支撐掩護(hù)式液壓支架設(shè)計(jì)

前言綜合機(jī)械化采煤是煤礦技術(shù)進(jìn)步的標(biāo)志，是煤礦增加產(chǎn)量、提高勞動(dòng)效率、增加經(jīng)濟(jì)效益的重要手段。實(shí)踐證明大力發(fā)展綜合機(jī)械化采煤，研制和使用液壓支架是十分關(guān)鍵的。我國(guó)液壓支架經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，取得顯著的成果，至今已能成批制造兩柱掩護(hù)式和四柱支撐掩護(hù)式液壓支架，這些系列化液壓支架一般用于緩傾斜中厚煤層及厚煤層分層開采。我國(guó)煤礦中使用的支架類型很多，按照支架采煤工作面安裝位置來(lái)劃分有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處工作面斷頭以外的采煤工作面上所有的位置的液壓支架。目前使用的液壓支架分為三類。即：支撐式液壓支架、掩護(hù)式液壓支架、支撐掩護(hù)式液壓支架。從架型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來(lái)看，由于直接類別和老頂級(jí)別的不同，所以為了在使用中合理地選擇架型，要對(duì)支架的支撐力承載力的關(guān)系進(jìn)行分析使支架能適應(yīng)頂板載荷的要求。此次設(shè)計(jì)是對(duì)大學(xué)所學(xué)的知識(shí)的綜合應(yīng)用，通過(guò)設(shè)計(jì)使所學(xué)知識(shí)融會(huì)貫通，形成較為清晰的知識(shí)構(gòu)架，強(qiáng)化設(shè)計(jì)過(guò)程的規(guī)范性以及對(duì)計(jì)算機(jī)的使用的熟練性。通過(guò)此次設(shè)計(jì)，能夠更好的梳理所學(xué)的知識(shí)，基本掌握機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)在機(jī)械設(shè)計(jì)方面的工作方法，同時(shí)提高獨(dú)立為完成工作的能力，為以后的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

第1章液壓支架的概述液壓支架由頂梁、底座、掩護(hù)梁、立柱、推移裝置、操作控制系統(tǒng)等主要部分組成。在采煤工作面的煤炭生產(chǎn)過(guò)程中，為了防止頂板冒落，維持一定的工作空間，保證工人安全和各項(xiàng)工作正常進(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)力由液壓元件與金屬構(gòu)件組成的至呼和控制頂板的設(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)度高、移架速度快、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。液壓支架可與彎曲輸送機(jī)和采煤機(jī)組合機(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、是實(shí)現(xiàn)采煤綜合機(jī)械化和自動(dòng)化不可缺少的主要設(shè)備。液壓支架在工作過(guò)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(guò)工作性質(zhì)不同的幾個(gè)液壓缸來(lái)完成的，如圖1-1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)入立柱的下活塞腔，另一腔回液，推動(dòng)活塞上升，是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(lái)完成。當(dāng)需要支架前移時(shí)，先降柱卸載，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)入推移千斤頂下腔，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1-1圖1-1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1-2所示圖1-2圖1-2支架的工作特性曲線支架立柱工作時(shí)，其支撐力隨時(shí)間的變化可分為三個(gè)階段：支架升柱時(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，此階段為初承力階段t0；支架初撐后，隨著頂板下沉，立柱下腔壓力增加，直至增加到支架安全閥的調(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t1；隨著頂板壓力繼續(xù)增加，是立柱下腔壓力超過(guò)的安全閥調(diào)正壓力值時(shí)，安全閥打開溢流，立柱下縮，是頂板壓力減小，立柱下腔壓力降低，當(dāng)?shù)陀诎踩y壓力調(diào)整值后，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，此階段為恒阻階段采用綜合機(jī)械化采煤機(jī)械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)煤炭日益增長(zhǎng)的需要，必須大量生產(chǎn)綜合機(jī)械化設(shè)備，機(jī)械化采煤工作面。而每個(gè)綜采工作面平均需要安裝150臺(tái)液壓支架，可見對(duì)液壓支架的需要量是很大的。由于不同采煤工作面的頂板條件、煤層厚度、煤層傾角、煤層物理機(jī)械性質(zhì)等的不同，對(duì)不同液壓支架的需求也不同。為了有效的支護(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)的工作量也是很大的，由此可見，研制和開發(fā)新型液壓支架是必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。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，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100KN～150KN，中厚煤層一般為150KN～250KN，后煤層一般為300KN～400KN。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(jiǎn)單。12．液壓元件要可靠。1．頂板條件根據(jù)老頂和直接頂?shù)姆诸?，?duì)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(jí)根據(jù)瓦斯等級(jí)，按《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，驗(yàn)算通風(fēng)斷面。4．底板巖性及小時(shí)涌水量根據(jù)底板巖性及小時(shí)涌水量驗(yàn)算地板比壓。5．工作面煤壁條件根據(jù)工作面煤壁條件決定是否用護(hù)幫裝置。6．煤層傾角根據(jù)煤層傾角決定是否選用防滑裝置。7．井向罐籠尺寸根據(jù)井向罐籠尺寸考慮支架的運(yùn)輸外形尺寸。8．配套尺寸根據(jù)配套尺寸及支護(hù)方式來(lái)計(jì)算頂梁長(zhǎng)度。為了安全高效的開采復(fù)雜地質(zhì)條件的煤炭資源，必須設(shè)計(jì)能適應(yīng)某種特殊地質(zhì)條件使用的液壓支架。1．特厚煤層一次采全高液壓支架。2009年平頂山煤礦機(jī)械有限公司生產(chǎn)的ZY10800/28/63型電液控制掩護(hù)式液壓支架是為神華寧煤設(shè)計(jì)制造的，支護(hù)高度6.3米、工作阻力10800千牛、重量40.5噸的大采高高端支架（參數(shù)見表1-1）。該架型代表著國(guó)內(nèi)支架行業(yè)的先進(jìn)水平，技術(shù)含量高、生產(chǎn)難度大。2．新型放頂煤支架。設(shè)計(jì)一種回采率高，夾矸少的放頂煤液壓支架。3．水采液壓支架。為了適應(yīng)水采工作面的支護(hù)需要，設(shè)計(jì)一種水采工作面。表1-1ZY10800/28/63型電液控制掩護(hù)式液壓支架參數(shù)性能項(xiàng)目數(shù)值性能項(xiàng)目數(shù)值支架高度mm2800-6300工作阻力KN10800初撐力KN7912支架中心距mm1750支護(hù)強(qiáng)度MPa1.06立柱缸徑mm4004．重型支架。為適應(yīng)頂板壓力特別大的需要，可將液壓支架的工作阻力設(shè)計(jì)的較大。5．新型端頭支架。為了加快綜采速度和無(wú)人采煤工作面的需要，設(shè)計(jì)一種能適應(yīng)井上操作且安全可靠的斷頭液壓支架。6．大傾角工作面支架。為適應(yīng)煤層傾角小于等于45°的工作面，設(shè)計(jì)一種新型的大傾角工作面支架。1．輕型化。對(duì)液壓支架各部件進(jìn)行受力分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，使結(jié)構(gòu)緊湊，在滿足強(qiáng)度要求和配套的條件下，底座和頂梁盡量短，使支架輕型化。2．標(biāo)準(zhǔn)化。為了減輕支架的重量，降低成本，提高對(duì)煤層厚度變化和頂?shù)装鍡l件的適應(yīng)性，使液壓支架的危險(xiǎn)性減小，對(duì)同一型號(hào)設(shè)計(jì)成系列化，適應(yīng)不同煤層厚度的要求。3．材質(zhì)強(qiáng)化。