液壓支架支護(hù)和控制頂板設(shè)計(jì)研究

1、摘 要為了有效地支護(hù)和控制頂板，必須設(shè)計(jì)出不同類(lèi)型和不同結(jié)構(gòu)尺寸的液壓支架。液壓支架的設(shè)計(jì)工作是十分重要的，因?yàn)樗軜O大地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，被廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代化礦山的機(jī)械化工作面。本文簡(jiǎn)單介紹了支撐式、掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式液壓支架的特點(diǎn)；概括地說(shuō)明了掩護(hù)式液壓支架的技術(shù)參數(shù)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理和應(yīng)用范圍；闡述了四連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)越性。首先，根據(jù)給定條件進(jìn)行比較分析，選擇一種比較合理的方案，然后，根據(jù)工作條件，選擇并確定支架的主要參數(shù)及支架各部分結(jié)構(gòu)。在支架受力分析中，主要分析頂梁、掩護(hù)梁、底座等的受力情況，并根據(jù)受力確定各部件的結(jié)構(gòu)尺寸，對(duì)其進(jìn)行了強(qiáng)度校核。本文設(shè)計(jì)的液壓支架穩(wěn)定性好、整體性強(qiáng)、安全性

2、高，符合安全生產(chǎn)的要求。關(guān)鍵詞: 液壓支架; 結(jié)構(gòu); 強(qiáng)度;掩護(hù)式AbstractTo protect and control crest plank effectively，we have to design hydraulic supports that belong to different types and different structure sizes. The design work of hydraulic support is very important. Because it can raise labor productivity greatly, broadly

3、used in the modern mechanized mining face.This text simply introduces the characteristic of holding support, shield support and holding-shield support. It explains generally the technique parameters, the structure characteristics, work principle and applications of shield support. It also expounds t

4、he superiority of the four linkage bar. Firstly, it compares and analyses according to the given conditions, selects a more reasonable program. Then according to work conditions, this design chooses and decides supports main parameters and the structure of all the parts of support and then selects t

5、he appropriate hydraulic system that it fits the support. In the accepting-strength analysis of support, Analysis mainly accepting-strength status of roof beam, covering beam and the base. Structure sizes of all components is decided according to accepting-strength status, and its intensity is check

6、ed.The hydraulic supports this text designs whose stability is good, integrity is strong and security is high. It meets the requests of safe production.key words Support structure strength shield 目錄摘要IAbstractII第1章 緒論11.1 液壓支架發(fā)展概況11.2 國(guó)內(nèi)外支架的現(xiàn)狀與國(guó)外的差距11.2.1 國(guó)外液壓支架現(xiàn)狀11.2.2 國(guó)內(nèi)液壓支架現(xiàn)狀21.2.3 我國(guó)液壓支架與國(guó)外液壓支架存

7、在的差距41.3 液壓支架研究發(fā)展趨勢(shì)4第2章 液壓支架的使用及使用范圍62.1 液壓支架的分類(lèi)62.2 液壓支架的適用范圍62.3 掩護(hù)式液壓支架的分類(lèi)及結(jié)構(gòu)72.3.1 掩護(hù)式液壓支架的分類(lèi)72.3.2 掩護(hù)式液壓支架的整體結(jié)構(gòu)7第3章 液壓支架的工作原理83.1液壓支架的用途及適用原理83.1.1 液壓支架的用途83.1.2 液壓支架的動(dòng)作原理及它的特性曲線形式83.1.3 移架力大于推溜力的原因及實(shí)現(xiàn)方法93.2 液壓支架部件工作原理及要求103.2.1 作用在頂梁和底座上的摩擦力的產(chǎn)生原因及方向103.2.2 立柱在支架工作過(guò)程中的作用及對(duì)性能的要求103.2.3 液控單向閥在立柱和

8、推移千斤頂上的工作原理10第4章 設(shè)計(jì)方案124.1 設(shè)計(jì)方案的擬訂124.2 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)124.3 主要計(jì)算步驟12第5章 液壓支架的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)135.1液壓支架設(shè)計(jì)的基本要求和基本參數(shù)135.1.1 液壓支架的設(shè)計(jì)目的135.1.2 設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)液壓支架的基本要求135.1.3 設(shè)計(jì)液壓支架必需的基本參數(shù)145.1.4 本文做的主要工作145.2液壓支架的參數(shù)確定145.2.1 液壓支架高度的確定145.2.2 支架伸縮比的確定155.2.3 支架間距的確定155.2.4 支架寬度的確定155.2.5 底座寬度的確定155.2.6 頂梁長(zhǎng)度的確定165.2.7 移架力和推溜力的確定17

9、5.2.8 支護(hù)強(qiáng)度和支架載荷的確定175.2.9 工作阻力和頂板覆蓋率的確定185.2.10 初撐力的確定185.2.11 支架四連桿機(jī)構(gòu)的確定18第6章 掩護(hù)式液壓支架主要部件結(jié)構(gòu)尺寸236.1立柱的設(shè)計(jì)236.1.1 支架立柱數(shù)的確定236.1.2 立柱類(lèi)型的確定236.1.3 立柱的結(jié)構(gòu)236.1.4 立柱技術(shù)參數(shù)的確定246.1.5 立柱的初撐力和泵站額定工作壓力的確定256.1.6 安全閥壓力和立柱工作阻力的確定256.1.7 立柱柱窩位置的確定266.2 千斤頂?shù)脑O(shè)計(jì)296.2.1 千斤頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)296.2.2 各種千斤頂型號(hào)的確定296.3 頂梁的設(shè)計(jì)296.3.1頂梁的作用及設(shè)

10、計(jì)要求296.3.2頂梁的結(jié)構(gòu)及形式306.4 底座的設(shè)計(jì)306.4.1 底座的作用及設(shè)計(jì)要求306.4.2 底座的結(jié)構(gòu)形式316.5 掩護(hù)梁的設(shè)計(jì)316.5.1 掩護(hù)梁的作用及設(shè)計(jì)要求316.5.2 掩護(hù)梁的結(jié)構(gòu)形式316.6 前后連桿的設(shè)計(jì)316.6.1 前后連桿的作用及設(shè)計(jì)要求316.6.2 前后連桿的結(jié)構(gòu)326.7 側(cè)護(hù)板的設(shè)計(jì)326.7.1 頂梁側(cè)護(hù)板的結(jié)構(gòu)及作用326.7.2 掩護(hù)梁側(cè)護(hù)板的結(jié)構(gòu)及作用326.8 推移方式的設(shè)計(jì)326.9 護(hù)幫裝置與防倒防滑裝置的設(shè)計(jì)33第7章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)347.1 液壓支架傳動(dòng)裝置的基本要求347.2 液壓支架的傳動(dòng)特點(diǎn)347.3 控制系統(tǒng)及液

