關(guān)于支撐掩護(hù)式低位放頂煤液壓支架設(shè)計(jì)

《關(guān)于支撐掩護(hù)式低位放頂煤液壓支架設(shè)計(jì)》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《關(guān)于支撐掩護(hù)式低位放頂煤液壓支架設(shè)計(jì)（89頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書i目錄目錄1 1 緒緒 論論.1 11.1 液壓支架發(fā)展歷史 .11.2 放頂煤液壓支架及放頂煤開采工藝 .21.2.1 放頂煤采煤法 .21.2.2 放頂煤工藝 .51.2.3 放頂煤工藝的分類及其特點(diǎn) .51.3 液壓支架的工作原理及分類 .61.3.1 液壓支架的工作原理及分類 .61.3.2 低位放頂煤綜采的顯著特征 .71.4 低位放頂煤液壓支架組成 .81.4.1 承載結(jié)構(gòu)件 .91.4.2 執(zhí)行元件 .91.4.3 控制元件 .101.4.4 輔助裝置 .111.5 液壓支架型號表示方法.111.5.1 液壓支架產(chǎn)品型號說明 .111.5.2 支

2、架型號舉例 .122 2 支架設(shè)計(jì)支架設(shè)計(jì).1212本次液壓支架設(shè)計(jì)的基本參數(shù) .12低位放頂煤支架設(shè)計(jì)要求 .13河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書ii2.1 支架選型、基本參數(shù)設(shè)計(jì).132.1.1 支架選型設(shè)計(jì) .132.1.2 液壓支架基本參數(shù)的設(shè)計(jì) .142.1.3 支架四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) .162.2 支架承載結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì) .302.2.1 支架承載結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)要求 .302.2.2 頂梁設(shè)計(jì) .332.2.3 底座的設(shè)計(jì) .362.2.4 掩護(hù)梁設(shè)計(jì)（圖 詳見設(shè)計(jì)圖紙） .372.2.5 前、后連桿設(shè)計(jì) .372.2.6 尾梁設(shè)計(jì) .382.2.7 插板設(shè)計(jì) .382.2.8 推移機(jī)

3、構(gòu)設(shè)計(jì) .382.2.9 輔助裝置防護(hù)裝置及放頂煤裝置設(shè)計(jì) .392.3 支架的執(zhí)行元件設(shè)計(jì) .402.3.1 支架承載結(jié)構(gòu)件確定后校和確定的主要技術(shù)參數(shù) .402.3.2 支架的執(zhí)行元件概述 .412.3.3 支架執(zhí)行元件型號一覽表 .422.3.4 立柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度計(jì)算 .452.3.5 立柱強(qiáng)度驗(yàn)算 .482.4 液壓系統(tǒng)、噴霧降塵系統(tǒng)及其電液控制元件選型設(shè)計(jì) 532.4.1 液壓系統(tǒng) .532.4.2 液壓原理 .53河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書iii2.4.3 降塵系統(tǒng) .552.4.4 控制系統(tǒng) .562.4.5 電液控制系統(tǒng) .573 3 支架受力分析支架受力分析.626

4、23.1 支架工作狀態(tài) .623.2 計(jì)算載荷的確定 .633.3 支架受力分析與計(jì)算 .643.3.1 主頂梁的受力分析與計(jì)算 .643.3.2 座的受力分析與計(jì)算 .663.4 頂梁的載荷分布 .673.5 底座接觸比壓 .694 4 支架強(qiáng)度計(jì)算支架強(qiáng)度計(jì)算.70704.1 強(qiáng)度條件 .704.2 頂梁強(qiáng)度校核 .714.3 底座強(qiáng)度校核 .755 5 結(jié)結(jié) 論論.79796 6 致致 謝謝.81817 7 參參 考考 文文 獻(xiàn)獻(xiàn).8282河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書iv前前 言言我國幅員遼闊，人口眾多，能源消耗總量大。同時(shí)我國又是一個(gè)以煤炭為主要能源的國家，煤炭在能源生產(chǎn)和消費(fèi)中

5、的比例一直在70%以上，而且這種格局短期內(nèi)不會根本改變；據(jù)有關(guān)專家預(yù)測，到2050年，煤炭在能源中的比例仍占50%以上。而我國主要產(chǎn)煤地區(qū)主要集中在中東部地區(qū)，且這些地區(qū)煤田開發(fā)和開采主要有兩個(gè)問題，一是煤層開深度越來越深，該區(qū)大部分礦井開采深度在500-1000m，有的礦井開采深度已經(jīng)超過1000m。二是所謂三高，即高水壓、高地溫、高地壓問題日趨嚴(yán)重。 而與此同時(shí)我國為了保護(hù)了人民的生命財(cái)產(chǎn)安全、提高煤炭資源利用率進(jìn)一步保護(hù)生態(tài)環(huán)境正在努力推動能源改革，對于煤炭重大舉措就是資源整合，建立更加安全、集約、高效大型煤炭集團(tuán)。所有這些都為機(jī)械化、自動化采煤工藝注入了活力，但要實(shí)現(xiàn)這些就需要大量高科

6、技采煤設(shè)備，比如所謂的機(jī)械化采煤工作面的“三機(jī)”1 液壓支架 2 采煤機(jī) 3 刮板機(jī)。而在這些設(shè)備之中成本最高的就是液壓支架。又加上我所學(xué)的專業(yè)，以及學(xué)校的優(yōu)勢專業(yè)和參加工作單位的性質(zhì)，使我決定選擇支撐掩護(hù)式放頂煤液壓支架設(shè)計(jì)作為本次畢業(yè)設(shè)計(jì)課題。本次設(shè)計(jì)是關(guān)于支撐掩護(hù)式低位放頂煤液壓支架設(shè)計(jì)，在本次設(shè)計(jì)中將大學(xué)四年所學(xué)習(xí)的材料力學(xué)，理論力學(xué)，機(jī)械加工工藝學(xué)，畫法幾何及機(jī)械制圖等知識進(jìn)行了一次綜合的運(yùn)用，使我對支架設(shè)計(jì)做了一次全面系統(tǒng)的了解。本設(shè)計(jì)做的主要工作：1、基本參數(shù)的確定；2、四連桿機(jī)構(gòu)的選擇與設(shè)計(jì)；3、部分支架結(jié)構(gòu)件的；4、液壓系統(tǒng)的選擇與設(shè)計(jì)；5、自動化電液控制的選擇與設(shè)計(jì)；等等。

7、 在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中河南理工大學(xué)張海教授和我們的企業(yè)河南金馬重型機(jī)械有限責(zé)任公司的同仁給予了我很大的幫助，為我能夠圓滿的完成設(shè)計(jì)任務(wù)奠定了良好的基礎(chǔ)。由于理論水平，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)所限，本設(shè)計(jì)難河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書v免有錯(cuò)誤和考慮不足之處，敬請各位導(dǎo)師以及閱讀者提出寶貴的意見和建議。河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書11 1 緒緒 論論1.11.1 液壓支架發(fā)展歷史液壓支架發(fā)展歷史從歷史來看，大約在四五十年前回采工作面還是采用木支柱。隨著刨煤機(jī)、鉆削式和滾筒式采煤機(jī)等快速采煤機(jī)的使用,木支柱既不能對頂板提供足夠大的阻力，其支設(shè)和回收也難滿足連續(xù)采煤的要求。于是，剛性木支柱被可壓縮性摩擦和液

8、壓支柱所代替，并以支柱加鉸接頂梁的結(jié)構(gòu)形式支護(hù)回采工作面。在此基礎(chǔ)上，英國“道梯”公司在1954年，研制出垛式支架。它主要由安裝在矩形整體底座上的立柱和頂梁組成；1958年法國試驗(yàn)成功了節(jié)式支架。1961年前蘇聯(lián)研制出了OMKT型掩護(hù)式液壓支架，該支架能有效防止開采過程中矸石滲入工作面；60年代末和70年代初，為了保持頂梁端點(diǎn)相對于煤壁作近似的直線運(yùn)動，歐洲國家在OMKT型掩護(hù)式支架的基礎(chǔ)上作了許多改進(jìn)，相繼出現(xiàn)了長頂梁、二柱、四柱以及多柱四連桿機(jī)構(gòu)的液壓支架；并且，為適應(yīng)底板不平，底座采用分離鉸接式結(jié)構(gòu)；對于松軟底板，為減小底板比壓，采用接觸面積較大的底座；進(jìn)入70和80年代，液壓支架又有了

