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中國礦業(yè)大學(xué) 2009 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1 頁1 液壓支架簡(jiǎn)介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(xiàng)作業(yè)正常進(jìn)行，必須對(duì)頂板進(jìn)行支護(hù)。而液壓支架是一高壓液體作為動(dòng)力，由液壓元件與金屬構(gòu)件組成的支護(hù)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)。液壓支架與可彎曲輸送機(jī)和采煤機(jī)組成綜合機(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、減輕工人的體力勞動(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。全套圖紙，加 1538937061.2液壓支架的組成及分類1.2.1 液壓支架的組成液壓支架由以下六個(gè)主要部分組成：中國礦業(yè)大學(xué) 2009 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 2 頁頂梁、底座、立柱、掩護(hù)梁、活動(dòng)側(cè)護(hù)板、推移機(jī)構(gòu)、操縱控制系統(tǒng)1. 頂梁用途：a、用于支撐維護(hù)控頂區(qū)的頂板；b、承受頂板的壓力；c、 ．將頂板載荷通過立柱、掩護(hù)梁、前后連桿經(jīng)底座傳到底板。要求：a、頂梁應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，即使在接觸應(yīng)力分布不均勻的情況下也不致被壓壞；b、頂梁應(yīng)有足夠的剛度，以承受扭力；c、頂梁對(duì)頂板的覆蓋率高；d、頂梁能適應(yīng)頂板的起伏變化。2. 底座用途：a、為支架的其他結(jié)構(gòu)件和工作機(jī)構(gòu)提供安設(shè)的基礎(chǔ)；b、與前后連桿和掩護(hù)梁一起組成四連桿機(jī)構(gòu)；c、將立柱和前后連桿傳遞的頂板壓力傳遞給底板。要求：a、底座應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度；b、底座對(duì)底板的起伏變化適應(yīng)性好；c、底座與底板的接觸面積大，以減小底座對(duì)底板的接觸比壓，避免支架陷入底板；d、底座應(yīng)有足夠的地方來安設(shè)立柱、推移裝置以及液壓控制裝置；e、底座要能把落入支架內(nèi)的碎矸排棄到采空區(qū)中。3. 立柱用途：中國礦業(yè)大學(xué) 2009 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 3 頁a、支撐頂梁，承受載荷的作用；b、調(diào)節(jié)支架的高度，使支架的高度滿足工作面的要求；c、立柱設(shè)置有大流量安全閥，以避免頂板沖擊壓力造成支架過載較大。4. 掩護(hù)梁用途：a．掩護(hù)梁承受頂梁部分載荷和掩護(hù)梁背部載荷并通過前后連桿傳遞給底座；b．掩護(hù)梁承受對(duì)支架的水平作用力及偏載扭矩；c．掩護(hù)梁和頂梁（包括活動(dòng)側(cè)護(hù)板）一起 ，構(gòu)成了支架完善的支撐和掩護(hù)體，完善了支架的掩護(hù)和擋矸能力。5. 活動(dòng)側(cè)護(hù)板用途：a、消除相鄰支架掩護(hù)梁和頂梁之間的架間間隙，防止冒落的矸石進(jìn)入支護(hù)空間；b、作為支架移架過程中的導(dǎo)向板；c、防止支架降落后傾倒；d、調(diào)整支架的間距。6. 推移機(jī)構(gòu)前后連桿是四連桿機(jī)構(gòu)中重要的運(yùn)動(dòng)和承載部件，與掩護(hù)梁和底座的一部分共同組成四連桿機(jī)構(gòu)，使支架能承受圍巖載荷、水平作用力和保持穩(wěn)定。其四連桿機(jī)構(gòu)的作用：a、通過四連桿機(jī)構(gòu)，使支架頂梁端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡呈近似雙紐線，從而使用使支架前端頭離煤距離大大減小，提高了管理頂板性能；b、能承受較大的水平力。7. 操縱控制系統(tǒng)中國礦業(yè)大學(xué) 2009 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 4 頁液壓支架由不同數(shù)量的立柱和千斤頂組成，采用不同的操縱閥以實(shí)現(xiàn)升柱、降柱、移架、推溜等動(dòng)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)。對(duì)于液壓支架的操縱控制系統(tǒng)傳動(dòng)裝置，應(yīng)具有以下基本要求：采用結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，設(shè)備外形尺寸小，能遠(yuǎn)距離的傳送大的能量；能承受較大載荷；沒有復(fù)雜的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；在爆炸危險(xiǎn)和含塵的空氣里保證安全工作；動(dòng)作迅速；操作調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單；過載及損壞保護(hù)簡(jiǎn)單。