ZZ120002550型支撐掩護式液壓支架設計全套圖紙

1、畢業(yè)設計題目： 液壓支架畢業(yè)設計專題題目： zz12000/25/50型支撐掩護式液壓支架畢業(yè)設計主要內(nèi)容和要求：（1）利用現(xiàn)代信息檢索系統(tǒng)，掌握文獻檢索方法，了解液壓支架的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀。（2）根據(jù)煤礦具體條件，針對深部開采巖層壓力大，引起圍巖變形、位移和片幫、冒落、崩塌等現(xiàn)象，為了能夠?qū)敯甯玫墓芾?，為工作人員提供更安全的工作空間，設計zz12000/25/50型支撐掩護式支架。（3）在設計過程中，對頂梁、底座、掩護梁、立柱、前后連桿等主要結構件進行設計，并對其進行受力分析和強度校核。（4）說明書及圖紙達到大綱規(guī)定要求。目 錄1 概述 1.1液壓支架的組成與工作原理1 1.1.1 液壓支

2、架的組成1 1.1.2 液壓支架的工作原理21.2 液壓支架的分類 31.2.1按支架用途和在采煤工作面的安裝位置31.2.2 按支架與圍巖相互作用關系和立柱布置特點41.2.3 按主要結構特點61.2.4 按使用條件分類61.3 液壓支架的主要結構件及其用途 7 1.3.1 頂梁7 1.3.2 底座7 1.3.3 掩護梁7 1.3.4 活動側護板8 1.3.5 連桿81.4 液壓支架的支護方式81.5工作面成套液壓支架的組成81.6 本次設計的目的 92 液壓支架整體結構尺寸設計2.1 液壓支架結構參數(shù)原則和內(nèi)容 102.1.1 確定液壓支架結構參數(shù)原則 102.1.2 確定支架結構參數(shù)的內(nèi)

3、容 102.2 支架的高度和伸縮比 10 2.2.1 支架高度10 2.2.2 支架的伸縮比102.3支架間距和寬度的確定112.4支架四連桿機構的確定 112.4.1 四連桿機構的作用 112.4.2 四連桿機構的設計要求 122.4.3 四連桿機構的作圖方法132.5 頂梁長度的確定 162.5.1 支架工作方式對頂梁長度的影響 162.5.2 頂梁長度計算 173液壓支架主要結構件的設計3.1 頂梁 183.1.1 結構形式 183.1.2主要功能 183.1.3本次設計頂梁結構形式及主要尺寸193.2 底座 193.2.1 結構形式 193.2.2主要功能 203.2.3本次設計底座結

4、構形式及主要尺寸203.3 立柱 213.4 掩護梁 213.5 前后連桿 213.6 液壓支架的輔助裝置223.6.1 推移裝置 233.6.2 護幫裝置 243.7活動側護板 243.7.1 活動側護板的用途和結構形式 24 3.7.2 頂梁側護板 24 3.7.3 掩護梁側護板 254 液壓支架性能參數(shù)的確定4.1液壓支架基本技術參數(shù)的確定264.2立柱技術參數(shù)確定 274.2.1泵站壓力和立柱安全閥的調(diào)整壓力274.2.2雙伸縮立柱缸徑的確定284.2.3立柱初撐力的計算 294.2.4立柱工作阻力的計算 304.2.5立柱缸體壁厚的計算 304.3千斤頂參數(shù)的確定 314.3.1推移

5、千斤頂314.3.2 前梁千斤頂324.4 底座接觸比壓的計算 324.5液壓支架的主要技術參數(shù)335 液壓支架的受力分析 5.1 支架的受力分析及計算 345.1.1液壓支架受力分析計算的基本假設 345.1.2液壓支架受力分析計算的基本參數(shù)355.1.3 液壓支架的整體受力分析375.1.4頂梁受力分析計算 375.1.5后梁受力分析計算 385.1.6掩護梁受力分析計算 405.1.7底座受力分析計算 425.2頂梁載荷分布 436 液壓支架的強度計算6.1 前梁的強度校核 456.2 主頂梁的強度校核 476.3 掩護梁的強度校核 496.4 底座的強度校核 526.5 前連桿的強度校

6、核 546.6 后連桿的強度校核 566.7 銷軸及耳板的強度校核 577 液壓支架的使用與維護 7.1 液壓支架操作要求 637.2 液壓支架維護要求 638 結論 65參考文獻 67附 錄 68翻 譯英文原文 74中文譯文 78致 謝 85摘 要采煤綜合機械化，是加速我國煤炭工業(yè)發(fā)展，實現(xiàn)煤炭工業(yè)現(xiàn)代化的一項戰(zhàn)略措施。而液壓支架是綜采工作面的重要設備之一,其作用不僅是支護頂板、維護安全作業(yè)空間，而且還要推移工作面輸送機和采煤機。zz12000/25/50支撐掩護式液壓支架最大工作阻力為12000kn/架，主要基本組成部分有：頂梁，底座，液壓支柱，千斤頂，掩護梁，四連桿機構等。本文介紹了：液

