機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）ZF48002238低位放頂煤液壓支架設(shè)計(jì)【全套圖紙】

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1、中國礦業(yè)大學(xué)2013屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第89頁 1 綜述 液壓支架是在摩擦支柱和單體液壓支柱等基礎(chǔ)上發(fā)展起來的工作面機(jī)械化支護(hù)設(shè)備。它與滾筒采煤機(jī)、可彎曲刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)及膠帶輸送機(jī)等組成一個(gè)有機(jī)的整體，實(shí)現(xiàn)了采、支、運(yùn)等主要工序的綜合機(jī)械化采煤工藝，從而使長壁采煤技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)新的階段。液壓支架能可靠而有效的支撐和控制工作面頂板，隔離采空區(qū)，防止矸石竄入工作面，保證作業(yè)空間，并且能夠隨著工作面的推進(jìn)而機(jī)械化移動(dòng)，不斷的將采煤機(jī)和輸送機(jī)推向煤壁，從而滿足了工作面高產(chǎn)、高效和安全生產(chǎn)的要求。液壓支架的總重量和初期投資費(fèi)用占工作面整套綜采設(shè)備的60

2、%~~70%左右，因此液壓支架成了現(xiàn)代采煤技術(shù)中的關(guān)鍵設(shè)備之一。 全套圖紙，加153893706 1.1 放頂煤支架架型的發(fā)展與演變 放頂煤液壓支架是隨著放頂煤開采方法應(yīng)用而生的，綜采化機(jī)械應(yīng)用到放頂煤采煤工作面后，放頂煤開采進(jìn)入一個(gè)新發(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，并在庫茲巴斯的托姆烏辛斯克礦使用，開采該礦的2號

3、和4~5號煤層、煤厚為9~12m，煤層傾角5 ~18 ，該放頂煤工作面為預(yù)先開采頂煤鋪設(shè)人工假頂，然后再采底煤。 1963年．法國研制出用于放頂煤開采的支持掩護(hù)式放頂煤液壓支架，并于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、前西德、英國等國家陸續(xù)成功研發(fā)“開天窗”的支持掩護(hù)式或帶插板的支持掩護(hù)式放頂煤液壓支架。英國研制的“開天窗”式放頂煤支架在掩護(hù)梁上開了放頂煤“天窗”，由液壓千斤頂控

4、制開關(guān)，“天窗”附件設(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 法國針對“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)

5、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

6、煤層底板上，便于維修。“天窗”式放頂煤液壓支架重量較大，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首次研制成的放頂煤液壓支架。1984年在沈陽礦務(wù)局蒲河礦投入試驗(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

7、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)志著我國放頂煤液壓支架的設(shè)計(jì)、制造走在了世界前列。 我國放頂煤液壓支架發(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

8、.5萬t獲得了成功。隨即我國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，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

9、狹小，維修和清理浮煤不方便，底座前端比壓大等。針對中位放頂煤液壓支架存在的問題。我國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

10、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、傾角20≤α≤35，有了一些放頂煤綜采成功的實(shí)例。對于合理選擇放頂煤液壓支架提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。 ㈠. 對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： ⑴必須保證放煤效果。能否把煤放下

11、、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。 ⑵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，這對緩傾斜中硬煤層長壁放頂煤尤為重要。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。 ㈡對傾斜厚煤層放頂煤液壓支架安全性和適應(yīng)性的要求 ⑴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

12、能力，保證在大傾角下支架能正常工作。 ⑵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。 ⑶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。 ⑷提高支架防倒、防滑性能。 ㈢對“三軟”厚煤層放頂煤液壓支架安全性和適應(yīng)性的要求 ⑴在緩傾斜“三軟”條件下，因?yàn)轫斄荷戏绞且哑扑榈捻斆海瑪嗔丫€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。 ⑵為了防止架前冒頂，要求頂梁或前梁端部

13、承載能力大，并且要把支架控頂?shù)娜L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。 ⑶在保證對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)。 ⑷對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，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

14、.2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，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

15、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壁工作面發(fā)揮其優(yōu)勢，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，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

16、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。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

17、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問題。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度擺動(dòng)掩護(hù)梁破煤的條件。有的低位放頂煤

