資源目錄里展示的全都有，所見即所得。下載后全都有,請放心下載。原稿可自行編輯修改=【QQ：401339828 或11970985 有疑問可加】 目錄 前言 4 第一章 緒 論 6 1.1 液壓支架的工作原理 6 1.2 液壓支架的工作過程 6 1.3 支架組成 8 1.4 液壓支架主要結構件及其作用 8 1.4.1 頂梁 8 1.4.2 掩護梁 9 1.4.3 底座 9 1.4.4 前后連桿 10 1.4.5 推移機構 12 1.5 液壓系統(tǒng)及其控制元件 12 1.6 支架的設計特點 13 第二章 液壓支架的結構設計 14 2.1主要原始設計參數 14 2.2 液壓支架的選型 14 2.2.1 不同結構類型的液壓支架比較 14 2.2.2　液壓支架的架形選擇原則 15 2.2.3　影響架形選擇的因素 16 2.3 液壓支架的整體結構尺寸的設計 17 2.3.1 支架的高度和伸縮比 17 2.3.2 支架間距 18 2.3.3 底座長度 18 2.4 四連桿機構的作用和四連桿機構設計 18 2.4.1 四連桿機構的作用 18 2.4.2 四連桿機構定位尺寸和極限參數的確定 19 2.4.3 四桿機構優(yōu)選設計法 22 2.5 液壓支架的總體布置 36 2.5.1設計要求 36 2.5.2 支架整體機構尺寸的確定 36 第三章 液壓支架主要零部件的設計 44 3．1 頂梁 44 3．1．1掩護式支架頂梁結構形式 44 3．1．2頂梁結構和斷面形狀 44 3．2立柱 45 3.2.1立柱參數的確定 46 3.2.3主要參數的確定 48 3 .3擬定液壓系統(tǒng) 52 第四章 支架的受力分析與強度計算 54 4.1 支架的工作狀態(tài) 54 4.1.1頂板狀態(tài) 54 4.1.2支架工作狀態(tài) 54 4.1.3支架受力 54 4.2 支架載荷的確定 54 4．3支架的受力分析 55 4.3.1 鉸接式頂梁掩護支架受力分析 55 4.3.2　各主要參數的影響 57 4.3.3　主要部件的強度校核 59 4.4 頂梁載荷分布 63 4.5 支護強度和底座接觸比壓 64 4.5.1支護強度 64 4.5.2底座接觸比壓 64 4.5.3 支護效率 65 4．6立柱強度驗算 65 4.6.1油缸的穩(wěn)定性驗算 65 4.6.2活柱強度驗算 67 第五章 液壓支架的使用和維護 70 5.1 液壓支架的使用操作 70 5.1.1　操作前的準備 70 5.1.2　操作方式與順序 70 5.1.3　支架使用中的注意事項 71 5.2 液壓支架操作維護要求 72 5.3 維護和管理的具體內容 73 5.4　維修與管理注意事項 74 結 論 76 致 謝 77 參 考 書 目 78 附錄 液壓支架常見故障、原因及排除方法 79 前言 著名詩人陸游說過“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行！”作為當代的大學生，特別是象我們這樣實踐性很強的工科專業(yè)——機械設計制造及其自動化的本科生，我想大家都深深理解這句話的含義。我們畢業(yè)設計的意義也在如此。 畢業(yè)設計是對我們大學四年所學知識的系統(tǒng)總結和綜合運用，同時也是對我們分析問題和決絕問題的能力的檢驗。它是我們大學生活的最后一環(huán)，也是我們大學學習最為重要的一環(huán)。因此，認真的作好這次畢業(yè)設計，無論是對于我們步入社會，投身于生產一線；還是以后繼續(xù)深造都有著非常重要的意義。 畢業(yè)設計，是我們大學本科生活的完美結束，也是我們美好新生活的開始！ 畢業(yè)設計的目的： 通過本次畢業(yè)設計，我們能夠達到以下目的： 1， 培養(yǎng)我們綜合運用和鞏固擴展所學知識，提高理論聯系實際的能力； 2， 培養(yǎng)我們收集、閱讀、分析和運用各種資料，手冊等科技文獻的能力； 3， 使我們更加熟練的運用AUTOCAD、Word 等計算機辦公軟件，提高計算機輔助設計的能力； 4， 訓練和提高機械設計的基本理論和技能； 5， 培養(yǎng)獨立思考，獨立工作的能力； 6， 培養(yǎng)我們的團隊合作意識。 我的畢業(yè)設計是關于經濟型掩護式液壓支架的設計。液壓支架是綜合機械化采煤的關鍵設備，對于提高采煤效率，降低成本，改善作業(yè)環(huán)境，減少笨重的體力勞動具有舉足輕重的作用。其中，掩護式液壓支架是日本在引進英國垛式支架和蘇聯掩護式支架的基礎上，結合我國特點于1968年首先研制成功的。它保留了垛式支架支撐力大，切頂性能好，工作空間寬敞的優(yōu)點，采用單排立柱支撐頂梁（或頂梁于掩護梁）的結構；具有防護性能好，結構穩(wěn)定的長處，采用堅固的掩護梁以及側護板將支架于老塘完全隔開，并用雙紐線連桿機構聯結掩護梁和支架底座。因此，加深掩護式液壓支架的設計和研究具有深遠的意義。 整個畢業(yè)設計已接近尾聲，我們所忙碌的成果即將接受檢驗。我相信，有耕耘，定有收獲；有付出，定會有回報。 最后，感謝各位評閱老師在百忙之中評閱本文。由于時間倉促，本人水平有限，難免有錯誤和不足之處，敬請各位老師指正與賜教。 第一章 緒 論 液壓支架作為煤礦長壁綜采工作面的關鍵設備，近年來得了迅速地發(fā)展，它與綜采系統(tǒng)中的“三機”（ 刮板輸送機、轉載機、帶式輸送機）配合使用，是煤礦開采技術現代化的重要標志。