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1、 第 81 頁 目錄 1 緒論 ………………………………………………………………………………………1 1.1 液壓支架的用途 1 1.2液壓支架的工作原理 1 1.3 設計事項 2 1.3.1 設計目的 2 1.3.2 對液壓支架的基本要求 3 1.3.3 設計液壓支架必需的基本參數(shù) 3 1.4 液壓支架的分類 4 1.5 液壓支架的組成 5 1.6 液壓支架的主要結(jié)構(gòu)件及其用途 6 1.6.1 頂梁 6 1.6.2 底座 6 1.6.3 掩護梁 6 1.6.4 活動側(cè)護板 6

2、 1.6.5 連桿 7 1.7 液壓支架的液壓系統(tǒng) 7 1.7.1 液壓支架傳動系統(tǒng)的基本要求 7 1.7.2 液壓支架的液壓傳動特點 7 1.8 液壓支架的選型 8 2 液壓支架的結(jié)構(gòu)設計 ………………………………………………………………10 2.1 液壓支架的主要尺寸的確定 10 2.1.1 支架高度和伸縮比 10 2.1.2 支架間距 10 2.1.3 底座長度 11 2.1.4 頂梁長度的確定 11 2.1.5 立柱布置 12 2.1.6 通風斷面的計算 13 2.2 各部件結(jié)構(gòu)選擇 14 2.2.1 頂梁 14 2.2.2 底座 16如需要圖紙等資料，

3、聯(lián)系QQ1961660126 研究成果的嚴肅態(tài)度以及向讀者提供有關信息的出處，正文之后一般應列出參考文獻表引文應以原始文獻和第一手資料為原則。所有引用別人的觀點或文字，無論曾否發(fā)表，無論是紙質(zhì)或電子版，都必須注明出處或加以注釋。凡轉(zhuǎn)引文獻資料，應如實說明。對已有學術成果的介紹、評論、引用和注釋，應力求客觀、公允、準確。偽注、偽造、篡改文獻和數(shù)據(jù)等，均屬學術不端行為致謝一項科研成果或技術創(chuàng)新,往往不是獨自一人可以完成的,還需要各方面的人力,財力,物力的支持和幫助.因此,在許多論文的末尾都列有"致謝　　1) 著錄參考文獻可以反映論文作者的科學態(tài)度和論文具有真實、廣泛的科學依據(jù)，也反映出該論文的起

4、點和深度。 　　2) 著錄參考文獻能方便地把論文作者的成果與前人的成果區(qū)別開來。 　　3) 著錄參考文獻能起索引作用。 　　4) 著錄參考文獻有利于節(jié)省論文篇幅。 　　[01] Brown, H. D. Teaching by Principles: An Interactive Approach to Language Pedagogy[M]. Prentice Hall Regents, 1994. 　　[02] Brown, J Set al. Situated Cognition and the Culture of Learning[J]. Educational Reas

5、ercher, 1, 1989. 　　[03] Chris, Dede. The Evolution of Constructivist Learning Envi-ronments: Immersion in Distributed Virtual Worlds[J]. Ed-ucational Technology, Sept-Oct, 1995. 　　學位申請者如果能通過規(guī)定的課程考試，而論文的審查和答辯合格，那么就給予學位。如果說學位申請者的課程考試通過了，但論文在答辯時被評為不合格，那么就不會授予他學位。 　　有資格申請學位并為申請學位所寫的那篇畢業(yè)論文就稱為學位論文，學士學位

6、論文。學士學位論文既如需要圖紙等資料，聯(lián)系QQ1961660126 是學位論文又是畢業(yè)論文　 中華人民共和國國家標準VDC 001.81、CB 7713-87號文件給學術論文的定義為： 　　學術論文是某一學術課題在實驗性、理論性或觀測性上具有新的科學研究成果或創(chuàng)新見解的知識和科現(xiàn)象、制定新理論的一種手段，舊的科學理論就必然會不斷地為新理論推翻?！保ㄋ沟俜颐飞┮虼?，沒有創(chuàng)造性，學術論文就沒有科學價值。 三、創(chuàng)造性 學術論文在形式上是屬于議論文的，但它與一般議論文不同，它必須是有自己的理論系統(tǒng)的，不能只是材料的羅列，應對大量的事實、材料進行分析、研究，使感性認識上升到理性認識。一般來說

7、，學術論文具有論證色彩，或具有論辯色彩。論文的內(nèi)容必須符合歷史唯物主義和唯物辯證法，符合“實事求是”、“有的放矢”、“既分析又綜合” 的科學研究方法。 　　一般普通刊物（省級、國家級）審核時間為一周，高質(zhì)量的雜志，審核時間為14-20天。 　　核心期刊審核時間一般為4個月，須經(jīng)過初審、復審、終審三道程序。 　　3.期刊的級別問題。 　　國家沒有對期刊進行級別劃分。但各單位一般根據(jù)期刊的主管單位的級別來對期刊劃為省級期刊和國家級期刊。省級期刊主管單位是省級單位。國家級期刊主管單位是國家部門或直屬部門。 如需要圖紙等資料，聯(lián)系QQ1961660126 2.2.3 立柱 17

8、 2.2.4 推移裝置 19 2.2.5 護幫千斤頂 22 2.3 四連桿結(jié)構(gòu) 22 2.3.1 四連桿機構(gòu)的作用 22 2.3.2 四連桿機構(gòu)設計的要求 23 2.3.3 四連桿機構(gòu)的設計 24 2.4液壓支架的主要技術參數(shù) 33 3液壓系統(tǒng) ………………………………………………………………………………36 3.1 立柱和千斤頂 36 3.2 支架液壓閥 37 3.2.1 液控單向閥 37 3.2.2 安全閥 38 3.2.3 操縱閥 38 3.2.4 液壓支架液壓閥的密封技術分析 39 3.3 液壓支架液壓原理圖 40 3.4 液壓支架的控制方式 41