7、壓支架的組成、工作原理、作用和分類；對重要結構件如前梁、頂梁、底座和鉸接銷軸等進行了分析，根據(jù)其常見失效形式、影響因素及基本設計要求，給出了重要結構件的受力分析、強度和剛度的設計方法,并對其進行了受力分析和強度計算。關鍵詞：支撐掩護式液壓支架；四連桿機構；結構設計； 強度分析 abstract the comprehensive mechanization of coal mining is the acceleration coal industrial development of our country, realizes the modern a strategic measure o

8、f coal industry. hydraulic support is an important equipment on comprehensive mechanized mining face, which can push conveyers and mining machines on the face, as well as support upper plates, and assure the security of working area. the largest working resistance 0f chock shield zz12000/25/45 is 12

9、000kn/shelf，chock shield major from some following basically partial compositions: top beam, base, hydraulic legs, prop, shield beam and four linkage mechanisms. the followings are introduced in this paper: components, working principle, functions, and types of the hydraulic support; the design of e

10、ach structure piece is a point. the important structure, such as ex-beam, top-beam, base, hinged pin axis and so on, are analyzed. according to its failures, affecting factors and basic considerations, the design method of the strength and stiffness of the important structure is introduced. the forc

11、e analysis and strength calculation are introduced.keywords：chock shield; ourbar mechanism ;structure design ; strength analysis1 概述液壓支架是在摩擦支柱和單體液壓支柱等基礎上發(fā)展起來的工作面機械化支護設備。它與滾筒采煤機（或刨煤機）、可彎曲刮板輸送機、轉(zhuǎn)載機及膠帶輸送機等形成了一個有機的整體，實現(xiàn)了包括采、支、運等主要工序的綜合機械化采煤工藝，從而使長壁采煤技術進入了一個新的階段。液壓支架能可靠而有效地支撐和控制工作面頂板，隔離采空區(qū)，防止矸石竄入工作面，保證作業(yè)

12、空間，并且能夠隨著工作面的推進而機械化移動，不斷將采煤機和輸送機推向煤壁，從而滿足了工作面高產(chǎn)、高效和安全生產(chǎn)的要求。液壓支架的總重量和初期投資費用占工作面整套設備的60%70%左右，因此，液壓支架成了現(xiàn)代采煤技術中關鍵設備之一。1.1 液壓支架的組成與工作原理1.1.1 液壓支架的組成液壓支架組成如圖1-1所示：圖11 液壓支架的組成1前梁 2頂梁 3立柱 4掩護梁 5前連桿 6后連桿 7底座 8推移裝置 9平衡千斤頂 10前梁千斤頂 11護幫千斤頂 12護幫裝置根據(jù)各部件的功能，液壓支架的組成可歸納為五個部分，見表1-1。表1-1 液壓支架組成表序 號部 件功 能舉 例1承載結構件承受并傳

13、遞頂板載荷作用的結構件頂梁、掩護梁、底座、連桿2動力油缸用液體作介質(zhì)可以主動產(chǎn)生作用力，實現(xiàn)各種動作的油缸立柱、各類千斤頂3控制元部件操縱、控制支架各個動力油缸動作及保證所需工作特性的液壓（電氣）元部件操縱閥、單向閥、安全閥及管路、液壓（電控）元件4輔助裝置不直接承受頂板載荷，而實現(xiàn)支架某些動作或功能所必須的裝置推移裝置、護幫裝置、活動側護板、防倒、防滑裝置5工作液體傳遞能量的工作液壓介質(zhì)乳化液1.1.2 液壓支架的工作原理液壓支架在工作過程中，必須具備升、降、推、移四個基本動作，這些動作是利用泵站供給的高壓乳化液通過工作性質(zhì)不同的幾個液壓缸來完成的。如圖1-1所示。 圖1-2 液壓支架工作原

14、理圖1立柱 2頂梁 3掩護梁 4連桿 5底座 6推移裝置7操縱閥 8液控單向閥 9安全閥 10工作面輸送機（1） 升柱當需要支架上升支護頂板時，高壓乳化液進入立柱的活塞腔，另一腔回來，推動活塞上升，使與活塞桿腔連接的頂梁緊緊接觸頂板。（2） 降柱當需要降柱時，高壓乳化液進入活塞桿腔，另一腔回液，迫使活塞桿下降，于是頂梁脫離頂板。（3）支架和輸送機的前移支架和輸送機的前移，都是由于底座上的推移千斤頂來完成的。當需要支架前移時，先降柱卸載，然后高壓液體進入推移千斤頂?shù)幕钊麠U腔，另一腔回液，以輸送機為支點，缸體前移，把整個支架拉向煤壁：當需要輸送機時，支架支撐頂板后，高壓液體進入推移千斤頂活塞腔，另

