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摘 要 本次設(shè)計(jì)內(nèi)容是支撐掩護(hù)式液壓支架總體及推移千斤頂設(shè)計(jì)。液壓支架與采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)構(gòu)成綜采工作面設(shè)備，液壓支架不僅用來支撐頂板，推動(dòng)刮板輸送機(jī)工作面和自移式支架本身，而且還為綜采工作面的采煤設(shè)備提供一個(gè)安全的工作環(huán)境。因此正確的選擇和設(shè)計(jì)液壓支架對(duì)長(zhǎng)壁工作面采煤具有十分重要的意義。此外，由于對(duì)液壓支架需求數(shù)量很大，對(duì)其投資要占到長(zhǎng)壁采煤工作面初始投資的一半以上，所以，液壓支架是長(zhǎng)壁采煤工作面設(shè)備中十分重要的一部分。支撐掩護(hù)式液壓支架具有支撐式液壓支架和掩護(hù)式液壓支架的特點(diǎn)。所以，支撐掩護(hù)式液壓支架具有他們所具有的優(yōu)點(diǎn)。液壓支架作為回采工作面的一種支護(hù)設(shè)備，液壓支架在工作時(shí)能否取得良好的支護(hù)效果，跟液壓支架的架型，結(jié)構(gòu)有關(guān)。首先，通過作圖法確定支架的四連桿機(jī)構(gòu)各桿系的長(zhǎng)度；其次，對(duì)液壓支架的前梁、頂梁、掩護(hù)梁進(jìn)行受力分析，對(duì)支架上的載荷進(jìn)行計(jì)算；最后對(duì)推移千斤頂?shù)囊簤焊?、活塞桿等進(jìn)行強(qiáng)度效核,并畫出設(shè)計(jì)所需要的機(jī)械圖。 關(guān)鍵詞：支撐掩護(hù)式液壓支架；四連桿；推移千斤頂；強(qiáng)度 Abstract The design content is the overall and the passage Jack design of the shield hydraulic support.Hydraulic support and shearer, scraper conveyor of fully mechanized mining face equipment, hydraulic support can not only be used to support the roof, promote scraper conveyor working face and self moving scaffolding itself, but also provides a safe working environment for coal mining equipment of fully mechanized coal face.?So the correct choice and design of hydraulic support for the long wall coal mining is of great significance.?In addition, because of hydraulic support demand quantity is very big, the investment to account for more than half of the initial investment for a long wall coal mining face, so hydraulic support is long wall mining coal working surface equipment is a very important part of.?Support shield type hydraulic support has the characteristics of supporting hydraulic support and shield hydraulic support.Therefore, the support of the shield type hydraulic support has the advantages that they have.?Hydraulic support is used as a supporting device for working face, and can achieve good supporting effect when hydraulic support is working, and it is related to the frame structure and structure of the hydraulic bracket..?First, each rod four-bar mechanism by graphical method for the determination of stent length; secondly, of hydraulic support top beam, a top beam, a shield beam stress analysis, to calculate the load on the bracket; finally the pushing jack hydraulic cylinder, piston rod for intensity effect, and draw the design of mechanical drawing. Key words: chock-shield hydraulic support; canopy; four-bar links; advancing jack;strength 目 錄 前言 1 1　概述 2 1.1　液壓支架發(fā)展過程及現(xiàn)狀 2 1.2　液壓支架的應(yīng)用 3 1.2.1 液壓支架的作用 3 1.2.2 綜采工作面的布置 3 1.3　液壓支架的類型及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 3 1.4　支架的結(jié)構(gòu)及工作原理 4 1.4.1 液壓支架的組成 4 1.4.2 液壓支架的工作原理 5 1.4.3 液壓支架立柱的工作過程 6 1.5 液壓系統(tǒng)及其控制元件 6 2　液壓支架整體結(jié)構(gòu)分析及選型 8 2.1　支撐掩護(hù)式支架設(shè)計(jì)的初始條件 8 2.2　液壓支架基本結(jié)構(gòu)部件選型 8 2.2.1頂梁 8 2.2.2 護(hù)幫裝置形式的選擇 9 2.2.3 支架活動(dòng)側(cè)護(hù)板形式的選擇 9 2.2.4 底座 11 2.2.5 推移裝置的形式選擇 11 2.3　主要參數(shù)設(shè)計(jì) 12 2.3.1 支架的最大高度和最小高度 12 2.3.3 支架的中心距和寬度 14 2.3.4 底座長(zhǎng)度 14 2.3.5 底座寬度 14 3　液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 16 3.1 四連桿機(jī)構(gòu)的力學(xué)影響及幾何特征 16 3.1.1 四連桿的力學(xué)影響 16 3.1.2 四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征 16 3.2四連桿機(jī)構(gòu)的幾何作圖法 17 3.2.1幾何作圖法作圖 18 