已達(dá)335m,最大輸送能力達(dá)3500t/h,最大功率1412kW，表1-2中列出了幾種國(guó)外先進(jìn)刮板輸送機(jī)的技術(shù)特征。表1-2 幾種國(guó)外先進(jìn)刮板輸送機(jī)的技術(shù)特征 先

14、進(jìn)瓜板輸送機(jī)的主要特點(diǎn)是：整體鑄造溜槽或組合焊接溜槽，減少了螺栓連接，提高了可靠的性。使用壽命達(dá)到6001200萬(wàn)t過(guò)煤量；采用38mm、42mm大直徑刮板鏈；采用軟啟動(dòng)技術(shù)，使用雙緩液力偶合器或排水型偶合器，配有程序邏輯控制器控制水的流速。軟啟動(dòng)大大提高了輸送機(jī)的可靠性，使鏈子和鏈輪的壽命加倍；故障診斷和工況監(jiān)測(cè)技術(shù)，可以以連續(xù)監(jiān)測(cè)輸送機(jī)各部件的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行故障診斷和報(bào)警。 液壓支架是綜采工作面主要設(shè)備之一，近10年來(lái)主要的發(fā)展趨勢(shì)是向兩柱掩護(hù)式和四柱支撐掩護(hù)式架型發(fā)展，架型結(jié)構(gòu)進(jìn)一步完善，設(shè)計(jì)方法更先進(jìn)，參數(shù)向高工作阻力、大中心距(175m、2m)發(fā)展，結(jié)構(gòu)件材料越來(lái)越多地采用高強(qiáng)度鋼材

15、，例如屈服極限69MPa以上的鋼板，支架的壽命和可靠性要求大大提高，有些公司要求支架的耐久性試驗(yàn)循環(huán)次數(shù)達(dá)5000次。支架的壽命達(dá)14年以上。 液壓支架技術(shù)另一重大突破是控制系統(tǒng)，應(yīng)用電液控制技術(shù)，采用電磁(或微電機(jī))控制的先導(dǎo)閥先進(jìn)可靠的壓力和位移傳感器，靈活自由編程的微處理機(jī)技術(shù)，紅外遙感技術(shù)等現(xiàn)代科技成果，使液壓支架的動(dòng)作自動(dòng)連續(xù)進(jìn)行，移架速度大大提高，支架循環(huán)時(shí)間達(dá)到68入配合采煤機(jī)的煤巖識(shí)別系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)工作面自動(dòng)控制。1.2我國(guó)綜采技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀幾存在的問(wèn)題我國(guó)自1973年開(kāi)始大規(guī)模引進(jìn)德國(guó)、英國(guó)等國(guó)家的綜采設(shè)備，經(jīng)歷了消化、吸收和改進(jìn)提高的過(guò)程。到目前已形成了較完整的設(shè)計(jì)

16、、制造和科研體系。先后研制試驗(yàn)成功經(jīng)濟(jì)型綜采成套設(shè)備；薄煤層、中厚煤層和大采高綜采成套設(shè)備，特厚煤層分層機(jī)械化鋪網(wǎng)液壓支架系列及成套設(shè)備和工藝；放頂煤液壓支架系列及成套設(shè)備和工藝。1995年全國(guó)共有243個(gè)綜采工工作面，統(tǒng)配煤礦綜合機(jī)械化程度達(dá)到46.66%工作面平均工效25077t工，全國(guó)有65個(gè)年產(chǎn)百萬(wàn)噸以上的綜采隊(duì)，其中9個(gè)隊(duì)年產(chǎn)達(dá)到200萬(wàn)t以上，2個(gè)隊(duì)年產(chǎn)達(dá)到300萬(wàn)t以上，兗州南屯煤礦綜二隊(duì)1995年年產(chǎn)達(dá)到315萬(wàn)t，最高月產(chǎn)347萬(wàn)t，創(chuàng)出我國(guó)高產(chǎn)高效的最好紀(jì)錄一、高產(chǎn)高效礦井建設(shè)取得重大成績(jī)我國(guó)從1993年開(kāi)始組織高產(chǎn)高效礦井建設(shè)，到1995年已建成56個(gè)高產(chǎn)高效礦井。在產(chǎn)量

17、增加9.1的基礎(chǔ)上，平均工效達(dá)到6.23工，提高2.9工。工作面平均個(gè)數(shù)由149個(gè)減到107，減少原煤生產(chǎn)人員7萬(wàn)人，實(shí)現(xiàn)了一井一面或一井兩面的生產(chǎn)模式，向集約化生產(chǎn)邁出可喜的一步。高產(chǎn)高效工作面裝備，因地制宜采取3種模式，第一種是全套引進(jìn)國(guó)際先進(jìn)裝備，如神華集團(tuán)大柳塔煤礦，全套引進(jìn)德、英、美等國(guó)家先進(jìn)裝備，學(xué)習(xí)國(guó)處高產(chǎn)高效礦進(jìn)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，走高起點(diǎn)、高投入、高產(chǎn)出、高效益的道路；第二種模式是引進(jìn)與國(guó)產(chǎn)相結(jié)合，引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)采煤機(jī)和刮板輸送機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備，配套國(guó)內(nèi)先進(jìn)設(shè)備，如兗州屯煤礦等；第三種模式是立足國(guó)內(nèi)設(shè)備，優(yōu)選各種國(guó)產(chǎn)先進(jìn)設(shè)備，優(yōu)化系統(tǒng)配套，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效，如鐵法曉南煤礦試驗(yàn)成功國(guó)產(chǎn)日產(chǎn)7綜采

