ZF54001732低位放頂煤液壓支架設(shè)計(jì)說明書

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1、 中國(guó)**大學(xué)2011屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 114 頁(yè) 1 緒論 1.1放頂煤支架架型的發(fā)展與演變 放頂煤支架是隨著放頂煤開采方法應(yīng)用而生的，綜合機(jī)械化開采應(yīng)用到放頂煤開采工作面后，使放頂煤開采技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段。由于工作面由液壓支架實(shí)現(xiàn)可靠、快速的支護(hù)，采用采煤機(jī)或刨煤機(jī)采煤，放頂煤作業(yè)在安全可靠的工作條件下進(jìn)行，從而使工作面產(chǎn)量有明顯提高。近年來，綜采放頂煤技術(shù)在我國(guó)得到了迅速的發(fā)展和廣泛的普及，綜采放頂煤正成為一種高產(chǎn)高效的采煤方法。 1957年，前蘇聯(lián)研制出KTY型單輸送機(jī)掩護(hù)式放頂煤液壓支架，并在

2、庫(kù)茲巴斯煤田的托姆烏辛斯克礦使用，開采該礦的2號(hào)和4～5號(hào)煤層。煤厚為9～12m，煤層傾角5～18，該放頂煤工作面為預(yù)先開采頂層煤鋪設(shè)人工假頂，然后再采底煤。 1963年，法國(guó)研制出用于放頂煤開采的支撐掩護(hù)式放頂煤液壓支架，并且于1964年在布朗齊礦區(qū)試驗(yàn)成功。該支架為四柱式，尾梁呈“香蕉”型，其擺動(dòng)角度由千斤頂控制，配有兩臺(tái)輸送機(jī)，第二臺(tái)輸送機(jī)安置于尾梁后部的底板上。放落的煤由第二臺(tái)輸送機(jī)運(yùn)輸，結(jié)構(gòu)如圖1.1。 圖1.1“香蕉”型放頂煤液壓支架 自70年代開始，法國(guó)、前西德、英國(guó)等國(guó)家陸續(xù)成功研制成功了“開天窗”的支撐掩護(hù)式或帶插板的支撐式放頂煤液壓支架。英國(guó)研制的“開天窗”式放頂

3、煤液壓支架在掩護(hù)梁上開了放頂煤“天窗”，由液壓千斤頂控制開關(guān)，“天窗”附近設(shè)有攪動(dòng)桿，以便于冒落頂煤，掩護(hù)梁上還有鉆眼孔，供煤硬不落時(shí)打眼放炮。第二臺(tái)輸送機(jī)安置在支架后部底座上，結(jié)構(gòu)如圖1.2。 圖1.2“開天窗”式放頂煤液壓支架 法國(guó)針對(duì)“香蕉”尾梁式放頂煤液壓支架存在的問題，先后研制成功MB1728S、FB2130S型放頂煤液壓支架。MB1728S放頂煤液壓支架為四柱掩護(hù)式，掩護(hù)梁通過液壓千斤頂控制進(jìn)行伸縮，便于頂煤冒落裝煤。第二臺(tái)輸送機(jī)放置在底板上，結(jié)構(gòu)如圖1.3 。FB2130S型放頂煤液壓支架為四柱支撐掩護(hù)式，掩護(hù)梁上設(shè)有落煤窗口，由液壓千斤頂控制其開關(guān)，落煤窗口內(nèi)裝有一個(gè)用

4、于控制的攪動(dòng)桿，有助于破碎大塊煤，并有助于頂煤冒落操作。掩護(hù)梁上還有圓孔，用以通過此孔將管子伸向采空區(qū)，以便輸送氮或泡沫。掩護(hù)梁無四連桿機(jī)構(gòu)，而直接與支架底座的尾端相鉸接。在頂梁、掩護(hù)梁的側(cè)護(hù)板及落煤口處裝有若干噴嘴，以便噴水除塵。第二臺(tái)輸送機(jī)放置在支架后部底座上，結(jié)構(gòu)如圖1.4。 圖1.3 MB1728S放頂煤液壓支架 圖1.4 FB2130S型放頂煤液壓支架 MB1728S和FB2130S型放頂煤液壓支架分別代表了插板式和“開天窗”式放頂煤液壓支架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。這兩類支架都配有雙輸送機(jī)運(yùn)煤，滾筒采煤機(jī)采煤，然后由掩護(hù)梁上的窗口或插板放出頂煤。這兩類支架的主要區(qū)別是：插板式放頂煤

5、液壓支架重量較輕，后部空間大，易于排放大塊煤，而且輸送機(jī)置于煤層底板上，便于維修?！疤齑啊笔椒彭斆阂簤褐Ъ苤亓枯^大，支架整體穩(wěn)定性好，放頂煤輸送機(jī)置于支架底座之上，便于推移和放頂煤。 80年代初期，匈牙利研制成功單輸送機(jī)前開“天窗”式放頂煤掩護(hù)式支架，其結(jié)構(gòu)如圖1.5。機(jī)采煤炭與放落煤炭均采用單輸送機(jī)運(yùn)輸，在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好效果。 圖1.5 匈牙利VHP-732型“天窗”式放頂煤液壓支架 1982年，煤炭科學(xué)研究總院北京開采研究所與沈陽(yáng)煤炭研究所共同設(shè)計(jì)，鄭州煤礦機(jī)械廠制造的FY400-14/28型放頂煤液壓支架是我國(guó)首次研制成的放頂煤液壓支架。1984年在沈陽(yáng)礦務(wù)局蒲河礦投入試

6、驗(yàn)，開始取得了較好的效果，后來因支架的穩(wěn)定性差，工作面發(fā)火中止了試驗(yàn)。雖然沒有取得預(yù)期的效果，但人們看到了這種新型支架的前景，從此拉開了設(shè)計(jì)、研制放頂煤液壓支架的序幕。經(jīng)過我國(guó)煤炭科技工作者的努力，研制成功了數(shù)十種放頂煤液壓支架。兗州礦務(wù)局東灘煤礦使用國(guó)產(chǎn)放頂煤液壓支架創(chuàng)造了年產(chǎn)410萬t的高產(chǎn)高效記錄，這標(biāo)志著我國(guó)放頂煤液壓支架的設(shè)計(jì)、制造走在了世界前列。 我國(guó)放頂煤液壓支架發(fā)展從低位放頂煤液壓支架的研制開始，經(jīng)歷了高位、中位，現(xiàn)在又回到低位。最初的放頂煤支架采用的是低位放煤，代表架型是FY400-14/28型放頂煤液壓支架，結(jié)構(gòu)如圖1.6。1987年平頂山礦務(wù)局引進(jìn)了匈牙利VHP-732

7、型放頂煤支架，該支架在緩傾斜工作面試驗(yàn)，最高月產(chǎn)達(dá)5.5萬t，獲得了成功。隨即我國(guó)研制成了高位放頂煤液壓支架，結(jié)構(gòu)如圖1.7。由于其放煤口高、放煤口小、存在頂煤損失大、放煤與采煤機(jī)割煤不能平行作業(yè)、效率低等缺點(diǎn)，已基本淘汰。 圖1.6 FY400-14/28型放頂煤液壓支架 圖1.7 高位放頂煤液壓支架 80年代末90年代初，我國(guó)研制出中位放頂煤液壓支架，結(jié)構(gòu)如圖1.8。這種支架比單輸送機(jī)高位放頂煤液壓支架有所改進(jìn)，有兩部輸送機(jī)，放煤與割煤可以平行作業(yè)，提高了效率，放煤口比高位放頂煤支架有所降低。隨著放頂煤實(shí)踐的深入，中位放頂煤支架也暴露出一些突出缺點(diǎn)，主要是放煤口仍然較小，

8、受結(jié)構(gòu)限制，放煤口不能連續(xù)，有背脊損失，采出率低，后部空間狹小，維修和清理浮煤不方便，底座前端比壓大等。針對(duì)中位放頂煤液壓支架存在的問題，我國(guó)又研制出低位放頂煤液壓支架，其結(jié)構(gòu)如圖1.9。早期的低位放頂煤液壓支架是由鋪網(wǎng)液壓支架演變而來，其基本結(jié)構(gòu)和鋪網(wǎng)支架類似，只是尾梁上加上了插板，用于放煤，低位放頂煤液壓支架是目前使用效果較好的架型。北京開采所在研究各種支架特點(diǎn)和使用經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上研制出一種反向四連桿低位放頂煤液壓支架，其結(jié)構(gòu)更加合理，用途更加廣泛。 圖1.8 中位放頂煤液壓支架 圖1.9 低位小插板放頂煤液壓支架 1.2 放頂煤液壓支架的特點(diǎn)及適應(yīng)性分析 1.2.1放頂煤

