中國礦業(yè)大學(xué) 成人教育學(xué)院 2006 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 ZY2800 支架設(shè)計(jì) 第一章 綜 述 1.1 煤礦綜采技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展 綜合機(jī)械化采煤是煤礦開采技術(shù)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。綜采工作面高產(chǎn)高效記錄不斷刷新，綜采裝備新技術(shù)不斷推陳出新。高產(chǎn)高效綜采技術(shù)的核心是工作面綜采設(shè)備，尤其近 10 年來，工作面三大配套設(shè)備 采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)和液壓支架，在設(shè)計(jì)方法和結(jié)構(gòu)上都有了重大革新，主要是提高設(shè)備生產(chǎn)能力和可靠性，改進(jìn)工作面操作性能。 液壓支架是綜采工作面主要設(shè)備之一， 20 世紀(jì) 80 年代以來，我國煤礦開采機(jī)械化裝備技術(shù)有了長足的發(fā)展，主要的發(fā)展趨勢是向兩柱掩護(hù)式和四柱支撐掩 護(hù)式架型發(fā)展，架型結(jié)構(gòu)進(jìn)一步完善，設(shè)計(jì)方法更先進(jìn)，參數(shù)向高工作阻力、大中心距發(fā)展，結(jié)構(gòu)件材料越來越多地采用高強(qiáng)度鋼材，支架的壽命和可靠性大大提高。 液壓支架是綜合機(jī)械化工作面的主體設(shè)備，它能可靠而有效地支撐和控制工作面 頂板，隔離采空區(qū)，保持安全的地下作業(yè)空間，并實(shí)現(xiàn)回采工作面及其相關(guān)設(shè)備的機(jī) 械化推移。液壓支架與采煤機(jī)、可彎曲輸送機(jī)和順槽轉(zhuǎn)載機(jī)配合，構(gòu)成了回采工作面 的綜合機(jī)械化設(shè)備，從而為煤礦地下開采實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、高效和安全生產(chǎn)創(chuàng)造了條件。因 此，采用液壓支架支護(hù)頂板是當(dāng)代采煤技術(shù)的一次重要變革，也是煤礦生產(chǎn)現(xiàn)代化 的 重要標(biāo)志。 支護(hù)和控制頂板，保持工作面的安全生產(chǎn)空間，是煤礦地下開采中的首要任務(wù)。 在二十世紀(jì)五十年代前，國內(nèi)外煤礦生產(chǎn)中，基本上均采用木支柱、木頂梁或金屬摩擦支柱和鉸接頂梁來支護(hù)頂板。 1954年英國首次研制出液壓支架，將液壓技術(shù)應(yīng)用到支護(hù)設(shè)備上，從而開辟了回采工作面支護(hù)設(shè)備的技術(shù)革命。從二十世紀(jì)六十年代起，國外各主要產(chǎn)煤國家，如前蘇聯(lián)、英國、法國、澳大利亞、美國、波蘭等國家均相繼大力發(fā)展和研制了各種型式的液壓支架，并在煤礦生中國礦業(yè)大學(xué) 成人教育學(xué)院 2006 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 產(chǎn)中獲得了廣泛而成功的應(yīng)用，從根本上改變和提高了地下開采的作業(yè)條件和安全性。據(jù)統(tǒng)計(jì)， 目前這些主要產(chǎn)煤國家的地下開采綜合機(jī)械化程度已達(dá)到 90%左右，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。目前， 以液壓支架為主體的地下開采設(shè)備，已逐步向程控、遙控和自動(dòng)化方向發(fā)展。 我國是煤炭生產(chǎn)大國，在二十世紀(jì)六十年代也曾研制了幾種液壓支架，但未得到推廣和應(yīng)用。七十年代我國從英、德、波蘭和前蘇聯(lián)等國引進(jìn)了數(shù)十套液壓支架，經(jīng)過試用、仿制和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，到八十年代以后我國液壓支架的研制和應(yīng)用獲得了迅速的發(fā)展，相繼研制和生產(chǎn) 了 TD系列、 ZY系列和 ZZ系列等二十多種不同規(guī)格的液壓支架，并在國內(nèi)大、中型煤礦中推廣應(yīng)用，大大提高了我國煤礦 開采的機(jī)械化水平。據(jù)統(tǒng)計(jì) 1995年，我國統(tǒng)配煤礦的綜合機(jī)械化程度已達(dá) 50%左右，液壓支架在籍套為 509套； 2000年統(tǒng)配煤礦機(jī)械化程度己達(dá) 65%。液壓支架在籍套數(shù)達(dá) 700多套。目前， 國內(nèi)大、中型礦井中，條件合適的煤層均采用液壓支架進(jìn)行綜合機(jī)械化開采。液壓支架己成為保證安全、高效生產(chǎn)的一種重要設(shè)備。 作為一種回采工作面的支護(hù)設(shè)各，液壓支架的架型、結(jié)構(gòu)與相關(guān)參數(shù)，必須與回 采工作面的頂、底板條件和煤層條件相適應(yīng)，才能取得良好的支護(hù)效果。因此，盡管國內(nèi)外對液壓支架己經(jīng)過了近半個(gè)世紀(jì)的研究 和應(yīng)用，出現(xiàn)了數(shù)十種不同的結(jié)構(gòu) 架型，但至今為 止，也僅能在緩傾斜中厚以下煤層中獲得了較為成功的應(yīng)用，對于傾斜、急傾斜或厚煤層中的液壓支架尚處在研究和試 驗(yàn)階段。即使對于緩傾斜中厚煤層的液壓支架，其結(jié)構(gòu)、性能與控制方式如何更適應(yīng) 不同的生產(chǎn)條件，仍需不斷的改進(jìn)和研究。目前，液壓支架的研究與發(fā)展方向是： (1)在己有支架設(shè)計(jì)與應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，研究支架的智能化設(shè)計(jì)方法和結(jié)構(gòu)與 參數(shù)的優(yōu)化，進(jìn)一步提高支架設(shè)計(jì)的科學(xué)性、可靠性和結(jié)構(gòu)性能的優(yōu)化性。 (2)研究特殊煤層使用的液壓支架，以適應(yīng)不同的開采條件。 (3)研 究新型液壓元件與支架材料，以減輕支架重量 ，提高支架的性能和中國礦業(yè)大學(xué) 成人教育學(xué)院 2006 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 使用壽命。 (4)研究支架的遙控、程序控制和性能自動(dòng)監(jiān)測，為回采工作面的半自動(dòng)化與自 動(dòng)化創(chuàng)造條件。 1.2課題研究的目的與意義 在綜合機(jī)械化 設(shè)備組成中，液壓支架的重量約占綜采設(shè)備總重 80 90%，成本占綜采設(shè)備成本的 70%左右。