掩護(hù)式液壓支架畢業(yè)設(shè)計(jì)正文 (weik)2

1、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)1. 緒論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。為了滿足煤炭日益增長的需要，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（簡稱綜采工作面）。而每個(gè)綜采工作面平均需要安裝150臺液壓支架，可見對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、煤層的物理機(jī)械性質(zhì)等的不同，對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。由于液壓支架的類型很多，因此其設(shè)計(jì)工作量也是很大的。由此可見，研制和開發(fā)新型液壓支架是必

2、不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。1.2液壓支架的使用現(xiàn)狀液壓支架的設(shè)計(jì)、制造和使用，從1854年英國研制成功了液壓支架發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)基本成熟，它已經(jīng)形成了能令適用各種不同煤礦地質(zhì)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(hù)式液壓支架和支撐掩護(hù)式液壓支架；從支架的質(zhì)量來看，有輕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、中厚煤層分層和厚煤層液壓支架，其中厚煤層液壓支架又分厚煤層一次采全高液壓支架、厚煤層分層開采液壓支架和放頂煤液壓支架；從用途來看，有端頭液壓支架和中間液壓支架。所以從液壓支架的現(xiàn)狀開看，液壓支架已經(jīng)發(fā)展到一個(gè)完整的液壓支架體系。從液壓支架的設(shè)計(jì)來看，由

3、過去的手工設(shè)計(jì)發(fā)展到全部計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)?？傊?，隨著時(shí)代的發(fā)展的進(jìn)步，液壓支架設(shè)計(jì)、制造和使用，將越來越完善、安全、可靠。1.3液壓支架的發(fā)展趨勢近幾年來，為適應(yīng)采煤綜合機(jī)械化的發(fā)展需要，液壓支架獲得了迅速的發(fā)展，出現(xiàn)了很多類型，據(jù)統(tǒng)計(jì)，它的結(jié)構(gòu)形勢已達(dá)數(shù)百種。每種支架的支柱從1根到8根，支撐力從50噸到800噸，支架適應(yīng)煤層厚度的范圍由0.6米到5米，以至更厚的煤層，適應(yīng)煤層傾角由0到45，甚至70左右。在緩傾斜薄及中厚煤層中，液壓支架已獲得廣泛的應(yīng)用，但是由于煤層賦存條件復(fù)雜，支架的結(jié)構(gòu)還不夠完善，設(shè)備需要管理和操作經(jīng)驗(yàn)，所以液壓支架的使用范圍仍受到限制。為了改進(jìn)支架的支護(hù)性能，提高它對不同

4、礦山地質(zhì)條件的適應(yīng)性，擴(kuò)大使用范圍，延長使用壽命，目前液壓支架有下列幾方面的發(fā)展動(dòng)向：1).大力發(fā)展掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架，對其它形式的支架，應(yīng)用逐漸減少。1976年國際采礦設(shè)備展覽會(huì)展出的89種液壓支架中，有80是掩護(hù)式支架，這些支架的主要特點(diǎn)是：采用四連桿機(jī)構(gòu)，使梁端和煤壁之間的距離基本保持恒定；支柱支在頂梁上，提高了支架的工作阻力；頂梁和掩護(hù)梁鉸接，取消了兩者間易被矸石堵賽的三角區(qū)；掩護(hù)梁和頂梁的主梁部分均裝設(shè)側(cè)護(hù)板，提高了支架的防護(hù)能力；采用整體自移式，便于支架操作和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。2).液壓支架的進(jìn)一步發(fā)展，是著重解決擴(kuò)大使用范圍的問題。目前，各國正在研制大傾角、大采高、大截深和薄煤層

5、支架，并使支架和采煤機(jī)更好地配合。近幾年來，國外正在研制一次截深1.5米左右或一次采高5.5米的液壓支架。同時(shí)，為擴(kuò)大支架適應(yīng)的高度范圍，廣泛采用雙伸縮式支柱。3).采用高壓乳化液泵，以提高支架的初撐力，很多國家使用的泵站壓力已達(dá)到300MPa以上。4).為了簡化支架管路系統(tǒng)和便于安全操作，開始采用“多芯管”先導(dǎo)式鄰架控制的操縱方式。5).為加快支架移設(shè)速度，進(jìn)一步改善操縱條件，支架控制正在向自動(dòng)控制方向發(fā)展。目前，分組程序已開始使用，全工作面的自動(dòng)控制還處在研究階段。6).液壓支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方向:輕型化、標(biāo)準(zhǔn)化、材質(zhì)強(qiáng)化、高壓化。1.4我國液壓支架與國外液壓支架的差距及今后的發(fā)展趨勢我國液壓

6、支架經(jīng)過30多年的發(fā)展，盡管取得了顯著成績，在雙高礦井建設(shè)中出現(xiàn)過日產(chǎn)萬噸甚至班產(chǎn)萬噸的記錄，但總體水平與世界先進(jìn)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(qiáng)力支架、端頭支架還有獨(dú)到之處，但國產(chǎn)液壓支架技術(shù)含量偏低，電液控制閥可靠性差，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200L/min以內(nèi)，供液管直徑2532mm，回液管直徑2550mm，最快移架速度為1012s/架，工作阻力更是相對較低。我國科學(xué)工作者經(jīng)過30多年的發(fā)展和努力，液壓支架的設(shè)計(jì)、制造水平在不

7、斷提高，特別是在緩傾斜中厚煤層的液壓支架方面積累了相當(dāng)豐富的經(jīng)驗(yàn)，架型已基本趨于成熟、完善，在品種和質(zhì)量方面與國際先進(jìn)水平相比，差距越來越小。但在控制元件和控制系統(tǒng)方面，與先進(jìn)國家的產(chǎn)品相比還有較大的差距。所以，今后除硬繼續(xù)針對我國國情的煤層具體條件，開發(fā)一些新架型、新品種外，還應(yīng)在設(shè)計(jì)支架控制系統(tǒng)和提高支架的工作可靠性方面下功夫。今后，我國的液壓支架的設(shè)計(jì)將朝技術(shù)含量大、鋼板強(qiáng)度高、移架速度快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(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

