3732 掩護式液壓支架設計,掩護,液壓,支架,設計 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文I摘 要由于地下煤層的地質環(huán)境比較復雜，這就要求在不同的煤層環(huán)境中使用不同的與之適應的液壓支架。本論文主要闡述了一般掩護式液壓支架的設計過程。設計內容包括：選架型、總體設計、主要零部件的設計、主要零部件的校核和液壓系統(tǒng)的設計由于該煤層厚度適中，選用掩護式液壓支架，支架采用四連桿機構，以改善支架受力狀況。頂梁、掩護梁、底座均做成箱體結構；立柱采用雙伸縮作用液壓缸，以增加工作行程來滿足支架調高范圍的需要。推移千斤頂采用浮動活塞式結構，以減少推溜力和增大移架力。為了提高移架速度，確保對頂板的及時支護，采用錐閥液壓系統(tǒng)。整個液壓支架的設計都源于煤層厚度這一初始條件，這很好的說明了不同煤層需要不同的液壓支架，于是液壓支架的更新?lián)Q代對于提高采煤效率和增加井下安全性顯得十分重要。關鍵詞：液壓支架；液壓；四連桿機構；采煤；支架選型；推溜；移架河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文IIAbstractAs the coal underground geological environment more complex, which requires coal in different environments with different to the hydraulic pressure support.The article mainly elaborated the general shield type hydraulic pressure support design process. The design content includes: Chooses, the system design, the main spare part design, the main spare part examination and the hydraulic system design.Because this coal bed thickness is moderate, selects the shield type hydraulic pressure support. The support uses four-bar linkage, improves the support stress condition. The top-beam, caving shield, the foundation makes the packed in a box body structure; The column uses the double expansion and contraction function hydraulic cylinder, increases the power stroke to satisfy the support to adjust the high scope the need. Passes the hoisting jack to use the fluctuation plunger type, reduces pushes slides the strength and increases moves a strength. In order to enhance moves a speed, guarantees is prompt to the roof support, uses the mushroom valve hydraulic system.The design of the hydraulic pressure support from all seam thickness of the initial conditions, which is very good description of the different needs of different coal hydraulic pressure support, and therefore the upgrading hydraulic pressure support for improving efficiency and increasing the underground mining safety it is extremely important.Key word: The hydraulic support; hydraulic; four-bar linkage; coal mining; support type choice; push forwards the conveyer; advancing the powered support河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文III目錄目錄 ...........................................................I前 言 ..........................................................11 緒論 .........................................................21.1 液壓支架發(fā)展歷史 ..........................................21.2 我國液壓支架的發(fā)展 ........................................41.3 液壓支架的組成和分類 ......................................51.3.1 液壓支架的組成 ........................................51.3.2 液壓支架的分類及特點 ..................................61.4 液壓支架的工作原理 ........................................81.5 液壓支架的支護方式 .......................................111.6 