1.2.2 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(hù)式和支撐掩護(hù)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(diǎn)是：立柱多，支撐力大，切頂性能好；頂梁長(zhǎng)，通風(fēng)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(gè)框架組成，用導(dǎo)向機(jī)構(gòu)互相聯(lián)系，交替前進(jìn)，（2）垛式整個(gè)支架為一整體結(jié)構(gòu)，整體移動(dòng)，通常有 4～6 根立柱，可以支撐堅(jiān)硬與極堅(jiān)硬的頂板。2、掩護(hù)式支架掩護(hù)式支架利用立柱、短頂梁支撐頂板，利用掩護(hù)梁來防止巖石落入工作面。其特點(diǎn)是：立柱少，切頂能力弱；頂梁短，控頂距??；由前后連桿和底座鉸接構(gòu)成的四連桿機(jī)構(gòu)使抗水平力的能力增強(qiáng)，立柱不受橫向力；而且使板前端的運(yùn)動(dòng)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(hù)板密封，掩護(hù)性能好；調(diào)高范圍大，適用于松散破碎的不穩(wěn)定中國礦業(yè)大學(xué) 2009 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 5 頁或中等穩(wěn)定的頂板。3、支撐掩護(hù)式支架支撐掩護(hù)式支架具有支撐式的頂梁和掩護(hù)式的掩護(hù)梁，它兼有切頂性能和防護(hù)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(hù)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。1.3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(gè)基本動(dòng)作，這些動(dòng)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(gè)液壓缸來完成的。如圖所示：每架支架的液壓管路都與工作面主管路并聯(lián)，形成各自獨(dú)立的液壓系統(tǒng)，如圖 1-1 所示，其中液控單向閥和安全閥設(shè)在架內(nèi)，操縱閥可設(shè)在本架或鄰架內(nèi)，前者為本架操作，后者為鄰架操作。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(jī)；10-乳化液泵；11-主供液管；12-主回液管1.3.1 支架升降支架的升降依靠立柱 2 的伸縮來實(shí)現(xiàn)，其工作過程如下：1、初撐PO192345681720中國礦業(yè)大學(xué) 2009 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 6 頁如圖 1-1 所示，操縱閥 8 處于升柱位置，由泵站輸送來的高壓液體經(jīng)液控單向閥 6 進(jìn)入立柱的下腔，同時(shí)立柱的上腔排液，于是活柱和頂梁升起，支撐頂板。當(dāng)頂梁接觸頂板，立柱下腔的壓力達(dá)到泵站的工作壓力后，操縱閥置于中位，液控單向閥 6 關(guān)閉，從而立柱下腔液體被封閉，這就是支架的初撐階段。2、承載支架初撐后，進(jìn)入承載階段。隨著頂板的緩慢下沉，頂板對(duì)支架的壓力不斷增加，立柱下腔被封閉的液體壓力將隨之迅速升高，液壓支架受到彈性壓縮，并由于立柱缸壁的彈性變形而使缸徑產(chǎn)生彈性擴(kuò)張，這一過程就是支架的增阻過程。當(dāng)下腔液體的壓力超過安全閥 5 的動(dòng)作壓力時(shí)，高壓液體經(jīng)安全閥 5 瀉出，立柱下縮，直至立柱下腔的液體壓力小于安全閥的動(dòng)作壓力時(shí)，安全閥關(guān)閉，停止泄液，從而使立柱工作阻力保持恒定，這就是恒阻過程。此時(shí)，支架對(duì)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。3、卸載當(dāng)操縱閥 8 處于降架位置時(shí)，高壓液體進(jìn)入立柱的上腔，同時(shí)打開液控單向閥 6，立柱下腔排液，于是立柱卸載下降。中國礦業(yè)大學(xué) 2009 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 7 頁P(yáng)kfcOtpt102圖 1-2 液壓支架工作特性曲線由以上分析可以看出，支架工作時(shí)的支撐力變化可分為三個(gè)階段，如圖 1-2，即：開始升柱至單向閥關(guān)閉時(shí)的初撐增阻階段 t0，初撐后至安全閥開啟前的增阻階段 t1 ，以及安全閥出現(xiàn)脈動(dòng)卸載時(shí)的恒阻階段 t2 ，這就是液壓支架的阻力-時(shí)間特性。它表明液壓支架在低于額定工作阻力下工作時(shí)，具有增阻性，以保證支架對(duì)頂板的有效支撐作用，在達(dá)到額定工作阻力時(shí)，具有恒阻性；為使支架恒定在此最大支撐力，又具有可縮性，即支架在保持恒定工作阻力下，能隨頂板下沉而下縮。增阻性主要取決于液控單向 立柱的密封性能，恒阻性與可縮性主要由安全閥來實(shí)現(xiàn)，因此安全閥、液控單向閥和立柱是保證支架性能的三個(gè)重要元件。