摘要礦井液壓支架的應(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，因此液壓支架的設(shè)計(jì)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)化的主要體現(xiàn)。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)煤炭日益增長的需求，必須大量生產(chǎn)機(jī)械化采煤設(shè)備，迅速增加綜合機(jī)械化采煤工作面。本文主要闡述了支頂掩護(hù)式液壓支架掩護(hù)梁、四連桿機(jī)構(gòu)及液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程。此次設(shè)計(jì)選用支頂掩護(hù)式液壓支架，支架采用四連桿機(jī)構(gòu)，以改善支架受力狀況；頂梁、掩護(hù)梁、底座均做成箱體結(jié)構(gòu)，減輕架體自重；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(diào)高范圍的需要，同時(shí)還對(duì)系統(tǒng)壓力損失、發(fā)熱、效率等性能進(jìn)行了驗(yàn)算。關(guān)鍵詞液壓支架，掩護(hù)梁，液壓系統(tǒng)，采煤綜合機(jī)械化。ABSTRACTTHEAPPLICATIONOFHYDRAULICSUPPORTINCOALMININGFACEOFINCREASINGPRODUCTIONANDRAISELABORPRODUCTIVITY,REDUCECOSTS,REDUCEMANUALWORKERSANDTOENSURESAFETYINPRODUCTIONISINDISPENSABLEFOREFFECTIVEMEASURESTO,THEREFORETHEDESIGNOFHYDRAULICSUPPORTISTECHNICALLYADVANCEDANDECONOMICALLYRATIONAL,SAFEANDRELIABLEISTHEMAINMANIFESTATIONOFTHECOMPREHENSIVEMECHANIZATIONANDAUTOMATIONOFMININGINTEGRATEDMECHANIZATIONOFCOALMININGISASIGNIFICANTINCREASEINCOALPRODUCTION,THEONLYWAYTOINCREASEECONOMICEFFICIENCYINORDERTOMEETTHEGROWINGDEMANDFORCOALTOBEMASSPRODUCEDMECHANIZEDMININGEQUIPMENT,THERAPIDINCREASEINTHEINTEGRATEDCOALFACEMECHANIZATIONTHISPAPERMAINLYEXPOUNDSTHETOPSCREENTYPEHYDRAULICSUPPORTBEAM,COVERFOURBARLINKAGEANDBALANCEJACKDESIGNTHISDESIGNSELECTIONOFHYDRAULICSUPPORTATOPCOVER,STENTS,USINGFOURLINKMECHANISM,ANDTOIMPROVETHESTENTSSTRESSSTATETOPBEAM,COVER,BASEBEAMAREMADE,REDUCEFRAMESTRUCTUREOFTHEBODYWEIGHTPILLARWITHDOUBLEEXPANSIONROLE,ANDTOINCREASETHEHYDRAULICCYLINDERWORKINGTRAVELTOMEETTHENEEDOFHIGHRANGESTANDISADJUSTEDATTHESAMETIME,THEPERFORMANCESOFSYSTEMATICLOSS,FEVERANDEFFICIENCYARECHECKEDCAREFULLYKEYWORDSHYDRAULICSUPPORT,SCREENANDBEAM,HYDRAULICSYSTEM,COMPREHENSIVEMECHANIZEDCOALMINING前言畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們綜合運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)和實(shí)踐相結(jié)合的重要環(huán)節(jié)。是對(duì)我們大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)的一次全面檢驗(yàn)和應(yīng)用；首先，畢業(yè)設(shè)計(jì)能培養(yǎng)我們分析實(shí)際問題的能力，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)動(dòng)手解決實(shí)際問題的能力，從而鞏固深化所學(xué)的理論知識(shí)，為即將走向工作崗位打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。其次，畢業(yè)設(shè)計(jì)培養(yǎng)我們深入實(shí)際，調(diào)查研究，解決在現(xiàn)實(shí)問題中可能出現(xiàn)各種問題，所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)中必須學(xué)會(huì)分析問題和解決問題的方法，要抓住主要問題，按安全可靠，經(jīng)濟(jì)實(shí)用的原則設(shè)計(jì)。再次，畢業(yè)設(shè)計(jì)培養(yǎng)了我們熟悉有關(guān)技術(shù)政策，運(yùn)用國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，手冊(cè)，圖冊(cè)等工具書，獨(dú)立進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，數(shù)據(jù)處理，編寫技術(shù)文件的工作能力。在畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我們必須培養(yǎng)認(rèn)真、負(fù)責(zé)、細(xì)致、踏實(shí)的工作作風(fēng)，養(yǎng)成保質(zhì)保量、按時(shí)按量完成任務(wù)的習(xí)慣，要達(dá)到這一目的，我們?cè)谠O(shè)計(jì)中必須應(yīng)做到（1）隨時(shí)準(zhǔn)備各種資料，為畢業(yè)設(shè)計(jì)做好充分的準(zhǔn)備。（2）認(rèn)真計(jì)算和檢驗(yàn)，保證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。（3）仿真建模和CAD制圖要認(rèn)真、仔細(xì)和不斷反復(fù)檢查，以保證圖紙的質(zhì)量。（4）勞逸結(jié)合，提高工作效率，按時(shí)完成自己的設(shè)計(jì)任務(wù)。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅關(guān)系著每個(gè)人的學(xué)業(yè)成績(jī)，更重要的是它體現(xiàn)了每個(gè)人對(duì)待設(shè)計(jì)的認(rèn)真程度和實(shí)際能力。固然每個(gè)人的能力不同，設(shè)計(jì)有好有劣，但我們還是力求向好的方面努力，使設(shè)計(jì)既符合實(shí)際，更加完善完美。我想這與指導(dǎo)老師和領(lǐng)導(dǎo)的要求也是一致的。不過由于對(duì)一些實(shí)踐性知識(shí)了解甚少，加上本次設(shè)計(jì)時(shí)間緊、任務(wù)重、圖紙多，很難百分之百的達(dá)到畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求。所以這次畢業(yè)設(shè)計(jì)也只能是一個(gè)嘗試，但對(duì)我將來的工作必將是一個(gè)很大的幫助，相信通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)能達(dá)到預(yù)期目的，各方面都有所提高。