3.3梁端距和頂梁長(zhǎng)度的確定 20 3.5 立柱和千斤頂位置的確定 21 3.5.1 立柱的布置 21 3.5.2立柱主要參數(shù)確定 21 3.5.3 立柱柱窩位置的確定 23 3.5.4 側(cè)推千斤頂位置的確定 23 3.5.5前梁千斤頂?shù)拇_定 24 4　液壓支架受力分析 25 4.1液壓支架的受力分析與計(jì)算 25 4.2其他附屬設(shè)的配套 31 4.3 支護(hù)強(qiáng)度和底座接觸比壓 32 4.3.1 實(shí)際支護(hù)強(qiáng)度計(jì)算 32 4.3.2 底座接觸比壓計(jì)算 32 5 液壓支架推移裝置的設(shè)計(jì) 34 5.1推移方式 34 5.2 推移千斤頂布置 34 5.3 推移千斤頂類型選擇 34 5.4 推移千斤頂?shù)募夹g(shù)參數(shù)確定 35 5.5 液壓缸各個(gè)技術(shù)參數(shù)的確定 36 5.5.1 推移液壓缸缸蓋及缸底尺寸的確定 36 5.6 推移千斤頂強(qiáng)度驗(yàn)算 38 5.6.1 油缸穩(wěn)定性計(jì)算 38 5.7 活塞桿的強(qiáng)度驗(yàn)算 39 5.7.1 在承受同心最大載荷情況下油缸的初擾度 39 5.7.2 油缸的最大擾度 39 5.7.3 活塞桿的合成應(yīng)力 40 5.7.4 活塞桿的抗彎強(qiáng)度計(jì)算 40 5.8 缸體強(qiáng)度驗(yàn)算 41 5.8.1 油缸壁厚驗(yàn)算 41 5.8.2 缸體與缸底焊縫強(qiáng)度驗(yàn)算 41 6　液壓控制系統(tǒng)的確定 43 6.1　液壓支架控制方式 43 6.2擬定液壓系統(tǒng) 43 結(jié) 論 46 經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析 47 致　謝 48 參考文獻(xiàn) 49 附　錄 50 附錄A 譯文 50 附錄B 外文文獻(xiàn) 54 前言 液壓支架是綜采工作面的重要設(shè)備之一，它的作用是支護(hù)頂板、并保證安全的作業(yè)空間，同時(shí)也要推移工作面輸送機(jī)和采煤機(jī)，因此液壓支架的性能和可靠性在煤礦開采過程中是至關(guān)重要的。我的畢業(yè)設(shè)計(jì)就是支撐掩護(hù)式液壓支架總體及推移千斤頂設(shè)計(jì)，其中，支撐掩護(hù)式液壓支架是日本在引進(jìn)英國(guó)垛式支架和蘇聯(lián)掩護(hù)式支架的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)煤礦的特點(diǎn)于1968年首先研制成功的。它具有切頂性能好，工作空間寬敞的優(yōu)點(diǎn)，采用雙排立柱支撐頂梁的結(jié)構(gòu)，有利于液壓支架切頂；同時(shí)吸收了掩護(hù)式支架防護(hù)性能好，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的長(zhǎng)處，采用堅(jiān)固的掩護(hù)梁隔離采空區(qū)，起到避免采空區(qū)冒落矸石涌入工作面的作用，同時(shí)它與前后連桿、底座共同組成四連桿機(jī)構(gòu)。因此，對(duì)支撐掩護(hù)式液壓支架的設(shè)計(jì)和研究是十分重要的。 液壓支架有降柱，移架，升柱，推溜四個(gè)基本動(dòng)作。支架的升降由立柱的伸縮來實(shí)現(xiàn)，支架和輸送機(jī)的前移，是由底座的推移千斤頂來完成的，它布置在支架底座中部空間內(nèi)，由推移千斤頂?shù)纳斐觥⑹栈赝瓿赏屏锖鸵萍芄δ?，是支架推溜、移架機(jī)構(gòu)中的連接體。 設(shè)計(jì)的原始條件是采高為2.5m～3.2m，老頂級(jí)別為Ⅲ級(jí)，直接頂類別為3類的支撐掩護(hù)式液壓支架的設(shè)計(jì)。老頂來壓強(qiáng)烈，直接頂穩(wěn)定，所需要液壓支架特點(diǎn)是工作阻力大，支護(hù)強(qiáng)度高，切頂能力強(qiáng)。 1　概述 1.1　液壓支架發(fā)展過程及現(xiàn)狀 1-采煤機(jī)；2-液壓支架；3-可伸縮皮帶運(yùn)輸機(jī)；4-轉(zhuǎn)載機(jī)；5-工作面可彎曲刮板機(jī)；6-主進(jìn)液管；7-主回液管；8-乳化液泵；9-乳化液箱；10-端頭支架；11-單體液壓支架 圖1-1 綜采工作面設(shè)備布置圖 Fig .1-1 Fully mechanized coal face equipment layout 液壓支架是綜采工作面的主要設(shè)備之一，它分散布置在整個(gè)采煤工作面上，液壓支架是以高壓液體為動(dòng)力，由金屬構(gòu)件和液壓元件（液壓缸和液壓閥）組成。它與采煤機(jī)、可彎曲刮板機(jī)運(yùn)輸機(jī)組成三機(jī)配套，成為回采工作面的綜合機(jī)械化設(shè)備。由于液壓支架的使用，極大的提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，增加了采煤產(chǎn)量，在此同時(shí)可以減少勞動(dòng)強(qiáng)度保證了煤礦安全生產(chǎn)，目前，液壓支架已經(jīng)在大中型煤礦中得到了廣泛的應(yīng)用。 液壓支架經(jīng)歷了如下幾個(gè)階段的發(fā)展過程。50年代，英國(guó)研制的垛式支架和法國(guó)研制的節(jié)式支架代替了木支架、金屬摩擦支架，開辟了采煤工作面支護(hù)設(shè)備的技術(shù)革命；60年代前蘇聯(lián)研制并改進(jìn)的OMKT型掩護(hù)式支架(具有四連桿機(jī)構(gòu))，解決了支架梁端距變化大且不能承受水平力的問題，開辟了液壓支架設(shè)計(jì)的新時(shí)代：70年代主要是“立即支護(hù)”方式；80年代以來，為提高生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本，液壓支架在液壓性能和自動(dòng)化程度方面有了大幅度提高。 我國(guó)近十年來液壓支架的發(fā)展趨勢(shì)是兩柱掩護(hù)式和四柱支撐掩護(hù)式支架的發(fā)展，架型我國(guó)自1973年開始大規(guī)模引進(jìn)德國(guó)、英國(guó)等國(guó)家的綜采設(shè)備，經(jīng)歷了消化、吸收和改進(jìn)提高的過程，到目前已經(jīng)形成了較完整的設(shè)計(jì)、制造和科研體系。對(duì)于液壓技術(shù)的突破，一方面是設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)參數(shù)，另一方面是液壓支架控制系統(tǒng)的重大突破，應(yīng)用電液控制技術(shù)，使用電磁控制的先導(dǎo)閥，并且應(yīng)用壓力傳感器和位移傳感器，以及微處理機(jī)技術(shù)，紅外遙感技術(shù)等現(xiàn)代科技成果，使得液壓支架的動(dòng)作自動(dòng)連續(xù)進(jìn)行，移架速度大大提高，配合采煤機(jī)的煤巖識(shí)別系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)工作面自動(dòng)控制。 