液壓支架是綜采工作面主要設備之一，近10年來主要的發(fā)展趨勢是向兩柱掩護式和四柱支撐掩護式架型發(fā)展，架型結構進一步完善，設計方法更先進，參數向高工作阻力、大中心距(1．75m、2m)發(fā)展，結構件材料越來越多地采用高強度鋼材，支架的壽命和可靠性大大提高。 在綜合機械化采煤過程中，液壓支架擔當著極其重要的角色，其主要功能不僅用于支撐管理頂板，隔離采空區(qū)，維護采煤作業(yè)空間，并能自行前移，推進采煤工作面輸送機和采煤機。因此，液壓支架的性能和可靠性是決定綜采成敗的關鍵因素之一。另外，合理的選用采煤設備并結合先進的采煤工藝，可解決采煤工作面的采煤支護運輸等生產環(huán)節(jié)之間的矛盾，可有效地提高工效增加成本減少損耗保護生產人員和設備的安全，以及減輕笨重的體力勞動，可為煤礦獲得很高的經濟效益。 1.1 液壓支架的工作原理 液壓支架是由乳化液泵站提供高壓乳化液（這里采用水包油型乳化液）作為動力，由液壓操作系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，液壓油缸和金屬構件組成。來自泵站的高壓乳化液，經主進液管送到工作面，并與每架支架的進液截止閥相連導入支架，再經過組合操縱閥配液到各液壓缸，以完成支架所需的各項動作。從支架回流的低壓乳化液通過組合操縱閥與回液截止閥由主回液管路流回泵站乳化液箱，供循環(huán)使用。 支架的承載原理是：液壓支架支撐在綜采工作面的頂底板之間支撐頂板。頂板壓力作用在頂梁上，并通過頂梁和底座間立柱將壓力傳遞底板。為保證支架結構件的強度及撐在支架頂安全，在立柱的下腔裝有安全閥。當頂板壓力超過立柱安全閥限定壓力時，安全閥開啟釋放出立柱中的液體進行讓壓，當頂板壓力下降到立柱工作阻力時，安全閥關閉進行保壓承載。 1.2 液壓支架的工作過程 液壓支架對頂的作用過程主要取決于流體靜力學原理工作的立柱工作過程。現以圖1-1所示的典型立柱控制系統(tǒng)來說明支架的工作過程。 支架操作的基本功作過程為：急增阻階段，緩增阻階段，恒阻階段，無作用階段四個階段。 　　　　　　　　　　　　　圖　１－１　　立柱控制系統(tǒng) １－立柱；２－安全閥；３－液控單向閥；４－操縱閥； P－高壓管路；O－回液管 （1）泵壓撐頂，支架對頂板急增阻階段 操縱閥手把置于A位，從泵站來的壓力液經高壓管路P，打開液控單向閥3進入立柱下腔，立柱上腔與回液管O連通，因而活柱伸出使支架升起接頂，對頂板產生支撐力。支架接頂后，泵壓使下腔內的液體壓強迅速上升，支架對頂板支撐力急劇增加。這就是支架對頂板的急增阻階段。 （2）閉鎖承載，支架對頂板緩增阻階段 操縱閥手把放回零位后，立柱下腔內的壓力液被液控單向閥閉鎖，不能流出，從而使支架保持對頂板的支撐狀態(tài)。隨著頂板逐漸下沉，立柱下腔內的液體受到進一步壓縮，壓強逐漸增高，使直接對頂板產生更大的支撐力，力圖阻止或延緩頂板下沉，一般情況下，頂板下沉比較緩慢，支架對頂板的支撐力增長也就相應緩慢，所以這個階段被稱為支架對頂板緩增阻階段。 （3）溢流承載，支架對頂恒阻階段 頂板繼續(xù)下沉，立柱下腔內的壓強繼續(xù)升高，當達到立柱安全閥的調定值時，安全閥便開啟溢流，使立柱下腔內的壓強保持定植，從而支架對頂板的支撐力不變，即支架處于對頂板恒阻階段。 （4）解鎖降柱，支架與頂板無作用階段 采煤機截煤后，欲將支架移到新的位置，首先把操縱閥手把置于B讓從泵站來的壓力液進入立柱上腔，同時作用于液控單向閥的頂桿活塞，迫使液控單向閥開啟，解除對立柱下腔液體的閉鎖，允許其回到回液管。這時，活柱縮回，支架降落離開頂板，支架對頂板無壓力。在這一階段如要保證頂梁平行下降需協(xié)調操縱平衡千斤頂操縱閥。 需要說明，目前為了防止破碎頂板漏頂，掩護式和支撐掩護式支架可以采用擦頂帶移架方式，即支架頂梁實際并不脫離頂板，在移架過程中仍保持約每柱五噸左右的支撐力。因而，對于擦頂帶壓移架方式，此階段應是解鎖卸載，支架對頂板仍有輕微作用力。 1.3 支架組成 液壓支架主要由金屬結構件、油缸和液壓控制元件三大部分組成。 （1）金屬結構件主要有頂梁、掩護梁、前梁、前連桿、后連桿、底座、側護板、護幫板等。 （2）油缸主要有立柱、推移千斤頂、平衡千斤頂、側護千斤頂、前梁千斤頂等。 （3）液壓控制元件主要有液壓控制閥、操縱閥、雙向鎖、安全閥、截止閥等及液壓輔助元件等。 1.4 液壓支架主要結構件及其作用 1.4.1 頂梁 頂梁采用整體頂梁直接與頂板接觸，支撐頂板負荷，是支架的主要承載部件之一，由鋼板焊接而成的箱形結構，以滿足強度和剛度要求。結構如圖1-2所示： 圖　1－2　　頂梁 其主要作用是： （l）承接頂板巖石及煤的載荷； （2）反復支撐頂煤，可對比較堅硬的頂煤起破碎作用； （3）隔離頂板，為回采工作面提供足夠的安全空間。 本支架采用分段組合式頂梁結構（剛性頂梁＋鉸接式前梁），強度高，對頂板維護較好；另外，在頂梁前部還布置有起吊耳，可方便吊掛較小的機件。 1.4.2 掩護梁　　 1－煤塵控制裝置； 2－側護板；3－前連桿耳座； 4－后連桿耳座； 5－側推千斤頂； 圖　1－3　　掩護梁 掩護梁分別與頂梁和前、后連桿連接，其主要作用有： (1) 承受上部頂板傳給的水平分力和側向力，增強支架的抗扭性能； (2) 掩護梁與前后連桿、底座形成四連桿機構，保證支架的穩(wěn)定性； (3) 阻擋后部落煤，維護工作空間。 