9、新的發(fā)展。頂梁不僅實(shí)現(xiàn)了“立即前移支護(hù)”，而且整個(gè)支架安裝了電液控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)微機(jī)控制與操作，并于1981年研制出采高為6m的大采高支架及放頂煤支架；80年代至今，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化程度方面有了大幅度提高，如美國、澳大利亞的大部分長壁工作面都采用了電液控制技術(shù)，可對液壓支架的各種動作功能進(jìn)行多種方式的程序控制和性能監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)了無人自動化采煤工作面。河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書2而我國液壓支架是從50年代末開始著手研制，經(jīng)歷可研制試驗(yàn)、引進(jìn)、仿制和改進(jìn)創(chuàng)新等階段，直到現(xiàn)在的獨(dú)立設(shè)計(jì)階段，尤其在長壁放頂煤液壓支架方面有加大優(yōu)勢，甚至還出口到澳大利亞等西方國家

10、；但我們也要清醒的認(rèn)識到，我們在液壓支架電液控制、自動化控制，以及支架某些關(guān)鍵工程材料、支架CAD/CAE比較落后，還有許多路要走。1.21.2 放頂煤液壓支架及放頂煤開采工藝放頂煤液壓支架及放頂煤開采工藝1.2.11.2.1 放頂煤采煤法放頂煤采煤法放頂煤采煤法就是在開采煤層的底部，或在特厚煤層中部位置，布置采煤工作面，先有采煤機(jī)先割掉支架前底部煤炭，并有前部刮板機(jī)運(yùn)出，然后在利用三機(jī)配套協(xié)調(diào)關(guān)系自動移動綜采設(shè)備，將采煤工作面向前推移，與此同時(shí)工作面利用自身的礦山壓力或輔以爆破等方法，將支架頂后部煤炭破碎并促使其垮落，而后將這些垮落的頂煤由工作面支架后方的刮板機(jī)運(yùn)出工作面。我國綜采放頂煤開采

11、開始于1982年，是由鄭煤機(jī)、北京煤炭科學(xué)研究總院開采所、沈陽煤研所共同研制的FY40014/28中位放頂煤支架在沈陽局蒲河礦安裝試驗(yàn)；30多年來可分為四個(gè)階段：1 試驗(yàn)探索階段（1984-1990），以陽泉一礦8603工作面為模板2 推廣應(yīng)用階段（1990-1995）以潞安王莊煤礦為模板3提高完善階段（1996-2003）兗州集團(tuán)東灘和興隆莊煤礦為模板，3 自動化控制階段（2004-至今）兗州集團(tuán)興隆莊煤礦為模板，放頂煤開采工藝、回采率、煤塵、瓦斯、防滅火、大傾角、三軟、自動化等方面得到了迅速的發(fā)展，成為世界上綜采放頂煤開采技術(shù)發(fā)展最快、擁有放頂煤液壓支架數(shù)量最多的國家。河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)

12、（論文）說明書3 以下三圖為放頂煤開采工作面的三機(jī)配套圖、低位放頂煤綜采示意圖，三圖包括了綜采工作面的基本情況、及其主要設(shè)備和這些設(shè)備基本位置關(guān)系。河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書4三機(jī)配套圖河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書5放頂煤工作面布置補(bǔ)充圖1-采煤機(jī) 2前刮板機(jī) 3 低位放頂煤支架 4后刮板機(jī)低位放頂煤綜采示意圖河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書61.2.21.2.2 放頂煤工藝放頂煤工藝綜采三機(jī)相互協(xié)調(diào)，將割煤、移架、推前溜、拉后溜、放頂煤順序按照實(shí)際情況合理安排，并將煤炭運(yùn)出工作面的過程。1.2.31.2.3 放頂煤工藝的分類及其特點(diǎn)放頂煤工藝的分類及其特點(diǎn) 1)即時(shí)支護(hù)方式：

13、割煤移架推溜，頂板暴露時(shí)間短。2)滯后支護(hù)方式：割煤推溜移架，頂板暴露時(shí)間長。3)復(fù)合支護(hù)方式：割煤支架伸縮梁伸出推溜伸縮梁縮回移架，支護(hù)滯后時(shí)間短，增加反復(fù)支撐次數(shù)。以下為全國煤業(yè)集團(tuán)的常用放頂煤工序：割煤移架推前溜拉后溜割煤移架推前溜放頂煤拉后溜。進(jìn)刀方式示意圖河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書7說明：A 采煤機(jī)下行，在機(jī)尾斜切進(jìn)入煤壁，推機(jī)尾溜子；B 采煤機(jī)上行割三角煤；C 采煤機(jī)下行割煤，推溜；D 采煤機(jī)上行，在機(jī)頭斜切進(jìn)入煤壁，推機(jī)尾溜子；E 采煤機(jī)下行，割三角煤；F 采煤機(jī)上行割煤，推溜子。實(shí)踐證明，在特厚煤層開采中，采用放頂煤開采較分層開采等具有明顯的優(yōu)越性，主要有：（1）煤層掘

14、進(jìn)量小，掘進(jìn)費(fèi)用低、緩和了采掘關(guān)系；（2）減少了搬家倒面次數(shù)，節(jié)省了綜采面設(shè)備搬遷、安裝的工作量及費(fèi)用；（3）較分層開采減少了鋪網(wǎng)工序、材料、工資及巷道維護(hù)費(fèi)用等；（4）對急斜厚煤層，較普通法開采的工作面產(chǎn)量提高13倍；（5）提高了煤炭的塊炭率，增加煤炭的售價(jià)；（6）減少了設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)，特別是采煤機(jī)，相對減少了噸媒設(shè)備折舊費(fèi)或租賃費(fèi)；（7）有利于礦井的集中控制，實(shí)現(xiàn)減面、減人、提高工效的目的；（8)提高勞動生產(chǎn)率，降低成本，比一般回采工效提高25倍，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著，噸煤成本一般降低820元/噸?；谏鲜鲈?，放頂煤開采也有急待解決的主要問題是：（1）煤塵大，比分層開采高出13倍，甚至更高；（

15、2）回采率偏低，一般在80左右，造成一定的煤炭損失；（3）自然發(fā)火的問題尚未得到很好的解決；（4）對高瓦斯礦井，瓦斯涌出量大，有局部積聚的危險(xiǎn)。1.3 液壓支架的工作原理及分類液壓支架的工作原理及分類1.3.11.3.1 液壓支架的工作原理及分類液壓支架的工作原理及分類液壓支架的工作原理：液壓支架的工作原理：液壓支架以高壓液體為動力通過各種動力油缸的伸縮，是支架完成升起、降落、行走、和推移運(yùn)輸機(jī)等各種動作，以便支架工作面不斷推進(jìn)而反復(fù)支撐、前移和調(diào)整。河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書8液壓支架分類：液壓支架分類：按照支架和固巖相互作用以及維護(hù)回采空間的方式，液壓支架一般分為支撐式、掩護(hù)式、和

16、支撐掩護(hù)式三類. 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）經(jīng)過實(shí)踐研究證明低位放頂煤液壓支架綜合效果最好，下面重點(diǎn)介紹低位放頂煤液壓支架的特點(diǎn)及適應(yīng)性。1.3.21.3.2 低位放頂煤綜采的顯著特征低位放頂煤綜采的顯著特征支架的后輸送機(jī)直接置于底板上，放煤口位置低、尺寸大，放煤口為插板式，無脊背煤炭損失，放煤效果好，煤塵小。同時(shí)支架尾梁河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書9還可以擺動，（擺動幅度在45左右）用以松動頂煤，并維持一個(gè)落煤空間。并且尾梁中間還有一個(gè)液壓控制的放煤插板，用以放煤和破碎大塊頂煤，以提高頂煤的回采率。低位放頂煤支架的主要特點(diǎn)