支架選型的基本參數(shù) .......................................121.6.1 對液壓支架的基本要求 .................................121.6.2 設計液壓支架必需的基本參數(shù) ...........................122 液壓支架的總體設計 ..........................................142.1 液壓支架參數(shù)的確定 .......................................142.1.1 初撐力 ...............................................142.1.2 移架力與推溜力 .......................................142.1.3 支架調高范圍 .........................................142.1.4 中心距和寬度的確定 ...................................152.1.5 底座長度 .............................................152.2 四連桿機構設計 ...........................................162.3 頂梁長度的確定 ...........................................172.3.1 支架工作方式對支架頂梁長度的影響 .....................172.3.2 配套尺寸對頂梁長度的影響 .............................182.3.3 頂梁長度計算 .........................................182.4 立柱及柱窩位置的確定 .....................................202.4.1 立柱數(shù) ...............................................202.4.2 支撐方式 .............................................202.4.3 立柱的設計 ...........................................212.4.4 立柱柱窩位置的確定 ...................................222.5 平衡千斤頂位置的確定 .....................................26河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文IV2.5.1 平衡千斤頂安裝位置的確定原則 .........................262.5.2 平衡千斤頂在頂梁上位置的確定 .........................272.6 主要軸銷間隙及其影響 .....................................313 液壓支架的主要部件的設計 ....................................333.1 頂梁 .....................................................343.2 掩護梁 ...................................................343.3 前、后連桿 ...............................................353.4 底座 .....................................................353.5 立柱 .....................................................363.6 千斤頂 ...................................................363.6.1 推移千斤頂 ...........................................363.6.2 平衡千斤頂 ...........................................373.6.3 側推千斤頂 ...........................................373.7 側護板 ...................................................384 液壓支架受力分析和計算 ......................................404.1 液壓支架基本技術參數(shù)的確定 ...............................404.1.1 立柱的初撐力和泵站額定工作壓力 .......................404.1.2 千斤頂技術參數(shù)確定 ...................................414.2 支架受力分析與計算 .......................................424.2.1 鉸接式頂梁掩護支架 ...................................434.2.2 頂梁載荷分布 .........................................444.2.3 支護強度計算 .........................................454.2.4 底座接觸比壓計算 .....................................464.2.5 支護效率 .............................................475 主要零、部件的強度校核 ......................................485.1 校核的基本要求 ...........................................485.2 強度校核 .................................................496 