提高結(jié)構(gòu)件鋼材強(qiáng)度，采用優(yōu)質(zhì)鋼材，減輕液壓支架的重量，設(shè)計(jì)師可先進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，再選合適的材料。4．高壓化。各種閥類的壓力等級(jí)價(jià)高，相應(yīng)的強(qiáng)度增高，使閥和油缸的體積減小，使液壓支架的質(zhì)量減輕。5．操作自動(dòng)化。能適應(yīng)無(wú)人采煤工作面的需要，實(shí)際運(yùn)程操作的新型全自動(dòng)液壓支架。我國(guó)的液壓支架經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，盡管取得了顯著的成績(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)萬(wàn)噸的記錄，但總體水平與世界先進(jìn)采煤國(guó)家仍存在一定的差距。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，所用鋼材耐壓能力一般為16MPa，最好的屈服極限僅有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25～32mm，回液管直徑25～50mm，最快移架速度為10～12s/架（井下實(shí)際應(yīng)用又是在20s以上），工作阻力相對(duì)較低。我國(guó)液壓支架的設(shè)計(jì)制造水平經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，不斷提高，特別是在緩傾斜中厚煤層的液壓支架反面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，架型也基本趨于成熟完善，在品種和質(zhì)量方面與國(guó)際相比還有較大的差距。所以，今后除應(yīng)繼續(xù)針對(duì)我國(guó)國(guó)情和煤層具體條件開發(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)和提高指甲的工作可靠性發(fā)面下功夫。今后，我國(guó)的液壓支架的設(shè)計(jì)將朝技術(shù)含量高、鋼板強(qiáng)度高、移架速度快（6～8s/架）和電液控制閥的方向發(fā)展，對(duì)破碎帶和斷層的工作面將加大支架的移架力，盡量采用整體可靠的推桿和抬底座機(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)快速一家的需要；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。兩柱掩護(hù)式液壓支架的比重將大大增加，缸的直徑將增至360mm，端頭支架、輕放多用途支架將被廣泛使用。

第2章液壓支架的架型特點(diǎn)及選型2.1液壓支架的分類及特點(diǎn)按照液壓支架在采煤工作面安裝位置來(lái)劃分有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以外的采煤工作面上所有位置的支架。目前使用的液壓支架分為三類，即：支撐式、掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式液壓支架。1．支撐式液壓支架：支撐是液壓支架的架型有垛式支架和節(jié)式支架兩種形式。如圖2-1所示，圖2-1支撐式液壓支架的類型圖2-1支撐式液壓支架的類型前梁較長(zhǎng)，支柱較多并呈垂直分布，支架的穩(wěn)定性由支柱的復(fù)位裝置來(lái)保證。因此底座較堅(jiān)固，它靠支柱和頂梁的支撐作用控制工作面頂板，維護(hù)工作空間。頂板巖石則在頂梁后部切斷垮落。這類支架具有較大的支撐能力和良好的穩(wěn)定性能，適用于頂板堅(jiān)硬完整，周期壓力明顯或強(qiáng)烈，地板較硬的煤層。2．掩護(hù)式液壓支架：掩護(hù)式液壓支架有插腿式和非插腿式兩種形式。如圖2-2所示，其頂梁較短，對(duì)頂班的作用力均勻；結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，抵抗直接頂水平運(yùn)動(dòng)能力強(qiáng)；防護(hù)性能好，調(diào)高范圍大，對(duì)煤層厚度變化適應(yīng)性強(qiáng)；但整架工作阻力小，通風(fēng)阻力小，工作空間小。這類支架適用于直接頂不穩(wěn)定或中等穩(wěn)定的煤層。3．支撐掩護(hù)式液壓支架：支撐掩護(hù)式液壓支架是在支撐是液壓支架和掩護(hù)式圖圖2-2掩護(hù)式液壓支架的類型a插腿式支架b立柱在掩護(hù)梁上非插腿式支架c立柱在頂梁上非插腿式支架液壓支架的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種架型。它保留了支撐式支架支撐力大、切頂性能好、工作空間寬敞等優(yōu)點(diǎn)，采用雙排立柱支撐；同時(shí)又吸取掩護(hù)式支架擋矸掩護(hù)性能好，抗水平力腔結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等長(zhǎng)處。而且，采用堅(jiān)實(shí)的掩護(hù)梁以及側(cè)護(hù)板，將工作空間與采空區(qū)完全隔開；并采用前后連桿連接掩護(hù)梁和底座，組成四連桿機(jī)構(gòu)，使梁端距幾乎不變，防止了架前漏矸。支撐掩護(hù)式液壓支架適用范圍很廣，可用于各種頂板條件，尤其用于中等穩(wěn)定以上的頂板條件。其缺點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量大，價(jià)格較貴。不同結(jié)構(gòu)形式的支撐掩護(hù)式液壓支架，其主要區(qū)別是立柱的布置方式不同。具體分類方法及及型式如圖2-3所示圖2-3圖2-3支撐掩護(hù)式液壓支架的類型a．四柱平行支在頂梁上的支架 b．四柱交叉支在頂梁上的支架c．兩支柱支在頂梁上，兩柱支在掩護(hù)梁上的支架回采工作面的頂板，根據(jù)巖層和煤層的相對(duì)位置及特征，可以分三類：1．偽頂：直接位移煤層上方使極易垮落的一層巖石。它通常使灰質(zhì)頁(yè)巖和泥質(zhì)頁(yè)巖，厚度一般不大于0.3～0.5米2．直接頂：是指位于偽頂或直接位于煤層上方的一層或幾層巖層，厚度一般不大，不很堅(jiān)硬，常由泥質(zhì)頁(yè)巖、頁(yè)巖、沙質(zhì)頁(yè)巖等組成。一般隨回柱或移架而冒落。直接頂?shù)姆€(wěn)定性對(duì)支護(hù)方式及架型選擇由決定性的影響。3．老頂：是指位于直接頂之上厚而堅(jiān)實(shí)、節(jié)理裂隙和層理都不發(fā)育的整體巖層。通常由砂巖、石灰?guī)r或砂礫巖等構(gòu)成。老頂常能在采空區(qū)維持很大懸露面積而不隨直接頂一起垮落，其垮落步距的長(zhǎng)短對(duì)支護(hù)設(shè)備的載荷大小由決定性影響。1．支撐式液壓支架的特點(diǎn)是頂梁較長(zhǎng)，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(wú)立柱狀態(tài)，僅靠支護(hù)力較小的前梁來(lái)維護(hù)。股支架的工作阻力在控頂區(qū)范圍內(nèi)很不均勻，起預(yù)想的支撐力分布規(guī)律如圖圖2-4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是液壓支架大，其支撐力的分布規(guī)律如圖2-5所示掩護(hù)式液壓支架在不同頂板條件下的承載分析1）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2-6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(duì)掩護(hù)梁的作用力可分解垂直分立和水平分力，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2-5掩護(hù)式液壓支架支撐力分布圖圖2-6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2）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2-7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(lái)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2-7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2-8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(duì)頂板的適應(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2-8所示液壓支架的選型，其根本目的是使綜采設(shè)備適合礦井和工作面的條件，投產(chǎn)后能夠做到高產(chǎn)、高效、安全，并為礦井的集中生產(chǎn)、優(yōu)化管理和最佳經(jīng)濟(jì)效益提供條件，因此必須根據(jù)礦井的煤層、地質(zhì)、技術(shù)和設(shè)備條件進(jìn)行選擇。1．液壓支架架型的選擇首先要適合于頂板。一般情況下可根據(jù)頂板的級(jí)別直接選出架型。2．當(dāng)煤層厚度超過(guò)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。3．