9、3.4.1 手動控制 41 3.4.2 自動控制 41 3.5 液壓系統(tǒng)安裝、調(diào)試、保養(yǎng) 42 3.5.1 安裝： 42 3.5.2 調(diào)試： 50 3.5.3 保養(yǎng)： 51 4 液壓支架的受力分析與校核 ………………………………………………………53 4.1 液壓支架的支護性能與外載荷 53 4.2 液壓支架基本技術參數(shù)的確定 54 4.2.1 支護面積 54 4.2.2 支護強度 54 4.2.3 確定立柱的技術參數(shù) 55 4.2.4 立柱的初撐力 56 4.3立柱強度和穩(wěn)定性驗算 56 4.3.1立柱缸體強度驗算 56 4.3.2立柱穩(wěn)定性驗算 58 4.3

10、.3立柱活塞桿強度驗算 60 4.4 平衡千斤頂強度校核 62 5 液壓支架的發(fā)展趨勢…………………………………………………………………64 結(jié)論 ……………………………………………………………………………………… 66 參考文獻 ………………………………………………………………………………….67 致謝 ……………………………………………………………………………………… 68 附錄 ……………………………………………………………………………………… 69 摘要 掩護式支架作為上世紀70年代初剛出現(xiàn)的產(chǎn)品，其顯著特征是在頂梁末端和底座之間附加有掩護梁。掩護梁一般是傾斜的

11、，鉸接在頂梁和底座之間。從運動學講，它是穩(wěn)定的，這是掩護式支架最優(yōu)于框式支架和垛式支架的一點，掩護梁也完全封閉了采空區(qū)，從而能夠防止破碎頂板巖石掉入支撐工作面。因此，一般來說，掩護式支架的支撐工作面是較清潔的。 本文主要介紹了：液壓支架的發(fā)展歷程及發(fā)展趨勢；液壓支架的組成、作用和分類；液壓支架的液壓控制系統(tǒng)；液壓支架設計的一般步驟；液壓支架的操縱、維護、故障分析及處理等。在ZY8600型液壓支架的設計過程中，著重對頂梁、底座和立柱進行了分析和設計，同時對液壓支架的液壓系統(tǒng)進行了介紹。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(jié)構(gòu)件的受力分析、強度和剛度的設計方法。在該支架的四連桿

12、機構(gòu)設計中，采用了計算機求解。對立柱和平衡千斤頂進行了強度和穩(wěn)定性效核。 關鍵詞：液壓支架、ZY8600、掩護式、結(jié)構(gòu)設計、采煤機械 ABSTRACT Stand cover of the last century as the early 1970s emerging products, the notable features of the top beam between the terminal and the base of attaching a shield. Cover is generally inclined beams, the hi

13、nged roof beams and between the base. Kinematics from the speakers, it is stable, which is the optimal shield in the box-stent and the stent Crib 1:00, Leung also cover is closed goaf, so as to prevent the rock into the broken roof support Face. Therefore, in general, cover Stand Face the support of

14、 the cleaner. This paper describes : hydraulic supports the development process and development trends; Hydraulic support the composition, role and classification; hydraulic supports the hydraulic control system; hydraulic supports the general design steps; hydraulic supports manipulation, mainten

15、ance, Fault analysis and processing. In ZY8600-hydraulic support the design process, focusing on the top beam and column base and the analysis and design Meanwhile hydraulic supports the right hydraulic system was introduced. According to their common failure mode, influencing factors and basic desi

16、gn requirements, is an important structure the force. Strength and stiffness of the design method. The stent in the four-bar linkage design, using a computer to solve. Column right balance between Jack and the strength and stability of nuclear efficiency. Keywords : hydraulic support, ZY8600, shi

17、eld, structural design, mechanical mining 1 緒論 1.1 液壓支架的用途 在采煤工作面的煤炭生產(chǎn)過程中，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作業(yè)正常進行，必須對頂板進行支護。而液壓支架是一高壓液體作為動力，由液壓元件與金屬構(gòu)件組成的支護和控制頂板的設備，它能實現(xiàn)支撐、切頂、移架和推移輸送機等一整套工序。實踐表明液壓支架具有支護性能好、強度高、移架速度快、安全可靠等優(yōu)點。液壓支架與可彎曲輸送機和采煤機組成綜合機械化采煤設備，它的應用對增加采煤工作面產(chǎn)量、提高勞動生產(chǎn)率、降低成本、減輕工人的體力勞動和保證安全生

18、產(chǎn)是不可缺少的有效措施。因此，液壓支架是技術上先進、經(jīng)濟上合理、安全上可靠，是實現(xiàn)采煤綜合機械化和自動化不可缺少的主要設備。 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 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，使與活塞桿想連接的頂梁緊緊接觸頂板。 2．降柱 當需要降柱時，高壓液進入立柱的活塞桿腔，另一腔回液，迫使活塞桿下降，于是頂梁脫離頂板。 3．支架和輸送機前移 支架和輸送機的前移，都是由于底座上的推

19、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，另一腔回液，以支架為支點，使活塞桿伸出，把輸送機推向煤壁。 圖1-1 液壓支架工作原理圖 1- 頂梁；2-立柱；3-底座；4-推移千斤頂；5-安全閥；6-液控單向閥； 7、8-操縱閥；9-輸送機；10-乳化液泵；11-主供液管；12-主回液管 1.3 設計事項 1.3.1 設計目的 采用綜合機械化采煤方法是大幅度增加煤炭產(chǎn)量、提高經(jīng)濟效益的必由之路。為了滿