液壓支架的液壓系統(tǒng)設計 ......................................566.1 液壓支架的液壓系統(tǒng)簡介 ...................................566.2 液壓支架的液壓系統(tǒng)擬訂 ...................................576.2.1 立柱系統(tǒng) .............................................576.2.2 千斤頂系統(tǒng) ...........................................586.2.3 控制閥的選擇 .........................................597 結論 ........................................................61河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文V致謝 ..........................................................62參考文獻 ......................................................63河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文1前 言煤炭是我國常規(guī)能源的主體，隨著國民經濟的發(fā)展，煤炭的需要量越來越大。為了加速我國煤炭工業(yè)的發(fā)展，必須實現(xiàn)綜合機械化采煤。在綜采工作面，液壓支架是中國綜采工作面最主要的技術裝備之一，也是國產綜采工作面裝備中生產量最大的產品 。因此，正確、合理地設計液壓支架，以適應不同地質條件的采煤工作面需要就成為十分重要的環(huán)節(jié)。從采煤設備的發(fā)展過程和趨勢來看，采用液壓支架管理頂板是當代采煤技術史上的一次重要的變革，也是煤礦現(xiàn)代化的主要標志。液壓支架作為綜合機械化采煤的關鍵設備之一，其重量約占綜采設備總重量的80%~90%，其費用約占綜采設備總費用的 70%左右。因此，為了降低成本，提高采煤的經濟效率，世界各主要產煤大國都一直在積極地開展液壓支架的研究。為了適應煤層厚度 1.5~2 米，老頂Ⅱ級,直接頂 1 級，設計了ZY1679∕13∕ 23 型掩護式液壓支架。河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文21 緒論1.1 液壓支架發(fā)展歷史在過去的半個世紀中，煤礦井下開采支護設備的設計和使用發(fā)生了巨大的變化。其中，最引人注目的是，世界范圍內廣泛采用液壓支架作為長壁開采支護工程（Longwall Mining Support Engineering）的主要設備。歷史地來看，大約在四五十年前回采工作面還是使用木支柱。隨著刨煤機、鉆削式和滾筒式采煤機等快速采煤機械的使用，木支柱既不能對頂板提供足夠大的支護阻力，其支設和回收亦很難滿足連續(xù)采煤的要求。于是，剛性木支柱被可壓縮性摩擦和液壓支柱所代替，并以支柱加鉸接頂梁的結構形式支護回采工作面。大約在同一時期，為了支護工作面及其端頭的冒落頂板，英國研制出垛式支架。它主要由安裝在矩形整體底座上的立柱和頂梁組成。1954 年 5月，幾套四柱垛式液壓支架安裝在英國奧爾蒙德（Ormonde）煤礦的低主煤層（Low Main Seam） ，工作效果很好。幾個月后，該煤層的整個工作面都裝備的這種支架。這就是世界上首個裝備液壓支架的采煤工作面。從此，開辟了煤炭工業(yè)的新時代。1958 年，法國試驗成功了節(jié)式支架。節(jié)式支架類似于支柱加橫梁的支護系統(tǒng)。它由底座上并排二根或三根液壓支柱支撐一個頂梁組成。一個液壓千斤頂連接在工作面輸送機上，用來隨工作面的推進而推移輸送機。五十年代末，為開采煤層厚度超過 2m 的松散和破碎頂板條件下的褐煤，前蘇聯(lián)開始研制掩護式液壓支架，并于 1961 年在阿爾斯—科拖（Earls Court）舉辦的貿易展覽會上展出了 OMKT 型掩護式支架。這種支架頂梁很短，僅 0.8m，并與掩護梁鉸接，單根朝前傾斜液壓立柱連接著掩河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文3護梁和底座。當支架在其工作高度范圍內升降時，頂梁端點相對于煤壁做圓弧運動。這樣，不僅影響支架的承載能力，而且端面距變化很大，不利于頂板的維護。但比起垛式和節(jié)式支架，掩護式液壓支架能有效的控制頂板，防止開采過程中矸滲入工作面，工作性能很好。為了保持頂梁端點相對于煤壁作近似的直線運動，在 OMKT 型掩護式支架的基礎上作了許多改進：利用支座滑架，即把支撐掩護梁的支座利用千斤頂沿滑架向前移動一個位置，以補償由于立柱升高時端面距加大的差值。利用伸縮頂梁，即當立柱升高時，在頂梁里利用千斤頂將頂梁伸出，以保持端面距基本不變。將四連桿機構引入支架結構設計中，研制出具有四連桿機構的液壓支架，不僅從根本上解決了端面距變動大和支架不能承受水平力的問題，而且開辟了液壓支架設計的新時代。1964 年，英國國家煤炭局（NCB:National Coal Board）實施的液壓支架試驗規(guī)范；1965 年，F(xiàn)C Dobson 等人研制的剛性底座都促進了液壓支架的進一步發(fā)展。60 年代末和 70 年代初，隨著液壓支架在歐洲使用經驗的日益增加，支架結構也發(fā)生了巨大變化。長頂梁、二柱、三柱、四柱以及多柱四連桿機構的液壓支架相繼問世。并且，為適應底板不平，底座采用分離鉸接式結構；對于松軟底板，為減小底板比壓，采用了接觸面積較大的底座；為防止碎矸竄入采區(qū)，采用了各種防竄矸的掩護裝置。1974 年，NCB 實施的“高科技采煤工程（Advanced Technology Projects） ”推動了液壓支架及采煤設備的進一步發(fā)展。這項工程要求在選擇工作面綜合采煤設備時，必須采用最先進的設備和開采工藝，以提高煤炭產量和改善作業(yè)環(huán)境。河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文4進入 70 年代和 80 年代，液壓支架又有了新的發(fā)展。