15、一腔回液，以支架為支點，使活塞桿伸出，把輸送機推向煤壁。綜采工作面生產(chǎn)工藝過程比較單一，主要工序有采煤、移架、推溜。按照液壓支架的不同工作階段，其工作原理如表1-2。 表1-2 液壓支架工作原理項 目工作階段基 本 原 理支撐承載原理初 撐通過液壓供液系統(tǒng)的靜壓對頂板底板產(chǎn)生主動支撐力增阻承載隨著頂板下沉，立柱活塞腔內(nèi)被封閉的油液受到壓縮。由于工作介質(zhì)的不可壓縮性，使腔內(nèi)液體壓力升高，形成對頂板的被動支撐力恒阻承載當頂板載荷達到支架預先調(diào)定的工作阻力時，安全閥工作（溢流），使立柱降縮。當立柱活塞腔內(nèi)壓力小于安全閥安全閥關閉壓力時，安全閥又停止溢流，活塞腔液體又被封閉。這樣支架始終以恒阻（工作阻

16、力）值支撐頂板。這就是支架具有的既能恒阻承載，又能安全可縮的“讓壓”特性。自動移設原理拉架 以輸送機、移步橫梁或支撐于頂?shù)装逯g的相鄰架等作為支點，向推移千斤頂輸入高壓液體后實現(xiàn)拉架推溜 以支撐住頂板的支架作為支點，向推移千斤頂通入高壓液體，將輸送機推向煤壁1.2 液壓支架的分類液壓支架分類的方式很多，主要可以按照支架用途和在工作面的安裝位置、支架與圍巖的相互作用關系、立柱布置方式、使用條件和結構特點等來分類。1.2.1 按支架用途和在采煤工作面的安裝位置根據(jù)用途和在采煤工作面的安裝位置，液壓支架分為端頭支架和中間支架兩大類。液壓支架的分類主要是針對中間支架進行分類。端頭支架安裝在采煤工作面兩

17、端與順槽連接處。由于此處頂板懸露面積較大，綜采設備較多，又是人員的安全出口，要求端頭支架不僅能支護頂板，而且要與端面處的各種機械設備相適應。中間支架安裝在除端頭支架以外的采煤工作面的全部作業(yè)位置。其作業(yè)是確保采煤工作面人員與設備的安全，并實現(xiàn)頂板管理與支護以及采煤作業(yè)過程機械化。因此，一方面，要求中間支架工作可靠，使用方便，易于制造和運輸，在整個服務年限內(nèi)使用費用的總和最低；另一方面，要求中間支架的結構及布置方式符合采場圍巖的運動規(guī)律，與其支護的工作面頂板壓力相適應，兼有支撐和掩護作用既能支撐住采煤工作面下沉的頂板，又能防止矸石涌入工作面。1.2.2 按支架與圍巖相互作用關系和立柱布置特點支架

18、按其結構與圍巖相互作用方式可分為：支撐式、掩護式、支撐掩護式三大類，如圖1-3。圖1-3 液壓支架架型劃分表（1）支撐式支架支撐式支架利用立柱與頂梁直接支撐和控制工作面的頂板。其特點是：立柱多，支撐力大，切頂性能好；頂梁長，通風端面大，適用于中等穩(wěn)定以上的頂板。按其結構和工作方式不同，支撐式液壓支架又可分為垛式和節(jié)式兩種。（2）掩護式支架掩護式支架利用立柱、短頂梁支撐頂板，利用掩護梁來防止巖石落入工作面。其特點是：立柱少，切頂能力弱；頂梁短，控頂距小；由前后連桿和底座鉸接構成的四連桿機構使抗水平力的能力增強，立柱不受橫向力；而且使前端的運動軌跡為近似平行于煤壁的雙紐線，梁端距變化??；架間通過側

19、護板密封，掩護性好；調(diào)高范圍大，適用于松散破碎的不穩(wěn)定或中等穩(wěn)定的頂板。適應煤層厚度變化的能力強。（3）支撐掩護式支撐掩護式支架兼有支撐式和掩護式的結構特點，具有支撐式的頂梁和掩護式的掩護梁，兼有切頂性能和防護作用，多為立柱式，立柱可直立或斜支在頂梁或掩護梁上，相當于支撐式和掩護式的組合，以支撐為主，掩護為輔。這類支架的工作阻力、切頂能力均介于上述二者之間，但由于有掩護梁，其掩護性能與穩(wěn)定性均較好，架型空間也較大。缺點是頂梁相應較長，但由于能及時支護心暴露的頂板，有效地維護一定的安全作業(yè)空間，故目前各類支架大多采用這種工作方式。適用于直接頂穩(wěn)定和中等穩(wěn)定，周期壓力明顯的頂板。支撐式、掩護式、支

20、撐掩護式液壓支架結構、性能和經(jīng)濟比較如表1-3。表1-3 液壓支架結構、性能和經(jīng)濟比較 架型項目支撐式掩護式支撐掩護式結構復雜性簡單復雜復雜工作阻力大小大切頂能力強小較強防護性差好好穩(wěn)定性差好好架型空間大小較大重量（h、p相同時）輕較重重成本低較高高1.2.3 按主要結構特點 液壓支架按主要結構特點分類，如表1-4所示。 表1-4 按主要結構特點分類分類標準具體分為分類標準具體分為調(diào)高機構四連桿式控制方式本架控制單鉸點式鄰架控制擺桿式成組控制和順槽控制配套方式插腿式組合方式單架式不插腿式組合式1.2.4 按使用條件分類液壓支架按使用條件分類，如表1-5所示。表1-5 按使用條件分類表分類標準具