而且，綜采工作面的安全性也主要取決于支架的支護(hù) 效果。因此，為了降低成本，提高開采效益，并使支架的結(jié)構(gòu)與性能適應(yīng)不同的圍巖與煤層條件，各國均在積極開展液壓支架的設(shè) 計(jì)、試驗(yàn)與研究。目前，國內(nèi)外在液壓支架設(shè)計(jì)中，基本采用以下兩種方法 : (1)根據(jù)特定煤層的礦山地質(zhì)條件，設(shè) 計(jì)用于特定煤層的支架，常用于特定煤層 。 (2)按支架的設(shè)定架型、基本結(jié)構(gòu)和一般性能參數(shù)，設(shè)計(jì)典型支架，供用戶選用， 常用于產(chǎn)品的定型或系列化設(shè)計(jì)。 中厚煤層液壓支架一般適用于 1.3 3.5m的支架。中厚煤層支架的使用量大、面廣，其原因是中厚煤層賦存量大，同時(shí)它也是最適合高產(chǎn)高效綜采的支架。我國煤炭儲(chǔ)量豐富，分布地域廣闊，地質(zhì)條件千差萬別，為了能實(shí)現(xiàn)不同地質(zhì)條件下的綜采，必須研制和設(shè)計(jì)適應(yīng)不同地質(zhì)條件的液壓支架。根據(jù)目前給定的地質(zhì)條件，此次設(shè)計(jì)根據(jù)給定的地質(zhì)條件設(shè)計(jì)液壓支架。 1.3 液壓支架的形式 1.3.1 按 支護(hù)方式分類 工作面支架是平衡工作面頂板壓力的一種結(jié)構(gòu)件。因此按液壓支架對頂板支護(hù)方式及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不同，可分為支撐式、掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式三種基本架型。 (1)支撐式液壓支架 支撐式液壓支架以支撐為主，沒有掩護(hù)梁，立柱的支撐力通過頂梁對頂板發(fā)揮作用。根據(jù)結(jié)構(gòu)和移架方式不同，可分為節(jié)式和垛式兩種。 中國礦業(yè)大學(xué) 成人教育學(xué)院 2006 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 節(jié)式液壓支架 節(jié)式支架是由框節(jié)組成的組合式支架。每個(gè)框節(jié)為一梁兩柱。為保持穩(wěn)定和邁步前進(jìn)，每組的框節(jié)數(shù)為 2 4 個(gè)，常見的是 2 個(gè)框節(jié)組成的節(jié)式支架，如圖 1-1 所示。 圖 1-1 節(jié)式液壓支架 垛式液壓支架 垛式支架 的立柱一般都垂直支撐于頂梁和底座之間，頂梁為整體頂梁。頂梁、立柱和底座形成木垛狀。垛式支架一般為四柱式，個(gè)別有五柱或六柱式，如圖 1-2 所示。 中國礦業(yè)大學(xué) 成人教育學(xué)院 2006 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 圖 1-2 垛式液壓支架 (2)掩護(hù)式液壓支架 掩護(hù)式液壓支架有掩護(hù)梁，根據(jù)立柱支撐位置的不同可以分為兩種：一種是單排立柱支撐在頂梁上，簡稱為支頂梁掩護(hù)式支架；另一種是單排立柱支撐在掩護(hù)梁上，簡稱為支掩護(hù)梁掩護(hù)式支架。 支掩護(hù)梁掩護(hù)式支架 該類支架單排立柱支撐在掩護(hù)梁上，掩護(hù)梁上端與頂梁鉸接，如圖 1-3所示。近代掩護(hù)式支架一般都采用四連桿機(jī)構(gòu)。 圖 1-3 支 掩護(hù)梁掩護(hù)式支架 支頂梁掩護(hù)式支架 該類支架立柱支撐在頂梁上，頂梁后端與掩護(hù)梁鉸接，采用四連桿機(jī)構(gòu)，如圖 1-4 所示。為使支架保持平衡，在頂梁與掩護(hù)梁之間設(shè)有平衡千斤頂，如圖所示。平衡千斤頂也可以設(shè)置在掩護(hù)梁與底座之間，稱之為調(diào)節(jié)千斤頂，如圖 1-4 所示。 中國礦業(yè)大學(xué) 成人教育學(xué)院 2006 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 圖 1-4 支頂梁掩護(hù)式支架 (3)支撐掩護(hù)式液壓支架 支撐掩護(hù)式支架有掩護(hù)梁，前后兩排立柱。根據(jù)支撐力分布的要求，可以將兩排立柱都支撐在頂梁上，簡稱為支頂梁支撐掩護(hù)式支架；也可以將前排立柱支撐在頂梁上，后排立柱支撐在掩護(hù)梁上，簡稱為支頂梁支掩護(hù)梁支撐掩 護(hù)式支架。 支頂梁支撐掩護(hù)式支架 該類支架的 4 根立柱都支撐在頂梁上，頂梁后端與掩護(hù)梁鉸接，采用四連桿機(jī)構(gòu)，如圖 1-5 所示。 圖 1-5 支頂梁支撐掩護(hù)式支架 中國礦業(yè)大學(xué) 成人教育學(xué)院 2006 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 支頂梁支掩護(hù)梁支撐掩護(hù)式支架 該類支架前排立柱支撐在頂梁上，后排立柱支撐在掩護(hù)梁上，頂梁后端與掩護(hù)梁鉸接，采用四連桿機(jī)構(gòu)，如圖 1-6 所示。 圖 1-6 支頂梁支掩護(hù)梁支撐掩護(hù)式支架 1.3.2 按用途分類 (1)一般工作面支架 用于工作面中部支護(hù)頂板的垛式、掩護(hù)式或支撐掩護(hù)式支架。垛式支架用于近水平煤層；掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架安設(shè)防倒防滑裝置，可在傾 斜角35以下工作面使用。 (2)特殊形支架 大傾角工作面支架 在傾角 35 55走向工作面中使用的支架，一般也為掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式。在大傾角情況下，為保持支架的穩(wěn)定性、煤壁的穩(wěn)定性及安全生產(chǎn)，必須采取一系列的措施和裝置。 放頂煤支架 放頂煤綜采工作面使用的支架，具有支護(hù)頂煤、承受礦山壓力、放煤和中國礦業(yè)大學(xué) 成人教育學(xué)院 2006 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 碎煤等功能。 充填支架 水砂或風(fēng)力充填綜采工作面使用的支架。該類支架一般為四柱式，采用四連桿機(jī)構(gòu)，在頂梁后部設(shè)有后梁及尾梁，以維護(hù)充填作業(yè)空間；并附設(shè)有擋簾、充填管路、吊環(huán)等。 鋪網(wǎng)支架 鋪網(wǎng)支架是特厚煤 層采用水平分層開采時(shí)既能支護(hù)頂板又能自動(dòng)鋪網(wǎng)的液壓支架，有獨(dú)立的鋪聯(lián)網(wǎng)作業(yè)空間，可自動(dòng)鋪設(shè)經(jīng)緯、菱形金屬網(wǎng)或塑料網(wǎng)等。少數(shù)支架還具備機(jī)械化鋪聯(lián)網(wǎng)功能。 端頭支架 是工作面兩端與上、下順槽連接處用的支護(hù)設(shè)備。