1.3.2 支架移動(dòng)和推移輸送機(jī)支架和輸送機(jī)的前移，由底座 3 上的推移液壓缸 4 來完成。需要移架時(shí)，先降柱卸載，然后通過操縱閥使高壓液體進(jìn)入推移液壓缸中國礦業(yè)大學(xué) 2009 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 8 頁4 的活塞桿腔，活塞腔回液，以輸送機(jī)為支點(diǎn)，缸體前移，把整個(gè)支架拉向煤壁。需要推移輸送機(jī)時(shí)，支架支撐頂板，高壓液體進(jìn)入推移活塞缸 4 的活塞腔，活塞桿腔回液，以支架為支點(diǎn)，活塞桿伸出，把輸送機(jī)推向煤壁。1.4液壓支架的傳動(dòng)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(shí)現(xiàn)升柱、降柱、移架、推溜等動(dòng)作。目前支架大都采樣容積式液壓傳動(dòng)。對(duì)于液壓支架的傳動(dòng)裝置，應(yīng)具有以下基本要求：采用結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，設(shè)備外形尺寸小，能遠(yuǎn)距離的傳送大的能量；能承受較大載荷；沒有復(fù)雜的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；在爆炸危險(xiǎn)和含塵的空氣里保證安全工作；動(dòng)作迅速；操作調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單；過載及損壞保護(hù)簡(jiǎn)單。液壓支架的液壓傳動(dòng)，與其他機(jī)械的容積式液壓傳動(dòng)有很大的區(qū)別，其特點(diǎn)如下：工作液的壓力高（管路內(nèi)的壓力達(dá) 20～40MPa，立柱內(nèi)的壓力達(dá)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(tái)，液壓缸 300～1500 個(gè)，安全閥 150～300 個(gè)，還有同樣數(shù)量的液控單向閥） ；很長(zhǎng)的液壓管路（200～300m 剛性管，500～3000m 高壓軟管）;泵——液壓缸傳動(dòng)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(fù)著相同的工序，這些工序的總和構(gòu)成液壓支架的基本中國礦業(yè)大學(xué) 2009 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 9 頁工序；為了保證系統(tǒng)具有較高的容積效率，實(shí)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。1.5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(shè)備適應(yīng)礦井和工作面條件，投產(chǎn)后能做到高產(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)備條進(jìn)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(dāng)煤層厚度超過 1.5m，頂板有側(cè)向推力或水平推力時(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)高范圍較大的掩護(hù)式或雙伸縮立柱的支架。4．應(yīng)使支架對(duì)底板的比壓不超過底板允許的抗壓強(qiáng)度。在底板較軟條件下，應(yīng)選用有抬底裝置的支架或插腿掩護(hù)式支架。5．煤層傾角＜10° 時(shí)，支架可不設(shè)防倒防滑裝置；15° ～25°時(shí)，排頭支架應(yīng)設(shè)防滑裝置，工作面中部輸送機(jī)設(shè)防滑裝置；＞25°時(shí)，排頭支架應(yīng)設(shè)防倒防滑裝置，工作面中部支架設(shè)底調(diào)千斤頂，工作面中部輸送機(jī)設(shè)防滑裝置。6．對(duì)瓦斯涌出量大的工作面，應(yīng)符合保安規(guī)程的要求，并優(yōu)先選用通風(fēng)斷面大的支撐式或支撐掩護(hù)式支架。7．當(dāng)煤層為軟煤時(shí)，支架最大采高一般≤2.5m；中硬煤時(shí)，支架最大采高一般≤3.5m；硬煤時(shí)，支架最大采高＜5m。8．在同時(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。中國礦業(yè)大學(xué) 2009 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 10 頁9．?dāng)鄬邮职l(fā)育，煤層變化大，頂板的允許暴露面積在 5～8m 2，時(shí)間在 20min 以上時(shí)，暫不宜采用綜采。10．特殊架型的選擇可根據(jù)特殊型支架的適用條件進(jìn)行選擇。1.6設(shè)計(jì)液壓支架的目的、要求和參數(shù)1.6.1 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。為了滿足對(duì)煤炭日益增長(zhǎng)的需求，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(jiǎn)稱綜采工作面） 。