由于經(jīng)驗(yàn)不足、水平有限加之時(shí)間倉促，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)一定存在不少錯(cuò)誤，歡迎各位老師和同學(xué)批評(píng)指正。目錄摘要VIABSTRACTVII前言VIII第一章緒論111國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀112本課題研究的目的和意義2第二章液壓支架基本理論分析421綜采工作面的布置和循環(huán)工作過程422液壓支架的組成523液壓支架的分類6231按支架和圍巖的相互作用分類6232按移動(dòng)方式分類724液壓支架的工作原理825液壓支架的支護(hù)方式1026液壓支架主要結(jié)構(gòu)件及其作用11261頂梁11262掩護(hù)梁11263底座11264四連桿機(jī)構(gòu)12265立柱12266推移機(jī)構(gòu)1227液壓系統(tǒng)及其控制元件1328支架的設(shè)計(jì)特點(diǎn)1329本設(shè)計(jì)液壓支架各項(xiàng)技術(shù)特征13第三章液壓支架的主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1431確定液壓支架結(jié)構(gòu)參數(shù)的原則與內(nèi)容14311確定支架結(jié)構(gòu)參數(shù)的原則14312確定支架結(jié)構(gòu)參數(shù)的內(nèi)容1432液壓支架主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定14321液壓支架的高度與伸縮比14322中心距和寬度的確定16323支架間距17324底座長度的確定17325頂梁長度的確定171支架工作方式對(duì)支架頂梁長度的影響172頂梁長度的計(jì)算1833液壓支架的設(shè)計(jì)要求1934支架的主要結(jié)構(gòu)19341掩護(hù)梁的設(shè)計(jì)19342掩護(hù)梁護(hù)板的設(shè)計(jì)20343四連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求22344底座251底座的主要作用252底座的結(jié)構(gòu)型式、特點(diǎn)與選擇253底座長度的確定2635液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)26351液壓支架的液壓系統(tǒng)簡(jiǎn)介26352液壓支架傳動(dòng)系統(tǒng)的基本要求26353液壓支架的液壓傳動(dòng)特點(diǎn)2636液壓系統(tǒng)總體方案的確定2737立柱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)28371液壓缸工作壓力的確定28372缸筒的設(shè)計(jì)計(jì)算29373缸筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)29374缸筒內(nèi)徑的計(jì)算29375液壓缸壁厚和外徑的計(jì)算31376液壓缸工作行程的確定32377缸蓋厚度的確定32378最小導(dǎo)向長度的確定33379缸體長度的確定343710液壓缸主要零件的材料和技術(shù)要求341缸體材料和毛坯342缸體的技術(shù)要求353活塞桿的材料364活塞桿的技術(shù)要求363711立柱強(qiáng)度校核373712液壓缸穩(wěn)定性的計(jì)算383713密封裝置的設(shè)計(jì)401對(duì)密封裝置的主要要求4038千斤頂系統(tǒng)的選取41381推移千斤頂?shù)倪x取41382平衡千斤頂?shù)倪x取43383側(cè)推千斤頂?shù)倪x取43第四章液壓支架的強(qiáng)度計(jì)算4441強(qiáng)度計(jì)算條件4442強(qiáng)度校核45421底座的強(qiáng)度校核45422頂梁上平衡千斤頂耳板與銷軸強(qiáng)度校核47第五章液壓支架的使用、維護(hù)與發(fā)展5051液壓支架操作維護(hù)要求5052液壓支架操作5053液壓支架操作管理事項(xiàng)5054維護(hù)和管理的具體內(nèi)容5155液壓支架的故障及排除52551結(jié)構(gòu)件和連接銷軸53552液壓系統(tǒng)及液壓元件5356液壓支架的發(fā)展趨勢(shì)54結(jié)論56致謝57參考文獻(xiàn)58第一章緒論11國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀地下開采的煤產(chǎn)量主要有液壓支架配套的綜采設(shè)備產(chǎn)出的綜采設(shè)備的研制和廣泛的應(yīng)用對(duì)煤炭工業(yè)革新技術(shù)裝備不僅有重大的作用,而且對(duì)采煤工藝各個(gè)環(huán)節(jié)技術(shù)水平的發(fā)展和提高,是有強(qiáng)有力的促進(jìn)因素加速現(xiàn)代化進(jìn)程,必須加速煤炭工業(yè)企業(yè)的建設(shè),改造和革新技術(shù)裝備的進(jìn)程,增加地下開采和露天開采的煤產(chǎn)量地下開采是最復(fù)雜和困難的方法,但是,這種方法在工業(yè)比較發(fā)達(dá)的國家和以煤炭作為一次能源的地區(qū),仍然普遍應(yīng)用,而且,開采優(yōu)質(zhì)煤包括煉焦煤,都是采用地下開采的方法綜合機(jī)械化采煤是煤炭工業(yè)的一次技術(shù)革命,從根本上改變了煤炭工業(yè)的面貌,綜合機(jī)械化采煤是20世紀(jì)人類科學(xué)發(fā)展的重要成果綜合機(jī)械化采煤技術(shù)在我國的研究試驗(yàn),使用,發(fā)展,徹底改變了我國煤炭工業(yè)的面貌,降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,提高了產(chǎn)量,勞動(dòng)生產(chǎn)率和企業(yè)效益,滿足了國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)對(duì)煤炭的需求,合理的集中生產(chǎn)簡(jiǎn)化了生產(chǎn)系統(tǒng),提高了生產(chǎn)安全性,我國綜采技術(shù)發(fā)展得30多年,使我國的煤炭生產(chǎn)技術(shù)水平跨進(jìn)了世界先進(jìn)行列,綜放技術(shù)躍居世界領(lǐng)先地位工作面支護(hù)問題始終是困擾煤炭安全生產(chǎn),產(chǎn)量和效率的重要問題以液壓支架為主要設(shè)備的綜合機(jī)械化采煤以下簡(jiǎn)稱綜采的誕生和發(fā)展是煤炭生存發(fā)展史上的一次重大革命不僅從根本上改善了勞動(dòng)和安全條件,也為工作面產(chǎn)量和效率的提高奠定了基礎(chǔ)但是綜采設(shè)備初期投資高,特別是液壓支架占綜采設(shè)備總投資約60,因此液壓支架的合理選用特顯重要。30多年來在液壓支架技術(shù)不斷發(fā)展中，形成了以煤炭總院專業(yè)研究所和骨干支架制造廠設(shè)計(jì)所為主的支架研究設(shè)計(jì)隊(duì)伍，采用計(jì)算機(jī)CAD進(jìn)行各種類型支架的設(shè)計(jì)，用有限元計(jì)算軟件等進(jìn)行計(jì)算，并普及計(jì)算機(jī)繪圖。我國制訂的緩傾斜工作面頂板分類及其它研究成果為支架設(shè)計(jì)、選型和使用提供了有力的指導(dǎo)依據(jù)。制造方面形成以原部屬專業(yè)制造廠為主、機(jī)械工業(yè)部及船舶制造總公司等專業(yè)廠為輔的制造體系，以及以國家煤炭支護(hù)設(shè)備質(zhì)量檢測(cè)中心為骨干的檢測(cè)隊(duì)伍。制定有關(guān)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)11項(xiàng)，建立了各項(xiàng)支架檢測(cè)手段，造就了一支研究、制造和使用液壓支架的龐大隊(duì)伍；形成了研制液壓支架的雄厚基礎(chǔ)。