1.4.3 底座 底座是將頂板承受的壓力通過立柱傳遞到底板并穩(wěn)定支架的主要結構件。該支架設計為整體剛性底座，底座接底面積大，有利于減小對底板的比壓。該型底座的缺點是在推移機構外易積存浮煤碎矸，要求及時清理。 底座結構如圖1-3所示 1－推移千斤頂耳座； 2－立柱銷孔；3－前連桿銷孔； 4－后連桿銷孔； 5－側板； 圖　1－4　　底座 其主要作用是： (1) 將上方載荷傳遞給底板，為立柱、推移裝置及其他輔助裝置提供安裝空間； (2) 給工作人員創(chuàng)造良好的工作環(huán)境； (3) 保證支架的穩(wěn)定性。 1.4.4 前后連桿　　　 前、后連桿分別與掩護梁和底座鉸接，共同形成四連桿機構，前連桿采用鑄鋼件，鑄件中不得有氣孔、砂眼、夾雜等，以免降低強度，嫌少使用壽命。鑄后要進行淬火和高溫回火，以降低硬度，增加強度和韌性。對于后連桿，由于不僅受到冒落矸石的載荷，還要承受頂板的水平推力，所以要求它有較大的強度，這里采用整體式。前后連桿的結構如圖1－5，圖1－6。 圖　1－5　　前連桿 1－連桿 2－側護板 3－彈簧導向裝置 4－千斤頂螺釘 5－壓縮彈簧 6、8－銷 7、9－彈簧銷 10－千斤頂 圖　1－6　　后連桿 其主要作用是： （l） 使支架在調高范圍內，頂板平穩(wěn)地升降，并使頂梁前端與煤壁的距離(梁端距)變化盡可能小，更好地支護頂板。 （2） 承受頂板的水平分力和側向力，使立柱不受側向力。 本支架采用正四連桿機構，為使冒落矸石不從連桿處涌入支架內，后連桿為整體式，前連桿為分體式。均為鋼板焊接的箱形結構，這種結構有較強的抗拉、抗壓和抗扭性能。 1.4.5 推移機構　　 圖　1－7　　推移框架 支架的推移機構包括推桿、連接頭、推移千斤頂和銷軸等，主要作用是推移輸送機和拉移支架。推移連桿的一端通過連接頭與輸送機相連，另一端通過推移千斤頂與底座相連，推移連桿除承受推拉力外，還承受一定的側向力防止底座的下滑 1.5 液壓系統(tǒng)及其控制元件 支架液壓系統(tǒng)由乳化液泵站、主進、主回液膠管、各種液壓元件、立柱及各種千斤頂等組成。支架操縱方式采用鄰架操作控制，使用快速接頭拆裝方便，性能可靠。 由乳化液泵站輸出的高壓乳化液經主進液管 支架進液截止閥過濾器操縱閥立柱或各千斤頂架液截止閥 主回液膠管乳化液泵站。 1.6 支架的設計特點 結合首采工作面及礦區(qū)此類地質構造條件下，使用ZY2400/17/30二柱掩護式支架的成功經驗，本架型應有如下特點： （1）支架型式為：帶機械加長的兩柱掩護式薄煤層液壓支架； （2）對支架總體結構參數優(yōu)化，梁端距變化應?。豁斄呵安枯^薄強度、剛度應充分保證； （3）支架的四連桿結構設計要從考慮梁端距變化量控制著手，并能與其它構件形成剛性好、強度高、穩(wěn)定性好的整體結構； （4）整體頂梁和掩護梁帶單側活動長側護板，能實現對護頂的嚴密調整； （5）封底底座，減小底座比壓、增大底座剛度、強度； （7）采用雙紐線連桿機構聯結掩護梁和支架底座，以增加支撐力，增強支架的穩(wěn)定性。 第二章 液壓支架的結構設計 2.1主要原始設計參數 架型 ：ZY2000/14/26經濟型液壓支架 頂板條件：老頂Ⅰ級，直接頂I類 工作阻力：2000kN 支架高度：1.4～2.6m 推溜力：100kN 拉架力：150kN 泵站壓力：32Mpa 適應煤層傾角：<15度 2.2 液壓支架的選型 2.2.1 不同結構類型的液壓支架比較 根據以往液壓支架設計的經驗總結，考慮到不同架型和機構的支架――圍巖力學相互作用、支撐力矩、底板比壓等特點，可以對掩護式與支撐掩護式結構進行比較。 （1）液壓支架的力學特征綜述（見表2-12） 表2－1不同結構液壓支架的力學特征比較 支架型式 結構特征 主要力學特性 掩護式 支掩式 二支柱掩護式 支架承載力較小，底板比壓均勻，主動水平力較大 支頂式 二柱支頂掩護式 支架承載力大，穩(wěn)定性好，底座尖端比壓較大，對頂板的主動水平力較大，前端支撐力大 支撐掩護式 支頂支掩 四柱（或三柱） 穩(wěn)定性好，抗水平力強，比壓均勻，但支柱能力利用率低 支頂式 四柱X型 頂梁合力調節(jié)范圍大，伸縮比大，承載力高 （2）支架選型要素及簡要評價。 液壓支架結構選型必須考慮的要素及對各類型支架的評價（見表2－2） 表2－2支架類型評價（見下頁） 要素 支架類型 支撐掩護式 支撐式 插底掩護式 一般掩護式 垛式 節(jié)式 支架圍巖適應性 直接頂冒落傾向 優(yōu) 良 良 差 差 基本頂周期來壓 差 良 優(yōu) 優(yōu) 良 底板壓入傾向 良 差 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 防煤壁片幫 優(yōu) 良 優(yōu) 差 差 通風斷面 差 良 良 差 差 頂梁前端支撐力 優(yōu) 良 良 差 差 頂梁后段切頂性 差 良 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 對頂板遮蓋率 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 差 差 隔絕采空區(qū)能力 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 差 差 橫向穩(wěn)定性 良 優(yōu) 優(yōu) 差 差 對采高適應性 良 優(yōu) 優(yōu) 差 差 支撐效率 差 良 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 支護強度 良 良 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 對傾角適應性 良 優(yōu) 良 良 差 2.2.2　液壓支架的架形選擇原則 在選擇液壓支架時既要保證對工作面頂板實現可靠的支撐，又要避免過大的設備投資，導致不必要的浪費。