1.2　液壓支架的應(yīng)用 1.2.1 液壓支架的作用 液壓支架的作用是對(duì)采煤工作面工作空間的頂板進(jìn)行有效的支護(hù)；能夠推移工作面的運(yùn)輸機(jī)，同屬隨著采煤工作面的推進(jìn)，支架可以在其內(nèi)部推移千斤頂?shù)淖饔孟孪蚯耙苿?dòng)，起著防止后部垮落的矸石竄入工作空間的作用，對(duì)于煤礦安全高效生產(chǎn)起著至關(guān)重要的作用。 1.2.2 綜采工作面的布置 綜合機(jī)械化采煤設(shè)備在工作面的布置情況如圖1-1所示，其中主要設(shè)備有：用于破煤和裝煤工作的滾筒式采煤機(jī)1(也可用刨煤機(jī))，進(jìn)行運(yùn)煤的工作面可彎曲刮板運(yùn)輸機(jī)5和順槽運(yùn)輸設(shè)備(轉(zhuǎn)載機(jī)4和可伸縮皮帶運(yùn)輸機(jī)3)，用以支護(hù)頂板的工作面液壓支架2和端頭支架10及單體液壓支柱11，設(shè)在下順槽的乳化液泵站(包括乳化液泵8和乳化液箱9)，以及由乳化液泵站引入工作面的主進(jìn)液管6和主回液管7等。 1.3　液壓支架的類型及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 支撐式支架 液壓支架 掩護(hù)式支架 垛式支架 節(jié)式支架 單鉸式掩護(hù)支架 四連桿式掩護(hù)支架 支撐掩護(hù)式支架 一般將液壓支架分為三大類，即 支撐式支架的特點(diǎn)是：頂梁較長(zhǎng)，其長(zhǎng)度多在4m左右；它利用立柱與頂梁直接支撐同時(shí)控制著工作面的頂板。特點(diǎn)是立柱多，支撐力大，支撐效率較高，同時(shí)切頂性好；通風(fēng)斷面大，適用于中等穩(wěn)定以上的頂板。 掩護(hù)式支架的特點(diǎn)是：立柱少、切頂能力弱；它的控頂距小，其中掩護(hù)梁可以防止巖石落入工作面，同時(shí)由掩護(hù)梁、前連桿、后連桿、與底座構(gòu)成的四桿機(jī)構(gòu)使得支架抵抗水平力增強(qiáng)；梁端距變化小，掩護(hù)性好；調(diào)高范圍大，頂梁較短。 支撐掩護(hù)式支架是在吸收了支撐式和掩護(hù)式兩種支架優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種支架。因此，它兼有支撐式和掩護(hù)式支架的特點(diǎn)和性能，可適應(yīng)各種頂?shù)装鍡l件。支撐掩護(hù)式支架優(yōu)點(diǎn)是：它的支撐力大，具有很好的切頂能力，并且它的防護(hù)性能好，通風(fēng)斷面大，穩(wěn)定性好，應(yīng)用范圍廣。但它也有缺點(diǎn)，即結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，并且成本較高。 表1-1是支架類型的評(píng)價(jià)，表1-2是不同結(jié)構(gòu)液壓支架的力學(xué)特征比較，可以具體了解不同類型液壓支架的特性。 表1-1支架類型評(píng)價(jià) Tab. 1-1 Hydraulic support type 要素 支架類型 支撐掩護(hù)式 支撐式 插底掩護(hù)式 一般掩護(hù)式 垛式 節(jié)式 支架圍巖適應(yīng)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(fēng)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(duì)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(duì)采高適應(yīng)性 良 優(yōu) 優(yōu) 差 差 支撐效率 差 良 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 支護(hù)強(qiáng)度 良 良 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 對(duì)傾角適應(yīng)性 良 優(yōu) 良 良 差 1.4　支架的結(jié)構(gòu)及工作原理 1.4.1 液壓支架的組成 根據(jù)液壓支架的各部件主要功能和作用，組成主要分為四部分： （1）承載結(jié)構(gòu)件，主要有頂梁、掩護(hù)梁、底座、連桿等。其主要功能是承受并傳遞頂板和夸落巖石的載荷。 （2）液壓油缸，主要有立柱、各類千斤頂?shù)?。其主要功能是?shí)現(xiàn)液壓支架的各類動(dòng)作，產(chǎn)生液壓動(dòng)力。 （3）液壓控制元件，主要有液壓系統(tǒng)操縱閥、單向閥、安全閥等各類閥，以及管路、液壓、電控元件。主要功能是控制并保證油缸動(dòng)作。 （4）輔助裝置，如推移裝置、護(hù)幫裝置、活動(dòng)側(cè)板等。其主要功能是實(shí)現(xiàn)支架的某些動(dòng)作。 表1-2不同結(jié)構(gòu)液壓支架的力學(xué)特征比較 Tab. 1-2 Mechanical characteristics of different hydraulic support structure comparison 支架型式 結(jié)構(gòu)特征 主要力學(xué)特性 掩護(hù)式 支掩式 二支柱掩護(hù)式 支架承載力較小，底板比壓均勻，主動(dòng)水平力較大 支頂式 二柱支頂掩護(hù)式 支架承載力大，穩(wěn)定性好，底座尖端比壓較大，對(duì)頂板的主動(dòng)水平力較大，前端支撐力大 支撐掩護(hù)式 支頂支掩 四柱（或三柱） 穩(wěn)定性好，抗水平力強(qiáng)，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(diào)節(jié)范圍大，伸縮比大，承載力高 四柱支撐掩護(hù)式 承載力大，切頂能力強(qiáng)，比壓較均勻 1.4.2 液壓支架的工作原理 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 圖1-2 液壓支架工作原理 Fig. 1-2 Hydraulic works 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，然而這些動(dòng)作的完成是靠著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。如圖1-2所示。 支架的承載原理是：液壓支架支撐在綜采工作面的頂板和底板之間并支撐頂板。煤層的直接頂是工作面支架首要的支護(hù)對(duì)象，頂板將壓力作用在頂梁上，并通過頂梁和底座間立柱將壓力傳遞底板。立柱的動(dòng)力由乳化液泵站提供，通過安全閥控制，力傳遞給立柱，立柱活塞腔壓力增大，大流量安全閥溢流，它會(huì)比立柱安全閥調(diào)定壓力略低，并且大于泵站壓力，目的是防止工作面前部頂板過早離層。 如圖1-3所示是支架的工作特性曲線。液壓支架的立柱在工作時(shí)，其支撐力隨時(shí)間的變化可以分為如下三個(gè)階段。 —初撐階段；—增阻階段； —橫阻階段；—初撐力； —工作阻力 圖 1-3 支架的工作特性曲線 Fig. 1-3 line of support work characteristic 1.4.3 液壓支架立柱的工作過程 立柱的工作過程決定了支架對(duì)頂板的支護(hù)過程。立柱的工作過程分為升柱初撐階段、增阻承載階段、溢流承載階段、卸載降柱階段四個(gè)階段，如圖1.4所示是最基本的立柱控制回路。