8、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，以保證支架有足夠的壓力達(dá)到初撐力，以保證支架接頂位置準(zhǔn)確。兩柱掩護(hù)式支架的比重將大大增加，缸的直徑將增至360mm，端頭支架、多用途支架將被廣泛使用。2. 回采工作面的支護(hù)設(shè)備2.1 支護(hù)設(shè)備的用途和種類在回采工作面中。為了保護(hù)工作面內(nèi)機(jī)器和人員的安全生產(chǎn)，要對頂板進(jìn)行支撐和管理，以防止工作面空間的頂板冒落?；夭晒ぷ髅娴氖褂玫闹ёo(hù)設(shè)備有金屬摩擦支柱、單體液壓支架和自移式液壓支架。他們與采煤機(jī)和工作面的輸送機(jī)分別組成“普采”、“高檔普采”和“綜采”設(shè)備。由于使用金屬摩擦支柱勞動(dòng)強(qiáng)度大、安全行差、工作面產(chǎn)量低，現(xiàn)已很少使用。單體液壓支柱與鉸接

9、頂梁配套使用。由于單體液壓支柱是用高壓液體進(jìn)行升柱和支撐，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，增加了工作面的安全性，工作面的產(chǎn)量和效率有了一定的提高。但是由于單體液壓支柱支撤和移動(dòng)仍靠人工進(jìn)行操作，所以勞動(dòng)強(qiáng)度仍然較大，安全性仍然較差，工作面的產(chǎn)量和效率的提高受到限制。液壓支架是以高壓液體為動(dòng)力，有金屬構(gòu)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(jī)等工序全部實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化。因而大大地改善了回采工作面的工作條件、降低了人們的勞動(dòng)強(qiáng)度，有效的增加了勞動(dòng)的安全性，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(dòng)化創(chuàng)造了條件。但液壓支架對煤層的地質(zhì)要求很高，初期投資較大。2.2回采工作面頂板的組成及

10、其分類2.2.1頂板的組成回采工作面的頂板，根據(jù)巖層和煤層的相對位置及其特征，可以分為一下三中；1)偽頂:直接位于煤層的上方，是極易垮落的一層巖石。它通常是炭質(zhì)巖和泥質(zhì)巖，厚度一般不大于0.30.5m，經(jīng)常隨采隨冒。有些煤層不出現(xiàn)偽頂。偽頂對支護(hù)設(shè)備的使用一般嗚影響。2)直接頂：是位于偽頂或直接位于煤層上方的的一層或幾層巖層，厚度一般不大，不很堅(jiān)硬，常由泥質(zhì)巖頁巖等組成。一般隨回柱或移架而冒落。直接頂?shù)姆€(wěn)定性對支護(hù)方式以及架行選擇有決定性的影響。3)老頂：是位于直接頂之上厚而堅(jiān)實(shí)節(jié)理裂隙和層里都不發(fā)育的整體巖層。通常由石灰?guī)r或沙礫巖等構(gòu)成。老頂長能在采空去維持很大懸露面積而不隨直接頂一起垮落，

11、其垮落步距的長短對支護(hù)設(shè)備的載荷大小有決定性影響。2.2.2頂板分類1)直接頂分類我國將緩傾煤層回采工作面的直接頂分為四類。a.不穩(wěn)定頂板即破碎頂板;很容易冒落，冒落能基本充滿采空區(qū)。泥質(zhì)頁巖再生頂板等屬于這一類。b.中等穩(wěn)定頂板，這累頂板強(qiáng)度較高，但有大量的節(jié)理縫隙，局部較完整，厚度不大，冒落后不能充滿采空區(qū)，一般支護(hù)設(shè)備前移后隨即冒落。頁巖，粉砂巖等直接頂屬于這一類頂板。c.穩(wěn)定頂板即完整頂板：不易發(fā)生局部冒落，砂巖頂板堅(jiān)硬的砂巖屬于這類頂板。d.堅(jiān)硬頂板：極難冒落的砂巖堅(jiān)硬砂質(zhì)頁巖等屬于這類頂板。2)老頂分級老頂根據(jù)周期來壓明顯與否分為四級：級頂板，周期來壓不明顯；級頂板，周期來壓明顯；

12、級頂板，周期來壓強(qiáng)烈；級頂板，周期來壓極其強(qiáng)烈。老頂來壓越不明顯，作用于支架上的載荷就越小，而且穩(wěn)定。反之，周期來壓越強(qiáng)烈，作用于支護(hù)設(shè)備上的載荷就越大，且有沖擊。2.3 液壓支架的組成液壓支架是綜采工作面支護(hù)設(shè)備，它的主要作用是支護(hù)采場頂板，維護(hù)安全作業(yè)空間，推移工作面采運(yùn)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(diǎn)，一般分為三大類，即支撐式、掩護(hù)式(圖2-1)和支撐掩護(hù)式(圖2-2)。根據(jù)支架各部件的功能和作用，其組成可分為4個(gè)部分： 1) 承載結(jié)構(gòu)件，如頂梁、掩護(hù)梁、底座、連桿、尾梁等。其主要功能是承受和傳遞頂板和垮落巖石的載荷。2) 液壓油缸，包括立柱和各類千斤

13、頂。其主要功能是實(shí)現(xiàn)支架的各種動(dòng)作，產(chǎn)生液壓動(dòng)力。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、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(dòng)作及保證所需的工作特性。圖2-1 掩護(hù)式液壓支架結(jié)構(gòu) 圖2-2 支撐掩護(hù)式液壓支架結(jié)構(gòu)4) 輔助裝置，如推移裝置、護(hù)幫(或挑梁)裝置、伸縮梁(或插板)裝置、活動(dòng)側(cè)護(hù)板、防倒防滑裝置、連接件等。這些裝置是為實(shí)現(xiàn)支架的某些動(dòng)作或功能所必需的裝置。2.4 液壓支架的分類按液壓支架在采煤工作面的安置位置來劃分，有端頭液壓支架和中間液壓支架。端頭液壓支架簡稱端頭支架，專門安裝在每個(gè)采煤工作面的兩端。中間液壓支架是安裝在除工作面端頭

14、以外的采煤工作面所有位置的支架。中間液壓支架按其結(jié)構(gòu)形式來劃分，可分為三種基本類型，即：支撐式、掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式。1)支撐式支架支撐式支架是出現(xiàn)最早的一種架型，按其結(jié)構(gòu)和動(dòng)作方式的不同，支撐式支架又分為垛式支架（圖2-3a）和節(jié)式支架（圖2-3b）兩種結(jié)構(gòu)型式。垛式支架每架為一整體，與輸送機(jī)連接并互為支點(diǎn)整體前移。節(jié)式支架由個(gè)框節(jié)組成，移架時(shí)，各節(jié)之間互為支點(diǎn)交替前移，輸送機(jī)用與支架相連的推移千斤頂推移。節(jié)式支架由于穩(wěn)定性差，現(xiàn)已基本淘汰。支撐式支架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：頂梁較長，其長度多在左右；立柱多，一般是根，且垂直支撐；支架后部設(shè)復(fù)位裝置和擋矸裝置。以平衡水平推力和防止矸石竄入支架的工作空間內(nèi)