11、壓組件347.4 液壓系統(tǒng)原理圖35第8章 液壓支架受力分析368.1 支架支撐力分析368.2 頂梁受力分析378.3 前后連桿受力分析388.4 頂梁載荷分布分析38第9章 液壓支架強(qiáng)度校核409.1 液壓支架在強(qiáng)度設(shè)計(jì)時(shí)的強(qiáng)度條件409.2 立柱強(qiáng)度的驗(yàn)算419.2.1 油缸穩(wěn)定性的驗(yàn)算419.2.2 活塞桿強(qiáng)度的驗(yàn)算439.2.3 油缸的最大撓度449.2.4 缸體強(qiáng)度的驗(yàn)算459.3 頂梁強(qiáng)度的校核509.4 底板比壓強(qiáng)度校核529.5 底座強(qiáng)度校核54結(jié) 論57致 謝58參考文獻(xiàn)59附錄160附錄264第1章 緒論1.1 液壓支架發(fā)展概況20世紀(jì)50年代前,在國(guó)內(nèi)外煤礦生產(chǎn)中,基本

12、上采用木支柱、木頂梁或金屬摩擦支柱和鉸接頂梁來(lái)支護(hù)頂板。1954年英國(guó)首次研制出液壓支架,目前,以液壓支架為主體的地下綜采設(shè)備,已逐步向程控、遙控和自動(dòng)化方向發(fā)展。我國(guó)是煤炭產(chǎn)業(yè)大國(guó),在20世紀(jì)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(jì)70年代我國(guó)從英、德、波蘭和前蘇聯(lián)等國(guó)家引進(jìn)數(shù)十套液壓支架,經(jīng)過(guò)使用、仿制和總結(jié)經(jīng)驗(yàn),到20世紀(jì)80年代以后我國(guó)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。目前,在國(guó)內(nèi)大、中型礦井中,條件合適的煤層均采用液壓支架進(jìn)行綜合機(jī)械化開(kāi)采。1980年起人們?nèi)〉昧藢?duì)自移式液壓支架的研制成

13、功并逐步改進(jìn)完善,進(jìn)而普遍推廣應(yīng)用,使回采工作面采煤過(guò)程中的落煤、裝煤、運(yùn)煤和支護(hù)控頂?shù)裙ば蛉繉?shí)現(xiàn)綜合機(jī)械化,煤礦取得了較大綜合效益。今天隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的普及應(yīng)用和提高,為煤礦生產(chǎn)自動(dòng)化和高效生產(chǎn)提供了新的出路。1.2 國(guó)內(nèi)外支架的現(xiàn)狀與國(guó)外的差距1.2.1 國(guó)外液壓支架現(xiàn)狀 80年代以來(lái),世界主要采煤國(guó)家一直圍繞減面提產(chǎn)、減人提效、降低成本、實(shí)現(xiàn)礦井集中生產(chǎn)做努力, 他們積極開(kāi)發(fā)和應(yīng)用新技術(shù),致力于高性能、高可靠性的新一代重型液壓支架的研制。新型液壓支架普遍具有微型電機(jī)或電磁鐵驅(qū)動(dòng)的電液控制閥,推移千斤頂裝有位移傳感器,采煤機(jī)裝有紅外線傳感裝置,立柱缸徑超過(guò)400mm。為減少割

14、煤時(shí)間,一般采用0.81m的截深。支架還采用屈服強(qiáng)度8001000MPa的鋼板,既有較高的強(qiáng)度、硬度和韌性,又具有良好的冷焊性能。隨著長(zhǎng)壁工作面長(zhǎng)度的不斷增加,為適應(yīng)快速移架的需要,國(guó)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400500L/min,可實(shí)現(xiàn)工作面成組或成排快速移架,達(dá)到68s/架。美國(guó)是世界上最先進(jìn)的采煤國(guó)家,早在1990年就已采用額定壓力50MPa、額定流量478L/min的乳化液泵站,以實(shí)現(xiàn)支架快速推進(jìn),移架速度達(dá)68s/架。美國(guó)的高產(chǎn)高效工作面采用兩柱掩護(hù)式支架,使用壽命810年,可用率高達(dá)95%98%。支架平均工作阻力6470kN(最大為98

15、00kN),支架寬度普遍增大,中心距達(dá)到1.75m,并向2m發(fā)展,增大架寬有利于減少工作面架數(shù)、縮短移架時(shí)間、增加有效工作時(shí)間和提高單產(chǎn)。如洛斯公司20英里礦在2505280m長(zhǎng)壁綜采面用工作阻力為28565kN電液控制兩柱掩護(hù)式支架,1997年6月產(chǎn)商品煤90.43萬(wàn)t,成為世界上首次月產(chǎn)商品煤近百萬(wàn)噸的工作面；1995年9月,糜鹿礦用工作阻力為8900kN 電流控制的兩柱掩護(hù)式支架,月產(chǎn)煤達(dá)到60.11萬(wàn)t。美國(guó)綜采工作面最高日產(chǎn)超7萬(wàn)t,最高工效1336t/工。澳大利亞也基本上采用一井一面的高度集中化生產(chǎn),使用兩柱掩護(hù)式支架,支架的平均工作阻力為7640kN。如尤蘭礦用電流控制的兩柱掩護(hù)

16、式支架,在1995年8月8日創(chuàng)下澳大利亞有史以來(lái)日產(chǎn)3.41萬(wàn)t的最高記錄,班產(chǎn)一直保持在50006000t。英國(guó)也在大力發(fā)展兩柱掩護(hù)式支架,工作阻力有了很大提高,達(dá)到60008000kN。1.2.2 國(guó)內(nèi)液壓支架現(xiàn)狀我國(guó)在1964年由太原分院和鄭州煤機(jī)廠設(shè)計(jì)70型邁步式自移支架,從此開(kāi)始了液壓支架的國(guó)產(chǎn)化道路。1984年,北京開(kāi)采所、沈陽(yáng)所、鄭州煤機(jī)廠在沈陽(yáng)蒲河礦進(jìn)行我國(guó)第一套放頂煤液壓支架的工業(yè)性試驗(yàn),繼而研制了多種低位、中位元和高位放頂煤支架,成功地在緩傾斜厚煤層和急傾斜厚煤層水平分層工作面使用。1990年后,國(guó)產(chǎn)液壓支架得到了全面的發(fā)展,到1998年止,全國(guó)已建成88處高產(chǎn)高效礦井,其