由于在工作面與下順槽接合處不僅要有效地支撐頂板，而且還要有足夠的空間用于安裝工作面輸送機(jī)機(jī)頭和轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)尾，因此端頭一般要安設(shè)與工作面不同的端頭支架。 1.3.3 按其他方式分類 (1)按組合方式分類 單架式 支架之間無橫向機(jī)械連接。每架支架的推移裝置直接與工作面輸送機(jī)連接，進(jìn)行推移輸送機(jī)和拉移支架作業(yè)。 組合式 支架或框架之間有橫向機(jī)械裝置連接，形成由兩個(gè)單元或兩個(gè)組合單元組成的組合支架。組合單元之間互為依托，交替支撐和邁步前移。這類支架一般不與工作面輸送機(jī)連接，支架設(shè)有專門的推移輸送機(jī)千斤頂。 (2)按控制方式分類 按控制方式可分為本架控制、鄰架控制、電液控制等液壓支架。 1.4 液壓支架的發(fā)展趨勢 隨著采煤技術(shù)的發(fā)展，液壓支架的控制系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的改進(jìn)也得到了中國礦業(yè)大學(xué) 成人教育學(xué)院 2006 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 很大的發(fā)展，其中控制系統(tǒng)由原來的手動(dòng)操作逐漸改進(jìn)為電液自動(dòng)控制，大大加快了工作面的移架速度，改善了工作面頂板的支護(hù)狀況，從而使工作面產(chǎn)量成倍增加 ，實(shí)現(xiàn)了回采工作面的自動(dòng)化，成為煤炭開采技術(shù)的一次重大革新。 1.4.1 電液控制系統(tǒng)原理 (1)雙向鄰架控制系統(tǒng)。綜采工作面每一支架都配有架控箱，操作者通過支架架控箱選擇鄰架控制方式，然后根據(jù)指令發(fā)出相應(yīng)控制命令 (即給出電信號 )，使鄰架上對應(yīng)的電磁鐵或微電機(jī)動(dòng)作，讓電信號轉(zhuǎn)化為液壓信號，控制主控閥開啟，向支架液壓缸供液，實(shí)現(xiàn)鄰架支架相應(yīng)的動(dòng)作。支架工作狀態(tài)由位移傳感器和壓力傳感器反饋回架控箱，架控箱再根據(jù)傳感器反饋信號來決定支架的下一個(gè)動(dòng)作。 (2)雙向成組控制系統(tǒng)。將工作面的支架編為若干組，在本組內(nèi)首架上 由操作人員按動(dòng)架控箱的啟動(dòng)鍵，發(fā)出一個(gè)指令，鄰架就按預(yù)定程序動(dòng)作，移架完成后自動(dòng)發(fā)出控制信號給下一架控箱，下一架開始動(dòng)作。依此類推，實(shí)現(xiàn)組內(nèi)支架的自動(dòng)控制。 (3)全工作面自動(dòng)控制系統(tǒng)。功能完善的電液控制系統(tǒng)設(shè)有主控制臺、紅外線裝置，能實(shí)現(xiàn)支架與采煤機(jī)聯(lián)動(dòng)的全工作面自動(dòng)化控制。其原理為 :每一支架上的架控箱均與主控制臺聯(lián)網(wǎng)，當(dāng)支架紅外線接受裝置收到采煤機(jī)紅外線發(fā)射器發(fā)出的位置信號后，反饋給主控制臺，主控制臺根據(jù)反饋信號發(fā)出指令，使相應(yīng)的支架動(dòng)作。 1.4.2 電液控制系統(tǒng)的特點(diǎn) 液壓支架電液控制系統(tǒng)是微電子、計(jì) 算機(jī)和液壓控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是機(jī)電一體化的高科技產(chǎn)品。它是綜采工作面實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的基礎(chǔ)。它和手動(dòng)控制系統(tǒng)相比有如下優(yōu)點(diǎn)。 (1)系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程程序控制，操作人員可以根據(jù)采煤機(jī)的割煤方向選擇最佳的位置，避免了操作人員的傷亡事故，同時(shí)也降低了粉塵對身體的危害。 中國礦業(yè)大學(xué) 成人教育學(xué)院 2006 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 (2)大幅度提高了支架的推移速度，目前國內(nèi)液壓支架普遍采用手動(dòng)控制，其推移速度除受系統(tǒng)流量和液壓元件過流能力的限制外，工人在架間的移動(dòng)速度也對其有直接的影響，這種影響在薄煤層中顯得尤為突出。 (3)保證液壓支架額定初撐力，電液控制系統(tǒng)可以通過壓力傳感器 反饋信號或通過延長控制電磁先導(dǎo)閥的供電時(shí)間來實(shí)現(xiàn)支架初撐力自保。保證額定初撐力，減少了立柱的增阻所需時(shí)間，提高了支護(hù)效率，而且全工作面支架初撐力均勻一致，改善了頂板的管理。 (4)采用電液控制系統(tǒng)，在移架過程中，易于實(shí)現(xiàn)帶壓移架，減少了工作面頂板對液壓支架產(chǎn)生頻繁的沖擊載荷，保護(hù)頂板圍巖的穩(wěn)定，延長液壓支架的使用壽命。 (5)移架步距準(zhǔn)確，切頂線整齊，改善了支護(hù)效果，并且使刮板輸送機(jī)和整個(gè)工作面直線性好，采煤機(jī)截深準(zhǔn)確。改善了刮板輸送機(jī)和采煤機(jī)的工況。另外多架同時(shí)推溜，使刮板輸送機(jī)緩慢彎曲，避免溜槽連接處產(chǎn) 生過大的應(yīng)力。 (6)靈活選擇多種控制方式。對各種困難的地質(zhì)條件和局部特殊地質(zhì)構(gòu)造都能適用，特別是適用于薄煤層和急傾斜煤層工作面。 (7)減少支護(hù)滯后時(shí)間，避免了頂板局部破碎。 (8)電液控制系統(tǒng)可與采煤機(jī)和刮板輸送機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)配合聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化綜采工作面。支架與采煤機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和數(shù)據(jù)可以傳輸?shù)较锏乐兄骺刂婆_和地面中央控制中心，便于實(shí)現(xiàn)整個(gè)礦井的自動(dòng)化管理。 中國礦業(yè)大學(xué) 成人教育學(xué)院 2006 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 第二章 液壓支架選型原則 2.1 工作面開采技術(shù)條件 朝陽礦 12 - 1#煤層上部和下部的煤層分布情況是 ： 12- 1#煤層上覆 11 - 1#和 11 - 2#兩層近距離可采煤層 ， 兩層煤的煤層厚度分別為 3.95m和 3.4m， 層間距為 0.8 2.5m， 平均間距 1.65m， 11 - 2#煤層與 12 - 1#煤層的層間距為 4. 06 6. 35m。 