15、。支撐式支架的支護(hù)性能是：支撐力大，且作用點(diǎn)在支架中后部，故切頂性能好；對頂板重復(fù)支撐的次數(shù)多，容易把本來完整的頂板壓碎；抗水平載荷的能力差，穩(wěn)定性差；護(hù)矸能力差，矸石易竄入工作空間；支架的的工作空間和通風(fēng)斷面大。由上可知，支撐式支架適用于直接頂穩(wěn)定、老頂有明顯或強(qiáng)烈周期來壓，且水平力小的條件。(a) (b) 圖2-3支撐式支架結(jié)構(gòu)形式 垛式支架 節(jié)式支架2)掩護(hù)式支架（圖2-1）其主要由前梁、主梁、掩護(hù)梁和側(cè)護(hù)板、底座、前后連桿、前梁千斤頂、推移千斤頂、操縱閥等組成。它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：有一個(gè)較寬的掩護(hù)梁以擋住采空區(qū)矸石進(jìn)入作業(yè)空間，其掩護(hù)梁的上端與頂梁鉸接，下端通過前后連桿與底座連接。底座、前

16、后連桿和掩護(hù)梁形成四連桿機(jī)構(gòu)，以保持穩(wěn)定的梁端距和承受水平推力。立柱的支撐力間接作用與頂梁或直接作用與頂梁上。掩護(hù)式支架的立柱較少，除少數(shù)掩護(hù)式支架1根立柱外，一般都是一排2根立柱。這種支架的立柱都為傾斜布置，以增加支架的調(diào)高范圍，支架的兩側(cè)有活動(dòng)側(cè)護(hù)板，可以把架間密封。通常頂梁較短，一般為左右。掩護(hù)式支架的支護(hù)性能是：支撐力較小，切頂性能差，但由于頂梁短，支撐力集中在靠近煤壁的頂板上，所以支護(hù)強(qiáng)度較大、且均勻，掩護(hù)性好，能承受較大的水平推力，對頂板反復(fù)支撐的次數(shù)少，能帶壓移架。但由于頂梁短，立柱傾斜布置，故作業(yè)空間和通風(fēng)斷面小。由上可知，掩護(hù)式支架適用于頂板不穩(wěn)定或中等穩(wěn)定、老頂周期來壓不明

17、顯、瓦斯含量少的破碎頂板條件。3)支撐掩護(hù)式支架（圖2-2）其主要由防片幫千斤頂、前梁、頂梁、掩護(hù)梁、底座、推移千斤頂、立柱等組成。支撐掩護(hù)式支架是在吸收了支撐式和掩護(hù)式兩種支架優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種支架。因此，它兼有支撐式和掩護(hù)式支架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能，可適應(yīng)各種頂?shù)装鍡l件。此種支架的優(yōu)點(diǎn)是：支撐力大，切頂性能強(qiáng)，防護(hù)性能好，通風(fēng)斷面大，穩(wěn)定性好，應(yīng)用范圍廣。它的缺點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。支撐掩護(hù)式支架的立柱均為兩排，立柱可前傾或后傾。也可倒八字形布置和交叉布置。通常，兩排立柱都是直接支撐在頂梁上，個(gè)別情況下，也有后排立柱支撐在掩護(hù)梁上而前排立柱支撐在頂梁上。4)特種液壓支架特種液壓支架

18、是為了滿足某些特殊的要求而發(fā)展起來的液壓支架，在結(jié)構(gòu)形式上仍屬于以上某種液壓支架。包括放頂煤支架等。2.5 液壓支架的工作原理液壓支架在工作過程，必須具備升、降、推、移四個(gè)基本動(dòng)作，這些動(dòng)作是利用泵站提供的高壓乳化液通過工作性質(zhì)不同的幾個(gè)液壓缸來完成的，如圖2-4所示。升柱：當(dāng)需要液壓支架上升支護(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，與活塞桿相連的頂梁緊緊接觸頂板。降柱：當(dāng)需要降柱時(shí)，高壓乳化液進(jìn)入立柱的上活塞腔，另一腔回液，推動(dòng)活塞下降，頂梁脫離接觸接觸頂板。支架和輸送機(jī)前移：支架和輸送機(jī)的前移都是由底座上的推移千斤頂來完成。當(dāng)需要支架前移時(shí)，先降柱卸載，然后高壓液進(jìn)

19、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)需要推移輸送機(jī)時(shí)，支架支撐頂板后，高壓液進(jìn)入推移千斤頂活塞腔，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。圖2-4 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 操縱閥支架的支撐力與時(shí)間曲線，稱為支架的工作特性曲線，如圖2-5所示：支架立柱工作時(shí)，其支撐力隨時(shí)間的變化過程可分為三個(gè)階段-初撐階段； -增阻階段； -恒阻階段；-初撐力；-工作阻力1）初撐階段支架在升柱時(shí)，高壓液進(jìn)入立柱下腔，立柱升起使頂梁接觸頂板，立柱下腔壓力增加，當(dāng)增加到泵站工作壓力時(shí)，泵站

20、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，此階段為初撐階段，此時(shí)支架對頂板的支撐力為初撐力。 (2-1) pp1p2tt0t1t2 圖2-5 支架的工作特性曲線式中 -支架立柱的缸徑，；-泵站的工作壓力，；-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，以免立柱的缸徑過大。2）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)正壓力，立柱下腔壓力達(dá)到工作阻力。此階段為增阻階

21、段。3）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)正值時(shí)，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(shí)間呈波浪形變化，此階段為恒阻階段。此時(shí)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。支撐式支架的工作組力為 (2-2)式中 -支架安全閥的調(diào)定壓力 ；支架的工作阻力標(biāo)志著支架的最大承載能力。支架的工作阻力是支架的一個(gè)重要參數(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(hù)面積

22、頂板上所受支架工作阻力值的大小，即支護(hù)強(qiáng)度來表示支架的支護(hù)性能。即 (2-3)式中：支架的支護(hù)面積，3. 液壓支架的主要參數(shù)和選型3.1 原始參數(shù)支撐高度:1.0m2.3m 工作阻力4000KN3.2 液壓支架的選型原則3.2.1概述從液壓支架架型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來看，由于架型的不同，它的支撐力分布和作用也不同；從頂板的條件來看，由于直接頂類別和基本頂級級別不同，支架所承受的載荷也不同。所以，為了在使用中合理地選擇架型，要對支架的支撐力與承載的關(guān)系進(jìn)行分析，使支架的支撐力能適應(yīng)頂板載荷的要求。3.2.2影響架型選擇的因素液壓支架的架型選擇，主要取決于頂板條件和地質(zhì)條件，結(jié)合各類支架的不同性能