17、：(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，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)低位放煤煤塵??；1.4 低位放頂煤液壓支架組成低位放頂煤液壓支架組成 低位放頂煤液壓支架有四大部分組成：a、承載結(jié)構(gòu)件b、執(zhí)行元件c、控制元件d、輔助裝置。液壓支架承載結(jié)構(gòu)件圖液壓支架承載結(jié)構(gòu)件圖河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書101.4.11.4.1 承載結(jié)構(gòu)件承載結(jié)構(gòu)件 頂梁：直接與頂板接觸，傳遞支

18、撐力并起護(hù)頂作用。 底座：直接與地板接觸，傳遞支撐力并用于支托立柱和其他部件。 掩護(hù)梁：連接頂梁與底座（或連桿），承受支架水平力和垮落頂板巖石壓力，防止采空區(qū)冒落矸石進(jìn)入支架的構(gòu)件。是掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式的特征構(gòu)件。 前、后連桿：掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式的特征構(gòu)件，與掩護(hù)梁、底座鉸接形成四連桿機(jī)構(gòu)，即可承受頂板水平力，使立柱無需復(fù)位裝置，又可在支架升降時(shí)頂梁前端沿雙紐線移動，使梁端距變化較小，提高支架控制頂板的可靠性。1.4.21.4.2 執(zhí)行元件執(zhí)行元件 立柱：液壓支架承載與實(shí)現(xiàn)升降動作的主要液壓元件。缸徑系列：140、160、180、200、230、250、280、320、360、380、400、

19、420. 千斤頂：前梁千斤頂、推移千斤頂、側(cè)推千斤頂、平衡千斤頂、護(hù)幫千斤頂、伸縮千斤頂、防倒防滑千斤頂、抬底千斤頂、底調(diào)千斤頂。缸徑系列：63、80、100、125、140、160、180、200等。河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書111.4.31.4.3 控制元件控制元件 控制元件有兩大類：壓力控制閥、方向控制閥、其它液壓元件。 壓力控制閥：安全閥方向控制閥：液控單向閥、操縱閥、電液控制閥、先導(dǎo)控制閥 1、安全閥：限制液體壓力的液壓元件。超過調(diào)定壓力開啟 低于恢復(fù)壓力關(guān)閉 2、液控單向閥：閉鎖并控制釋放立柱或千斤頂工作腔液體，使其獲得額定工作阻力的液壓元件。 3、操縱閥：液壓系統(tǒng)中使液壓

20、缸換向，實(shí)現(xiàn)各種動作。 4、其它液壓元件截至閥： 平面截至閥、球形截至閥。（高壓液體通斷） 交替單向閥：流量方向控制閥（用于聯(lián)動）河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書12過濾器、高壓膠管、三通、直通、U形卡、密封裝置、噴霧裝置、液壓元件固定裝置等1.4.41.4.4 輔助裝置輔助裝置 推移裝置：用于推移支架和刮板輸送機(jī)的裝置。 側(cè)護(hù)裝置：布置在頂梁、掩護(hù)梁或連桿側(cè)面，起擋矸和防倒、調(diào)架等作用的裝置 梁端支護(hù)裝置：割煤后梁端距擴(kuò)大，用于及時(shí)支護(hù)頂板的裝置，如伸縮梁、前梁等。 擋矸裝置：防止矸石從采空區(qū)涌入工作面的裝置。 護(hù)幫裝置：在支架前方頂住煤壁，防止煤壁片幫或在片幫時(shí)起到遮蔽作用的裝置。 防倒

21、防滑裝置：防止支架傾倒和支架移動時(shí)下滑裝置的總稱。1.5 液壓支架型號表示方法液壓支架型號表示方法1.5.11.5.1 液壓支架產(chǎn)品型號說明液壓支架產(chǎn)品型號說明 1、產(chǎn)品類型代號Z 2、第一特征代號，表示產(chǎn)品的支護(hù)功能、主要用途。 D垛式 J節(jié)式 Z支撐掩護(hù)式 Y掩護(hù)式 F放頂煤 C充填式 3、第二特征代號，表示產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特征、使用場所等。 H滑移頂梁 X立柱“X”形布置 P鋪網(wǎng)河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書131.5.21.5.2 支架型號舉例支架型號舉例2 2 支架設(shè)計(jì)支架設(shè)計(jì)本次液壓支架設(shè)計(jì)的基本參數(shù)本次液壓支架設(shè)計(jì)的基本參數(shù)本次設(shè)計(jì)是根據(jù)河南省義煤集團(tuán)某礦的實(shí)際情況進(jìn)行的初步設(shè)計(jì)。

22、該礦的井田面積為41平方公里，礦井年產(chǎn)260萬噸，井田內(nèi)煤層賦層較深，其本礦的13160綜放工作面煤層平均厚度8m；傾角不大，為12-13，最大16；煤層硬度f=2-3，頂板直接頂為沙質(zhì)泥巖，老頂為細(xì)砂巖；底板直接底為灰色泥巖，老底為淺灰色細(xì)砂巖，上下巷為拱形河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書14斷面，斷面面積約27m ，切眼長度220m，工作面平均采深 530m。工2作面走向長：上巷816m，下巷848m，平均832m；傾向長146m，平均采高3.2m，容重1.32t/m3。年產(chǎn)初步設(shè)定為220萬噸。低位放頂煤支架設(shè)計(jì)要求低位放頂煤支架設(shè)計(jì)要求低位放頂煤支架的設(shè)計(jì)要充分依據(jù)煤層的賦存條件，頂

23、、底板狀況，礦壓大小，工作面傾角，及煤層厚度、層理裂隙發(fā)育情況、硬度和開采方法等，支架總體技術(shù)參數(shù)的確定應(yīng)滿足：(1)工作阻力、支護(hù)強(qiáng)度的要求；(2)穩(wěn)定性要好，抗扭能力強(qiáng)；(3)頂梁、掩護(hù)梁以至尾梁密封性能好；(4)拉架力大，走得動；(5)能放煤，出煤易控制，(6)液壓系統(tǒng)簡單合理；(7)噴霧降塵裝置可靠實(shí)用。這樣在設(shè)計(jì)支架各個(gè)部件時(shí)，不僅要滿足強(qiáng)度要求，還要總體性能好。低位放頂煤支架的主要結(jié)構(gòu)有前梁（伸縮式和挑梁式）、頂梁、掩護(hù)梁、尾梁、前連桿、后連桿、底座推移裝置、立柱及各種千斤頂、液壓控制系統(tǒng)等組成。2.1 支架支架選型、基本參數(shù)設(shè)計(jì)選型、基本參數(shù)設(shè)計(jì)2.1.12.1.1 支架選型設(shè)計(jì)

24、支架選型設(shè)計(jì)2.1.1.1 液壓支架架型的選擇和支護(hù)強(qiáng)度的原則液壓支架架型的選擇和支護(hù)強(qiáng)度的原則液壓支架架型的選擇主要取決于頂板條件和地質(zhì)條件，以及本礦實(shí)際情況等因素。如1 煤層厚度 2 煤層傾角 3 底板強(qiáng)度 4 瓦斯含量 5 地質(zhì)構(gòu)造 6 設(shè)備成本 其最主要的因素也就是老頂 直接頂 直接底 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書15煤層硬度等；其公式 數(shù)據(jù)表 可參與 煤炭部81年頒布的煤科字429號文件有關(guān)規(guī)定，確定其架型和工作阻力。2.1.1.2 采煤工作面對液壓支架的設(shè)計(jì)要求采煤工作面對液壓支架的設(shè)計(jì)要求為了滿足長壁工作面的生產(chǎn)要求對液壓支架提出了以下要求：1.能有效的控制頂板。具體有這些