12 - 1#煤層下伏 12 - 2#近距離可采煤層厚度為 2.5m， 與 12 -1#煤層的層間距為 11. 8 19. 5m。工作面上部煤層開采情況是 ： 12 - 1#煤層上部的 11 - 1#煤層已采空塌陷 ， 開采方法為走向長壁式全部跨落法開采、刀柱式開采及小煤窯的房柱式開采。 12 - 1#煤層上部的 11 - 2#煤層局部已采空塌陷 ，開采方法為走向長壁式全部跨落法。在 12 - 1#煤層 8810試驗(yàn)工作面 965m可采的走向長度范圍內(nèi) ， 工作面頂板上部條件較為穩(wěn)定 。 2.2 底板比壓計(jì)算 底座對底板的比壓是指支架接觸面積的載荷強(qiáng)度，是支架的重要技術(shù)參數(shù)。常規(guī)計(jì)算中假設(shè)底板為塑性基礎(chǔ)，底座為剛性梁，則底板比壓近似為線性分布。 底座對底板比壓計(jì)算按照圖 2-1 所示。 QRN 2143NR （ KN） 1Hfxx Q 2.033001392 x 732x (mm) 當(dāng) 3/)(2171517 LLLx 時(shí)，為三角形分布，計(jì)算公式為： 0)(5.12151bwQbPBxLQP 中國礦業(yè)大學(xué) 成人教育學(xué)院 2006 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 圖 2-1 底座對底板的壓力 式中： f1為頂板與頂梁間的摩擦因數(shù)；支架技術(shù)特征參數(shù)中一般應(yīng)標(biāo)定底座前端對底板比壓和平均對底板比壓，在進(jìn)行比壓計(jì)算時(shí)統(tǒng)一取 f 0.2。 Pb1為前端比壓； Pb2為后端比壓； BW為底座接地寬度。 當(dāng) 3/)(171517 LLLx 時(shí)，為倒三角形分布，計(jì)算公式為： wbbBLxQPP)(5.101721 當(dāng) 3/)(22/)(1715171715 LLLxLL 時(shí)，為梯形分布。 當(dāng) 2/)(3/)(1715171715 LLLxLL 時(shí)，為倒梯形分布，計(jì)算公式為： 11715217151717151)(22)()(6)(bwbwbPBLLQPLLLxBLLQP中國礦業(yè)大學(xué) 成人教育學(xué)院 2006 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 當(dāng)2 1715 LLx 時(shí)，為矩形分布，計(jì)算公式為： )( 171521 LLB QPPP Wbbb 式中bP為底板平均比壓 。 通過計(jì)算該支架底板比壓為梯形分布，計(jì)算結(jié)果為： )(76.00.11250)2651685(100021432)(2)(0.12)2651685()265732(61250)2651685(100021432)()(6)(11715217151717151M P aPBLLQPM P aLLLxBLLQPbwbwb2.3 架型選擇的要求 2.3.1 液壓支架的安全性要求 (1)人 行 通道 支架人 行 通道應(yīng)保證人員和器材能在工作面順利通行。支撐掩護(hù)式支架一般為雙通道，即前立柱與輸送機(jī)電纜槽外緣間和前后立柱之間的通道。前者當(dāng)支架移架后，一般通道較小，行人困難，因此，必須保證前后立柱之間的人 行 通道。掩護(hù)式支架分為單人行道和雙人行道兩種。一般薄煤層支架、中厚煤層支架、特別是輕型支架多采用單人行道結(jié)構(gòu)，高度大于 3.5m 以上的掩護(hù)式支架較 多采用雙人行通道結(jié)構(gòu)。掩護(hù)式支架只有一排立柱，因此，立柱與輸送機(jī)電纜槽外緣間的距離比支撐掩護(hù)式支架大，人 行 通道較寬暢，一般支架移架后前通道仍能通行。 支架人 行 通道設(shè)計(jì)必須滿足下列基本要求： 中國礦業(yè)大學(xué) 成人教育學(xué)院 2006 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 人 行 通道凈寬度不小于 0.5m； 薄煤層人 行 通道最小凈高度應(yīng)大于 0.4m； 煤層傾角大于 30時(shí)，支架上應(yīng)設(shè)保護(hù)人 行 通道安全的防護(hù)裝置，人行 通道上應(yīng)設(shè)人梯和扶手； 人 行 通道內(nèi)不得有防礙人員通行和可能傷害人員的凸出物； 操縱閥把手不得占用人 行 通道有效空間； 不得采用具有高壓外泄式排液孔的雙伸縮立柱； 人 行 通道下 應(yīng)設(shè)有防滑人 行 踏板。 (2)操縱閥位置和安全措施 操縱閥應(yīng)安裝在便于操作和便于觀察工作面運(yùn)行狀態(tài)的安全空間處。一般工作面支架可根據(jù)使用要求采用本架控制或鄰架控制方式。 支架通向主回液管路的回液口處必須裝有回液斷路閥?；匾簲嗦烽y阻力不大于 2MPa，以防止系統(tǒng)由于 背 壓過大造成誤動(dòng)作。 支架上的液壓元件和電器元件應(yīng)設(shè)在頂梁和掩護(hù)梁的防護(hù)區(qū)內(nèi)，電器元件必須具有安全標(biāo)志和準(zhǔn)用證。護(hù)幫千斤頂進(jìn)回液節(jié)流孔直徑 d 2mm。 2.3.2 液壓支架的適應(yīng)性要求 液壓支架的適應(yīng)性是決定支架成敗的關(guān)鍵因素之一，設(shè)計(jì)時(shí)必須進(jìn)行全面充分 的考慮。 (1)頂梁的適應(yīng)性 當(dāng)采用整體頂梁時(shí)，支架最大高度時(shí)頂梁應(yīng)能下俯 10 15，最小高度（最小采高）時(shí)要求能上仰 5 10。頂梁前端宜傾斜向上逐漸上翹，梁端高出后部平面 30 50mm，以補(bǔ)償焊接變形，并保證第一接頂點(diǎn)靠近煤壁。 帶內(nèi)伸縮梁的整體頂梁，當(dāng)伸縮梁未伸出時(shí)其梁端高度應(yīng)與頂梁上板面一致，伸出過程逐漸上抬，全伸出后應(yīng)高于頂梁頂面 20 50mm。 當(dāng)采用分體鉸接頂梁時(shí)，前梁應(yīng)能上擺 15，下擺 20。梁端支撐力應(yīng)盡可能大，且不得小于 100KN。運(yùn)輸時(shí)可將前梁放下轉(zhuǎn)至與頂梁垂直，以減小中國礦業(yè)大學(xué) 成人教育學(xué)院 2006 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 支架運(yùn)輸尺寸 ，便于整體運(yùn)輸。 (2)防護(hù)裝置的適應(yīng)性 中厚煤層液壓支架和大采高液壓支架一般均應(yīng)設(shè)置護(hù)幫板裝置，適用“三軟 ”煤層的液壓支架必須具有完善的護(hù)幫裝置。護(hù)幫千斤頂應(yīng)用液壓雙向鎖控制，可翻轉(zhuǎn)護(hù)幫板（亦稱挑梁）應(yīng)能翻轉(zhuǎn)到高于頂梁平面、轉(zhuǎn)角大于 3的位置。 (3)推移裝置的適應(yīng)性 液壓支架推移裝置是保證支架正常推遛和拉架，實(shí)現(xiàn)工作面正常循環(huán)的重要裝置。 