當(dāng)煤層厚度達(dá)到2.5～2.8m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，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(zhǎng)桿或雙伸縮立柱的掩護(hù)式支架。4．應(yīng)使支架對(duì)地板的接觸比壓不超過(guò)地板允許的抗壓強(qiáng)度。在地板較軟條件下，應(yīng)選用抬地板裝置的支架或插腿掩護(hù)式支架?！?．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10°～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。傾角在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。6．對(duì)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。7．當(dāng)煤層為軟煤時(shí)，支架最大高度一般應(yīng)≤2.5m；中硬煤時(shí)，支架最大高度一般≤3.5m；硬煤，支架最大高度＜5m。8．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?；荆ɡ希╉敿?jí)別:三級(jí)直接頂級(jí)別:三級(jí)采高:2.5m～3.2m1．確定直接頂和基本頂類別1)頂板分類（1）直接頂分類我國(guó)將緩傾斜煤層回采工作面的直接頂分為四類：一．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(yè)巖、再生頂板等屬于這一類。二．中等穩(wěn)定頂板：這類頂板強(qiáng)度較高，但由大量節(jié)理裂隙，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。砂質(zhì)頁(yè)巖、粉砂巖等直接頂屬于這一類頂板。三．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)硬的砂質(zhì)頁(yè)巖頂板屬于這一類頂板。四．堅(jiān)硬頂板：極難冒落的砂巖、堅(jiān)硬砂質(zhì)頁(yè)巖等屬于這一類頂板。表2-1基本頂級(jí)別基本頂級(jí)別ⅠⅡⅢⅣ基本頂來(lái)壓不明顯明顯強(qiáng)烈極強(qiáng)烈指標(biāo)N=3～50.3＜N≤3～5LP=25～500,3＜N≤3～5LP＞50N≤0.3LP=25～50N≤0.3LP＞50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(lái)計(jì)算。2.基本頂初次來(lái)壓步距LP可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)或礦壓顯示特征確定。（2）老頂分級(jí)老頂根據(jù)周期來(lái)壓明顯與否分為四級(jí)：=1\*ROMANI級(jí)頂板，周期來(lái)壓不明顯；=2\*ROMANII級(jí)頂板，周期來(lái)壓明顯；=3\*ROMANIII級(jí)頂板，周期來(lái)壓強(qiáng)烈；=4\*ROMANIV級(jí)頂板，周期來(lái)壓極強(qiáng)烈。老頂周期來(lái)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(lái)壓越強(qiáng)烈，作用于支護(hù)設(shè)備上的載荷就越小，且有沖擊。表2-2老頂級(jí)別類別指標(biāo)ⅠⅡⅢⅣ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=3l≤8l=3.1～7l=9～18l=7.1～12l=19～25l＞12l＞25無(wú)直接頂，巖層厚度在2～5m以上σ＞60～80參照指標(biāo)直接頂初次垮落步距l(xiāng)/m表中按右式計(jì)算：σ=巖石單向抗拉強(qiáng)度（Mpa）c1c2表2-3節(jié)理裂隙間距表節(jié)理裂隙間距表l/m1.01.11.2c10.30.320.340.370.390.410.430.460.480.500.520.55表2-4分層厚度表分層厚度表Hx/m1.01.11.2C70.290.30.320.330.350.360.380.390.41表2-5支架架型確定參數(shù)支架架型確定參數(shù)基本頂級(jí)別ⅠⅡⅢⅣ直接頂級(jí)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/(KN/m2采高1m采高2m采高3m采高4m294343（245）441（343）539（441）1.3×2951.3×343（245）1.3×441（343）1.3×539（441）1.6×2951.6×3431.6×4411.6×539＞2×295＞2×343＞2×441＞2×539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(hào)內(nèi)數(shù)字系掩護(hù)式支架頂梁上的支護(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2．液壓支架類型的確定由給定的頂板條件參照表2-5可選取的液壓支架的選型為支撐掩護(hù)式液壓支架。

第3章支架各部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)3.1支撐掩護(hù)式液壓支架的整體結(jié)構(gòu)支撐掩護(hù)式液壓支架主要由護(hù)幫、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。圖3-1支撐掩護(hù)式液壓支架1-護(hù)幫；2-防片幫千斤頂；3-前梁；4-頂梁；5-掩護(hù)梁；6-四連桿機(jī)構(gòu)；7-底座；8-推移千斤頂；9-立柱；10-圖3-1支撐掩護(hù)式液壓支架1-護(hù)幫；2-防片幫千斤頂；3-前梁；4-頂梁；5-掩護(hù)梁；6-四連桿機(jī)構(gòu)；7-底座；8-推移千斤頂；9-立柱；10-機(jī)械加長(zhǎng)桿108169754323.2液壓支架的各部件結(jié)構(gòu)液壓支架的頂梁1．支撐式液壓支架的頂梁結(jié)構(gòu)21支撐式液壓支架頂梁結(jié)構(gòu)形式如圖3-2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(duì)頂板適應(yīng)性差。21圖3-2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351142124212圖3-2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351142124212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。如圖d所示為剛性頂梁帶鉸接式前梁，頂梁由前、后梁鉸接，在鉸接前梁處安裝有前梁千斤頂，用來(lái)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(zhǎng)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3-3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)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。圖圖3-3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，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(lái)選取。4．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。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(lái)。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(guò)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(3-4)所示：圖3-4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，曾強(qiáng)頂梁抗彎強(qiáng)度。對(duì)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（3-5）所示：圖3-5頂梁斷面根據(jù)上述頂梁各種型式我選擇封閉焊頂板的型式，如圖上圖所示。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3-6所示。其中，如圖a所示為折線型，圖b為直線型。(a)(b)(a)(b)圖3-6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(duì)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(duì)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。側(cè)護(hù)板1．側(cè)護(hù)板的種類頂梁和掩護(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(lái)確定左側(cè)或右側(cè)為活動(dòng)側(cè)護(hù)板。