不僅能滿足國內(nèi)需求，還向美國。俄羅斯、土耳其和印度等國家出口液壓支架和成套綜采設(shè)備。為適應(yīng)我國煤礦綜采機(jī)械化的發(fā)展，國內(nèi)綜采設(shè)備科研設(shè)計(jì)和制造企業(yè)已將研制開發(fā)出具有較先進(jìn)技術(shù)水平的大功率電牽引采煤機(jī)、重型刮板輸送機(jī)、電液控制強(qiáng)力液壓支架和多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)大運(yùn)力帶式輸送機(jī)。配套設(shè)備的生產(chǎn)能力達(dá)到15002500T/H，在適宜的煤層和礦井條件下，綜采動(dòng)作面可實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)300萬噸以上。新型礦用單體支護(hù)設(shè)備，采用懸浮式液壓技術(shù)原理，生產(chǎn)礦用單體支護(hù)設(shè)備，技術(shù)水平達(dá)到了國家領(lǐng)先水平，填報(bào)了國際空白。DWX型液壓支柱的柱塞懸浮，密封脹緊，密封補(bǔ)償，無內(nèi)泄漏，無圓弧焊縫等技術(shù)和安全特點(diǎn)，具有獨(dú)創(chuàng)性。新型礦用單體支護(hù)設(shè)備的誕生，消除了五十年來國內(nèi)外單體支護(hù)設(shè)備一直存在的內(nèi)泄漏和圓弧焊縫脆斷等安全隱患問題。解決了深部煤礦開采沖擊地壓條件下回采工作面支護(hù)的關(guān)鍵技術(shù)，結(jié)束了有德國人發(fā)明的第二代單體設(shè)備的歷史，并將會(huì)長期使用下去。該產(chǎn)品普遍適用于煤礦回采工作面的頂板支護(hù)和端頭支護(hù)，可廣泛應(yīng)用于薄煤層、中厚煤層和較厚煤層工作面，是煤礦重要支護(hù)設(shè)備。近十年來主要的發(fā)展趨勢(shì)是向兩柱掩護(hù)式和四柱掩護(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)向更高工作阻力、大中心距發(fā)展。液壓支架的另一個(gè)重大突破是控制系統(tǒng)，應(yīng)用電液控制技術(shù)，采用電磁控制的先導(dǎo)閥，先進(jìn)可靠的壓力和位移傳感器，靈活自由編程的微處理機(jī)技術(shù)，紅外線遙感技術(shù)等現(xiàn)代科技成果，使液壓支架的動(dòng)作自動(dòng)連續(xù)進(jìn)行，移架速度大大提高，支架循環(huán)時(shí)間達(dá)到68S。我國自1973年開始大規(guī)模引進(jìn)德國、英國等國家的綜采設(shè)備，經(jīng)歷了消化、吸收和改進(jìn)提高的過程，到目前已形成了較完整的設(shè)計(jì)、制造和科研體系，掩護(hù)式液壓支架和采煤技術(shù)已有了長遠(yuǎn)發(fā)展。12本課題研究的目的和意義采用綜合機(jī)械化采煤方法是大幅度增加煤產(chǎn)量、提高經(jīng)濟(jì)效益的必由之路。為了滿足對(duì)煤炭增長的日益需要，必須大量生產(chǎn)綜合機(jī)械化采煤設(shè)備，迅速增加機(jī)械化采煤工作面。由于采煤工作面的底頂板條件、煤層厚度、煤層的物理機(jī)械性質(zhì)等不同，對(duì)液壓支架的要求也不同。為了有效的支護(hù)和控制頂板，必須設(shè)計(jì)出不同類型和不同結(jié)構(gòu)尺寸的液壓支架。因此液壓支架的設(shè)計(jì)工作非常重要。由于液壓支架的類型很多，由此其設(shè)計(jì)工作量也是很大的，由此可知，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)。通過對(duì)液壓支架的理論學(xué)習(xí)，完成液壓支架的設(shè)計(jì)工作，加深對(duì)液壓支架工作原理、工作性能、工作環(huán)境及其結(jié)構(gòu)的了解。通過對(duì)液壓支架結(jié)構(gòu)的分析，加深和鞏固機(jī)械原理的相關(guān)內(nèi)容；通過對(duì)液壓支架受力的分析和強(qiáng)度的校核，加深對(duì)專業(yè)基礎(chǔ)課理論力學(xué)和材料力學(xué)及專業(yè)課機(jī)械設(shè)計(jì)相關(guān)內(nèi)容的鞏固和理解。同樣通過對(duì)液壓支架的設(shè)計(jì)，能夠更好的認(rèn)識(shí)國內(nèi)外液壓支架的發(fā)展趨勢(shì)和發(fā)現(xiàn)目前煤礦液壓支架主要存在的問題，從而為以后更深入的認(rèn)識(shí)、了解和設(shè)計(jì)液壓支架打下良好的基礎(chǔ)。通過自己獨(dú)立的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)，提高理論聯(lián)系實(shí)際、分析問題和解決問題的能力，學(xué)會(huì)查閱參考書和工具書的方法，提高編寫技術(shù)文件的能力，進(jìn)一步加強(qiáng)設(shè)計(jì)計(jì)算和制圖等基本技能的訓(xùn)練，為自己成為一名出色的機(jī)械工程師打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。現(xiàn)代社會(huì)對(duì)人才提出了更高的要求，作為一名當(dāng)代的大學(xué)畢業(yè)生，不見你打好堅(jiān)實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)，還應(yīng)具備工程技術(shù)人才應(yīng)有的綜合素質(zhì)。為了適應(yīng)這一發(fā)展趨勢(shì)，我們應(yīng)立足變傳統(tǒng)的、僵化的、單純的畢業(yè)設(shè)計(jì)為培養(yǎng)主動(dòng)學(xué)習(xí)、提高創(chuàng)新能、樹立團(tuán)結(jié)協(xié)作精神、強(qiáng)化計(jì)算機(jī)運(yùn)用等多為兼容性畢業(yè)設(shè)計(jì)；同時(shí)通過完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，鍛煉學(xué)生解決實(shí)際工程問題的能力；在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，以我們的主動(dòng)學(xué)習(xí)為主，教師適時(shí)指導(dǎo)為輔；將素質(zhì)教育與畢業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)相融合，從根本上提高畢業(yè)設(shè)計(jì)的質(zhì)量和水平。第二章液壓支架基本理論分析21綜采工作面的布置和循環(huán)工作過程綜合機(jī)械化采煤設(shè)備在工作面的布置情況如圖21所示，其中主要設(shè)備有進(jìn)行落煤和裝煤工作的滾筒式采煤機(jī)1（也可用刨煤機(jī)）；完成工作面用煤工序的可彎曲刮板運(yùn)輸機(jī)5和順槽運(yùn)輸設(shè)備（轉(zhuǎn)載機(jī)4與可伸縮皮帶運(yùn)輸機(jī)3），用于支護(hù)頂板的工作面支架2和端頭支架10、11，設(shè)在下順槽的乳化液泵站（包括乳化液8和乳化液箱9），以及由乳化液泵站引入工作面的主進(jìn)管6和回液管7等。各種綜采工作面的布置方式基本相同，只是設(shè)備和使用條件的不同略有差異。上述各種設(shè)備在回采工作面中，按一定的生產(chǎn)工藝流程協(xié)調(diào)的進(jìn)行工作，發(fā)揮著各自的效能。綜采工作面的生產(chǎn)過程比較單一，只有采煤、移架、推溜三項(xiàng)主要工序，而這三項(xiàng)工序的組合，可以是采煤移架推溜也可以是采煤推溜移架。前者隨采煤機(jī)后緊接移架，及時(shí)支護(hù)頂板，稱及時(shí)支護(hù)方式。后者推溜后在移架，稱滯后支護(hù)方式，現(xiàn)在以采用先移架，后推溜工作方式的總采面為例，說明他的循環(huán)工作過程（見圖21）由圖21可知AA斷面表示采煤機(jī)截割前狀態(tài)，此時(shí)，運(yùn)煤機(jī)緊靠煤壁，移架裝置處于伸出狀態(tài)，支架相對(duì)于運(yùn)輸機(jī)退后一個(gè)步距。