9、液壓支架的分類 按與液壓支架配套的輸送機(jī)的臺(tái)數(shù)，放頂煤液壓支架可分類如下： 插底式 單輸送機(jī) 不插底式 放頂煤液壓支架 單鉸接式 開天窗式 雙輸送機(jī)

10、 四連桿式 前四連桿式 插板式 后四連桿式 按放煤口位置，放頂煤液壓支架可分類如下： 高位（單輸送機(jī)開天窗式） 放頂煤液壓支架 中位（雙輸送機(jī)開天窗式） 低位（雙輸送機(jī)插板式

11、） 本文重點(diǎn)介紹低位放頂煤液壓支架的特點(diǎn)及適應(yīng)性。 1.2.2放頂煤液壓支架的安全性及適應(yīng)性要求 采用放頂煤綜采的4個(gè)重要條件是：地質(zhì)條件適應(yīng)性，液壓支架選型的正確性，采放工藝的合理性和工作面管理的嚴(yán)格性。其中前兩個(gè)條件是基礎(chǔ)，后者是保證。顯而易見，要采用放頂煤綜采，其中重要的一項(xiàng)工作是正確選擇放頂煤液壓支架的架型?，F(xiàn)階段我國(guó)已在急傾斜特厚煤層、緩傾斜中硬厚煤層（f≤3.5）、“三軟”厚煤層、傾斜厚煤層（傾角20≤α≤35）有了一些放頂煤綜采成功的實(shí)例，對(duì)于合理選擇放頂煤液壓支架提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。 1. 對(duì)緩傾斜中硬煤層放頂煤液壓支架安全性和適應(yīng)性的要求 緩傾斜條件下的放頂煤工作面約占

12、綜放工作面總數(shù)的70％以上，而且地質(zhì)條件差別 大，所以架型選擇余地大。選型時(shí)一般根據(jù)以下原則： （1）必須保證放煤效果。能否把煤放下、放好，是緩傾斜中硬厚煤層開采最突出的問題，也是放頂煤液壓支架選型的關(guān)鍵。保證放煤效果，首先是選擇放煤的形式，低位放頂煤支架的放煤口是連續(xù)的，而且放煤口面積大，有利于大塊煤放出，無脊背損失，適用于緩傾斜綜放工作面。 （2）保證放落煤的運(yùn)輸空間。雙輸送機(jī)放頂煤液壓支架要有足夠的后部運(yùn)輸空間，這對(duì)緩傾斜中硬煤層長(zhǎng)壁放頂煤尤為重要。放煤過程中難免出現(xiàn)大塊煤和矸石，如果處理的不好，可能堵塞運(yùn)輸通道，損壞設(shè)備。同時(shí)，空間太小，也影響設(shè)備維修，人員通行和安全

13、。 2．對(duì)傾斜厚煤層放頂煤液壓支架安全性和適應(yīng)性的要求 （1）傾斜厚煤層放頂煤液壓支架的技術(shù)關(guān)鍵在于提高其穩(wěn)定和抗扭性能，提高掩護(hù)梁的抗扭能力，保證在大傾角下支架能正常工作。 （2）支架各部的密閉性要好，尤其是頂梁端部，防止漏煤、冒頂，切實(shí)保證頂梁的接頂性，避免倒架。 （3）加大支架初撐力，有利于防止頂煤和上覆巖層過早離層，從而防止頂煤垮落切頂線前移，提高支架的支護(hù)性能。 （4）提高支架防倒、防滑性能。 3．對(duì)“三軟”厚煤層放頂煤液壓支架安全性和適應(yīng)性的要求 （1）在緩傾斜“三軟”條件下，因?yàn)轫斄荷戏绞且哑扑榈捻斆?，斷裂線前傾已深入到煤壁上方，頂梁太短，冒空區(qū)可能達(dá)到煤壁附近的上

14、方。因此，高位放頂煤支架不適于“三軟”煤層的放頂煤開采，低位放頂煤支架式較理想的架型。 （2）為了防止架前冒頂，要求頂梁（或前梁）端部承載能力大，并且要把支架控頂?shù)娜L(zhǎng)范圍最大限度的嚴(yán)密封閉起來，有效控制漏頂。除了頂梁外，應(yīng)注意掩護(hù)梁和尾梁的密封性能。 （3）在保證對(duì)底板合理比壓的前提下，適當(dāng)加大初撐力，有利于端面頂煤的維護(hù)。 4．對(duì)急傾斜特厚煤層放頂煤液壓支架安全性和適應(yīng)性的要求 急傾斜特厚煤層放頂煤綜采工藝，是指煤層傾角大于45、煤層厚度大于20m的條件下，把煤層沿水平分成6～12m的分段，使用以液壓支架為主體的綜采設(shè)備開采的放頂煤采煤法。由于急傾斜特厚煤層礦壓小、工作面短，因此

15、，選擇的支架應(yīng)具有工作阻力小、體積小、重量輕、推進(jìn)速度快等優(yōu)點(diǎn)。低位放頂煤液壓支架比較適合急傾斜特厚煤層綜放工作面。 1.2.3低位放頂煤液壓支架的特點(diǎn)及適應(yīng)性分析 1.低位放頂煤液壓支架的特點(diǎn) 低位放頂煤支架是一種雙輸送機(jī)運(yùn)煤，在掩護(hù)梁后部鉸接一個(gè)帶有插板的尾梁、低位放煤的支撐掩護(hù)式支架。這類支架有一個(gè)可以上下擺動(dòng)的尾梁（擺動(dòng)幅度在45左右）用以松動(dòng)頂煤，并維持一個(gè)落煤空間。尾梁中間有一個(gè)液壓控制的放煤插板，用以放煤和破碎大塊頂煤，具有連續(xù)的放煤口。其主要特點(diǎn)如下： (1)由于具有連續(xù)的放煤口，放煤效果好，沒有脊背煤損失，回收率高； (2)和其他支架相比，從煤壁到放煤口的距離最長(zhǎng)，

16、經(jīng)過頂梁的反復(fù)支撐和在掩護(hù)梁上方的垮落，使頂煤破碎較為充分，對(duì)放煤極為有利； (3)后輸送機(jī)沿底板布置，浮煤容易排出，移架輕快，同時(shí)尾梁插板可以切斷大塊煤，使放煤口不易堵塞； (4)低位放煤使煤塵減少； (5)前四連桿低位放頂煤液壓支架的抗扭及抗偏載能力差，支架的穩(wěn)定性較差； (6)尾梁擺動(dòng)力和向上的擺角較小，破煤和松動(dòng)頂煤的能力差。 這類支架的原始形式是前四連桿式，在礦壓較小的急斜水平分段開采時(shí)比較適應(yīng)，為使這種支架在緩斜長(zhǎng)壁工作面發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，幾年來作了如下的探索： (1)把四連桿的上連接位置由頂梁上改在掩護(hù)梁上，使支架底部和上部的連接位置更接近扭轉(zhuǎn)力矩的作用點(diǎn)，增加了支架強(qiáng)度，

17、減少了支架的損壞，形成了目前在緩斜工作面大量使用的后四連桿式低位放頂煤液壓支架； (2)大幅度加強(qiáng)前四連桿本身以及它與頂梁、底座的聯(lián)接強(qiáng)度，這種作法增加了支架的重量，有的重達(dá)20t以上，但設(shè)計(jì)時(shí)容易實(shí)現(xiàn)加大后部運(yùn)輸空間和增加破煤能力； (3)增大后部空間和尾梁向上擺動(dòng)的力，使其在較硬煤層中使用時(shí)也可讓頂煤順利放落和運(yùn)出，如ZFPS5200/17/32型支架尾梁端部向上擺動(dòng)力可達(dá)到500kN，使用效果良好； (4)后四連桿前連桿設(shè)計(jì)為Y型，后連桿設(shè)計(jì)為I型，增大了支架的前、后人行道的寬度并加大了后部的人員工作與維護(hù)空間； (5)把后輸送機(jī)千斤頂耳座與底座的聯(lián)接改為活聯(lián)接，改善了運(yùn)輸狀況。