因此，液壓支架的正確選型對于工作面經濟效益關系重大。 液壓支架架形的選擇，主要取決于液壓支架的力學性能是否適用礦井的頂底板條件和其它地質條件。在同時允許選用幾種架形時，應優(yōu)先選用價格便宜的支架，支承式支架最便宜，其次為掩護式。支承式支架適合于穩(wěn)定頂板。掩護式支架適合于中等穩(wěn)定和一般破碎的頂板。支承掩護式支架適合于周期來壓強烈，中等穩(wěn)定和穩(wěn)定頂板。 在綜采工作面支架選型時，還應注意下述四點原則： (1) 對于不穩(wěn)定和中等穩(wěn)定頂板，應優(yōu)先選用二柱掩護式支架。但在底板極松軟條件下，必須嚴格驗算并限制支架底座尖端比壓，不得超過底板容許比壓即極限載荷強度。在此條件下，通常應避免使用重型支架。 (2) 對于非常穩(wěn)定和穩(wěn)定的難垮落頂板和周期來壓強烈和十分強烈的頂板，應優(yōu)先考慮選取四柱支撐掩護式支架。 (3) 眾所周知，三點決定一個平面，由于頂板不平，四柱式支架中總有一根支柱對頂板的實際支撐力很低，因而二柱式掩護支架支撐能力利用率高于四柱式。即二柱式支架對頂板的實際支撐力高于同樣名義額定阻力的四柱式支架，特別是對機道上方頂板的支護強度。 （4）在不穩(wěn)定頂板條件下使用四柱式支架應注意對機道上方的頂板控制，包括增加前任阻力及可伸縮前梁等。 2.2.3　影響架形選擇的因素 液壓支架的選型受到礦井的煤層、地質、技術和設備條件的限制，因此，以上因素都會影響到支架的選型。 液壓支架架型的選擇首先要適合于頂板條件。一般情況下可根據頂板的級別，由表3-1-5 見《綜采技術手冊》（上冊）中直接選出架型。 （1）煤層厚度 ① 當煤層厚度超過2.5m，頂板有側向推力和水平推力時，應選用抗扭能力強的支架，一般不用支承式支架,而采用掩護式或支撐掩護式液壓支架。 ② 當煤層厚度達到2.5m～2.8m以上時，需選擇帶有護幫裝置的掩護式或支承掩護式支架。 ③ 煤層厚度變化大時，應選擇調高范圍較大的掩護式，帶有機械加長桿或雙伸縮立柱的支架。 ④ 假頂分層開采，應選用掩護式支架。 （2）煤層傾角 ① 煤層傾角<10時，支架可不設防倒滑裝置。 ② 傾角在10°～15（支撐式支架取下限，掩護式支架和支撐式支架取上限）以上時，應選用帶有防滑裝置的支架。 ③ 傾角>18°時，應選用同時帶防滑防倒裝置的支架。 （3）底板強度 ① 驗算比壓，應使支架底座對底板的比壓不超過底板允許比壓。 ② 為使移架容易，設計時要使支架底座前部比后部的比壓小。 (4) 瓦斯含量 對瓦斯涌出量大的工作面，應符合保安規(guī)程的要求，并選用通風端面較大的支承式或支承掩護式支架。 (5) 煤層硬度 　當煤層為軟煤層時，支架最大采高一般≤2.5m；中硬煤層時，支架最大采高一般≤3.5m；硬煤層時，支架最大采高<5m。 (6) 地質構造 斷層十分發(fā)育，煤層變化過大，頂板的允許暴露面積在5～8㎡以下和時間在20min以上時，暫不宜使用綜采。 (7) 設備成本 同時允許選用幾種架型時，優(yōu)先選用價格便且的支架。支撐式支架最便宜，其次 是掩護式，最貴為支撐掩護式支架。 2.3 液壓支架的整體結構尺寸的設計 2.3.1 支架的高度和伸縮比 （1）根據所設計的支架架型為ZY2000/14/26型,最大和最小結構高度分別為: Hmax=2.6m ,Hmin=1.4m. (2) 支架伸縮比 支架的伸縮比指最大與最小支架高度之比值即： = 液壓支架的使用壽命較長，并可能被安裝不同采高的采煤工作西，所以，支架應具侖較大的伸縮比。在采用雙伸縮立柱時，垛式支架的伸縮比為1.9；支撐掩護式支架為2.5；掩護式支架可達3。一般范圍是1．5全2．5，煤層較薄時選大值。但考慮盡量減輕支架重量，降低造價，可搞系列化，加強支架對頂底板的適應性，降低伸縮比，盡量采用單伸縮油缸或帶機械加長桿來增加調高范圍。由于伸縮比m>1.6,故應選雙伸縮立柱或帶機械加長桿的單伸縮立柱?？紤]到伸縮比不太大，以及設備成本擬選擇機械加長桿的單伸縮立柱。 2.3.2 支架間距 支架間距B要根據支架型式來確定，但由于每架支架的推移千斤頂都與工作面輸送機的一節(jié)溜槽相連，因此主要根據輸送機溜槽每節(jié)長度及槽幫上千斤頂連接塊的位置來確定，我國刮板輸送機溜槽每節(jié)長度為1．5m，千斤頂連接塊的位置在溜槽中長的中間，所以除節(jié)式相邁步式支架外，支架架間距一般為1．5m。 2.3.3 底座長度 底座是將頂板壓力傳遞到底板和穩(wěn)固支架的部件。在設計支架的底座長度時，應考慮如下方面：支架對底板的接觸比壓要?。恢Ъ軆炔繎凶銐虻目臻g用于安裝立柱液壓控制裝置、推移裝置和其他輔助裝置；使于人員操作相行走，保證支架的穩(wěn)定性等。通常，掩護式支架的底座長度是3．5倍的移架步距(一個移架步距為o．