17、中14處礦單個(gè)工作面的單產(chǎn)達(dá)15.72萬(wàn)t/月,原煤生產(chǎn)人員效率達(dá)9.16t/工,綜采機(jī)械化水平49.32%,達(dá)到了世界先進(jìn)水平。1.我國(guó)液壓支架的基本架型（1）ZZ系列支撐式支架該系列支架切頂能力強(qiáng),穩(wěn)定性好,支護(hù)強(qiáng)度大,易于操作。支架的工作阻力為200010000kN,支架高度0.94.7m,一般在工作面傾斜15以上時(shí)配防倒防滑裝置。支架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為:立柱呈X、V型布置,兩柱支頂、兩柱支掩或四柱支頂; 頂梁為整體、楔型或鉸接型,有前伸縮梁或挑梁；有長(zhǎng)短兩種掩護(hù)梁；底座有整體分體、半鋼性分離底座,可設(shè)抬底座機(jī)構(gòu)；單側(cè)活和雙側(cè)活側(cè)護(hù)板或不設(shè)側(cè)護(hù)板,側(cè)護(hù)板有全封閉或半封閉兩種,型式為直推式或合頁(yè)

18、式；本架或鄰架操作。（2）ZY系列掩護(hù)式支架該系列支架采高范圍大,支架長(zhǎng)度短,相對(duì)成本低,操作靈活。支架的工作阻力為18006000kN，支架高度0.753.8m。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為:兩立柱支頂,個(gè)別有另一柱支撐掩護(hù)梁代替平衡千斤頂；整體和鉸接或楔型頂梁,有前挑梁或伸縮梁；整體分體，半鋼性分離底座；本架或鄰架操作。2.不同采煤方法中使用的國(guó)產(chǎn)液壓支架（1）緩傾斜厚煤層一次采全高支架大采高支架總共10余種,大多為ZY型掩護(hù)式支架,少數(shù)為ZZ型支撐式支架,支架高度25m ,工作阻力320010000kN 。支架結(jié)構(gòu)特點(diǎn):各鉸接孔間隙小，制造精度高，支架穩(wěn)定性好,支架側(cè)推力大,充分考慮防倒防滑,有調(diào)架機(jī)構(gòu)

19、,有很好的護(hù)幫機(jī)構(gòu),一般有伸縮梁,能實(shí)時(shí)支護(hù)和防片幫,多為本架操作。（2）緩傾斜薄煤層液壓支架由于薄煤層支架對(duì)其空間有嚴(yán)格要求,所以整體頂梁盡可能薄且較長(zhǎng)；推桿中長(zhǎng)；立柱可以X型布置；支架前部有寬度不少于500mm的空間,從而保證行人安全；鄰架操作。（3）大傾角煤層一次采全高液壓支架對(duì)傾角為25 45的煤層來(lái)說(shuō),液壓支架應(yīng)有較大初撐力和工作阻力,各鉸接孔間隙要小,制造精度要高,以保證支架的穩(wěn)定。支架應(yīng)有可靠的防倒防滑和調(diào)架裝置,活動(dòng)側(cè)護(hù)板應(yīng)有較大行程和推力,支架與采煤機(jī)道之間需設(shè)防砸安全擋板,底座應(yīng)設(shè)腳踏板或扶手。這種支架多為ZY掩護(hù)式,鄰架操作。（4）厚、特厚傾斜煤層分層鋪網(wǎng)支架架型為ZZ支

20、撐式、ZY掩護(hù)式和垛式,有鋪?lái)斁W(wǎng)和鋪底網(wǎng)之分,可采用架前鋪聯(lián)網(wǎng)或架后鋪聯(lián)網(wǎng)方式,機(jī)械或手工操作,其中手工聯(lián)網(wǎng)又分橫聯(lián)和豎聯(lián)兩種方法。這種支架的特點(diǎn)是工作阻力稍大、掩護(hù)梁和底座中有充足的空間,便于使用。多為本架操作。（5）特厚煤層放頂煤液壓支架a .高位放頂煤支架放頂煤支架按放煤位置可分高位、中位和低位三種。高位放頂煤支架高1.53.5m ,工作阻力20005600kN ,為鄰架操作,也可用于緩傾斜和傾斜特厚煤層水平分層開(kāi)采。b.中位放頂煤支架該類(lèi)支架為雙運(yùn)輸機(jī)式,可用于緩傾斜和急傾斜特厚煤層水平分層采煤。掩護(hù)梁開(kāi)天窗,天窗有插板和回轉(zhuǎn)式兩種。四立柱可全部支在頂梁上,或?qū)⑵渲袃芍г陧斄骸⒘韮芍?/p>

21、支在掩護(hù)梁上。連桿型式有單鉸接和四連桿兩種。c. 低位放頂煤支架低位放頂煤支架的放煤口位于掩護(hù)梁下方,后部運(yùn)輸機(jī)直接放在底板或底座后部的拖板上。由于放煤口三面敞開(kāi),不丟脊背煤,回收率相對(duì)較高；煤塵小, 放煤口大,不易堵塞；根據(jù)要求,可在每組支架放煤口的下風(fēng)側(cè)和靠工作面一側(cè)各裝4個(gè)噴頭,支架放煤或移架時(shí),本架支架或者相鄰支架的噴霧自動(dòng)打開(kāi)滅塵。（6） 難采煤層液壓支架a .三軟煤層液壓支架該類(lèi)液壓支架要求底座面積盡量大并具備抬底座功能,采用底座半封底或全封底以降低底板比壓。頂梁要具備立即支護(hù)功能,帶伸縮梁或伸縮梁加挑梁,其側(cè)護(hù)板應(yīng)使支架處于全封閉狀態(tài),多為鄰架操作。b. 兩硬煤層液壓支架該類(lèi)支架

22、多為ZZ型,要求工作阻力大,切頂力大,頂梁為整體、楔型和鉸接前梁帶挑梁式,掩護(hù)梁需盡量短,與水平夾角大,底座為半鋼性分體式,安全閥應(yīng)有足夠的流量以抵抗頂板沖擊。鄰架或本架操作。1.2.3 我國(guó)液壓支架與國(guó)外液壓支架存在的差距我國(guó)液壓支架經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展,盡管取得了顯著成績(jī),在雙高礦井建設(shè)中出現(xiàn)過(guò)日產(chǎn)萬(wàn)噸、甚至班產(chǎn)超萬(wàn)噸的記錄,但總體水平與世界先進(jìn)采煤國(guó)家仍存在一定差距。在支架架型功能上我國(guó)與國(guó)外相差無(wú)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(qiáng)力支架、端頭支架還有獨(dú)到之處,但國(guó)產(chǎn)液壓支架技術(shù)含量偏低,電液控制閥可靠性差,所用鋼材一般為16Mn,最好的屈服極限才700MPa