18、在后輸送機(jī)與千斤頂之間增加了結(jié)構(gòu)件推桿，以避免后輸送機(jī)與千斤頂活塞桿彎曲并防止輸送機(jī)和支架下滑。 前四連桿式支架和后四連桿式支架相比，前四連桿式支架穩(wěn)定性及抗扭性較差，但其后部空間較大，且重量也輕。 2.低位放頂煤液壓支架的適應(yīng)性 前四連桿式支架在急斜水平分段放頂煤綜采中取得成功，如對(duì)四連桿及有關(guān)聯(lián)接件再進(jìn)一步增加強(qiáng)度，成為定型設(shè)備，可以不考慮在急斜條件下使用后四連桿式支架。 緩斜中硬難放煤層在選型時(shí)考慮到低位放頂煤液壓支架的強(qiáng)度低，又無成功的實(shí)例，往往選用中位放頂煤液壓支架，但受到放煤口的限制，實(shí)際上也未能很好解決其放煤?jiǎn)栴}。仔細(xì)研究各類放煤支架，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，只有前四連桿式支架具備大幅

19、度擺動(dòng)掩護(hù)梁破煤的條件。有的低位放頂煤液壓支架采取強(qiáng)化四連桿及聯(lián)接銷軸，把擺動(dòng)掩護(hù)梁的千斤頂一端布置在底座上，而不是布置在頂梁上，盡管這種架型尚無滿意的效果，但這種探索無疑是很有意義的。 后四連桿式支架在煤層硬度系數(shù)f＝2左右，層節(jié)理比較發(fā)育的緩斜厚煤層中使用取得很大成功，如在潞安礦務(wù)局五陽(yáng)煤礦、王莊煤礦和兗州礦務(wù)局興隆莊煤礦、鮑店煤礦。這種架型與設(shè)計(jì)先進(jìn)的過渡支架配合使用，創(chuàng)出了新水平，被廣泛推廣使用。如石炭井礦務(wù)局烏蘭礦將這種支架與過渡支架、端頭支架配套使用，在傾角為24的工作面上取得了成功。由此表明了后四連桿式放頂煤液壓支架在緩斜中硬煤層和傾斜厚煤層中均有良好的適應(yīng)性和使用前景。 2

20、 液壓支架的整體結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) 2.1 支架高度、支架間距和底座長(zhǎng)度的確定 2.1.1支架高度和支架的伸縮比 1.支架高度 支架高度的確定原則，一般應(yīng)首先確定支架適用煤層的平均采高，應(yīng)根據(jù)所采煤層的厚度，采區(qū)范圍內(nèi)地質(zhì)條件的變化等因素來確定，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： ( 2.1 ) ( 2.2 ) 式中 ： ——支架最大高度,mm； ——支架最小高度, mm； ——煤層最大厚度, mm；

21、 ——煤層最小厚度, mm； ——考慮偽頂、煤皮冒落后仍有可能初撐力所需要的支撐高度，一般取mm； ——頂板最大下沉量，一般取mm； ——移架時(shí)支架的最小可縮量，一般取mm； ——浮矸石、浮煤厚度，一般取mm。 本次設(shè)計(jì)給定支架最大高度mm，最小高度mm。 2.支架的伸縮比 支架的伸縮比是指支架的最大與最小高度值之比，即： ( 2.3 ) 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，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。由于液壓支架的使用壽命要求較長(zhǎng)，

22、并可能被安裝在不同的采煤工作面，所以，支架應(yīng)具有較大的伸縮比。在采用雙伸縮立柱時(shí)，垛式支架的伸縮比為1.9；支撐掩護(hù)式支架為 2.5；掩護(hù)式支架可達(dá) 3。一般范圍是1.5 至 2.5，煤層較薄時(shí)選大值。但考慮盡量減輕重量采用單伸縮油缸或帶機(jī)械加長(zhǎng)桿來增加調(diào)高范圍。一般根據(jù)單位缸長(zhǎng)行程來確定，當(dāng)范圍內(nèi)可采用單伸縮。 經(jīng)計(jì)算，該支架的伸縮比。 ( 2.4 ) ——單位缸長(zhǎng)行程； ——活塞全部伸出時(shí)立柱的總長(zhǎng)度，mm； ——活塞全部縮回時(shí)立柱的總長(zhǎng)度，mm； ——活塞行程，mm。 由支架的最大、最小高度，可得活塞

23、的行程為 1500mm；而活塞全部縮回時(shí)立柱的總長(zhǎng)，暫用支架的最小高度 1700mm。由此，可以得到： 支柱應(yīng)采用雙伸縮立柱，但考慮其制造成本及放頂煤液壓支架工作條件，選擇單伸縮機(jī)械加長(zhǎng)立柱。 2.1.2支架間距（支架中心距） 支架中心距一般等于工作面刮板輸送機(jī)一節(jié)溜槽的長(zhǎng)度。目前國(guó)內(nèi)外液壓支架中心距大部分采用1.5m和1.75m。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。 而一般支架間距，按下式計(jì)算： ( 2.5 )

24、 式中 ： ——支架間距(支架中心距)，mm； ——每架支架頂梁寬度，mm； ——相鄰支架(或框架)頂梁之間的間隙，mm； ——每架所包含的組架的組數(shù)或框架數(shù)； 整體自移式支架 n=1， 整體邁步式支架n=2， 節(jié)式邁步支架n=支架節(jié)數(shù)。 支架間距bc要根據(jù)支架型式來確定，但由于每架支架的推移千斤頂都與工作面輸送機(jī)的一節(jié)溜槽相連，因此目前主要根據(jù)輸送機(jī)溜槽每節(jié)長(zhǎng)度及槽幫上千斤頂聯(lián)結(jié)塊的位置來確定，我國(guó)刮板輸送機(jī)溜槽每節(jié)長(zhǎng)度為1.5m、1.75m,千斤頂聯(lián)結(jié)塊位置在溜槽長(zhǎng)度的中間，所以除節(jié)式和

25、邁步式支架外，支架間距一般為1.5m或1.75m。本文取1.5m。 2.1.3底座長(zhǎng)度 底座起將頂板壓力傳遞到底板和穩(wěn)定支架的作用。在設(shè)計(jì)支架底座的長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)考慮如下方面：支架對(duì)底板的接觸比壓要小；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；保證支架保持穩(wěn)定性。 通常掩護(hù)式支架的底座長(zhǎng)度取3.5倍的移架步距（一個(gè)移架步距為0.6m）， 即2.1m左右，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。 本文設(shè)計(jì)支架為支撐掩護(hù)式，估取底座長(zhǎng)度為2400mm，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中根據(jù)結(jié)構(gòu)要求修改為3000mm。 2.2 四連桿機(jī)構(gòu)的作用

26、及其幾何作圖法設(shè)計(jì) 2.2.1四連桿機(jī)構(gòu)的作用 1、通過四連桿機(jī)構(gòu)，使支架頂梁端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡呈近似雙曲線，從而使支架頂梁前端的端頭離煤壁距離大大減小，提高了管理頂板的性能。 2、能承受較大的水平力。 2.2.2四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征 1、支架從最高高度降到最低高度時(shí)，如圖2.1所示，頂梁端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的最大寬度mm，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P和后連桿與底平面的夾角Q，如圖2.1所示，應(yīng)滿足以下要求： 支架在最高位置時(shí)，P≤ ～，Q≤ ～；支架在最低位置時(shí)，考慮矸石便于下滑，以防矸石停留在掩護(hù)梁上，根據(jù)物理學(xué)摩擦理論可知，,如果按

27、鋼和矸石的摩擦系數(shù)為,即：,求得；為了安全可靠在最低工作位置時(shí)，應(yīng)使為宜，而Q角主要考慮掩護(hù)梁底部距底板要有一定的距離，防止支架后部冒落的巖石卡住后連桿，使支架不能降下來，一般取，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。 3、由圖2.1可知，掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn)E1和瞬時(shí)中心O之間的連線與水平線的夾角為θ，設(shè)計(jì)時(shí)，要使范圍內(nèi)，主要原因是θ角直接影響附加力Qy的數(shù)值大小。 圖2.1 四連桿機(jī)構(gòu)幾何特征 4、支架工作段要求曲線向前凸的一段，如圖2.1所示的h段，其原因?yàn)楫?dāng)頂板來壓時(shí)，立柱讓壓而下縮，使頂梁有向煤壁移動(dòng)的趨勢(shì)，對(duì)于保持梁端頂板處于擠壓狀態(tài)有利，防止頂板產(chǎn)生離層或斷