在設(shè)計(jì)支架時(shí)，應(yīng)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(yīng)性。 短推移桿式推移裝置一般采用浮動(dòng)活塞式千斤頂或采用雙 作用千斤頂差動(dòng)連接。這種推移裝置結(jié)構(gòu)比較簡單、緊湊，但千斤頂只能小腔拉架，提高拉架力較困難。長推移桿（框架）倒拉式推移裝置，具有千斤頂大腔力拉架、小腔力推溜及拉架力大的特點(diǎn)，且拉架時(shí)，推移千斤頂作用力對底座前端產(chǎn)生垂直向上的分力，可將底座前端向上抬，有助于順利移架。 2.3.3 圍巖類型與支架選型應(yīng)注意下述問題 (1)對于不穩(wěn)定的和中等穩(wěn)定頂板，應(yīng)優(yōu)先選用二柱掩護(hù)式支架。但在底板松軟條件下，必須嚴(yán)格驗(yàn)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(qiáng)度。在此條件下，通常應(yīng)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(qiáng)烈和十分強(qiáng)烈的頂板，應(yīng)優(yōu)先考慮選取四柱支撐掩護(hù)式支架。 (3)眾所周知，三點(diǎn)決定一個(gè)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(shí)際支撐力很低，因而二柱式掩護(hù)式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(shí)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(jī)道上方頂板的支護(hù)強(qiáng)度。 中國礦業(yè)大學(xué) 成人教育學(xué)院 2006 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 (4)在不穩(wěn)定頂板條件下使用四柱式支架應(yīng)注意對機(jī)道上方的頂板控制，包括增加前柱阻力及可伸縮前梁等。 2.4 確定架型 綜上所述，根據(jù)煤礦工作面地質(zhì)條件，對于其中厚煤層進(jìn)行開采，決定研制、配套技術(shù)經(jīng)濟(jì)型綜合機(jī)械化采煤工作面，代替高檔普采工作面。支架能適應(yīng) II 類頂板。 支架型式、配套采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)尺寸、配套關(guān)系及立柱缸徑，經(jīng)濟(jì)等因素有關(guān)。 因此選擇二柱支頂掩護(hù)式液壓支架。 中國礦業(yè)大學(xué) 成人教育學(xué)院 2006 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 第三章 掩護(hù)式支架參數(shù)的確定 該液壓支架根據(jù)現(xiàn)存地質(zhì)條件和參考我國液壓支架設(shè)計(jì)的技術(shù)參數(shù)來確定技術(shù)參數(shù)如下： 3.1 高度的確定 3.1.1 高度的確定 一般應(yīng)首先確定支架適用煤層的平均采高，然后確定支架高度。 Hmax Mmax（ 200 300） Hmin Mmin（ 300 400） 式中： Hmax 支架最大高度（ mm） Hmin 支架最小高度（ mm） Mmax 支架最大采高（ mm） Mmin 支架最小采度（ mm） Mmax ks1Mc Mmin ks2Mc 式中： H 煤層平均厚度 ks1、 ks2煤層厚度上、下波動(dòng)系數(shù)， 一般取 ks1 1.1 1.3， ks2 0.8 0.9 支架的最大高度和最小高度之差為支架的調(diào)高范圍。調(diào)高范圍越大，支架適用范圍越廣， 但過大的調(diào)高范圍給支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)造成困難，可靠性降低。支架最大最小高度取值應(yīng)符合表 3-1。 朝陽礦工作面地質(zhì)條件決定可定平均采煤高度 H 為 2500mm， 則 Mmax ks1H 1.22500 3000 mm Mmin ks2H 0.82500 2000 mm Hmax Mmax（ 200 300） 3000 300 3300 mm Hmin Mmin（ 300 400） 2000 400 1600 mm 中國礦業(yè)大學(xué) 成人教育學(xué)院 2006 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 支架的最大高度去掉尾數(shù)取 整為 3300mm，支架的最小高度尾數(shù)四舍五入取整為 1600mm。支架的最小 /最大高度為 1600/3300mm。 表 3-1 支架高度系列 單位： m Hmax Hmin Hmax Hmin 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 3.1.2 伸縮比的確定 K2反映了支架對煤層厚度變化的適應(yīng)能力。其值越大，支架對煤層厚度變化的適應(yīng)能力就越大。 K2=Hmax/ Hmin=3300/1600=2.06 3.2 中心距和寬度的確定 支架中心距一般等于工作面一節(jié)遛槽長度。目前國內(nèi)外液壓支架中心距大部分采用 1.5m。大采高支架為提高 穩(wěn)定性中心距可采用 1.75m，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 . 支架寬度是指頂梁的最小和最大寬度。寬度的確定應(yīng)考慮支架的運(yùn)輸、安裝和調(diào)架要求。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 170200mm。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中國礦業(yè)大學(xué) 成人教育學(xué)院 2006 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 時(shí)，如果頂梁帶有活動(dòng)側(cè)護(hù)板，則最小寬度 取 1150 1180mm，最大寬度取1320 1350mm；如果頂梁不帶活動(dòng)側(cè)護(hù)板，則寬度一般取 1150 1200mm。 本支架中心距采用 K 1.5m，則支架寬度取 B=1360 1530 mm。 3.3 梁端距和頂梁長度的確定 所謂梁端距是指移架后頂梁端部至煤壁的距離（ Ln）。如圖 3-1 所示。梁端距是考慮由于工作面頂板起伏不平造成輸送機(jī)和采煤機(jī)的傾斜，以及采煤機(jī)割煤時(shí)垂直分力使搖臂和滾筒向支架傾斜，為避免割頂梁而留的安全距離。支架高度越大，梁端距也應(yīng)越大。 當(dāng)采用即時(shí)支護(hù)方式時(shí)，一般大采高支架梁端距應(yīng)取 350 480mm，中厚煤層支架梁端距應(yīng)取 280 340mm，薄煤層支架梁端距應(yīng)取 200 300mm。