頂梁不僅實現(xiàn)了“立即前移支護（IFS） ”，而且整個支架安裝了電液控制系統(tǒng)實現(xiàn)微機控制與操作。1981 年杜塞爾多夫采礦展覽會上，展出了液壓連桿式液壓支架和具有液壓調高機構的掩護式支架，并研制出采高為 6m 的大采高支架及放頂煤支架；對于堅硬巖層設計了強力液壓支架等。1.2 我國液壓支架的發(fā)展我國研制液壓支架起步不算晚。1959 年 10 月，原北京礦業(yè)學院設計了三種液壓支架。1961 年設計了“本溪-Ⅱ型”支架，并制造出樣機進行井下試驗。1965 年，北京煤炭科學院和鄭州煤礦機械廠協(xié)作制造出仿英支架。1967 年，太原煤炭研究所首先研制出四組邁步式支架，經修改后于1972 年由鄭州煤礦機械廠制造，并進行井下試驗。1970 年又為大同礦務局設計了 TZ-140 型支架，在此基礎上研制出 TZ-1 支架，開發(fā)了 TZ-IB、TZ- Ⅱ、TZ-Ⅲ、TZ- Ⅳ和 TZ-Ⅴ型等液壓支架。1973 年，北京煤礦機械廠生產出第一套 BZZ 垛式支架，在陽泉礦務局使用。中國煤機行業(yè)從六十年代末開始進行液壓支架的研究和開發(fā)工作。七十年代，在原國務院領導同志關于 “引進、消化、吸收、提高” 方針的指導下，和科研院所一起，共同研究國外液壓支架的設計與制造技術，并結合中國煤層地質條件的復雜性和多樣性，和煤礦企業(yè)一起，先后研制了：適用于中厚煤層開采 的 ZY、 QY 系列產品；適用于堅硬頂板的 ZZ 系列支架。隨著放頂煤技術在煤礦推廣應用，鄭州煤機廠、北京煤機廠和煤科總院北京開采所、太原分院及其他科研單位，又共同研制和開發(fā)了 ZFS、 ZFD 系列放頂液壓支架產品；為適應厚煤層分層開采的實際需要，研制和開發(fā)了出ZZP、ZZPL、ZYP 系列鋪網支架等產品 。目前，以鄭州煤機廠、北京開采所、太原分院和北京煤機廠為主要設計和制造力量的液壓支架的科研 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文5和制造企業(yè)已經能夠根據中國煤礦企業(yè)的需要，設計和生產出支撐高度0.6~5m，工作阻力為 1200- 10000KN，工作面傾角在 30°～45° 以下，移架速度在 12～16s 范圍內的各種掩護式、支撐掩護式、放頂 煤和鋪網液壓支架。目前，國產液壓支架在中國煤礦綜采工作面液壓支架總量的比例已達 94%。 1.3 液壓支架的組成和分類1.3.1 液壓支架的組成液壓支架是綜采工作面支護設備，它的主要作用是支護采場頂板，維護安全作業(yè)空間，推移工作面采運設備。液壓支架的種類很多，但其基本功能是相同的。液壓支架按其結構特點和與圍巖的作用關系—“般分為三大類，即支撐式、掩護式(圖 1-2)和支撐掩護式，根據支架各部件的功能和作用，其組成可分為 4 個部分：1) 承載結構件，如頂梁、掩護梁、底座、連桿、尾梁等。其主要功能是承受和傳遞頂板和垮落巖石的載荷。2) 液壓油缸，包括立柱和各類千斤頂。其主要功能是實現(xiàn)支架的各種動作，產生液壓動力。3) 控制元部件，包括液壓系統(tǒng)操縱閥、單向閥、安全閥等各類閥，以及管路、液壓、電控元件等。其主要功能是操作控制支架各液壓油缸動作及保證所需的工作特性。4) 輔助裝置，如推移裝置、護幫(或挑梁)裝置、伸縮梁(或插板)裝置、活動側護板、防倒防滑裝置、連接件等。這些裝置是為實現(xiàn)支架的某些動作或功能所必需的裝置。河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文61.3.2 液壓支架的分類及特點按液壓支架在采煤工作面的安置位置來劃分，有端頭液壓支架和中間液壓支架。端頭液壓支架簡稱端頭支架，專門安裝在每個采煤工作面的兩端。中間液壓支架是安裝在除工作面端頭以外的采煤工作面所有位置的支架。中間液壓支架按其結構形式來劃分，可分為三種基本類型，即：支撐式、掩護式和支撐掩護式。1) 支撐式支架支撐式支架是出現(xiàn)最早的一種架型，按其結構和動作方式的不同，支撐式支架又分為垛式支架（圖 1-1 a）和節(jié)式支架（圖 1-1 b）兩種結構型式。垛式支架每架為一整體，與輸送機連接并互為支點整體前移。節(jié)式支架由 2~3 個框節(jié)組成，移架時，各節(jié)之間互為支點交替前移，輸送機用于支架相連的推移千斤頂推移。節(jié)式支架由于穩(wěn)定性差，現(xiàn)已基本淘汰。支撐式支架的結構特點是：頂梁較長，其長度多在 4m 左右；立柱多，一般是 4~6 根，且垂直支撐；支架后部設復位裝置和擋矸裝置。以平衡水平推力和防止矸石竄入支架的工作空間內。(a) (b)圖 1-1 支撐式支架結構形式河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文7支撐式支架的支護性能是：支撐力大，且作用點在支架中后部，故切頂性能好；對頂板重復支撐的次數(shù)多，容易把本來完整的頂板壓碎；抗水平載荷的能力差，穩(wěn)定性差；護矸能力差，矸石易竄入工作空間；支架的的工作空間和通風斷面大。由上可知，支撐式支架適用于直接頂穩(wěn)定、老頂有明顯或強烈周期來壓，且水平力小的條件。此種支架在現(xiàn)階段的綜采工作面的生產時都已基本不再采用。2 ) 掩護式支架（如圖 1-2）其主要由前梁、主梁、掩護梁和側護板、底座、前后連桿、前梁千斤頂、推移千斤頂、操縱閥等組成。圖 1-2 掩護式液壓支架結構它的結構特點是：有一個較寬的掩護梁以擋住采空區(qū)矸石進入作業(yè)空間，其掩護梁的上端與頂梁鉸接，下端通過前后連桿與底座連接。底座、前后連桿和掩護梁形成四連桿機構，以保持穩(wěn)定的梁端距和承受水平推力。立柱的支撐力間接作用與頂梁或直接作用與頂梁上。掩護式支架的立柱較少，除少數(shù)掩護式支架 1 根立柱外，一般都是一排 2 根立柱。這種支架的立柱都為傾斜布置，以增加支架的調高范圍，支架的兩側有活動側護板，河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文8可以把架間密封。通常頂梁較短，一般為 左右。m3掩護式支架的支護性能是：支撐力較小，切頂性能差，但由于頂梁短，支撐力集中在靠近煤壁的頂板上，所以支護強度較大、且均勻，掩護性好，能承受較大的水平推力，對頂板反復支撐的次數(shù)少，能帶壓移架。