BB斷面表示采煤機(jī)截割后狀態(tài)，這時(shí)支架頂梁端與煤壁之間的頂板裸露，需要及時(shí)支護(hù)。CC斷面表示采移架后狀態(tài)，采煤機(jī)截割后接著把支架移至緊靠運(yùn)輸機(jī)的位置，并升柱撐緊，以便及時(shí)支護(hù)新暴露的頂板，移架步距一般600MM，它必須與采煤機(jī)的截割深度相配合。DD斷面表示推移運(yùn)輸機(jī)后狀態(tài)，隨著采煤機(jī)的不斷截割前進(jìn)，滯后采煤機(jī)約1012M左右，把運(yùn)輸機(jī)推至煤壁前的新機(jī)道上。由此可知，這個(gè)綜采工作面的回采工藝流程是采煤、移架和推溜。沿工作面全長，每完成一個(gè)流程，即采煤機(jī)割一刀，液壓支架和工作面運(yùn)輸機(jī)前進(jìn)一次，稱為一個(gè)循環(huán)。綜采工作面的生產(chǎn)過程，就是按此循環(huán)工作不斷進(jìn)行的過程。圖21綜合機(jī)械化采煤設(shè)備在工作面的布置情況22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(chǎng)頂板，維護(hù)安全作業(yè)空間，推移工作面采運(yùn)設(shè)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)和與圍巖的作用關(guān)系“般分為三大類，即支撐式、掩護(hù)式圖22和支撐掩護(hù)式圖23根據(jù)支架各部件的功能和作用，其組成可分承載結(jié)構(gòu)件、動(dòng)力油缸、控制操縱元件、輔助裝置和工作液體五部分。圖22掩護(hù)式液壓支架結(jié)構(gòu)圖23支撐掩護(hù)式液壓支架結(jié)構(gòu)（1）承載結(jié)構(gòu)件，如頂梁、掩護(hù)梁、底座、連桿、尾梁等。2液壓油缸，包括立柱和各類千斤頂。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(dòng)作及保證所需的工作性能。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、連接件等。這些裝置是為實(shí)現(xiàn)支架的某些動(dòng)作或功能所必需的裝置。（5）工作液體這是傳遞泵站能量，使液壓支架能有效工作的工作介質(zhì)。液壓支架的工作液體是乳化液。23液壓支架的分類231按支架和圍巖的相互作用分類此時(shí)液壓支架可分為三類（1）支撐式支架它有較長的頂梁，較多的支柱，并呈垂直布置，支架的穩(wěn)定性由支柱的復(fù)位機(jī)構(gòu)來保證，因此有堅(jiān)固的箱式底座。它靠支柱與頂梁的支撐作用，控制工作面的頂板，維護(hù)工作空間，而頂板巖石則在頂梁后部切斷跨落。這種類型的支架具有較大的支撐能力和良好的切頂性能，因此適應(yīng)于頂板堅(jiān)硬完整，周期壓力明顯或強(qiáng)烈，底板也較硬的煤層中。（2）掩護(hù)式支架它的頂梁較短，支柱一排，一般僅12根，多呈傾斜布置與掩護(hù)梁連接或直接與頂梁相連接。它靠支柱和頂梁支撐頂板，而掩護(hù)梁只與冒落矸石相接觸，防止矸石涌入工作面，以維護(hù)一定的工作空間。這種類型的支架，有良好的防矸掩護(hù)性能，主要適用于頂板中等穩(wěn)定和破碎，底板也較軟的煤層中。（3）支撐掩護(hù)式支架支撐掩護(hù)式支架是介于支撐式和掩護(hù)式之間的一種架型。它的特點(diǎn)是，支柱兩排，每排12根，多呈傾斜布置，靠采空區(qū)一側(cè)，裝有掩護(hù)梁和四連桿機(jī)構(gòu)。這類支架靠支撐和掩護(hù)作用來維護(hù)工作空間，兼有支撐式和掩護(hù)式支架的優(yōu)點(diǎn)，適用于頂板穩(wěn)定和中等穩(wěn)定，有較明顯的周期壓力，底板中等穩(wěn)定的煤層中。支撐式、掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式等三類支架中，對(duì)照采煤工藝對(duì)支架的要求來看，掩護(hù)式支架具有很多特點(diǎn)和較廣的適用范圍。雖然掩護(hù)式支架單位工作面長度上的支撐能力不如其余兩種，但由于控頂距小單位面積上的支撐力較大，能對(duì)頂板進(jìn)行有效的支撐；還有有效的擋矸裝置，能更好的適應(yīng)破碎頂板的支護(hù)需要；支架本身為一定的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，抗水平力性能好，且便于支架前移；支架的結(jié)構(gòu)和液壓系數(shù)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，管理維修容易；支架調(diào)高范圍較大，對(duì)煤層厚度變化的適應(yīng)性強(qiáng)。所以，掩護(hù)式支架在使用中已取的良好的經(jīng)濟(jì)效果，使用范圍正在擴(kuò)大。232按移動(dòng)方式分類液壓支架可分為兩類（1）整體自移式支架成整體結(jié)構(gòu)，因而整體移動(dòng)。掩護(hù)式，和部分支撐式支架，均采用這種移架方式。（2）邁進(jìn)式邁進(jìn)式支架又可分為交互前移式和提步前移式兩種。交互前移式支架，是利用主副架護(hù)為著力點(diǎn)交互推拉前移的方式，架間安裝推移千斤頂和導(dǎo)向裝置。一般節(jié)式支架常用這種移架方式。提步前移式支架，是采取頂梁不大量下降，提腿跨步的方式。例如，蘇2M81型支撐掩護(hù)式支架，移架時(shí)沿著支撐柱頂板的臨架頂梁推移。還有一種是滑行頂梁式支架，移架時(shí)本架頂梁在內(nèi)部滑移。根據(jù)使用地點(diǎn)的不同，液壓支架又可分為工作面支架和端頭支架兩類。上述各類支架均為工作面支架，用來支護(hù)工作面的頂板。端頭支架，則用在工作面兩端與順槽的連接處，由于此處的機(jī)械設(shè)備較多，需要占有的工作空間大，同時(shí)又是人員的安全出口，要求端頭支架能很好的和各設(shè)備相配合，達(dá)到有效的支護(hù)懸露面積較大的頂板。因此，端頭支架在結(jié)構(gòu)上具有特殊性。24液壓支架的工作原理（1）液壓支架自動(dòng)移設(shè)的原理液壓支架以高壓液體為動(dòng)力，通過各種動(dòng)力油缸的伸縮，使支架完成升起、降落、行走和推移運(yùn)輸機(jī)等各種動(dòng)作，以便支架隨工作面不斷推進(jìn)而反復(fù)支撐、前移和調(diào)整。圖24是一個(gè)最簡(jiǎn)單的液壓支架的工作系統(tǒng)示意圖。下面按支架降柱、移架、升柱和推溜的工作過程分別加以敘述。圖24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(jī)乳化液泵主供液管主回液管7891012降柱當(dāng)旋轉(zhuǎn)式操縱閥轉(zhuǎn)到降柱位置，打開供液閥時(shí)，高壓液體由主進(jìn)液管經(jīng)操縱閥和油管，進(jìn)入支柱活塞桿腔，同時(shí)也進(jìn)入液控單向閥的控制管路，打開液控單向閥，支柱活塞腔的油液經(jīng)油管、液控單向閥和操縱閥，流回主回液管，支柱卸載下降。移架液壓支架卸載后，操縱閥轉(zhuǎn)到移架位置，打開供液閥時(shí)，高壓液體由主進(jìn)液管經(jīng)操縱閥和油管進(jìn)入到推壓千斤頂?shù)幕钊麠U腔，同時(shí)也進(jìn)入液控油路，打開液控單向閥，而活塞腔的油液經(jīng)油管、液控單向閥和操縱閥流回主回液管，推移千斤頂收縮，以運(yùn)輸機(jī)為支點(diǎn)，拉架前移。運(yùn)輸機(jī)靠相鄰的推移千斤頂來固定，千斤頂由液控單項(xiàng)閥緊鎖。升柱液壓支架移到新的位置后，應(yīng)及時(shí)升柱，以支撐新暴露的頂板。操縱閥轉(zhuǎn)到升柱位置，打開供液閥，高壓液體由主進(jìn)液管進(jìn)入，經(jīng)操縱閥到液控單向閥，進(jìn)入到推移千斤頂?shù)幕钊麠U腔，支柱活塞桿腔的油液，同時(shí)也進(jìn)入液控油路，經(jīng)油管和操縱閥流回主回液管，活塞和頂梁升起，支撐頂板。