23、和特點(diǎn)，選擇一種較為合理的架型。下面簡要介紹影響架型選擇的因素和如何有針對性地進(jìn)架型選擇。1)煤層厚度a.當(dāng)煤層厚度超過2.5m時(shí)，頂板有側(cè)向推力和水平推力時(shí)，應(yīng)選用抗扭能力強(qiáng)的支架，一般不宜選用支撐式支架。b.當(dāng)煤層厚度達(dá)到2.52.8m以上時(shí)，需要選擇有護(hù)幫裝置的掩護(hù)式或支撐掩護(hù)式支架.c.煤層厚度變化大時(shí)，應(yīng)選擇調(diào)高范圍較大、帶有機(jī)械加長桿或雙伸縮立柱的掩護(hù)式支架。d.假頂分層開采，應(yīng)選用掩護(hù)式液壓支架。2）煤層傾角a.煤層傾角小于10時(shí)，液壓支架可以不設(shè)防倒防滑裝置。傾角在15（支撐式液壓支架取下限，掩護(hù)式液壓支架和支撐掩護(hù)式液壓支架取上限）以上時(shí)，應(yīng)選用帶有防滑裝置的液壓支架。b.傾

24、角在18以上時(shí)，應(yīng)選用同時(shí)帶有防滑防倒裝置的液壓支架。3）瓦斯含量對瓦斯涌出量大的工作面，應(yīng)符合煤礦安全規(guī)程要求，并優(yōu)先選擇通風(fēng)面積大的支撐式或支撐掩護(hù)液壓支架。4）底板強(qiáng)度 a.驗(yàn)算比壓，應(yīng)使支架底座對底板的比壓不超過底板的容許比壓。 b.為了移架容易，設(shè)計(jì)時(shí)要使底座的比壓不超過底板的容許比壓。5）設(shè)備成本同時(shí)允許選用幾種架型時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用價(jià)格便宜的支架。支撐式液壓支架最便宜，其次是掩護(hù)式液壓支架，最貴為支撐掩護(hù)式液壓支架。3.2.3液壓支架的選型過程1)確定直接頂和基本頂類別a. 基本頂級級別的確定?；卷敿壖墑e按基本頂來壓強(qiáng)弱來劃分?；卷攣韷簭?qiáng)弱取決于垮落帶巖石對采空區(qū)充滿程度N（N為

25、直接頂后度M與采高h(yuǎn)之比）和基本頂初次來壓步距。通常按N和，把基本頂分為四級，見表3-1。表3-1 基本頂級別基本頂級別基本頂來壓不明顯明 顯強(qiáng) 烈極強(qiáng)烈指 標(biāo)N=350.3N35LP=25500,3N35LP50N0.3LP=2550N0.3LP50 注：1.比值N應(yīng)根據(jù)采煤工作面所在位置的地質(zhì)柱狀圖中的M和h來計(jì)算。2.基本頂初次來壓步距LP可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測或礦壓顯示特征確定。b.直接頂類別按表3-2類 別指 標(biāo)不穩(wěn)定頂板中等穩(wěn)定頂板穩(wěn)定頂板堅(jiān)硬頂板主要指標(biāo)強(qiáng)度指數(shù)D1l=3 l8l=3.17 l=918l=7.112l=1925l12l25無直接頂，巖層厚度在25m以上6080參照指標(biāo)直接

26、頂初次垮落步距l(xiāng)/m表3-2直接頂類別表中按右式計(jì)算： （3-1）式中 =巖石單向抗拉強(qiáng)度（Mpa）= 節(jié)理裂隙影響系數(shù)；=分層厚度影響系數(shù)?？砂此鶞y量的節(jié)理裂隙間距L查表 3-3得到 可按所測地的分層厚度查表3-4得到表3-3 節(jié)理裂隙間距表l/m0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.01.11.2c10.30.320.340.370.390.410.430.460.480.500.520.55 表3-4 分層厚度表Hx/m0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.01.11.2C20.240.250.270.290.30.320.330.350.360.

27、380.390.41支架架型的支護(hù)強(qiáng)度的確定。按表3-5根據(jù)基本頂級級別和直接頂類別來確定支架架型，在根據(jù)基本頂級級別和采高確定支護(hù)強(qiáng)度。支護(hù)強(qiáng)度被定義為單位支護(hù)面積和支護(hù)阻力。2)液壓支架類型的確定由給定的頂板條件參照表3-5可選取液壓支架的選型為掩護(hù)式液壓支架。 表3-5支架架型確定參數(shù)基本頂級別+直接頂級別12312312344液壓支架架型掩護(hù)掩護(hù)支撐掩護(hù)掩護(hù)或支撐支撐支掩支掩支撐或支掩支撐或支掩支撐（采高小于2.5m）或支掩（采高大于2.5m）支架支護(hù)強(qiáng)度/()采高1m采高2m采高3m采高4m294343（245）441（343）539（441）1.32951.3343（245）1.3

28、441（343）1.3539（441）1.62951.63431.64411.65392295234324412539應(yīng)結(jié)合深孔爆破，軟化頂板等措施處理采空區(qū) 注:1.表中括號內(nèi)數(shù)字系掩護(hù)式液壓支架頂梁上的支護(hù)強(qiáng)度2.1.3，1.6，2為增壓系數(shù)(3)表中采高為最大采高3.3液壓支架的支撐力與承載關(guān)系1)支撐式液壓支架的特點(diǎn)是頂梁較長，控頂距較大，立柱呈直立布置，而且一般都位于頂梁的后半部。因此，支撐力也相應(yīng)集中在控頂區(qū)的后半部分，以阻止上部巖層的移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)切頂。而在煤壁附近的主要工作空間的頂板則處于無立柱狀態(tài)，僅靠支護(hù)力較小的前梁來維護(hù)。故支架的工作阻力在控頂區(qū)范圍內(nèi)很不均勻，其預(yù)想的支撐力