18、成套設(shè)備。國(guó)內(nèi)幾個(gè)著名高產(chǎn)高效工作面裝備情況見(jiàn)下表表1-3 國(guó)內(nèi)典型高產(chǎn)高效率綜采工作面裝備和生產(chǎn)情況二、機(jī)械化鋪網(wǎng)分層開(kāi)采和放頂煤技術(shù)達(dá)到世界先進(jìn)水平2近年來(lái)，綜采放頂煤技術(shù)在我國(guó)得發(fā)展和廣泛普及，綜采放機(jī)煤采煤法正在成為一種高產(chǎn)高效采煤方法，1995年全國(guó)65個(gè)綜采百萬(wàn)噸創(chuàng)水平隊(duì)中有23個(gè)是綜采放頂煤隊(duì)，占35.4，其中，年產(chǎn)200萬(wàn)以上的9個(gè)綜采隊(duì)中有6個(gè)是綜采放頂煤隊(duì)。目前全國(guó)已有70多個(gè)綜采放頂煤工作面，并且，正以很快的速度在發(fā)展。我國(guó)放頂煤技術(shù)已達(dá)到世界領(lǐng)先水平。三、綜采設(shè)備研制有了新的發(fā)展“八五”期間，適應(yīng)高產(chǎn)高效工作面生產(chǎn)要求的大功率、高效綜采設(shè)備有了較大發(fā)展。我國(guó)部分綜采設(shè)備

19、已開(kāi)始出口美國(guó)、俄羅斯、印度和土耳其。研制成功MG2400-W型滾筒采煤機(jī)，液壓牽引，裝機(jī)功率2400KW、運(yùn)輸能力1500t/h，鋪設(shè)長(zhǎng)度250m，鑄造槽幫，234雙中鏈交叉?zhèn)刃稒C(jī)頭，雙行星減速器，雙速電機(jī)驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)，傳動(dòng)部可平行或垂直布置，過(guò)煤量200萬(wàn)t等特點(diǎn)。長(zhǎng)家口煤機(jī)廠、西北煤機(jī)一廠等重點(diǎn)輸送機(jī)廠分別與國(guó)際長(zhǎng)壁公司和威斯特伐利亞公司等合作，開(kāi)發(fā)槽寬1000mm，運(yùn)輸能力20002500t/h，功率2575kW，過(guò)煤量500萬(wàn)t以上的刮板輸送機(jī)等設(shè)備，目前正處于試制階段。四、我國(guó)綜采技術(shù)發(fā)展中存在的問(wèn)題（1）我國(guó)煤層賦存條件復(fù)雜，老礦井受生產(chǎn)系統(tǒng)制約，綜采效率難以發(fā)揮。我國(guó)大部分礦井井

20、型較小，生產(chǎn)系統(tǒng)不適應(yīng)集中生產(chǎn)的要求。巷道斷面小，支護(hù)質(zhì)量差，掘進(jìn)設(shè)備落后，進(jìn)度慢，運(yùn)輸系統(tǒng)環(huán)節(jié)多，輔助運(yùn)輸落后。工作面長(zhǎng)度、采煤機(jī)截深、采區(qū)長(zhǎng)度等工作面參數(shù)都比較小。（2）職工隊(duì)伍素質(zhì)差，許多綜采隊(duì)以農(nóng)民輪換工為主，文化基礎(chǔ)差，隊(duì)伍不穩(wěn)定。管理水平低，管理模式落后，管理層次多，扯皮現(xiàn)象嚴(yán)重。（3）煤炭企業(yè)普遍經(jīng)濟(jì)效益較差，負(fù)擔(dān)重，技術(shù)改造任務(wù)難度大，資金投入嚴(yán)重不中，以致發(fā)展后勁不足，一些礦井沒(méi)有設(shè)備更新能力，機(jī)械給出現(xiàn)倒退局面。（4）小煤窯濫采濫挖現(xiàn)象嚴(yán)重。一方面造成對(duì)國(guó)有煤礦的市場(chǎng)沖擊，成為影響綜采發(fā)展的一個(gè)消極因素。（5）科研投入嚴(yán)重不足?？蒲袉挝粍?chuàng)收成為主要目標(biāo)，技術(shù)攻關(guān)力量不足，科

21、研成果低水平循環(huán)現(xiàn)象嚴(yán)重。（6）由于受價(jià)格和基礎(chǔ)工業(yè)水平的影響，我國(guó)煤機(jī)制造質(zhì)量、產(chǎn)品性能和可靠性距世界先進(jìn)水平還有較大差距。特別是采煤機(jī)、工作面輸送機(jī)、液壓支架電液控制技術(shù)、采區(qū)供電技術(shù)、工況監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)及自動(dòng)化技術(shù)等，與國(guó)際先進(jìn)水平相比不存在較大差距1.3綜采礦井生產(chǎn)環(huán)節(jié)的合理配套3綜采礦井生產(chǎn)系統(tǒng)配套設(shè)備，除包括直接與綜采工作面刮板輸送機(jī)連接的順槽轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)及帶式輸送機(jī)外，還應(yīng)包括提升設(shè)備、掘進(jìn)及支護(hù)設(shè)備、工作面供電設(shè)備、通風(fēng)排水設(shè)備等。要保證綜采工作面設(shè)備效能的充分發(fā)揮，必須保還生產(chǎn)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)具有足夠的通過(guò)能力和適應(yīng)能力。即要保證提升能力大于運(yùn)輸環(huán)節(jié)能力，運(yùn)輸環(huán)節(jié)能力大于工作

22、面生產(chǎn)能力；要保證掘進(jìn)速度、通風(fēng)能力與供電能力適應(yīng)廣工作面實(shí)際需求。掘進(jìn)速度跟不上綜采工作面的推進(jìn)速度是一個(gè)大問(wèn)題。礦井的不合理布局必然導(dǎo)致巷道掘進(jìn)量的增加。美國(guó)將主并、副井直接布置在可采煤田中不僅大大減少巷道掘進(jìn)量(無(wú)巖巷掘進(jìn))，而且簡(jiǎn)化了運(yùn)輸系統(tǒng)。目前我國(guó)采掘嚴(yán)重失調(diào)的主要原因就是掘進(jìn)機(jī)械化作業(yè)中，支護(hù)作業(yè)未能實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，須盡快推廣掘進(jìn)支護(hù)“錨桿化”。錨桿支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用，不僅可以提高掘進(jìn)速度，改善巷道支護(hù)質(zhì)量，減少輔助作業(yè)時(shí)間，而且解決了綜采工作面的端頭支護(hù)問(wèn)題。有的煤礦兩個(gè)工作面共用一套運(yùn)輸系統(tǒng)，造成產(chǎn)運(yùn)不相適應(yīng)的矛盾。主運(yùn)輸系統(tǒng)的運(yùn)輸能力一般偏低，不能與高產(chǎn)高效綜采工作面生產(chǎn)能力相匹配