23、,液壓系統(tǒng)壓力在35MPa以下,流量在200L/min以內(nèi),供液管,回液管,最快移架速度1012s/架(井下實(shí)際應(yīng)用有時(shí)在20s以上),工作阻力更是相對(duì)較低。1.3 液壓支架研究發(fā)展趨勢(shì)隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展,新技術(shù)、新方法、新材料的不斷應(yīng)用,微機(jī)和計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)一步普及,為液壓支架的發(fā)展提供了有利的條件。目前,液壓支架研究發(fā)展可以從以下幾個(gè)方面著手:(1) 液壓支架的結(jié)構(gòu)形式正朝著簡(jiǎn)單實(shí)用方向發(fā)展,如液壓支架的架型明顯地向兩柱掩護(hù)式支架和四柱支撐式掩護(hù)式支架發(fā)展。(2) 在已有支架設(shè)計(jì)與應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,將有限元和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)相結(jié)合,研究支架的智能化設(shè)計(jì)方法、結(jié)構(gòu)與參數(shù)的優(yōu)化,進(jìn)一步提高支架

24、的科學(xué)性、可靠性以及結(jié)構(gòu)的優(yōu)化性。其中在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意以下幾個(gè)方面:提高液壓支架的設(shè)計(jì)強(qiáng)度,加大支架的工作阻力,加大支架的設(shè)計(jì)強(qiáng)度系數(shù),還有選材等方面；如何提高支架的移架速度；改進(jìn)支架個(gè)別部件結(jié)構(gòu),加大聯(lián)結(jié)件強(qiáng)度。(3) 改進(jìn)制造工藝,保證制造質(zhì)量；對(duì)支架的閥類(lèi),從材料、熱處理、加工條件和密封件入手,制定更嚴(yán)格的質(zhì)量和抗腐蝕標(biāo)準(zhǔn)。(4) 對(duì)不穩(wěn)定頂板、松軟底板、地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜等特殊條件,加大投入,研制大量的特殊支架,以適用不同的開(kāi)采條件。(5) 新型組件與材質(zhì),可減輕支架重量,提高支架性能和使用壽命。(6) 結(jié)構(gòu)上尋求克服四連桿的新型架型。(7) 快速支架電液控制系統(tǒng)的研制和投入,研究支架的遙控

25、、程控控制和性能自動(dòng)監(jiān)控,為回采工作面的半自動(dòng)化與自動(dòng)化創(chuàng)造條件。今后10年,我國(guó)的液壓支架將朝技術(shù)含量大、鋼板強(qiáng)度高、移架速度快(68s/架)和電液控制閥的方向發(fā)展,對(duì)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(jī)構(gòu),并減少千斤頂?shù)臄?shù)量。另外,將普遍采用額定壓力為40MPa 、額定流量為400L/min的高壓大流量乳化液泵站,以適應(yīng)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(dá)到初撐力,保證支架接頂位置準(zhǔn)確。ZY兩柱掩護(hù)式支架的比重將大大增加,缸徑將增至,端頭支架，輕放多用途支架將被廣泛使用。第2章 液壓支架的使用及使用范圍2.1 液壓支架的分類(lèi)按液

26、壓支架在采煤工作面的安裝位置來(lái)劃分，液壓支架分端頭液壓支架和中間液壓支架。端頭液壓支架簡(jiǎn)稱端頭支架，專(zhuān)門(mén)安裝在每個(gè)采煤工作面的兩端。中間液壓支架是安裝在除工作面兩端以外的采煤工作面上所有位置的支架。中間液壓支架按結(jié)構(gòu)形式與頂板結(jié)構(gòu)形式來(lái)劃分，可分為3種基本類(lèi)型，即：支撐式，掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式液壓支架。支撐式液壓支架又有垛式和節(jié)式之分。掩護(hù)式液壓支架又有插腿式和非插腿式之分。支撐掩護(hù)式液壓支架又有四柱支在頂梁上，一柱或兩柱支在掩護(hù)梁上之分。2.2 液壓支架的適用范圍 （1）支撐式液壓支架支撐式液壓支架有垛式和節(jié)式之分。垛式支架的作用好象一堆木垛，所以它稱為垛式液壓支架。垛式支架一般具有很長(zhǎng)的頂梁

27、。立柱的支撐能力通過(guò)頂梁完全作用于支撐頂板。垛式支架支撐力大，切頂性能好，穩(wěn)定性較好，工作空間比較大，容易滿足通風(fēng)的要求。垛式支架由于較寬又長(zhǎng)，移架時(shí)頂板暴露的面積較大，再直接頂比較破碎的頂板條件下使用很困難。所以垛式支架僅適用頂板較堅(jiān)硬和穩(wěn)定的煤層。（2）掩護(hù)式液壓支架掩護(hù)式液壓支架沒(méi)有支撐部件只有掩護(hù)部件，立柱的承載能力完全用以承受掩護(hù)梁上的載荷（冒落的矸石），所以稱為掩護(hù)式支架。掩護(hù)式支架適用頂板特軟，特破碎的煤層。（3）支撐掩護(hù)式液壓支架支撐掩護(hù)式液壓支架它的頂梁很長(zhǎng)（與垛式支架相似），掩護(hù)梁很短，4根立柱組成垛式結(jié)構(gòu)。這類(lèi)支架對(duì)頂板的控制主要通過(guò)頂梁來(lái)支撐頂板，掩護(hù)梁只隔絕支架后面冒

28、落的矸石，所以稱為支撐掩護(hù)式液壓支架，實(shí)質(zhì)上它是加強(qiáng)擋矸裝置的垛式支架。2.3 掩護(hù)式液壓支架的分類(lèi)及結(jié)構(gòu)2.3.1 掩護(hù)式液壓支架的分類(lèi)掩護(hù)液壓支架分為：（1）掩護(hù)梁與底座直接鉸接的支架，支架升降時(shí)梁端運(yùn)動(dòng)軌跡為圓弧。這種支架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但梁端距變化大，易造成近煤壁頂板冒落，故只適用于調(diào)高范圍小的支架，如放頂煤支架等。（2）掩護(hù)梁通過(guò)前、后連桿與底座鉸接構(gòu)成四連桿機(jī)構(gòu)的支架，升降時(shí)頂梁運(yùn)動(dòng)軌跡為近似平行于煤壁的雙紐線，梁端距小。這種支架應(yīng)用最多。這種支架又分為立柱上端支撐在掩護(hù)梁上（掩護(hù)式）和立柱上端支撐在頂梁上（支頂式）的兩種結(jié)構(gòu)。支頂式掩護(hù)支架的頂梁與掩護(hù)梁間必設(shè)一平衡千斤頂，以保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)