29、分布規(guī)律如圖3- 1所示 圖3- 1支撐式液壓支架支撐力分布圖2)掩護(hù)式液壓支架的特點(diǎn)和支撐力分布掩護(hù)式液壓支架的特點(diǎn)是頂梁較短，控頂距較小，支撐力主要集中在頂梁部位，且分布較均勻，頂梁端部的支撐能力比支撐式液壓支架大，其支撐力的分布規(guī)律如圖3-2所示圖3-2掩護(hù)式液壓支架支撐力分布圖掩護(hù)式液壓支架在不同頂板條件下的承載分析a.掩護(hù)式液壓支架在破碎不穩(wěn)定頂板條件下的受力情況：頂梁受力：由于支架頂梁短，使支架重復(fù)支撐次數(shù)減少，所以頂板較完整。頂板作用在頂梁上的合力為Q3，載荷分布如圖3-2所示掩護(hù)梁受力：由于頂板破碎，在頂梁后部自由冒落巖石的一部分作用在掩護(hù)梁上，對掩護(hù)梁的作用力可分解垂直分立和

30、水平分力，如圖掩護(hù)式液壓支架雖然立柱少，支撐力小，但由于頂梁短，單位面積支撐力大，載荷分布和支架支撐力的作用部位基本一致。所以，此種支架能在破碎不穩(wěn)定頂板下工作。圖3-3 掩護(hù)式液壓支架在破碎不穩(wěn)定頂板條件下的受力情況b.掩護(hù)式液壓支架在中等穩(wěn)定以上頂板的受力情況。掩護(hù)式液壓支架由于立柱少，且呈傾斜布置，支撐力較小，切頂性較差，受力情況如圖3-4所示直接頂冒落時(shí)，冒落巖石分別作用在頂梁上和掩護(hù)梁上。周期來壓時(shí)，由于頂梁后部頂板不能充分切斷，基本頂壓力將由整個(gè)支架和采空區(qū)垮落巖石承擔(dān)或者有可能在切頂時(shí)，基本頂直接壓在掩護(hù)梁上，這就使掩護(hù)梁上載荷劇增，迫使頂梁支撐力減小，使支架難以承受頂板的壓力和

31、控制頂板的冒落。所以，此種支架不能在中等穩(wěn)定以上頂板下工作。 圖3-4 掩護(hù)式液壓支架在中等穩(wěn)定以上頂板的受力情況3)支撐掩護(hù)式液壓支架支撐力分布與承載的關(guān)系及適用范圍 圖3-5支撐掩護(hù)式液壓支架支撐力分布支撐掩護(hù)式液壓支架是為了改善支撐式液壓支架和掩護(hù)式液壓支架的性能和對頂?shù)倪m應(yīng)性而設(shè)計(jì)的，主體部分接近垛式，支架后部有四連桿機(jī)構(gòu)和掩護(hù)梁，增強(qiáng)了支架的支撐力和承載能力。所以此種支架介于以上兩種支架之間，增強(qiáng)了適用范圍，適用于頂板較堅(jiān)硬 、頂板壓力較大頂板破碎的各種煤層，其受力狀況如圖3-5所示。4. 液壓支架的各部件結(jié)構(gòu)4.1 液壓支架的頂梁4.1.1 頂梁的結(jié)構(gòu)形式1)支撐式液壓支架的頂梁結(jié)

32、構(gòu)支撐式液壓支架頂梁結(jié)構(gòu)形式如圖4-1所示。如圖a所示為整體剛性頂梁。頂梁為一整體，剛性大，承載能力較好，但對頂板適應(yīng)性差。圖4-1支撐式液壓支架的頂梁類型1-前梁；2-后梁；3-尾梁；4-前梁千斤頂；5-前梁伸縮千斤頂2如圖b，c所示為鉸接式頂梁，由前梁和后梁組成，分別由前、后排立柱支撐。其中，b為全鉸式，它能適應(yīng)支架頂梁上方前后頂板的變化，但當(dāng)頂板出現(xiàn)凹坑時(shí)，頂梁易成人字形，影響支撐效果和切頂性能。半餃?zhǔn)巾斄喝鐖Dc所示，它克服了全鉸式的缺點(diǎn)，當(dāng)中部頂板出現(xiàn)凸起時(shí)，使前、后梁向上翹；當(dāng)頂板出現(xiàn)凹坑時(shí)，由于鉸接點(diǎn)下部有平整碰頭阻止，支架頂梁仍保持平整位置。4如圖d所示為剛性頂梁帶鉸接式前梁，頂

33、梁由前、后梁鉸接，在鉸接前梁處安裝有前梁千斤頂，用來支撐靠近煤壁處的頂板，同時(shí)還可以使前梁上下擺角適應(yīng)頂板起伏變化和增加頂梁前端的支撐能力。為了使冒落的頂板矸石滑向采空區(qū)，保護(hù)擋矸簾，還可以增設(shè)尾梁，如圖e所示。如圖f所示為不帶伸縮前梁的剛性頂梁，伸縮千斤頂式頂梁伸縮，由于前梁可以及時(shí)伸出支護(hù)暴露的頂板，從而允許固定頂梁減小長度，也可以用前梁千斤頂和伸縮千斤頂配合使用，使前梁既可以伸縮，也可以上下擺動(dòng)。2)掩護(hù)式液壓支架的頂梁結(jié)構(gòu)掩護(hù)式液壓支架的頂梁結(jié)構(gòu)型式如圖4-2所示如圖a所示為平衡頂梁頂梁較短，與其下部的的掩護(hù)梁鉸接。因?yàn)樗茉陧敯灏纪棺兓瘯r(shí)自取平衡，所以叫平衡式頂梁，頂梁鉸接點(diǎn)前、后側(cè)

34、面的比例接近于2：1（按載荷分布近似三角形設(shè)計(jì)）。這種頂梁后部和掩護(hù)梁形成三角區(qū)，易被冒落矸石堵住，影響支護(hù)效果。為此，在頂梁后部加設(shè)擋矸板。ZYZ型掩護(hù)式液壓支架就采用此種結(jié)構(gòu)。如圖b所示為潛入式頂梁，頂梁后端為扇形結(jié)構(gòu)，掩護(hù)梁可潛入扇形結(jié)構(gòu)內(nèi)，消除三角區(qū)。如圖c所示為鉸接式頂梁，頂梁為整體結(jié)構(gòu)，頂梁后端直接與掩護(hù)梁鉸接，取消三角區(qū)，立柱直接支撐在頂梁上。平衡千斤頂調(diào)節(jié)頂梁的接觸面積。圖4-2 掩護(hù)式液壓支架定量的類型1-頂梁；2-前梁；3-后梁；4-掩護(hù)梁；5-立柱；6限位千斤頂；7前梁千斤頂8-平衡千斤頂如圖d所示為帶前梁的鉸接式頂梁，由前梁千斤頂調(diào)節(jié)前梁角度，可以提高前梁前端的支撐能力