一般燕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?；顒?dòng)側(cè)護(hù)板通過(guò)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(lái)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。2．側(cè)護(hù)板的結(jié)構(gòu)形式dcba側(cè)護(hù)板的結(jié)構(gòu)如圖3-7所示。通常有兩種類型。dcba圖圖3-7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3-7a所示，頂梁上無(wú)頂板，側(cè)護(hù)板易被冒落的矸石卡住，影響側(cè)護(hù)板的伸縮；如圖3-7b、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。另一種時(shí)鉸接式側(cè)護(hù)板，如圖3-7d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。底座1．底座的結(jié)構(gòu)型式如圖3-8所示，通常有3種類型。1）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3-8a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3-8b所示的底座高度低，占用空間小，一般用于掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式液壓支架。2）對(duì)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(duì)分式。如圖3-8c、d所示為前、后兩個(gè)底座的對(duì)分式，兩者通過(guò)銷軸與彈簧鋼板鉸接而成。如圖3-8e所示為左、右兩個(gè)底座箱的對(duì)分式，兩者用彈簧鋼板和銷軸連接。3）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3-8f所示。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作靈活，對(duì)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。各種型式的底座前端都制成滑撬形，以減小支架的移架阻力。同時(shí)底座后部的重力大于前部，避免移架時(shí)啃底。圖3-8底座的結(jié)構(gòu)型式a、b圖3-8底座的結(jié)構(gòu)型式a、b整體式底座；c、d、e對(duì)分式底座；f底靴式底座fedcba底座與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。立柱1．立柱的結(jié)構(gòu)立柱按動(dòng)作方式分為單作用和雙作用立柱；按結(jié)構(gòu)分為活塞式和柱塞式立柱；按伸縮方式分為單伸縮和雙伸縮式立柱，如圖3-9所示。圖3-9圖3-9立柱類型a-單作用活塞式；b-單作用柱塞式；c-雙作用活塞式；d、e、f-雙伸縮式2．幾種立柱的動(dòng)作原理1）單伸縮立柱的動(dòng)作原理單伸縮單作用活塞式或柱塞式立柱，靠液壓力伸柱，靠自重或彈簧力降柱。單伸縮雙作用活塞式立柱，靠液壓力伸柱和降柱。當(dāng)下腔進(jìn)液上腔回液時(shí)伸柱，反之為降柱。2）雙伸縮立柱的動(dòng)作原理雙伸縮立柱動(dòng)作原理如圖3-10所示當(dāng)高壓液進(jìn)入中缸下腔，上腔回液，使中缸伸起，如圖3-10a所示。當(dāng)中缸全部伸出后中缸下腔壓力增加，當(dāng)壓力增加至超過(guò)底閥彈簧調(diào)正壓力時(shí)，底閥打開，高壓液進(jìn)入上柱下腔，上柱上腔液體經(jīng)中腔上部小孔排出，使上柱伸出，如圖3-10b所示。降柱時(shí)如圖3-10c、d所示。當(dāng)高壓液進(jìn)入中缸上腔，下腔回液，中缸下降；當(dāng)中缸降到底時(shí)，一方面底閥被缸底頂開，另一方面中缸上孔正對(duì)立柱上部進(jìn)液孔，如圖3-10c所示。立柱上部進(jìn)液孔經(jīng)中缸小孔進(jìn)入上柱上腔，下腔液體經(jīng)底閥從立柱下部孔回液，上柱下降，如圖3-10d所示圖3-10雙伸縮立柱動(dòng)作原理圖3-10雙伸縮立柱動(dòng)作原理3．機(jī)械加長(zhǎng)桿的結(jié)構(gòu)原理由于雙伸縮立柱結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，為了降低成本，在單伸縮立柱上安裝機(jī)械加長(zhǎng)桿，滿足支撐高度的變化要求。需要增加支架到最大高度時(shí)（在井上），可以拆下4根立柱中對(duì)角線上的2根立柱上機(jī)械加長(zhǎng)桿卡環(huán)，操作支架升柱，支架頂梁升起，帶動(dòng)機(jī)械加長(zhǎng)桿從立柱中拔出，當(dāng)達(dá)到所調(diào)高度時(shí)，再把這兩根機(jī)械加長(zhǎng)桿的卡環(huán)固定。把支架降至原來(lái)高度，拆下另兩根機(jī)械加長(zhǎng)桿的卡環(huán)，用同樣的方法使這兩根機(jī)械加長(zhǎng)桿達(dá)到與前兩根相同的高度為止。4．立柱上、下端頭設(shè)計(jì)成半球形的原因第一個(gè)原因，由于支架在伸縮過(guò)程中，頂梁不可能同步造成立柱與頂梁和立柱與底座之間轉(zhuǎn)動(dòng)，所以立柱的上、下端頭用半球形，形成鉸接，就可以適應(yīng)這種轉(zhuǎn)動(dòng)。第二個(gè)原因，當(dāng)立柱為傾斜布置時(shí)，在支架升降過(guò)程中，立柱一方面要伸縮，一方面要傾斜，立柱與頂梁和立柱與底座之間依靠立柱上、下端半球形發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，從而增大了支架的調(diào)高范圍。輔助裝置1．推移裝置：推移裝置是液壓支架必備的重要輔助結(jié)構(gòu)件，由推移千斤頂和其它附屬裝置組成。移架和推溜的動(dòng)作就是通過(guò)推移千斤頂及其附屬裝置來(lái)完成的，但隨著礦山地質(zhì)條件、液壓支架結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程不同，推移方式和推移千斤頂?shù)牟贾靡膊灰粯?。由于液壓支架的工作過(guò)程的不同，推移方式有兩種：先移架后推溜，先推溜后移架兩種。2．護(hù)幫裝置：液壓支架的護(hù)幫裝置時(shí)為了開采厚煤層或煤質(zhì)松軟的一些中厚煤層時(shí)防止煤壁片幫而設(shè)計(jì)的。護(hù)幫裝置一般由液壓千斤頂和護(hù)幫板構(gòu)成，安裝在前梁下部。正常情況下，護(hù)幫板伸出緊貼煤壁，防止片幫，或在片幫時(shí)起緩沖作用，防止硬傷工作人員。當(dāng)采煤機(jī)割到液壓支架前面時(shí)，需要將護(hù)幫收回，讓采煤機(jī)通過(guò)，然后，隨支架移到新的工作位置后重新伸出以支護(hù)新暴露的煤壁。3．擋矸裝置：矸石涌入支架內(nèi)會(huì)造成行人不便，移架困難，有時(shí)甚至?xí)褡〔倏v閥把手，損壞高壓軟管，嚴(yán)重影響支架的正常工作，架內(nèi)矸石的清理也需要繁重的體力勞動(dòng)。為此，需要良好的擋矸裝置。4．防滑防倒裝置：液壓支架在移架過(guò)程中，由于支架自重在傾斜方向的分力會(huì)使支架沿傾斜下滑，所以煤層傾角越大，下滑力也越大。支架的后部因重量大，離固定點(diǎn)較遠(yuǎn)，所以下滑程度比前部嚴(yán)重，造成支架的傾斜。當(dāng)煤層傾角增大至使支架失去橫向穩(wěn)定性時(shí)，支架會(huì)向下傾倒，因此，為了保證支架的正常工作，必須采用相應(yīng)的防滑、

第4章液壓支架的整體結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)4.1液壓支架基本參數(shù)確定液壓支架的高度確定支架的高度確定應(yīng)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(lái)確定，其最大與最小最小高度為Hm≥hm＋S1Hn≤hn－S2－α－σ式中Hm——Hn——hm——煤層最大厚度（最大采高）；hhn——煤層最小厚度（最小采高）；hS1——考慮偽頂S2——頂板最大下沉量，一般取100～200mmσα——移架時(shí)支架的最小可伸縮量，一般取50mmα——浮矸、浮煤厚度，一般取50mm。根據(jù)式4-1可得： Hm≥3200mm＋根據(jù)式4-2可得：Hn≤2500mm－100mm－50mm－所以初步選定：HmHn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：（3-3）代入數(shù)據(jù)得m=1.48。立柱結(jié)構(gòu)可以采用單伸縮液壓缸加加長(zhǎng)桿。4.1.3支架間距支架間距就是相鄰兩支架中心線的距離。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)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(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，所以除節(jié)式和邁步式液壓支架，支架間距一般為1.5m4.1.4底座長(zhǎng)度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(zhǎng)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(zhǎng)度取移架步距的3.5倍（一個(gè)移架步距為0.6m），及2.1m左右；支撐掩護(hù)式液壓支架的底座長(zhǎng)度取移架步距的4倍，即2.4m。