但由于頂梁短，立柱傾斜布置，故作業(yè)空間和通風斷面小。由上可知，掩護式支架適用于頂板不穩(wěn)定或中等穩(wěn)定、老頂周期來壓不明顯、瓦斯含量少的破碎頂板條件。3 ) 支撐掩護式支架其主要由防片幫千斤頂、前梁、頂梁、掩護梁、底座、推移千斤頂、立柱等組成。支撐掩護式支架是在吸收了支撐式和掩護式兩種支架優(yōu)點的基礎上發(fā)展起來的一種支架。因此，它兼有支撐式和掩護式支架的結構特點和性能，可適應各種頂?shù)装鍡l件。此種支架的優(yōu)點是：支撐力大，切頂性能強，防護性能好，通風斷面大，穩(wěn)定性好，應用范圍廣。它的缺點是：結構復雜，成本較高。4 ) 特種液壓支架特種液壓支架是為了滿足某些特殊的要求而發(fā)展起來的液壓支架，在結構形式上仍屬于以上某種液壓支架。包括放頂煤支架等。1.4 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不同的幾個液壓缸來實現(xiàn)完成的。如圖 1-3 示1）升柱河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文9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，另一腔回液，推動活塞上升，使與活塞桿相連接的頂梁接觸頂板。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。圖 1-3 液壓支架工作原理-頂梁 -立柱 -底座 -推移千斤頂 -安全閥 -液控單向閥123456、 -操縱閥 -輸送機 -乳化液泵 -主供液管 -主回液管78910123）支架和輸送機前移支架和運輸機的前移，都是由底座上的推移千斤頂來完成的。當需要支架前移時，先降柱卸載，然后高壓液進入推移千斤頂?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；當需要推運輸機時，支架支撐頂板后，高壓液進入推移千斤頂?shù)幕钊唬硪磺换匾?，以支架為支點，是活塞桿伸出，把運輸機推向煤壁。支架的支撐力與時間曲線，稱為支架的工作特性曲線，如圖 1-4 所示：支架立柱工作時，其支撐力隨時間的變化過程可分為三個階段。-初撐階段； -增阻階段； -恒阻階段； -初撐力； -工作阻0t1t2t1p2p力a. 初撐階段河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文10支架在升柱時，高壓液進入立柱下腔，立柱升起使頂梁接觸頂板，立柱下腔壓力增加，當增加到泵站工作壓力時，泵站自動卸載，支架的夜控單向閥關閉，立柱下腔壓力達到初撐力，此階段為初撐階段 。0t圖 1-4 支架的工作特性曲線tb. 增阻階段支架初撐后，隨頂板下沉，立柱下腔壓力增加，直到增加到支架的安全閥調正壓力，立柱下腔壓力達到工作阻力。此階段為增阻階段 。1tc. 恒阻階段隨著頂板壓力繼續(xù)增加，使立柱下腔壓力超過支架的安全閥壓力調正值時，安全閥打開而溢流，立柱下縮，使頂板壓力減小，立柱下腔壓力降低，當?shù)陀诎踩y壓力調整之后，安全閥停止溢流，這樣在安全閥調整壓力的限制下，壓力曲線隨時間呈波浪形變化，此階段為恒阻階段 。2t支架的工作阻力標志著支架的最大承載能力。河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文11對于掩護式和支撐掩護式支架，其初撐力和工作阻力的計算還要考慮到立柱傾角的影響因素。支架的工作阻力是支架的一個重要參數(shù)，它表示支架支撐力的大小。但是，由于支架的頂梁長短和間距大小不同，所以并不能完全反映支架對頂板的支撐能力。因此，常用單位支護面積頂板上所受支架工作阻力值的大小，即支護強度來表示支架的支護性能。即 a310MPFq???式中 —支架的支護面積， 。F2m1.5 液壓支架的支護方式綜采工作面的主要生產工序有采煤、移架和推溜。 3 個工序的不同組合順序，可形成液壓支架的 3 種支護方式，從而決定工作面“三機”的不同配套關系。1) 即時支護—般循環(huán)方式為：割煤一移架一推溜，工作面“三機”的配套關系。即時支護的特點是，頂板暴露時間短，梁端距較小。適用于各種頂板條件，是目前應用最廣泛的支護方式。2) 滯后支護一般循環(huán)方式為：割煤一推溜一移架。滯后支護的特點是，支護滯后時間較長，梁端距大，支架頂梁較短?？捎糜诜€(wěn)定、完整的頂板。3) 復合支護—般循環(huán)方式為：割煤一支架伸出伸縮梁一推溜一收伸縮梁一移架。復合支護的特點是：支護滯后時間短，但增加了反復支撐次數(shù)。可適用于各種頂板條件，但支架操作次數(shù)增加，不能適應高產高效要求，目前河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文12應用較少。1.6 支架選型的基本參數(shù)1.6.1 對液壓支架的基本要求1) 為了滿足采煤工藝及地質條件的要求，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 100 左右；NK移架力按煤層厚度而定，薄煤層一般為 100 ~150 ,中厚煤層一般為NK150 至 250 ,厚煤層一般為 300 ~400 。NK3) 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) 為了操作和生產的需要，要有足夠寬的人行道。7) 調高范圍要大，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，能夠承受一定得不均勻載荷和沖擊載荷。10) 滿足強度條件下，盡可能的減輕支架重量。11) 要易于拆卸，結構要簡單。12) 液壓元件要可靠。1.6.2 設計液壓支架必需的基本參數(shù)1) 頂板條件河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文13根據老頂和直接頂?shù)姆诸?，對支架進行選型。給定參數(shù)：老頂Ⅱ級直接頂 1 級2) 最大和最小采高根據最大和最小采高，確定支架的最大和最小高度，以及支架的支護強度。3) 瓦斯等級根據瓦斯等級，按保安規(guī)程規(guī)定，驗算通風斷面。