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(jī)械性質(zhì)等的不同，對(duì)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)。1.6.2 設(shè)計(jì)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(fēng)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?。中國礦業(yè)大學(xué) 2009 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 11 頁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．在滿足強(qiáng)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(jiǎn)單。12．液壓元件要可靠。1.6.3 設(shè)計(jì)時(shí)必須的參數(shù)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)，按保安規(guī)程規(guī)定，驗(yàn)算通風(fēng)斷面。4．底板巖性和小時(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)方式來計(jì)算頂梁長(zhǎng)度。2 液壓支架各部件尺寸的確定中國礦業(yè)大學(xué) 2009 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 12 頁2.1液壓支架高度和伸縮比2.1.1 支架高度的確定支架高度的確定原則，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確定：支架的最大結(jié)構(gòu)高度maxax1HMS??m支架的最小結(jié)構(gòu)高度inin2?式中—煤層最大高度， ；maxMmax420M?—煤層最小高度， ；in in3—考慮偽頂冒落的最大厚度，對(duì)于大采高支架取 200～400mm，對(duì)于1S中厚煤層支架取 200～300mm，對(duì)于薄煤層支架取 100～200mm。取；130?m—考慮周下沉量，移架時(shí)支架的下降量和頂梁上、地板下的浮矸之2S和，對(duì)于大采高支架取 500～900mm，對(duì)于中厚煤層支架取 300～400mm，對(duì)于薄煤層支架取 150～250mm。取 ；250S?mmaxax1HM??30425minin2HS??中國礦業(yè)大學(xué) 2009 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 13 頁305??2m2.1.2 支架伸縮比支架的伸縮比是指最大與最小支架高度之比： maxin4501.82sHK??由于液壓支架的使用壽命較長(zhǎng)，并可能被安裝在不同采高的采煤工作面，所以，支架應(yīng)具有較大的伸縮比。在采用雙伸縮立柱時(shí)，垛式支架的伸縮比為 1.9；支撐掩護(hù)式支架為 2.5；掩護(hù)式支架可達(dá) 3。一般范圍在1.5～2.5，由于伸縮比較大，本支架采用雙伸縮立柱。2.2支架間距的確定支架間距就是指相鄰支架中心線間的距離。支架頂梁一般裝有活動(dòng)側(cè)護(hù)板，側(cè)護(hù)板行程一般為 170～200mm。當(dāng)支架中心距為 1.5m 時(shí)，最小寬度一般取 1400～1430mm，最大寬度一般取1570～1600mm。當(dāng)支架中心距為 1.75m 時(shí)，最小寬度一般取1650～1680mm，最大寬度一般取 1850～1880mm。當(dāng)支架中心距為 1.25m 時(shí)，如果頂梁帶有活動(dòng)側(cè)護(hù)板，則最小寬度取 1150～l180mm．最大寬度取1120～1150mm。如果頂梁不帶活動(dòng)側(cè)護(hù)板，則寬度一般取 1150～l200mm。支架間距 b 主要根據(jù)支架型式，但目前主要根據(jù)刮板運(yùn)輸機(jī)油槽每節(jié)長(zhǎng)度及槽幫上千斤頂連接的位置來確定，目前我國刮板運(yùn)輸機(jī)溜槽每節(jié)長(zhǎng)度為 1.5m 或 1.75m,千斤頂連接位置在刮板槽中間，所以除節(jié)式和邁步式支架外，支架間距一般為 1.5m。輕型支架為適應(yīng)中小煤礦工作面快速搬家的要求，中心距可采用 1.25m。大采高支架為促高穩(wěn)定性中心距可采用 1.75m， 但由于這次支架屬于大采高。故取 b=1.75m。頂梁寬度取 1640mm。2.3底座尺寸的確定中國礦業(yè)大學(xué) 2009 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 14 頁底座是將頂板壓力傳遞到底板和穩(wěn)定支架的作用。在設(shè)計(jì)支架底座的長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)考慮如下方面：支架對(duì)底板的接觸比壓要??；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、推移裝置和其他輔助裝置；便于人員操作和行走；保證支架的穩(wěn)定性。通常，掩護(hù)式支架的底座長(zhǎng)度取約 3.5 倍的移架步距（一個(gè)移架步距為 800mm） 。因此，本支架取底座長(zhǎng)度為 2900mm。底座寬度在保證移架時(shí)不咬架的前提下，應(yīng)盡可能加寬，以提高支架的橫向穩(wěn)定性。