本支架取梁端距 Ln 350mm。 頂梁長度受支架形式、配套采煤機(jī)截深（滾筒寬度）、刮板輸送機(jī)尺寸、配套關(guān)系及立柱缸徑、通道要求、底座長度、支護(hù)方式等因素的制約。本支架取頂梁長度 L13 2580mm。 當(dāng)采用即時(shí)支護(hù)方式時(shí)， Cd 0，減小頂梁長度，有利于減小控頂面積，增大支護(hù)強(qiáng)度，減少頂板反復(fù)支護(hù)次數(shù)，保持支架結(jié)構(gòu)緊湊，減輕重量。 圖 3-1 支架尺寸關(guān)系 中國礦業(yè)大學(xué) 成人教育學(xué)院 2006 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 3.4 支護(hù)強(qiáng)度 支護(hù)強(qiáng)度是指 支架 對單位面積頂板提供的工作 阻力，頂板所需的支護(hù)強(qiáng)度取決于頂板的等級和煤層厚度，可按經(jīng)驗(yàn)公式確定，即： q K1Hg10-6 式中： q支護(hù)強(qiáng)度 ( MPa) K1作用于支架上的頂板巖層厚度系數(shù)，一般取 5 8； 巖石密度，一般取 2.5103(kg/m3) H平均采高（ m） g重力加速度，取 10 m/s2 q=K1Hg10-6 =82.52.51031010-6 =0.50 MPa 3.5 支架工作阻力和初撐力的確定 3.5.1 支架工作阻力 當(dāng)立柱下腔內(nèi)的液體壓力隨頂板壓力的增大而升高到安全閥的調(diào)定壓力時(shí)，安全閥開啟溢流，立柱下縮，立柱下腔內(nèi)的液體壓力也隨之降低，當(dāng)壓力降低到安全閥調(diào)定值時(shí)，安全閥又關(guān)閉。支架承載時(shí)，隨著頂板的繼續(xù)下沉，安全閥重復(fù)著這一過程。受安全閥調(diào)定壓力的限制，支架的支撐力維持在某一恒定數(shù)值上，即呈恒阻特性，這就是支架的恒阻階段。此時(shí)支架對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。 P=/4 D2pan103（ KN） 式中 D支架立柱的缸徑， mm n支架立柱的數(shù)量 p a安全閥 調(diào)定壓力， MPa P=/4 D2pan103（ KN） 中國礦業(yè)大學(xué) 成人教育學(xué)院 2006 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 =/4210240.52103 =2806KN 3.5.2 支架初撐力 在升架過程中，從頂梁接觸頂板，至立柱下腔液體壓力逐漸上升到泵站工作壓力為止，為初撐階段。初撐階段終了時(shí)，支架對頂板產(chǎn)生的支撐力稱為初撐力。 初撐力大小對支架的支護(hù)性能和成本都有很大影響，較大的初撐力能使對乳化液泵站和液壓元件的耐壓要求也將提高。一般初撐力可按下式確定： Pc =/4 D2pbn103（ KN） 式中 pb泵站工作壓力， MPa Pc =/4 D2pbn103（ KN） =/4210231.52103 =2182KN 3.6 移架力和推遛力 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)。一般薄煤層支架的移架力為 100 150KN；中厚煤層支架為 150 300KN；厚煤層支架為300 400KN。推遛力一般為 100 150KN。 3.7 移架速度 支架移架速度 Vz 可按下式估算： Vz=QbA/KxQi 式中： Qb泵站流量， l/min Qi一架 支架全部立柱和千斤頂同時(shí)動(dòng)作所需的液體容積， l A支架中心距， m Kx泄漏損失系數(shù) 中國礦業(yè)大學(xué) 成人教育學(xué)院 2006 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 為保證高產(chǎn)高效工作面采煤機(jī)連續(xù)割煤，整個(gè)工作面的移架速度不應(yīng)小于采煤機(jī)連續(xù)一刀平均割煤速度。即要求： VzKzcVc 式中： Kzc采支速度比 考慮綜采工作面地質(zhì)、地壓等方面條件，結(jié)合高檔普采工作面采煤經(jīng)驗(yàn)，在全面分析、計(jì)算的基礎(chǔ)上，確定該工作面的支護(hù)強(qiáng)度不低于 0.5MPa。由支護(hù)強(qiáng)度和支護(hù)面積，推算出支架工作阻力為 2800KN，初撐力為 2182KN，支護(hù)強(qiáng)度為 0.5MPa，支架外形尺寸（長 寬 高） 456015301600mm。 3.8 液壓支架技術(shù)參數(shù)的確定 1、架型：兩柱掩護(hù)式液壓支架 2、最低 /最高高度： 1600/3300mm 3、最小 /最大寬度： 1360/1530mm 4、支架中心距： 1500 mm 5、初撐力： 2182KN 6、工作阻力： 2800KN 7、平均支護(hù)強(qiáng)度： 0.5MPa 8、對底板比壓： 0.761.0MPa 9、梁端距： 350mm 10、適應(yīng)傾角： 20 11、運(yùn)輸長度： 4200mm 12、泵站壓力： 31.5MPa 13、操作方式：本架控制，先移架后推遛 14、支架名稱： ZY2800/16/33 掩護(hù)式液壓支架 中國礦業(yè)大學(xué) 成人教育學(xué)院 2006 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 第四章 液壓支架的組成和支護(hù)方式 4.1 液壓支架的組成 液壓支架是綜采工作面支護(hù)設(shè)備，它的主要作用是支護(hù)采場頂板，維護(hù)安全作業(yè)空間，推移工作面采運(yùn)設(shè)備。 掩護(hù)式液壓支架承載力大，穩(wěn)定性好，底座尖端比壓較大，對頂板的主動(dòng)水平力大，前端支撐力大。根據(jù)支架各部件的功能和作用，其組成可分為4 個(gè)部分： 1、 承載結(jié)構(gòu)件。如頂梁、掩護(hù)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(shí)現(xiàn)支架的各種動(dòng)作，產(chǎn)生液壓動(dòng)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。其主要功能是操作控制支架各液壓油缸動(dòng)作及保證所需的工作特性。 4、 輔助裝置。如推移裝置、護(hù)幫（或挑梁）裝置、伸縮梁（或插板）裝置、活動(dòng)側(cè)護(hù)板、防倒防滑裝置、連接件、噴霧裝置等。這些裝置是為實(shí)現(xiàn)支架的某些動(dòng)作或功能所必須的裝置。 4.2 液壓支架的支護(hù)方式 綜采工作面的主要生產(chǎn)工序有采煤、移架和推遛。 3 個(gè)工序的不同組合順序，可形成液壓支架的 3 種支護(hù)方式， 從而決定工作面 “三機(jī) ”的不同配套關(guān)系。 