25、要求：能適應(yīng)頂板下沉、來壓及冒落的特性；能防支架前方與上方冒頂；不應(yīng)出現(xiàn)陷底而影響性能與移架。2.保證安全的工作空間。具體要求如下：有寬敞的工作空間；能很好的防矸、排矸；能良好的通風(fēng)、照明、通訊、防塵、防火。3.應(yīng)該適應(yīng)煤層地址條件變化。要求支架有足夠的調(diào)高范圍；適應(yīng)不平頂?shù)装?、臺階和斷層等條件；適應(yīng)煤層傾角變化。4.能夠保證正常的生產(chǎn)循環(huán)。也就是說應(yīng)保證正常移架、推溜；能與采煤、運(yùn)輸?shù)裙に嚋?zhǔn)確配合；運(yùn)輸，安裝，搬家方便；還得便于維修。5.最后對于投資者來說，應(yīng)該保證初期投資低、維修費(fèi)用低。結(jié)論：結(jié)論：根據(jù)其本礦地質(zhì)條件、生產(chǎn)能力以及結(jié)合集團(tuán)公司有關(guān)精細(xì)化管理指導(dǎo)方針最終確定其該礦使用的中間架

26、為四柱支撐掩護(hù)式低位放頂煤支架，工作阻力為8600KN，其具體型號為ZF8600/18/35放頂煤液壓支架。2.1.22.1.2 液壓支架基本參數(shù)液壓支架基本參數(shù)的設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)1.頂板條件根據(jù)老頂和直接頂?shù)姆诸悺?.煤層厚度河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書16根據(jù)最大和最小采高，確定支架的最大和最小高度，以及支架的支護(hù)強(qiáng)度。3.瓦斯等級根據(jù)瓦斯等級-瓦斯涌出量大，按保安規(guī)程規(guī)定，驗(yàn)算通風(fēng)斷面。4.底板巖性及小時(shí)涌水量根據(jù)底板巖性和小時(shí)涌水量驗(yàn)算底板比壓。5.工作面煤壁條件根據(jù)工作面煤壁條件，決定是否用護(hù)幫裝置。6.煤層傾角根據(jù)煤層傾角-急斜特厚煤層，決定是否選用防倒防滑裝置。7.井筒罐籠尺寸根

27、據(jù)井筒罐籠尺寸，考慮支架的運(yùn)輸外形尺寸。8.配套尺寸根據(jù)配套尺寸及支護(hù)方式來計(jì)算頂梁長度。2.1.2.1 支架的高度和支架的伸縮比的設(shè)計(jì)支架的高度和支架的伸縮比的設(shè)計(jì)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。（200300） （2.1）maxmaxMH（300400） （2.2）minminMH式中：支架最大高度（mm）；maxH 支架最小高度（mm）；minH 最大采高（mm）；maxM 最小采高（mm）。minM本設(shè)計(jì)最大采高3260mm,取支架最大高度maxM32602403500mmmaxH則支架的最小高度河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書172000-2001800mm

28、minH調(diào)高范圍為1700mm支架的伸縮比系指其最大高度與最小高度之比值。即：m= (2.3) 代入有關(guān)數(shù)據(jù)，得m=1.95maxminHH180035002.1.2.2 支架間距和寬度的確定支架間距和寬度的確定所謂支架間距，就是相鄰兩支架中心線間的距離。支架間距要根據(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)的中部溜槽相連，因此目前主要根據(jù)輸送機(jī)溜槽每節(jié)長度及幫槽上千斤頂連結(jié)塊的位置來確定，我國刮板輸送機(jī)溜槽每節(jié)長度為1.5m,千斤頂連結(jié)塊位置在溜槽中長的中間，但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。

29、所以支架間距一般為1.5m。本次設(shè)計(jì)取支架的中心距為本次設(shè)計(jì)取支架的中心距為1.5m1.5m。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側(cè)護(hù)板，側(cè)護(hù)板行程一般為170200mm。其中寬面頂梁一般為1400mm1600mm，節(jié)式支架一般為400mm600mm。本次設(shè)計(jì)取支架頂梁的最小寬度為本次設(shè)計(jì)取支架頂梁的最小寬度為1430mm,1430mm,最大寬度為最大寬度為1600mm,1600mm,亦亦即頂梁側(cè)護(hù)板側(cè)推千斤頂?shù)男谐倘〖错斄簜?cè)護(hù)板側(cè)推千斤頂?shù)男谐倘?70mm170mm。2.1.32.1.3 支架四連桿機(jī)構(gòu)的支架四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)2

30、.1.3.1 四連桿機(jī)構(gòu)的作用四連桿機(jī)構(gòu)的作用河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書18具有四連桿機(jī)構(gòu)的液壓支架從問世以來，經(jīng)過長期的實(shí)踐考驗(yàn)，顯示出巨大優(yōu)越性，并從根本上克服了支撐式液壓支架穩(wěn)定性和力學(xué)持性的缺陷，成為液壓支架技術(shù)發(fā)展史上的一個(gè)重要里程碑。四連桿機(jī)構(gòu)的作用提高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，對液壓支架的研究常常離不開對四連桿機(jī)構(gòu)的研究和認(rèn)識。下面通過對液壓支架的運(yùn)動過程近一步分析四連桿機(jī)構(gòu)的特性和作用。支架升降時(shí)頂梁的每一點(diǎn)的運(yùn)動軌跡是由四連桿機(jī)構(gòu)決定的，即由頂梁與掩護(hù)梁餃點(diǎn)（E點(diǎn)）的軌跡所決定的，根據(jù)機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)分析，E點(diǎn)的運(yùn)動軌跡一般為一條雙紐

31、線，如圖333所示。合理設(shè)計(jì) 四連桿參數(shù)，即可控制E點(diǎn)的運(yùn)動軌跡，改善支架支護(hù)性能，減少連桿受力。圖333 支架的四連桿機(jī)；支架在最大高度和最小高度范圍內(nèi)運(yùn)動時(shí)，正點(diǎn)的運(yùn)動軌跡呈3種形式：雙向擺動(ABCD段)、單向向后擺動(BC段)和單向向前擺動(AB段和CD段),選擇不同的連桿參數(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)正點(diǎn)軌跡處于AB段時(shí)，頂梁相對于頂板有向煤壁移動的趨勢，頂板對頂粱的摩擦力指向采空區(qū)側(cè)。當(dāng)E點(diǎn)軌跡處于BC段時(shí)，頂梁相對于頂板有向采空區(qū)河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書19移動的趨勢，此時(shí)頂板對頂梁的摩擦力指向煤壁。當(dāng)頂板運(yùn)動趨勢

32、超過支架運(yùn)動趨勢時(shí)，頂梁與頂板間的摩擦力方向?qū)⑷Q于頂板的運(yùn)動趨勢。從頂板管理方面分析，頂梁向煤壁方向移動比頂梁向來空區(qū)方向移動有利。前者對于保持粱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，造成頂板斷裂線前移或梁端冒頂。因此，合理設(shè)計(jì)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)到達(dá)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)控制梁端擺動幅度（3080mm）。同時(shí)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。因此各國在認(rèn)識到四連桿機(jī)構(gòu)作用后，

33、從機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)、力學(xué)、計(jì)算機(jī)CAD/CAE、計(jì)算機(jī)編程等方面著手，加大了相關(guān)研究。前蘇聯(lián)開發(fā)出了四連桿優(yōu)化開發(fā)軟件（OPT），美國基于強(qiáng)大的MATLAB軟件開發(fā)優(yōu)化支架四連桿機(jī)構(gòu)；而我國通過引進(jìn)吸收這些軟件優(yōu)點(diǎn)，開發(fā)出了簡單實(shí)用的邁實(shí)液壓支架分析系統(tǒng)軟件。但要會用這個(gè)軟件，還要了解這里面的相關(guān)參數(shù)含義和有關(guān)要求。河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書201.支架高度在最大和最小范圍內(nèi)變化時(shí)，如圖2.1所示，頂梁端點(diǎn)運(yùn)動軌跡的最大寬度 應(yīng)小于或等于80mm，最好為30mm以下。e2.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P與底平面的夾角，如圖2.1所示，應(yīng)滿足如下要求：支架在最高位置