底座寬度一般為中心距減去 100～150mm。當(dāng)中心距為 1.5m時(shí)，底座寬度一般取 1350～1400mm；當(dāng)中心距為 1.75m 時(shí)，底座寬度一般為 1600～1650mm。所以本次設(shè)計(jì)取底座寬度為 1600mm。2.4四連桿和掩護(hù)梁長(zhǎng)度的確定2.4.1 四連桿機(jī)構(gòu)的作用四連桿機(jī)構(gòu)是掩護(hù)式支架和支撐掩護(hù)式支架的最重要的部件之一，其作用概括起來有兩個(gè)：1、通過四連桿機(jī)構(gòu)，使支架頂梁端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡呈近似雙曲線，從而使支架頂梁前端的端頭離煤壁距離大大減小，提高了管理頂板的性能。2、能承受較大的水平力。2.4.2 四連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)為使支架能更可靠的工作，四連桿機(jī)構(gòu)應(yīng)具備以下特點(diǎn)：1、支架從最高高度降到最低高度時(shí)，如圖 2-1 所示，頂梁端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的最大寬度 ，最好為 30 以下。70e?mm中國礦業(yè)大學(xué) 2009 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 15 頁圖 2-12、支架在最高位置時(shí)和最低位置時(shí)，頂梁與掩護(hù)梁的夾角 P 和后連桿與底平面的夾角 Q，如圖 2-1 所示，應(yīng)滿足以下要求：支架在最高位置時(shí)，P≤ ～ ，Q≤ ～ ；支架在最低位置52o6o75o8o時(shí)，考慮矸石便于下滑，以防矸石停留在掩護(hù)梁上，根據(jù)物理學(xué)摩擦理論可知， ,其中 f 為鋼和矸石的靜摩擦系數(shù),一般為 0.15～0.3,若取tanPf?f=0.3，則 P= ,設(shè)計(jì)中一般可取 P= ～ 。而 Q 角主要考慮掩護(hù)梁底17o12o8部距底板要有一定的距離，防止支架后部冒落的巖石卡住后連桿，使支架不能降下來，一般取 ～ 。25oQ?303、由圖 2-1 可知，掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn) e 和瞬時(shí)中心 O 之間的連線與水平線的夾角為 θ，設(shè)計(jì)時(shí)，要使 范圍內(nèi)，主要原因是 θ 角直接tan.5??影響附加力大小。掩護(hù)式支架最好小于 0.16。4、支架工作段要求曲線向前凸的一段，如圖 2-1 所示的 h 段，其原因?yàn)楫?dāng)頂板來壓時(shí)，立柱讓壓而下縮，使頂梁有前移的趨勢(shì)，使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)生順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)，從而增加了前梁端部的支護(hù)力，防止頂梁前端頂板冒落又中國礦業(yè)大學(xué) 2009 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 16 頁可以使底座前端比壓減小，防止啃底，有利于支架移架；并且水平力的合力也相應(yīng)的有所減小，減輕了掩護(hù)梁的外負(fù)載。5、后連桿與掩護(hù)梁的比值，掩護(hù)式支架為 I=0.45～0.61；支撐掩護(hù)式支架為 I=0.61～0.82。6、前后連桿上鉸點(diǎn)之距和掩護(hù)梁的比值 I1=0.22～0.3 。2.4.3 四連桿各長(zhǎng)度的計(jì)算四連桿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 2-2 所示，圖 2-2圖中 H1 為支架在最高位置時(shí)的計(jì)算高度。其值為支架的最大結(jié)構(gòu)高度減去掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)與頂梁頂面之距和后連桿下鉸點(diǎn)與底座底面之距。即在圖 2-1 中的 L10 和 L9 尺寸。L10 一般根據(jù)支架工作阻力初步確定頂梁梁體的高度后，再根據(jù)結(jié)構(gòu)的合理性確定，一般支架取 L10=150～200mm，重型支架可取L10=210～260mm。本次設(shè)計(jì)取 L10=250mm。中國礦業(yè)大學(xué) 2009 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 17 頁L9 一般根據(jù)支架的最小高度確定，薄煤層支架取 L9=150～250mm，中厚煤層支架取 L9=250～450mm ，大采高支架取 450～600mm。本次設(shè)計(jì)取L9=450mm。 所以： max1910HL??4502??38為計(jì)算方便，如圖 2-2，本次設(shè)計(jì)中我們約定：； ； ； ； ； ； ；2OaA?bBcC?dD2OE?aeG1JOS?JeL； ； ； 。 bF?IG1aIe?tnSUL??2.4.3.1 后連桿與掩護(hù)梁長(zhǎng)度的確定如圖 2-2 所示，根據(jù)幾何關(guān)系可得，支架在最高位置的 H1 值為：111siniHPAQ??1、因此掩護(hù)梁長(zhǎng)度 G 的值為： 1siniI?2、后連桿長(zhǎng)度 A 的值為： IG?3、后連桿下鉸點(diǎn)至坐標(biāo)原點(diǎn)之距 E1：111cosEPQ?2.4.3.2 前連桿長(zhǎng)度和位置的確定1、前連桿上鉸點(diǎn)與后連桿上鉸點(diǎn)之距為： 1BIG?