推移運(yùn)輸機(jī)當(dāng)液壓支架前移并重新支撐后，操縱閥轉(zhuǎn)到推移位置，打開供液閥時(shí)，高壓液體由主進(jìn)液管經(jīng)操縱閥、液控單向閥進(jìn)入到推壓千斤頂?shù)幕钊麠U腔，活塞桿腔的油液經(jīng)油管和操縱閥流回主回液管，推移千斤頂?shù)幕钊麠U伸出，以液壓支架為支點(diǎn)，把運(yùn)輸機(jī)推移到新的工作位置。在實(shí)際生產(chǎn)中，對(duì)于具體支架的動(dòng)作，根據(jù)該支架的結(jié)構(gòu)和需要來確定。（2）液壓支架的支撐承載能力液壓支架的支撐承載能力是指液壓支架與頂板之間相互力學(xué)原理，它包括初撐增阻、承載增阻和恒阻三個(gè)工作階段。初撐增阻階段在升柱過程中，從頂梁接觸頂板起，至支柱活塞腔的油液壓力達(dá)到泵站的工作壓力時(shí)，松開手把，停止供液，液控單向閥立即關(guān)閉，閥球封閉了支柱活塞腔的油液，這就是支架的初撐階段。此時(shí)支柱和支架對(duì)頂板產(chǎn)生的支撐力稱為初撐力。圖25支架的工作特性曲線此時(shí)支架對(duì)頂板的支撐力為初撐力。支撐式支架的初撐力為32104NPDBCKN式中支架立柱的缸徑，；M泵站的工作壓力，；BMPA支架立柱的數(shù)量。N由上式可知，支架初撐力的大小取決于泵站的工作壓力，立柱缸徑和立柱的數(shù)量。合理的初撐力是防止直接頂過早的因下沉而離層、減緩頂板下沉速度、增加其穩(wěn)定性和保證安全生產(chǎn)的關(guān)鍵。一般采用提高泵站工作壓力的辦法來提高初撐力，以免立柱的缸徑過大。承載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(diào)整壓力，立柱下腔壓力達(dá)到工作阻力。此階段為增阻階段。1T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(diào)整值時(shí)，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(dāng)?shù)陀诎踩y壓力調(diào)整之后，安全閥停止溢流，這樣在安全閥調(diào)整壓力的限制下，壓力曲線隨時(shí)間呈波浪形變化，此階段為恒阻階段。此時(shí)支架2T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。支撐式支架的工作阻力為32104NPDAKN式中支架安全閥的調(diào)定壓力；APM支架的工作阻力標(biāo)志著支架的最大承載能力。對(duì)于掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架，其初撐力和工作阻力的計(jì)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(gè)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(duì)頂板的支撐能力。因此，常用單位支護(hù)面積頂板上所受支架工作阻力值的大小，即支護(hù)強(qiáng)度來表示支架的支護(hù)性能。即310FPQMA式中支架的支護(hù)面積，。2M25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、移架和推溜。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。（1）即時(shí)支護(hù)般循環(huán)方式為割煤一移架一推溜，工作面“三機(jī)”的配套關(guān)系。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。（2）滯后支護(hù)一般循環(huán)方式為割煤一推溜一移架。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。（3）復(fù)合支護(hù)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(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)?？蛇m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。26液壓支架主要結(jié)構(gòu)件及其作用261頂梁頂梁采用整體結(jié)構(gòu)，頂梁直接與頂板接觸，支撐頂板負(fù)荷，是支架的主要承載部件之一，由鋼板焊接而成的箱形結(jié)構(gòu)，以滿足強(qiáng)度和剛度要求。其主要作用是1、承接頂板巖石及煤的載荷；2、反復(fù)支撐頂煤，可對(duì)比較堅(jiān)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(jié)構(gòu)，強(qiáng)度高，對(duì)頂板維護(hù)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(jī)件。262掩護(hù)梁掩護(hù)梁分別與底座和頂梁相連接，其主要作用有1）承受下部頂板傳給的水平分力和側(cè)向力，增強(qiáng)支架的抗扭性能；2）掩護(hù)梁與掩護(hù)梁千斤頂，保證支架的穩(wěn)定性；3）阻擋后部落煤，維護(hù)工作空間。263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(jié)構(gòu)件。該支架設(shè)計(jì)為整體剛性底座，底座接底面積大，有利于減小對(duì)底板的比壓。該型底座的缺點(diǎn)是在推移機(jī)構(gòu)外易積存浮煤碎矸，要求及時(shí)清理。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。264四連桿機(jī)構(gòu)前、后連桿分別與掩護(hù)梁和底座鉸接，共同形成四連桿機(jī)構(gòu)，前連桿采用鑄鋼件，鑄件中不得有氣孔、砂眼、夾雜物。鑄后要進(jìn)行淬火和高溫回火，以降低硬度，增加強(qiáng)度和韌性。對(duì)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(qiáng)度。其主要作用是L、使支架在調(diào)高范圍內(nèi)，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(hù)頂板。2、承受頂板的水平分力和側(cè)向力，使立柱不受側(cè)向力。本支架采用四連桿機(jī)構(gòu)，為使冒落矸石不從連桿處涌入支架內(nèi)，均為鋼板焊接的箱形結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)有較強(qiáng)的抗拉、抗壓和抗扭性能。265立柱立柱是支架實(shí)現(xiàn)支撐和承載的主要部件，它直接影響到支架的工作性能，同時(shí)還處于高壓受力狀態(tài)，因此，立柱除了具有合理的工作阻力和可靠的工作特性外，還必須由足夠的抗壓和抗彎強(qiáng)度，密封良好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并能適應(yīng)支架的工作要求。立柱一般由活塞、活塞桿、缸體三部分組成，由于支架工作時(shí)，立柱承受的載荷較大，降柱力較小，故活塞桿直徑較大，常采用空心結(jié)構(gòu)，以保證有足夠的剛度，活塞一般采用Y型密封圈，銅環(huán)導(dǎo)向，缸體底部焊接，缸體與缸蓋之間用鋼絲、螺紋或卡環(huán)連接。266推移機(jī)構(gòu)支架的推移機(jī)構(gòu)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(jī)和拉移支架。推移連桿的一端通過連接頭與輸送機(jī)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(cè)向力防止底座的下滑。