20、足對煤炭日益增長的需求，必須大量生產(chǎn)綜合機械化采煤設備，迅速增加綜合機械化采煤工作面（簡稱綜采工作面）。而每個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求量是很大的。 由于不同采煤工作面的頂板條件、煤層厚度、煤層傾角、煤層的物理機械性質(zhì)等的不同，對液壓支架的要求也不同。為了有效地支護和控制頂板，必須設計出不同類型和不同結(jié)構(gòu)尺寸液壓支架。因此，液壓支架的設計工作是很重要的。由于液壓支架的類型很多，因此其設計工作量也是大的，由此可見，研制和開發(fā)新型液壓支架是必不可少的一個環(huán)節(jié)。 1.3.2 對液壓支架的基本要求 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

21、工作阻力，以便有效的控制頂板，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至250kN，厚煤層一般為300kN～400kN。 3．防矸性能要好。 4．排矸性能要好。 5．要求液壓支架能保證采煤工作面有足夠的通風斷面，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)挼娜诵械馈? 7．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，能夠承受一定的不均勻載荷。 10

22、．在滿足強度條件下，盡可能減輕支架的重量。 11．要易于拆卸，結(jié)構(gòu)簡單。 12．液壓元件要可靠。 1.3.3 設計液壓支架必需的基本參數(shù) 1．頂板條件 根據(jù)老頂和直接頂?shù)姆诸?，對支架進行選型。 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，以及支架的支護強度。 3．瓦斯等級 根據(jù)瓦斯等級，按保安規(guī)程規(guī)定，驗算通風斷面。 4．底板巖性和小時涌水量 根據(jù)底板巖性和小時涌水量驗算底板比壓。 5．工作面煤壁條件 根據(jù)工作面煤壁條件，決定是否用護幫裝置。 6．煤層傾角 根據(jù)煤層傾角，決定是夠選用防滑防倒裝置。 7．井筒罐籠尺寸 根據(jù)井筒罐籠尺寸，考慮

23、支架的運輸外形尺寸。 8．配套尺寸 根據(jù)配套尺寸及支護方式來計算頂梁長度。 1.4 液壓支架的分類 液壓支架按結(jié)構(gòu)形式劃分，可分為支撐式、掩護式和支撐掩護式三類。 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，通風斷面大，適用于中等穩(wěn)定以上的頂板。 支撐式支架有垛式和節(jié)式之分。 （1）節(jié)式 節(jié)式支架由2～4個框架組成，用導向機構(gòu)互相聯(lián)系，交替前進， （2）垛式 整個支架為一整體結(jié)構(gòu)，整體移動，通常有4～6根立柱，可以支撐堅硬與極堅硬的頂板。 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

24、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?。挥汕昂筮B桿和底座鉸接構(gòu)成的四連桿機構(gòu)使抗水平力的能力增強，立柱不受橫向力；而且使板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(cè)護板密封，掩護性能好；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。 3．支撐掩護式支架 支撐掩護式支架具有支撐式的頂梁和掩護式的掩護梁，它兼有切頂性能和防護作用，適于壓力較大、易于冒落的中等穩(wěn)定或穩(wěn)定的頂板。 根據(jù)使用條件，支撐掩護式支架的前、后排立柱可前傾或后傾，傾角大小也可不同。前、后立柱交叉布置的支架適用于薄煤層。 1.5 液壓支架的組成 液壓支架由以下六個

25、主要部分組成： 1． 頂梁 2． 立柱 3． 掩護梁和擋矸簾 4． 底座 5． 推移機構(gòu) 6． 操縱控制系統(tǒng) 1.6 液壓支架的主要結(jié)構(gòu)件及其用途 1.6.1 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。 1.6.2 底座 用途： 1．為支架的其他結(jié)構(gòu)件和工作機構(gòu)提供安設的基礎。 2．與前后連桿和掩護梁一起組成四連桿機構(gòu)。 3．將立柱和前后連桿傳遞的頂板壓力傳遞給底板。 1.6.3 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

26、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(cè)護板）一起 ，構(gòu)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。 1.6.4 活動側(cè)護板 用途： 1．與鄰架的頂梁、掩護梁和后連桿的固定側(cè)護板相貼，構(gòu)成了指甲的擋矸屏障。 2．支架移架時起導向作用。 3．利用側(cè)推千斤頂可調(diào)整支架的橫向位置或防倒扶正支架。 1.6.5 連桿 前后連桿是四連桿機構(gòu)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(gòu)，使支架能承受圍巖載荷、水平作用力和保持穩(wěn)定。 1.7 液壓支架的液壓系統(tǒng) 液壓支架由不同數(shù)量的立柱和千斤頂組成，采用不同的操縱閥以實現(xiàn)升柱、降

27、柱、移架、推溜等動作。雖然支架的液壓缸（立柱和千斤頂）種類、數(shù)量很多，但其液壓系統(tǒng)都是采用多執(zhí)行元件的并聯(lián)系統(tǒng)。 1.7.1 液壓支架傳動系統(tǒng)的基本要求 對于液壓支架的傳動裝置，應具有以下基本要求：采用結(jié)構(gòu)比較簡單，設備外形尺寸小，能遠距離的傳送大的能量；能承受較大載荷；沒有復雜的傳動機構(gòu)；在爆炸危險和含塵的空氣里保證安全工作；動作迅速；操作調(diào)節(jié)簡單；過載及損壞保護簡單。 容積式液壓傳動可最大限度的滿足這些要求，因此，所有液壓支架均采用這種傳動。 1.7.2 液壓支架的液壓傳動特點 液壓支架的液壓傳動，與其他機械的容積式液壓傳動有很大的區(qū)別，其特點如下： 工作液的壓力高（管路內(nèi)的壓