6m)，即2．1m左右。故初選底座長度為2.1m。 2.4 四連桿機構的作用和四連桿機構設計 2.4.1 四連桿機構的作用 具有四連桿機構的液壓支架從問世以來，經過長期的實踐考驗，顯示出巨大優(yōu)越性，并從根本上克服了支撐式支架穩(wěn)定性和力學持性的缺陷，成為液壓支架技術發(fā)展史上的一個重要里程碑。 四連桿機構是現代液壓支架的主要穩(wěn)定機構，其主要作用是保證支架的縱向和橫向穩(wěn)定性；承受和傳遞外載；保持支架的整體剛度。因此，對液壓支架的研究常常離不開對四連桿機構的研究和認識。下面通過對液壓支架的運動過程進一步分析四連桿機構的特性和作用。支架升降時頂梁的運動軌跡是由四連桿機構決定的，即由頂梁與掩護梁交點E的軌跡所決定。根據機構運動學分析，E點的運動軌跡一般為一條雙紐線，如圖2－1所示。合理設計四連桿參數，即可控制E點的運動軌跡，改善支架支 護性能，減少連桿受力。 圖　2－1　　支架四連桿機構的運動軌跡 支架在最大高度和最小高度范圍內運動時，E點的運動軌跡呈3種形式：雙向擺動(ABCD段)、單向向后擺動(BC段)和單向向前擺動(AB段和CD段)。選擇不同的四連桿參數．可以使E點軌跡處于上述3種曲線段。支架工作時，受到頂板載荷的作用，有下縮趨勢。當E點軌跡處于AB段時，頂梁相對于頂板有向煤壁移動的趨勢，頂板對頂粱的摩擦力指向采空區(qū)側。當E點軌跡處于BC段時，頂梁相對于頂板有向采空區(qū)移動的趨勢，此時頂板對頂梁的摩擦力指向煤壁。當頂板運動趨勢超過支架運動趨勢時，頂梁與頂板間的摩擦力方向將取決于頂板的運動趨勢。 從頂板管理方面分析，頂梁向煤壁方向移動比頂梁向采空區(qū)方向移動有利。前者對于保持粱端頂板處于擠壓狀態(tài)有利，而后者容易導致頂板產生離層或斷裂，造成頂板斷裂線前移或梁端冒頂。因此，合理設計四連桿參數．使支架工作段內，E點軌跡處于AB段比較理想，但對于調高范圍大的支架，要達到要求是困難的。然而，由于四連桿銷孔間隙的作用，使E點實際運動軌跡與上述理論軌跡不完全相同。為了保持支架梁端距的穩(wěn)定，一般應控制梁端擺動幅度Δ≤30~70mm。液壓支架的縱向穩(wěn)定性完全是由四連桿機構決定的，而不取決于立柱的多少。 液壓支架實際受力狀態(tài)十分復雜，經常受到非對稱載荷和橫向載荷的作用，保持支架橫向穩(wěn)定性和整體剛性十分重要。如圖示支架立柱為二力構件，不具有承受較大橫向載荷的能力。支架的橫向載荷只能靠四連桿機構承受。 2.4.2 四連桿機構定位尺寸和極限參數的確定　　　　　　　　　　　　　　在設計四連桿機構時，要根據四連桿機構的幾何特性來確定。其四連桿機構的幾何特性如下： (1) 支架從最高高度降到最低高度時，如下圖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　2－2　　四連桿機構幾何特征圖 (2) 掩護梁上鉸點到頂梁頂面之距離H和后連桿下鉸點至底座底面之距Y如圖2－2所示，當支架高度確定后，要用作圖法確定四連桿機構，首先要根據配套尺寸L(此處L＝3130mm)。初步確定頂梁長度L和底座長L然后確定頂梁與掩護梁鉸點相對于后連桿下鉸點的水平距離，該鉸點至頂梁頂面距H和后連桿下鉸點的高度Y。 H一般根據支架工作阻力初步確定頂梁梁體的高度后，在根據結構的合理性確定，一般支架距H＝150～200mm，重型支架可取H＝210~260mm。對于經濟型液壓支架此處取H 2 =100mm. Y一般根據支架最小高度確定，薄煤層支架取Y＝150～250mm ，對中厚煤層支架取Y＝250～450mm；對大采高支架取Y＝450～600mm。對于經濟型液壓支架此處取Y0 =100mm. (3) 支架最大和最小高度時掩護梁與水平夾角A和A 掩護梁是掩護采面工作空間密封隔離采空區(qū)的重要梁體，它不直接支撐頂板，而是作為重要的傳力構件，把頂梁載荷傳遞到四連桿機構，這對保持支架—圍巖力學狀態(tài)的穩(wěn)定有著顯著的作用。其主要表現是：①掩護梁載荷參與頂梁的力矩平衡，提高了梁端承載能力；②支架受到一個指向煤壁的水平推力，當支架處于支護工況時，有阻止頂板巖體向采空區(qū)移動的作用，而當處于移架工況時，有利于克服架體各方面的摩擦力，增強架體運動的穩(wěn)定性。掩護梁水平投影過大，將增大掩護梁載荷，并承受頂板巖塊的沖擊載荷，而掩護梁載荷過大將減小頂板支護強度，造成移架困難。一般掩護式支架取A 52~62；支撐掩護式支架取A 60~70。 在支架最小支護高度時，為有利于矸石能沿梁體下滑，防止矸石停留在掩護梁上，根據物理學摩擦理論可知，即滿足tan A≥W，其中W為巖石與鋼的靜摩擦因數，一般為0.15～0.3。一般為偏于安全取w=0.3。 (4) 掩護梁與后連桿長度比的確定 在用作圖法確定四連桿機構時，桿長比主要根據設計經驗確定，一般應保證A≥5，使后連桿在第一象限內擺動。根據近百種支架的統(tǒng)計，掩護梁與后連桿的長度比（L＋L）/L　，對兩柱掩護式支架一般為0.9～1.2，對四柱支撐掩護式支架一般為1.2～1.8。 掩護梁與前后連桿鉸點間的距離可根據支架高度及連桿銷子直徑確定，一般取300～500mm，前后連桿間夾角越大，連桿力越小。 5．支架工作段要取曲線向前突的一端，如上圖所示的H段。其原因是當頂板來壓時，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動。