29、定。在立柱工作阻力相同的條件下其支撐力較支掩式掩護(hù)支架大些。掩護(hù)式支架不僅有掩護(hù)梁，且架間通過(guò)側(cè)護(hù)板相互擠緊，故掩護(hù)性能好，但立柱少，切頂能力弱。因頂梁較短，控頂距較小，故支護(hù)強(qiáng)度并不小，對(duì)頂板重復(fù)支撐次數(shù)也較少。通風(fēng)斷面小。因采用連桿機(jī)構(gòu)，抗水平的能力強(qiáng)，使立柱不受橫向力。這種支架適用于不穩(wěn)定頂板和中等穩(wěn)定的直接頂（1、2類(lèi)），或周期來(lái)壓緩和的老頂?shù)鹊V壓條件。2.3.2 掩護(hù)式液壓支架的整體結(jié)構(gòu)掩護(hù)式液壓支架的結(jié)構(gòu)主要由頂梁、掩護(hù)梁、側(cè)護(hù)板、底座、前后連桿、立柱、平衡千斤頂、推移千斤頂、側(cè)推千斤頂、操縱閥、控制閥等組成。第3章 液壓支架的工作原理3.1液壓支架的用途及適用原理3.1.1 液壓

30、支架的用途在采煤工作面的煤炭生產(chǎn)中，為防止頂板冒落，維持一定空間，保證工人安全和各項(xiàng)作業(yè)正常進(jìn)行，必須對(duì)頂板進(jìn)行支護(hù)。而液壓支架是以高壓液體作為動(dòng)力，由液壓組件與金屬構(gòu)件組成的支護(hù)和控制頂板的設(shè)備，它能實(shí)現(xiàn)支撐、切頂、移架和推移輸送機(jī)等一整套工序。實(shí)踐表明，液壓支架具有支護(hù)性能好、強(qiáng)度大、移架速度快、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。液壓支架與可彎曲輸送機(jī)和采煤機(jī)組成綜合機(jī)械化采煤設(shè)備，它的應(yīng)用對(duì)增加采煤工作面產(chǎn)量、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、降低成本、減輕工人體力勞動(dòng)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(jìn)、經(jīng)濟(jì)上合理、安全上可靠的實(shí)現(xiàn)的采煤綜合機(jī)械化和自動(dòng)化不可缺少的主要設(shè)備。3.1.2 液壓支架的

31、動(dòng)作原理及它的特性曲線形式液壓支架在工作過(guò)程中，必須具備升、降、推、移4個(gè)基本動(dòng)作，這些動(dòng)作是利用泵站供給的高壓乳化液通過(guò)工作性質(zhì)不同的的幾個(gè)液壓缸來(lái)完成的。其工作原理如圖3-1所示： 圖3-1液壓支架工作原理1-輸送機(jī)；2推移千斤頂；3立柱；4安全閥；5液控單向閥；6操縱閥（1）升柱。當(dāng)需要支架上升支護(hù)頂板時(shí)，高壓乳化液進(jìn)入立柱的活塞腔，另一腔回液，推動(dòng)活塞上升，使與活塞相連接的頂梁緊密接觸頂板。（2）降柱。當(dāng)需要降柱時(shí)，高壓液進(jìn)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。（3）支架和輸送機(jī)前移。支架和輸送機(jī)前移，都是由底座上的推移千斤頂來(lái)完成的。當(dāng)支架前移時(shí)，先降柱卸載

32、，然后高壓液進(jìn)入推移千斤頂?shù)幕钊麠U腔，另一腔回液，以輸送機(jī)為支點(diǎn)，缸體前移，把整個(gè)支架拉向煤壁；當(dāng)需要推輸送機(jī)時(shí)，支架支撐頂板后，高壓液進(jìn)入推移千斤頂?shù)幕钊?，另一腔回液，以支架為支點(diǎn)，使活塞桿伸出，把輸送機(jī)推向煤壁。支架的支撐力與時(shí)間的曲線，稱為支架的工作特性曲線，如圖3-2所示： 圖3-2支架的工作特性曲線 t0-初撐階段；t1增阻階段；t2恒阻階段；p2初撐力；p1工作阻力支架立柱工作時(shí)，其支撐力隨時(shí)間的變化過(guò)程可分為3個(gè)階段：支架在升柱時(shí)，高壓液進(jìn)入立柱下腔，立柱升起頂梁接觸頂板，立柱下腔壓力增加，當(dāng)增加到泵站工作壓力時(shí)，泵站自動(dòng)卸載，支架的液控單向閥關(guān)閉，立柱下腔壓力達(dá)到初撐力，此階

33、段為初撐階段t0；支架初撐后，隨頂板下沉，立柱的下腔壓力增加，直至增加到支架的安全閥調(diào)正壓力；立柱下腔壓力達(dá)到工作阻力，此階段為增阻階段為t1；隨著頂板壓力繼續(xù)增加，立柱下腔壓力超過(guò)支架的安全閥調(diào)正壓力，安全閥打開(kāi)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)正值后，安全閥停止溢流，這樣在安全閥調(diào)正壓力的限制下，壓力曲線隨時(shí)間成波浪形變化，此階段為恒阻階段t2。3.1.3移架力大于推溜力的原因及實(shí)現(xiàn)方法由于移動(dòng)液壓支架所需的力大于推輸送機(jī)所需的力，又因?yàn)槿绻戚斔蜋C(jī)力過(guò)大，能把輸送機(jī)的槽幫推壞，所以移架力要大于推溜力。要實(shí)現(xiàn)移架力大于推溜力，有兩類(lèi)方法，第一類(lèi)方法是用推

34、移千斤頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)；第二類(lèi)方法是用兩種不同等級(jí)的工作壓力，移架時(shí)，用較高的工作壓力，推溜時(shí)，用較低的工作壓力。3.2 液壓支架部件工作原理及要求3.2.1 作用在頂梁和底座上的摩擦力的產(chǎn)生原因及方向頂梁和底座上的摩擦力的產(chǎn)生有兩種情況：第一種情況是，當(dāng)支架前移時(shí)，頂板對(duì)頂梁和底座之間產(chǎn)生摩擦，從而產(chǎn)生摩擦力，它的大小與頂板對(duì)頂梁的作用力和支架底座對(duì)底板的作用力及它們的摩擦系數(shù)有關(guān)，它們的方向與支架的運(yùn)動(dòng)方向相反；第二種情況是，由于掩護(hù)式液壓支架和支撐掩護(hù)式液壓支架有四連桿機(jī)構(gòu)，使頂梁前端的運(yùn)動(dòng)軌跡成紐線，所以當(dāng)支架在承載讓壓過(guò)程中，頂梁載荷作用在頂梁上產(chǎn)生摩擦力，摩擦力的大小與頂板載荷和頂板