28、力達20～40MPa，立柱內(nèi)的壓力達30～70MPa），流量大（30～150l/min）； 在液壓系統(tǒng)中，采用粘度低和容量大的液體為工作介質(zhì)； 液壓缸、操縱閥，其他調(diào)節(jié)和控制裝置等總的數(shù)量大（高壓泵1～6臺，液壓缸300～1500個，安全閥150～300個，還有同樣數(shù)量的液控單向閥）； 很長的液壓管路（200～300m剛性管，500～3000m高壓軟管）; 泵——液壓缸傳動系統(tǒng)的換算彈性模數(shù)較低； 根據(jù)支架的數(shù)目改變液流的參數(shù)； 所有支架在結(jié)構(gòu)上都有著相同的液壓缸、液壓裝置以及他們之間都有相同的連接方式（相同的液壓系統(tǒng)）； 每節(jié)支架都重復著相同的工序，這些工序的總和構(gòu)成液壓支架的

29、基本工序； 為了保證系統(tǒng)具有較高的容積效率，實現(xiàn)無故障作業(yè)以及工作人員的安全，液壓系統(tǒng)的元件和部件要有好的密封性和可靠性。 這些基本特點決定了液壓傳動元件以及整個系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上的特點，即： 液壓支架是以單節(jié)支架為單元的，這就決定了液壓系統(tǒng)的構(gòu)成，即工作面支架和端頭支架的液壓系統(tǒng)成為液壓支架的基本組成部分。此外，可以把泵站、中心控制臺和支架的液壓管路等部分作為支架的公用液壓系統(tǒng)。其中每個部分都具有其獨立的功能，在改善液壓傳動或者制定新的方案時，一般都可以單獨的加以研究。 1.8 液壓支架的選型 液壓支架的選型原則： 液壓支架的選型，其根本目的是使綜采設備適應礦井和工作面條件，投產(chǎn)后能做

30、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)濟效益提供條件，因此必須根據(jù)礦井的煤層、地質(zhì)、技術和設備條進行選擇。 1． 液壓支架架型的選擇首先要適合于頂板條件。 2． 當煤層厚度超過1.5m，頂板有側(cè)向推力或水平推力時，應選用抗扭能力強的支架，一般不宜選用支撐式支架。 3． 當煤層厚度達到2.5～2.8m以上時，需要選擇有護幫裝置的掩護式或支撐掩護式支架。煤層厚度變化大時，應選擇調(diào)高范圍較大的掩護式或雙伸縮立柱的支架。 4． 應使支架對底板的比壓不超過底板允許的抗壓強度。在底板較軟條件下，應選用有抬底裝置的支架或插腿掩護式支架。 5． 煤層傾角＜10時，支架可不設防倒防滑

31、裝置；15～25時，排頭支架應設防滑裝置，工作面中部輸送機設防滑裝置；＞25時，排頭支架應設防倒防滑裝置，工作面中部支架設底調(diào)千斤頂，工作面中部輸送機設防滑裝置。 6． 對瓦斯涌出量大的工作面，應符合保安規(guī)程的要求，并優(yōu)先選用通風斷面大的支撐式或支撐掩護式支架。 7． 當煤層為軟煤時，支架最大采高一般≤2.5m；中硬煤時，支架最大采高一般≤3.5m；硬煤時，支架最大采高＜5m。 8． 在同時允許選用幾種架型時，應優(yōu)先選用價格便宜的支架。 9． 斷層十分發(fā)育，煤層變化大，頂板的允許暴露面積在5～8m2，時間在20min以上時，暫不宜采用綜采。 2 液壓支架的結(jié)構(gòu)

32、設計 2.1 液壓支架的主要尺寸的確定 2.1.1 支架高度和伸縮比 由題目已知: 支架的最大高度 Hm=5m 支架最小高度 Hn=2.5m 支架伸縮比 2.1.2 支架間距 支架間距就是指相鄰支架中心線間的距離，按下式計算 式中 —支架間距（支架中心距） —每架支架頂梁總長度 —相鄰支架（或框架）頂梁之間的間隙 —每架所包含的組架或框架數(shù) 取=1650mm，=150mm,=2則 =1650+1502=1950mm 2.1.3 底座長度 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

33、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。 因此，取底座長度為2700 mm。如圖： 圖2-1 底座示意圖 2.1.4 頂梁長度的確定 支架在工作面的相對位置關系如圖2-2所示。 圖2-2 整體示意圖 掩護式支架頂梁長度計算 頂梁長度=[配套尺寸+底座長度+ ]-[+300+]+掩護梁與頂梁鉸點至頂梁后端點之距（mm） (2-1) 式中 配套尺寸—參考原煤炭部煤炭科學研究院編制的綜采設備配套圖冊確定； 底座長度—

34、底座前端至后連桿下鉸點之距 e —支架由高到低頂梁前端點最大變化距離； 、—支架在最高位置時，分別為后連桿和掩護梁與水平面的夾角。 經(jīng)計算得頂梁長度為4390mm。 2.1.5 立柱布置 本支架采用雙伸縮立柱。 國內(nèi)掩護式支架立柱數(shù)常用為2根。故選立柱數(shù)目為2。 2.1.6 通風斷面的計算 采煤工作面的過風量有一定要求。在過風量一定時，采煤工作面的通風斷面積不應過小。但在工作面中安裝液壓支架后，通風斷面積明顯減小。因此必須驗算通風斷面積。一般按工作面允許風速進行驗算。根據(jù)保安規(guī)程規(guī)定，工作面風速應小于5m/s。 采煤工作面風速計算按下式進行。 m/s 式中