中國礦業(yè)大學(xué) 2009 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 18 頁2、前連桿上鉸點(diǎn)至掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)之距為： FGB??3、前連桿長(zhǎng)度及位置的計(jì)算：圖 2-3 前連桿計(jì)算圖支架由高到低，掩護(hù)梁上鉸點(diǎn) e 的運(yùn)動(dòng)軌跡為雙扭線，根據(jù)支架幾何特征的要求，為使曲線最大寬度盡量取小，可以把 e 點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡看成理想的直線運(yùn)動(dòng)，從而求出前連桿的位置及長(zhǎng)度。認(rèn)為支架由高降低時(shí)，e 點(diǎn)在垂直線上運(yùn)動(dòng)，根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，可以選取 3 個(gè)點(diǎn)，認(rèn)為當(dāng) e點(diǎn)沿理想垂直線由最高向最低運(yùn)動(dòng)時(shí)，經(jīng)過這 3 個(gè)點(diǎn)。為此，如圖 2-3所示，取 e1,e2,e3。其中 e1 點(diǎn)是支架在最高位置時(shí)掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)的水平坐標(biāo)；e3 是支架在最第位置時(shí)掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)的水平坐標(biāo)；當(dāng)后連桿與掩護(hù)梁軸線夾角由大于 90 度，到小于 90 度，在中間一定有一位置是掩護(hù)梁與后連桿處于垂直狀態(tài)，e2 即使此時(shí)掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)的水平坐標(biāo)。根據(jù)這三個(gè)位置，可以求得 b1,b2,b3 三點(diǎn)，其中 b1 是支架在最高位置時(shí)前連桿上鉸點(diǎn)坐標(biāo)；b3 是支架在最低位置時(shí)前連桿上鉸點(diǎn)坐標(biāo)；b3中國礦業(yè)大學(xué) 2009 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 19 頁是掩護(hù)梁與后連桿處于垂直時(shí)前連桿上鉸點(diǎn)坐標(biāo)。(a)b1 點(diǎn)坐標(biāo)： 11cosXFP?inYH?(b)b2 點(diǎn)坐標(biāo)：22cosXFP?2iniYBAQ?根據(jù)四連桿機(jī)構(gòu)幾何特征要求，支架降到最低時(shí)， =25～302Q度，為計(jì)算方便令 ＝25 度，即 0.436 弧度，則2(c)b3 點(diǎn)坐標(biāo)：33cosXFP?3iniYBAQ?其中：1223/2(arctnarctn)EAGGAP??????33/QP(d)前連桿下鉸點(diǎn) c 的坐標(biāo)根據(jù)圖 2-3 支架在三個(gè)位置的幾何關(guān)系可知，C 點(diǎn)就是b1，b2，b3 三點(diǎn)為圓的圓心，cb1 即是前連桿的長(zhǎng)度。因此可以用圓的方程求得前連桿的長(zhǎng)度即：??2212cos2arctnGEAQ???中國礦業(yè)大學(xué) 2009 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 20 頁2211()()CCXY???式中 Xc、Yc 為 C 點(diǎn)坐標(biāo)，可以按下列方程聯(lián)立求得：＝2211()()XY??2233()()CC?＝ 33CC22XY?聯(lián)立以上兩式可得：? ?22223131233311()(()())CXYXY?????22223313312321()(()()[))]XXYY?若令：223131MXY???22N? ?313123()(())TX?則：2331()()CMYNYXT?以上（Xc,Yc）即是前連桿下鉸點(diǎn)的坐標(biāo)。因此，前后連桿下鉸點(diǎn)的垂直距離為： cDY?前后連桿下鉸點(diǎn)的水平距離為：3123()()CX?中國礦業(yè)大學(xué) 2009 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 21 頁1cEX??2.4.4 用程序優(yōu)化四連桿機(jī)構(gòu)將以上過程寫成計(jì)算機(jī)程序，給出適當(dāng)?shù)某跏紬l件，利用計(jì)算機(jī)的快速計(jì)算的特性，通過循環(huán)求解可以得到理想的結(jié)果。程序代碼在附錄給出，以下是程序界面:圖 2-4 四連桿長(zhǎng)度優(yōu)選圖 2-5 四連桿長(zhǎng)度調(diào)整中國礦業(yè)大學(xué) 2009 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 22 頁優(yōu)選結(jié)果如下：A=1680mm；B=605mm；C=1700mm；D=660mm；E=850mm；G=2760mm；e=25mm ；Htd=286mm ； ； ； ； 。