34、Q時(shí)，5262，7585；支架在最低位置時(shí)，為有利PQ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，如果鋼和矸石的摩擦系數(shù)=0.3，則=16.7。為tan PWWP了安全可靠，最低工作位置應(yīng)使25為宜。而角主要考慮后連PQ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，使支架不能下降。一般取2530，在特殊情況下需要角度較小Q時(shí)，可提高后連桿下鉸點(diǎn)的高度。3.從圖2.1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e平線夾角為。設(shè)計(jì)時(shí)，要使角滿足的范圍，其原因是tan0.35角直接影響支架承受附加力的數(shù)值大小。4.應(yīng)取頂梁前端點(diǎn)運(yùn)動軌跡雙扭線向前凸的一段為支架

35、工作段，如圖2.1所示的段。其原因?yàn)楫?dāng)頂板來壓時(shí)，立柱讓壓下縮，使頂梁有向前h移的趨勢，可防止巖石向后移動，又可以使作用在頂梁上的摩擦力指向采空區(qū)。同時(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)動的趨勢，從而增加了頂梁前端的支護(hù)力，防止頂梁前端上方頂板冒落，并且使底座前端比壓減小，防止啃底，有利移架。水平力的合力也相應(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e作段。所以，當(dāng)已知掩護(hù)梁和后連桿的長度后，從這個(gè)觀點(diǎn)出發(fā)，在設(shè)計(jì)時(shí)只要把掩護(hù)梁和后連桿簡化成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，運(yùn)用作圖法就可以了，

36、如圖2.2。河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書21e1hPQoe=30圖2.1 四連桿機(jī)構(gòu)幾何特征圖e圖2.2 掩護(hù)梁和后連桿構(gòu)成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)2.1.3.2 四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)的主要方法有四連桿機(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)，采用了計(jì)算機(jī)求解的方式來求解。在計(jì)算之前，先確定幾個(gè)值。根據(jù)以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，取頂梁與掩護(hù)梁的絞點(diǎn)至上頂板的距離為400mm , 要求雙紐線的偏擺量為30mm ,后連桿下絞點(diǎn)至底座的距離為900mm 。采用電算法。1.目標(biāo)函數(shù)的確定河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書22為了減少附加力，必須使

37、得有較小值。同時(shí)，為有效的控制頂板，tan要求支架在某一高度時(shí)的角，恰好是頂梁前端點(diǎn)的雙紐線軌跡上的切線與頂梁垂線間的夾角。所以，只要令支架由高到低變化時(shí)，頂梁前端點(diǎn)運(yùn)動軌跡近似成直線為目標(biāo)函數(shù)，這兩項(xiàng)要求都能滿足。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2.3所示。（1）支架在最高位置時(shí)，即：0.91-1.08弧度；1P52 621Q即1.31-1.48弧度；支架在最低位置時(shí)，保證。7585P 125（2）后 連桿與掩護(hù)梁的比值，掩護(hù)式支架為I =0.450.61;支撐掩1護(hù)式為I = 0.610.82。（3）前后連桿上絞點(diǎn)之距與掩護(hù)梁的比值為0.220.3。I 1（4）點(diǎn)的運(yùn)動軌

38、跡呈近似雙紐線，支架由高到低雙紐線運(yùn)動軌跡的e最大寬度mm以下。70e （5）支架在最高位置時(shí)的應(yīng)小于0.35，在優(yōu)化設(shè)計(jì)中，對支撐tan掩護(hù)式支架最好應(yīng)小于0.2。3.四連桿機(jī)構(gòu)各部尺寸的計(jì)算四連桿機(jī)構(gòu)各部參數(shù)如圖2.3所示，圖中的為支架在最高位置時(shí)的1H計(jì)算高度。令：=; =; =; =; =; =; o a2AabBabCcdD2o dEaeG=; =; =; ;=ebF1JoSJeLAIGabIae1tanSLU河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書23e圖2.3 四連桿機(jī)構(gòu)參數(shù)圖(1)后連桿與掩護(hù)梁長度的確定如圖2.3所示 ，當(dāng)支架在最高位置時(shí)的H值確定后，掩護(hù)梁長度G為：1 （2.5）

39、111sinsinHGPIQ （后連桿長度為： （2.6）AI G前后連桿上絞點(diǎn)之距為： （2.7）BIG1前連桿上絞點(diǎn)至掩護(hù)梁上絞點(diǎn)之距為： （2.8）FGB從式（2.5）至式（2.8），可求出多組后連桿和掩護(hù)梁的尺寸。為了簡化計(jì)算，對變量規(guī)定相應(yīng)的步長如下：的步長為0.34弧度；的1P1Q步長為0.34弧度；的步長為0.02；的步長，支撐掩護(hù)式為0.042。1II若上述四個(gè)變量各向前邁出五步，經(jīng)排列組合變得到625組數(shù)據(jù)。（2）后連桿下絞點(diǎn)至坐標(biāo)原點(diǎn)之距為，如圖2.4所示1E河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書24圖2.4 四連桿機(jī)構(gòu)幾何關(guān)系（3）前連桿長度及角度的確定 當(dāng)支架高度變化時(shí)，掩

40、護(hù)梁上絞點(diǎn)的運(yùn)動軌跡為近似雙紐線，為使,e雙紐線最大寬度和角盡量小，可把點(diǎn)的軌跡視為理想直線，當(dāng)然,e實(shí)際上并非如此。但是，我們可以做到支架高度變化時(shí)，有三點(diǎn)在一條直線上，如圖2.4所示，即：支架在最高和最低以及中間某一位置的三點(diǎn)。當(dāng)支架的最高和最低位置確定后，在直線上的最高和最低點(diǎn)就確定了。根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)點(diǎn)沿理想垂線由最高向最低運(yùn)動時(shí)，后,e連桿與掩護(hù)梁的夾角由大于90 到小于90 變化，在夾角變化過程中，一定有一位置使后連桿與掩護(hù)梁呈垂直狀態(tài)，以這一特殊狀態(tài)為所求的中間某一位置，來確定直線上中間某一位置的點(diǎn)。1）點(diǎn)坐標(biāo)1b當(dāng)支架在最高位置時(shí)的計(jì)算高度為，此時(shí)點(diǎn)的坐標(biāo)為：1H1b （2.9

41、）11cosxFP（ （2.10）111sinyHFP（河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書252）點(diǎn)坐標(biāo)2b支架在最低位置時(shí)的計(jì)算高度為，此時(shí)的坐標(biāo)為：2H2b （2.11）22cosxFP（ （2.12）222sinsinyBP（+A（Q（根據(jù)四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征要求，支架降到最低位置時(shí)，為計(jì)算方便，即0.436弧度。22530Q 225Q 根據(jù)幾何關(guān)系為：2P （2.13）2212212cosarctancosGEAQPEAQ（3）點(diǎn)坐標(biāo)3b當(dāng)支架的掩護(hù)梁與后連桿成垂直位置時(shí)，根據(jù)幾何關(guān)系，點(diǎn)坐標(biāo)為：3b （2.14）33cosxFP（ （2.15）333sinsinyBPAQ（式中P 由

42、下式進(jìn)行計(jì)算：3 （2.16）132221arctanarctan2EAPGGAE（ （2.17）332QP4）c點(diǎn)坐標(biāo)根據(jù)圖2.4所示，支架在三個(gè)位置時(shí)四連桿機(jī)構(gòu)幾何關(guān)系確定后，c點(diǎn)就是以、這三點(diǎn)為圓的圓心。所以，為前連桿1b2b3b123cbcbcb的長度。因此，可以用圓的方程求得前連桿長度。即： （2.18）2211ccCxxyy（上式中、為c點(diǎn)坐標(biāo)，可以按下列方程聯(lián)立求得:cxcy河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書26 （2.19）22221133ccccxxyyxxyy（ （2.20）22223322ccccxxyyxxyy（由式（2.19）和式（2.20）得： 2222222231