圖1.5所示為立柱的工作過程。 1.立柱 2.安全閥 3.液控單向閥 4.換向閥O.回液管 P.高壓管 圖1-4 基本的立柱控制回路 Fig. 1-4 Basic control loop column 圖1-5 液壓支架立柱工作狀態(tài)示意圖 Fig. 1-5 State diagram of leg work 1.5 液壓系統(tǒng)及其控制元件 支架的液壓系統(tǒng)主要由乳化液泵站、主進(jìn)、主回液膠管、各種液壓元件、立柱及各種千斤頂?shù)冉M成。前后兩排立柱的升降動(dòng)作各用一片操縱閥操作，根據(jù)采煤工作時(shí)的需要，前后排立柱既可以同時(shí)升降，也可以單獨(dú)升降。當(dāng)在采煤工作面工作時(shí)為了可以及時(shí)支護(hù)暴露出來的新的頂板，前梁千斤頂支架在升架時(shí)必須先推出，這樣使得前梁前端先接觸頂板，從而使前梁千斤頂活塞腔壓力增大，這樣就要求有大流量的安全閥，但是它要求比立柱安全閥調(diào)定壓力低，并且要大于泵站壓力，這樣可以有效防止工作面前部頂板過早脫離。同時(shí)為了防止移架時(shí)輸送機(jī)往后退，工作時(shí)要求推移千斤頂活塞桿腔接入自鎖回路。 工作過程是由乳化液泵站輸出的高壓乳化液經(jīng)主進(jìn)液管 支架進(jìn)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。 2　液壓支架整體結(jié)構(gòu)分析及選型 2.1　支撐掩護(hù)式支架設(shè)計(jì)的初始條件 由本設(shè)計(jì)原始條件：采高為2.5m～3.2m，老頂III級(jí)、直接頂3類，可確定支架類型為支撐掩護(hù)式； 2.2　液壓支架基本結(jié)構(gòu)部件選型 2.2.1頂梁 頂梁的功能是支撐、管理頂板。支架常用頂梁形式有3種：整體頂梁、鉸接頂梁和楔形結(jié)構(gòu)頂梁（如圖2-1,2-2,2-3所示）。鉸接頂梁的前梁在強(qiáng)梁千斤頂?shù)耐评驴梢陨舷聰[動(dòng)，對(duì)不平的頂板的適應(yīng)性強(qiáng)。運(yùn)輸時(shí)可以將前梁放下與頂梁垂直，以減少運(yùn)輸尺寸。 圖2-1 整體頂梁 Fig. 2-1 Integrated roof 1.伸縮梁 2.頂梁 圖2-3 整體頂梁帶伸縮梁 Fig. 2-3 Flexible beam with integrated roof 1.前梁 2.前梁千斤頂 3.頂梁 圖2-2 鉸接式頂梁 Fig. 2-2 Articulated roof beam 整體剛性頂梁的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量較輕，但對(duì)根據(jù)頂板條件和使用要求，頂梁可設(shè)置伸縮梁；一般整體頂梁只能設(shè)置內(nèi)伸式伸縮梁，如圖2-3所示。在鉸接頂梁的前梁上可設(shè)置內(nèi)伸縮式(亦稱潛入式)伸縮粱(如圖2-4所示)，設(shè)置②外伸式(亦稱手套式)伸縮梁，如圖2-5所示。 本次設(shè)計(jì)所選擇的鉸接式頂梁，不帶伸縮梁。類比同類型液壓支架，在頂梁兩側(cè)安裝側(cè)護(hù)板根據(jù)工作面方向不同可以使一側(cè)固定，另一側(cè)活動(dòng)。當(dāng)要求側(cè)護(hù)板固定時(shí)，只需要將它的彈簧收回，同時(shí)需要使用銷子將其鎖在銷孔中。 1.托板 2.導(dǎo)向梁 3.梁蓋 4.千斤頂 5.前梁 圖2-5 帶外伸縮式伸縮前梁 Fig. 2-5 Before stretching band telescopic beam 1.伸縮梁 2.前梁 圖2-4 帶內(nèi)伸縮式伸縮前梁 Fig. 2-4 stretching band telescopic beam 2.2.2 護(hù)幫裝置形式的選擇 一般情況下，當(dāng)采高大于2.5m時(shí)，支架都應(yīng)配護(hù)幫裝置。護(hù)幫裝置設(shè)在頂梁前端或者在伸縮梁的前部，護(hù)幫裝置的作用是防止片幫，如果發(fā)生了片幫，也可擋住片幫煤不進(jìn)入人行道，并可以防止片幫繼續(xù)擴(kuò)大；護(hù)幫裝置也可以作臨時(shí)前梁，臨時(shí)維護(hù)頂板，避免引發(fā)冒頂； (1)．護(hù)幫裝置的類型和特點(diǎn) 護(hù)幫裝置的類型主要有兩類，一類是簡(jiǎn)單鉸接式，如圖2-6所示；另一類是四連桿式，如圖2-7所示。 ① 簡(jiǎn)單鉸接式護(hù)幫裝置。簡(jiǎn)單鉸接式護(hù)幫板鉸接在整體梁或鉸接式頂梁的前端(有伸縮梁時(shí)鉸接在伸縮梁頭上)，千斤頂直接與護(hù)幫板相連接。這種形式的護(hù)幫板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。但挑起力矩小，且當(dāng)頂梁或前梁帶伸縮梁時(shí)，厚度較大，難以實(shí)現(xiàn)挑起。 ② 四連桿式護(hù)幫裝置。除具有簡(jiǎn)單鉸接式特點(diǎn)外，其擺動(dòng)值大，可回轉(zhuǎn)180°，因此可以對(duì)梁端距變化與煤壁片幫程度的適應(yīng)性強(qiáng)，它在千斤頂與護(hù)幫板間增加一個(gè)四連桿機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)護(hù)幫和挑起支護(hù)頂板，還可以收回到預(yù)定的角度，使用較多。 圖2-7 四連桿式挑梁 Fig. 2-7 4-link cantilever beam Fig.2.7 Four-rod connecting shoulder girder 圖2-6 簡(jiǎn)單鉸接式 Fig. 2-6 Simple hinged type 本設(shè)計(jì)支架護(hù)幫裝置選用四連桿式護(hù)幫裝置，既可以支撐煤壁防止片幫，又可臨時(shí)支護(hù)端面頂板。 2.2.3 支架活動(dòng)側(cè)護(hù)板形式的選擇 活動(dòng)側(cè)護(hù)板安裝在掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架的頂梁和掩護(hù)梁側(cè)面，其作用是可以改善頂梁與掩護(hù)梁的護(hù)頂、防矸性能隔離控頂區(qū)與采空區(qū)，防止冒落矸石竄入工作面，同時(shí)在移架時(shí)起著導(dǎo)向作用?；顒?dòng)側(cè)護(hù)板增強(qiáng)了支架的側(cè)向穩(wěn)定性，其上設(shè)置的彈簧與千斤頂都起防止支架降落后傾倒和調(diào)整支架間距作用。支架常用的活動(dòng)側(cè)護(hù)板形式有直角式和折頁式兩種。 (1).直角式，它的特點(diǎn)是活動(dòng)側(cè)護(hù)板的接觸面積大，導(dǎo)向性好，擋矸，密封性能好，可以調(diào)架，有利于支架的穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、折裝較困難。分為直角式單側(cè)活動(dòng)側(cè)護(hù)板(如圖2-8所示)和直角式雙側(cè)可調(diào)的活動(dòng)側(cè)護(hù)板(如圖2-9所示)。適用條件：幾乎所有的支撐掩護(hù)式支架都可采用；既可用于頂梁，也適用于掩護(hù)梁。 