23、，故須對(duì)現(xiàn)有它運(yùn)輸設(shè)備進(jìn)行改造。如皮帶輸送機(jī)應(yīng)實(shí)現(xiàn)自移機(jī)尾、閉環(huán)控制張緊裝置的功能。又如占有90以上的交流拖動(dòng)提升應(yīng)采用Pc控制技術(shù)。這些技術(shù)措施的實(shí)施，不僅提高了運(yùn)輸能力相提升能力，而巳會(huì)帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益。1.4液壓支架的應(yīng)用和意義4隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，國(guó)民經(jīng)濟(jì)對(duì)煤炭需要量的日益增加，煤礦開(kāi)采，特別是采煤工作面的生產(chǎn)技術(shù)面貌發(fā)生了巨大的變化。自1954年英國(guó)裝備了世界上第一個(gè)液壓支架工作面開(kāi)始，采煤技術(shù)實(shí)現(xiàn)了綜合機(jī)械化。綜合機(jī)械化。就是工作面采煤、運(yùn)輸和支護(hù)三大主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)都是現(xiàn)機(jī)械化。也就是說(shuō)，采用滾筒式或刨削式等采煤機(jī)械落煤與裝煤；工作面重型可彎曲運(yùn)輸機(jī)，以及與之適應(yīng)的順槽轉(zhuǎn)載機(jī)和

24、可伸縮皮帶運(yùn)輸機(jī)等運(yùn)煤；自移式液壓支架支護(hù)和管理頂板。這幾種設(shè)備相互配合，組成了綜合機(jī)械化采煤設(shè)備。液壓支架是以高壓液體為動(dòng)力，由若干液壓元件（油缸和閥件）與一些金屬結(jié)構(gòu)件組合而成的一種支撐和控制頂板的采煤工作面設(shè)備，能實(shí)現(xiàn)支撐、降落移架和推移運(yùn)輸機(jī)等一整套工序。液壓支架技術(shù)上先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)上合理，安全上可靠，當(dāng)前世界各國(guó)都在不斷地提高采煤工作面的綜合機(jī)械化水平。我國(guó)于1964年開(kāi)始研制液壓支架，到目前已經(jīng)取得可較好的效果。1974年以來(lái)，從西德、英國(guó)、蘇聯(lián)和波蘭等國(guó)引進(jìn)了許多不同類(lèi)型的液壓支架。實(shí)踐證明，液壓支架具有強(qiáng)度高、支護(hù)性能好、移設(shè)速度快、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，能使采煤工作面達(dá)到高產(chǎn)量、高回采

25、率和高工效，能大大減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，降低成本和掘進(jìn)率，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。1.5綜采工作面的布置和循環(huán)工作過(guò)程9綜合機(jī)械化采煤設(shè)備在工作面的布置情況如圖11所示，其中主要設(shè)備有：進(jìn)行落煤和裝煤工作的滾筒式采煤機(jī)1（也可用刨煤機(jī)）；完成工作面用煤工序的可彎曲刮板運(yùn)輸機(jī)5和順槽運(yùn)輸設(shè)備（轉(zhuǎn)載機(jī)4與可伸縮皮帶運(yùn)輸機(jī)3），用于支護(hù)頂板的工作面支架2和端頭支架10、11，設(shè)在下順槽的乳化液泵站（包括乳化液8和乳化液箱9），以及由乳化液泵站引入工作面的主進(jìn)管6和回液管7等。各種綜采工作面的布置方式基本相同，只是設(shè)備和使用條件的不同略有差異。上述各種設(shè)備在回采工作面中，按一定的生產(chǎn)工藝流程協(xié)調(diào)的進(jìn)行工作，發(fā)揮著各自的

26、效能。綜采工作面的生產(chǎn)過(guò)程比較單一，只有采煤、移架、推溜三項(xiàng)主要工序，而這三項(xiàng)工序的組合，可以是采煤移架推溜也可以是采煤推溜移架。前者隨采煤機(jī)后緊接移架，及時(shí)支護(hù)頂板，稱(chēng)及時(shí)支護(hù)方式。后者推溜后在移架，稱(chēng)滯后支護(hù)方式，現(xiàn)在以采用先移架，后推溜工作方式的總采面為例，說(shuō)明他的循環(huán)工作過(guò)程（見(jiàn)圖11）：A-A斷面表示采煤機(jī)截割前狀態(tài)，此時(shí)，運(yùn)煤機(jī)緊靠煤壁，移架裝置處于伸出狀態(tài)，支架相對(duì)于運(yùn)輸機(jī)退后一個(gè)步距。B-B斷面表示采煤機(jī)截割后狀態(tài)，這時(shí)支架頂梁端與煤壁之間的頂板裸露，需要及時(shí)支護(hù)。C-C斷面表示采移架后狀態(tài)，采煤機(jī)截割后接著把支架移至緊靠運(yùn)輸機(jī)的位置，并升柱撐緊，以便及時(shí)支護(hù)新暴露的頂板，移架

27、步距一般600mm，它必須與采煤機(jī)的截割深度相配合。D-D斷面表示推移運(yùn)輸機(jī)后狀態(tài)，隨著采煤機(jī)的不斷截割前進(jìn)，滯后采煤機(jī)約1012m左右，把運(yùn)輸機(jī)推至煤壁前的新機(jī)道上。由此可知，這個(gè)綜采工作面的回采工藝流程是采煤、移架和推溜。沿工作面全長(zhǎng)，每完成一個(gè)流程，即采煤機(jī) 割一刀，液壓支架和工作面運(yùn)輸機(jī)前進(jìn)一次，稱(chēng)為一個(gè)循環(huán)。綜采工作面的生產(chǎn)過(guò)程，就是按此循環(huán)工作不斷進(jìn)行的過(guò)程。 1.6液壓支架的組成5圖12為液壓支架的一種典型結(jié)構(gòu)，它由頂梁（包括前梁1和主梁2）、支柱5、掩護(hù)梁4、底座8、推移裝置9、閥件、管路系統(tǒng)、連接部件及各種附屬裝置等組成。頂梁和底座通過(guò)數(shù)根支柱支撐在頂?shù)装逯g，構(gòu)成一個(gè)可以活