28、裂，又可以使作用在頂梁上的摩擦力指向采空區(qū)，同時(shí)使底板對(duì)底座的作用力向后移，底座前端比壓減少，可防止啃底，有利于移架，再則減少了水平力的合力，由于支架所承受的水平力由連桿來克服，所以減輕了掩護(hù)梁的受力。 從以上分析得知，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)的曲線運(yùn)動(dòng)軌跡時(shí)，應(yīng)盡量使支架的工作段要取曲線向前凸的一段，所以當(dāng)已知掩護(hù)梁和后連桿的長(zhǎng)度后，從這個(gè)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)，進(jìn)行作圖計(jì)算就可以了，其掩護(hù)梁和后連桿構(gòu)成的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)如圖2.2所示。 圖2.2 掩護(hù)梁和后連桿構(gòu)成的曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 從圖2.2可以看出，當(dāng)掩護(hù)梁和后連桿已知，只要找

29、到前連桿的長(zhǎng)度和位置就可以了，其具體作法是順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)后連桿，使支架最高位置時(shí)的E1點(diǎn)向下作近似直線運(yùn)動(dòng)，在掩護(hù)梁上定有一點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)中有一段近似圓弧軌跡。只要找到這個(gè)圓弧軌跡的曲率半徑和曲率中心，就可以找到前連桿的位置和長(zhǎng)度了。從這個(gè)觀點(diǎn)出發(fā)，只要按支架在工作段，支架由高到低，在掩護(hù)梁上前連桿上鉸點(diǎn)所作的運(yùn)動(dòng)軌跡上，任找?guī)c(diǎn)，把掩護(hù)梁上前連桿上鉸點(diǎn)連線的垂直平分線所交的點(diǎn)為前連桿的下鉸點(diǎn)，這樣四連桿機(jī)構(gòu)就可以確定了。 2.2.3四連桿機(jī)構(gòu)的幾何作圖法 1.確定掩護(hù)梁上絞點(diǎn)與頂梁頂面之距和后連桿下鉸點(diǎn)與底座底面之距 掩護(hù)梁上絞點(diǎn)與頂梁頂面之距根據(jù)支架最大高度確定,一般支架取150～200mm，

30、重型支架取210～260mm。本文取150mm。 后連桿下鉸點(diǎn)與底座底面之距根據(jù)支架最小高度確定，薄煤層支架取150～250mm，中厚煤層支架取250～450mm，大采高支架取450～600mm。本文取450mm。 2.掩護(hù)梁和后連桿長(zhǎng)度確定 首先用解析法確定掩護(hù)梁和后連桿的長(zhǎng)度，如圖2.3所示。 ——掩護(hù)梁長(zhǎng)度； ——后連桿長(zhǎng)度； ——過E1點(diǎn)的垂直線到后連桿下鉸點(diǎn)之距； ——支架最高位置時(shí)的計(jì)算高度； mm ——支架最低位置時(shí)的計(jì)算高度； mm　 從幾何關(guān)系可以列出:

31、( 2.6 ) ( 2.7 ) 將以上兩式聯(lián)立解得： ( 2.8 ) 按四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征所要求的角度，選定： ； 。 ； 。 圖2.3 掩護(hù)梁和后連桿計(jì)算示意圖 支架在最高位置時(shí)的值為： ( 2.9 ) 因此掩護(hù)梁的長(zhǎng)度為： mm 取： mm 后連桿長(zhǎng)度為： mm ?。簃m 一般， 故?。簃m 根

32、據(jù)掩護(hù)梁長(zhǎng)度和后連桿長(zhǎng)度重新計(jì)算出： ； 。 ； 。 圖2.4 液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)幾何關(guān)系圖 3.幾何作圖法作圖過程 作圖步驟如下： （1）、確定后連桿下鉸點(diǎn)O點(diǎn)的位置，使它大體比底座略高，一般為200～250mm，考慮太低安裝銷子困難，太高底座又笨重。根據(jù)支架結(jié)構(gòu)取450mm。 （2）、過O點(diǎn)作水平線H－H線與底座相平行。 （3）、過O點(diǎn)作一條直線與水平線H－H線相交其交角為。 （4）、以O(shè)點(diǎn)為圓心，以L1為半徑作圓，與該直線相交于A點(diǎn)，即為后連桿與掩護(hù)梁的上鉸點(diǎn)。 （5）、過A點(diǎn)作一條直線與水平線H－H線相交其交角為。 （6）、以A點(diǎn)為圓心，以L為半徑作

33、圓，與該直線相交于E1點(diǎn)，即為掩護(hù)梁、與頂梁的鉸點(diǎn)。 （7）、過E1點(diǎn)作一條直線與水平線H－H平行的F－F直線，則H－H線與F－F線的距離為h1，即為液壓支架最高位置的計(jì)算高度。 (8)、以A點(diǎn)為圓心，以0.25倍的L為半徑作圓，即為前連桿的上鉸點(diǎn)。 (9)、過E1點(diǎn)作F－F線的垂線。假設(shè)在液壓支架升降過程中，E1點(diǎn)近似在此直線上滑動(dòng)。 (10)、在垂線上作液壓支架在最低位置時(shí)，頂梁與掩護(hù)梁的鉸點(diǎn)為E3。 (11)、取E1E3中點(diǎn)為E2點(diǎn)，為液壓支架在降到中間位置時(shí)，掩護(hù)梁與頂梁的鉸點(diǎn)。 (12)、以O(shè)點(diǎn)為圓心，以為半徑作圓弧。 (13)、以E2點(diǎn)為圓心，以掩護(hù)梁長(zhǎng)L為半徑作圓，

34、與圓弧相交于A1點(diǎn)，此點(diǎn)為液壓支架在降到中間位置時(shí)，掩護(hù)梁與后連桿的鉸點(diǎn)。 (14)、以E3點(diǎn)為圓心，以掩護(hù)梁長(zhǎng)L為半徑作圓，與圓弧相交于A2點(diǎn)，此點(diǎn)為液壓支架在最高位置時(shí)，掩護(hù)梁與后連桿的鉸點(diǎn)。 (15)、以A1點(diǎn)為圓心，以0.25倍的L為半徑作圓，與E2A1相交于B1點(diǎn)。以A2點(diǎn)為圓心，以0.25倍的L為半徑作圓，與E3A2相交于B2點(diǎn)。即B、B1、B2三個(gè)點(diǎn)為液壓支架在三個(gè)位置時(shí)的前連桿的上鉸點(diǎn)。 (16)、連接A1O、A2O，為液壓支架降到中間位置和最低位置時(shí)，后連桿的位置。 (17)、分別作B B1和B1 B2的垂直平分線交于C點(diǎn)，即為前連桿的下鉸點(diǎn)，BC為前連桿的長(zhǎng)度。

35、(18)、過點(diǎn)C向H－H線作垂線，交于D點(diǎn)。則AO、AB、BC、CD為液壓支架的四連桿機(jī)構(gòu)。 按以上步驟作圖，結(jié)果如圖2.5所示。 圖2.5 液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)作圖結(jié)果 最終確定四連桿機(jī)構(gòu)的各項(xiàng)尺寸為： AO = 1201 mm AB = 429 mm BC = 1481 mm CD = 342 mm 2.2.4基于SolidWorks Motion的梁端曲線模擬 根據(jù)上述計(jì)算得到的四連桿機(jī)構(gòu)尺寸，在SolidWorks中建立簡(jiǎn)單的機(jī)構(gòu)模型，如圖2.6所示。 圖2.6 支架四連桿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化模型 給支架頂梁頂面加一線性馬達(dá)，運(yùn)動(dòng)距離為1500mm，并設(shè)置頂