4.2液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)確定四連桿機(jī)構(gòu)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(lái)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4-1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和后連桿與低平面的夾角為Q，如圖4-1所示，應(yīng)滿足如下要求:支架在最高位置時(shí)，P≤52°～62°，Q≤75°～85°;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)物理學(xué)摩擦理論可知，要求tanP〉w,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，最低工作位置應(yīng)是P≥25°。而Q一般取Q≥25°～30°。3．從圖4-1可知，掩護(hù)梁與頂梁的餃點(diǎn)e’和瞬時(shí)中心O之間的連線與水平線夾角為θ其范圍要為tgθ<0.35圖4-1四連桿機(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4-1的h段。其原因是當(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)，圖4-2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(shì)，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(zhǎng)度后，只要把掩護(hù)梁和后連桿簡(jiǎn)化成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)就可以了，如圖4-2所示：四連桿機(jī)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)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歐冠類比法來(lái)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280mm，后連桿下鉸點(diǎn)至底座地面的距離為500mm（類比支架為中煤北京煤機(jī)廠生產(chǎn)的ZZ4400/22/45支撐掩護(hù)式液壓支架）。2．掩護(hù)梁和后連桿距離的確定。用解析法來(lái)確定掩護(hù)梁和后連桿的長(zhǎng)度，如圖4-3所示。圖圖4-3掩護(hù)梁和后連桿長(zhǎng)度的確定設(shè)：G——掩護(hù)梁的長(zhǎng)度；A——后連桿的長(zhǎng)度；L2——e’點(diǎn)引垂線到后連桿下鉸點(diǎn)的距離；H1——支架最高位置時(shí)的計(jì)算高度；H2——支架最低位置時(shí)的計(jì)算高度。從幾何關(guān)系出發(fā)可以列出如下公式：GcosP1-AcosQ1=L2(4-3)GcosP2-AcosQ2=L2(4-4)聯(lián)立兩式可得：A按四連桿機(jī)構(gòu)幾何特征要求，選定P1、P2、Q1、Q2代入式4-5可以求得AG的比值，由于支架形式不同，一般A掩護(hù)式液壓支架：AG=0.45支撐掩護(hù)式液壓支架：AG=0.61支架最高位置時(shí)的計(jì)算高度為：H1=GsinP1+AsinQ1(4-6)根據(jù)AG的比值和式4-6可以求得掩護(hù)梁的長(zhǎng)度G和后連桿長(zhǎng)度A，經(jīng)過(guò)取整后計(jì)算出P1、P2、Q1、Q2由已知參數(shù)計(jì)算：H1=Hm-280-500=3400-280-500=2620mmH2=Hn-280-500=2300-280-500=1520mm設(shè)定：P1=50°P2=30°Q1=60°Q2=35°由式4-5可得：A將H1、P1、Q1、A=0.7G代入式4-6可得：2620=Gsin50°+0.7Gsin60°G=2620sin50°A=0.7G=1336.5mm對(duì)G、A進(jìn)行圓整，?。篏=1950mmA=1350mm3．幾何作圖作圖過(guò)程。用幾何做圖法確定四連桿機(jī)構(gòu)的各部分尺寸，具體作圖如圖4-4所示。作圖步驟如下：dd圖圖4-4采用幾何作圖法設(shè)計(jì)的四連桿機(jī)構(gòu)確定支架后連桿下鉸點(diǎn)O點(diǎn)的位置，與中煤北京煤機(jī)廠生產(chǎn)的ZZ4400/22/45類比確定該距離為500mm。過(guò)O點(diǎn)作于底座地面平行的水平線H-H線。過(guò)O點(diǎn)作與H-H線夾角為Q1的斜線。在此斜線上截取線段oa,oa長(zhǎng)度等于A（1350mm），a點(diǎn)即為后連桿與掩護(hù)梁的鉸點(diǎn)。過(guò)a點(diǎn)作與H-H線有夾角α1（即P1=50°）的斜線，以a點(diǎn)為圓心，以G（1950mm）為半徑作圓弧交此斜線于一點(diǎn)e‘，此點(diǎn)為掩護(hù)梁與頂梁的鉸點(diǎn)。過(guò)e‘點(diǎn)作H-H線的平行線F-F線,則H-H線與F-F線的距離為H1（設(shè)計(jì)要求為2620mm，實(shí)際作圖得2663mm），為液壓支架最高位置時(shí)的計(jì)算高度。以a為圓心，以0.25G（480mm）長(zhǎng)度為半徑作?。ɡ碚撘驡取0.22～0.3之間），在掩護(hù)梁上交與一點(diǎn)b，為前連桿上鉸點(diǎn)的位置。圖圖4-5幾何作圖法設(shè)計(jì)四連桿機(jī)構(gòu)個(gè)位置相關(guān)尺寸P1=50°P2=26°Q1=60°Q2=29°G=1950mmA=1350mmH1=2663mmH2=1520mm過(guò)e’點(diǎn)作F-F線的垂線（認(rèn)為液壓支架由高到低變化時(shí)，e’帶你在辭職線上滑動(dòng)）。在垂線上作液壓支架在最低位置時(shí)（距H-H1520mm），頂梁與掩護(hù)梁的鉸點(diǎn)e’’’。取e’e’’’線中間某點(diǎn)e’’，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)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活動(dòng)軌跡的形狀、變化寬度等）。以O(shè)點(diǎn)為圓心，Oa（1350mm）為半徑作弧。以e’’為圓心，掩護(hù)梁長(zhǎng)ae’（即G得長(zhǎng)度為1950mm）為半徑作弧，交與前面圓弧上一點(diǎn)a’，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)。以e’’’為圓心，掩護(hù)梁長(zhǎng)ae’為半徑作弧，交與最前面圓弧上一點(diǎn)a’’，此點(diǎn)為支架降到最低位置時(shí)，掩護(hù)梁與后連桿的鉸點(diǎn)。連接e’’a’、e’’’a’’，并以a’點(diǎn)位圓心，ab長(zhǎng)為半徑作圓弧，交a’’e’’’上于b’點(diǎn)；以a’’點(diǎn)位圓心，ab長(zhǎng)為半徑作弧，交與a’’e’’’上于b’’點(diǎn)。則b、b’、b’’三點(diǎn)為液壓支架三個(gè)位置時(shí)，前連桿上的鉸點(diǎn)。連接a’O、a’’O，為液壓支架降到中間某一位置和最低位置時(shí)后連桿的位置。分別作bb’和b’b’’的垂直平分線，其交點(diǎn)c即為前連桿下鉸點(diǎn)，bc為前連桿長(zhǎng)度（作圖后測(cè)得長(zhǎng)度為1717mm）。過(guò)c點(diǎn)向H-H作垂線，交與點(diǎn)d，則線段Oa、ab、bc、cd和dO為液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)（cd長(zhǎng)度為380mm）。第5章液壓支架頂梁設(shè)計(jì)5.1頂梁長(zhǎng)度的確定工作方式對(duì)支架頂梁長(zhǎng)度的影響支架的工作方式對(duì)頂梁長(zhǎng)度影響很大，如圖5-1所示的工作方式：600600圖5-1支架工作方式比較從圖5-1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(zhǎng)度；先推溜后移架的方式（有稱滯后支護(hù)方式）要求頂梁長(zhǎng)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(guò)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。配套尺寸對(duì)頂梁的影響設(shè)備配套尺寸與支架頂梁長(zhǎng)度有直接關(guān)系，為了防止采煤機(jī)想內(nèi)部?jī)A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130~150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(lái)計(jì)算頂梁長(zhǎng)度。