28、動(dòng)的承載構(gòu)件，支護(hù)頂板，維護(hù)工作空間。綜合各種類(lèi)型液壓支架的結(jié)構(gòu)它的組成可歸結(jié)為承載結(jié)構(gòu)件、動(dòng)力油缸、控制操縱元件、輔助裝置和工作液體五部分。（一）承載結(jié)構(gòu)件：包括頂梁、掩護(hù)梁和底座等。1.頂梁：直接與頂板（包括鎂錠、分層假頂?shù)龋┫嘟佑|，并承受頂板巖石載荷的支架部件叫頂梁。它也為支柱、掩護(hù)梁和擋矸裝置等提供連接點(diǎn)。3.底座：直接和底板（包括分層煤底等）相接觸，傳遞頂板壓力到底板的支架部件叫底座。底座除為支柱、掩護(hù)梁提供連接點(diǎn)外，還要安設(shè)千斤頂?shù)炔考?。（二）?dòng)力油缸：包括支柱和各種千斤頂1.支柱：支架上凡是支撐在頂梁（或掩護(hù)梁）和底座只間，直接和間接承受頂板載荷的主要油缸叫支柱。支柱是支架的主要

29、承載部件，支架的支撐力和支撐高度，主要取決于支柱的結(jié)構(gòu)和性能。2.千斤頂：支架上除支柱以外的各種油缸都叫千斤頂，如前梁千斤頂、推移千斤頂、調(diào)架千斤頂，還有平衡、復(fù)位、側(cè)推和護(hù)幫千斤頂，完成著推移運(yùn)輸機(jī)、移設(shè)支架和支架的調(diào)整等各項(xiàng)動(dòng)作。（三）控制操縱元件：包括控制閥（即液控單向閥和安全閥）、操縱閥等各種閥件和管件。這些元件是保證支架獲得足夠的支撐力、良好的工作特性以及實(shí)現(xiàn)預(yù)定動(dòng)作所需的液壓元件，它的種類(lèi)和數(shù)量，隨支架結(jié)構(gòu)和動(dòng)作要求的不同而異。（四）輔助裝置：支架上除上述三項(xiàng)構(gòu)件以外的其它構(gòu)件，都可歸入輔助裝置，它包括推移裝置、復(fù)位裝置、擋矸裝置、護(hù)幫裝置、防倒防滑裝置、照明和其它附屬裝置等。（五

30、）工作液體：這時(shí)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。1.7液壓支架的工作原理（一）液壓支架自動(dòng)移設(shè)的原理：液壓支架以高壓液體為動(dòng)力，通過(guò)各種動(dòng)力油缸的伸縮，使支架完成升起、降落、行走和推移運(yùn)輸機(jī)等各種動(dòng)作，以便支架隨工作面不斷推進(jìn)而反復(fù)支撐、前移和調(diào)整。圖13是一個(gè)最簡(jiǎn)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(guò)程分別加以敘述。1.降柱：當(dāng)旋轉(zhuǎn)式操縱閥轉(zhuǎn)到降柱位置，打開(kāi)供液閥時(shí)，高壓液體由主進(jìn)液管經(jīng)操縱閥和油管，進(jìn)入支柱活塞桿腔，同時(shí)也進(jìn)入液控單向閥的控制管路，打開(kāi)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，流回主回液

31、管，支柱卸載下降。2.移架：液壓支架卸載后，操縱閥轉(zhuǎn)到移架位置，打開(kāi)供液閥時(shí)，高壓液體由主進(jìn)液管經(jīng)操縱閥和油管進(jìn)入到推壓千斤頂?shù)幕钊麠U腔，同時(shí)也進(jìn)入液控油路，打開(kāi)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，推移千斤頂收縮，以運(yùn)輸機(jī)為支點(diǎn)，拉架前移。運(yùn)輸機(jī)靠相鄰的推移千斤頂來(lái)固定，千斤頂由液控單項(xiàng)閥緊鎖。3升柱:液壓支架移到新的位置后，應(yīng)及時(shí)升柱，以支撐新暴露的頂板。操縱閥轉(zhuǎn)到升柱位置，打開(kāi)供液閥，高壓液體由主進(jìn)液管進(jìn)入，經(jīng)操縱閥到液控單向閥，進(jìn)入到推移千斤頂?shù)幕钊麠U腔，支柱活塞矸腔的油液，同時(shí)也進(jìn)入液控油路，經(jīng)油管和操縱閥流回主回液管，活塞和頂梁升起，支撐頂板。4.推移運(yùn)

32、輸機(jī):當(dāng)液壓支架前移并重新支撐后，操縱閥轉(zhuǎn)到推移位置，打開(kāi)供液閥時(shí)，高壓液體由主進(jìn)液管經(jīng)操縱閥、液控單向閥進(jìn)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(diǎn)，把運(yùn)輸機(jī)推移到新的工作位置。在實(shí)際生產(chǎn)中，對(duì)于具體支架的動(dòng)作，根據(jù)該支架的結(jié)構(gòu)和需要來(lái)確定。3. （二）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(gè)工作階段。1. 初撐增阻階段：在升柱過(guò)程中，從頂梁接觸頂板起，至支柱活塞腔的油液壓力達(dá)到泵站的工作壓力時(shí)，松開(kāi)手把，停止供液，液控單向閥立即關(guān)閉，閥球封閉了支柱活