使整個支架產生順時針方向轉動的趨勢，從而增加了前梁斷部的支護力，防止頂梁前斷頂部冒落又可以使底座前端比壓減小，可防止啃底，有利移架，水平力的合力也相應的減小，由于支架所承受的水平力由掩護梁來克服，所以減輕了掩護梁受力。 從以上的分析可知，為使支架受力合理和工作可靠，在設計四連機構時曲線運動軌跡應盡量使支架的工作段要取曲線向前突的一段，所以當掩護梁和后連桿長度已知后，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，進行作圖就可以了。 2.4.3 四桿機構優(yōu)選設計法 ①目標函數的確定 根據附加力對液壓支架受力影響的分析，為減少附加力，必須使tg有較小值。同時，為有效支控頂板，要求支架由高到低變化時，頂梁前端點與煤壁距離的變化要小。而支架在某一同高度時的角，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，這兩項要求都能滿足。 四桿機構的幾何特征如下圖2-3所示 圖2-3 四桿機構的幾何特征圖 （1）支架在最高位置時：p1=52°-62°,即0.91-1.08弧度;Q1=75°-85°, 即：1.31-1.48弧度。 (2) 后連桿與掩護梁的比值,掩護式支架為I=0.45-0.61;支撐掩護式支架為I=0.61-0.82。 (3)前,后連桿上鉸點之距與掩護梁的比值為I1=0.22-0.3。 （4）e’點的運動軌跡呈近似雙曲線，支架由高到低雙紐線運動軌跡的最大寬度e<70mm最好在30mm以下。 （5）支架在最高位置時的tg值應小于0.35,在優(yōu)化設計中，對掩護式支架最好應小于0.16，對于支撐掩護式支架最好應小于0.2。 ③四桿機構各部尺寸的計算 四桿機構各部參數如圖2-5所示，圖中的H1為支架在最高位置時的計算高度。令=A ; =B; =C; =D; =E; =G; =F; =S; =L; =I; =I; tg==U. (1)后連桿與掩護梁長度的確定 如圖2-5所示，當支架在最高位置時的值確定后，掩護梁長度G為： 后連桿長度A= IG 前后連桿上鉸點之距為：B= 前連桿上鉸點至掩護梁上鉸點之距為: 從以上各式，可求出多組后連桿和掩護梁的尺寸。為了簡化計算，對各變量規(guī)定相應的步長如下： P1的步長為0.34弧度； Ql的步讓為0.34弧度， I1的步長為0.02； I的步長；掩護式支架為0．032；支撐掩護式支架為0．042。 古上述四個變量各向前邁出五步，經排列組合使得到625組A、B、F、G的參數值。 (2)后連桿下餃點至坐標原點之距為E1,如上圖所示。 (3) 前連桿長度及角度的確定 當支架高度變化時,掩護梁上鉸點e’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e’點的運動軌跡視為理想直線，當然實際并非如此。但是，我們可以做到當支架高度變化時，有三點在這條直線上．如圖3—25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，在直線上的最高和最低點就確定了。根據設計經驗，當e’點沿理想垂線由最高向最低運動時，后連汗與掩護梁的夾角由大于90度到小于90度變化，在夾角變化過程中， 一定有一位置使后連桿與掩護粱處于垂直狀態(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。 （a）點的坐標 當支架在最高位置是的計算高度為，此時點的坐標為： （b）點的坐標 支架在最低位置時的計算高度為，此時點的坐標為： 根據四連桿機構幾何特征要求，支架降到最低位置時，，為計算方便，令，即0.436弧度。 根據幾何關系為: (c) 點坐標 當支架的掩護梁與后連桿成垂直位置時，根據幾何關系，點的坐標為： 式中由下式進行計算。 （d）c點坐標 根據圖2-6所示，支架在三個位置時四桿機構幾何關系確定后，c點就是過、、這三點的圓弧的圓心。所以，為前連桿的長度。因此，可以用圓的方程求得前連桿的長度。即： 上式中、為c點的坐標，可以按下列方程聯立求得； 令 聯立上式可得： 則由以上各式可得前連桿的長度為： （4）前連桿下鉸點的高度和前連桿下鉸點在底座上的投影距離 當前連桿c點的坐標確定后，D和 E的長度為： 四桿機構的優(yōu)選 按上述方法可以求出625組四桿機構尺寸，并非所有值都可以用，故要優(yōu)選。約束條件是根據值的要求和支架的結構尺寸關系，對國內外現有支架的調查統(tǒng)計得出來的。約束條件如下： （1） 前后連桿的比值范圍 根據現有支架調查統(tǒng)計，前后連桿的比值范圍 （2） 前連桿的高度不宜過大，一般應使 （3） E 的長度，一般應使。 （4） 對掩護式支架應使，對支撐掩護式支架 值按下面的方法計算。 如圖2-7所示，為支架在最高位置是的幾何關系。 （a）點坐標為即（1.135,1.016） (b) 點坐標為 即（0.937,0） (c) 直線的斜率 （d）直線的斜率 由于、、在同一條直線上，因此，和直線的斜率相同，所以 同理： 聯立上述兩式可得： 則： 令： 則： ⑤ 四桿機構優(yōu)化設計程序編寫 根據以上約束條件和計算式子，寫出程序流程圖如下所示： 圖2-8 程序流程圖（1） 具體程序如下，此C 語言程序可在WINDOWS 環(huán)境下的編輯器下運行。 #include #include main() { float h1,p1,q1,i1,i,q2,s1; float g,a,b,f,e1,x1,y1,p2; float x2,y2,p3,q3,x3,y3,m,n,t,xc,yc,c,o; float w,w1,w2,w3,w4,w5; float d,e,x4,y4,x5,y5,c1,k1,k2,x6,y6,l,s,u; FILE *fp; fp=fopen("list.h","w+"); h1=2.4; q2=0.436; for(p1=0.85;p1<=1.08;p1=p1+0.034) for(q1=1.31;q1<=1.48;q1=q1+0.034) for(i=0.45;i<=0.61;i=i+0.032) for(i1=0.22;i1<=0.3;i1=i1+0.02) { { g=h1/(sin(p1)+i*sin(q1)); a=i*g; b=i1*g; f=g-b; e1=g*cos(p1)-a*cos(q1); x1=f*cos(p1); y1=h1-f*sin(p1); w1=e1+a*cos(q2); s1=g*g-w1*w1; if((g*g-w1*w1)<0) {w2=0;} else w2=sqrt(g*g-w1*w1); p2=atan(w2/w1); x2=f*cos(p2); y2=b*sin(p2)+a*sin(q2); if((g*g+a*a-e1*e1)<0) {w3=0;} else w3=sqrt(g*g+a*a-e1*e1); p3=1.57-atan(a/g)-atan(e1/w3); q3=1.57-p3; x3=f*cos(p3); y3=b*sin(p3)+a*sin(q3); m=x3*x3-x1*x1+y3*y3-y1*y1; n=x2*x2-x3*x3+y2*y2-y3*y3; t=2*((x3-x1)*(y2-y3)-(y3-y1)*(x2-x3)); xc=(m*(y2-y3)-n*(y3-y1))/t; yc=(n*(x3-x1)-m*(x2-x3))/t; w4=(x1-xc)*(x1-xc); w5=(y1-yc)*(y1-yc); if((w4+w5)<0) {c=0;} else c=sqrt(w4+w5); o=c/a; d=yc; e=e1-xc; y4=a*sin(q1); x4=e1+a*cos(q1); x5=e1; y5=0; k1=(y1-yc)/(x1-xc); c1=atan(k1); k2=(y4-y5)/(x4-x5); x6=(k1*x1-y1-k2*x4+y4)/(k1-k2); y6=k1*(x6-x1)+y1; l=x6; s=h1-y6; u=s/l; if((o>0.9)&&(o<1.2)&&(u<0.16)&&(u>0)&&(d

#include main() { float h1,h2,q4,x,y,p4,k,j,r; float a,b,c,d,e,g,ex,z,cx,cy; FILE *fp; fp=fopen("newlist.h","w+"); h1=2.4; h2=0.9; a=1.034782; b=0.393862; c=0.991655; d=0.452725; e=0.531994; g=1.790280; for(q4=0.436;q4<=1.48;q4=q4+0.0348) { k=2*e*b+2*a*b*cos(q4); j=2*a*b*sin(q4)-2*b*d; r=a*a+b*b+d*d-c*c+e*e+2*a*e*cos(q4)-2*a*d*sin(q4); if(k*k*r*r-(k*k+j*j)*(r*r-j*j)>=0) {cx=k*k*r*r-(k*k+j*j)*(r*r-j*j); z=(k*r+sqrt(cx))/(k*k+j*j); cy=sqrt(1-z*z); p4=atan(cy/z); x=g*cos(p4)-a*cos(q4); y=a*sin(q4)+g*sin(p4); } if(yh2) printf("\nx=%f,y=%f\n",x,y); fprintf(fp,"x=%f , y=%f\n",x,y); } } 運行結果如下： x=0.950737 , y=0.833340 x=0.946599 , y=1.021055 x=0.941912 , y=1.161735 x=0.937991 , y=1.278957 x=0.935097 , y=1.381429 x=0.933236 , y=1.473501 x=0.932334 , y=1.557710 x=0.932287 , y=1.635684 x=0.932972 , y=1.708537 x=0.934260 , y=1.777071 x=0.936014 , y=1.841887 x=0.938094 , y=1.903446 x=0.940349 , y=1.962116 x=0.942621 , y=2.018194 x=0.944741 , y=2.071928 x=0.946527 , y=2.123526 x=0.947781 , y=2.173170 x=0.948281 , y=2.221019 x=0.947785 , y=2.267216 x=0.946014 , y=2.311891 x=0.942652 , y=2.355165 x=0.937331 , y=2.397150 x=0.929620 , y=2.437950 x=0.918999 , y=2.477664 Ex=0.032 運行結果使頂梁端點運動軌跡最大寬度為emax=xmax-xmin＝0.032m＝32mm，這說明四桿機構優(yōu)化設計結果是可用的。