4.2.1 即時(shí)支護(hù) 一般循環(huán)方式為：割煤移架推遛。即時(shí)支護(hù)的特點(diǎn)是，頂板暴露時(shí)間短，梁端距較小。適用于各種頂板條件，是目前應(yīng)用最廣泛的支護(hù)方式。 4.2.2 滯后支護(hù) 中國礦業(yè)大學(xué) 成人教育學(xué)院 2006 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 一般循環(huán)方式為：割煤推遛移架。滯后支護(hù)的特點(diǎn)是，支護(hù)滯后時(shí)間較長，梁端距大，支架頂梁較短?？捎糜诜€(wěn)定、完整的頂板。 4.2.3 復(fù)合支護(hù) 一般循環(huán)方式為：割煤支架伸出伸縮梁推遛收伸縮梁移架。復(fù)合支護(hù)的特點(diǎn)是，支護(hù)滯后時(shí)間短，但增加了反復(fù)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(yīng)高產(chǎn)高效要求，目前應(yīng)用較少。 4.2.4 掩護(hù)式支架的特點(diǎn) 掩護(hù)式支架都有一個(gè)寬大的掩護(hù)梁將作業(yè)空間與采空區(qū)冒落的矸石隔絕，掩護(hù)梁下端一般用前后連桿與底座相連，以保持較穩(wěn)定的梁端距和承受較大的水平推力。掩護(hù)梁上端用直接鉸接的方式與頂梁連接；立柱的支撐力通過掩護(hù)梁間接作用于頂梁或直接作用于頂梁；掩護(hù)式支架的立柱只有一排，且傾斜支撐，以增大支架的調(diào)高范圍；架間則通過活動(dòng)側(cè)護(hù)板互相靠攏，實(shí)現(xiàn)架間密封；通常頂梁較短，一般在 3m 左右。這種支架的性能特點(diǎn)是：支撐力小，切頂能力弱，但支撐力集中作用于機(jī)道上方的頂板上，故 支護(hù)強(qiáng)度較大，且均勻；對頂板的重復(fù)支撐次數(shù)少；密封掩護(hù)行好；能承受較大的水平力，且允許帶壓移架。由于立柱傾斜布置，且頂梁又較短，所以工作空間和通風(fēng)斷面較小。 具體特點(diǎn)是： (1)采用四連桿機(jī)構(gòu)。頂梁近似垂直升降，梁端距變化小。支架能承受水平力作用。 (2)立柱向前傾斜支撐，支撐力的合力作用點(diǎn)離煤壁的距離較近，能對煤壁前方頂板進(jìn)行較有效的支撐。 通過以上的分析可以看出，即時(shí)支護(hù)的支護(hù)方式對于 ZY2800/16/33 型掩護(hù)式液壓支架不僅節(jié)約時(shí)間，縮小了支架尺寸，使結(jié)構(gòu)更緊湊，減小支架重量，降低成本，為支架的整體 下井，安裝及撤除提供了有利條件，而且對頂板條件限制較少，又能投資少、見效快。 中國礦業(yè)大學(xué) 成人教育學(xué)院 2006 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 第五章 支架的四連桿機(jī)構(gòu)和受力分析 5.1 四連桿機(jī)構(gòu)的作用 四連桿機(jī)構(gòu)是現(xiàn)代液壓支架的主要穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，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，對液壓支架的研究離不開對四連桿機(jī)構(gòu)的研究和認(rèn)識。 支架升降時(shí)頂梁的運(yùn)動(dòng)軌跡是由四連桿機(jī)構(gòu)決定的，即由頂梁和掩護(hù)梁鉸點(diǎn) E 的軌跡所決定的。根據(jù)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析， E 點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡一般為一條雙紐線。合理設(shè)計(jì)四連桿參數(shù)，即可控制 E 點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡，改善支架支護(hù)性能， 減少連桿受力。 支架在最大高度和最小高度范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)， E 點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡呈 3 種形式：雙向擺動(dòng)（ ABCD 段）、單向向后擺動(dòng)（ BC 段）和單向向前擺動(dòng)（ AB 段和CD 段）。選擇不同的四連桿參數(shù)，可以使 E 點(diǎn)軌跡處于上述 3 種曲線段。支架工作時(shí)，受到頂板載荷的作用，有下縮趨勢。當(dāng) E 點(diǎn)軌跡處于 AB 段時(shí)，頂梁相對于頂板有向煤壁移動(dòng)的趨勢，此時(shí)頂板對頂梁的摩擦力指向煤壁。當(dāng)頂板運(yùn)動(dòng)趨勢超過支架運(yùn)動(dòng)趨勢時(shí)，頂梁與頂板間的摩擦力方向?qū)⑷Q于頂板的運(yùn)動(dòng)趨勢。 從頂板管理方面分析，頂梁向煤壁方向移動(dòng)比頂梁向采空區(qū)方向移動(dòng)有利。前者對于保持 梁端頂板處于擠壓狀態(tài)有利，而后者容易導(dǎo)致頂板產(chǎn)生離層或斷裂，造成頂板裂線前移或梁端冒頂。為此，合理涉及四連桿參數(shù)，使支架工作段內(nèi)， E 點(diǎn)軌跡處于 AB 段比較理想，但對于調(diào)高范圍大的支架，要達(dá)到這一要求是困難的。然而，由于四連桿銷孔間隙的作用，使 E 點(diǎn)實(shí)際運(yùn)動(dòng)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(yīng)控制梁端擺動(dòng)幅度 xE 30 80mm。液壓支架的縱向穩(wěn)定性完全是由四連桿機(jī)構(gòu)決定的，而不取決于立柱的多少。 液壓支架實(shí)際受力狀態(tài)十分復(fù)雜，經(jīng)常受到非對稱載荷和橫向載荷的作中國礦業(yè)大學(xué) 成人教育學(xué)院 2006 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 用，保持支架橫向穩(wěn)定性和整 體剛性十分重要。支架立柱為二力構(gòu)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(jī)構(gòu)承受。 5.2 四連桿機(jī)構(gòu)定位尺寸和極限尺寸的確定 5.2.1 掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)頂梁頂面之距離 H0和后連桿下鉸點(diǎn)至底座底面之距 y5 如圖 5-1 所示，當(dāng)支架高度確定后，要用作圖法確定四連桿機(jī)構(gòu)，首先要根據(jù)配套尺寸 LA 1825mm、梁端距 Ln 350mm 初步確定頂梁長度 L13 2775mm 和底座長 L15 1915mm，然后確定頂梁與掩護(hù)梁鉸點(diǎn)相對于后連桿下鉸點(diǎn)的水平距離 xE，該鉸點(diǎn)至頂梁頂面距 H0和后連桿下鉸點(diǎn)的高度 y5。 