43、312323233131233123() ()() ()2 () ()() ()cxxyyyyxxyyyyxxxyyyyxx（2.21） 2222222223233121312331233123() ()() ()2 () ()() ()cxxyyxxxxyyxxyxxyyyyxx（2.22）令: 22223131Mxxyy（2.23）N （2.24）22222323xxyyT （2.25）312331232 () ()() ()xxyyyyxx把式（2.23）到式（2.25）帶入式(2.22)式得： （2.26）2331()()cMyyNyyxT （2.27）3123()()cNxxMxxy

44、Tc點(diǎn)坐標(biāo)求出后，前連桿的長度和角度就可以確定了。（4）前連桿下絞點(diǎn)的高度D和四連桿機(jī)構(gòu)的底座長度E。當(dāng)前連桿c點(diǎn)坐標(biāo)確定后，D和E的長度為： （2.28）cDy （2.29）1cEEx4.四連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)選河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書27按上述方法可求出很多組四連桿機(jī)構(gòu)，并非所有的值都可以用，故要優(yōu)選。優(yōu)選的方法是給定約束條件，對所計(jì)算出的各組值進(jìn)行篩選，最終選出一組最優(yōu)的值來。其約束條件是根據(jù)四連桿機(jī)構(gòu)的幾何體特征要求，以及支架的結(jié)構(gòu)關(guān)系，通過對國內(nèi)外現(xiàn)有支架的調(diào)查統(tǒng)計(jì)，得出的約束條件如下：（1）前后連桿的比值范圍根據(jù)現(xiàn)有資料的調(diào)查統(tǒng)計(jì)，前后連桿的比值0.91.2范圍。CA（2）前連桿

45、的高度不宜過大，一般應(yīng)使。15HD （3）E的長度，一般應(yīng)使E.1H4.5（4）對掩護(hù)式支架應(yīng)使的值U ；對支撐掩護(hù)式支架tan0.160 2U.的值按下面的方法進(jìn)行計(jì)算。tan如圖2.5所示，為支架在最高位置時(shí)的幾何關(guān)系。（1）a點(diǎn)坐標(biāo)1= （2.30）4x 11cosEAQ （2.31） 41sinyAQ（2）點(diǎn)坐標(biāo)為2o55(,)xy1(,0)E（3）直線的斜率：1cb （2.32）111ccyyKxx（4）直線的斜率：2o a （2.33）45245yyKxx河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書28由于c 、b 、o 在同一條直線上，因此，和 直線的斜率相同，111cb1 1bo所以直線

46、的斜率為： 1 1bo （2.34）61161yyKxx同理直線的斜率為1 1a o （2.35）聯(lián)64264yyKxx立（2.34）、（2.35）得： （2.36）1 11244612K xyK xyxKK （2.37）61611yK ( xx )y圖2.5 順心位置圖令： （2.38） （2.39）6Lx6SHy則： （2.40）tanSUL5.近似雙紐線軌跡的繪制河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書29為了能計(jì)算和看出優(yōu)選的一組值的e值，以及雙紐線的凸弧段長度，要求打印出頂梁前端的坐標(biāo)值畫出雙紐線軌跡來。（1）四連桿機(jī)構(gòu)的方程圖2.6 四連桿機(jī)構(gòu)方程圖從圖2.6可知，在任一個(gè)角位置時(shí)，d點(diǎn)

47、的x坐標(biāo)值應(yīng)滿足下列方程4Q （2.41） 44coscoscosAQEBPCB點(diǎn)的y坐標(biāo)值應(yīng)滿足下列方程 （2.42） 4sinsinsinAQBCD4P由式（2.42）得： （2.43）44sinsinsinAQBPDC將式（2.43）代入式（2.41）得：河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書30 （2.44） 442442coscossinsin1AQEBPAQBPDCC將式（2.44）整理得： (2.45) 222224444442cos2sincos22cossin2sin20ABDCEA EQA DQPE BA BQPA BQB D 令： ; 4cosZP 24sin1PZ (2.4

48、6)422cosKE BA BQ (2.47)42sin2JA BQB D 22222442cos2sinRABDCEA EQA DQ (2.48)將式(2.46)式（2.48）代入式（2.45）可得： (2.49)210RZ KJZ則式（2.49）可變成以Z為變量之方程，得： (2.50)22222222K RK RKJRJZKJ不合題意之根已舍去。當(dāng)時(shí)，式（2.50）才有意義。2222220KRKJRJ在圖2.6中點(diǎn)任一位置時(shí)之坐標(biāo)x,y可寫成：e (2.51) 44coscosxAQGP (2.52) 44sinsinyAQGP河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書31其中， 則 4arcc

49、osPZ241arctanZPZ式（2.51）和式（2.52）就是液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)的曲線方程。根據(jù)四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征要求，支架由高到低，=,即：4Q85251.48rad0.436rad。所以在變化范圍內(nèi)可以畫出一條近似雙紐線4Q的軌跡來。如果在這個(gè)變化范圍內(nèi)按間隔0.087rad,可以算出x,y值表，y的變化相當(dāng)于支架計(jì)算高度的變化，則x的變化相當(dāng)于頂梁前端距煤壁之距變化，所以e值為支架高度變化范圍內(nèi)，相應(yīng)的，凸maxminxx弧段的長度為支架的結(jié)構(gòu)高度有高到低時(shí)，x值漸增所對應(yīng)的y值相減，即：凸弧段長度 hhh大小式中， 支架最大高度所對應(yīng)的y值；大h 支架由高到低，x值漸增，增加到極

50、限位置h小所對應(yīng)的y值。2.2 支架承載結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)支架承載結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)2.2.12.2.1 支架承載結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)要求支架承載結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)要求各部件設(shè)計(jì)要求要滿足總體配套的要求，就是應(yīng)滿足采煤機(jī)、雙輸送機(jī)和支架配套的空間要求，支架前部能及時(shí)支護(hù)，后部便于放頂煤；應(yīng)有噴霧降塵裝置，為防止煤的自燃發(fā)火應(yīng)安裝必要的輔助裝置。同時(shí)，為適應(yīng)急斜特厚煤層分段開采，支架本身采用中四連桿機(jī)構(gòu)1，增加了支架的縱向穩(wěn)定性，并使梁端距變化較小，放煤增設(shè)擺動伸縮式1 液壓支架中，凡四連桿機(jī)構(gòu)和頂梁與底座鉸接的頂梁四連桿機(jī)構(gòu)，簡稱為中四連桿機(jī)構(gòu)。河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書32尾梁，以調(diào)整工作空間和放煤口大小，改

51、善掩護(hù)梁受力狀況，應(yīng)使頂梁較長，以利頂煤在礦壓作用下能較好的壓碎。各部件設(shè)計(jì)的基本要求：（1）四連桿機(jī)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使支架梁端距變化小，支架受力狀態(tài)最佳，結(jié)構(gòu)上既滿足工作空間要求，又能承受足夠的縱向、橫向力及扭矩。（2）前梁由前梁千斤頂控制，可上下擺動15，與頂板保持良好的接觸，維護(hù)機(jī)道上方頂板。挑梁是和前梁鉸接的可翻轉(zhuǎn)支護(hù)板，由防片幫千斤頂控制，可及時(shí)支護(hù)，并超過水平線上挑35，拉架時(shí)收回，還可在移架后支護(hù)煤壁，以防止片幫。（3）頂梁 頂梁是支架主要承受頂板壓力的部件，并起切頂作用。它可多次反復(fù)支撐頂煤，以利于放煤。頂梁裝有側(cè)護(hù)板，活動側(cè)裝有千斤頂和彈簧，防止架間漏煤、矸及調(diào)節(jié)支架間距。