35、與頂梁的摩擦系數(shù)有關(guān)，它們的方向與雙紐線的軌跡有關(guān)，當(dāng)雙紐線軌跡向前凸時(shí)，頂板在承載讓壓過(guò)程中，頂板向前運(yùn)動(dòng)，摩擦力方向向后，反之，則向前。3.2.2 立柱在支架工作過(guò)程中的作用及對(duì)性能的要求立柱是支架的承壓構(gòu)件，它長(zhǎng)期處于高壓受力狀態(tài)，因而除應(yīng)具有合理的工作阻力和可靠的工作特性外，還必須有足夠的抗壓、抗彎強(qiáng)度，良好的密封性能，結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單，并能適應(yīng)支架的工作要求。3.2.3 液控單向閥在立柱和推移千斤頂上的工作原理（1）液控單向閥在立柱上的工作原理立柱上的液控單向閥，利用該閥的閉鎖原理來(lái)控制立柱下腔的工作狀態(tài)。立柱初撐時(shí)，它使工作液體進(jìn)入立柱下腔產(chǎn)生初撐力；立柱承載時(shí)，它可以封閉下腔的工作液體

36、，產(chǎn)生與工作阻力相應(yīng)的壓力；立柱卸載時(shí)可以使下腔液體排出。（2）液控單向閥在推移千斤頂上的工作原理在推移千斤頂上的液控單向閥，也是利用該閥的閉鎖原理，來(lái)控制推移千斤頂活塞腔的工作狀態(tài)，以直接推移方式為例，如圖3-3所示：圖3-3推移千斤頂液壓系統(tǒng)圖 1推移千斤頂； 2液控單向閥缸體與支架底座鉸接，活塞桿與輸送機(jī)鉸接，當(dāng)推輸送機(jī)時(shí)，它可以使工作液體進(jìn)入活塞腔，產(chǎn)生推輸送機(jī)力，當(dāng)推移千斤頂液壓系統(tǒng)不操作，采煤機(jī)在輸送機(jī)上工作時(shí)，可以封閉活塞腔的工作液體，防止輸送機(jī)與液壓支架發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)；在移架時(shí)，高壓液進(jìn)入活塞桿腔，同時(shí)打開(kāi)液控單向閥，使活塞腔液體排出，但由于左、右鄰架液壓系統(tǒng)沒(méi)有操作，使左、右鄰

37、架保持縮緊狀態(tài)，防止輸送機(jī)被支架拉回。第4章 設(shè)計(jì)方案4.1設(shè)計(jì)方案的擬訂預(yù)設(shè)計(jì)一種掩護(hù)式液壓支架，為安全生產(chǎn)提供條件，方案如圖4-1所示： 方案1 方案2 方案3圖4-1掩護(hù)式液壓支架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖方案1掩護(hù)梁與底座直接鉸接，不帶四連桿機(jī)構(gòu)，支架升降時(shí)梁端運(yùn)動(dòng)軌跡為圓弧，這種支架的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但梁端距變化大，易造成近煤壁頂板冒落；方案2與方案3都帶有四連桿機(jī)構(gòu)，這種支架掩護(hù)梁通過(guò)前、后連桿與底座鉸接，升降時(shí)梁端的運(yùn)動(dòng)軌跡為近似平行煤壁的雙紐線，梁端距變化較小，但方案3支頂式掩護(hù)支架較方案2支掩式掩護(hù)支架在立柱工作阻力相同的條件下其支撐力大些。經(jīng)過(guò)以上分析，方案3比較合理，所以采用方案3。4.2主要技

38、術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是：煤層厚度：1.32.6m 煤層傾角：4.3 主要計(jì)算步驟主要計(jì)算步驟：（1）支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的擬定。（2）四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。 （3）初撐力和工作阻力的確定。（4）結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)。（5）各主要部件的設(shè)計(jì)。 （6）主要部件強(qiáng)度的校核。（7）繪制相應(yīng)設(shè)計(jì)內(nèi)容的技術(shù)圖紙。第5章 液壓支架的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)5.1液壓支架設(shè)計(jì)的基本要求和基本參數(shù)5.1.1液壓支架的設(shè)計(jì)目的采用綜合機(jī)械化采煤方法是大幅度增加煤炭產(chǎn)量、提高經(jīng)濟(jì)效益的必由之路。為了滿足對(duì)煤炭增長(zhǎng)的需要，必須大量生產(chǎn)綜合機(jī)械化采煤設(shè)備，迅速增加綜合機(jī)械化采煤工作面（簡(jiǎn)稱綜采工作面）。而每個(gè)綜采工作面平均需要安裝150臺(tái)

39、液壓支架，可見(jiàn)對(duì)液壓支架的需要量是很大的。由于不同采煤工作面的頂?shù)装鍡l件、煤層厚度、煤層傾角、煤層物理機(jī)械性質(zhì)等的不同，對(duì)液壓支架的要求也不同。為了有效地支護(hù)和控制頂板，必須設(shè)計(jì)出不同類(lèi)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(jì)工作是很重要的。由于液壓支架的類(lèi)型很多，因此其設(shè)計(jì)工作量也是很大的。由此可見(jiàn)，研制和開(kāi)發(fā)新型液壓支架是必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。5.1.2設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)液壓支架的基本要求（1）滿足對(duì)采煤工藝及地質(zhì)條件的要求，液壓支架要有足夠的的初撐力和工作阻力，以便有效地控制頂板。（2）液壓支架要有足夠的推溜力和移架力。推溜力一般為100kN；移架力按煤層厚度而定，薄煤層一般為100150k

40、N，中厚煤層一般為150250kN，厚煤層一般為300400kN。（3）防矸性能好。（4）排矸性能好。（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)的需要，要有足夠?qū)挼娜诵械?。?）調(diào)高范圍要大，照明和通信要方便。（8）支架的穩(wěn)定性要好，底座最大比壓要小于規(guī)定值。（9）要求液壓支架要有足夠的剛度，能夠承受一定不均勻載荷和沖擊載荷。（10）在滿足強(qiáng)度條件下，盡可能能減輕支架重量。（11）要易于拆卸，結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單。5.1.3 設(shè)計(jì)液壓支架必需的基本參數(shù)（1）最大和最小采高。根據(jù)最大和最小采高，確定支架的最大和最小高度，以及支架

41、的支護(hù)強(qiáng)度。（2）工作面煤壁條件。根據(jù)工作面煤壁條件，決定是否用護(hù)幫裝置。（3）煤層傾角。根據(jù)煤層傾角，決定是否選用防倒防滑裝置。（4）配套尺寸。根據(jù)配套尺寸及支護(hù)方式來(lái)計(jì)算頂梁長(zhǎng)度。5.1.4 本文做的主要工作本文的主要工作是根據(jù)實(shí)際條件：煤層厚度1.32.6m，煤層傾角15，設(shè)計(jì)一種掩護(hù)式液壓支架，以保證安全生產(chǎn)的需要。5.2液壓支架的參數(shù)確定5.2.1 液壓支架高度的確定根據(jù)所采煤層的厚度，采區(qū)范圍內(nèi)地質(zhì)條件并能滿足配套設(shè)施，如采煤機(jī)、輸送機(jī)的高度要求和保證采煤人員有足夠的空間等因素確定，其最大與最小高度為： 再根據(jù)支架最大、最小高度系列,確定支架的最大、最小高度為：。式中 支架的最大高