H0一般根據(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 H0 150 200mm。 y5一般根據(jù)支架最小高度確定，薄煤層支架取 y5 150 250mm，中厚煤層支架取 y5 250 450mm，大采高支架取 y5 450 600mm。 該鉸點(diǎn)至頂梁頂面距 H0 116mm，后連桿下鉸點(diǎn)的高度 y5 400 mm。 5.2.2 支架最大和最小高度時(shí)掩護(hù)梁與水平夾角 max和 min 掩護(hù)梁是掩護(hù)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(gòu)件，把頂梁載荷傳遞到四 連桿機(jī)構(gòu)，這對保持支架圍巖力學(xué)狀態(tài)的穩(wěn)定有著顯著的作用。其主要表現(xiàn)是： 掩護(hù)梁載荷參與頂梁的力矩平衡，提高了梁端承載能力； 支架受到一個(gè)指向煤壁的水平推力，當(dāng)支架處于支護(hù)工況時(shí)，有阻止頂板巖體向采空區(qū)移動(dòng)的作用，而當(dāng)處于移架工況時(shí)，有利于克服架體各方面的摩擦力，增強(qiáng)架體運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性。掩護(hù)梁水平投影過大，將增大掩護(hù)梁載荷，并承受頂板巖塊的沖擊載荷而掩護(hù)梁載荷過大將減小頂板支護(hù)強(qiáng)度，造成移架困難。一般掩護(hù)式支架取max 58 62，支撐掩護(hù)式支架取 max 60 70。 在支架最小支護(hù)高度時(shí)，掩護(hù)梁傾角 應(yīng)保證移架過程中掩護(hù)梁背負(fù)的矸石能沿梁體下滑，即滿足 tanmin f，其中 f 為巖石與鋼的靜摩擦因數(shù)，一般為 0.15 0.3。若取 f 0.3，則 min 17，設(shè)計(jì)中一般可取 min 12 18。 中國礦業(yè)大學(xué) 成人教育學(xué)院 2006 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 支架最大和最小高度時(shí)掩護(hù)梁與水平夾角 max 60.7 和 min 24.3 5.2.3 掩護(hù)梁與后連桿長度比的確定 在用作圖法確定四連桿機(jī)構(gòu)時(shí)，桿長比主要根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)確定，一般應(yīng)保證 2 5，使后連桿在第一象限內(nèi)擺動(dòng)。掩護(hù)梁與后連桿的長度比（ L3L4） /L2，對兩柱掩護(hù)式支架一般為 1.4 2.1，對 四柱掩護(hù)式支架一般為 1.21.8。 掩護(hù)梁與前后連桿鉸點(diǎn)間的距離 L4 可根據(jù)支架高度及連桿銷子直徑確定，一般取 L4 300 500mm，前后連桿間交角越大，連桿力越小。 掩護(hù)梁與后連桿的長度比為 1.4，掩護(hù)梁長度（ L3+L4） 1770mm ，后連桿的長度 L2 1200mm . 5.3 四連桿機(jī)構(gòu)解析法設(shè)計(jì) 在用解析法設(shè)計(jì)支架四連桿機(jī)構(gòu)時(shí)，應(yīng)首先根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)確定四連桿機(jī)構(gòu)定位尺寸和極限參數(shù)。 5.3.1 掩護(hù)梁與后連桿幾何關(guān)系的確定 如圖 5-1 所示， amax 58.6、 amin 26.6、 a21 17.2， a22 66.8， 則可聯(lián)立 3 個(gè)方程： hmax（ L3+L4） sinamax +L2cosa21 hmin（ L3+L4） sinamin +L2cosa22 （ L3+L4） cosamax L2 sina21（ L3+L4） cosamin L2 sina22 解該方程組得有意義的解為 a cbLL 2243 21m in43m a x2 c o s s in)( LLhL 2m i n43m i n22 s in)(a r c c o s L LLh 中國礦業(yè)大學(xué) 成人教育學(xué)院 2006 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 式中：21m ax2m ax2m i n2 t a ns in2s ins in kka 21m a xm a xm a xm i nm i n t a ns ins in khhhb )(4 2m ax2m n2 hhabc ； c 0； m a xm i n co sco s k。 掩護(hù)梁上鉸點(diǎn) E 到后連桿下鉸點(diǎn)的水平距離為： 510s inco s)(212m i n43 LLLx E（ mm） 如 圖 5-1 所示 圖 5-1 掩護(hù)梁與后連桿幾何關(guān)系 5.3.2 前連桿長度和位置 掩護(hù)梁與前連桿的鉸點(diǎn) C（ x， y）的運(yùn)動(dòng)軌跡方程為 2184183 c o ss in s inc o s LLy LLxx E 中國礦業(yè)大學(xué) 成人教育學(xué)院 2006 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 其中 43243 2 s ina r c c o s LL xLL L E此軌跡是一橢圓弧的一部分。 任一 C 點(diǎn)處的曲率半徑為 ）（yy 2/321 令 K1 L2sina2 sina4332 LL LLcosa2cosa K24332 LL LLcosa2sina K34332 LL LLL2sin3a（4332 LL LL） 2 cos3a2 則 32/32212KKK ）（ 實(shí)際上四連桿機(jī)構(gòu)中 C 點(diǎn)的軌跡是以前連桿為半徑，以前連桿為底座鉸點(diǎn) O3為圓心的圓，如圖 5-2 所示。扭線的一段。為使 E 點(diǎn)軌跡接近理想直線21EE， C 點(diǎn)的圓弧軌跡應(yīng)盡量逼近橢圓弧段，其曲率越接近，梁端擺動(dòng)浮動(dòng)越小。 在 C 點(diǎn)行程范圍內(nèi)的橢圓弧段上，均勻的取幾個(gè)點(diǎn) Ci（ i 1， 2， ， n）， 求出各點(diǎn)處的曲率半徑 i（ i 1， 2， ， n），其平均曲率半徑為 ni in 11 以該平均曲率半徑為前連桿長度，即 L1 =1215. 支架在最小和最大高度時(shí)，前連桿與掩護(hù)梁鉸點(diǎn) C1（ xc1， yc1）和 C1（ xc1，中國礦業(yè)大學(xué) 成人教育學(xué)院