18、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 液壓支架的整體結(jié)構(gòu)尺寸

19、設(shè)計(jì) 2.1 支架高度、支架間距和底座長度的確定 2.1.1支架高度和支架的伸縮比 1.支架高度 液壓支架的支架高度的確定原則：一般應(yīng)首先確定液壓支架所適用煤層的平均采高，根據(jù)所采煤層的煤層厚度，采區(qū)內(nèi)礦井的地質(zhì)條件的變化等因素來確定液壓支架的支架高度，按下式確定液壓支架的支架高度，即： （mm） ( 2-1 ) (mm) ( 2-2 ) 式中 ： —液壓支架最大高度(mm)； —液壓支架最小高度(mm)； —煤層的最大厚度 —煤層的最小厚度 —考慮偽頂、煤皮冒落后仍有可能

20、初撐力所需要的支撐高度，一般取200～300mm； —煤層頂板最大下沉量，一般取100～200mm； —移架時(shí)液壓支架的最小可縮量，一般取50mm； ——浮矸石、浮煤的厚度，一般取50mm； 本次設(shè)計(jì)給定支架最大高度3800mm，最小高度2200mm。 2、支架的伸縮比 支架的伸縮比是支架的最大結(jié)構(gòu)與最小結(jié)構(gòu)高度值之比，即： ( 2.3 ) 支架的最大結(jié)構(gòu)高度與最小結(jié)構(gòu)高度之差為支架的調(diào)高范圍。調(diào)高范圍越大，支架的適用范圍越廣，但過大的調(diào)高范圍會(huì)給支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)造成困難，使支架的可靠性降低。由于支架的使用壽

21、命要求較長，并可能被應(yīng)用在不同的采煤工作面上，所以支架應(yīng)具有較大的伸縮比。采用雙伸縮立柱時(shí)，支撐式液壓支架的伸縮比為1.9，支撐掩護(hù)式液壓支架為 2.5，掩護(hù)式液壓支架可達(dá) 3。一般的范圍是1.5到2.5，煤層較薄時(shí)應(yīng)選取大值。但考慮應(yīng)盡量減輕重量而采用單伸縮油缸或帶機(jī)械加長桿來增加支架的調(diào)高范圍。一般常根據(jù)單位缸長的行程來確定，當(dāng)單位缸長行程<0.7時(shí)可采用單伸縮。 經(jīng)計(jì)算，支架的伸縮比。 (2.4) ——單位缸長行程； ——活塞全部伸出時(shí)立柱的

22、總長度，mm； ——活塞全部縮回時(shí)立柱的總長度，mm； ——活塞行程，mm。 由支架的最大、最小結(jié)構(gòu)高度，可得活塞的行程為1600mm，而活塞全部縮回時(shí)立柱的總長，暫用支架的最小高度2200mm。由此可以得到： 支柱應(yīng)采用雙伸縮立柱,但考慮制造成本及低位放頂煤液壓支架的工作條件,選擇單伸縮機(jī)械加長立柱。 2.1.2 支架間距（支架中心距） 液壓支架的中心距一般等于工作面配套使用的刮板輸送機(jī)中一節(jié)溜槽的長度。目前國內(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

23、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，則按下式計(jì)算： ( 2.5 ) 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

24、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)。 支架間距要根據(jù)液壓支架的型式來定，但由于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，所以目前主要根據(jù)輸送機(jī)溜槽每節(jié)長度及槽幫上千斤頂聯(lián)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、1.75m,千斤頂聯(lián)結(jié)塊位置在溜槽長度的中間。所以除節(jié)式和邁步式支架外，支架間距一般為1.5m或1.75m。本文取1.5m。 2.1.3 底座長度 底座能夠?qū)㈨敯鍓毫鬟f到底板并且能夠穩(wěn)定支架。所以在設(shè)計(jì)支架底座的長度時(shí)，應(yīng)考慮以下的幾個(gè)方面：液壓支架對底