42、度； 支架最小高度；煤層最大厚度（最大采高）；煤層最小厚度（最小采高）； 考慮偽頂，煤皮冒落后仍有可靠的初撐力所需要的支撐高度，一般取0.20.3m，這里取0.2m； 頂板最大下沉量，一般取0.10.2m，這里取0.1m； 移架時(shí)支架的最小可伸縮量，一般取0.05m； 浮矸，浮煤厚度，一般取0.02m；5.2.2 支架伸縮比的確定支架的伸縮比指支架最大與最小高度之比，即 由于液壓支架的使用壽命較長(zhǎng)，并可能并安裝在不同采高的采煤工作面，所以支架應(yīng)具有較大的伸縮比。在采用雙伸縮立柱時(shí)，垛式支架的伸縮比為1.9；支撐掩護(hù)式液壓支架為2.5；掩護(hù)式液壓支架可達(dá)3.0。一般范圍為1.52.5。5.2.3

43、支架間距的確定目前主要根據(jù)輸送機(jī)中部槽每節(jié)長(zhǎng)度及槽幫上千斤頂連接塊的位置來(lái)確定。我國(guó)刮板輸送機(jī)中部槽每節(jié)長(zhǎng)度為1.5m，千斤頂連接塊位置在中部槽中間位置，支架間距一般為1.5m，我國(guó)規(guī)定支架標(biāo)準(zhǔn)中心距為1.5m。5.2.4 支架寬度的確定包括側(cè)護(hù)板在內(nèi)的頂梁寬度1.41.6m（下限為側(cè)護(hù)板收縮時(shí)的運(yùn)輸寬度，1.5m為支架正常工作的寬度，1.6m為支架調(diào)架時(shí)側(cè)護(hù)板伸出后的最大寬度）。支架底座寬度為1.11.2m，為了提高橫向穩(wěn)定性和減小對(duì)底板比壓，厚煤層可加大到1.3m左右。取支架底座寬度為1.4m。5.2.5 底座寬度的確定通常，掩護(hù)式液壓支架的底座長(zhǎng)度取移架步距的3.5倍，（一個(gè)步距為0.6

44、m）即2.1m，考慮到較長(zhǎng)的底座可以增加支架的穩(wěn)定性，取2.4 m。5.2.6頂梁長(zhǎng)度的確定考慮到支頂式掩護(hù)支架在立柱相同阻力條件下，其支撐力較支掩式大，故選用支頂式掩護(hù)支架。支頂式掩護(hù)支架頂梁長(zhǎng)度：式中 輸送機(jī)溜槽鏟煤板端到煤壁的距離，一般為0.050.15m，這里取0.10m；包括鏟煤板在內(nèi)的輸送機(jī)中部槽的寬度； 推移步距，及時(shí)支護(hù)時(shí)等于采煤機(jī)的截深，滯后時(shí)為零； 立柱上支點(diǎn)的水平投影至底座前端距離，一般為0.300.50m，這里取0.5m； 梁端距，一般為0.250.35m，最大不超過(guò)0.4m，這里取0.35m；頂梁前段長(zhǎng)度，及時(shí)支護(hù)的支架一般為2.02.3m；頂梁后段長(zhǎng)度，應(yīng)盡量減小，

45、以減輕支架重量。掩護(hù)式支架的人行道在立柱前方，故支架前移后，立柱缸體外徑至電纜槽外側(cè)之距離不小于0.50.6m。由于頂梁承受頂板載荷通常按三角形分布假設(shè)，故約為，一般為0.9m。頂梁全長(zhǎng)一般為3.03.3m。這種支架的底座長(zhǎng)度一般為2.02.5m，前段長(zhǎng)度約為整段長(zhǎng)度的一半，在立柱不與前連桿下鉸接點(diǎn)干涉的原則下，盡量減小中段長(zhǎng)度。5.2.7移架力和推溜力的確定移架阻力與架型、噸位、支撐高度，頂板狀況、是否帶壓移架等因素有關(guān)。垛式支架一般為100kN左右；掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架為250300kN；支撐高度4.0m以上支架可達(dá)450kN，這里初步取250kN。通常1.5m長(zhǎng)的一節(jié)溜槽對(duì)應(yīng)一架支架，

46、推溜力為150kN左右，厚煤層支架接近200kN，這里初步取150kN，推移千斤頂與采煤機(jī)截深相適應(yīng)，一般為0.7m。5.2.8 支護(hù)強(qiáng)度和支架載荷的確定支護(hù)強(qiáng)度：MPa 并根據(jù)支護(hù)強(qiáng)度系列值圓整為0.55MP式中 采高，m； 頂板巖石密度，一般取2.5； 頂板巖石厚度系數(shù)，一般取48；頂板條件較好，周期來(lái)壓不明顯時(shí)，取低值，否則取高值；這里取8。支架載荷R為： kN式中 支架的支護(hù)面積，。按下式計(jì)算（圖5-1） 圖5-1支護(hù)面積 式中 支架頂梁長(zhǎng)度，m； 梁端距，m； 頂梁寬度，m； 相鄰頂梁間的間隙，m； 支架中心距，m。 5.2.9 工作阻力和頂板覆蓋率的確定支架工作阻力為： kN再根據(jù)

47、支架立柱工作阻力系列值選取kN則單個(gè)立柱工作阻力為： kN式中 單個(gè)立柱工作阻力；立柱個(gè)數(shù)。頂板覆蓋率為：對(duì)于中等穩(wěn)定的頂板，頂板覆蓋率值為7585，所求數(shù)值滿足頂板覆蓋率要求。5.2.10 初撐力的確定較大的初撐力可在支架初撐階段迅速壓實(shí)支架上下的浮煤、碎矸、使支架盡快發(fā)揮作用，減小頂板的早期變形，離層和煤壁片幫。初撐力的大小是相對(duì)工作阻力而言的，并與頂板類(lèi)級(jí)有關(guān)。對(duì)于不穩(wěn)定和中等穩(wěn)定的頂板，為了維護(hù)好機(jī)道上方頂板，應(yīng)取較高初撐力，約為工作阻力的80，因此初步確定支架初撐力為3200kN，單個(gè)立柱初撐力為1600kN。5.2.11 支架四連桿機(jī)構(gòu)的確定1. 四連桿機(jī)構(gòu)的作用四連桿機(jī)構(gòu)是掩護(hù)式