21、體分為使用高度厚煤層一次采全高支架（3.5m）中厚煤層支架（1.3mh3.5m）薄煤層支架（1.3m）使用傾角緩傾斜工作面支架（25°）傾斜工作面支架（25°45°）傾斜工作面支架（45°）采煤工藝放頂煤支架機械鋪（連）網(wǎng)支架充填支架使用地點排頭支架端頭支架工作面支架順槽超前支架1.3 液壓支架的主要結構件及其用途 1.3.1 頂梁用途：（1）用于支撐維護控頂區(qū)的頂板。（2）承受頂板的壓力（3）將頂板載荷通過立柱、掩護梁、前后連桿經(jīng)底座傳到底板。1.3.2 底座用途：（1）為支架的其他結構件和工作機構提供安設的基礎。（2）與前后連桿和掩護梁一起組成四連桿

22、機構。（3） 將立柱和前后連桿傳遞的頂板壓力傳遞給底板。1.3.3 掩護梁用途：（1）掩護梁承受頂梁部分載荷和掩護梁背部載荷并通過前后連桿傳遞給底座。（2） 掩護梁承受對支架的水平作用力及偏載扭矩。（3） 掩護梁和頂梁（包括活動側護板）一起，構成了支架完善的支撐和掩護體，完善了支架的掩護和擋矸能力。1.3.4 活動側護板用途：（1） 與鄰架的頂梁、掩護梁和后連桿的固定側護板相貼，構成了支架的擋矸屏障。（2） 支架移架時起導向作用。（3） 利用側推千斤頂可調(diào)整支架的橫向位置或防倒扶正支架。1.3.5 連桿前后連桿是四連桿機構中重要的運動和承載部件，與掩護梁和底座的一部分共同組成四連桿機構，使支架

23、能承受圍巖載荷、水平作用力和保持穩(wěn)定。1.4 液壓支架的支護方式綜采工作面生產(chǎn)工藝過程比較單一，主要工序有采煤、移架及推溜。目前這三項工序最常見的組合方式見表1-6。表1-6 支護循環(huán)方式支護方式循 環(huán) 方 式支 護 特 點應 用 條 件即時支護割煤移架推溜支護滯后時間短適用于各種頂板條件，應用最為廣泛滯后支護割煤推溜移架支護滯后較長用于穩(wěn)定、完整的頂板條件，支架結構緊湊，目前應用較少復合支護割煤支架伸出探梁推溜移架支護滯后時間短增加了反復支撐可適用于各種頂板條件，但支架操作次數(shù)增加，目前應用較少1.5 工作面成套液壓支架的組成綜采工作面除了裝備幾十架或更多架數(shù)的工作面基本支架之外，一般都還需

24、要有乳化液泵站、供液管路系統(tǒng)等。根據(jù)工作面不同的生產(chǎn)和地質(zhì)條件，還可配備端頭支架、排頭支架等，詳見表1-7。表1-7 工作面成套液壓支架組成序號名 稱布 置 位 置數(shù) 量作 用1乳化液泵站順槽或?qū)ｉT硐室1-2臺或多臺向液壓支架供給高壓液體2供回液主管路順槽及工作面2-多條輸送泵站輸出的高壓液體與工作面返回油箱的液體3端頭液壓支架順槽與工作面過渡區(qū)上端頭0-2條下端頭0-2條支護順槽與工作面過渡區(qū)的頂板。有些工作面可用單體液壓支柱等代替4排頭液壓支架工作面上下兩端頭一般每端不超過3-5架支護工作面上下兩端包括輸送機機頭機尾上方的頂板，并作為工作面支架調(diào)整位置與方向時的基準架。對整個工作面支架的防

25、倒防滑至關重要5工作面支架工作面視工作面長度定也稱基本支架。對工作面頂板進行支護與控制1.6 本次設計目的高產(chǎn)高效大采高綜采面生產(chǎn)能力大、回采率高、安全條件和經(jīng)濟效益好，是厚煤層開采技術的主要方向之一。峰峰礦務局吳桐莊礦主采煤層為4.05.0m厚的2號煤，煤體硬度f=1.01.5%,煤層傾角825°。直接頂一般為2.04.0厚的深灰色粉砂巖，老頂為812m厚的中粗粒砂巖，屬級2類頂板。底板為厚0.6m的泥質(zhì)粉砂巖及厚2m的細砂巖，屬中等比壓底板。大采高綜采面內(nèi)斷層落差一般小于2/3煤層厚度，最大仰采角度達13°，最大俯采角度達16°。采面傾向長度一般為150m，走

26、向推進長度為7001650m。根據(jù)該礦具體條件，針對深部開采巖層壓力大，引起圍巖變形、位移和片幫、冒落、崩塌等現(xiàn)象，為了能夠?qū)敯甯玫墓芾恚瑸楣ぷ魅藛T提供更安全的工作空間，設計了zz12000/25/50型支撐掩護式支架。2 液壓支架整體結構尺寸設計在液壓支架架型選定后，應根據(jù)給出的煤層條件、頂?shù)装鍡l件、配套設備的要求，結合各型支架的結構特點，進行支架的總體設計，包括確定支架的結構參數(shù)和性能參數(shù)。2.1 液壓支架結構參數(shù)原則和內(nèi)容2.1.1 確定液壓支架結構參數(shù)原則 1、要滿足配套設備（采煤機、輸送機）的相關要求；2、與支架工作方式（及時支護或滯后支護）相適應；3、結構緊湊，行人操作方便；4