35、，改善前梁前端的支控效果。如圖e所示為帶伸縮前梁的鉸接式頂梁，可及時(shí)支護(hù)頂板，減少頂板的暴露時(shí)間鉸接式頂梁加伸縮和擺動(dòng)前梁，為如圖d、e所示兩種型式的結(jié)合型，由前梁千斤頂調(diào)節(jié)前梁角度，并在前梁內(nèi)加伸縮前探梁。3)支撐掩護(hù)式液壓支架的頂梁結(jié)構(gòu)由于支撐掩護(hù)式液壓支架的結(jié)構(gòu)介于支撐式和掩護(hù)式液壓支架之間，所以，支撐掩護(hù)式液壓支架的頂梁結(jié)構(gòu)可采用前述諸種型式，但應(yīng)根據(jù)頂板條件來選取。4.1.2 頂梁的斷面形狀各類頂梁都為箱式結(jié)構(gòu)，一般由鋼板焊接而成。為加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的剛度，在上下蓋板之間焊有加強(qiáng)筋板，構(gòu)成封閉式棋盤型頂梁。頂梁前端呈滑撬式或圓弧形，移減少移架阻力。支撐式液壓支架后焊接有掛簾板，作為掛擋矸簾用

36、。在頂梁下面含有鑄鋼柱窩，柱窩兩側(cè)有孔，孔用鋼絲繩或銷軸不立柱和頂梁連接起來。掩護(hù)式液壓支架和支撐掩護(hù)式液壓支架在頂梁后端有銷孔，通過銷軸與掩護(hù)梁上的銷孔相連。按頂梁的斷面形狀，還可以把頂梁分成如下結(jié)構(gòu)式：1）閉式頂梁頂梁上下蓋板與筋板焊接成封閉型，如圖(4-3)所示：圖4-3 頂梁筋板焊接圖2）開式頂梁開式頂梁結(jié)構(gòu)如圖所示其特點(diǎn)為減輕頂梁重量，增強(qiáng)頂梁抗彎強(qiáng)度。如圖(4-4)所示：圖 4-4開式頂梁結(jié)構(gòu)圖對于掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架，為便于側(cè)護(hù)板自由伸縮，要在頂梁頂面上加焊一塊比側(cè)護(hù)板稍厚的鋼板，稱為頂板，如圖（4-5）所示：圖4-5 頂梁斷面根據(jù)上述頂梁各種型式本設(shè)計(jì)選擇封閉焊頂板的型式，如

37、圖4-5所示。4.2 掩護(hù)梁的結(jié)構(gòu)掩護(hù)梁的結(jié)構(gòu)為鋼板焊接成的箱式結(jié)構(gòu)，在掩護(hù)梁上上端與頂梁鉸接，下部焊有與前、后連桿鉸接的耳座（有的支架在掩護(hù)梁上焊有立柱柱窩）?；顒?dòng)側(cè)護(hù)板裝在掩護(hù)梁的兩側(cè)。從側(cè)面看掩護(hù)梁，有直線型，折線型兩種。如圖4-6所示。其中，如圖a所示為折線型，圖b為直線型。(a) (b)圖4-6 掩護(hù)梁的結(jié)構(gòu)型式1頂梁；2掩護(hù)梁；3立柱；4前連桿；5后連桿；6底座；7限位千斤頂折線型相對直線型支架斷面大，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，但工藝性差，所以很少采用。從掩護(hù)梁的寬度方向分，可分為整體式和相分式兩種。對分式結(jié)構(gòu)尺寸小，易于加工、運(yùn)輸和安裝，但結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較差。4.3 側(cè)護(hù)板4.3.1 側(cè)護(hù)板的種類頂

38、梁和掩護(hù)梁的側(cè)護(hù)板有兩種：一種是一側(cè)固定另一側(cè)活動(dòng)的側(cè)護(hù)板。在設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)左右工作面來確定左側(cè)或右側(cè)為活動(dòng)側(cè)護(hù)板。一般沿傾斜方向的上方為固定側(cè)護(hù)板，下方為活動(dòng)側(cè)護(hù)板。活動(dòng)側(cè)護(hù)板通過彈簧筒和側(cè)推千斤頂與頂梁連接，以保證活動(dòng)側(cè)護(hù)板與鄰架的固定側(cè)護(hù)板靠緊。但當(dāng)改換工作面開采方向時(shí)，活動(dòng)側(cè)護(hù)板便位于傾斜方向的上方，給調(diào)架、防倒等帶來不便，所以很少采用。另一種時(shí)兩側(cè)皆為活動(dòng)側(cè)護(hù)板。這種側(cè)護(hù)板可以適應(yīng)工作面開采方向變化的要求，有利于防倒和調(diào)架。4.3.2 側(cè)護(hù)板的結(jié)構(gòu)形式。圖4-7側(cè)護(hù)板的結(jié)構(gòu)型式一種是側(cè)護(hù)板在頂梁外側(cè)。這種類型側(cè)護(hù)板又有三種形式，如圖4-7a所示，頂梁上無頂板，側(cè)護(hù)板易被冒落的矸石卡住，

39、影響側(cè)護(hù)板的伸縮；如圖4-7b、c所示，在頂梁上加設(shè)頂板，克服了以上的缺點(diǎn)，但支架承受偏載時(shí)，側(cè)護(hù)板裝置受力很大。另一種是鉸接式側(cè)護(hù)板，如圖4-7d所示。他克服了以上兩種側(cè)護(hù)板的缺點(diǎn)，但由于架間側(cè)護(hù)板造成的三角帶容易填入矸石，影響架間密封效果。根據(jù)上述側(cè)護(hù)板各種型式本設(shè)計(jì)選擇頂梁上加設(shè)頂板的型式，如圖b。4.4 底座1)底座的結(jié)構(gòu)型式如圖4-8所示，通常有3種類型。a.整體式。整體式底座是用鋼板焊接成的箱式結(jié)構(gòu)，整體性強(qiáng)，穩(wěn)定向好，強(qiáng)度高，不易變形，與底座接觸面積大，比壓小。如圖4-8a所示的底座用于支撐式液壓支架，箱體高度大便于安裝復(fù)位裝置。如圖4-8b所示的底座高度低，占用空間小，一般用于