給定條件：瓦斯等級 1 級4) 底板巖性及小時涌水量根據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工作面煤壁條件，決定是否用護幫裝置。6) 煤層傾角根據煤層傾角，決定是否選用防倒防滑裝置。給定條件：煤層傾角 8o7) 井筒罐籠尺寸根據井筒罐籠尺寸，考慮支架的運輸外形尺寸。8) 配套尺寸據配套尺寸及支護方式來計算頂梁長度。河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文142 液壓支架的總體設計2.1 液壓支架參數(shù)的確定2.1.1 初撐力初撐力的大小是相對于支架的工作阻力而言的，并與頂板的性質有關。較大的初撐力可以使支架較快地達到工作阻力，防止頂板過早的離層，增加頂板的穩(wěn)定性。對于不穩(wěn)定和中等穩(wěn)定頂板，為了維護機道上方的頂板，應取較高的初撐力，約為工作阻力的 80%。2.1.2 移架力與推溜力移架力與支架結構、噸位、支撐高度、頂板狀況是否帶壓移架等因素有關，一般薄煤層支架的移架力為 。KN150~2.1.3 支架調高范圍支架最大結構高度 25..01???ShHm支架最小結構高度m3.1..5a2 ????n式中 、 —煤層最大、最小采高；mh—偽頂冒落的最大厚度，一般取 m，這里可取 0.25m；1S 3.0~2—頂板周期來壓時的最大下沉量、移架使支架的下降量和頂梁上、2河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文15底座下的浮矸、煤層厚度之河，一般取 0.1~0.2m，這里取 0.1m。確定支架的最低高度時還應考慮到井下的允許運輸高度支架的伸縮比 73.125.minax??HKs值的大小反映了支架對煤層厚度變化的適應能力，其值越大，說明sK支架適應煤層厚度變化的能力越強，采用雙伸縮立柱， 值可取 1.9 左右。sK若進一步提高伸縮比，需采用帶機械加長桿的立柱。2.1.4 中心距和寬度的確定支架中心距（ ）一般等于工作面一節(jié)溜槽長度。大采高支架為提高cb穩(wěn)定性中心距可采用 1.75m，輕型支架為適應中小煤礦工作面快速搬家的要求，中心距可采用 1.25m。目前國內外液壓支架中心距大部分采用1.5m，因此設計中預取 =1500mm。cb頂梁總寬度（ ）的確定應考慮支架的運輸、安裝和調架要求。支mB架頂梁一般裝有活動側護板，側護板行程一般為 170~200mm。這里可取=1500mm， =1300mm。mBn2.1.5 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，應考慮如下諸方面：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、河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文16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)定性等。通常，掩護式支架的底座長度取 3.5 倍的移架步距（一個移架步距為 0.6m） ，即 2.1m 左右，可取 2200mm。2.2 四連桿機構設計四連桿機構是掩護式支架和支撐掩護式支架的最重要部件之一。其作用概括起來主要有兩個：其一是當支架由高到低變化時，借助四連桿機構使支架頂梁前端點的運動軌跡呈近似雙紐線，從而使支架頂梁前端點與煤壁間距離的變化大大減小，提高了管理頂板的性能；其二是使支架能承受較大的水平力。 為了掌握四連桿機構的設計方法，必須正確理解四連桿機構的作用。下面通過四連桿機構動作過程的幾何特征進一步闡述其作用。這些特征是四連桿動作過程的必然結果。1）支架高度在最大和最小范圍內變化時，頂梁端點運動軌跡的最大寬度 mm，最好為 30mm 以下；70e?2）支架在最高位置時和最低位置時，頂梁與掩護梁的夾角 P 和后連桿與底平面的夾角 Q，應滿足如下要求：支架在最高位置時， ， ；支架在最低位置oP62~5?oQ85~7?時，為有利于矸石下滑，防止矸石停留在掩護梁上，根據物理學摩擦理論可知，要求 ，如果鋼和矸石的摩擦系數(shù) ，則 。為Wtg?3.0?W?7.16p了安全可靠，最低工作位置應使 。??25p3) 掩護梁與頂梁鉸點和瞬時中心 之間的連線與水平線夾角為 ,設計??時要滿足 ，原因是 θ 角直接影響支架承受附加力的數(shù)值大小。35.0tg??河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文174) 應取頂梁前端點運動軌跡雙紐線向前凸的一段為支架工作段，如圖2—1 所示的 h 段。圖 2-1 四連桿機構幾何特征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，使整個支架產生順時針轉動的趨勢，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。2.3 頂梁長度的確定根據支架工作方式何設備配套尺寸來確定頂梁長度。2.3.1 支架工作方式對支架頂梁長度的影響支架工作方式對支架頂梁長度影響很大，先移架后推溜方式（及時支護方式）要求頂梁有較大的長度；先推溜后移架方式（滯后支護方式）要河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文18求頂梁長度較短。只是因為采用先移架后推溜的工作方式，支架要超前輸送機一個步距，以便采煤機過后，支架能及時前移，支控新暴露的頂板，做到及時支護。因此，先移架后推溜時頂梁長度比先推溜后移架時的頂梁長度要長一個步距為 600mm。2.3.2 配套尺寸對頂梁長度的影響為防止當采煤機向支架內傾斜時，采煤機滾筒不切割頂梁在設計時要求頂梁前端距煤壁最小距離為 300mm。2.3.3 頂梁長度計算掩護式支架頂梁長度計算(如圖 2-3)：1) 頂梁長度=[配套尺寸+底座長度+Acos（ ）]-[Gcos（ ）+300+e]1Q1P+掩護梁與頂梁鉸點至頂梁后端點之距（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—底座前端至后連桿下鉸點之距，參照 SY3800∕10∕22型掩護式液壓支架底座長度可取 2200mm；e—支架由高到低頂梁前端點最大變化距離，根據范圍可取 20mm；、 —支架在最高位置時，分別為后連桿和掩護梁與水平面的1Q1P夾角；A、G—分別為后連桿和掩護梁長度。