27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(jìn)液膠管、主回液膠管、各種液壓元件、立柱及各種千斤頂?shù)冉M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(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。28支架的設(shè)計(jì)特點(diǎn)結(jié)合首采工作面及礦區(qū)此類地質(zhì)構(gòu)造條件下，二柱掩護(hù)式液壓支架的成功經(jīng)驗(yàn)，該支架應(yīng)有如下特點(diǎn)（1）支架型式為兩柱掩護(hù)式液壓支架；（2）對(duì)支架總體結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化，梁端距變化應(yīng)??；頂梁前部較薄強(qiáng)度、剛度應(yīng)充分保證；（3）支架的四連桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要從考慮梁端距變化量控制著手，并能與其它構(gòu)件形成剛性好、強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好的整體結(jié)構(gòu)；（4）整體頂梁和掩護(hù)梁帶單側(cè)活動(dòng)長側(cè)護(hù)板，能實(shí)現(xiàn)對(duì)護(hù)頂?shù)膰?yán)密調(diào)整；（5）封底底座，減小底座比壓、增大底座剛度、強(qiáng)度；（6）架的整體構(gòu)造應(yīng)有“人機(jī)學(xué)”的觀點(diǎn)，結(jié)構(gòu)應(yīng)緊湊，操作方便，制造成本降低。29本設(shè)計(jì)液壓支架各項(xiàng)技術(shù)特征ZY3500/25/47型液壓支架各技術(shù)特征如下表所示本設(shè)計(jì)液壓支架各技術(shù)特征型號(hào)ZY3500/25/47型式兩柱掩護(hù)式工作阻力3500KN初撐力2604KN支護(hù)強(qiáng)度068MPA對(duì)底板比壓18MPA支架高度25004700MM支架寬度14301570MM中心距1500MM適應(yīng)煤層傾角15第三章液壓支架的主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)31確定液壓支架結(jié)構(gòu)參數(shù)的原則與內(nèi)容311確定支架結(jié)構(gòu)參數(shù)的原則1、要滿足配套設(shè)備采煤機(jī)、輸送機(jī)的相關(guān)要求2、與支架的工作方式即時(shí)支護(hù)或滯后支護(hù)相適應(yīng)3、結(jié)構(gòu)緊湊，行人操作方便4、支架的工作穩(wěn)定性好。312確定支架結(jié)構(gòu)參數(shù)的內(nèi)容1、確定正常工作條件下，支架與相應(yīng)設(shè)備的位置關(guān)系2、確定支架總體與主要部件的布置與尺寸。32液壓支架主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定液壓支架的結(jié)構(gòu)型式很多，且隨著采高和應(yīng)用條件的不同，支架的結(jié)構(gòu)布置和尺寸也各異。下面僅分析目前廣泛應(yīng)用的三種典型架型的總體布置與結(jié)構(gòu)尺寸的一般范圍。321液壓支架的高度與伸縮比1、高度的確定及其伸縮比一般應(yīng)首先確定支架適用煤層的平均采高，然后確定支架高度。對(duì)于大采高支架，按下式確定支架高度，即HMAXMMAX十200400MMHMINMMIN400500MMHMAX支架最大高度MM；HMIN支架最小高度MM；MMAX最大采高M(jìn)M；MMIN最小采高M(jìn)MMMAXKM1SCMMINKM2式中M煤層平均厚度；CK、K煤層厚度上、下波動(dòng)系數(shù)，一般取1S2K1113，K08090。S對(duì)于中厚煤層支架，按下式確定支架高度，即HMAXMMAX200300MMHMINMMIN300400MM對(duì)于薄煤層支架，則按下式確定支架高度，即HMAXMMAX100200MMHMINMMIN150250MM本設(shè)計(jì)最大采高4500MM,取支架最大高度MAXM45002004700MMH本設(shè)計(jì)最小采高2800MM,取支架最小高度MIN28003002500MMI支架最大高度與最小高度之差為支架的調(diào)高范圍。支架的伸縮比指其最大高度與最小高度之比值。即MAXINH代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得M18825047支架的最大高度與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，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。支架最大高度和最小高度取值應(yīng)符合表31，單位。S2一考慮頂板下沉量與底板浮煤厚度，一般取S2025935M表31支撐掩護(hù)式液壓支架高度系列表（單位M）HMAXHMINHMAXHMIN100531161105532171206331813065351914073820150754021160842221709452318104724201150252212532625135527281460283015322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。目前國內(nèi)外液壓支架中心距大部分采用15M。大采高支架為促高穩(wěn)定性中心距可采用175M，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125。本次設(shè)計(jì)取支架的中心距為15M。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)高要求。支架頂梁一般裝有活動(dòng)側(cè)護(hù)板一般行程170200MM。當(dāng)支架中心距為15時(shí)，最小寬度一般14001430MM，最大寬度一般15701620MM。當(dāng)支架中心距為175時(shí)，最小寬度一般16501680MM，最大寬度一般18501880MM。當(dāng)支架中心距為125時(shí)，如果帶有活動(dòng)側(cè)護(hù)板，最小寬度一般11501180MM，最大寬度一般13201350MM；如果不帶活動(dòng)側(cè)護(hù)板，則寬度一般取11501200MM。本次設(shè)計(jì)取支架頂梁的最小寬度為1400，最大寬度為1570，亦即頂梁側(cè)護(hù)板側(cè)推千斤頂?shù)男谐倘?70。323支架間距所謂支架間距，就是相鄰兩架中心間的距離，按如下公式計(jì)算BBNC式中B支架間距B每架支架頂梁總寬度C相鄰支架頂梁間的間隙N每架所包含的組架或框架數(shù)，總體自移式支架N1，整體逐步式支架N2，節(jié)式組合邁步支架N支架節(jié)數(shù)。支架間距B主要根據(jù)支架形式，但目前主要根據(jù)刮板運(yùn)輸機(jī)油槽節(jié)長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)油槽每節(jié)長度為15M,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15M。324底座長度的確定底座是將頂板壓力傳遞到底板和穩(wěn)固支架的部件。在設(shè)計(jì)支架的底座長度時(shí)，應(yīng)考慮如下諸方面支架對(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)定性等。通常掩護(hù)式支架的底座長度取35倍的移架步距（一個(gè)移架步距為06M），即21M左右，支撐掩護(hù)式支架的底座長度取4倍的移架步距，即24M左右。在這里取底座長度為25M。325頂梁長度的確定根據(jù)支架工作方式和設(shè)備配套尺寸來確定頂梁長度。1、支架工作方式對(duì)支架頂梁長度的影響支架工作方式對(duì)支架頂梁長度有很大影響。