33、塞腔的油液，這就是支架的初撐階段。此時(shí)支柱和支架對(duì)頂板產(chǎn)生的支撐力稱(chēng)為初撐力。支柱初撐力：支架初撐力：式中：泵站的工作壓力（公斤/l厘米2）D支柱缸體徑經(jīng)（厘米）n每架支架的支柱數(shù)支撐效率（垜式支架1）支架初撐力的大小，取決于泵站的工作壓力，支架支柱數(shù)和支柱缸體的內(nèi)徑以及架型等。實(shí)際上支柱初撐后，活塞腔的油液壓力由于阻力損失、操作情況和閥的靈敏度等原因，往往低于泵站工作壓力。2. 承載增阻階段：支架初撐后，隨頂板的下沉，支柱活塞腔被封閉的油液受到壓縮，油液壓力繼續(xù)升高，呈現(xiàn)承載增阻狀態(tài)。這時(shí)由于支柱缸徑增大，油液被壓縮而體積縮小，即使乳化液沒(méi)有任何漏損，安全閥并未動(dòng)作卸載，支柱總長(zhǎng)度也降縮短。

34、這個(gè)縮短量可用下式計(jì)算：式中：支柱由初撐力起到達(dá)工作阻力時(shí)，支柱內(nèi)壓力得增值（公斤/l厘米2）乳化液的體積壓縮系數(shù)，近似取水的壓縮系數(shù)0.0000475支柱內(nèi)壁壓縮液柱的高度（厘米）鋼材的彈性系數(shù)（公斤/l厘米2）剛才的泊松比 0.28D支柱缸體外徑（厘米）d支柱缸體內(nèi)徑（厘米）這個(gè)縮短量是有彈性的，如果作用在支柱上的載荷，反過(guò)來(lái)從工作阻力減小到初撐力時(shí)，支柱仍會(huì)恢復(fù)到原來(lái)的長(zhǎng)度。因此，這個(gè)支柱長(zhǎng)度上的縮短量，稱(chēng)為支柱的彈性可縮量。根據(jù)開(kāi)灤局井下實(shí)測(cè)，在各種不同的初撐力、工作阻力喝才高的情況下，MZ-1928型支柱的彈性可縮量在610mm范圍內(nèi)。這個(gè)彈性可縮量會(huì)使支柱工作還未達(dá)到工作阻力之前，

35、就造成頂板的下沉，有可能使巖石離層，對(duì)頂板管理是不利的。經(jīng)試驗(yàn)證明，減小支柱的彈性可縮量，對(duì)改善頂板管理起著重要的作用。具體措施是，使用高壓乳化液泵，提高支柱初撐力；改善單向閥的質(zhì)量，要能及時(shí)關(guān)閉也路；注意操作方法，使支柱下腔盡可能達(dá)到泵站的工作壓力。3. 恒阻階段：支架承載后，如果完全支撐住頂板，不允許頂板下沉，需要有強(qiáng)大的支撐力。在實(shí)際生產(chǎn)中，由于頂板壓力有時(shí)相當(dāng)巨大，想設(shè)計(jì)出能抗住巨大頂板壓力，而一點(diǎn)也不讓壓的支架是及困難的，實(shí)際上也沒(méi)有這種必要。 都使支架能隨頂板下沉?xí)r，有一定的可縮量，但又保持一定的支撐力不敢于使頂板任意下沉而造成破壞冒落。要求支架即具有一定的支撐力，又具有可縮性。液

36、壓支架的這種特性，是由支柱的安全閥來(lái)控制的。在頂板壓力增大時(shí)，支柱活塞腔被封閉的油液壓力就迅速升高，當(dāng)壓力值超過(guò)安全閥的動(dòng)作壓力時(shí)，支柱活塞腔的高壓液體經(jīng)安全閥泄出，支柱降縮，支柱活塞腔的液體壓力減小，這就是支架的“讓壓” 特性；當(dāng)壓力小于安全閥的動(dòng)作壓力時(shí)，安全閥又關(guān)閉，停止卸液，支柱活塞腔的液體又被封閉，支架恢復(fù)正常工作。由于安全閥動(dòng)作壓力的限制，支柱呈現(xiàn)出恒阻特性，此時(shí)支柱和支架承受的最大載荷稱(chēng)為工作阻力。支柱工作阻力： 支架工作阻力： 式中：安全閥的動(dòng)作壓力（公斤/厘米2）支架的工作阻力取決于安全閥的動(dòng)作壓力、支架支柱數(shù)、支柱缸體內(nèi)徑和架型等。安全閥使支柱具有恒定的設(shè)計(jì)工作阻力，同時(shí)又

37、使支柱在承受大于設(shè)計(jì)工作阻力的頂板壓力時(shí)，可隨頂板的下沉而下縮，這就是液壓支架的恒阻性和可縮性。未防止安全閥頻繁動(dòng)作而失效，應(yīng)使支架的工作阻力大于正常的頂板壓力，也就是說(shuō)，在工作生產(chǎn)過(guò)程中，支架還沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)工作阻力之前，就已前移到新的支撐位置。工作阻力是液壓支架的一個(gè)基本參數(shù)，用來(lái)表示支架支撐力的大小。但是，由于支架的頂梁長(zhǎng)短和間距大小不同，并不能完全反應(yīng)支架對(duì)頂板的支撐力，因此常采用表示單位面積頂板上所受支架工作阻力值大小的支護(hù)強(qiáng)度參數(shù)，來(lái)比較支架的支護(hù)性能。圖1.4 支架的支撐承載過(guò)程支架支護(hù)強(qiáng)度： 式中：A支架的支護(hù)面積（米2）由上可知，支柱或支架工作時(shí)，其支撐力隨時(shí)間的變化是，支架升

38、起，頂梁開(kāi)始接觸頂板至液控單向閥關(guān)閉時(shí)的初撐增阻階段to，初撐結(jié)束至安全閥卸載前的承載增阻階段t1和安全閥出現(xiàn)重復(fù)卸載時(shí)的恒定階段t2。這種變化過(guò)程反應(yīng)了支架的支撐力和時(shí)間之間的關(guān)系（圖14）。圖中虛線表示，有些支架的支柱并未達(dá)到額定的工作阻力值就已降柱前移，支架前移后按原過(guò)程重新支撐。上述工作過(guò)程表明：液壓支架在額定工作阻力值以下工作時(shí)，具有增阻性，以保證支架頂板的有效支撐作用；當(dāng)支架支撐力超過(guò)額定工作阻力值時(shí)，支架隨頂板下沉而下縮，使支架保持恒定的工作阻力，即具有可縮性和恒阻性。支架本身的增阻性取決于液控單向閥和支柱的密封性能，可縮性和恒阻性則由安全閥的溢流性能決定。因此，液控安全閥、單向