40、掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式液壓支架。b.對分式。為使底座在一定范圍內(nèi)適應(yīng)底板起伏不平的變化，通常把底座制成前、后或左、右對分式。如圖4-8c、d所示為前、后兩個(gè)底座的對分式，兩者通過銷軸與彈簧鋼板鉸接而成。如圖4-8e所示為左、右兩個(gè)底座箱的對分式，兩者用彈簧鋼板和銷軸連接。c.底靴式。底靴式底座的特點(diǎn)是每根立柱支撐在一個(gè)底靴上，立柱之間用彈簧鋼板連接，立柱與底靴之間用銷軸連接，如圖4-8f所示。它的結(jié)構(gòu)簡單，動(dòng)作靈活，對地板的不平整適應(yīng)性強(qiáng)，但剛性差，與地板接觸面積小，穩(wěn)定相差，一般用于節(jié)式支架上。本設(shè)計(jì)選用整體式。圖4-8底座的結(jié)構(gòu)型式a、b 整體式底座；c、d、e 對分式底座；f底靴式底座底座與

41、立柱之間連接處用鑄鋼球面柱窩接觸，以免因立柱偏斜受偏載，并用限位板和銷軸限位，防止立柱脫出柱窩。在整體式底座后部中間去掉一塊鋼板，減少底座后部與底板的接觸面積，增加底座后部的比壓，同時(shí)有利于排矸。2)底座立柱柱窩上要開槽的原因：由于底座立柱柱窩的形狀為半球體，為防止底座立柱柱窩內(nèi)存有煤粉和積水，所以在柱窩上開一個(gè)槽或鉆一個(gè)孔，便于消除積水和煤粉。5. 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 液壓支架設(shè)計(jì)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，以使有效地控制頂板，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，

42、推溜力一般為100KN左右，移架力按煤層厚度而定，薄煤層一般為100KN150KN，中厚煤層一般為150KN250KN，后煤層一般為300KN400KN。3)防矸性能要好。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)面積，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)挼娜诵械馈?)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，能承受事實(shí)上不均衡載荷和沖擊載荷。10)滿足強(qiáng)度條件下，盡可能減輕支架重量。11)要易于拆卸，結(jié)構(gòu)要簡單。12)液壓元件要可靠。5.1.2 液壓支架設(shè)計(jì)的基本參

43、數(shù)1)頂板條件。根據(jù)基本頂和直接頂?shù)姆诸?，對支架進(jìn)行選型。2)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，以及支架的支護(hù)強(qiáng)度。3)瓦斯等級。根據(jù)瓦斯等級，按煤礦安全規(guī)定弟一百零五條規(guī)定，驗(yàn)算通風(fēng)。4)底板巖性及小時(shí)涌水量，根據(jù)底板巖性和小時(shí)涌水量驗(yàn)算底板比壓。5)工作面煤壁條件。分居工作面煤壁條件，決定是否用護(hù)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。7)井筒灌籠尺寸。根據(jù)井筒灌籠尺寸，考慮支架的運(yùn)輸外形尺寸。8)配套尺寸。根據(jù)配套尺寸及方式來計(jì)算頂梁長度。5.2 液壓支架的參數(shù)確定5.2.1 液壓支架煤層高度的確定支架的高度確定應(yīng)所采煤層的厚度，采區(qū)范

44、圍內(nèi)地質(zhì)條件的變化等因素來確定，其最大與最小最小高度為 （5-1） （5-2）式中 支架最大高度；2.3m支架最小高度；1.0m煤層最大厚度（最大采高）；煤層最小厚度（最小采高）；考慮偽頂、煤皮冒落以后仍有可靠初撐力的支撐高度，一般取200300mm；頂板最大下沉量，一般取100200mm；移架時(shí)支架的最小可伸縮量，一般取50mm；浮矸、浮煤厚度，一般取50mm。根據(jù)式5-1可得：2300250mm 2050mm根據(jù)式5-2可得： 10001505050 750mm5.2.2 支架的伸縮比確定支架的伸縮比指最大支架高度與最小支架高度之比值為： （5-3）=2.3由于液壓支架的使用壽命較長，并可

45、能被安裝在不同采高工作面，所以支架應(yīng)具有較大的伸縮比。在采用雙伸縮立柱時(shí)，垛式液壓支架的伸縮比為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)3.0一般范圍是1.52.5，煤層較薄時(shí)選較大值。但考慮盡量減輕支架重量，降低造價(jià)，可搞系列化支架，加強(qiáng)支架對頂?shù)装宓倪m應(yīng)性，降低伸縮比，盡量采用單伸縮油缸或帶機(jī)械加長桿來增加調(diào)高范圍。此設(shè)計(jì)采用雙伸縮油缸的立柱。5.2.3 支架的間距確定支架間距就是相鄰兩支架中心線的距離。支架間距要根據(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(jī)的一節(jié)中部槽相連，因此目前主要根據(jù)輸送機(jī)中部槽每節(jié)長度及槽幫上千斤頂連接塊的位置來確定。我國刮板輸送機(jī)

46、中部槽每節(jié)長度為1.5m，千斤頂連接塊位置在中部槽中間位置，所以除節(jié)式和邁步式液壓支架，支架間距一般為1.5m。本設(shè)計(jì)選1.5米。5.2.4 底座長度的確定底座是將頂板壓力傳遞到頂板和穩(wěn)固支架的部件。在支架底座長度設(shè)計(jì)時(shí)要考慮以下幾方面：支架度底座的接觸比壓要??；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、推移裝置和其它輔助裝置；便于人員操縱和行走；保證支架的穩(wěn)定性等。通常，掩護(hù)式液壓支架的底座長度取移架步距的3.5倍（一個(gè)移架步距為0.6m），即2.1m左右；支撐掩護(hù)式液壓支架的底座長度取移架步距的4倍，即2.4m。本設(shè)計(jì)底座長度取2250。5.3 四連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)5.3.1 四連桿機(jī)構(gòu)

47、的作用四連桿機(jī)構(gòu)是支撐掩護(hù)式支架最重要的部件之一。其作用概括起來有兩個(gè)，其一是當(dāng)支架又高到低變化時(shí)，借助四連桿機(jī)構(gòu)使支架頂梁前端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡呈近似雙紐線，從而使支架頂梁的取端點(diǎn)與煤壁間的距離的變化大大減小，提高了管理頂板的性能；其二是使頂板承受較大的水平力。1)支架高度在最大和最小范圍內(nèi)變化時(shí)，頂梁端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)最大軌跡的最大寬度e應(yīng)小于或等于70毫米，最好為30毫米以下。如圖5-1所示：2)支架在最高和最低位置時(shí)，頂梁與掩護(hù)梁的夾角為P和后連桿與底平面的夾角為Q，如圖5-1所示，應(yīng)滿足如下要求:支架在最高位置時(shí)，P5262，Q7585;支架在最低位置時(shí)有利于矸石的下滑，防止矸石停留在掩護(hù)梁上，根據(jù)