35、 —工作面風速（m/s） —支架在采煤工作面的通風斷面積（m2） —采煤工作面所需風量（m3/min） (m3/min) —通風不均系數(shù)，一般取=1.5 —保安規(guī)程允許的朝氣含量，一般取=1% —日產(chǎn)量（T） —一分鐘產(chǎn)生一噸煤沼氣涌出量，一般取=14(m3/min) 計算：=3.2m2, =400Th 則有: (m3/min) （m3/min） (m/s) ＜5m/s，合乎安全規(guī)程規(guī)定。 2.2

36、各部件結(jié)構(gòu)選擇 液壓支架各個部件的結(jié)構(gòu)形式與工作面的頂?shù)装鍡l件和支架結(jié)構(gòu)形式有關，選擇時根據(jù)支架的結(jié)構(gòu)和工作面頂?shù)装鍡l件，對各個部件的結(jié)構(gòu)進行分析，最后擇優(yōu)選擇。 2.2.1 頂梁 頂梁是與頂板直接接觸的構(gòu)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。 圖2-3 頂梁的結(jié)構(gòu)型式 1——護幫；2——后梁；3——尾梁； 4——護幫千斤頂；5——前梁伸縮千斤頂 本支架采用剛性頂梁帶鉸接式護幫，如上圖2-3e所示，頂梁由前、后梁鉸接。在鉸接護幫安裝有護幫千斤頂4，用來支撐靠近煤壁

37、處的頂板，同時還可以使護幫上、下擺角，適應頂板起伏變化和增加頂梁前端的支撐能力。 各類頂梁都為箱式結(jié)構(gòu)，一般有鋼板焊接而成。為加強結(jié)構(gòu)的剛度，在上下蓋板之間焊有加強筋板，構(gòu)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(cè)有孔，用鋼絲繩或銷軸把立柱和頂梁連接起來。 頂梁端面形狀和頂梁如2-4、2-5示 圖2-4 頂梁斷面 圖2-5 頂梁外形 2.2.2 底座 底座是將頂板壓力傳遞到底板和穩(wěn)固支架的部件。因此，底座除了滿足一定的剛度和強度外，還要求對底板起伏不平的適應性要強，對底板接觸比

38、壓小，要有足夠的空間能安裝立柱、液壓控制裝置、推移裝置和其他輔助裝置，要便于人員行走；能起一定的擋矸排矸作用；要有一定的重量，以保證支架的穩(wěn)定性。 ZY8600支架底座結(jié)構(gòu)選用底分式剛性底座，如圖2-6。 底座前端制成滑撬形，以減小支架的移架阻力。同時底座后部重量大于前部，避免移架時啃底。 底座與立柱之間連接處用鑄鋼球面柱窩接觸，以避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，同時有利于排矸。 圖2-6 底分式底座 2.2.3 立柱 立柱是支架的承壓構(gòu)件，它長期處于高壓受

39、力狀態(tài)，它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(jié)構(gòu)要簡單，并能適應支架的工作要求。 立柱的結(jié)構(gòu)由缸體、活塞、缸口和活塞桿等組成。如2-7圖示 圖2-7 立柱結(jié)構(gòu) 缸體是立柱的承壓部件。一般用27SiMn無縫鋼管制成。缸體內(nèi)表面是活塞的密封表面，所以要求很高的加工精度。 活塞是立柱的關鍵元件，對它的主要要求是保證密封性能良好，運動表面能承受外力的沖擊。 活塞可以套在活柱上，或直接焊接在活柱上。用鋼制作活塞時，可在活塞上安裝導向環(huán)與缸體內(nèi)徑配合。導向環(huán)多用塑料制品，也有用銅合金制成。在不承受橫向力或橫向力很小的情況下，可以用保護

40、密封圈的尼龍擋圈兼做導向環(huán)。 活塞靠密封圈密封，密封圈有O型、Y型、U型、V型、鼓型、蕾型等。鼓型密封圈是兩個夾布U型橡膠圈壓制而成的整體實心密封圈，它和兩個L型防擠圈一起使用，適用于工作壓力19.6～58.8MPa，在壓力小于24.5MPa時，可以不加擋圈。它可用于各種活塞上的雙向密封。 蕾型密封圈是一個U型夾布橡膠圈和唇內(nèi)夾橡膠壓制而成的單向?qū)嵭拿芊馊?。它適用于裝入各種液壓活塞頭和導向套上，為單向密封。工作壓力小于58.8MPa時，可以不加擋圈。 以上兩種密封圈的使用，簡化了活塞結(jié)構(gòu)，裝配方便，但密封圈本身加工較復雜。 活塞的軸向固定方式由三種：用螺帽加防松螺釘固定；用壓盤和螺釘固

41、定；用半圓環(huán)加彈性擋圈固定。 活柱和活塞桿是立柱傳遞機械力的重要零件，它要能承受壓力和彎曲等載荷作用，必須耐磨和耐腐蝕，可用27SiMn或45號鋼制成。為防止在礦井條件下表面生銹和腐蝕，表面要鍍鉻，并要注意保護，防止外部硬傷。 缸口用鋼絲擋圈固定，是在導向套外側(cè)裝有鋼絲擋圈，內(nèi)側(cè)裝有密封圈和防塵圈。這種結(jié)構(gòu)簡單，裝卸方便，但要求活塞桿外徑與缸體內(nèi)徑之間有比較大的空間，這種固定方式使用較多。 固定鋼絲和鋼絲擋圈的連接方式，不能耐高壓。當密封液體壓力較高時，可采用半圓環(huán)結(jié)構(gòu)連接方式。 2.2.4 推移裝置 液壓支架推移裝置是保證支架正常推溜和拉架，實現(xiàn)工作面正常循環(huán)作業(yè)的重要裝置。