河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文19圖 2-3 配套尺寸圖2) A 和 G 的長度確定：一般按同類型支架用類比法來確定掩護梁上鉸點至頂梁頂面之距和后連桿下鉸點至底座底面之距，參照 SY3800∕10∕22 型掩護式液壓支架可選取掩護梁上鉸點至頂梁頂面之距為 130mm，后連桿下鉸點至底座底面之距為 220mm。-130-220=2250-130-220=1900mmm1H?取 、 ，后連桿與掩護梁的比值 I=0.45~0.61，這里 I 可?801Q?6P取 0.45。當支架在最高位置時的 H1 值確定后，掩護梁長度 G 為：G= ）（）（ 11sinPsiQIH?= 008i45.6i9?河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文20=1451mm后連桿的長度為：A=IG=0.45 1451?=653mm前、后連桿上鉸點之距與掩護梁的比值為 =0.22~0.3，這里可取 0.251I前、后連桿上鉸點之距為：B= G=0.25 1451=362.8mm1I?頂梁長度=[配套尺寸+底座長度+Acos（ ）]-[Gcos（ ）+300+e]+掩護梁1Q1P與頂梁鉸點至頂梁后端點之距=[2422+2200+675 cos（ ）]-[1500cos （?80）+300+20]+100=3769mm 。?60式中 配套尺寸參照 MG300—AW1 型采煤機、SGZ764 型輸送機來選取配套尺寸=671+374+764+613=2422mm。2.4 立柱及柱窩位置的確定2.4.1 立柱數(shù)掩護式支架為二柱。2.4.2 支撐方式掩護式支架為傾斜布置，這樣可克服一部分水平力，并能增大調高范圍。一般立柱軸線與頂梁的垂直夾角小于 300（支架在最低工作位置時） ，由于角度較大，可使調高范圍增加。同時由于頂梁較短，立柱傾角加大可河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文21以使頂梁柱窩位置前移，使頂梁前端支護能力增大。2.4.3 立柱的設計1）支護面積支架的支護面積按下式計算： )(???LgbFC式中 —支護面積( )；cF2m—頂梁寬度，取 1.5m；b—頂梁長度；gL—移架后頂梁前端點到煤壁的距離，一般取 0.3+e。?故： = =5.98cF)32.0769.(51??2m2）支護強度支護強度的計算可借助于查表。首先按表根據老頂級別和直接頂類別確定支架架型，再根據老頂級別和采高確定支護強度， 。2m/45qKN?立柱參數(shù)的確定：立柱缸體內徑按下式進行計算： md1dcospn40??FD?= ??2834.2.65= c917式中 —立柱缸體內徑（cm） ；dD河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文22—支架承受的理論支護阻力（ ） ； 1FKNKN1.465298.5qxc????—每架支架立柱數(shù)；dn—立柱最大傾角，可取 ；m??—安全閥調正壓力，取 。apa3MP??按照國家標準選取比計算值大的標準值作為內徑 ，選取立柱的基本參數(shù)eD為：外缸內徑： 180mm中缸外徑： 170mm中缸內徑： 140mm 活柱外徑： 120mm工作阻力： 1078KN外缸額定工作壓力： 44.1 aMP中缸額定工作壓力： 72.8推薦選用鋼材：外缸： 2419?中缸： 80活柱：元鋼 2.4.4 立柱柱窩位置的確定1) 上柱窩位置的確定確定的原則：河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文23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。為了簡化計算，假定頂梁與頂板均勻接觸，載荷沿頂梁長度方向按線性規(guī)律變化，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，載荷沿頂梁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，支架支撐力分布也為三角形，以此計算立柱上柱窩位置。此時認為支架頂梁承受集中載荷 在頂梁 處，取1F3頂梁為分離體，受力情況如圖 2-4 所示。圖 2-4 受力分析圖對 A 取矩： 0AM??1g1tt2hpcosxinh03FLFW???? ?（ -）g1t21ti3xpcosL???（ -） ???????5.4cos6.7813.025in1.30.45769.45 ）（m108式中 x—立柱上柱窩至頂梁和掩護梁鉸點之距（m ） ；河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文24—支架支護阻力（KN） ；1Fq—支架最大支護強度（ ） ；2m/KN—支護面積（ ） ；c2—頂梁長度（不包括頂梁與掩護梁鉸點至頂梁后端之距） （m ） ；gL—立柱工作阻力之和（KN） ， 1678.6KN；tP?tP—頂梁和掩護梁鉸點至頂梁頂面之距（m） ；1h—立柱上柱窩中心至頂梁頂面之距（m） ，參照 QY240-10/26 型掩2護式支架取 ；5.0?—立柱在最高位置時的傾角（度） ，可根據立柱在最高位置和最低?位置時 以及立柱在最低位置的傾角 來計算出 。3H?28??5.14?2) 下柱窩位置的確定立柱下柱窩位置的確定，要有利移架，使底座前端比壓小。同時考慮柱前行人和支架的調高范圍以及下柱窩與前連桿下鉸點的距離，一般按支架在最低工作位置時立柱最大傾角應小于 來考慮，具體計算如圖 2-5?30所示。河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文25圖 2-5 受力分析圖按幾何關系列出的下述諸公式進行計算。（2-1）??cosxcosx121 ?????GA（2-2）23tg?H將（2-2 ）式代入（2-1 ）式得：（2-3）2311 tgcos-x??H????? ???????28tan907cos65.45087=1219.9mm式中 ；m15213h2n3 ??????）