先移架后推溜方式（又稱及時(shí)支護(hù)方式）要求頂梁有較大長度；先推溜后移架方式（又稱滯后支護(hù)方式）要求頂梁長度較小。這是因?yàn)椴捎孟纫萍芎笸屏锏墓ぷ鞣绞綍r(shí)，支架要超前輸送機(jī)一個(gè)步距，以便采煤機(jī)過后，支架能及時(shí)前移，支控新暴露的頂板，做到及時(shí)支護(hù)，因此，先移架后推溜時(shí)頂梁長度要比先推溜后移架時(shí)的頂梁長度要長一個(gè)步距，一般為600MM。這里，采用滯后支護(hù)方式。2、頂梁長度的計(jì)算掩護(hù)式支架頂梁長度計(jì)算頂梁長度配套尺寸底座長度3001COSAQ（1GCOSP（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部煤炭科學(xué)研究院編制的綜采設(shè)備配套圖冊(cè)確定；底座長度底座前端至后連桿下鉸點(diǎn)之距E支架由高到低頂梁前端點(diǎn)最大變化距離；、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。1QP28063450經(jīng)計(jì)算的支架頂梁長度為3000MM。33液壓支架的設(shè)計(jì)要求1、滿足采煤工藝及地質(zhì)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、要有足夠的推溜力和移架力。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1015噸,中厚煤層一般為1525噸,厚煤層一般為3040噸。3、防煤性能要好。4、排煤性能要好。5、要求有足夠的通風(fēng)端面。6、從安全性考慮,要有足夠?qū)挼娜诵械馈?、調(diào)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。10、在滿足強(qiáng)度條件下,盡可能減輕支架重量。11、要易于拆卸,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。12、液壓元件要可靠。34支架的主要結(jié)構(gòu)該型液壓支架的主要結(jié)構(gòu)包含頂梁、掩護(hù)梁、四連桿機(jī)構(gòu)、底座、立柱等，在此主要是掩護(hù)梁、四連桿機(jī)構(gòu)和液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。341掩護(hù)梁的設(shè)計(jì)掩護(hù)梁承受頂梁部分載荷和掩護(hù)梁背部載荷并通過立柱傳遞給底座。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)和擋矸性能。本設(shè)計(jì)選用16MN鋼，其最大承載壓強(qiáng)為280MPA350MPA，該型鋼可焊性好，焊后無需熱處理，應(yīng)用最為普遍。掩護(hù)梁為面板式箱形結(jié)構(gòu)件，為焊接箱式結(jié)構(gòu)。中間以四根主骨架為主體，在主骨中焊接四個(gè)連桿窩。在掩護(hù)梁梁兩側(cè)裝有側(cè)護(hù)板，通過梁身側(cè)面伸出的側(cè)推千斤頂軸和側(cè)護(hù)板上的四個(gè)軸套配合，利用掩護(hù)梁背部的插槽和梁體側(cè)面的銷孔把側(cè)護(hù)板固定在梁體的合適位置，起到保護(hù)掩護(hù)梁梁體，保證作業(yè)空間的作用。頂板采用的鋼板厚度為30MM，筋板厚度為60MM。掩護(hù)梁的側(cè)面有折線型和直線型兩種。通常，插腿型掩護(hù)式支架掩護(hù)梁愛用折線型，可以增大通風(fēng)斷面。其它掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架多采用直線型，使得制造工藝簡(jiǎn)單。掩護(hù)梁一般做成整體，也有做成左右對(duì)分的。本設(shè)計(jì)掩護(hù)梁選用整體式，直線型。掩護(hù)梁下部與前、后連桿相連，設(shè)有平衡千斤項(xiàng)的耳座。它的長度較短，約26MM，結(jié)構(gòu)緊湊，并有側(cè)護(hù)板，側(cè)護(hù)板的橫向?qū)挾?，要稍大于移架步距，這樣移架時(shí)能與不動(dòng)的鄰架間保持封閉。掩護(hù)粱是由鋼板焊成的箱體結(jié)構(gòu)，因與它相連的部件較多，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意互不干涉。由于掩護(hù)梁受力復(fù)雜，特別是彎扭和橫向載荷，設(shè)計(jì)時(shí)各斷面安全系數(shù)應(yīng)大于13。在梁體還應(yīng)設(shè)有吊裝孔，以利梁體的維護(hù)安裝。圖31掩護(hù)梁三維建模線框圖1鉸接耳2側(cè)推千斤頂軸3銷孔4加強(qiáng)筋板5頂板6定軸銷孔7主骨架8連接軸孔9平衡千斤頂連接耳342掩護(hù)梁護(hù)板的設(shè)計(jì)目前生產(chǎn)的支撐掩護(hù)式支架都有完善的側(cè)護(hù)裝置，不僅掩護(hù)梁兩側(cè)有側(cè)護(hù)板，而且主梁或整體頂梁從前排立柱到頂梁后的兩側(cè)也有側(cè)護(hù)板。支架工作時(shí)，一側(cè)的側(cè)護(hù)板是固定的，另一側(cè)則為活動(dòng)的。制造時(shí)，通過兩側(cè)側(cè)護(hù)板對(duì)稱，總裝時(shí)可按需要將一側(cè)用螺栓或銷子固定在頂梁和掩護(hù)梁上。1、側(cè)護(hù)板的作用1消除相鄰支架掩護(hù)梁和頂梁之間的架間間隙，防止冒落矸石進(jìn)入支護(hù)空間；2作為支架移架過程中的導(dǎo)向板；3防止支架降落后傾倒；4調(diào)整支架的間距；以上幾點(diǎn)是緊密相連的，要想得到良好的防矸效果，側(cè)護(hù)板必須同時(shí)具有導(dǎo)向、防倒和調(diào)架等功能，否則將因支架不平行、傾倒或間距加大而出現(xiàn)架間空隙，影響防矸效果。2、側(cè)護(hù)板的結(jié)構(gòu)型式按側(cè)護(hù)板與掩護(hù)梁或頂梁上板面的關(guān)系，側(cè)板有上復(fù)式、埋伏式、抽出式和折頁式等幾種型式。上復(fù)式側(cè)護(hù)板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用廣泛。缺點(diǎn)是活動(dòng)側(cè)護(hù)板特別是頂梁活動(dòng)側(cè)護(hù)板在支架承載時(shí)不能調(diào)節(jié)，且容易被大塊巖石壓住或卡住。埋伏式側(cè)護(hù)板是在頂梁或掩護(hù)梁的上板面加焊幾條鋼板，使側(cè)護(hù)板的水平板面比頂梁或掩護(hù)梁承載面低。它改善了側(cè)護(hù)板的受力情況和活動(dòng)側(cè)護(hù)板的調(diào)節(jié)性能。它的結(jié)構(gòu)不復(fù)雜，目前頂梁側(cè)護(hù)板多采用這種型式。抽出式側(cè)護(hù)板的水平板面嵌入頂梁滑槽內(nèi)，正常情況下，活動(dòng)側(cè)護(hù)板調(diào)節(jié)性能較好，但是，當(dāng)支架承受偏載或窄滑槽內(nèi)堵塞粉塵時(shí)，調(diào)節(jié)也很困難。同時(shí)，結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜。折頁式活動(dòng)側(cè)護(hù)板的調(diào)節(jié)性能較好，不受支架承載的影響。缺點(diǎn)是它會(huì)造成架間三角帶，常填滿碎矸，防塵效果差。3活動(dòng)側(cè)護(hù)板的控制方式活動(dòng)側(cè)護(hù)板的控制方式有彈簧式、液壓式和混合式等三種。彈簧式控制的活動(dòng)側(cè)護(hù)板靠彈簧力使之伸出與鄰架固定側(cè)護(hù)板靠緊，不能自由縮回。彈簧力通過導(dǎo)向桿使活動(dòng)側(cè)板平行伸出。僅靠彈簧伸出其活動(dòng)側(cè)護(hù)板的支架不具備調(diào)架功能，防倒效果也不夠好。這是因?yàn)閺椈闪θ绻螅瑢⒁鹨萍芾щy。為了保證架間無間隙而移架又太困難，必須限制彈簧力的大小。