52、（4）掩護(hù)梁受扭力和橫向載荷力大，是十分重要的部件。（5）底座 底座是將支架承受的頂板壓力和側(cè)向力傳至底板。它既要有足夠的強(qiáng)度和剛度，又應(yīng)滿足底板比壓不超限。保證支架整體穩(wěn)定性的關(guān)鍵是在底座上鉸接四連桿機(jī)構(gòu)，在底座中間設(shè)置有推移裝置，側(cè)面設(shè)置拉后輸送機(jī)的千斤頂和推移桿。（6）推移裝置 此機(jī)構(gòu)關(guān)系到支架能否正常推移，由千斤頂和推移桿組成。推移桿結(jié)構(gòu)有長推桿或是由兩部分短推移桿組成。（7）尾梁 尾梁用以放煤、保證過煤高度及維護(hù)工作空間。對于大塊煤可利用插板進(jìn)行破碎。（8）液壓控制系統(tǒng)及立柱、千斤頂 液壓系統(tǒng)由各液壓件、管路系統(tǒng)組成，它應(yīng)保證立柱、千斤頂完成支架要求的各種性能，并達(dá)到設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)。液

53、壓支架各結(jié)構(gòu)件尺寸確定，以及這些尺寸和三機(jī)配套關(guān)系河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書33 圖44l所示是三機(jī)配套尺寸的一般要求。從安全角度考慮，工作面無立柱空間寬度R應(yīng)盡可能小，但它受到設(shè)備寬度的制約。由圖可知RB十2十w十X十J/2式中：B采煤機(jī)滾筒截深；E一煤壁與刮板機(jī)鏟煤板間應(yīng)留的間隙，一般取100一150mmW工作面輸送機(jī)的寬度mm；x支架前柱與輸送機(jī)電纜槽間的距離，一般為150一200mmd立柱外徑mm。為了減小無立往空間寬度R，保證鏟煤極端與煤壁間距離E及采煤機(jī)電線拖移裝置對準(zhǔn)輸送機(jī)的電纜槽，采煤機(jī)的機(jī)身中心線常相對于輸送機(jī)中部槽中心線向煤壁方向偏移一個(gè)距離e，其大小隨機(jī)型而定。人

54、行道寬度K應(yīng)大于500 mm，在薄煤層中，人行道高度應(yīng)大于400 mm。從頂梁尺寸看，RL十c，L為頂梁懸臂長度，c為梁端距。梁端距越小越好，以增大支架對頂板的覆蓋率，但由于底板沿走向起伏不平會導(dǎo)致上滾筒傾斜而截割頂梁，因此必須保持一定的梁端距，一般C=250-350mm(薄煤層取小值)。頂梁后部尺寸N與支架結(jié)構(gòu)有關(guān)。河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書34推移液壓缸的行程應(yīng)比采煤機(jī)截深大100一200 mm。在截高方向，機(jī)面高度A要保證足夠的過煤空間高度A，一般A250一300 mm(薄煤層允許A參200一240 mm)，以便煤流順利從采煤機(jī)底托架下通過。過機(jī)高度Y應(yīng)大于200 mm，以使采煤

55、機(jī)在最小截割高度、頂板起伏不平及頂板下沉?xí)r，能順利從頂梁下通過。同時(shí)后部刮板輸送機(jī)過煤高度也要大于600mm，以防大煤塊堆積。2.2.22.2.2 頂梁頂梁設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)支架工作方式對頂梁長度的影響支架工作方式對頂梁長度的影響支架工作方式對支架頂梁長度有很大影響。先移架后推溜方式（及時(shí)支護(hù)）要求頂梁有較大長度；先推溜后移架方式（滯后支護(hù)）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600 mm 。本次設(shè)計(jì)采用及時(shí)支護(hù)方式。頂

56、梁長度計(jì)算 (2.53) 11coscos300AQGPe 頂梁長度配套尺寸底座長度式中：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。1Q1P河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書35根據(jù)式（2.53）、常見頂梁結(jié)構(gòu)、該集團(tuán)實(shí)際使用情況等因素，最終將頂梁拆分優(yōu)化為 1前梁 2伸縮梁 3頂梁 前梁:前梁與頂梁鉸接，是由鋼板拼焊成的整體結(jié)構(gòu)，它的主要作用是對前部頂板起支撐作用，能很好的適應(yīng)頂板的變化，為伸縮梁提供支點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)超前支護(hù)。伸縮梁:伸縮梁是由鋼板

57、拼焊成的整體結(jié)構(gòu)，它的主要作用是超前支護(hù)；采煤機(jī)采過后，沒有移架前伸縮梁伸出，護(hù)住頂板。頂梁如下圖結(jié)構(gòu)。頂梁的結(jié)構(gòu)一般分為整體式和分體式（即頂梁加前梁及伸縮梁）。結(jié)論：結(jié)論：ZF8600/18/35放頂煤支架頂梁為分體式結(jié)構(gòu)，帶前梁及伸縮梁，并帶有可挑平的護(hù)幫板，可以有效地支護(hù)機(jī)道上方的頂板，防止工作面片幫冒頂。同時(shí)該支架頂梁采用鋼板拼焊箱形變斷面結(jié)構(gòu)，如圖可看出四條主筋形成了整個(gè)頂梁的主體，可提供足夠行人空間。頂梁一側(cè)上平面低一個(gè)板厚，用于安裝活動側(cè)護(hù)板?？刂祈斄夯顒觽?cè)護(hù)板的千斤頂和彈簧套筒，均設(shè)在頂梁體內(nèi)；這些結(jié)構(gòu)使頂梁作用充分發(fā)揮。頂梁直接與頂板接觸，支撐頂板，是支架的主要承載部件之一，

58、其主要作用包括：1、承接頂板巖石及煤的載荷；2、反復(fù)支撐頂煤，可對比較堅(jiān)硬的頂煤起破碎作用；3、為回采工作面提供足夠的安全空間。河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書36 頂梁圖河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書372.2.32.2.3 底座的設(shè)計(jì)底座的設(shè)計(jì)因?yàn)樵撝Ъ茌^重且根據(jù)該礦的地質(zhì)賦予條件，最終確定底座為整體式剛性整體底座，四連桿機(jī)構(gòu)鉸接在底座后部，有四個(gè)球面柱窩與立柱缸底相連，底座中間布置有推移裝置，側(cè)面有拉后輸送機(jī)千斤頂固定耳座。該底座整體性，穩(wěn)定性好，與底板接觸面積大，比壓小。底座圖河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書382.2.42.2.4 掩護(hù)梁設(shè)計(jì)（圖掩護(hù)梁設(shè)計(jì)（圖 詳見設(shè)計(jì)圖紙）

59、詳見設(shè)計(jì)圖紙）掩護(hù)梁上部與頂梁鉸接，下部與前后連桿相連，經(jīng)前后連桿與底座連為一個(gè)整體，是支架的主要連接和掩護(hù)部件，其主要作用包括：（1）承受頂板給予的水平分力和側(cè)向力，增加支架的抗扭性能。（2）掩護(hù)梁與前后連桿、底座形成四連桿機(jī)構(gòu)，保證梁端距變化不大。（3）阻擋后部頂煤及矸石前串，維護(hù)工作空間另外，由于掩護(hù)梁承受的彎矩和扭矩較大，工作狀況惡劣，所以掩護(hù)梁必須具有足夠的強(qiáng)度和剛度。本支架的掩護(hù)梁為鋼板焊接的箱式結(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。在它與頂梁、前后連桿連接部位都焊有加強(qiáng)板，在相應(yīng)的危險(xiǎn)斷面和危險(xiǎn)焊縫處也都有加強(qiáng)板。同時(shí)掩護(hù)梁有直線型、折線型兩種。這里選擇直

60、線型掩護(hù)梁，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，其工藝性較好。2.2.52.2.5 前、后連桿設(shè)計(jì)前、后連桿設(shè)計(jì)前、后連桿上下分別與掩護(hù)梁與底座鉸接，共同形成四連桿機(jī)構(gòu)，其主要作用包括：1、使支架在調(diào)高范圍內(nèi)，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。前、后連桿的結(jié)構(gòu)形式可以是整體式，也可以是分體式。本支架前連桿（如圖7所示）為分體式雙連桿，后連桿為整體單連桿（如圖8所示） ，均為鋼板焊結(jié)的箱形結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)不但有很強(qiáng)的抗拉抗壓性能，而且有一定的抗扭能力。河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書392.2.62.2.6 尾梁設(shè)計(jì)尾梁設(shè)計(jì)尾梁上部與掩護(hù)梁鉸接