25、板的接觸比壓要小；支架的內(nèi)部應(yīng)該有足夠的工作空間以便于安裝立柱、液壓控制裝置、推移裝置和其他輔助裝置等；便于工作人員操作和行走；要保證支架能夠保持穩(wěn)定性。 一般掩護(hù)式支架的底座長度取3.5倍的移架步距，一個(gè)移架步距為0.6m，即底座長度為2.1m左右，支撐掩護(hù)式支架的底座長度取4倍的移架步距，即底座長度為2.4m左右。 本次設(shè)計(jì)低位放頂煤支架為支撐掩護(hù)式，估取底座長度為2400mm.在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中根據(jù)結(jié)構(gòu)要求修改為2800mm。 2.2 四連桿機(jī)構(gòu)的作用及幾何作圖法的設(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)，能使支架頂梁端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡近似雙曲線，而使支架頂梁前端的端頭離

26、煤壁的距離大大減小，大大提高了管理頂板的性能。 2、能夠承受較大的水平力。 2.2.2 四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征 1、支架從最大結(jié)構(gòu)高度降到最小結(jié)構(gòu)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，最好為30以下 2、支架在最大結(jié)構(gòu)位置時(shí)和最小結(jié)構(gòu)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，應(yīng)滿足以下要求，如圖2.1所示： 支架在最大結(jié)構(gòu)位置時(shí)，P≤ ～，Q≤ ～；支架在最小結(jié)構(gòu)位置時(shí)，考慮便于矸石下滑，防止矸石停留在掩護(hù)梁，根據(jù)摩擦理論可知，,假設(shè)鋼和矸石的摩擦系數(shù)取,即：,求得；為了安全可靠在最低工作位置時(shí)，應(yīng)使為宜，而角Q主要考慮掩護(hù)梁的底部距底板要有一定的

27、距離，以防止支架后部冒落的巖石卡住后連桿，使支架不能正常下降，一般取。在特殊情況下需要小角度的Q時(shí)，可以提高后連桿下鉸點(diǎn)的高度 3、 由圖2.1可知，掩護(hù)梁與頂梁的鉸點(diǎn)和瞬時(shí)中心O之間的連線與水平線之間的夾角為Q，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要使，其主要原因是Q角直接影響附加力數(shù)值的大小。 圖2-1 四連桿機(jī)構(gòu)幾何特征 4、支架的工作段要求運(yùn)動(dòng)曲線向前凸的一段，如圖2.1所示的h段，其原因是：當(dāng)頂板來壓時(shí)，立柱讓壓產(chǎn)生下縮，使頂梁有向煤壁的趨勢防止巖石向后移動(dòng)。對于保持梁端的頂板處于有利的擠壓狀態(tài)，以防止頂板產(chǎn)生離層或斷裂，又可以使作用在頂梁上的摩擦力指向采空區(qū)。同時(shí)底板相對于底座的作用力向后，

28、底座前端的作用力向后移，從而增加了前梁端部的支護(hù)力，防止頂梁前端頂板冒落又可以使底座前端比壓減小，有利移架，可防止啃底，更是減少了水平力的合力。由于支架所承受的水平力由連桿克服，所以減輕了掩護(hù)梁的受力。 從以上分析得知，為使支架的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)軌跡曲線時(shí)，應(yīng)使支架工作段盡量取曲線向前凸的一段，所以當(dāng)已知掩護(hù)梁和后連桿的長度后，從這個(gè)觀點(diǎn)考慮，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)侯，把掩護(hù)梁和后連桿機(jī)構(gòu)簡化成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，進(jìn)行作圖計(jì)算。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可看出，當(dāng)掩護(hù)梁和后連桿長度已知，

29、只需找到前連桿的長度和位置就可以，具體作法是先順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)后連桿，使支架在支架的最高位置時(shí)點(diǎn)向下作近似直線運(yùn)動(dòng)，在掩護(hù)梁上有一點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)中有一段近似圓弧軌跡。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度。從這個(gè)觀點(diǎn)考慮，按支架在工作時(shí)的支架由高到低的順序，在掩護(hù)梁上的前連桿上鉸點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡上，任找?guī)赘? 點(diǎn)，能夠把掩護(hù)梁的前連桿上鉸點(diǎn)連線的垂直平分的線段所交的點(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)梁的上絞點(diǎn)與頂梁頂面的距離和后連桿的下鉸點(diǎn)與底座底面的距離 掩護(hù)梁的上鉸點(diǎn)與頂梁頂面之間的距離根據(jù)支架的