根據以上兩個優(yōu)化設計程序運算結果，對其中個別參數修正列出指主要結構參數如下表2－3所示： 表2－3 輸入 輸出 標識符號 說明 結果 輸入 H1 支架最高位置的計算高度 2400mm H2 支架最低位置的計算高度 1200mm 輸出 U tgθ值（掩護梁與頂梁鉸點至瞬心和底座平面夾角為θ） 9.1度 Q1 支架最高位置時，后連桿與底座平面夾角 79度 A 后連桿長度 1035mm B 前，后連桿上鉸點之距 394mm C 前連桿長度 1082mm D 前連桿下鉸點高度 453mm E 前，后連桿下鉸點在底座上的投影之距 540mm F 前連桿上鉸點至掩護梁上鉸點之距 1396mm G 掩護梁長度 1790mm P1 支架最高位置時，頂梁與掩護梁夾角 51度 C1 支架最高位置時，前連桿與底座平面夾角 64度 EX 頂梁端點運動軌跡最大寬度 32mm 畫出結構尺寸簡圖如下頁圖2－10： 圖　2－10　支架主要尺寸 2.5 液壓支架的總體布置 2.5.1設計要求 ① 滿足采煤工藝及地質條件的要求,要有足夠的初承力和工作阻力,以便有效的控制頂板,保證其合理的下沉量。 ② 推溜力一般為10噸左右,移架力按煤層厚度而定,薄煤層一般為10～15噸,中厚煤層一般為15～25噸,厚煤層一般為30～40噸 。 ③ 防煤性能要好。 ④ 排煤性能要好。 ⑤ 要求有足夠的通風端面。 ⑥ 從安全性考慮,要有足夠寬的人行道。 ⑦ 調節(jié)范圍要大,照明,通訊方便。 ⑧ 支架要求有足夠的剛度,能夠承受一定的不均衡載荷和沖擊載荷。 ⑨ 支架穩(wěn)定性好,底座最大比壓小于規(guī)定值，要易于拆卸,結構簡單。 ⑩ 在滿足強度條件下,盡可能減輕支架重量，液壓元件要可靠。 2.5.2 支架整體機構尺寸的確定 ① 按照以前的支架設計經驗,確定支架底座長度l=2100mm。 ② 按確定四連桿機構尺寸的方法,確定四連桿及掩護梁長度，設計結果已列于表2－3中。 ③ 根據工作方式及設備配套尺寸計算頂梁長度 掩護式與支撐掩護式支架頂梁長度的計算 頂梁長度＝[配套尺寸十底座長度十A·COS(Q1)]一[G·COS(P1)十300十e]十掩護梁與頂梁鉸點至頂粱后端點之距(mm) 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； 底座長度一底座前端至后連桿下鉸點之距；取2100mm e－支架由高到低頂梁前端點最大變化距離；32mm P1--支架最高位置時，頂梁與掩護梁夾角,51度 Q1--支架最高位置時，后連桿與底座平面夾角,79度 根據前面計算結果工作面配套機器為MG170H采煤機（雞西廠）和SGD630/180刮板輸送機（西北廠），配套尺寸=249+630＋176＋600＝1655mm。 故頂梁長度L為： L=mm ④ 確定立柱布置 （a）立柱數 掩護式支架立柱數為兩根。 （b）支撐方式 掩護式文架為傾斜布置，這樣可克服一部分水平力，并增加調高范圍。一般立柱軸線與頂梁的垂線夾角小于30度（支架在最低工作位置時），立柱傾角加大可以可以使頂梁柱窩位置前移，使頂梁前端支護能力增大。確定立柱布置可以用類比法,其確定原則考慮支架的穩(wěn)定性及支架的合力作用位置綜合進行考慮,我們知道,作用位置超前易產生啃底現象,所以一般盡量使合力位置向后移。支架頂梁只支承兩柱時,上柱窩位置在頂梁后部,一般頂梁前端與后端之2.2～2.4:1此處取2.3:1,而下柱窩的位置根據立柱的角度來定。 （c） 立柱柱窩位置的確定 液壓支架立柱上柱窩位置的確定原則，從理論上分析，要使頂梁支撐力分布與頂板載荷分布一致。但頂板載荷復雜，分布規(guī)律因支架頂梁與頂板的接觸情況而異。為簡化計算，假定頂梁與頂板均勻接觸，載荷沿頂梁良度方向按線性規(guī)變化，沿支架寬度方向均布。把支架的空間桿系結構，簡化成平面桿系結構。同時為偏于安全，可以認為頂梁前端載荷為零，載荷沿長度方向向后越來越大呈三角形分布，并按集中載荷計算。所以，支架支撐力分析也為三角形，以此計算立往上住窩位置。此時認為支架頂梁承受集中載荷F1在頂梁1／3處，取頂梁為分離體，受力情況如圖2－11示 圖2－11 對A點取矩： 根據以計算結果和已知參數為： F1=2100kN,Pt=2400 kN,W=0.3,Fc=4.2,h1=0.1m,h2=0.15m,Lg=2.37m,α= 代入以上公式計算得 x＝0.676m，取0.67m。 用同樣的方法計算立柱下柱窩的位置，立柱下柱窩位置計算圖如下圖2－12所示 計算得x1=0.698m,取0.7m。 （3）平衡千斤頂位置的確定 1. 平衡千斤頂在頂梁上位置的確定 取頂梁和掩護梁為分離體如圖2-12所示 2-12 頂梁和掩護梁分離體 取 取頂梁為分離體 式中 ---平衡千斤頂的推力、拉力（推力取“＋”拉力取“-“） W---頂梁與掩護梁之間的摩擦系數計算時取0.3 ---支架在最高位置時的立柱傾角 ---支架在最高位置時平衡千斤頂的傾角 平衡千斤頂在拉力時,取X=0.27