36、梁前端面的XY方向位移圖解以及其運(yùn)動(dòng)軌跡，結(jié)果如圖2.7,2.8。 圖2.7 頂梁前端面的XY方向位移圖解 圖2.8 頂梁前端面運(yùn)動(dòng)軌跡 由圖2.7可知，頂梁前端面雙紐線寬帶為1254-1215=39mm，符合要求。 2.3頂梁長(zhǎng)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(zhǎng)度。 2.3.1支架工作方式對(duì)頂梁長(zhǎng)度的影響 支架工作方式對(duì)支架頂梁長(zhǎng)度有很大影響。先移架后推溜的方式（及時(shí)支護(hù)）要求頂梁有較大長(zhǎng)度；先推溜后移架方式（滯后支護(hù)）要求頂梁長(zhǎng)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，支護(hù)新暴露的頂板，做

37、到及時(shí)支護(hù)，因此，先移架后推溜時(shí)頂梁長(zhǎng)度要比先推溜后移架時(shí)的頂梁長(zhǎng)度長(zhǎng)一個(gè)移架步距，一般為600mm。 本文所設(shè)計(jì)的支架要適應(yīng)各種復(fù)雜的頂板情況，采用先推溜后移架的方式，但在推溜之前，挑梁要伸出，起到即時(shí)支護(hù)的作用，挑梁伸出的長(zhǎng)度為800mm。 2.3.2頂梁參數(shù)的計(jì)算 所謂梁端距是指移架后頂梁端部至煤壁的距離( C )，如圖2.9所示。梁端距是考慮由于工作面底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。 圖2.9 液壓支架尺寸關(guān)系 （1）掩護(hù)式與支撐掩護(hù)式支架頂梁長(zhǎng)度的計(jì)算 頂

38、梁長(zhǎng)度=[配套尺寸+底座長(zhǎng)度+A*cos（Q1）]-[G*cos（P1）+300+e]+掩護(hù)梁與頂梁鉸接點(diǎn)至頂梁后端點(diǎn)之距（mm） 式中： 配套尺寸——670+435+764+210=2079mm（MG200/475-W采煤機(jī)配套尺寸，詳見圖2.10） 底座長(zhǎng)度——底座前端至后連桿下鉸點(diǎn)之距 2400mm e——支架由高到低頂梁前端點(diǎn)最大變化距離 39mm Q1，P1——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 故頂梁長(zhǎng)度為： 取為4000mm。 圖2.10 MG200/475-W型采煤機(jī)配套尺寸 （2）頂梁寬度： 由于取中心距為1.5m，有活動(dòng)側(cè)護(hù)板頂

39、梁寬度取值范圍為1.41.6m，本次設(shè)計(jì)取支架頂梁的最小寬度為1420mm,最大寬度為1590mm,選取單側(cè)活動(dòng)側(cè)護(hù)板，亦即頂梁側(cè)護(hù)板側(cè)推千斤頂?shù)男谐倘?70mm。 頂梁寬度根據(jù)支架間距和架型來定，架間間隙為0.2m左右。其中寬面頂梁一般為1.2～1.5 m。 這里取頂梁寬度為：1390mm（不包括活動(dòng)側(cè)護(hù)板）。 （3）頂梁覆蓋率δ 頂板覆蓋率按下式計(jì)算： ( 2.10 ) 式中： ——頂梁覆蓋率； ——頂梁寬度（包括側(cè)護(hù)板伸出寬度），mm； ——頂梁總長(zhǎng)度，mm； ——梁端距，mm； ——相鄰

40、頂梁間間隙。 穩(wěn)定頂板覆蓋率δ值要求為60～70%，對(duì)于中等穩(wěn)定頂板覆蓋率δ值要求為75～85%，對(duì)于破碎頂板，覆蓋率δ指應(yīng)達(dá)到85～95%。 此設(shè)計(jì)的頂梁覆蓋率： 2.4立柱位置的確定 2.4.1立柱數(shù) 目前國(guó)內(nèi)支撐式支架立柱為2～6，常用為4；掩護(hù)式支架為2柱；支撐掩護(hù)式為4柱式。該液壓支架采用單伸縮機(jī)械加長(zhǎng)立柱，為支撐掩護(hù)式，故立柱數(shù)目取為4。 2.4.2支撐方式 本設(shè)計(jì)為支撐掩護(hù)式支架，根據(jù)結(jié)構(gòu)要求呈傾斜或垂直布置，一般立柱與頂梁垂線夾角小于，由于夾角較小，有效支撐能力較大。故前排立柱取，后排立柱垂直布置。 2.4.3立柱間距 指對(duì)支撐式和支撐掩護(hù)式支架而言前、后柱的

41、間距。立柱間距的選擇原則為：有利于操作、行人和部件合理布置。支撐式支架和支撐掩護(hù)式支架的立柱間距為1～1.5m。本支架立柱間距選1m。 2.5通風(fēng)斷面的驗(yàn)算 采煤工作面的過風(fēng)量有一定要求。在過風(fēng)量一定時(shí)，采煤工作面的通風(fēng)斷面積不應(yīng)過小。但在工作面中安裝液壓支架后，通風(fēng)斷面積明顯減小。因此必須驗(yàn)算通風(fēng)斷面積。一般按工作面允許風(fēng)速進(jìn)行驗(yàn)算。根據(jù)安全規(guī)程規(guī)定，工作面風(fēng)速應(yīng)小于5m/s。 采煤工作面風(fēng)速計(jì)算按下式進(jìn)行。 ( 2.11 ) 式中 ——工作面風(fēng)速，m/s； ——支架在采煤工作面

42、的通風(fēng)斷面積，mm2； ——采煤工作面所需風(fēng)量，m3/min ( 2.12 ) ——通風(fēng)不均系數(shù)，一般取=1.5 ——安全規(guī)程允許的瓦斯含量，一般取=1% ( 2.13 ) ——日產(chǎn)量，； ——每分鐘生產(chǎn)一噸煤的沼氣涌出量，一般取 計(jì)算：, 則有： ，合乎安全規(guī)程規(guī)定。 3 液壓支架的部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 液壓支架各個(gè)部件的結(jié)構(gòu)形式與工作面的頂?shù)装鍡l件和

43、支架結(jié)構(gòu)形式有關(guān)，選擇時(shí)根據(jù)支架的結(jié)構(gòu)和工作面頂?shù)装鍡l件，對(duì)各個(gè)部件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，最后擇優(yōu)選擇。本文所設(shè)計(jì)液壓支架為支撐掩護(hù)式后四連桿低位放頂煤液壓支架。 3.1 頂梁 頂梁是工作面頂板直接接觸的部件，除要滿足一定的剛度和強(qiáng)度要求外，還要保證支護(hù)頂板的需要，如：足夠的頂板覆蓋率；同時(shí)要適應(yīng)頂板的不平整性，避免因局部應(yīng)力而引起損壞。 3.1.1用途 （1）用于支撐、維護(hù)和覆蓋頂板，為工作面創(chuàng)造安全的工作空間； （2）將立柱的支撐力傳遞至頂板，并給予合理地分布；對(duì)支架后部接近采空區(qū)的頂板起切頂作用；對(duì)無立柱空間的頂板起支撐作用； （3）為護(hù)幫、防倒裝置等提供依托； （4）將頂板載荷

44、通過立柱經(jīng)底座傳到底板。 3.1.2結(jié)構(gòu)形式 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。鉸接頂梁的前段稱為前梁，后段為主梁，一般簡(jiǎn)稱頂梁。 （1）．整體頂梁 整體頂梁的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性好；頂梁對(duì)頂板載荷的平衡能力較強(qiáng)；前端支撐力較大；可設(shè)置全長(zhǎng)側(cè)護(hù)板，有利于提高頂板覆蓋率，改善支護(hù)效果，減少支架間漏矸。簡(jiǎn)單的整體剛性頂梁的結(jié)構(gòu)外形如圖3.1所示。 整體剛性頂梁為寬面板式箱形結(jié)構(gòu)件。為改善接頂效果和補(bǔ)償焊接變形，整體頂梁前端(800～1000mm)，一般上翹。 圖3.1 整體頂梁 （2）．鉸接式頂梁 鉸接式頂梁如圖3.2所示。在前梁千斤頂?shù)耐评?，前?/p>