30、最大高度確定，一般支架取150~200mm，重型支架取210~260mm，本次設(shè)計(jì)取150mm。 后連桿的下鉸點(diǎn)與底座地面之間的距離根據(jù)支架的最小高度確定，薄煤層中支架取150~250mm，中厚煤層中支架取250~450mm，大采高的支架取450~600mm，本次設(shè)計(jì)中取450mm。 2、 掩護(hù)梁與后連桿長度的確定 首先用解析法確定掩護(hù)梁和后連桿的長度，如圖2.3所示 —掩護(hù)梁長度； —后連桿長度； —點(diǎn)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； 　 —支架最低位置時(shí)的計(jì)算高度； 　 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 = = 0.7 支架在最高位置時(shí)的值為： 因此掩護(hù)梁的長度為： = =　　 ?。? = 后連桿長度為： = 　 取： 一般， 故?。? 根據(jù)掩護(hù)梁長度和后連桿長度重新計(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

32、何作圖法作圖過程 作圖步驟： （1）、先確定后連桿的下鉸點(diǎn)O點(diǎn)的位置，使它大體上比底座略高，一般范圍為200~250mm，考慮位置太低安裝銷子困難，位置太高時(shí)底座又笨重。本次根據(jù)支架結(jié)構(gòu)取450mm。 （2）、過O點(diǎn)作水平線H—H線使與底座相平行。 （3）、過O點(diǎn)作一直線與水平線H—H線相交，使兩條直線的夾角角度為。 （4）、以O(shè)點(diǎn)為圓心，以長度為半徑作圓，與上步所繪直線相交于A點(diǎn)，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，使兩線夾角角度

33、為。 （6）、以A點(diǎn)為圓心，長度為半徑作圓，與上步所繪直線相交于，點(diǎn)為掩護(hù)梁與頂梁的鉸點(diǎn)。 （7）、過點(diǎn)作一直線與水平線H—H平行，標(biāo)為F—F直線，則H—H線與F—F線的距離為h1，此高度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倍的長度為半徑作圓，交于，標(biāo)為B，B為前連桿的上鉸點(diǎn)。 （9）、過點(diǎn)作F—F線的垂線。假設(shè)在液壓支架升降過程中，點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡近似在此直線上來回滑動(dòng)。 （10）、在垂線上畫出液壓支架在最低位置時(shí)點(diǎn)，即頂梁與掩護(hù)梁的鉸點(diǎn)為。 （11）

34、、取E1E3中點(diǎn)為點(diǎn)，為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)為圓心以為長度半徑作圓弧。 （13）、以點(diǎn)為圓心，以掩護(hù)梁長為半徑作圓，與上步圓弧相交于點(diǎn)，點(diǎn)為支架在降到中間位置時(shí)掩護(hù)梁與后連桿的鉸點(diǎn)。 （14）、以點(diǎn)為圓心，以掩護(hù)梁長為半徑作圓，與（12）所繪圓弧相交于點(diǎn)，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）、以點(diǎn)為圓心，以0.25倍的長度為半徑作圓，與相交于點(diǎn)。以點(diǎn)為圓心，以0.25倍的L長度為半徑作圓，與相交于B2點(diǎn)。B、B1、B2三個(gè)點(diǎn)就是支架在三個(gè)位置時(shí)的前連桿的上

35、鉸點(diǎn)。 （16）、連接、，、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）、分別作和的垂直平分線交于C點(diǎn)，C點(diǎn)為前連桿的下鉸點(diǎn)，段的長度即為前連桿的長度。 （18）、過點(diǎn)C向H—H線作垂線，相交于點(diǎn)。、、、為液壓支架的四連桿機(jī)構(gòu)。 按上述步驟作圖，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 最終確定支架的四連桿機(jī)構(gòu)的各項(xiàng)尺寸為： AO=1478mm AB=528mm BC=1909mm CD=395