39、閥、支柱這三個(gè)部件，是保證支架性能的關(guān)鍵元件。通過(guò)上述，對(duì)液壓支架的工結(jié)構(gòu)和工作原理的分析，可初步確定液壓支架。1.8液壓支架的分類(lèi)一、按支架和圍巖的相互作用，液壓支架可分為支撐式、掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式三類(lèi)。圖1.5 支撐式支架（一）支撐式支架：圖15是一種典型的支撐式支架，它有較長(zhǎng)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(jī)構(gòu)來(lái)保證，因此有堅(jiān)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(hù)工作空間，而頂板巖石則在頂梁后部切斷跨落。這種類(lèi)型的支架具有交大的支撐能力和良好的切頂性能，因此適應(yīng)于頂板堅(jiān)硬完整，周期壓力明顯或強(qiáng)烈，底板也較硬的煤層中。（二）掩護(hù)式支架：圖1

40、6是掩護(hù)式支架的典型結(jié)構(gòu)之一，它的頂梁較短，支柱一排，一般僅12根，多呈傾斜布置與掩護(hù)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(hù)梁只與冒落矸石相接觸，防止矸石涌入工作面，以維護(hù)一定的工作空間。這種類(lèi)型的支架，有良好的防矸掩護(hù)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。（三）支撐掩護(hù)式支架：支撐掩護(hù)式支架是介于支撐式和掩護(hù)式之間的一種架型。它的特點(diǎn)是，支柱兩排，每排12根，多呈傾斜布置，靠采空區(qū)一側(cè)，裝有掩護(hù)梁和四連桿機(jī)構(gòu)（見(jiàn)圖12）。這類(lèi)支架靠支撐和掩護(hù)作用來(lái)維護(hù)工作空間，兼有支撐式和掩護(hù)式支架的優(yōu)點(diǎn)，適用于頂板穩(wěn)定和中等穩(wěn)定，有較明顯的周期壓力，底板中等穩(wěn)定的煤層中

41、。支撐式、掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式等三類(lèi)支架中，對(duì)照采煤工藝對(duì)支架的要求來(lái)看，掩護(hù)式支架具有很多特點(diǎn)和較廣的適用范圍。雖然掩護(hù)式支架單位工作面長(zhǎng)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(duì)頂板進(jìn)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(hù)需要；支架本身為一定的運(yùn)動(dòng)機(jī)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(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，管理維修容易；支架調(diào)高范圍較大，對(duì)煤層厚度變化的適應(yīng)性強(qiáng)。所以，掩護(hù)式支架在使用中已取的良好的經(jīng)濟(jì)效果，使用范圍正在擴(kuò)大。二、按移動(dòng)方式，液壓支架可分為整體自移式和邁進(jìn)式兩類(lèi)。（一）整體自移式：支架成整體結(jié)構(gòu)，因而整體移動(dòng)。掩

42、護(hù)式，和部分支撐式支架，均采用這種移架方式。圖1.6 掩護(hù)式支架（二）邁進(jìn)式：邁進(jìn)式支架又可分為交互前移式和提步前移式兩種。1.交互前移式支架，是利用主副架護(hù)為著力點(diǎn)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。2.提步前移式支架，是采取頂梁不大量下降，提腿跨步的方式。例如，蘇2M-81型支撐掩護(hù)式支架，移架時(shí)沿著支撐柱頂板的臨架頂梁推移。還有一種是滑行頂梁式支架，移架時(shí)本架頂梁在內(nèi)部滑移。三、根據(jù)使用地點(diǎn)的不同，液壓支架又可分為工作面支架和端頭支架兩類(lèi)。上述各類(lèi)支架均為工作面支架，用來(lái)支護(hù)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(jī)械

43、設(shè)備較多，需要占有的工作空間大，同時(shí)又是人員的安全出口，要求端頭支架能很好的和各設(shè)備相配合，達(dá)到有效的支護(hù)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。1.9采煤工作面對(duì)液壓支架的設(shè)計(jì)要求 為了滿(mǎn)足長(zhǎng)臂工作面的生產(chǎn)要求對(duì)液壓支架提出了以下要求：1.能有效的控制頂板。具體有這些要求：能適應(yīng)頂板下沉、來(lái)壓及冒落的特性；能防支架前方與上方冒頂；不應(yīng)出現(xiàn)陷底而影響性能與移架。2.保證安全的工作空間。具體要求如下：有寬敞的工作空間；能很好的防矸、排矸；能良好的通風(fēng)、照明、通訊、防塵、防火。3.應(yīng)該適應(yīng)煤層地址條件變化。要求支架有足夠的調(diào)高范圍；適應(yīng)不平頂?shù)装?、臺(tái)階和斷層等條件；適應(yīng)煤層傾角變化。

44、4.能夠保證正常的生產(chǎn)循環(huán)。也就是說(shuō)應(yīng)保證正常移架、推溜；能與采煤、運(yùn)輸?shù)裙に嚋?zhǔn)確配合；運(yùn)輸，安裝，搬家方便；還得便于維修。5.最后對(duì)于投資者來(lái)說(shuō)，應(yīng)該保證初期投資低、維修費(fèi)用低。本文做的主要工作：畢業(yè)設(shè)計(jì)名稱(chēng)：放頂煤液壓支架設(shè)計(jì)。參數(shù)如下：（1）要求工作阻力500t；（2）最大采高4.5m。本次設(shè)計(jì)主要工作如下：四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、主要結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、液壓支架整體受力分析、各主要結(jié)構(gòu)件的受力分析及強(qiáng)度校核。第2章 液壓支架整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1支架主要尺寸的確定支架的高度7一般首先確定支架適用煤層的平均采高，然后確定支架高度。支架的最大高度與最小高度的之差為支架的調(diào)高范圍。調(diào)高范圍越大，支架的適