48、液壓支架和支撐掩護(hù)式液壓支架的最重要的部件之一。其作用概括起來(lái)主要有兩個(gè)：其一是當(dāng)支架由高到低變化時(shí)，借助四連桿機(jī)構(gòu)使支架頂梁前端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡近似雙紐線，從而使支架頂梁前端點(diǎn)與煤壁間距離的變化大大減少，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(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5-2所示，頂梁端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的最大寬度應(yīng)小于或等于0.07m，最好在0.03m以下。 圖5-2 四連桿機(jī)構(gòu)幾何特征（2）支架在最高位置和最低位置時(shí)，頂梁與掩護(hù)梁的夾角和后連桿與底平面的夾角，如圖5-2所示，應(yīng)滿足如下要求：支架在最高位置時(shí)；支架在最底位置時(shí)，為了有利于矸石下

49、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)安全可靠，最低工作位置應(yīng)使一定距離，防止支架后部冒落巖石卡住后連桿，使支架不能下降。一般取在特殊情況下需要較小角度時(shí)，可提高后連桿下鉸點(diǎn)的高度。（3）從圖5-2可知，掩護(hù)梁與鉸點(diǎn)和瞬時(shí)中心點(diǎn)之間的連線與水平夾角為。設(shè)計(jì)時(shí)，要使角滿足的范圍，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)取頂梁前端運(yùn)動(dòng)軌跡雙紐線向前凸的一段為支架工作段，如圖5-2所示的段。其原因?yàn)轫敯鍋?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

50、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，并使底座前端比壓減少，防止啃底，有利于移架。水平的合力也相應(yīng)的減少，所以減輕了掩護(hù)梁外的負(fù)荷。從以上分析得知，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)盡量使值減少，取雙紐線向前凸的一段為支架工作段。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5-3所示（實(shí)際上液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)屬雙搖桿機(jī)構(gòu)）。 圖5-3掩護(hù)梁和后連桿構(gòu)成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)3. 液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)如下：（1）四連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)為支架頂梁

51、前端點(diǎn)與煤壁間距離變化大大減少和承受較大的水平力。 （2）四連桿機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)是由于有四連桿機(jī)構(gòu)，使支架產(chǎn)生附加力，降低了支架的承載能力。4.四連桿機(jī)構(gòu)的作圖法幾何作圖法來(lái)設(shè)計(jì)四連桿機(jī)構(gòu)：（1）確定掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)至頂梁頂面和后連桿下鉸點(diǎn)至底座底面的距離。用同類(lèi)型支架模擬法確定距離分別為0.2m和0.25m。（2）掩護(hù)梁和后連桿長(zhǎng)度的確定。掩護(hù)梁長(zhǎng)度應(yīng)略大于，取掩護(hù)梁長(zhǎng)度。取在最高位置時(shí)后連桿與底座底面的夾角。掩護(hù)式支架后連桿與掩護(hù)梁長(zhǎng)度的比值一般在0.450.61之間，這里取0.5，則有：后連桿長(zhǎng)度。掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)到后連桿下鉸點(diǎn)的垂直距離：（3）幾何作圖法過(guò)程。用幾何作圖法確定四連桿機(jī)構(gòu)的各部分尺寸，

52、具體作法如圖5-4所示：圖5-4 液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)的幾何作圖法作圖步驟如下：確定后連桿下鉸點(diǎn)的位置，使它大體比底座略高0.20.25m。（1）過(guò)點(diǎn)作與底面平行的水平線H-H線。（2）作與H-H線的夾角為的斜線。（3）在斜線上截取線段，長(zhǎng)度等于A，點(diǎn)即為后連桿與掩護(hù)梁的鉸點(diǎn)。（4）過(guò)點(diǎn)作與H-H線有交角的斜線，以點(diǎn)為圓心，以G為半徑作弧交此斜線于一點(diǎn)，此點(diǎn)為掩護(hù)梁與頂梁的鉸點(diǎn)。（5）過(guò)點(diǎn)作H-H線的并行線F-F線，則H-H線與F-F線的距離為，為液壓支架最高位置時(shí)的計(jì)算高度。（6）以點(diǎn)為圓心，以0.25G，即0.45m為半徑作弧，在掩護(hù)梁上交于一點(diǎn)，為前連桿上鉸點(diǎn)的位置。（7）過(guò)點(diǎn)作F-F線的

53、垂線（認(rèn)為液壓支架由高到低變化時(shí)，點(diǎn)在此直線上滑動(dòng)）。（8）在垂線上作液壓支架最低位置時(shí)，頂梁與掩護(hù)梁的鉸點(diǎn)。（9）取線中間某一點(diǎn)，為液壓支架降到此高度時(shí)掩護(hù)梁與頂梁的鉸點(diǎn)（液壓支架由高到低變化時(shí)，頂梁前端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡為近似雙紐線，中間這一點(diǎn)的位置直接影響頂梁前端運(yùn)動(dòng)軌跡的形狀，變化寬度等）。（10）以點(diǎn)為圓心，為半徑作圓弧。（11）以點(diǎn)為圓心，掩護(hù)梁長(zhǎng)為半徑作弧，交最前面圓弧上一點(diǎn)，此點(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)。（12）以點(diǎn)為圓心，掩護(hù)梁長(zhǎng)為半徑作弧，交最前面圓弧一點(diǎn)，此點(diǎn)為液壓支架降到最低位置時(shí)，掩護(hù)梁與后連桿的鉸點(diǎn)。（13）接、，并以點(diǎn)為圓心，長(zhǎng)為半徑作弧，交上于

54、，以點(diǎn)為圓心，長(zhǎng)為半徑作弧，交上一點(diǎn)。則、三點(diǎn)為液壓支架在三個(gè)位置時(shí)，前連桿的上鉸點(diǎn)。（14）連接、，為液壓支架降到中間某一位置和最底位置時(shí)后連桿的位置。（15）分別作和的垂直平分線，其交點(diǎn)即為前連桿下鉸點(diǎn)，為前連桿的長(zhǎng)度。（16）過(guò)點(diǎn)作H-H線作垂線，交于點(diǎn)，則線段、和 液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)。（17）在弧上任取5個(gè)點(diǎn)，、，并以之為圓心，長(zhǎng)度為半徑畫(huà)圓交弧于、。（18）連結(jié)、并延長(zhǎng)至長(zhǎng)度等于處，記下各點(diǎn)。（19）連結(jié)各個(gè)點(diǎn)依據(jù)圖中尺寸求得：，m因此可以滿足要求。第6章 掩護(hù)式液壓支架主要部件結(jié)構(gòu)尺寸6.1立柱的設(shè)計(jì)6.1.1 支架立柱數(shù)的確定目前，國(guó)內(nèi)掩護(hù)式液壓支架立柱數(shù)為2根。6.1.2 立柱類(lèi)型的確定為擴(kuò)大支架的調(diào)高范圍，適應(yīng)煤層厚度