42、 在設計支架時，應根據(jù)支架結(jié)構(gòu)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和配套的適應性。 推移裝置的型式如表3-1所示 表3-1 推移裝置千斤頂?shù)男褪? 型 式 特 點 適用條件 普通式 普通活塞式雙作用千斤頂可為外供液式，也可為內(nèi)供液式 1、目前已很少直接用作推移裝置，而多與反拉框架一起使用，應用較廣 2、外供液式結(jié)構(gòu)簡單，應用廣泛 差動式 千斤頂結(jié)構(gòu)仍為普通型式，利用交替閥的油路系統(tǒng)，使其減小托輸送機力 用于直接拉架的方式，目前應用較少 浮動活塞式 千斤頂活塞可在活塞桿上滑動，使環(huán)腔供液時拉力與普通千斤頂相同；但在活塞腔供液時

43、，使壓力的作用面積僅為活塞桿斷面積，從而減小了推輸送力 1、 廣泛用于直接拉架方式，與短推桿等導向件一起使用 2、 動作時間有一定滯后，但一般不影響使用 推移裝置一般由推移千斤頂、推桿或框架等導向傳力桿件以及連接頭等部件組成，其功能、連接型式見表3-2。 表3-2 推移裝置的功能與主要連接型式 功 能 1、 將輸送機推向煤壁，保證作業(yè)循環(huán) 2、 將液壓支架拉向煤壁方向，及時支護頂板 3、 框架或推桿與底座導向通道共同作為支架、輸送機移動時的導向，起一定的防滑作用 連接型式 1、 直接連接 一端固定在支架底座（一般位于支架縱軸線上），另一端固定在輸送機或輸送機底

44、托架上。此時移架和推輸送機都用一個推移千斤頂 2、 移步橫梁間接連接 在推移裝置與輸送機之間加一個移步橫梁、千斤頂僅與移步橫梁連接。這種方式減少了支架與輸送機之間的約束和影響、比較機動，但結(jié)構(gòu)復雜 3、 相鄰支架或支架節(jié)連接 這種方式一般用于節(jié)式或各種類型的組合邁步支架。移架千斤頂位于主副架之間，多數(shù)分別與兩者的底座相連，稱為下移架機構(gòu)。少數(shù)為頂梁之間相連，稱為上移架機構(gòu)。移架與推溜各用不同的千斤頂。推輸送機千斤頂兩端分別同支架與輸送機相連，但數(shù)量可以減少，如5~6m布置一個 推移桿的常用形式有正拉式短推移桿和倒拉式長推移桿兩種。 ZY8600型液壓支架所采用的推移裝置為：倒拉

45、式長推移桿。如圖3-7所示，結(jié)構(gòu)簡單可靠，重量輕，被廣泛采用。 支架推輸送機的力應不大于輸送機的設計推力，拉架力一般應為支架重量的2-5～3倍。支架移架速度應與采煤機截割牽引速度相適應。 圖2-8 短推移桿 2.2.5 護幫千斤頂 護幫千斤頂?shù)母左w用圓柱銷固定在護幫下端的耳座上，活塞桿與主梁與主梁相連接。護幫千斤頂?shù)幕钊灰郝飞希b有液控單向閥和安全閥，以保證護幫的初撐力和工作阻力。 圖2-9 護幫千斤頂 2.3 四連桿結(jié)構(gòu) 2.3.1 四連桿機構(gòu)的作用 1．梁端護頂 鑒于四連桿機構(gòu)可使托梁鉸接點呈雙紐線運動，故可選定雙紐線的近似直線部分作為托梁鉸接點

46、適應采高的變化范圍。這樣可使托梁鉸接點運動時與煤壁接近于保持等距，當梁端距處于允許值范圍之內(nèi)時，借此可以保證梁端頂板維護良好。 2．擋矸 鑒于組成四連桿機構(gòu)的掩護梁既是連接件，又是承載件，為了承受采空區(qū)內(nèi)破碎巖石所賦予的載荷，掩護梁一般做成整體箱形結(jié)構(gòu)，具有一定強度。由于它處在隔離采空區(qū)的位置，故可以起到良好的擋矸作用。 3．抵抗水平力 觀測表明：綜采面給予支架的外載，不但有垂直于煤層頂板的分力，而且還有沿巖層層面指向采空區(qū)方向（或指向煤壁方向）的分力，這個水平推力由液壓支架的四連桿機構(gòu)承受，從而避免了立柱因承受水平分力而造成立柱彎曲變形。 4．提高支架穩(wěn)定性 鑒于四連

47、桿機構(gòu)將液壓支架連成一個重量較大的整體，在支架承載階段，其穩(wěn)定程度較高。 四連桿機構(gòu)在具有以上諸作用的同時，也有一些缺點。首先，支架在工作過程當中，四連桿機構(gòu)必須承受很大的內(nèi)力，從而導致支架結(jié)構(gòu)尺寸的加大和重量的增加；其次，由于四連桿機構(gòu)對頂板產(chǎn)生一個水平力（又稱水平支撐力），因此對支架的工作性能將產(chǎn)生不良影響。 2.3.2 四連桿機構(gòu)設計的要求 1.支架高度在最大和最小范圍內(nèi)變化時，如圖2-1所示，頂梁端點運動軌跡的最大寬度應小于或等于70mm，最好為30mm以下。 2.支架在最高位置時和最低位置時，頂梁與掩護梁的夾角和后連桿與底平面的夾角，如圖2-1所示，應滿足如下要求：支架