45、用范圍越廣，但過(guò)大的調(diào)高范圍會(huì)給支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)造成困難，可靠性降低。 (mm) (2-1) (mm) (2-2)式中：支架最大高度（mm）； 支架最小高度（mm）； 最大采高（mm）； 最小采高（mm）；S1考慮偽頂冒落的最大厚度。大采高支架取200400 mm，中厚煤層支架取200300mm，薄煤層支架取100200mm；S2考慮周期來(lái)壓時(shí)的下沉量、移架時(shí)支架的下降量和頂梁上、底板下的浮矸之和。薄煤層支架取150250mm，中厚煤層支架取300400mm。本設(shè)計(jì)最大采高4500mm,取支架最大高度:45002004700mm （2-3）由于此次設(shè)計(jì)對(duì)最小采高無(wú)具體限制，并且放頂煤液壓支架的調(diào)高

46、范圍無(wú)需太大，取支架的調(diào)高范圍為1500mm,則支架的最小高度:470015003200mm （2-4）確定支架的最小高度時(shí)還應(yīng)考慮井下的允許運(yùn)輸高度。支架的伸縮比支架的伸縮比系指其最大高度與最小高度之比值。即： （2-5）Ks反映支架對(duì)煤層厚度的適應(yīng)能力，采用單伸縮立柱Ks值一般為1.6左右；若進(jìn)一步提高伸縮比，需采用帶機(jī)械加長(zhǎng)桿的立柱或雙伸縮立柱，Ks值一般為2.5左右。支架間距所謂支架間距，就是相鄰兩支架中心之間的距離。用bc表示。支架間距bc要根據(jù)支架型式來(lái)確定，但由于每架支架的推移千斤頂都與工作面輸送機(jī)的一節(jié)溜槽相連，因此目前主要根據(jù)刮板輸送機(jī)溜槽每節(jié)長(zhǎng)度及槽幫上千斤頂連接塊的位置來(lái)

47、確定，我國(guó)刮板運(yùn)輸機(jī)溜槽每節(jié)長(zhǎng)度通常為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(jì)取bc=1.5 m支架寬度 支架寬度是指頂梁的最小和最大寬度。寬度的確定應(yīng)考慮支架的運(yùn)輸、安裝和調(diào)架要求。支架頂梁一般裝有活動(dòng)側(cè)護(hù)板，側(cè)護(hù)板行程一般為150200mm。其中寬面頂梁一般為1200mm1500mm，節(jié)式支架一般為400mm600mm。本次設(shè)計(jì)取支架頂梁的最小寬度為1380mm,最大寬度為1550mm,亦即頂梁側(cè)護(hù)板側(cè)推千斤頂?shù)男谐倘?70mm。底座長(zhǎng)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(jì)支架的底座長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面

48、：支架對(duì)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(hù)式支架的底座長(zhǎng)度取3.5倍的移架步距，即2.1m左右；支撐掩護(hù)式支架對(duì)底座長(zhǎng)度取4倍的移架步距，即2.4m左右?？紤]本支架用四立柱，本次設(shè)計(jì)底座為3230mm。2.2支架四連桿機(jī)構(gòu)的確定四連桿機(jī)構(gòu)的作用101梁端護(hù)頂 鑒于四連桿機(jī)構(gòu)可使托梁鉸接點(diǎn)呈雙紐線運(yùn)動(dòng)，故可選定雙紐線的近似直線部分作為托梁鉸接點(diǎn)適應(yīng)采高的變化范圍。這樣可使托梁鉸接點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)與煤壁接近于保持等距，當(dāng)梁端距處于允許值范圍之內(nèi)時(shí)，借此可以保證梁端頂板維護(hù)良好。2擋矸 鑒于組成四連

49、桿機(jī)構(gòu)的掩護(hù)梁既是連接件，又是承載件8，為了承受采空區(qū)內(nèi)破碎巖石所賦予的載荷，掩護(hù)梁一般做成整體箱形結(jié)構(gòu)，具有一定強(qiáng)度。由于它處在隔離采空區(qū)的位置，故可以起到良好的擋矸作用。3抵抗水平力 觀測(cè)表明：綜采面給予支架的外載，不但有垂直于煤層頂板的分力，而且還有沿巖層層面指向采空區(qū)方向（或指向煤壁方向）的分力，這個(gè)水平推力由液壓支架的四連桿機(jī)構(gòu)承受，從而避免了立柱因承受水平分力而造成立柱彎曲變形。4提高支架穩(wěn)定性 鑒于四連桿機(jī)構(gòu)將液壓支架連成一個(gè)重量較大的整體，在支架承載階段，其穩(wěn)定程度較高。四連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求1.支架高度在最大和最小范圍內(nèi)變化時(shí)，如圖2.1所示，頂梁端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的最大寬度應(yīng)小于或

50、等于70mm，最好為30mm以下。2.支架在最高位置時(shí)和最低位置時(shí)，頂梁與掩護(hù)梁的夾角和后連桿與底平面的夾角，如圖2.1所示，應(yīng)滿(mǎn)足如下要求：支架在最高位置時(shí)，5262，7585；支架在最低位置時(shí)，為有利于矸石下滑，防止矸石停留在掩護(hù)梁上，根據(jù)物理學(xué)摩擦理論可知，要求，如果鋼和矸石的摩擦系數(shù)=0.3，則=16.7。為了安全可靠，最低工作位置應(yīng)使25為宜。而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2530，在特殊情況下需要角度較小時(shí)，可提高后連桿下鉸點(diǎn)的高度。3.從圖2.1中可知，掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn)和瞬時(shí)中心O之間的連線與水平線夾角為。設(shè)計(jì)時(shí)，