45、可以上下擺動(dòng)，對(duì)不平頂板的適應(yīng)性強(qiáng)。運(yùn)輸時(shí)可以將前梁放下與頂梁垂直，以減小運(yùn)輸尺寸。前梁千斤頂必須有足夠的支撐力和連接強(qiáng)度，前梁上不宜設(shè)置側(cè)護(hù)板。為順利移架，前梁間一般要留有100～150mm間隙，從而增加了破碎頂板漏矸的可能性。 1-前梁；2-前梁千斤頂；3-頂梁。 圖3.2鉸接式頂梁結(jié)構(gòu) 鉸接前梁與頂梁如下圖 ： 圖3.3(a) 鉸接前梁 圖3.3(b) 鉸接頂梁 （3）．楔形結(jié)構(gòu)梁 楔形結(jié)構(gòu)梁如圖3.4所示。楔形梁1和后梁4通過銷軸鉸接，楔形梁的楔臂與頂粱間夾有楔塊2，楔塊2后端與楔形千斤頂鉸接，而千斤頂則鉸接于頂梁上。 楔形結(jié)構(gòu)

46、梁利用構(gòu)件間的摩擦自鎖原理，通過楔塊2與楔形梁1和頂梁4之間的摩擦作用，使楔形梁1、楔塊2和后梁4在受載時(shí)保持為—個(gè)整體，如同整體剛性頂梁。這樣，該梁就具有整體剛性頂梁前端支護(hù)力大的優(yōu)點(diǎn)。由于楔形梁1與后梁4為鉸接結(jié)構(gòu)，令操作楔形梁千斤頂伸出或縮回時(shí)帶動(dòng)楔塊前后移動(dòng)，從而使楔形梁1繞銷軸上下擺動(dòng)，其擺動(dòng)范圍取決于楔塊的行程和楔角的大小。由于擺動(dòng)范圍較鉸接頂梁小，因此這種頂梁又具有鉸接頂梁的靈活性。此外，在運(yùn)輸時(shí)，楔形梁1可以放到下垂位置，縮短了運(yùn)輸尺寸，從而方便運(yùn)輸和安裝。 1． 1-楔形梁；2-楔塊；3-楔形梁斤頂；4-后梁。 圖3.4 楔形結(jié)構(gòu)梁 本文所設(shè)計(jì)的液壓支

47、架，為了要適應(yīng)復(fù)雜的頂板情況，所以采用鉸接式頂梁。而前梁則采用挑梁的型式，以起到即時(shí)支護(hù)的作用，結(jié)構(gòu)如圖3.5。 圖3.5 本文支架頂梁 3.2 立柱 立柱是支架的承壓構(gòu)件，它長(zhǎng)期處于高壓受力狀態(tài)，它除應(yīng)具有合理的工作阻力和可靠的工作特性外，還必須有足夠的抗壓、抗彎強(qiáng)度，良好的密封性能，結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單，并能適應(yīng)支架的工作要求。 立柱按動(dòng)作方式，可分為單作用和雙作用；按支架種類，可分為活塞式和活柱式；按伸縮方式，可分為單伸縮和雙伸縮。 本支架在設(shè)計(jì)中采用了單伸縮式機(jī)械加長(zhǎng)立柱，該立柱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖3.6。 圖3.6 本文單伸縮式機(jī)械加長(zhǎng)立柱 立柱的結(jié)構(gòu)由缸體、活塞、缸口、活柱和機(jī)

48、械加長(zhǎng)桿等組成。 缸體是立柱的承壓部件。一般用27SiMn無縫鋼管制成。缸體內(nèi)表面是活塞的密封表面，所以要求很高的加工精度。 活塞是立柱的關(guān)鍵元件，對(duì)它的主要要求是保證密封性能良好，運(yùn)動(dòng)表面能承受外力的沖擊。 活塞可以套在活柱上，或直接焊接在活柱上。用鋼制作活塞時(shí)，可在活塞上安裝導(dǎo)向環(huán)與缸體內(nèi)徑配合。導(dǎo)向環(huán)多用塑料制品，也有用銅合金制成。在不承受橫向力或橫向力很小的情況下，可以用保護(hù)密封圈的尼龍擋圈兼做導(dǎo)向環(huán)。 活塞靠密封圈密封，密封圈有O型、Y型、U型、V型、鼓型、蕾型等。鼓型密封圈是兩個(gè)夾布U型橡膠圈壓制而成的整體實(shí)心密封圈，它和兩個(gè)L型導(dǎo)向環(huán)一起使用，適用于工作壓力19.6～58

49、.8MPa，在壓力小于24.5MPa時(shí)，可以不加擋圈。它可用于各種活塞上的雙向密封。 蕾型密封圈是一個(gè)U型夾布橡膠圈和唇內(nèi)夾橡膠壓制而成的單向?qū)嵭拿芊馊?。它適用于裝入各種液壓活塞頭和導(dǎo)向套上，為單向密封。工作壓力小于58.8MPa時(shí)，可以不加擋圈。 以上兩種密封圈的使用，簡(jiǎn)化了活塞結(jié)構(gòu)，裝配方便，但密封圈本身加工較復(fù)雜。 活塞的軸向固定方式由三種：用螺帽加防松螺釘固定；用壓盤和螺釘固定；用半圓環(huán)加彈性擋圈固定。 活柱和活塞桿是立柱傳遞機(jī)械力的重要零件，它要能承受壓力和彎曲等載荷作用，必須耐磨和耐腐蝕，可用27SiMn或45號(hào)鋼制成。為防止在礦井條件下表面生銹和腐蝕，表面要鍍鉻，并要注意

50、保護(hù)，防止外部劃傷。 缸口用鋼絲擋圈固定，是在導(dǎo)向套外側(cè)裝有鋼絲擋圈，內(nèi)側(cè)裝有密封圈和防塵圈。這種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝卸方便，但要求活塞桿外徑與缸體內(nèi)徑之間有比較大的空間，這種固定方式使用較多。 固定鋼絲和鋼絲擋圈的連接方式，不能耐高壓。當(dāng)密封液體壓力較高時(shí)，可采用半圓環(huán)結(jié)構(gòu)連接方式。 3.3 掩護(hù)梁和四連桿機(jī)構(gòu) 3.3.1掩護(hù)梁 掩護(hù)梁是掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架的掩護(hù)構(gòu)件，除防止采空區(qū)冒落矸石涌入工作面外，并承受冒落矸石的壓力和頂梁分解的水平力。掩護(hù)梁采用整體箱形鋼板焊接結(jié)構(gòu)，在掩護(hù)梁上端與頂梁鉸接，下部焊有與前后連桿鉸接的耳座。充分考慮了大采高支架復(fù)雜的三維空間受力，以及垮落頂板對(duì)梁體可

51、能造成的沖擊破壞，安全系數(shù)大，強(qiáng)度高。配置單向活動(dòng)側(cè)護(hù)板，減少架間漏矸和防止大采高支架橫向傾倒。掩護(hù)梁上端與頂梁鉸接，下部與前、后連桿或直接與底座鉸接。活動(dòng)側(cè)護(hù)板裝在掩護(hù)梁的一側(cè)。低位放頂煤液壓支架的掩護(hù)梁還要連接支架的尾梁與插板，安裝尾梁千斤頂，具體結(jié)構(gòu)見圖3.7。 圖3.7 本文支架掩護(hù)梁 3.3.2四連桿機(jī)構(gòu) 前、后連桿是四連桿機(jī)構(gòu)中重要的運(yùn)動(dòng)和承載部件，與掩護(hù)梁和底座的一部分共同組成四連桿機(jī)構(gòu)，使支架能承受圍巖載荷、水平作用力和保持支架穩(wěn)定。對(duì)四連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行合適的設(shè)計(jì)（長(zhǎng)度和角度），能使支架在整個(gè)高度范圍內(nèi)梁端距的變化在50～100mm之內(nèi)。 支架前連桿設(shè)計(jì)成雙單連桿連接成

52、整體的形式，后連桿設(shè)計(jì)成單連桿。整體連桿由兩根單連桿組焊而成，用在前連桿，抗扭轉(zhuǎn)能力強(qiáng)，銷軸與銷孔最大配合間隙控制在1mm以內(nèi)，以增強(qiáng)支架的穩(wěn)定性。后連桿設(shè)計(jì)成單連桿，為支架后部節(jié)省出部分空間，有利于后部輸送機(jī)的維護(hù)與工作。具體結(jié)構(gòu)見圖3.8，3.9。 圖3.8 本文前連桿 圖3.9 本文后連桿 3.4 底座 3.4.1用途 (1)為支架的其他結(jié)構(gòu)件和工作機(jī)構(gòu)提供安設(shè)的基礎(chǔ)。 (2)與前后連桿和掩護(hù)梁一起組成四連桿機(jī)構(gòu)。 (3)將立柱和前后連桿傳遞的頂板壓力傳遞給底板。 3.4.2結(jié)構(gòu)形式及特點(diǎn) 支架底座常用形式有3種，即整體剛性底座、底分式剛性底座和鉸接分體底座。