48、在最高位置時，≤52～62，≤75～85；支架在最低位置時，為有利于矸石下滑，防止矸石停留在掩護梁上，根據(jù)物理學摩擦理論可知，要求，如果鋼和矸石的摩擦系數(shù)=0.3，則=16.7。為了安全可靠，最低工作位置應使≥25為宜。而角主要考慮后連桿底部距底板要有一定距離，防止支架后部冒落巖石卡住后連桿，使支架不能下降。一般取≥25～30，在特殊情況下需要角度較小時，可提高后連桿下鉸點的高度。 3.從圖2-1中可知，掩護梁與頂梁鉸點和瞬時中心O之間的連線與水平線夾角為。設計時，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.應取頂梁前端點運動軌跡雙扭線向前凸的一段為支架工作

49、段，如圖2-1所示的段。其原因為當頂板來壓時，立柱讓壓下縮，使頂梁有向前移的趨勢，可防止巖石向后移動，又可以使作用在頂梁上的摩擦力指向采空區(qū)。同時底板阻止底座向后移，使整個支架產(chǎn)生順時針轉(zhuǎn)動的趨勢，從而增加了頂梁前端的支護力，防止頂梁前端上方頂板冒落，并且使底座前端比壓減小，防止啃底，有利移架。水平力的合力也相應減小，所以減輕了掩護梁的外負荷。 從以上分析可知，為使支架受力合理和工作可靠，在設計四連桿機構(gòu)的運動軌跡時，應盡量使值減小，取雙扭線向前凸的一段為支架工作段。所以，當已知掩護梁和后連桿的長度后，從這個觀點出發(fā)，在設計時只要把掩護梁和后連桿簡化成曲柄滑塊機構(gòu)，運用作圖法就可以了，如圖2

50、-2。 2.3.3 四連桿機構(gòu)的設計 四連桿機構(gòu)的設計的主要方法有：直接求解法、解析法、幾何作圖法等。本設計鑒于各種方法的優(yōu)缺點，采用了計算機求解的方式來求解。 1.目標函數(shù)的確定 為了減少附加力，必須使得有較小值。同時，為有效的控制頂板，要求支架在某一高度時的角，恰好是頂梁前端點的雙紐線軌跡上的切線與頂梁垂線間的夾角。所以，只要令支架由高到低變化時，頂梁前端點運動軌跡近似成直線為目標函數(shù)，這兩項要求都能滿足。 2.四連桿機構(gòu)的幾何特征 四連桿機構(gòu)的幾何特征，如圖2.3所示。 （1）支架在最高位置時，≤，即：弧度；≤即1.311.48弧度；支架在最低位置時，保證。 （2）后

51、連桿與掩護梁的比值，掩護式支架為I =0.450.61;支撐掩護式為I = 0.610.82。 （3）前后連桿上絞點之距與掩護梁的比值為0.220.3。 （4）點的運動軌跡呈近似雙紐線，支架由高到低雙紐線運動軌跡的最大寬度mm以下。 （5）支架在最高位置時的應小于0.35，在優(yōu)化設計中，對支撐掩護式支架最好應小于0.2。 3.四連桿機構(gòu)各部尺寸的計算 四連桿機構(gòu)各部參數(shù)如圖2.3所示，圖中的為支架在最高位置時的計算高度。令：=; =; =; =; =; =; =; =; =;; ;== 圖2.3 四連桿機構(gòu)參數(shù)圖 (1)后連桿與掩護梁長度的確定 如圖2.3所示 ，當支架在

52、最高位置時的H值確定后，掩護梁長度G為： （2.5） 后連桿長度為： （2.6） 前后連桿上絞點之距為： （2.7） 前連桿上絞點至掩護梁上絞點之距為： （2.8） 從式（2.5）至式（2.8），可求出多組后連桿和掩護梁的尺寸。為了簡化計算，對變量規(guī)定相應的步長如下：的步長

53、為0.34弧度；的步長為0.34弧度；的步長為0.02；的步長，支撐掩護式為0.042。若上述四個變量各向前邁出五步，經(jīng)排列組合變得到625組數(shù)據(jù)。此處，步長也可根據(jù)精度自行確定不必遵循此規(guī)定。 （2）后連桿下絞點至坐標原點之距為，如圖2.4所示 圖2.4 四連桿機構(gòu)幾何關系 （3）前連桿長度及角度的確定 當支架高度變化時，掩護梁上絞點的運動軌跡為近似雙紐線，為使雙紐線最大寬度和角盡量小，可把點的軌跡視為理想直線，當然實際上并非如此。但是，我們可以做到支架高度變化時，有三點在一條直線上，如圖2.4所示，即：支架在最高和最低以及中間某一位置的三點。當支架的最高和最低位置確定后，在直

54、線上的最高和最低點就確定了。根據(jù)設計經(jīng)驗，當點沿理想垂線由最高向最低運動時，后連桿與掩護梁的夾角由大于90到小于90變化，在夾角變化過程中，一定有一位置使后連桿與掩護梁呈垂直狀態(tài)，以這一特殊狀態(tài)為所求的中間某一位置，來確定直線上中間某一位置的點。 1）點坐標 當支架在最高位置時的計算高度為，此時點的坐標為： （2.9） （2.10） 2）點坐標 支架在最低位置時的計算高度為，此時的坐標為：

55、 （2.11） （2.12） 根據(jù)四連桿機構(gòu)的幾何特征要求，支架降到最低位置時，為計算方便，即0.436弧度。 根據(jù)幾何關系為： （2.13） 3）點坐標 當支架的掩護梁與后連桿成垂直位置時，根據(jù)幾何關系，點坐標為： （2.14） （2.15） 式中P由下式進行計算： （2.16）

56、 （2.17） 4）c點坐標 根據(jù)圖2.4所示，支架在三個位置時四連桿機構(gòu)幾何關系確定后，c點就是以、、這三點為圓的圓心。所以，為前連桿的長度。因此，可以用圓的方程求得前連桿長度。即： （2.18） 上式中、為c點坐標，可以按下列方程聯(lián)立求得: （2.19） （2.20） 由式（2.19）和式（2.20）得： （2.21） （2.22） 令: （2.