圖2-9 直角式雙側(cè)可調(diào)的活動(dòng)側(cè)護(hù)板 Fig. 2-9 Right-angle both side regulable active side guard shield 圖2-8 直角式單側(cè)活動(dòng)側(cè)護(hù)板 Fig. 2-8 Right-angle single-sided active side guard shield 1.活動(dòng)上側(cè)護(hù)板 2.活動(dòng)下側(cè)護(hù)板 3.頂桿4.千斤頂 5.固定側(cè)護(hù)板 圖2-10 折頁式活動(dòng)側(cè)護(hù) Fig. 2-10 Folding-type activities side protection 圖2-11 整體剛性底座 Fig. 2-11 Overall rigid base (2).折頁式，它的特點(diǎn)是移架時(shí)導(dǎo)向性能差，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、拆裝更換比較方便，擋矸、密封性差、易形成矸石漏斗。如圖2-10所示，適用條件：.主要用于頂板比較穩(wěn)定或堅(jiān)硬頂板條件的支撐掩護(hù)式支架；.只能用于頂梁。 根據(jù)活動(dòng)側(cè)護(hù)板的特點(diǎn)和適用條件，本次設(shè)計(jì)選擇直角式雙側(cè)可調(diào)的活動(dòng)側(cè)護(hù)板，根據(jù)王國(guó)法等著的《液壓支架技術(shù)》，頂梁和掩護(hù)梁上的側(cè)護(hù)板支護(hù)要求是支架一側(cè)的側(cè)護(hù)板要固定，另一側(cè)的側(cè)護(hù)板是液壓操縱的。側(cè)護(hù)板還應(yīng)當(dāng)要求有一個(gè)鎖定裝置。與側(cè)護(hù)板相連的套筒應(yīng)當(dāng)嵌裝在頂梁內(nèi)。 2.2.4 底座 底座是支架的主要支撐部件，支架通過底座將頂板壓力傳至底板，地板也是組成四連桿機(jī)構(gòu)的構(gòu)件之一。支架還通過底座與推移機(jī)構(gòu)連接，以實(shí)現(xiàn)自身的前移和推移輸送機(jī)。 液壓支架常用的形式有如下3種，即： ①.整體剛性底座（見圖2-11），底座用鋼板焊接成箱形結(jié)構(gòu)，底部密封。它的特點(diǎn)是強(qiáng)度高而且穩(wěn)定性很好，對(duì)底板比壓小；缺點(diǎn)是排干性能差。該底座適用于底板比較較松軟，采高和傾角較大以及頂板穩(wěn)定的采煤工作面。 ②.底分式剛性底座（見圖2-12）。底座底板是左右對(duì)稱的兩部分，上部是用箱形結(jié)構(gòu)將左右部分固定連接，這類支架排矸性能好，在底板比壓滿足的條件下，廣泛應(yīng)用。 ③.鉸接式分體底座（見圖2-13）。底座是由分為左右相對(duì)獨(dú)立而且對(duì)稱的兩部分，從中擋處鉸接，左右底座在垂直方向可相對(duì)錯(cuò)動(dòng)，無剛性約束。這種底座對(duì)底板不平的適應(yīng)性好，減少了底座的扭轉(zhuǎn)和偏載載荷，但支架的整體剛性有所下降。 圖2-13鉸接式分體底座 Fig. 2-13 Articulated split base 圖2-12 底分式剛性底座 Fig. 2-12 Bottom fraction rigid base 由上述底座的特點(diǎn)和適用條件，類比同類液壓支架，選擇整體剛性底座。 2.2.5 推移裝置的形式選擇 支架的推移裝置可以實(shí)現(xiàn)支架自身和輸送機(jī)前移。推移桿的常用形式有正拉式短推移桿（見圖2-14）和倒拉式長(zhǎng)推移桿（見圖2-15）兩種。 (1).短推移桿 短推移桿一般結(jié)構(gòu)如圖2-14所示，是由鋼板組焊而成的箱形結(jié)構(gòu)件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，并且重量輕，應(yīng)用廣泛。 (2).長(zhǎng)推移桿 長(zhǎng)推移桿常用形式有框架式、整體箱式和鉸接式三種。一般框架式長(zhǎng)推移桿結(jié)構(gòu)如圖2-15，框架一端與輸送機(jī)相連，另一段與推移千斤頂?shù)幕钊麠U或缸體相連，推移千斤頂?shù)牧硪欢伺c支架相連。用框架來改變千斤頂推拉力的作用方向，用千斤頂推力移支架，用拉力推輸送機(jī)，使移架力大于輸送機(jī)的力，移架力最大，由于框架長(zhǎng)，框架的抗彎性能差，容易發(fā)生變形，采用這種推移裝置時(shí)需要用普通千斤頂，推拉力結(jié)合，應(yīng)用廣泛。 圖2-15 框架式長(zhǎng)推移桿 Fig. 2-14Frame over a long rod 圖2-14 短推移桿 Fig. 2-14 Short passes bar 整體箱式長(zhǎng)推移桿，如圖2-16所示，它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，可以防止支架和輸送機(jī)下滑，但是在工作面時(shí)更換困難，因此使用時(shí)必須保證其有足夠大的安全系數(shù)。 鉸接式長(zhǎng)推移桿如圖2-17，一般由前后兩段箱式結(jié)構(gòu)組成，中間通過十字連接頭鉸接，可以上下左右擺動(dòng)。它解決了整體箱式長(zhǎng)推移桿不便更換的缺點(diǎn)，兼有短推移桿和長(zhǎng)推移桿的雙重特點(diǎn)。 圖2-17 鉸接式長(zhǎng)推移桿 Fig. 2-17 Articulated a long pole over 圖2-16 整體箱式長(zhǎng)推移桿 Fig. 2-16 Over the whole length rod box 由上述推移裝置特點(diǎn)，本設(shè)推移裝置選用框架式長(zhǎng)推移桿、有較大的移架力，并在移架時(shí)對(duì)底座前部有上抬作用。推移機(jī)構(gòu)采用加強(qiáng)推桿、抗彎強(qiáng)度高，不易損壞。 2.3　主要參數(shù)設(shè)計(jì) 2.3.1 支架的最大高度和最小高度 1)支護(hù)高度 按下面式子確定支架最大與最小高度為： 式中 — 支架最大高度； — 支架最小高度； — 煤層最大厚度； — 煤層最小厚度； — 考慮偽頂、煤皮冒落后仍有可靠初撐力所需要的支撐高度一般取200~300mm；本論文取250mm。 — 頂板最大的下沉量，一般取100~200mm；本論文取150mm。 — 移架時(shí)支架的最小可縮量，一般取50mm； — 浮矸石、浮煤層厚度，一般取50mm； 支架的最大結(jié)構(gòu)高度與最小結(jié)構(gòu)高度的差值為其調(diào)高范圍。調(diào)高范圍越大，支架使用范圍就越廣，但是支架的最大、最小結(jié)構(gòu)高度應(yīng)根據(jù)支撐掩護(hù)式液壓支架高度系列表2-1，可得出，。 表2-1支撐掩護(hù)式液壓支架高度系列表 Tab. 2-1 Support screen type hydraulic support height series table 1.0 0.5 3.1 1.6 1.1 0.55 3.2 1.7 1.2 0.6 3.3 1.8 1.3 0.65 3.5 1.9 1.4 0.7 3.8 2.0 1.5 0.75 4.0 2.1 1.6 0.8 4.2 2.2 1.7 0.9 4.5 2.3 1.8 1.0 4.7 2.4 2.0 1.1 5.0 2.5 2.2 1.2 5.3 2.6 2.5 1.3 5.5 2.7 2.8 1.4 6.0 2.8 3.0 1.5 2）支架的伸縮比 支架的伸縮比是支架最大結(jié)構(gòu)高度與最小結(jié)構(gòu)高度之比，即： (2-1) 根據(jù)采高和設(shè)計(jì)要求，類比同類液壓支架，本次設(shè)計(jì)立柱選單伸縮立柱帶機(jī)械加長(zhǎng)桿。 