長(zhǎng)度的計(jì)算掩護(hù)式與支撐掩護(hù)式頂梁長(zhǎng)度的計(jì)算公式為頂梁長(zhǎng)度=(配套尺寸+底座長(zhǎng)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(zhǎng)度—底座前端至后連桿下鉸點(diǎn)之距；e—支架又高到低頂梁前端點(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。采煤機(jī)選用MLS3-170型；輸送機(jī)采用DGWD-180型；配套尺寸為1972mm，底座長(zhǎng)度=2500mm，e=30mm，掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn)至頂梁后端點(diǎn)之距=100mm其它參數(shù)可從上述中得：頂梁長(zhǎng)度=(1972+2500+1350cos60°)-（1950cos50°+300+e）+100=3693.56-e綜上所述圓整得到頂梁長(zhǎng)度=3700mm.頂梁其它有關(guān)尺寸的確定采用類比法，確定頂梁上立柱柱窩位置，底座上立柱柱窩位置，進(jìn)而確定支架結(jié)構(gòu)尺寸如圖5-2所示圖圖5-2支架的結(jié)構(gòu)尺寸5.2液壓支架支護(hù)技術(shù)參數(shù)支護(hù)面積的確定Fc=bc(Lg+Δ)（5-1）式中Fc-支護(hù)面積，m2bc-頂梁寬度，m；Lg-定量長(zhǎng)度，m；Δ-移架后頂梁前端到煤壁的距離，一般取Δ=0.3+e，m。bc=1.5mLg=3.7mΔ=0.33m所以Fc=1.5×（3.7＋0.33）＝6.45m支護(hù)強(qiáng)度計(jì)算根據(jù)公式qx=q1+(q2–q1)Hqx-支架最大采高Hm時(shí)支架支護(hù)強(qiáng)度，KN/mq1-在表（2-5）中低于Hm有與之相近的支護(hù)強(qiáng)度KN/mq2-在表（2-5）中高于Hm有與之相近的支護(hù)強(qiáng)度KN/mhq1-q1Hq2-q2對(duì)應(yīng)的采高將數(shù)值代入式5-2計(jì)算可得：qx=1.6×343+(1.6×441–1.6×343)3.4–支護(hù)強(qiáng)度qx=611.52KN/從而可得頂梁的支撐阻力：F=qx×Fc=3944.304k5.2.3立柱的技術(shù)參數(shù)泵站額定工作壓力及立柱初撐力確定立柱缸體內(nèi)徑計(jì)算公式：Dd=40F1πndF1式中Dd—立柱缸體內(nèi)徑，cmF1—支架承受的理論支護(hù)阻力，kNnd—每架支架立柱數(shù)，支撐掩護(hù)式液壓支架立柱數(shù)為4柱Pa—安全閥調(diào)整壓力，MPa，按產(chǎn)品樣本選取(或參考同類支架選取)。其中，YF1B型Pa=40MPa；YF2B型Pαm—立柱最大傾角(°)，(支架降到最低工作位置時(shí)，αm角最大將各數(shù)值代入公式5-3得立柱缸徑為：D表5-1內(nèi)徑標(biāo)準(zhǔn)單位：mm506380100110125140(145)160180200210220230250查表5-1，選取立柱缸體內(nèi)徑Dd為180mm表5-2立柱缸徑缸、活塞柱徑配合關(guān)系表外缸內(nèi)徑/mm活塞外徑/mm工作阻力/KN額定工作壓力/MPa250240235250220210196051.6200185176458.4180170137256.116015098050.714013078451.9查表5-2選取配合尺寸為：外缸內(nèi)徑180mm，活柱外徑170mm，工作阻力1372kN，額定工作壓56.1MPa。選用國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的XRB2B型乳化液泵站，額定工作壓力為35MPa。取泵站額定工作壓力Pb(MPa)減去從泵站到支架沿程壓力損失后的值Pb'為P1=得立柱初撐力為：P1=安全閥壓力和立柱工作壓力安全閥選用YF1B型調(diào)正壓力Pa=40MPa立柱的工作阻力P2P2=πD將Dd=180mm，Pa=40MPa代入式P25.3頂梁的受力分析液壓支架的支護(hù)性能及外載荷在采煤工作面液壓支架支護(hù)頂板。如圖所示，當(dāng)煤層被采動(dòng)之后，頂板有壓力顯現(xiàn)。作用在液壓支架上的載荷大體分為兩部分：其一是直接頂形成的壓力Q1；其二是老頂形成的壓力Q2。如果直接頂比較完整，在工作面煤壁上方的直接頂呈懸臂狀態(tài)，則Q1由工作面煤壁和支架共同承受。若直接頂很破碎，在工作面煤壁上方的直接頂已經(jīng)斷裂，則Q1由支架單獨(dú)承受，位于直接頂上方的老頂通常不與直接頂一起冒落。當(dāng)直接頂在支架頂梁之后冒落時(shí)，老頂呈懸臂狀態(tài)。由老頂形成的懸臂一段支撐在直接頂垮落后的矸石上，另一端則支撐在支架和煤壁上方的直接頂上，并形成載荷Q2，隨著煤壁的推進(jìn)，老頂懸露部分加長(zhǎng)，Q2在增加，當(dāng)老頂懸露達(dá)到一定長(zhǎng)度后，其自重使其斷裂，于是老頂懸露長(zhǎng)度變短，Q2降到最小值，在采煤工作面連續(xù)開采過(guò)程中，工作面不斷前移，Q2由小變大，再有大變小，這樣周而復(fù)始的變化，Q2每次遞增至老頂斷裂稱為老頂周期來(lái)壓。圖圖5-3支撐式液壓支架在中硬以上穩(wěn)定頂板條件下的受力情況液壓支架的結(jié)構(gòu)和液壓系統(tǒng)必須保證液壓支架具有完全適應(yīng)頂板變化的性能。采煤機(jī)采過(guò)一個(gè)截深之后，支架前移一個(gè)步距，支護(hù)性暴露出來(lái)的頂板，此時(shí)，頂板尚無(wú)下沉現(xiàn)象，支架以初撐力支撐頂板。此后，頂板開始破碎下沉或斷裂，支架承載加大，直至立柱下腔壓力達(dá)到安全閥調(diào)定值，安全閥釋放，立柱下縮。此現(xiàn)象為液壓支架的“讓壓”現(xiàn)象。此時(shí)立柱以“工作阻力”支護(hù)頂板。隨著頂板壓力不斷加大，立柱就不斷“讓壓”下縮。為避免立柱完全縮回，支架出現(xiàn)壓死現(xiàn)象，采煤工作面的生產(chǎn)循環(huán)應(yīng)保證在壓死前就移架。由上述液壓支架工作狀態(tài)可知，支架承受的外載荷是頂板下沉形成的。在頂板下沉過(guò)程中，支架頂梁與頂板有相對(duì)滑動(dòng)現(xiàn)象，支架不僅受垂直于頂梁的力，還承受平行于頂梁的力。為例設(shè)計(jì)方便，要對(duì)支架的載荷和支架本身進(jìn)行簡(jiǎn)化，先概述如下：1．把支架簡(jiǎn)化成一個(gè)平面桿系結(jié)構(gòu)，為了偏于安全，計(jì)算時(shí)把外載荷視為集中載荷。2．金屬結(jié)構(gòu)件按直梁理論計(jì)算。3．頂梁、底座與頂板被認(rèn)為均勻接觸，載荷沿支架長(zhǎng)度方向按線性規(guī)律分布，沿寬度方向均勻分布。4．通過(guò)分析和計(jì)算可知，掩護(hù)梁頂矸石的作用力只能使液壓支架的實(shí)際支護(hù)阻力降低。所以，在進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算時(shí)忽略不計(jì)，使掩護(hù)梁偏于安全。5．立柱和短柱按最大工作阻力計(jì)算。6．產(chǎn)生作用在頂梁的水平力的情況有兩種，一是由于支架讓壓回縮，頂梁前端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡為近似雙紐線，頂梁與頂板間產(chǎn)生相對(duì)位移，頂板給予頂梁水平摩擦力；另一種是由于頂板向采空區(qū)方向移動(dòng)，使支架頂梁受到一個(gè)只想采空區(qū)的水平摩擦力。頂梁和頂板的靜摩擦系數(shù)W一般取0.15～0.3。7．按不同支護(hù)高度時(shí)各部件最大受力值進(jìn)行強(qiáng)度校核。8．各結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度校核，除按理論支護(hù)強(qiáng)度校核危險(xiǎn)斷面外，還要按原煤炭部標(biāo)準(zhǔn)MT86-84《液壓支架型式試驗(yàn)技術(shù)規(guī)范》的各種加載方式以液壓支架的額定工作阻力逐一校核，超過(guò)額定工作阻力的超載試驗(yàn)，將由安全系數(shù)來(lái)保證強(qiáng)度頂梁受力分析支撐掩護(hù)式液壓支架整體受力如圖5-4所示α2αα2α1圖圖5-4支撐掩護(hù)式液壓支架整體受力取頂梁為分離體進(jìn)行受力分析，如圖5-5所示圖5-5圖5-5頂梁分離體受力分析注：圖中a點(diǎn)為頂梁與掩護(hù)梁的鉸接點(diǎn)頂梁受力分析的目標(biāo)是求出圖5-5中的四個(gè)未知量Fn、X。以圖5-5中a點(diǎn)位坐標(biāo)原點(diǎn)建立坐標(biāo)系，列平衡方程如下：ΣFX=0,ΣFy=0,ΣMa式中：Fn—頂梁所受的集中力，KN；W—頂梁頂板摩擦系數(shù)，W=0.3；Pa—前排立柱的合力，Pa=2034.72KN；Pb—后排立柱的合力，Pb=2034.72KN；L2—前立柱柱窩與a點(diǎn)的水平距離，L2=1510mm：L3—后立柱柱窩與a點(diǎn)的水平距離，L3=310mm：h1、h’1—前后立柱柱窩與頂梁上表面的距離，h1=h’1=215mm；h2—a點(diǎn)與頂梁上表面的距離，h2=280mm；α1、α2—前后立柱與垂直平面的夾角，α1=α2=5°；取掩護(hù)梁分離體做受力分析，建立補(bǔ)充方程，受力分析如圖5-6所示aa圖圖5-6掩護(hù)梁分離體受力分析圖中O點(diǎn)為前、后連桿的運(yùn)動(dòng)瞬心，通過(guò)對(duì)O點(diǎn)取距，建立平衡方程：ΣMoF=0;F’ax=F’ax（5-10）F’ay=F’ay（5-11）式中：L4—a點(diǎn)與運(yùn)動(dòng)瞬心O點(diǎn)的水平距離，L4=130mm；h3—a點(diǎn)與運(yùn)動(dòng)瞬心O點(diǎn)的水平距離，h3=2046mm。