57、23） （2.24） T （2.25） 把式（2.23）到式（2.25）帶入式(2.22)式得： （2.26） （2.27） c點坐標求出后，前連桿的長度和角度就可以確定了。 （4）前連桿下絞點的高度D和四連桿機構(gòu)的底座長度E。 當前連桿c點坐標確定后，D和E的長度為： （2.28）

58、 （2.29） 4.四連桿機構(gòu)的優(yōu)選 按上述方法可求出很多組四連桿機構(gòu)，并非所有的值都可以用，故要優(yōu)選。優(yōu)選的方法是給定約束條件，對所計算出的各組值進行篩選，最終選出一組最優(yōu)的值來。 其約束條件是根據(jù)四連桿機構(gòu)的幾何體特征要求，以及支架的結(jié)構(gòu)關系，通過對國內(nèi)外現(xiàn)有支架的調(diào)查統(tǒng)計，得出的約束條件如下： （1）前后連桿的比值范圍 根據(jù)現(xiàn)有資料的調(diào)查統(tǒng)計，前后連桿的比值＝0.91.2范圍。 （2）前連桿的高度不宜過大，一般應使。 （3）E的長度，一般應使E. （4）對掩護式支架應使的值U ；對支撐掩護式支架 的值按下面的方法進行計算

59、。 如圖2.5所示，為支架在最高位置時的幾何關系。 （1）a點坐標 = （2.30） （2.31） （2）點坐標為 （3）直線的斜率： （2.32） （4）直線的斜率： （2.33） 由于c 、b、o在同一條直線上，因此，和 直線的斜率相同，所以直線的斜率為：

60、 （2.34） 同理直線的斜率為 （2.35）聯(lián)立（2.34）、（2.35）得： （2.36） （2.37） 令： （2.38） （2.39） 則：

61、 （2.40） 5.近似雙紐線軌跡的繪制 為了能計算和看出優(yōu)選的一組值的e值，以及雙紐線的凸弧段長度，要求打印出頂梁前端的坐標值畫出雙紐線軌跡來。 （1）四連桿機構(gòu)的方程 從圖2.6可知，在任一個角位置時，d點的x坐標值應滿足下列方程 （2.41） B點的y坐標值應滿足下列方程 （2.42） 圖2.5 順心位置圖 圖2.6 四連桿機構(gòu)方程圖 由式（2.42）得： （2.43） 將式（2.

62、43）代入式（2.41）得： （2.44） 將式（2.44）整理得： (2.45) 令： ; (2.46) (2.47) (2.48) 將式(2.46)式（2.48）代入式（2.45）可得： (2.49) 則式（2.49）可變成以Z為變量之方程，得： (2.50) 不合題意之根已舍去。 當

63、時，式（2.50）才有意義。 在圖2.6中點任一位置時之坐標x,y可寫成： (2.51) (2.52) 其中， 則 式（2.51）和式（2.52）就是液壓支架四連桿機構(gòu)的曲線方程。 根據(jù)四連桿機構(gòu)的幾何特征要求，支架由高到低，=,即： 1.48rad0.436rad。所以在變化范圍內(nèi)可以畫出一條近似雙紐線的軌跡來。如果在這個變化范圍內(nèi)按間隔0.087rad,可以算出x,y值表，y的變化相當于支架計算高度的變化，則x的變化相當于頂梁前端距煤壁之距變化

64、，所以e值為支架高度變化范圍內(nèi)，相應的，凸弧段的長度為支架的結(jié)構(gòu)高度有高到低時，x值漸增所對應的y值相減，即： 凸弧段長度 式中， ——支架最大高度所對應的y值； ——支架由高到低，x值漸增，增加到極限位置所對應的y值。 6．電算程序編制 本程序的編制采用VISUAL BASIC 6.0編程，程序清單見附錄。 2.4液壓支架的主要技術參數(shù) 表2-1 液壓支架主要技術參數(shù)表 設備（部件） 名稱 項目 單位 技術參數(shù) 支架整體性能 支架高度 m 2.5～5.0 支架寬度

65、 m 1.65~1.85 支架中心距 m 1.75 支護強度 MPa 1.08 對底板比壓 MPa 2.41 初撐力 kN 6410 工作阻力 8600 操作方式 電液控制 泵站壓力 MPa 31.5 立柱 型式 雙伸縮 根數(shù) 根 2 缸徑/中缸徑 mm 360/340 中缸徑/缸徑 mm 250/230 初撐力 kN 3205 工作阻力（） kN 4300 行程 mm 2457 推移千斤頂 型式 普通 根數(shù) 根 1 缸徑 mm 160 柱徑 mm 105 推力/拉力 kN 63

66、3/360.4 行程 mm 960 側(cè)推千斤頂 型式 普通 根數(shù) 根 4 缸徑 mm 63 桿徑 mm 45 推力/拉力 kN 98/48 行程 mm 200 平衡千斤頂 型式 普通 根數(shù) 根 1 缸徑/桿徑 mm 160/105 行程 mm 540 推力 kN 1308 拉力 kN 823 工作阻力 kN 1755/1104 護邦千斤頂 型式 普通 根數(shù) 根 1 缸徑/桿徑 mm 160/105 行程 mm 487 推力 kN 633 工作阻力 kN 849 抬底千斤頂 型式 普通 根數(shù) 根 1 缸徑/桿徑 mm 125/90 行程 mm 240 工作阻力 kN 386 配套設備 采煤機 MG800/2040WD 刮板輸送機 SGZ1000/2x700 轉(zhuǎn)載機 SZZ1000/400 3 液壓系統(tǒng) 液壓支架不僅需要有良好的結(jié)構(gòu)以