3) 支護(hù)強(qiáng)度 由插值法計(jì)算得： 式中參數(shù)如下： —當(dāng)支架最大采高為時(shí)，支架應(yīng)有的支護(hù)強(qiáng)度（）； —在架型選擇與低于但與之相鄰的采高相對(duì)應(yīng)的支護(hù)強(qiáng)度，查表2-2??； —在架型選擇與高于但與之相鄰的采高相對(duì)應(yīng)的支護(hù)強(qiáng)度，查表2-2??； —所對(duì)應(yīng)的采高3(m)； —所對(duì)應(yīng)的采高4(m)。 2.3.3 支架的中心距和寬度 根據(jù)王國(guó)法等著的《液壓支架技術(shù)》，支架中心距可采用1.5m。當(dāng)支架中心距為1.5m時(shí)，最小寬度一般取1400~1430mm,最大寬度取1570~1600mm。本設(shè)計(jì)支架寬度范圍取1420~1590mm。 2.3.4 底座長(zhǎng)度 支撐掩護(hù)式支架的底座長(zhǎng)度取4倍的移架步距，即2.4m左右。同時(shí)在底座前面應(yīng)當(dāng)具有清理廢棄物的足夠空間，當(dāng)工作時(shí)支架處于最小控頂距時(shí)，前排立柱與輸送機(jī)擋煤板之間的距離至少應(yīng)為700mm，為了使采用滯后支護(hù)的支撐掩護(hù)式液壓支架在最小控頂距時(shí)，采煤機(jī)司機(jī)可以有效的操控采煤機(jī)。本設(shè)計(jì)取2430mm。 2.3.5 底座寬度 支架底座寬度一般為1.1~1.2m，放頂煤支架寬度一般為1.3~1.4m。底座中間安裝推移裝置的槽子寬度，與推移裝置的結(jié)構(gòu)和千斤頂缸徑有關(guān)，一般為300~380mm。通過類比同類支架，本設(shè)計(jì)取底座長(zhǎng)度取2430mm；寬度為1140mm。底座中間槽子寬度取380mm。 表2-2適應(yīng)不同類級(jí)頂板的架型和支護(hù)強(qiáng)度 Tab. 2-2 roof level to adapt to different types of aircraft type and intensity of support 老頂級(jí)別 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 直接頂類別 1 2 3 1 2 3 1 2 3 4 4 液壓支架類型 掩護(hù) 掩護(hù) 支撐 掩護(hù) 掩護(hù)或支撐 支撐 支撐 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） 液壓支架支護(hù)強(qiáng)度 高1m 高2m 高3m 高4m 294 343(245) 441(343) 539(441) 1.3×294 1.3×343（245） 1.3×441（343） 1.3×539(441) 1.6×249 1.6×343 1.6×441 1.6×539 ＞2×249 ＞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)字系統(tǒng)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。 3　液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 掩護(hù)式和支撐式支架均采用雙搖桿機(jī)構(gòu)，雙搖桿機(jī)構(gòu)形成的條件是最短桿和最長(zhǎng)桿之和小于其余兩桿長(zhǎng)度之和，而最短桿為上連桿(掩護(hù)梁)，最短桿的對(duì)邊為固定桿(底座)。四連桿機(jī)構(gòu)使支架頂部端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡呈近似雙紐線，從而使支架頂梁前端的端面離煤壁距離大大減小，提高了管理頂板性能，使支架能承受較大的水平力。 3.1 四連桿機(jī)構(gòu)的力學(xué)影響及幾何特征 3.1.1 四連桿的力學(xué)影響 (1).由于設(shè)計(jì)的支撐掩護(hù)式液壓支架有四連桿機(jī)構(gòu)，所以使支架在承載過程中承受附加力，附加力越大，對(duì)支架受力越不利。掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn)O'和瞬時(shí)中心O之間的連線與水平線夾角為θ，而值的大小對(duì)附加力影響很大，值大，支架承受的附加力大，對(duì)支架受力不利。設(shè)計(jì)時(shí)把值控制在0.35以下。 (2).后連桿與掩護(hù)梁長(zhǎng)度的比值，支撐掩護(hù)式支架為0.61~0.82。支撐掩護(hù)式支架應(yīng)在這個(gè)范圍內(nèi)取較小值。 圖3-1四連桿機(jī)構(gòu)幾何特征 Fig. 3-1 fore rods geometry feature line 3.1.2 四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征 四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征如圖3-1所示。 (1).支架從高到低運(yùn)動(dòng)時(shí)，頂梁端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的最大寬度應(yīng)不大于70mm。 (2).支架在最高位置時(shí)和最低位置時(shí)，頂梁和掩護(hù)梁的夾角P和后連桿與底面夾角Q，滿足以下要求： 支架最高位置時(shí)，P= 52°~62°；Q=75°~85°；支架在最低位置時(shí)，應(yīng)使P25°，一般取Q≥25°~30°。 (3).取支架曲線前凸的一段h 段。其原因是因?yàn)轫敯鍋韷簳r(shí)，立柱受壓下縮，使頂梁有向前移的趨勢(shì)，防止巖石向后移動(dòng)，又可以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撐力，防止頂梁前端頂板冒落，又可以使底座前端比壓減小，又可防止啃底，有利于移架，再則減小了水平力的合力，由于支架承受的水平力由掩護(hù)梁來克服，所以減輕了掩護(hù)梁的受力。 從以上分析可以得出，設(shè)計(jì)時(shí)為了使支架受力合理和工作可靠應(yīng)盡量使e值減少。當(dāng)已知掩護(hù)梁和后連桿的長(zhǎng)度后，在設(shè)計(jì)時(shí)只要把掩護(hù)梁和后連桿簡(jiǎn)化成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，如圖3-2所示（實(shí)際上液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)屬雙搖桿機(jī)構(gòu)） 圖3-2掩護(hù)梁和后連桿構(gòu)成曲柄滑塊機(jī)構(gòu) Fig. 3-2 caving lock piece and rod mechanism 3.2四連桿機(jī)構(gòu)的幾何作圖法 首先用解析法來確定掩護(hù)梁和后連桿的長(zhǎng)度，如圖3-3所示。 