將已知數(shù)值代入式5-9，并聯(lián)立式5-9、5-10、5-11可得：FyFx=Fay將已知數(shù)值代入式5-6、5-7并化簡(jiǎn)可得：-Fx+FnW-PaFy+Pa?cos5°+Pb?cos5°-聯(lián)立式5-12、5-13、5-14可得：FyFx=FxFy將已知數(shù)值代入式5-8并化解可得：FnX=Fn?W?280+P將Fn、W、Pa、PbX=974.5mm頂梁載荷分布在把頂梁所受頂板的載荷求出后，就可以進(jìn)一步計(jì)算出載荷在頂梁上面的分布情況。由于頂板與頂梁接觸情況不同，載荷實(shí)際分布很復(fù)雜。為了計(jì)算方便，假設(shè)頂梁與頂板均勻接觸且載荷為線性分布。設(shè)頂梁長(zhǎng)為L(zhǎng)g，頂板的集中載荷為，其作用點(diǎn)距頂梁一端為。則x≤Lg3圖5-7頂梁三角形載荷分布圖5-7頂梁三角形載荷分布a-頂梁三角形載荷分布；b-頂梁梯形載荷分布時(shí)，載荷分布為三角形。如圖5-7（a）所示。頂梁前端比壓為0，頂梁后端比壓為：MPa（5-16）當(dāng)>>時(shí)，載荷呈梯形分布，如圖5-7（b）所示。頂梁前端比壓為：MPa（5-17）頂梁后端比壓為：Mpa（5-18）由于x=0.975m小于（3.7/3=1.23m）所以載荷分布為三角形。將=4142.8kN，=1.5m，=0.975m代入式5-16得頂梁后端比壓為：q實(shí)際支護(hù)強(qiáng)度支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)束后，其結(jié)構(gòu)尺寸已定。再經(jīng)受力分析，其外載荷也已確定。于是可求出支架的實(shí)際支護(hù)強(qiáng)度如下式：q=F1(式中：Lg—頂梁長(zhǎng)度，mm；bc—頂梁寬度，mm；Δ—頂梁前端至煤壁的距離，mm；由于Fc=bc(Lg+Δ)=6.45m2（式5-1q=與中的qx比較誤差δ為δ支撐是液壓支架隨支架支撐高度不同，其支護(hù)面積和工作阻力不變，故其支護(hù)強(qiáng)度不變。而掩護(hù)式液壓支架和支撐掩護(hù)式液壓支架，由于支架的工作阻力因支架支撐高度不同而異，故支護(hù)強(qiáng)度也因支架支撐高度變化而變化。計(jì)算結(jié)果要與理論要求支護(hù)強(qiáng)度（即提及的支護(hù)強(qiáng)度）計(jì)算結(jié)果比較，誤差應(yīng)在±5%之間。支護(hù)效率整臺(tái)液壓支架的工作阻力是由立柱工作阻力產(chǎn)生的。對(duì)于掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式液壓支架而言，兩者并不相等。用支護(hù)效率來(lái)評(píng)價(jià)立柱工作阻力轉(zhuǎn)化為支架工作阻力的有效程度，支護(hù)效率η按下式計(jì)算：η=F1P式中：P—支架的名義工作阻力，KN；η—支護(hù)效率其中：PF將以上數(shù)據(jù)代入式5-20得：η=η值與液壓支架的架型、結(jié)構(gòu)尺寸和支架高度有關(guān)，η值過(guò)大或過(guò)小都不好。由于支架的工作阻力F1由立柱工作阻力之和的垂直分力及掩護(hù)梁和前、后連桿來(lái)承擔(dān)，而立柱的工作阻力之和不變，當(dāng)η值過(guò)大時(shí)，說(shuō)明掩護(hù)梁和前、后連桿承受載荷增加，對(duì)掩護(hù)梁和前、后連桿不利；當(dāng)η值過(guò)小時(shí)，說(shuō)明立柱工作阻力不能充分發(fā)揮。一般要求在支架工作段內(nèi)，支撐掩護(hù)式支架由于立柱傾角較小，η值應(yīng)在95%～105%之間；支撐式支架由于立柱傾角較大，η值應(yīng)大于90%以上；支撐式支架由于立柱垂直布置又無(wú)四連桿機(jī)構(gòu)，所以η值為100%。5.5強(qiáng)度校核按理論支護(hù)阻力在頂梁最危險(xiǎn)斷面處，對(duì)頂梁進(jìn)行強(qiáng)度校核。液壓支架強(qiáng)度設(shè)計(jì)的強(qiáng)度條件在液壓支架的研制、試驗(yàn)過(guò)程中，各構(gòu)件的強(qiáng)度汁算是極為必要的。前面數(shù)章的內(nèi)容已經(jīng)給出了支架主要零件部件受力分析和負(fù)荷的計(jì)算方法。但是由于液壓支架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、外載荷特點(diǎn)以及使用條件的特殊性，在強(qiáng)度計(jì)算中的強(qiáng)度條件也有其特殊性。當(dāng)然強(qiáng)度條件要以現(xiàn)階段液壓支架所選用的材料、制造工藝以及大致形式等為依據(jù)，隨著時(shí)間的推移，如果上述諸點(diǎn)有變，強(qiáng)度條件也必須作相應(yīng)調(diào)整。強(qiáng)度校核均以材料的屈服極限σs為計(jì)算安全系數(shù)。結(jié)構(gòu)鋼、銷軸、活塞桿的屈服極限及強(qiáng)度條件如下：各機(jī)構(gòu)件通常采用15CrMo等普通低碳合金結(jié)構(gòu)鋼，并由具體標(biāo)準(zhǔn)厚度的鋼板焊接而成，取σs=459MPa主要銷軸均采用CrMo等合金結(jié)構(gòu)鋼，取σs=561MPa活塞桿均采用45號(hào)鋼，取屈服極限σs=367.2MPa結(jié)構(gòu)件、銷軸和活塞桿的強(qiáng)度條件為n=σsσmax≥[n]（式中n—安全系數(shù)；σmax—危險(xiǎn)斷面計(jì)算出的最大應(yīng)力，MPa[n]—許用安全系數(shù)。缸體材料采用27SiMn無(wú)縫鋼管，取抗拉強(qiáng)度σb=1020MPan=σb[σ]≥[n]（5-式中[σ]—缸體許用應(yīng)力，MPa；[n]—許用安全系數(shù)，取3.5～4。焊條抗拉強(qiáng)度取σb=61n=σbσ≥[n]（式中σ—計(jì)算出的焊縫許用應(yīng)力；σb—許用擠壓應(yīng)力按下式計(jì)算：[σc]≥0.75σs許用安全系數(shù)，如表5-3所示。注：1.頂梁、底座的許用安全系數(shù)為1.1，主要考慮加載時(shí)加載力為工作阻力的1.1倍，掩護(hù)梁、連桿軸等不能進(jìn)行加載強(qiáng)度校核，為偏于安全取1.3（如果能精確計(jì)算，如有抗扭計(jì)算、有限元計(jì)算等，許用安全系數(shù)可以減小，這個(gè)問(wèn)題有待研究決定）。2.如果各結(jié)構(gòu)件計(jì)算出來(lái)的許用安全系數(shù)偏大，可按標(biāo)準(zhǔn)厚度鋼材減薄，或減少加強(qiáng)筋板高度，以減輕支架重量，降低成本。根據(jù)計(jì)算表明，改變結(jié)構(gòu)件高度對(duì)強(qiáng)度影響較大，而改變結(jié)構(gòu)件鋼板厚度對(duì)強(qiáng)度影響較小，在設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)結(jié)構(gòu)件具體情況酌情處理。頂梁承受的剪力和彎矩確定計(jì)算頂梁承受的剪力和彎矩的數(shù)值是進(jìn)行頂梁強(qiáng)度校核的前提，是頂梁設(shè)計(jì)中不可缺少的重要部分。頂梁剪力和彎矩計(jì)算的具體步驟為：將頂梁上的具體受理情況向頂梁頂面簡(jiǎn)化，計(jì)算頂梁上的剪力和計(jì)算頂梁上的彎矩，繪制頂梁剪力圖和彎矩圖，如圖5-8所示。圖圖5-8頂梁受力圖、剪力圖及彎矩圖1．根據(jù)頂梁的的具體受外力情況，將個(gè)點(diǎn)的力簡(jiǎn)化到頂梁的上表面，如圖5-8a和圖5-8b所示。計(jì)算中使用的數(shù)據(jù)如下：L1=0.535m;Lh1=0.215m;h1Pa=Pb=2034.72KN;Fα1具體計(jì)算過(guò)程如下：A點(diǎn)的力和附加力矩：FAYMAB點(diǎn)的力：FBYC點(diǎn)的力和附加力矩：FCYMCD點(diǎn)的力和附加力矩：FDYMD2．繪制剪力圖、彎矩圖1）確定約束力根據(jù)5.3.2節(jié)頂梁受力分析所計(jì)算出的數(shù)據(jù)向頂梁上表面簡(jiǎn)化的計(jì)算中，我們可以得到頂梁在A、D兩點(diǎn)約束力，如圖5-8b所示。2）建立坐標(biāo)系建立FQ-x和M3）確定控制面及控制面上的剪力和彎矩在集中力和集中力偶作用處（B點(diǎn)和C點(diǎn)）的兩側(cè)截面以及假設(shè)制作反力點(diǎn)（A點(diǎn)和D點(diǎn)）內(nèi)側(cè)截面均為控制面。