48、物理學(xué)摩擦理論可知，要求tanPw,如果鋼和矸石的摩擦系數(shù)W=0.3，則P=16.7。為了安全可靠，最低工作位置Q一般取Q25303)從圖5-1可知，掩護(hù)梁與頂梁的餃點(diǎn)e和瞬時(shí)中心O之間的連線與水平面的夾角為，其范圍要為0.35。圖5-1四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征4)應(yīng)取頂端梁前端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡雙紐線向前凸的一段為支架工作段，如圖5-1的h段。其原因是當(dāng)頂板來壓時(shí)，立柱讓壓下縮使頂梁有向前移的趨勢，可防止巖石向后移圖5-2掩護(hù)梁和后連桿構(gòu)成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)有可以時(shí)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)生向順時(shí)針轉(zhuǎn)到的趨勢，從而增加了頂梁前端的支護(hù)力，防止頂梁前端底板冒落，并且使

49、底座前端比壓減小，防止啃底。水平的合力也相應(yīng)的減小，所以減小了掩護(hù)梁的外載荷。以上可知當(dāng)知道掩護(hù)梁和后連桿的長度后，只要把掩護(hù)梁和后連桿簡化成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)就可以了，如圖5-2所示：5.3.2 掩護(hù)梁和后連桿長度的確定1)確定掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)至頂梁頂面的距離和后連桿下鉸點(diǎn)至底座地面的距離。一般同一類型的支架采用類比法來確定。在結(jié)構(gòu)允許的條件下，掩護(hù)式液壓支架盡量取大些，支撐掩護(hù)式液壓支架盡量取小些。因此，由類比法取鉸點(diǎn)至頂梁頂面的距離為200mm，后連桿下鉸點(diǎn)至底座地面的距離為200mm（類比支架為中煤北京煤機(jī)廠生產(chǎn)的ZY2000-10/26型掩護(hù)式液壓支架）。2)掩護(hù)梁和后連桿距離的確定。用優(yōu)選法

50、來確定掩護(hù)梁和后連桿的長度： 最大計(jì)算高度等于：2300-200-200=1900mm最小計(jì)算高度等于：1000-200-200=600mm 輸入到程序中得：U=0.154tan Q=1.378支架在最高位置時(shí)，后連桿與底座平面夾角A=0.809后連桿長度 B=0.308前、后連桿上鉸點(diǎn)之距C=0.745前連桿長度D=0.379前連下鉸點(diǎn)高度E=0.385前、后連桿下鉸點(diǎn)在底座上的投影距離F=1.092前連桿上鉸點(diǎn)至掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)之距G=1.400掩護(hù)梁長度P=0.91支架在最高位置時(shí)，頂梁與掩護(hù)梁的夾角C1=1.08支架在最高位置時(shí)，前連桿與底座平面的夾角然后作圖可得品 p1=53.19 p2

51、=7.08q1=78.9 q2=31.89G=1400mm A=809mm5.4 頂梁長度的計(jì)算5.4.1 頂梁長度計(jì)算的有關(guān)因素工作方式對支架頂梁長度的影響支架的工作方式對頂梁長度影響很大，如圖5-6所示的工作方式：600圖5-6 支架工作方式比較從圖5-6可以看出先移架后推溜的方式（又稱及時(shí)防護(hù)措施）要求有較大長度；先推溜后移架的方式（有稱滯后支護(hù)方式）要求頂梁長度較短。這是因?yàn)椴捎孟纫萍芎笸埔频姆绞綍r(shí)支架要超前輸送機(jī)一個(gè)步距，以便采煤機(jī)過后，支架能及時(shí)前移，支控新暴露的頂板，做到及時(shí)支護(hù)。所以前一個(gè)要比后一個(gè)步距多一個(gè)（一般為600毫米）。設(shè)計(jì)中采用及時(shí)支護(hù)方式。5.4.2配套尺寸對頂梁

52、的影響設(shè)備配套尺寸與支架頂梁長度有直接關(guān)系，為了防止采煤機(jī)想內(nèi)部傾斜時(shí)，采煤機(jī)滾筒不截割頂梁，同時(shí)考慮到采煤機(jī)截割時(shí)不一定把煤壁割成一個(gè)垂直面，所以我在設(shè)計(jì)時(shí)頂梁前端距煤壁最小距離為300毫米，這個(gè)距離叫做空頂距。另外在輸送機(jī)鏟煤板前也要留有一定距離。一般為130150毫米。也是為防止采煤機(jī)截割煤壁不齊，給推移輸送機(jī)留有一定距離。除此之外所有配套設(shè)備均要在頂梁掩護(hù)下工作。以此來計(jì)算頂梁長度。5.4.3 頂梁長度的計(jì)算掩護(hù)式與支撐掩護(hù)式頂梁長度的計(jì)算公式為頂梁長度=(配套尺寸+底座長度+AcosQ1)-（GcosP1+300+e）+掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn)至頂梁后端點(diǎn)之距式中： 底座長度底座前端至后連桿

53、下鉸點(diǎn)之距；e支架由高到低頂梁前端點(diǎn)最大變化距離；Q1、P1支架在最高位置時(shí)，分別為后連桿與掩護(hù)梁與水平面的夾角。配套尺寸為2380mm。底座長度=2000mm，e=30mm，掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn)至頂梁后端點(diǎn)之距=100mm。頂梁長度=(2380+2000+600cos78.9)-（1400cos52.19+300+e）+100=3467.2mm綜上所述圓整得到頂梁長度=3500mm.5.4.4 頂梁寬度和底座寬度的確定頂梁寬度，取1.5m。支架底座寬度一般是1.11.2m。為提高橫向穩(wěn)定性減少對底板的比壓，厚煤層支架可達(dá)1.3m左右，放頂煤支架為1.31.4m左右，底座中間安裝推移裝置的橫向?qū)挾?，與推移裝置的結(jié)構(gòu)和千斤頂缸徑有關(guān)，一般為0.30.38m。本設(shè)計(jì)取1.2m。6. 立柱的設(shè)計(jì)6.1 立柱設(shè)計(jì)方案的確定6.1.1 立柱的類型立柱按動(dòng)作方式分為單作用和雙作用立柱；