（）（H—支架最低位置時，后連桿與水平面夾角，利用幾何作圖法可求1?出 =170；—支架最低位置時，立柱傾角；2河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文26—支架最低位置時，掩護梁與水平面夾角，同樣可以利用幾何作?圖法求出 =31.60；—立柱上柱窩至掩護梁與頂梁鉸點之距；x?—立柱下柱窩至底座下表面之距，這里參照 SY3800∕10∕22 型3h掩護式液壓支架可選取 =0.15m。3h由支架的 、 、 、 可計算mH18503?903?? ??5.14??28得出立柱的工作行程 L=892mm，查液壓缸活塞行程系列表取 L=900mm。2.5 平衡千斤頂位置的確定掩護式支架中平衡千斤頂?shù)耐屏屠τ嬎?，平衡千斤頂位置應按如下方法計算確定： 2.5.1 平衡千斤頂安裝位置的確定原則為了保證支架工作的可靠性，支架的支撐力分布（包括立柱的支撐力和平衡千斤頂?shù)耐屏屠Φ龋┍仨氝m應頂板載荷分布。當立柱的上、下柱窩位置確定后，就可以根據頂板載荷分布來確定平衡千斤頂?shù)奈恢?，現(xiàn)按兩種情況進行分析。當頂梁前端出現(xiàn)空頂時，頂梁后端載荷加大，頂板載荷合力作用點位置后移，此時平衡千斤頂受拉，為使支架支撐力分布適應頂板載荷分布，假設合力作用點位置在頂梁后端 0.27 倍頂梁長度出來進行計算。當頂梁后端出現(xiàn)空頂時，頂梁前端載荷加大，頂板載荷合力作用點位置前移，此時平衡千斤頂受推，為使支架支撐力分布適應頂板載荷分布，假設合力作用點位置在頂梁后端 0.35 倍頂梁長度處進行計算。河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文272.5.2 平衡千斤頂在頂梁上位置的確定1）平衡千斤頂在頂梁上位置的確定取頂梁為分離體（如圖 2-6 示）：圖 2-6 受力分析圖由 ?????0YX???????6sin)(2coscoin8a1PFPFWt得出 （2-4）8t1asin60??由 ???M 0hcos)(sin)(cossin 121t121728281 ?????????? WFLPhPhPLxFt ）（??河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文28（2-5 ） 由 0b??M0h6cossinh2sin0cohx 170a20a27t1t7121 ?????? ）（）（）（ FLPLWFL（2-6 ）將（2-4 ）代入（2-6 ）中得到新的方程，此方程再與（2-5）聯(lián)立可解出： ????KNPL7.13m8208式中 —平衡千斤頂?shù)耐啤⒗Γㄍ屏θ　埃?、拉力取“－” ） ；8P—頂板與掩護梁之間的摩擦系數(shù)，計算時取 0.3；W—支架在最高位置時的立柱傾角；?1?—支架在最高位置時平衡千斤頂傾角。2為使平衡千斤頂與掩護梁不發(fā)生干涉，保證支架在不同高度是平衡千斤頂與掩護梁平行， 可以取支架在最高位置時頂梁上平面和掩護梁?2?的夾角 。?60—平衡千斤頂活塞桿鉸點至頂梁頂面之距，當支架降到頂梁和掩7h護梁成 時，為使平衡千斤頂不與掩護梁發(fā)生干涉，所以可以按下式進?18行計算：m483.0.215.03.217 ?????beDBh?式中 —掩護梁厚度（m） ，參照 SY3800∕10∕22 型掩護式液壓支架可e選 =0. 5m；B河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文29—平衡千斤頂外徑（m） ，參照 SY3800∕10∕22 型掩護式液壓bD支架可暫選 =0.125m；—平衡千斤頂外徑與掩護梁間之間隙，一般取 m；b? 05.~3.—瞬心點至頂梁和掩護梁鉸點之距（m） ；6h—立柱柱窩中心至平衡千斤頂上鉸點之距（ ） ；1L—平衡千斤頂上鉸點至頂梁和掩護梁鉸點之距（m） ；2—支護阻力合力作用點位置（m） ，平衡千斤頂在推力時，取x。LgX35.0?式中 為頂梁長度。2）平衡千斤頂?shù)男谐逃嬎銥榱朔乐蛊胶馇Ы镯數(shù)亩h(huán)或平衡千斤頂本身拉壞，對平衡千斤頂?shù)男谐逃腥缦乱螅寒斨Ъ茉谧罡呶恢脮r，頂梁能下擺 ；支架在最低位015置時頂梁能上擺 ，或頂梁和掩護梁近似成 。為簡化計算，取如下018兩種情況：假設平衡千斤頂?shù)幕钊麠U全部伸出時頂梁和掩護梁成 ；平08衡千斤頂?shù)幕钊麠U全部縮回時，支架恰好在最高位置。 當支架在最高位置時，平衡千斤頂達到最小長度為 ,如圖 2-7 所示。4L河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文30圖 2-7 支架在最高位置時的 4L上式中 2172cos)h(x?????L)artn80s) 2172172 Lhh?）（）（ 8.034arct601cos348.2032????=204mm當頂梁和掩護梁成 時，平衡千斤頂達到最大長度為 ，如圖 2-8?1 5L所示。圖 2-8 計算圖5L河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文31x245??L行程 =24?LS m8.4078.03?3）平衡千斤頂在掩護梁上位置的確定平衡千斤頂?shù)男谐檀_定后，即可確定它在掩護梁上的位置 254xL???21sba8.03.7209?m8.6?式中 —當活塞全部縮回后，缸體上鉸點至活塞上部之距，這里可以取1a=209mm； 1—當活塞桿全部縮回時，活塞桿鉸點至活塞腔出油孔中心線之距，b這里取 =141mm。1 mDBLbe 5.324012526 ??????通過 和 的計算，平衡千斤頂在掩護梁上的位置就確定了。672.6 主要軸銷間隙及其影響參照 QY240 型支架，頂梁和掩護梁孔為 82mm，銷為 80mm，間隙為2mm；四連桿孔為 102mm，銷為 100mm，間隙為 2mm。銷軸間隙大小對支架支護性能有一定影響，現(xiàn)僅舉例說明之。1）影響梁端距如果銷軸間隙均能保證，當頂板對頂梁的摩擦力向后時，使頂梁前端河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文32后移 2mm，反之當頂板對頂梁的摩擦力向前時，使頂梁前端向前移2mm。2）間隙過小，裝配困難。3）受力影響支