圖3-3 掩護(hù)梁和后連桿計(jì)算圖 Fig. 3-3 caving lock piece?and after rod map 設(shè)： G—掩護(hù)梁長(zhǎng)度（mm） A—后連桿長(zhǎng)度（mm） 點(diǎn)垂直線到后連桿下鉸點(diǎn)之距，（mm） H1—支架最大計(jì)算高度，由下式求得 其中： 240（mm）是后連桿下鉸點(diǎn)與底平面之距； 150（mm）是掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)與頂梁上平面之距 —支架最小計(jì)算高度。由下式求得 其中：P1 —支架最高位置時(shí)，掩護(hù)梁與頂梁夾角 P2 —支架最低位置時(shí)，掩護(hù)梁與頂梁夾角 Q1—支架最高位置時(shí)，后連桿與底平面夾角 Q2—支架最低位置時(shí)，后連桿與底平面夾角 說明： 支架計(jì)算高度為支架高度減去掩護(hù)梁上絞點(diǎn)至頂梁頂面之距和后連桿下絞點(diǎn)至底座底面之距。掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)到頂梁頂面之距離，一般根據(jù)支架工作阻力初步確定頂梁梁體的高度后，在根據(jù)結(jié)構(gòu)的合理性確定，一般支架距為150～200mm，重型支架可取210～260mm。后連桿下鉸點(diǎn)至底座底面之距，一般根據(jù)支架最小高度確定，同時(shí)根據(jù)四連桿機(jī)構(gòu)的幾何作圖法，后連桿下鉸點(diǎn)的位置應(yīng)比底座底面略高200～250mm 。 將代入（3-2）式，可以求得A/G的比值，對(duì)于支撐掩護(hù)式支支架，A/G值應(yīng)滿足如下范圍： 支架在最高位置時(shí)有： （3-1） 故掩護(hù)梁長(zhǎng)度為： （3-2） 后連桿長(zhǎng)度為： （3-3） 經(jīng)過計(jì)算取整后，得：后連桿長(zhǎng)度為： 取整得：，。 3.2.1幾何作圖法作圖 通過用幾何作圖法確定四連桿機(jī)構(gòu)的各部尺寸，作圖如圖3-4所示。 具體作圖步驟如下： 1) 確定后連桿下鉸點(diǎn)點(diǎn)的位置，使它大體比底座面略高。 2) 過點(diǎn)作與底座面平行的水平線線。 3) 過點(diǎn)作與線的夾角為的斜線。 4) 在此斜線截取線段，長(zhǎng)度等于,點(diǎn)為支架在最高位置時(shí)后連桿與掩護(hù)梁的鉸點(diǎn)。 5) 過點(diǎn)作與線有交角的斜線，以點(diǎn)為圓心，以點(diǎn)為半徑作弧交些斜線一點(diǎn)此點(diǎn)為掩護(hù)梁與頂梁的鉸點(diǎn)。 6) 過點(diǎn)作線的平行線，則線與線的距離為，為液壓支架的最高位置時(shí)的計(jì)算高度。 7) 以點(diǎn)為圓心，以長(zhǎng)度為半徑作弧，在掩護(hù)梁上交一點(diǎn),為前連桿上鉸點(diǎn)的位置。 8) 過點(diǎn)作線的垂線（認(rèn)為液壓支架由高到低變化時(shí)在直線上滑動(dòng)）。 9) 在垂線上作液壓支架最低位置時(shí)，頂梁與掩護(hù)梁的鉸點(diǎn)。 10) 取線之間一點(diǎn)，為液壓支架降到此高度時(shí)掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn)。 11) 以為圓心，為半徑作圓弧。 12) 以點(diǎn)為圓心，掩護(hù)梁長(zhǎng)為半徑作弧，交前圓弧上一點(diǎn)，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)。 13) 以點(diǎn)為圓心，掩護(hù)梁長(zhǎng)為半徑作弧，交前圓弧上一點(diǎn)，此點(diǎn)為液壓支架降到最低位置時(shí)，掩護(hù)梁與后連桿的鉸點(diǎn)。 14) 連接、，并以點(diǎn)為圓心，長(zhǎng)為半徑作弧，并交上一點(diǎn)點(diǎn)；以點(diǎn)為圓心，長(zhǎng)為半徑作弧，交上一點(diǎn)點(diǎn)。則、、三點(diǎn)為為液壓支架在三個(gè)位置時(shí)，前連桿的上鉸點(diǎn)。 15) 連接、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。 16)分別作和的垂直平分線，交點(diǎn)即為前連桿一鉸點(diǎn) ，為前連桿長(zhǎng)度。 17) 過點(diǎn)線作垂線，交點(diǎn)，則線段,,,,和為液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)。 18) 按以上初步求出的四連桿機(jī)構(gòu)的幾何尺寸，再用幾何作圖法畫出液壓支架掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)曲線，只要逐步變化四連桿機(jī)構(gòu)的幾何尺寸，便可以畫出不同的曲線，再按四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征進(jìn)行校核，最終選出較優(yōu)的四連桿機(jī)構(gòu)尺寸。 圖3-4 液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)的幾何作圖法 Fig. 3-4 hydropost fore rod is geometry?map method 通過作圖，作連桿機(jī)構(gòu)幾何分析圖分別求出相關(guān)的參數(shù)和尺寸。按上述方法作圖，取整后得到前連桿的長(zhǎng)度為1450mm，與底座的高度為580mm；后連桿的長(zhǎng)度為1430mm，與底座的高度為240mm；測(cè)得e＝43.5mm<75mm，符合要求。 具體數(shù)據(jù)如下： ，。 ，。 取490mm。 0.346。 后連桿長(zhǎng)度A=1430mm。 掩護(hù)梁長(zhǎng)度G=2175mm。 前連桿長(zhǎng)度C=1450mm。 前后連桿下鉸點(diǎn)底座投影距離E=825mm。 前連桿下鉸點(diǎn)高度D=580mm。 支架由高到低雙紐線運(yùn)動(dòng)軌跡的最大寬度。 3.3梁端距和頂梁長(zhǎng)度的確定 1)掩護(hù)式頂梁長(zhǎng)度Lg的計(jì)算： 頂梁長(zhǎng)度=(配套尺寸+底座長(zhǎng)度+L1cosβ1)-(L4cosα1+300+e)+掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn)至頂梁后端點(diǎn)之距(mm) 式中：配套尺寸—參考原煤炭科學(xué)研究院編制的《綜采設(shè)備配套圖冊(cè)》得出：配套尺寸=2088mm； e —支架由高到低頂梁前端點(diǎn)最大變化距離； α1、β1—支架在最高位置時(shí)，分別為后連桿和掩護(hù)梁與水平面的夾角； 代入數(shù)據(jù)： 頂梁長(zhǎng)度 取整：頂梁長(zhǎng)度 2)支架的支護(hù)面積 (3-4) 式中：— 支護(hù)面積 Δ— 移架后頂梁前端點(diǎn)到煤壁的距離 m,一般Δ= — 支架間距（支架中心距），一般為1.5m 代入公式(3-4)得： 3.5 立柱和千斤頂位置的確定 3.5.1 立柱的布置 本設(shè)計(jì)是支撐掩護(hù)式液壓支架，故采用四柱。 (2) 支撐方式 掩護(hù)式支架的立柱布置方式為傾斜布置，這樣可克服一部分水平力，并能增大調(diào)高范圍。根據(jù)陳慶祿、朱銀昌主編的《煤礦液壓支架設(shè)計(jì)?監(jiān)測(cè)?試驗(yàn)?使用與維修》得知，支架在最低工作位置時(shí)，立柱軸線與頂梁的垂線夾角小于30o，當(dāng)夾角角度加大時(shí)，液壓支架調(diào)高范圍也相應(yīng)增加。同時(shí)立柱傾角加大使頂梁柱窩位置向前移，這樣會(huì)使頂梁前端支護(hù)能力增大。對(duì)于支撐掩護(hù)式支架，根據(jù)它的結(jié)構(gòu)要求呈傾斜或直立布置，當(dāng)支架在最高工作位置時(shí)，一般立柱的軸線與頂梁的垂線夾角小于10o，由于軸線與頂梁夾角較小，有效支撐能力較大。 3.5.2立柱主要參數(shù)確定 1)立柱缸體內(nèi)徑和活塞外徑 a.立柱缸體內(nèi)徑的確定 （3-5） 式中： D—立柱缸體內(nèi)徑mm F1—支架承受的理論支護(hù)阻力KN n—每架支架立柱數(shù) Pa—安全閥的正壓力，本設(shè)計(jì)選擇型Pa=38MPa。 —立柱最大傾角（度），支架降到最低位置時(shí)，角最大，取25°。 代入公式（3-5）得： 表3-1 立柱內(nèi)徑系列 單位：mm Tab.3-1 Column diameter series 105 110 125 140 160 180 200 (210) 220 230 250 280 320 360 注：括號(hào)內(nèi)尺寸非優(yōu)先推薦選用。 查表取整的為200mm。 2).立柱初撐力和工作阻力 a.初撐力 （3-6） 式中：—立柱初撐力 KN P— 泵鉆壓力 P=14.7MPa 代入公式（3-6）得： b.立柱工作阻力 （3-7） 式中： —立柱工作阻力， KN —安全閥調(diào)整壓力，選擇型安全閥，查得Pa=40Mpa。 表3-2 單伸縮立柱公稱承載力與內(nèi)徑配比關(guān)系 Tab.3-2 Nominal capacity of a single telescopic relationship with the diameter ratio 內(nèi)徑 mm 360 320 280 250 230 公稱承載力 KN 3750~4500 3000~3550 2340~2650 1900~2240 1600~1800 內(nèi)徑 mm 200 180 160 140 公稱承載力 KN 1180~1400 950~1100 750~850 600~670 根據(jù)表3-2當(dāng)單伸縮立柱內(nèi)徑為200mm時(shí)，承載力在1180～1400KN，計(jì)算的出立柱阻力為1256KN，因?yàn)樵诜秶鷥?nèi)，所以符合。得出立柱參數(shù)如下表。 立柱(4根) 缸徑 200 mm 活柱直徑 185 mm 行程 900 mm 初撐力 462 KN 工作阻力 1256 KN 3.5.3 立柱柱窩位置的確定 支撐掩護(hù)液壓支架前、后立柱上、下柱窩位置的確定 根據(jù)液壓支架標(biāo)準(zhǔn)化的選擇，在理論研究和廣泛的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐基礎(chǔ)上得到的數(shù)據(jù)，根據(jù)印度煤礦使用的液壓支架選型標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)結(jié)合我國(guó)同種類型的液壓支架，對(duì)于采用“V”型布置、雙伸縮立柱的液壓支架，兩排立柱的中心距為1050mm，后排立柱到頂梁與掩護(hù)梁連接銷的中心距不應(yīng)超過300mm，本設(shè)計(jì)取300mm，根據(jù)前、后梁立柱間行人要求，參照同類液壓支架，同時(shí)考慮立柱傾角，通過計(jì)算、分析確定，前立柱下柱窩位置到后連桿與底座鉸接點(diǎn)距離為1830mm，后立柱下柱窩位置到后連桿與底座鉸接點(diǎn)距離為1005mm。 3.5.4 側(cè)推千斤頂位置的確定 側(cè)推千斤頂動(dòng)作伸出時(shí)，使活動(dòng)側(cè)護(hù)板外移，可密閉架間間隙，起到防矸、導(dǎo)向、防倒和調(diào)架等作用；側(cè)推千斤頂縮回時(shí)，使活動(dòng)側(cè)護(hù)板回縮，可減少移架阻力。頂梁和掩護(hù)梁都裝有雙側(cè)可以換裝活動(dòng)的側(cè)護(hù)板，由千斤頂和彈簧控制。本設(shè)計(jì)由計(jì)算查表并結(jié)合同類支架可得側(cè)推千斤頂?shù)闹饕夹g(shù)參數(shù)如下表。 側(cè)推千斤頂（4根） 缸徑 80 mm 活塞桿直徑 45 mm 推力 75 KN 拉力 51.5 KN 行程相應(yīng)為 200 mm 3.5.5前梁千斤頂?shù)拇_定 前梁千斤頂?shù)母左w用圓柱銷固定在前梁下的耳座上，前梁千斤頂?shù)幕钊麠U與主頂梁連接，根據(jù)工作需要，保證前梁在工作時(shí)的初撐力和工作阻力，本設(shè)計(jì)由計(jì)算查表并結(jié)合同類支架可得前梁千斤頂?shù)闹饕夹g(shù)參數(shù)如下表。 短柱（前梁千斤頂）（1根） 缸徑 140 mm 柱徑 100 mm 行程 140 mm 推力 225 KN 拉力 98 KN 工作阻力 588 KN 前梁端部最大支撐力 127.5 KN 前梁向上擺角 15° 前梁向下擺角 19° 4　液壓支架受力分析 4.1液壓支架的受力分析與計(jì)算 當(dāng)支架撐牢在頂?shù)装逯g時(shí)，取其整體或某一部件為分離體，進(jìn)行受力分析，根據(jù)整體及其分離體均處于平衡狀態(tài)，據(jù)此，把支架簡(jiǎn)化成平面桿系進(jìn)行受力分析和計(jì)算。根據(jù)頂板地質(zhì)條件選支撐掩護(hù)式支架。根據(jù)頂板支護(hù)強(qiáng)度、煤層厚度、即采煤機(jī)等條件，支架尺寸表示在圖4－1。 　　　　　　　　　　　　　圖4－1　　支架尺寸簡(jiǎn)圖 Fig. 4-1?hydraulic support size diagram 支架在最高位置時(shí)的參數(shù)如下表： 角度 支架最高位置 由于液壓支架實(shí)際所受載荷的分布情況十分復(fù)雜，在下列情況下進(jìn)行計(jì)算時(shí)進(jìn)行簡(jiǎn)化，根據(jù)力的平衡條件，取頂梁和掩護(hù)梁進(jìn)行受力分析，，取摩擦系數(shù)為0.3，支架最高位置，每根立柱工作阻力為1256KN。由四連桿作圖法做出的瞬時(shí)中心O，求得角為19.1。 4.1.1支撐掩護(hù)式支架 對(duì)支架整體進(jìn)行受力分析如圖4-2所示，圖中為支架所受外力，需要求出。為前梁千斤頂推力，、都已知。 圖4-2支撐掩護(hù)式支架整體受力 Fig .4-2 Support screen type hydraulic support force as a whole 1)對(duì)前梁進(jìn)行受力分析，如圖4-3所示。 求a點(diǎn)的內(nèi)力 ,Y和Fm為 ： （4-1） 式中： —前梁a梁點(diǎn)所受水平力，KN —前梁千斤推力。P=225KN β—前梁