27、、支架工作穩(wěn)定性好。2.1.2 確定支架結構參數(shù)的內(nèi)容1、確定正常工作條件下，支架與相應設備的位置關系；2、確定支架總體與主要部件的布置與尺寸。2.2 支架的高度和伸縮比2.2.1 支架高度 支架高度的確定原則，一般應首先確定支架適用煤層的平均采高，應根據(jù)所采煤層的厚度，采區(qū)范圍內(nèi)地質(zhì)條件的變化等因素來確定，然后確定支架高度。對于大采高支架，按下式確定支架高度，即： （2-1） （2-2）式中， hm 支架最大高度（mm）； hn 支架最小高度（mm）； hm 煤層最大厚度（mm）； hn 煤層最小厚度（mm）； s1 考慮偽頂、煤皮冒落后仍有可能初撐力所需要的支撐高度，一般取200-300m

28、m； s2 頂板最大下沉量，一般取100-200mm； a 移架時支架的最小可縮量，一般取50mm； a 浮矸石、浮煤厚度，一般取50mm；經(jīng)計算，本支架最大高度為5m,最小高度為2.5m。2.2.2 支架的伸縮比支架的伸縮比指最大與最小支架高度之比值，即： （2-3）支架的最大高度與最小高度之差為支架的調(diào)高范圍。調(diào)高范圍越大，支架適用范圍越廣，但過大的調(diào)高范圍給支架結構設計造成困難，可靠性降低。由于液壓支架的使用壽命較長，并可能被安裝在不同的采煤工作面，所以，支架應具有較大的伸縮比。一般支架最大高度和最小高度的比值范圍是1.5至2.5。該支架的伸縮比為:2.3 支架間距和寬度的確定所謂支架間

29、距，就是相鄰兩架中心之間的距離，按如下公式計算： （2-4）式中：b 支架間距（mm）； b 每架支架頂梁總寬度(mm)； c 相鄰支架頂梁之間的間隙； n 每架所包含的組架或框架數(shù)。整體自移式支架n=1；整體邁步式支架 n=2；節(jié)式組合邁步式支架n=支架節(jié)數(shù)。 支架間距要根據(jù)支架架型來確定，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聯(lián)結塊的位置來確定，我國輸送機溜槽每節(jié)長度為1.50m，千斤頂聯(lián)結塊位置在溜槽中間，所以除節(jié)式和邁步式支架外，支架間距一般為1.50m。由于本次設計的支架特點是大采高、大噸位、大沖擊，考慮底板承受比壓

30、很大，根據(jù)綜采技術手冊，以及刮板輸送機sgz830/280的每節(jié)溜槽長度，綜合考慮，本支架中心距為： =1660+130×1=1790mm支架中心距為1.79m。支架的支護寬度為1.660-1.860m。2.4 支架四連桿機構的確定2.4.1 四連桿機構的作用（1）梁端護頂。通過四連桿機構，使支架頂梁端點的運動軌跡呈近似雙紐線，從而使支架頂梁前端的端面力煤壁距離大大減小，提高了管理頂板性能。（2）擋矸。組成四連桿機構的掩護梁既是連接件，又是承載件，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。采煤工作面頂板作用在液壓支架上的外載荷，不僅有垂直于煤層頂板的分力

31、，而且有沿巖層層面指向采空區(qū)方向（或指向煤壁方向）的分力。這個水平分力由液壓支架的四連桿機構承受，從而避免了立柱因受水平力產(chǎn)生的彎曲變形。（4）提高支架穩(wěn)定性。鑒于四連桿機構將液壓支架的其他構件聯(lián)結成為一個重量較大的整體，盡管它的移動過程中要克服自身的內(nèi)力，但是在支架承載階段，其穩(wěn)定性很高。2.4.2 四連桿機構的設計要求（1）支架從最高高度降到最低高度時，如圖2-1所示頂梁端點運動軌跡的最大寬度e應小于或等于70mm，最好為30mm以下。圖2-1 四連桿機構幾何特征圖（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，為圖2-1所示，應滿足下列要求。支架在最高位

32、置時，p52°62°，75°85°；支架在最低位置時，考慮矸石便于下滑，以防矸石停留在掩護梁上，根據(jù)物理學摩擦理論可知，則要求 tanp>f,如果按鋼和矸石的摩擦系數(shù)f=0.3，可求得tanp=0.3，則p=16.7°，為了安全可靠最低工作位置應使p25°為宜，而q角主要考慮掩護梁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，使支架不能降下來，一般取q25°30°。（3）從圖2-1可知，掩護梁與頂梁鉸點e和瞬時中心o之間的連線與水平線夾角為，設計時，要使tan0.35范圍以下，主要原因是q角直接影響