53、 （1）整體剛性底座 整體剛性底座如圖3.10所示，中擋前部一般有一高度50～100mm的小箱形結(jié)構(gòu)，中擋后部上方為箱形結(jié)構(gòu)，推移千斤頂一般安裝在箱形體之下。整體剛性底座立柱柱窩的前方一般要設(shè)計(jì)一過橋板，以提高底座的整體剛性和抗扭能力。整體剛性底座的整體剛度和強(qiáng)度好。底座接底面積大，有利于減小對(duì)底板的比壓，但中擋推移機(jī)構(gòu)處易積存浮煤碎矸，清理較困難，一般用于軟底板條件下工作面支架。 圖3.10 整體剛性底座 （2）底分式剛性底座 底分式剛性底座如圖3.11所示。底座底板是中分式的，中擋推移機(jī)構(gòu)直接落在煤層底板上，前立柱柱窩前有過橋板，小擋后部上方為箱形結(jié)構(gòu)。由于底分式剛性底座中擋底

54、板分體，推移裝置處的浮煤、碎矸可隨支架移架從后端排到采空區(qū)，不需要人工清理，適應(yīng)高產(chǎn)高效要求，但減少了底座接底面積，增大了對(duì)底板的比壓。目前，高產(chǎn)高效工作面液壓支架一般均采用分體剛性底座。 （3）鉸接分體式底座 如圖3.12所示，鉸接分體底座分為左右相對(duì)獨(dú)立的兩部分，從中檔處鉸接，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降低。波蘭支架采用鉸接分體底座的較多，我國(guó)ZY3600/17/35支架等亦采用這種鉸接分體式底座。目前這種底座結(jié)構(gòu)已較少采用。 圖3.11 底分式剛性底座 圖3.12

55、 鉸接分體式底座 根據(jù)以上的分析，結(jié)合這次設(shè)計(jì)的實(shí)際，采用整體剛性底座，它的整體剛度和強(qiáng)度好，底座接底面積大，有利于減小對(duì)底板的比壓，具體結(jié)構(gòu)見圖3.13。 圖3.13 本文底座結(jié)構(gòu)及其附屬機(jī)構(gòu) 3.5側(cè)護(hù)板 頂梁側(cè)護(hù)板裝置一般由側(cè)護(hù)板、彈簧套筒、側(cè)護(hù)千斤頂、導(dǎo)向桿和連接銷軸等組成。有以下作用： 1、擋矸?？筛纳祈斄号c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，減少冒矸形成的粉塵； 2、導(dǎo)向。在支架移架時(shí)起導(dǎo)向作用； 3、防倒、調(diào)架。活動(dòng)側(cè)護(hù)板增強(qiáng)了支架側(cè)向穩(wěn)定性，其上設(shè)置的彈簧與千斤頂都起防倒與調(diào)架作用。 支架常用的活動(dòng)側(cè)護(hù)板形式有3種，即直角

56、式單側(cè)活動(dòng)側(cè)護(hù)板、直角式雙側(cè)可調(diào)活動(dòng)側(cè)護(hù)板和折頁(yè)式單側(cè)活動(dòng)側(cè)護(hù)板。 3.5.1直角式單側(cè)活動(dòng)側(cè)護(hù)板 圖3.14 直角式單側(cè)活動(dòng)側(cè)護(hù)板 直角式單側(cè)活動(dòng)側(cè)護(hù)板如圖3.14所示，一側(cè)為固定側(cè)護(hù)板，一側(cè)為活動(dòng)側(cè)護(hù)板。固定側(cè)護(hù)板即是梁的邊筋板，可增加梁體強(qiáng)度，減輕支架重量。直角式單側(cè)活動(dòng)側(cè)護(hù)板適用于上作面傾角較小(以下)的緩傾斜煤層或水平煤層，具有擋矸密封性好和導(dǎo)向性好的特點(diǎn)。 3.5.2直角式雙側(cè)可調(diào)的活動(dòng)側(cè)護(hù)板 直角式雙側(cè)可調(diào)的活動(dòng)側(cè)護(hù)板如圖3.15所示，可根據(jù)工作面傾角方向，調(diào)整一側(cè)固定。另一側(cè)活動(dòng)，適應(yīng)性強(qiáng)，可用于各種支架。 圖3.15 直角式雙側(cè)可調(diào)的活動(dòng)側(cè)護(hù)板 3.5.

57、3折頁(yè)式活動(dòng)側(cè)護(hù)板 折頁(yè)式活動(dòng)側(cè)護(hù)板如圖3.16所示。它的主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，千斤頂可以布置在梁體的外側(cè)，便于拆裝和維修。但擋矸、密封性差，易形成矸石漏泄，且移架時(shí)導(dǎo)向性差。主要用于頂板比較穩(wěn)定或堅(jiān)硬條件的支撐掩護(hù)式支架，且只能安裝于頂梁，結(jié)構(gòu)如圖3.16。 圖3.16 折頁(yè)式活動(dòng)側(cè)護(hù)板 頂梁側(cè)護(hù)板高度一般取250～500mm，薄煤層支架取下限，大采高支架取上限。掩護(hù)梁側(cè)護(hù)板和后連桿側(cè)護(hù)板高度一般根據(jù)支架最大高度取，側(cè)護(hù)板水平尺寸等于移架步距加100～200mm搭接量的原則確定。 綜上所述，結(jié)合這次設(shè)計(jì)的實(shí)際，選擇直角式單側(cè)可調(diào)的活動(dòng)側(cè)護(hù)板，具體結(jié)構(gòu)如圖3.17。 圖3

58、.17 本文頂梁側(cè)護(hù)板 3.6 千斤頂 3.6.1推移千斤頂 推移千斤頂按連接方式分有直接連接方式、框架連接方式和浮動(dòng)活塞式。 （1）直接連接方式推移千斤頂?shù)奶攸c(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但移架力小于推移力，一般用于支撐式支架。 （2）框架連接方式推移千斤頂?shù)奶攸c(diǎn)：移架力大于推溜力，用于掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架。 （3）浮動(dòng)活塞式推移千斤頂?shù)奶攸c(diǎn)：移架力大于推溜力；通過推桿，千斤頂分別與輸送機(jī)、支架相連；多采用浮動(dòng)活塞千斤頂，減小推溜力；用推桿作導(dǎo)向裝置，抗彎強(qiáng)度高、導(dǎo)向性能好；推桿與千斤頂位于同一軸線，受力較好，但裝置的總長(zhǎng)度加大。 按千斤頂?shù)倪m用性選用框架式推移千斤頂作推移千斤頂。 3.6

59、.2側(cè)推千斤頂 側(cè)推千斤頂?shù)幕钊麠U固定在活動(dòng)側(cè)護(hù)板上，缸體固定在固定側(cè)護(hù)板上。側(cè)推千斤頂?shù)陌惭b位置有如下幾種： （1）安裝在頂梁和掩護(hù)梁結(jié)構(gòu)的下面，避免在頂梁和掩護(hù)梁上開窗口，加強(qiáng)了頂梁和掩護(hù)梁的強(qiáng)度，但影響支架有效空間。 （2）一側(cè)為固定側(cè)護(hù)板，另一側(cè)為活動(dòng)側(cè)護(hù)板時(shí)，在固定側(cè)護(hù)板一側(cè)圓筒內(nèi)有固定筒，千斤頂便安裝在筒內(nèi)，其它不變，也可免去另開窗口，保證頂梁和掩護(hù)梁的強(qiáng)度，但不利于檢修和安裝。 （3）在頂梁和掩護(hù)梁下面開窗口，把側(cè)推千斤頂安裝在窗口內(nèi)，便于安裝和檢修。為使活塞桿與活動(dòng)側(cè)護(hù)板相連，在改換工作面時(shí)，側(cè)推千斤頂要調(diào)轉(zhuǎn)180○。 該支架設(shè)計(jì)時(shí)選用了（2）中的側(cè)推千斤頂安裝方式