152oP?17.5oQ217oP?236.5oQtan0.15??其中：Htd 是雙扭線凸弧段對(duì)應(yīng)的高度。2.5頂梁尺寸的確定2.5.1 影響頂梁尺寸的因素頂梁長(zhǎng)度受支架類型和支架采用的支護(hù)方式以及配套尺寸的影響。1、支架類型對(duì)頂梁長(zhǎng)度的影響支撐掩護(hù)式支架適用于直接頂中等穩(wěn)定，穩(wěn)定和堅(jiān)硬，周期來壓強(qiáng)烈的場(chǎng)合，其頂梁通常較長(zhǎng)。掩護(hù)式支架通常用于頂板破碎頂板，所以其頂梁長(zhǎng)度應(yīng)加以限制，以減少頂梁對(duì)頂板的反復(fù)支撐次數(shù)。2、支架工作方式對(duì)頂梁長(zhǎng)度的影響支架工作方式對(duì)頂梁長(zhǎng)度的影響如圖 2-6 所示：中國礦業(yè)大學(xué) 2009 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 23 頁圖 2-6 支護(hù)方式對(duì)頂梁長(zhǎng)度的影響支架的支護(hù)方式分為超前支護(hù)方式和滯后支護(hù)方式。支架采用超前支護(hù)方式時(shí)動(dòng)作順序?yàn)椋航?移-升-推；采用滯后支護(hù)方式是動(dòng)作順序?yàn)椋和?降-移-升。從圖 2-6 中可以看出，采用及時(shí)支護(hù)方式時(shí)要求頂梁有較大長(zhǎng)度。采用滯后支護(hù)方式時(shí)要求頂梁長(zhǎng)度較短。這是因?yàn)椴捎眉皶r(shí)支護(hù)方式時(shí)支架需要超前輸送機(jī)一個(gè)步距，即當(dāng)采煤機(jī)過后，支架及時(shí)前移，支護(hù)新暴露的頂板，做到及時(shí)支護(hù)。3、配套長(zhǎng)度對(duì)頂梁的影響設(shè)備配套尺寸與支架頂梁長(zhǎng)度有直接的關(guān)系。為了防止采煤機(jī)向支架內(nèi)傾斜時(shí)，采煤機(jī)滾筒不截割頂梁，同時(shí)考慮采煤機(jī)截割時(shí)不一定把煤壁割成一個(gè)垂直平面，所以頂梁前端距煤壁應(yīng)有一段距離，叫做控頂距，最小值為 300mm。另外輸送機(jī)鏟煤板前也有一段距離，也是為了采煤機(jī)截割煤壁不齊，給推移輸送機(jī)留有一定的距離。除此之外的所有配套設(shè)備都要在頂梁下工作。2.5.2 頂梁長(zhǎng)度的計(jì)算掩護(hù)式支架頂梁長(zhǎng)度按下式計(jì)算： 11(cos)(cs)gpd khLAQGPLe????式中：——頂梁長(zhǎng)度；g——配套尺寸，根據(jù)所選用的采煤機(jī)和刮板輸送機(jī)的型號(hào)確定；pL——底座長(zhǎng)度，底座前端距后連桿下鉸點(diǎn)之距, =2800mm；d dLe ——支架由高到低變化時(shí)，頂梁前端點(diǎn)變化的最大距離；e=25mm；——梁端距，為防止采煤機(jī)截割頂梁而留出的距離, kL中國礦業(yè)大學(xué) 2009 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 24 頁=450mm；kL——掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn)距頂梁后端點(diǎn)之距, =200mm；h hL本次設(shè)計(jì)配套圖如下：圖 2-7故：mm12485037129pL???1(cos)(cs)gd khAQGPLe??9685.)(760cos524)15?mm348?取頂梁長(zhǎng)度為 mm。30gL?2.6液壓支架的性能參數(shù)確定2.6.1 液壓支架的支護(hù)強(qiáng)度支架有效工作阻力與支護(hù)面積之比定義為支護(hù)強(qiáng)度。頂板所需的支護(hù)強(qiáng)中國礦業(yè)大學(xué) 2009 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 25 頁度取決于頂板的等級(jí)和煤層厚度。我國已定制了不同頂板等級(jí)的支護(hù)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，支護(hù)強(qiáng)度除可按規(guī)定選用外，還可按經(jīng)驗(yàn)公式結(jié)算。510qKM????Pa式中：—作用于支架上的頂板巖石厚度系數(shù)，取 K 10K?—截割高度，m。取最大截割高度， 4.2m—巖石密度，一般取 ?310???3g故： 510???KMq354.2?3Pa2.6.2 液壓支架的工作阻力支架支撐頂板的有效工作阻力為：310CRqF??KN式中：—支架的支護(hù)面積，CF2m??gkLBK??2式中：—支架頂梁長(zhǎng)度， ；gL3.4g—梁端距， ；k0.5kL?m—支架頂梁寬度， ；mB1.6B—架間距， 。K.中國礦業(yè)大學(xué) 2009 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 26 頁??CgkmFLBK????3.4051.66.23CRqF??1.0862KN偏于安全考慮，取工作阻力為 。90RKN?2.6.3 液壓支架的初撐力初撐力的大小對(duì)支架的支護(hù)性能和成本都有很大影響。較大的初撐力能使支架較快達(dá)到工作阻力，減慢頂板的早期下沉速度，增加頂板的穩(wěn)定性。