33、附加力qy的數(shù)值大小。（4）支架工作段要取曲線向前凸的一段，如圖2-1所示的h段，其原因為當頂板來壓時，立柱讓壓而下縮，使頂梁有前移的趨勢，防止巖石向后移，使整個支架產(chǎn)生順時針轉(zhuǎn)動的趨勢，從而增加了前梁端部的支護力，防止頂梁前端頂板冒落又可以使底座前端比壓減小，可防止啃底，有利移架；再則減少了水平力的合力，由于支架所承受的水平力由掩護梁來克服，所以減輕了掩護梁的受力。從以上分析得知，為使支架受力合理和工作可靠，在設計四連桿機構的曲線運動軌跡時，應盡量使支架的工作段要取曲線向前凸的一段，所以當已知掩護梁和后連桿簡化成曲柄滑塊機構，進行作圖就可以了，其掩護梁和后連桿構成的曲柄滑塊機構如圖2-2所示

34、。 圖2-2 掩護梁和后連桿構成的曲柄滑塊機構2.4.3 四連桿機構的作圖方法用解析法來確定掩護梁和后連桿的長度。如圖2-3所示。l 掩護梁長度；l1 后連桿長度；l2 e點垂直線到后連桿鉸點之距；h1 支架最低位置時的計算高度；h2 支架最低位置時的計算高度；從幾何關系可以列出如下兩式： （2-5） （2-6）將（2-5）式和（2-6）式聯(lián)立可得： （2-7）ll1 圖2-3 掩護梁和后連桿計算圖按照四連桿機構的幾何特征所要求的角度，取p1=60°、p2=30°、q1=70°、q2=30°代入（2-7）式，則：而支架在最高位置時的值為： (2-8)取=

35、4320mm、=1870mm代入（2-8）式，算出掩護梁的長度為：后連桿的長度為：掩護梁長度l和后連桿長度l1求出后取整數(shù)，從而這幾個參數(shù)就確定了。用幾何作圖法確定四連桿機構的各部分尺寸具體作法如圖2-4所示：作圖步驟如下：（1）確定后連桿下鉸點o點的位置，使它大體比底座略高，一般為200250mm，太低安裝銷子困難，太高底座笨重。（2）過o點作與底座底面平行的水平線h-h線。（3）過o點作與h-h線相交為q1角的線。（4）以o點為圓心，l1為半徑，與上線交一點a，即為后連桿與掩護梁的上鉸點。（5）過a點作與h-h線相交為p角的斜線，以a點為圓心，l 為半徑交于一點e，此點為掩護梁與頂梁的鉸點

36、。 圖2-4 液壓支架四連桿機構的幾何圖（6）過e點作與h-h線的平行線f-f線，則h-h線與f-f線的距離為h1，為液壓支架最高位置時的計算高度。（7）以a點為圓心，掩護梁l的0.220.3長為半徑，在掩護梁上交一點b，為前連桿上鉸點的位置。（8）過e作f-f線的垂線。（9）在垂線上作液壓支架在最低位置時，頂梁與掩護梁的鉸點為e。（10）取 中點為 e點，為液壓支架降到中間位置時掩護梁與頂梁的鉸點。（11）以o點為圓心，為半徑作圓弧。（12）以e點為圓心，掩護梁長為半徑，交圓弧上一點a,此點為液壓支架降到中間位置時，掩護梁與后連桿的鉸點。（13）以e 為圓心，掩護梁長為半徑，交圓弧上一點a，

37、此點為支架降到最低位置時，掩護梁與后連桿的鉸點。（14）連接、。并以a點為圓心，為半徑，交上一點b；以a點為圓心，為半徑，交上一點b，該b、b、b三點為液壓支架在三個位置時前連桿的上鉸點。（15）連接、為液壓支架降到中間位置和最低位置時后連桿的位置。（16）分別作和的垂直平分線交一點c，即為前連桿下鉸點為前連桿長度。（17）過c點向h-h線作垂線，交一點d，則、為液壓支架的四連桿機構。2.5 頂梁長度的確定根據(jù)支架工作方式和設備配套尺寸來確定頂梁長度。2.5.1 支架工作方式對頂梁長度的影響圖2-5 支架工作方式比較圖支架工作方式對頂梁長度有很大影響。先移架后推溜方式（如圖2-5b）要求頂梁有

38、較大長度；先推溜后移架方式（如圖2-5a）要求頂梁長度較小。這是因為采用先移架后推溜的工作方式時，支架要超前輸送機一個步距，以便采煤機過后，支架能及時前移，指控新暴露的頂板，做到及時支護，因此，先移架后推溜時頂梁長度要比先推溜后移架時的頂梁長度長一個步距，一般為600mm。這里，采用及時支護方式2.5.2 頂梁長度計算支撐掩護式支架頂梁長度l由三部分尺寸組成：前柱立柱中心至梁端長度，前后排立柱間的距離，后排立柱至梁尾尺寸，如圖2-6所示。前柱立柱中心至梁端長度l1一般為2.22.5m，前后排立柱間距離l2一般為10001200mm，后柱中心至尾梁端部距離c應大于擋矸裝置的尺寸，一般取40080