51、要使角滿(mǎn)足的范圍，其原因是角直接影響支架承受附加力的數(shù)值大小。4.應(yīng)取頂梁前端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡雙扭線向前凸的一段為支架工作段，如圖2.1所示的h段。其原因?yàn)楫?dāng)頂板來(lái)壓時(shí)，立柱讓壓下縮，使頂梁有向前移的趨勢(shì)，可防止巖石向后移動(dòng)，又可以使作用在頂梁上的摩擦力指向采空區(qū)。同時(shí)底板阻止底座向后移，使整個(gè)支架產(chǎn)生順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)，從而增加了頂梁前端的支護(hù)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)減小，所以減輕了掩護(hù)梁的外負(fù)荷。圖2.1四連桿機(jī)構(gòu)幾何特征圖從以上分析可知，為使支架受力合理和工作可靠，在設(shè)計(jì)四連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)軌跡時(shí)，應(yīng)盡量使值減小，取雙扭線向前凸的一

52、段為支架工作段。所以，當(dāng)已知掩護(hù)梁和后連桿的長(zhǎng)度后，從這個(gè)觀點(diǎn)出發(fā)，在設(shè)計(jì)時(shí)只要把掩護(hù)梁和后連桿簡(jiǎn)化成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，運(yùn)用作圖法就可以了，如圖2.2。圖2.2掩護(hù)梁和后梁桿構(gòu)成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)23四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)12四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)的主要方法有：直接求解法、解析法、幾何作圖法等。本設(shè)計(jì)根據(jù)液壓支架尺寸關(guān)系采用幾何作圖法進(jìn)行計(jì)算，如圖2.3。圖2.3液壓支架尺寸關(guān)系掩護(hù)梁和后連桿長(zhǎng)度的確定 用解析法來(lái)確定掩護(hù)梁和后連桿的長(zhǎng)度，如圖3-8所示。圖2-4 掩護(hù)梁和后連桿計(jì)算圖設(shè)： G掩護(hù)梁長(zhǎng)度（mm）;A后連桿長(zhǎng)度（mm）;其中：P1支架最高位置時(shí)，掩護(hù)梁與頂梁夾角(度);P2支架最低位置時(shí)，掩護(hù)梁與頂梁

53、夾角(度);Q1支架最高位置時(shí)，后連桿與底平面夾角（度）;Q2支架最低位置時(shí)，后連桿與底平面夾角（度）;按四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征要求，選定，由于支架型式不同，對(duì)于掩護(hù)式支架,一般A/G的比值按以下范圍來(lái)?。篈/G=0.450.61,取A/G=0.58。支架在最高位置時(shí)有： （2-6）H1=4700-900-400=3400mm因此掩護(hù)梁長(zhǎng)度為：=2522.255mm （2-7）后連桿長(zhǎng)度為：A=G(A/G) = 1462.908 mm取整得： G=2522mm A=1463mm 2.3.2幾何作圖法作圖過(guò)程用幾何作圖法確定四連桿機(jī)構(gòu)的各部尺寸，具體作法如圖2-5所示。具體作圖步驟如下：1)確定后

54、連桿下鉸點(diǎn)O點(diǎn)的位置，使它比底座面略高9002)過(guò)O點(diǎn)作與底座面平行的水平線HH線。3)過(guò)O點(diǎn)作與HH線的夾角為Q1的斜線。4)在此斜線截取線段，長(zhǎng)度等于A=1463mm,a點(diǎn)為支架在最高位置時(shí)后連桿與掩護(hù)梁的鉸點(diǎn)。5)過(guò)a點(diǎn)作與HH線有交角P1的斜線，以a點(diǎn)為圓心，以G點(diǎn)為半徑作弧交斜線一點(diǎn)E,此點(diǎn)為掩護(hù)梁與頂梁的鉸點(diǎn)。6)過(guò)E點(diǎn)作HH線的平行線，則H-H線與FF線的距離為H1，為液壓支架的最高位置時(shí)的計(jì)算高度。7)以a點(diǎn)為圓心，以0.22G=554.84mm圓整為555mm長(zhǎng)度為半徑作弧，在掩護(hù)梁上交一點(diǎn)b,為前連桿上鉸點(diǎn)的位置。8)作點(diǎn)E2距E點(diǎn)1500mm,此為支架在最低位置時(shí)，頂梁與

55、掩護(hù)梁的鉸點(diǎn)。9) 以E2點(diǎn)為圓心，掩護(hù)梁長(zhǎng)為半徑，以o為圓心，作為半徑圓弧.相交于a2 點(diǎn)，oa2的長(zhǎng)度等于A，a2點(diǎn)為支架降到最低位置時(shí)，掩護(hù)梁與后連桿的鉸點(diǎn)。10)以a2為圓心以0.22G長(zhǎng)度為半徑作弧，在掩護(hù)梁上交一點(diǎn)b2，為支架在最低位置時(shí)前連桿上鉸點(diǎn)的位置。11)取2線之間一點(diǎn)e1為液壓支架降到此高度時(shí)掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn)。12)以O(shè)為圓心，為半徑圓弧。13)以e1點(diǎn)為圓心，掩護(hù)梁長(zhǎng)為半徑作弧，交前圓弧上一點(diǎn)a1，以點(diǎn)為液壓支架降到中間某一位置時(shí)，掩護(hù)梁與后連桿的鉸點(diǎn)。14)以1連線，并以a1點(diǎn)為圓心，以0.22G長(zhǎng)度為半徑作弧，交1上一點(diǎn)b1點(diǎn)。則b， b1,b2三點(diǎn)為液壓支架在三個(gè)位置時(shí) ，前連桿上鉸點(diǎn)。15)由b， b1,b2三點(diǎn)確定的圓心C，為前連桿下鉸點(diǎn)位置。16)過(guò)C點(diǎn)HH線作垂線，交點(diǎn)d，則線段,和為液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)。17)按以上初步求出的四連桿機(jī)構(gòu)的幾何尺寸，再用幾何作圖法畫(huà)出液壓支架掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn)e1的運(yùn)動(dòng)軌跡，只要逐步變化四連桿機(jī)構(gòu)的幾何尺寸，便可以畫(huà)出不同的曲線，再按四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征進(jìn)行校核，最終選出較優(yōu)的四連桿機(jī)構(gòu)尺寸。圖2-5 液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)的幾何作圖法結(jié)論：后連桿長(zhǎng)度A=1463mm 掩護(hù)梁長(zhǎng)度G=2522mm 前連桿長(zhǎng)度C=1543mm 前