但對(duì)乳化液泵站和液壓元件的耐壓要求提高。一般取初撐力為（0.6～0.8）倍的工作阻力。初撐力在立柱設(shè)計(jì)一章計(jì)算。2.6.4 支架推溜力和移架力液壓支架要有足夠的移架力和推溜力，推溜力一般為 100～150 。KN本次設(shè)計(jì)取推溜力為 150 。KN移架力與支架結(jié)構(gòu)、質(zhì)量、煤層厚度、頂板性質(zhì)等有關(guān)，一般根據(jù)煤層厚度確定。薄煤層一般為 150～150 ，中厚煤層為 150～300 ，厚煤層為 300～400 ，本次設(shè)計(jì)取移架力為 350 ；KN2.7立柱和千斤頂位置的確定本支架采用雙伸縮式立柱。掩護(hù)式支架立柱數(shù)量為 2，傾斜布置,這樣可克服一部分水平力,并能增大調(diào)高范圍。一般支架在最高位置時(shí)立柱與頂梁垂線夾角小于 ,夾角較小可使有效支撐力變大。支架在最低位置時(shí)立柱10?中國礦業(yè)大學(xué) 2009 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 27 頁與頂梁垂線夾角小于 ,由于角度大，可使調(diào)高范圍增加,同時(shí)由于頂梁較30?短,立柱傾角加大可以使頂梁柱窩位置前移,使頂梁前端支護(hù)能力增大。立柱間距的選擇原則為：有利于操作、行人和部件合理布置。本支架立柱間距選 0.9m。2.7.1 立柱柱窩位置的確定掩護(hù)式液壓支架立柱上、下柱窩位置的確定，對(duì)液壓支架能否正常工作，極為重要。為此，在設(shè)計(jì)時(shí)，必須根據(jù)頂板載荷分布和頂板條件，先確定支架頂梁的支撐力分布和底座對(duì)底板的比壓分布，使支架能適應(yīng)工作面條件的要求，并以此來確定立柱上、下柱窩的位置。2.7.1.1 立柱上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，要使頂梁支撐分布與頂板載荷分布一致。但頂板載荷復(fù)雜，分布規(guī)律因支架頂梁與頂板的接觸情況而異。為簡(jiǎn)化計(jì)算，假定頂梁與頂板均勻接觸，載荷沿頂梁長(zhǎng)度方向按線性規(guī)律變化，沿支架寬方向均布。把支架的空間桿系結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化成平面桿系結(jié)構(gòu)。同時(shí)為偏于安全，可以認(rèn)為頂梁前端載荷為零，載荷沿頂梁長(zhǎng)度方向向后越來越大呈三角形分布，并按集中載荷計(jì)算。所以，支架支撐力分布也為三角形，為此計(jì)算立柱上柱窩位置。此時(shí)認(rèn)為支架頂梁承受集中載荷 在頂梁 處，取頂梁為分離體，受力情況如圖 2-8 所示。1F/3中國礦業(yè)大學(xué) 2009 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 28 頁Xh2h1PtcosαAYLg'/3F1inW圖 2-8 頂梁受力分析對(duì) A 點(diǎn)取距： 0M??'11112cossin()03gtt FLFWhPxh???????'11121i()3cosgttLx????式中： ——立柱上柱窩至頂梁和掩護(hù)梁鉸點(diǎn)之距（m）——支架支護(hù)阻力（kN） ，R90RKN?——頂梁長(zhǎng)度（不包括頂梁與掩護(hù)梁鉸點(diǎn)至頂梁后端之距）'gL（m） ， '3.24gL?——立柱工作阻力之和（kN） ，tP90tPKN?——頂梁和掩護(hù)梁鉸點(diǎn)至頂梁頂面之距（m） ，1h 10.25hm?——立柱上柱窩中心至頂梁頂面之距（m） ，2 3中國礦業(yè)大學(xué) 2009 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 29 頁——立柱在最高位置時(shí)的傾角（度） ， 。1?18???所以： '1112sin()3cogttFLWhPhx????90.2490.3590sin8(.3502)c??????.7m?2.7.1.2 立柱下柱窩位置的確定立柱下柱窩位置的確定，要有利于移架，使支架底座前端比壓小，同時(shí)考慮柱前行人和支架的調(diào)高范圍以及下柱窩與前連桿下鉸點(diǎn)距離，一般按支架在最低位置時(shí)，立柱傾角小于 考慮。如圖 2-9 所示：30?下柱窩位置按下式計(jì)算： ' 22321costanxGPAQH????式中：——上柱窩中心距頂梁與掩護(hù)梁鉸點(diǎn)距離'x——支架在最低位置時(shí)的立柱傾角，取2?20???——支架在最低位置時(shí)，掩護(hù)梁與水平線夾角P——支架在最低位置時(shí)，后連桿與水平線夾角2Q按下式計(jì)算：3H3min23Hh??式中：中國礦業(yè)大學(xué) 2009 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 30 頁——支架最小結(jié)構(gòu)高度minH——立柱下柱窩中心至底座底面距離(m)，取3h 30.5hm?X'α2PQ2Hh3x1圖 2-9 下柱窩位置計(jì)算故： 32.50.318Hm???'12232costanxGPAQH???0.9761.8cos6.518t0???m?2.7.2 平衡千斤頂計(jì)算2.7.2.1 平衡千斤頂推拉力的計(jì)算平衡千斤頂鉸接在掩護(hù)梁和頂梁之間，是液壓支架中非常重要的受力部件。參考同類液壓支架，初取各參數(shù)如下，平衡千斤頂?shù)氖芰θ鐖D 2-10。