39、0mm。具體計算過程如下： 圖2-6 支架與設備配套關系圖這里選用配套設備如下：選取采煤機型號為mxa-300/4.5，截深600mm，外形尺寸（長×寬×高）（mm）為12717×2342×1905。刮板輸送機型號sgz-830/500，規(guī)格（長×寬×高）（mm）為1790×830×280。前排立柱到頂梁前端的長度l1由下式計算： （2-9）式中：a輸送機鏟煤板端至煤壁距離，一般為50140mm; x支架底座前緣至前柱中心的距離，mm； y包括鏟煤板在內(nèi)的運輸寬度，mm； z移架步距，超前支護時大于截深，滯后支護時

40、可為零，mm； b梁端距，一般取250350mm。這里，取a=100mm；x=730mm；z=600mm；b=300mm；y=1610mm；可得：取l2=1300mm；c=800mm，可得：l= l1+l2+c =2740+1300+800=4840mm3 液壓支架主要結構件的設計液壓支架各個部件的結構型式，應根據(jù)工作面的頂、底板條件和支架架型進行合理的選擇和設計。3.1 頂梁頂梁是與頂板直接接觸的構件，除滿足一定的剛度和強度要求外，還要保證支護頂板的需要，如：有足夠的頂板覆蓋率；同時要求適應頂板的不平衡性，避免因局部應力而引起損壞。3.1.1 結構形式頂梁主要結構形式見表3-1。目前各類頂梁

41、都為箱式結構，一般有鋼板焊接而成。為加強結構的剛度，在上下蓋板之間焊有加強筋板，構成封閉式棋盤形。頂梁前端呈滑撬式或圓弧形，以減少移架阻力。支撐式支架后端焊有掛簾板，作為掛擋矸簾之用。在頂梁下焊有鑄鋼柱窩，柱窩兩側有孔，用鋼絲繩或銷軸把立柱和頂梁連接起來。取頂梁的斷面形狀為閉式頂梁，頂梁上、下蓋板與筋板焊成封閉型。表3-1 頂梁結構形式表整體剛性頂梁前后鉸接頂梁帶回轉(zhuǎn)梁剛性頂梁帶內(nèi)伸頂梁帶伸縮頂梁前后鉸接式帶回轉(zhuǎn)梁直接式回轉(zhuǎn)梁四連桿式回轉(zhuǎn)梁外伸式內(nèi)伸式直接式回轉(zhuǎn)梁四連桿式回轉(zhuǎn)梁3.1.2 主要功能頂梁是支架的主要承載結構件之一，它有以下功能：（1）支撐、維護和覆蓋頂板，為工作面創(chuàng)造安全的工作空

42、間；（2）將立柱支撐力傳遞至頂板，并給予合力地分布；對支架后部接近采空區(qū)的頂板起切頂作用；對無立柱空間的頂板起支撐作用；（3）為護幫、防倒裝置等提供依托。3.1.3 本次設計頂梁結構形式及主要尺寸本次設計選用鉸接頂梁形式，如圖3-1所示。在前梁千斤頂?shù)耐评?，前梁可以上下擺動，前梁能上擺15°，下擺20°，對不平頂板的適應性強。采用2個較大的前梁千斤頂，使前梁梁端支撐力盡可能大。運輸時可以將前梁放下與頂梁垂直，以減小運輸尺寸。 圖3-1 鉸接式頂梁1頂梁 2前梁 3護幫板 4前梁千斤頂 5護幫千斤頂（1）頂梁寬度目前，各型支架均為整體自移式，其頂梁在寬度方向皆為整體式結構。

43、頂梁寬度取決于支架中心距、頂板穩(wěn)定性及是否帶活動側護板等因素。這次設計支架中心距為1.79m，帶有活動側護板，并且該支架特點是大采高、大噸位、大沖擊，所以考慮到底板承受的比壓很大，根據(jù)綜采技術手冊，本支架選取頂梁寬度為：=1620mm。（2）頂梁厚度液壓支架的頂梁均為鋼板焊接的箱形結構，鋼板厚度一般為1620m，支架鋼板厚度取20mm。上、下蓋板之間焊有加強筋板，頂梁厚度為150200mm，前梁部分由于載荷較少，按等強度原則，厚度逐漸減少。具體結構按立柱支點、有關千斤頂?shù)你q點來確定，并應滿足強度與剛度要求。3.2 底座3.2.1 結構形式底座可分為分式鉸接底座和剛性底座兩大類。（1）分式鉸接底

44、座分式鉸接底座左右兩部分是分離的。底座通過前部的鉸接座橋和后連桿之間的聯(lián)結桿來保證左右兩部分的位置。它的結構簡單，重量輕，對底板不平的適應性好，當支架陷底時便于抬腿移架，排矸性能好。（2）剛性底座剛性底座分為整體剛性底座和剛性分式底座兩種。整體剛性底座對底板的接觸面積大，對底板的比壓小。剛性分式底座排矸性能好，但為保持左右底座的剛性聯(lián)結，前部過橋的剛性極差，前過橋和后部聯(lián)結部分的強度要求較高，增加了底座的重量。3.2.2 主要功能底座時將頂板壓力傳遞到底板和穩(wěn)固支架的部件。它的主要功能是：（1）承受由立柱與連桿等傳遞的頂板載荷，并傳遞給底板；（2）是整個支架結構穩(wěn)定性、整體性的基礎；（3）為支