61、，由兩個(gè)尾梁千斤頂支撐，支架前移后垮落的頂煤及頂板直接作用到尾梁上，尾梁是支架掩護(hù)后部和實(shí)現(xiàn)放頂煤的關(guān)鍵部件，其主要作用包括：1、支撐松動的頂煤及頂板巖石，維護(hù)良好的工作空間；2、為插板提供支點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)放頂煤創(chuàng)造條件；3、尾梁的上下擺動可以控制后部放煤和提高放煤量。由于尾梁要承受頂煤及頂板巖石的沖擊，所以要有足夠的剛度和強(qiáng)度。本支架尾梁采用整體箱形變斷面結(jié)構(gòu)，用鋼板拼焊而成，兩側(cè)留有尾梁千斤頂耳座，中前部留有插板千斤頂耳座，尾梁中部留有裝插板的空間。2.2.72.2.7 插板設(shè)計(jì)插板設(shè)計(jì)插板由插板千斤頂與尾梁相連，處于尾梁內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)放頂煤的直接部件，其主要作用有：1、收回插板實(shí)現(xiàn)放頂煤；2、

62、伸出插板阻擋矸石進(jìn)入后部運(yùn)輸機(jī)；3、當(dāng)有大塊煤落下時(shí)，利用插板尖齒可將塊煤破碎。本支架插板是由鋼板拼焊的等斷面結(jié)構(gòu)（如10所示） ，插板千斤頂耳座放在插板內(nèi)部，這樣不但便于插板的安裝，也增大了插板強(qiáng)度。2.2.82.2.8 推移機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)推移機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)支架的推移機(jī)構(gòu)包括：后推移桿、前推移桿、連接頭、推移千斤頂和銷軸等，主要作用是推移輸送機(jī)和拉架。推移桿的一端通過連接頭與輸送機(jī)相連，另一端通過千斤頂與底河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書40座相連，推移桿除承受推拉力外，還承受側(cè)向力，底座下滑時(shí)有一定的防滑作用。本支架的推移桿采用等斷面的箱型鋼板焊接結(jié)構(gòu)，兩側(cè)設(shè)有導(dǎo)向板，其作用是為推移千斤頂導(dǎo)向并能阻

63、擋輸送機(jī)下滑。2.2.92.2.9 輔助裝置防護(hù)裝置及放頂煤裝置輔助裝置防護(hù)裝置及放頂煤裝置設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)2.2.9.1防護(hù)防護(hù)裝置裝置支架性能的好壞和對工作面地質(zhì)條件的適應(yīng)性，在很大程度上取決于防護(hù)裝置的設(shè)置和完善程度，本支架設(shè)有比較完善的防護(hù)裝置，性能可靠，主要包括側(cè)護(hù)板、護(hù)幫板等機(jī)構(gòu)。1、側(cè)護(hù)板設(shè)置側(cè)護(hù)板，提高了支架掩護(hù)和防矸性能，一般情況下，支架頂梁和掩護(hù)梁設(shè)有側(cè)護(hù)板。側(cè)護(hù)板通常分為固定側(cè)護(hù)板和活動側(cè)護(hù)板兩種，左右對稱布置，一側(cè)為固定側(cè)護(hù)板，另一側(cè)為活動側(cè)護(hù)板，固定側(cè)護(hù)可以是永久性的也可以是暫時(shí)的（也稱為雙向可調(diào)活動側(cè)護(hù)板） 。暫時(shí)性固定側(cè)護(hù)板可以在調(diào)換工作面方向時(shí)，改作活動側(cè)護(hù)板，而此時(shí)另

64、側(cè)的活動側(cè)護(hù)板改為固定側(cè)護(hù)板。活動側(cè)護(hù)板一般都是有彈簧套筒和千斤頂控制。側(cè)護(hù)板的主要作用有：阻擋矸石，即使在降架過程中，由于彈簧套筒的作用，使活動側(cè)護(hù)板與鄰架固定側(cè)護(hù)板始終相接觸，能有效防矸；操作側(cè)推千斤頂，用側(cè)護(hù)板調(diào)架，對支架防倒有一定作用。為了減輕支架重量，本支架頂梁和掩護(hù)梁設(shè)單側(cè)活動側(cè)護(hù)板，另一側(cè)為固定側(cè)護(hù)板，頂梁活動側(cè)護(hù)板由兩個(gè)彈簧套筒和兩個(gè)千斤頂控制，掩護(hù)梁側(cè)護(hù)板有兩個(gè)彈簧套筒和一個(gè)千斤頂控制。彈簧套筒是由導(dǎo)桿、彈簧、彈簧筒等組成，側(cè)護(hù)板是由鋼板直角對焊的結(jié)構(gòu)，側(cè)板河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書41上的耳子是在運(yùn)輸時(shí)固定活動側(cè)護(hù)板用的。2、護(hù)幫裝置護(hù)幫裝置固定于伸縮梁的前端下部。

65、護(hù)幫板在前端，護(hù)幫千斤頂與伸縮梁的托板連接。需護(hù)幫時(shí)可操作護(hù)幫千斤頂，使護(hù)幫板下部貼緊煤壁，防止片幫的煤炭砸傷人和設(shè)備。在采煤機(jī)到來之前一定要收回護(hù)幫裝置，使采煤機(jī)順利通過，并防止?jié)L筒割頂梁。當(dāng)前方片幫，梁端距過大時(shí)，可推出護(hù)幫板，但采煤機(jī)通過之前必須收回幫護(hù)板。當(dāng)頂板發(fā)生超冒落或梁端距很大時(shí)，護(hù)壁板可翻轉(zhuǎn)180對煤壁上方頂板進(jìn)行支護(hù)。2.2.9.2 放頂煤機(jī)構(gòu)放頂煤機(jī)構(gòu)本支架為低位放頂煤支架，放頂煤機(jī)構(gòu)位于掩護(hù)梁的后端，主要包括尾梁、插板、插板千斤頂及尾梁千斤頂?shù)?。放煤時(shí)，只要將插板收回并擺動尾梁，垮落的頂煤即可從尾梁后部流進(jìn)輸送機(jī)。2.3 支架的執(zhí)行元件設(shè)計(jì)支架的執(zhí)行元件設(shè)計(jì)2.3.12.

66、3.1 支架承載結(jié)構(gòu)件確定后校和確定的主要技術(shù)參數(shù)支架承載結(jié)構(gòu)件確定后校和確定的主要技術(shù)參數(shù)支護(hù)面積 （3.1）arcsincFbl式中：支護(hù)面積，；cF2m 頂梁寬度，；bm 頂梁長度，；lm 移架后頂梁前端到煤壁的距離，一般。300mm 代入相關(guān)數(shù)據(jù)，得：27.45cFm支護(hù)強(qiáng)度和支護(hù)效率河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書42支護(hù)強(qiáng)度是指支架對單位面積頂板提供的工作阻力。 （3.2）spnP KqLLl式中：支架總工作阻力，;PN支護(hù)效率；sK支架中心距，；pLmm梁端距，；nLmm頂梁長度，Lmm代入相關(guān)數(shù)據(jù)，得：采高時(shí)， =0.953.5m1.15qMPasK采高時(shí)， =0.933.3m1.143qMPasK滿足設(shè)計(jì)要求2.3.22.3.2 支架的執(zhí)行元件概述支架的執(zhí)行元件概述低位放頂煤支架的執(zhí)行元件一般由立柱、防片幫千斤頂、前梁千斤頂、側(cè)推千斤頂、推移千斤頂、插板千斤頂、尾梁千斤頂?shù)纫簤焊捉M成。1.立柱立柱是支架的主要承載部件，為了適應(yīng)頂板的變化和改善受力狀況，立柱兩端均采用球面結(jié)合形式與頂梁及底座鉸接，承受壓力，并用銷軸固定來承受拉力。立柱柱頭與頂梁端相連接的銷孔，其兩側(cè)加