應(yīng)用截面法和平衡方程，求得這些控制面上的建立和彎矩值分別為A右截面：FQ=2026.98KNB左截面：FQ=2026.98KNB右截面：FQ=-2155.82KNC左截面：FQ=-2155.82KNC右截面：FQ=-88.85KND左截面：FQ=-88.85KN4）分段建立剪力方程和彎矩方程剪力方程：從A右有截面到B左截面之間任選一截面，并假設(shè)其位置坐標(biāo)為x,假設(shè)這一截面上的剪力為正方向，于是有左邊部分的平衡，可以寫出這一段的剪力方程：ΣFyFQ=FAY(0從B右截面到C左截面，在這兩個(gè)截面之間任選一截面，并假設(shè)其位置坐標(biāo)為x,假設(shè)這一截面上的剪力為正方向，于是有左邊部分的平衡，可以寫出這一段的剪力方程：ΣFyFQ=2026.98-FBY從C右截面到D左截面，在這兩個(gè)截面之間任選一截面，并假設(shè)其位置坐標(biāo)為x,假設(shè)這一截面上的剪力為正方向，于是有左邊部分的平衡，可以寫出這一段的剪力方程：ΣFyFQ=FCY-2155.82KN彎矩方程：從A右有截面到B左截面之間任選一截面，并假設(shè)其位置坐標(biāo)為x,假設(shè)這一截面上的彎矩為正方向，根據(jù)左邊部分的力矩平衡條件，可以寫出這一段的剪力方程：ΣM=0，Mx=FAYx+38.13從B右有截面到C左截面之間任選一截面，并假設(shè)其位置坐標(biāo)為x,假設(shè)這一截面上的彎矩為正方向，根據(jù)左邊部分的力矩平衡條件，可以寫出這一段的剪力方程：ΣM=0，Mx=-FBYx+1123.58從C右有截面到D左截面之間任選一截面，并假設(shè)其位置坐標(biāo)為x,假設(shè)這一截面上的彎矩為正方向，根據(jù)左邊部分的力矩平衡條件，可以寫出這一段的剪力方程：ΣM=0，Mx=FCYx-282.33KN?m-38.135）根據(jù)剪力方程和彎矩方程在控制面間連圖線根據(jù)剪力方程和彎矩方程在剪力圖和彎矩圖上作出完整的剪力圖和彎矩圖，如圖5-8c、d所示。從圖中可以得到剪力和彎矩的絕對(duì)值的最大值｜FQ｜｜M｜max頂梁強(qiáng)度校核由5.2.2節(jié)的計(jì)算可以得出頂梁上承受的最大剪力和最大彎矩及其位置，下面進(jìn)行頂梁強(qiáng)度校核，取頂梁在B點(diǎn)的橫截面，頂梁全部采用20mm厚的16Mn鋼板焊接而成,頂梁柱間距和筋板間尺寸參照?qǐng)D5-9和表5-10中的方案4確定，具體尺寸如圖5-10所示。整個(gè)頂梁斷面由4種不同斷面鋼板組成，分別編號(hào)如圖5-10所示。鋼材參數(shù)見表5-5所示。圖5-9圖5-9頂梁柱間距和筋板配置關(guān)系a-頂梁；b-前梁表5-4頂梁柱間距和筋板配置推薦尺寸mm參數(shù)方案1方案2方案3方案4方案5d850820770720720d1810780740690690B1400360320320320B7360320290290280B8350310280280280A13681368136813681368適用條件D≤320D≤280D≤250D≤200D≤200Ds≤180Ds≤180Ds≤180Ds≤160Ds≤160D——立柱缸徑Ds——推移液壓缸缸徑圖5-10圖5-10頂梁斷面1．頂梁形心坐標(biāo)的計(jì)算設(shè)zC、ySzSyyCzC取頂梁上表面中心（如圖5-9所示O點(diǎn)）作為坐標(biāo)原點(diǎn)計(jì)算形心位置，由于頂梁斷面左右對(duì)稱，只需計(jì)算頂梁z軸的位置。yC=800×20×10+1328×20×30+6×20×260×170+1328×20×310表5-5頂梁鋼材參數(shù)牌號(hào)鋼材直徑或厚度mmσsσbMPaδ%特性及應(yīng)用舉例≥16Mn≤16＞16～25＞25～36＞36～50＞50～100345325315295275510～660490～640470～620470～620470～6202221212120產(chǎn)量最大，應(yīng)用廣泛的，綜合機(jī)械性能良好，低溫沖擊韌性、冷沖壓和切削加工性能好，焊接性亦佳，比Q235鋼的性能要優(yōu)越，但缺口敏感性比Q235鋼要明顯，如有缺口存在時(shí)，疲勞強(qiáng)度較Q235低，且易發(fā)生裂紋，正火可以提高鋼的塑性，沖擊韌性，冷壓成型性能，但其強(qiáng)度略有下降，一般在熱軋或正火狀態(tài)下使用，廣泛用于制造受動(dòng)載荷的各種焊接鋼結(jié)構(gòu)，如橋梁、車輛、船舶、管道、鍋爐、大型容器、油缸、重型機(jī)械設(shè)備、礦山機(jī)械、電站、廠房結(jié)構(gòu)、-40?以下的低溫壓力容器，橋梁等結(jié)構(gòu)件，還可制作滲碳零件注：取自《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》第三版，ISBN7-5024-1324-32．?dāng)嗝骊P(guān)于z軸的慣性矩計(jì)算IZ由公式5-29分別計(jì)算各部分對(duì)z軸的慣性矩：IZ1IZ2IZ3IZ4IZ3．計(jì)算斷面上的最大拉應(yīng)力和最大壓應(yīng)力由圖5-9所示，可以確定最大拉應(yīng)力作用點(diǎn)和最大壓應(yīng)力作用點(diǎn)到中性軸的距離分別為：ymax+彎矩計(jì)算公式如下σmaxσmax應(yīng)用公式5-30、5-31，將M的單位化為KN.m；Iz的單位化為m4；ymax+和σmax+=Mσmax-=M4．安全系數(shù)校核查表5-3和表5-4可知頂梁許用安全系數(shù)[n]=1.1，20mm厚的16Mn鋼板σsn=σs由以上計(jì)算可知頂梁強(qiáng)度滿足使用要求。結(jié)束語(yǔ)采用液壓支架對(duì)開采工作面的頂板進(jìn)行支護(hù)是綜合機(jī)械化采煤的一個(gè)必要條件，而綜合機(jī)械化采煤又是煤礦技術(shù)進(jìn)步的標(biāo)志，是煤礦增加產(chǎn)量、提高勞動(dòng)效率、增加經(jīng)濟(jì)效益的重要手段。因此大力發(fā)展綜合機(jī)械化采煤，研制和使用液壓支架是十分關(guān)鍵的。此次以支撐掩護(hù)式液壓支架為題畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們走上工作崗位前的最后又一次練兵，為我們能順利進(jìn)入工作狀態(tài)奠定了基礎(chǔ)。我們作為即將畢業(yè)的機(jī)械制造及其自動(dòng)化大學(xué)生，未來(lái)生產(chǎn)行業(yè)的技術(shù)人員，設(shè)計(jì)和生產(chǎn)出高技術(shù)含量、高安全系數(shù)的機(jī)械產(chǎn)品是我們的責(zé)任。通過(guò)此次對(duì)支撐掩護(hù)式液壓支架的設(shè)計(jì)，使我對(duì)液壓支架的結(jié)構(gòu)和工作原理及其它相關(guān)理論有了一個(gè)很深刻的認(rèn)識(shí)。在這段時(shí)間里，通過(guò)對(duì)液壓支架的選型設(shè)計(jì)，總體設(shè)計(jì)，受力分析，強(qiáng)度校核等工作，綜合運(yùn)用了大學(xué)期間所學(xué)到的知識(shí)并學(xué)到了很多新的知識(shí)，使我深刻認(rèn)識(shí)到了知識(shí)積累的重要性。開始對(duì)液壓支架等相關(guān)技術(shù)很不了解的狀態(tài)，也不能有效地把所學(xué)過(guò)的只是綜合應(yīng)用，通過(guò)查看相關(guān)的資料書籍和老師指導(dǎo)，讓自己頭腦中模糊的概念逐漸清晰，又通過(guò)實(shí)習(xí)進(jìn)一步了解了液壓支架，為順利的設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。支撐掩護(hù)式液壓支架設(shè)計(jì)即將結(jié)束。幾個(gè)月來(lái)，從開始接到論文題目到參數(shù)計(jì)算、作圖，再到論文的完成，每走一步對(duì)我來(lái)說(shuō)都是新的嘗試與挑戰(zhàn)，這也是我在大學(xué)期間完成的最大的項(xiàng)目。雖然我的論文不是很成熟，還有很多不足之處，但這里面的每一個(gè)圖、每一個(gè)數(shù)，都有我辛勤汗水的結(jié)晶。使我感覺到了知識(shí)充實(shí)帶來(lái)的快樂。這次做論文的經(jīng)歷也會(huì)使我終身受益，我感受到做研究是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己學(xué)習(xí)的過(guò)程和研究的過(guò)程，沒有學(xué)習(xí)就不可能有研究的能力，沒有自己的研究，就不會(huì)有所突破。希望這次的經(jīng)歷能讓我在以后學(xué)習(xí)和工作得到更大的進(jìn)步。參考文獻(xiàn)[1]魯忠良,景國(guó)勛,肖亞寧主編.液壓支架設(shè)計(jì)使用按卻辨析.北京：煤炭工業(yè)出版社，2006.8[2]趙濟(jì)榮主編.液壓傳動(dòng)與采掘機(jī)械.徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2008.4.[3]李炳文,王啟廣編著.礦山機(jī)械.徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2007.1.[4]王星亮主編.煤礦機(jī)械化開采.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.2.[5]程居山主編.礦山機(jī)械.徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2005.8[6]東北大學(xué)《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》編寫組主編.機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：冶金工業(yè)出版社，1994.4.[7]JaroslavIvantysynandMonikaIvantysynova.HydrostatishePumpenandMotoren：：Vogel,1993附錄一（英文）Developmentof30Cr06A,ahighstrengthcaststeelanditsweldingabilityAbstract:Highperformancehydraulicsupportshaveahighrequirementinstrength,toughen-ssa