所以，現(xiàn)在僅靠彈簧控制的活動(dòng)側(cè)護(hù)板使用不多。全液壓控制的活動(dòng)側(cè)護(hù)板，能保證實(shí)現(xiàn)防矸、導(dǎo)向、防倒和調(diào)架等功能。但是它的液壓控制系統(tǒng)比較復(fù)雜，所以，具有全液壓控制的活動(dòng)側(cè)護(hù)板的支架目前使用還不多?，F(xiàn)在使用較多的是混合控制的活動(dòng)側(cè)護(hù)板，它即有彈簧伸出機(jī)構(gòu)，也有側(cè)推千斤頂控制其伸縮?；旌鲜降男阅芤蚱鋫?cè)推千斤頂是否具有液壓鎖緊回路而不同。如果側(cè)推千斤頂無液壓鎖緊回路，它只能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的伸縮，不能將活動(dòng)側(cè)護(hù)板閉鎖在適當(dāng)位置。側(cè)推千斤頂不操作處于浮動(dòng)狀態(tài)，千斤頂無支撐力，還是完全靠彈簧力控制活動(dòng)側(cè)護(hù)板。所以它的防矸防倒效果與彈簧式差不多。不過，它可利用側(cè)推千斤頂進(jìn)行調(diào)架。這種混合控制方式在降架移架過程中應(yīng)同時(shí)操縱側(cè)推千斤頂。如果側(cè)推千斤頂有液壓鎖緊回路，它的防矸防倒效果較好，液壓控制系統(tǒng)也不太復(fù)雜，它有兩種工作方式一為支架承載時(shí)側(cè)推千斤頂處于浮動(dòng)狀態(tài)，支架降移時(shí)其下方的側(cè)推千斤頂處于閉鎖狀態(tài)；另一種為支架承載時(shí)側(cè)推千斤頂處于閉鎖狀態(tài)，支架降移時(shí)其上方的側(cè)推千斤頂解除閉鎖成為浮動(dòng)狀態(tài)。支架的側(cè)板易損壞，其主要的損壞形式有1側(cè)護(hù)板導(dǎo)向桿耳座與彈簧筒耳座易脫落；2導(dǎo)向桿和彈簧筒彎曲變形；3側(cè)護(hù)板的側(cè)板彎曲變形；4側(cè)護(hù)板和上板焊縫開裂。為此，要求側(cè)護(hù)板的耳座結(jié)構(gòu)采用嵌入式，并使導(dǎo)向桿和彈簧筒能插入側(cè)板內(nèi)。另外，可在上板的側(cè)板間焊加強(qiáng)筋，如圖所示。現(xiàn)根據(jù)常用側(cè)護(hù)板形式各自特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)選用直角式雙側(cè)活動(dòng)側(cè)護(hù)板。圖32直角式雙側(cè)可調(diào)的活動(dòng)側(cè)護(hù)板圖33側(cè)護(hù)板三維建模線框圖343四連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求1、支架高度在最大和最小范圍內(nèi)變化時(shí)，如圖21所示，頂梁端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的最大寬度E應(yīng)小于或等于70MM，最好為30MM以下。2、支架在最高位置時(shí)和最低位置時(shí)，頂梁與掩護(hù)梁的夾角和后連桿與底平面的夾角，如PQ圖21所示，應(yīng)滿足如下要求支架在最高位置時(shí)，5262，7585；支架在最低位置Q時(shí)，為有利于矸石下滑，防止矸石停留在掩護(hù)梁上，根據(jù)物理學(xué)摩擦理論可知，要求，如TANPW果鋼和矸石的摩擦系數(shù)03，則167。為了安全可靠，最低工作位置應(yīng)使25為宜。而WP角主要考慮后連桿底部距底板要有一定距離，防止支架后部冒落巖石卡住后連桿，使支架不能下Q降。一般取2530，在特殊情況下需要角度較小時(shí)，可提高后連桿下鉸點(diǎn)的高度。從圖34中可知，掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn)和瞬時(shí)中心O之間的連線與水平線夾角為。設(shè)計(jì)時(shí)，E要使角滿足的范圍，其原因是角直接影響支架承受附加力的數(shù)值大小。TAN035E1HPQOE30圖34四連桿機(jī)構(gòu)幾何特征圖4、應(yīng)取頂梁前端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡雙扭線向前凸的一段為支架工作段，如圖34所示的H段。其原因?yàn)楫?dāng)頂板來壓時(shí)，立柱讓壓下縮，使頂梁有向前移的趨勢(shì)，可防止巖石向后移動(dòng)，又可以使作用在頂梁上的摩擦力指向采空區(qū)。同時(shí)底板阻力底座向后移，使整個(gè)支架產(chǎn)生順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)，從而增加了頂梁前端的支護(hù)力，防止頂梁前端上方頂板毛落，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(yīng)減小，所以減輕了掩護(hù)梁的外負(fù)荷。從以上分析可知，為使支架受力合理和工作可靠，在設(shè)計(jì)四連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)軌跡時(shí)，應(yīng)盡量使值減小，取雙扭線向前凸的一段為支架工作段。所以，當(dāng)已知掩護(hù)梁和后連桿的長度后，從這個(gè)E觀點(diǎn)出發(fā)，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)，運(yùn)用作圖法就可以了，如圖35。E圖35掩護(hù)梁和后連桿構(gòu)成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)的主要方法有直接求解法、解析法、幾何作圖法等。本設(shè)計(jì)鑒于各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，采用了幾何作圖法的方式來求解。1確定掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)至頂梁頂面之距和后連桿下鉸點(diǎn)至底座底面之距。一般按同類型支架用類比法來確定。取掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)至頂梁頂面之距為200M，取后連桿下鉸點(diǎn)至底座底面之距為240MM。2掩護(hù)梁和后連桿長度的確定用解析法來確定掩護(hù)梁和后連桿的長度。從幾何關(guān)系可以列出如下兩式211COSLQAPG2兩式聯(lián)立可得12COSQPGA說明支架計(jì)算高度為支架高度減去掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)至頂梁頂面之距和后連稈下鉸點(diǎn)至底座底面之距。按四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征要求，選定PL、P2、QL、Q2代入28式，可以求得A/G的比值。由于支架型式不同，一般A/G的比值按以下范圍來取。掩護(hù)式支架A/G045061支撐掩護(hù)式支架A/G061082支架最高位置時(shí)的計(jì)算高度為111SINIQAPGH根據(jù)A/G的比值和29式可以求得掩護(hù)梁的長度G和后連桿長度A，經(jīng)過取整后,重新算出P1、P2、Q1、Q2的角度，這幾個(gè)參數(shù)就確定了。344底座1、底座的主要作用（1）承受由立柱與連桿等傳遞的頂板載荷，并傳遞給底版；（2）是整個(gè)支架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、整體性的基礎(chǔ)；（3）為支架輔助件，例如推移裝置、防倒防滑、操縱閥架等提供依托與根基；（4）有一定的擋矸與排矸能力；（5）便于人員操作與行走；（6）與工作面輸送機(jī)等組成交替前移的支撐點(diǎn)，防止支架與輸送機(jī)下滑。2、底座的結(jié)構(gòu)型式、特點(diǎn)與選擇支架底座結(jié)構(gòu)型式通常有三種類型，即整體剛性底座、底分式剛性底座和鉸接分體底座。此處選擇底分式剛性底座，如圖36所示。底分式剛性底座能在一定范圍