45、架輔助件，例如推移裝置、防倒滑裝置、操縱閥架提供依托與根基。3.2.3 本次設計底座結構形式和主要尺寸根據(jù)以上分析，本次設計選擇底分式剛性底座，底座底板時中分式的，中檔推移機構直接落在煤層底板上，前立柱柱窩前有過橋，中檔后部為箱形結構。由于底分式剛性底座中檔底板分體，推移裝置處的浮煤、碎矸可隨支架移架從后端排到采空區(qū)，不需要人工清理，適應高產(chǎn)高效要求，但減小另外底座接底面積，增大了對底板的比壓。底座后部安裝了底調(diào)千斤頂，可配合頂梁側護板一起調(diào)架。在底板相對較軟的情況下，可在前部安裝抬底座裝置，防止底座前端扎底，提高拉架速度。（1）底座寬度底座是將頂板壓力傳遞到底板和穩(wěn)定支架的作用。在設計支架底

46、座的長度時，應考慮如下方面：支架對底板的接觸比壓要小；支架內(nèi)部應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。（2）底座長度底座長度按總體結構布置來定。一般可按下述范圍選?。褐问街Ъ埽簂=18002000mm掩護式支架：l=20002500mm支撐掩護式支架：l=25003000mm底座上立柱支點的前、后段可按前述確定頂梁長度中長度有關部分來確定。對于掩護式支架，其后段應考慮連桿機構布置。通常后段長度為10001200 mm。本支架綜合考慮取l=3575mm，如圖3-2： 圖3-2 底座長度示意圖（3）底座高度底座均為鋼板焊接的箱形結構

47、，高度h=150200mm。支撐式支架的底座箱體高度與支架結構高度有關。一般可取h=400600mm，掩護式支架底座后部結構與高度按連桿布置要求來定。本支架取h=300mm。3.3 立柱立柱是支架最重要的承壓構件，直接影響液壓支架的性能。它長期處于高壓受力狀態(tài)，除應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、抗彎強度，良好的密封性能，結構要簡單，并能適應支架的工作要求。本支架采用新型懸浮式立柱，該立柱采用了密封脹緊原理，活塞處密封結構簡單，并且寬度和高度較小，有利于增大行程等。克服了現(xiàn)有立柱的諸多弊病，具有結構工藝簡單、工作行程大、使用范圍大、穩(wěn)定性安全系數(shù)大、操作安全可靠等特點

48、。3.4 掩護梁掩護梁的結構形式為整體直線形，鋼板焊接的箱式結構，在掩護梁上端與頂梁鉸接，下部焊有與前、后連桿鉸接的耳座?；顒觽茸o板裝在掩護梁的兩側。該掩護梁整體性好，結構強度高，加工簡單且工藝性好，利于矸石滑落。3.5 前后連桿前后連桿是四連桿機構中重要的運動和承載部件，與掩護梁和底座的一部分共同組成四連桿機構，使支架能承受圍巖載荷、水平作用力和保持支架穩(wěn)定。目前，在掩護型支架中，均采用連桿作為掩護梁與底座之間的連接裝置，掩護梁、前連桿和后連桿在底座上的鉸點構成雙鉸式四桿機構，以保證在支架升降過程中前鉸點軌跡的直線性，即保持基本恒定的梁端距，因此，掩護梁的長度和傾角必須根據(jù)支架四桿機構的要求

49、來確定。本次設計中，前連桿采用分體式結構形式，是由鋼板焊接而成的箱形結構件，尺寸較小、加工運輸簡單、穩(wěn)定性較好。兩根前連桿對稱布置，提高掩護梁的掩護性能，改善掩護梁的受力狀況，如圖3-3所示。后連桿采用整體式結構形式，也是由鋼板焊接而成的箱形結構件，尺寸偏大，加工運輸較困難，穩(wěn)定性很好，可增加側向穩(wěn)定性與擋矸性能，如圖3-4所示。圖3-3 前連桿結構外形另外，在兩根前連桿與底座鉸接耳座之間，安裝有操縱閥組。把液控閥組倒置安裝在一個箱形結構中，其上有指示燈提示每一操縱閥所處位置。液控閥組的操縱手把設計成前、后方向操作，易于施力和防塵，便于工人操作。3.6 液壓支架的輔助裝置圖3-4 后連桿的結構外形液壓支架的輔助裝置包括工作面煤壁的推移裝置、護幫裝置、擋矸裝置和防倒防滑裝置等。3.6.1 推移裝置液壓支架推移裝置是保證支架正常推刮板輸送機和拉架，實現(xiàn)工作面正常循環(huán)的重要裝置。在設計支架時，應根據(jù)支架結構和配套要求合理選擇推移裝置的形式，并充分保證支架推移裝置對工作面條件