60、。 側(cè)推千斤頂?shù)募夹g(shù)參數(shù)如下： 行程：170mm；缸體內(nèi)徑：63mm；活動(dòng)桿直徑：45mm。 側(cè)推千斤頂?shù)钠渌鼌?shù)見計(jì)算部分，具體安裝位置見設(shè)計(jì)圖紙。 3.6.3前梁千斤頂 前梁千斤頂?shù)母左w用圓柱銷固定在主梁下的耳座上，活塞桿與前梁相連。前梁千斤頂?shù)幕钊灰郝飞希b有液控單向閥和安全閥，以保證前梁的初撐力與工作阻力。前梁有伸縮前梁和挑梁式兩種，伸縮前梁可及時(shí)支護(hù)；挑梁可使前梁上下擺動(dòng)，加大前梁端部的支撐力。 3.6.4護(hù)幫千斤頂 護(hù)幫千斤頂?shù)母左w用銷軸固定在前梁上，活塞桿固定在護(hù)幫板上。當(dāng)千斤頂伸出時(shí)，護(hù)幫板支撐在煤壁上。在千斤頂活塞腔油路上加液控單向閥鎖緊，并加安全

61、閥進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)千斤頂縮回時(shí)，因千斤頂活塞桿腔無液控單向閥鎖緊，所以在前梁上加設(shè)一個(gè)彈簧的機(jī)械鎖。 3.7 推移裝置設(shè)計(jì) 推移裝置由推移桿、推移千斤頂和連接頭等主要零件組成，其中推移桿是決定推移裝置形式和性能的關(guān)鍵部位。推移桿的常用形式有正拉式短推移桿和倒拉式長(zhǎng)推移桿兩種。 3.7.1短推移桿 短推移桿一般結(jié)構(gòu)如圖3.18所示，是由鋼板組焊而成的箱型結(jié)構(gòu)件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，重量輕，被廣泛采用。 圖3.18 短推移桿 3.7.2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。實(shí)踐證明，在頂板破碎和底板松軟條件下，長(zhǎng)框架間往往填滿了煤塊或巖塊，清理十分困難。由于巖塊的堵塞，使

62、得推移千斤頂行走通道不流暢，不但影響了移架速度，而且會(huì)使長(zhǎng)框架發(fā)生彎曲，造成推移步距減少，采面推進(jìn)速度減慢，頂板穩(wěn)定性變壞。 框架式長(zhǎng)推移桿結(jié)構(gòu)如圖3.19所示，它由前后兩段組成，前段為箱式結(jié)構(gòu)，后段為雙桿式結(jié)構(gòu)和導(dǎo)向塊。當(dāng)推移千斤頂缸徑超過φ140mm時(shí)，雙桿式結(jié)構(gòu)強(qiáng)度難以保證，可靠性下降?？蚣苁介L(zhǎng)推移桿適用于中型以下的支架。 圖3.19 框架式長(zhǎng)推移桿 整體箱式長(zhǎng)推移桿，一般是由鋼板組焊而成的整體箱式結(jié)構(gòu)，如圖3.20所示。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性好、防止支架和輸送桿下滑的性能好，但在工作面難以更換，因此，必須保證其有足夠大的安全系數(shù)。整體箱式推移桿在多種高效工作面使用，未發(fā)現(xiàn)損壞。

63、 圖3.20 整體箱式長(zhǎng)推移桿 如圖3.21所示，鉸接式長(zhǎng)推移桿一般由前后兩段箱式結(jié)構(gòu)件組成，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)，兼有短推桿和長(zhǎng)推移桿的雙重特點(diǎn)。 圖3.21 鉸接式長(zhǎng)推移桿 在以上的兩種推移機(jī)構(gòu)中，長(zhǎng)推移桿采用倒拉式，千斤頂活塞桿收回為推溜,活塞桿伸出為移架，推溜力小于拉架力，其布置圖如圖3.22。短推移桿采用正拉式，千斤頂活塞桿伸出為推溜,活塞桿收回為移架，推溜力大于拉架力，其布置圖如圖3.23所示。 圖3.22 長(zhǎng)推移桿倒拉式布置 圖3.23 短推移桿正拉式布置 本文選擇

64、長(zhǎng)推移桿倒拉式布置。 3.8 放煤機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 低位放頂煤液壓支架的放煤口是由掩護(hù)梁和插板或尾梁及其千斤頂和插板形成。不論何種架型，其橫向長(zhǎng)度均為架寬，縱向長(zhǎng)度根據(jù)架型、配套設(shè)備不同而異。 3.8.1中四連桿結(jié)構(gòu)的放煤機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 這種支架的掩護(hù)梁由鉸接在頂梁上的平衡千斤頂或鉸接在底座上的千斤頂支撐。掩護(hù)梁下部有可伸縮插板，放煤時(shí)收回插板，利用千斤頂?shù)纳炜s調(diào)整放煤口進(jìn)行放煤，放煤后伸出插板擋住矸石流入后輸送機(jī)內(nèi)。這種結(jié)構(gòu)能夠滿足放煤工藝、放煤口及工作空間的要求。從支架整體設(shè)計(jì)看，其橫向穩(wěn)定性差，特別是那種由底座上雙千斤頂支撐掩護(hù)梁的支架，極易將千斤頂及其支座損壞，結(jié)構(gòu)如圖3.24。 圖3

65、.24 中四連桿結(jié)構(gòu)的大插板放煤機(jī)構(gòu) 3.8.2后四連桿結(jié)構(gòu)的放煤機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 在該支架后部由掩護(hù)梁、前后連桿、底座、尾梁形成工作空間，用以放煤和布置后輸送機(jī)。由尾梁及其千斤頂組成放煤機(jī)構(gòu)，操縱鉸接在掩護(hù)梁上的尾梁千斤頂，可使尾梁向上轉(zhuǎn)動(dòng)，以松動(dòng)頂煤或擋矸。向下轉(zhuǎn)動(dòng)尾梁時(shí)收回插板進(jìn)行放煤，可視情況反復(fù)多次進(jìn)行放煤。這種架型穩(wěn)定性好，利于放煤，放煤口大，操作方便。 尾梁由尾梁體、插板、插板千斤頂、側(cè)護(hù)板及其千斤頂組成。尾梁體和插板均為焊接箱體結(jié)構(gòu)，由插板千斤頂操縱插板在尾梁體的導(dǎo)軌上滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)伸縮。尾梁長(zhǎng)度的確定應(yīng)滿足工作空間要求，插板千斤頂?shù)男谐虘?yīng)滿足擋矸要求，插板應(yīng)盡可能加寬，以減小架間間

66、隙，如圖3.25。 圖3.25 后四連桿結(jié)構(gòu)的小插板放煤機(jī)構(gòu) 本文選擇小插板機(jī)構(gòu)，其尾梁可上擺14，下擺33。 4 液壓支架的受力分析 4.1概述 4.1.1液壓支架工作狀態(tài) 1.頂板狀態(tài) 在采煤工作面中，當(dāng)煤被采空后，就會(huì)出現(xiàn)一定的空間，由于受上部巖層壓力，出現(xiàn)離層和裂縫，如果不及時(shí)支護(hù)，頂板就要冒落，不支護(hù)的時(shí)間越長(zhǎng)，危險(xiǎn)就越大。而頂板冒落是有一定的過程的，一般可分為三個(gè)階段：開始時(shí)頂板處于無壓狀態(tài)，此時(shí)頂板較完整，而且沒有下沉，稱為無壓狀態(tài)；但經(jīng)一定時(shí)間后，頂板就會(huì)下沉，通常稱為老頂來壓，此時(shí)頂板并不破裂，而且這種下沉是有一定周期性的，所以稱為老頂板來壓狀態(tài)；如果不及時(shí)支護(hù)，頂板就會(huì)破裂而冒落，此時(shí)叫冒落狀態(tài)。 2.液壓支架的工作狀態(tài) 支架在這三種狀態(tài)下工作情況如下：開始支架以初撐力支撐頂板，此時(shí)為無壓狀態(tài)；當(dāng)周期來壓時(shí)，頂板下沉，使立柱下腔壓力增加，當(dāng)增加到大于安全閥調(diào)整壓力時(shí)，安全閥打開，使立柱下腔壓力下