36、mm 2.3 頂梁長度的確定 根據(jù)支架的工作阻力和支護(hù)強(qiáng)度來確定頂梁長度。 2.3.1 支架工作方式對頂梁長度的影響 支架的工作方式對支架頂梁長度有很大影響。 （1） 先移架后推溜的方式，支護(hù)及時(shí)，因此要求頂梁有較大的頂梁長度。 （2） 先推溜后移架的方式，支護(hù)滯后，頂梁長度要求較小。因?yàn)樵诓捎孟纫萍芎笸屏锏墓ぷ鞣绞?，支架要超前輸送機(jī)一個(gè)步距，以便支架前移及時(shí)，能夠支護(hù)新暴露的頂板，支護(hù)及時(shí)。 因此，采用先移架后推溜時(shí)頂梁長度要比先推溜后移架時(shí)的頂梁長度長一個(gè)移架步距，一般選為600mm 本次所設(shè)計(jì)的液壓支架要適應(yīng)各種復(fù)雜的頂板情況，選用先推溜后移架的方式，在推

37、溜之前，挑梁要先伸出，進(jìn)行即時(shí)支護(hù)，一般挑梁伸出的長度為800mm。 2.3.2 頂梁參數(shù)的計(jì)算 梁端距是指移架后頂梁端部至煤壁的距離（C）。由于工作面底板水平起伏不平，輸送機(jī)和采煤機(jī)發(fā)生傾斜，采煤機(jī)割煤垂直分力使搖臂和滾筒向支架傾斜，為避免割頂梁而留有的安全距離稱為梁端距。本次梁端距取300mm。 （1） 頂梁長度的計(jì)算 支架的支護(hù)面積=支架的工作阻力/支架的支護(hù)強(qiáng)度 =（梁端距+頂梁長度）中心距 （2.9） 式中：q——支架的總工作阻力，N； ——支護(hù)效率，本次選用0.85；

38、 F——支架支護(hù)面積，； L——支架頂梁長度 C——梁端距 ——支架間距（支架中心距） 本次支護(hù)強(qiáng)度范圍0.6—0.8MPa，支護(hù)工作阻力4800KN，求得支護(hù)面積5.1—6.8，頂梁長度3.1m—4.2m。液壓支架尺寸關(guān)系如圖2-6所示。 圖2-6 液壓支架尺寸關(guān)系 頂梁長度=[配套尺寸+底座長度+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

39、尺寸——600+300+800+400=2100mm（MG400/920-WD） 底座長度——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 故頂梁長度為。 取為3900mm （2） 頂梁寬度 因?yàn)槿≈行木酁?.5m，有活動(dòng)側(cè)護(hù)板的支架的頂梁寬度取值范圍為1.4—1.6m。本次選取單側(cè)活動(dòng)側(cè)護(hù)板，取支架頂梁的最小寬度為1420mm,最大寬度為1590mm,頂梁的側(cè)護(hù)板的側(cè)推千斤頂行程取170mm

40、。 頂梁寬度由支架間距和架型來選取，支架的架間間隙為0.2m左右。寬面頂梁一般為1.2—1.5 m。本次取頂梁寬度為1390mm（不含活動(dòng)側(cè)護(hù)板）。 （3） 頂梁覆蓋率 頂板覆蓋率按以下公式計(jì)算： （2.10） == 式中：——頂梁覆蓋率； B——頂梁寬度（包括側(cè)護(hù)板伸出寬度），mm； L——頂梁總長度，mm； b——梁端距，mm； k——相

41、鄰頂梁間間隙，mm; 穩(wěn)定頂板覆蓋率δ值為60～70%，對于中等穩(wěn)定頂板覆蓋率δ值為75～85%，對于破碎頂板，覆蓋率δ指應(yīng)達(dá)到85～95%。 本次設(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) 目前國內(nèi)支撐式液壓支架的立柱數(shù)為2—6根，常用選為4柱。掩護(hù)式液壓支架為2柱，支撐掩護(hù)式為4柱。本次設(shè)計(jì)的支架為支撐掩護(hù)式，采用單伸縮機(jī)械加長桿立柱，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)式液壓支架，立柱根據(jù)結(jié)構(gòu)的要求呈傾斜或垂直布置，一般立柱與頂梁垂線的夾角小于,夾角越小,有效支撐能力就越大。所以本次設(shè)計(jì)前排立柱取,后排立柱垂直布置

42、。 2.4.3立柱間距 立柱間距指支撐式和支撐掩護(hù)式支架中的前、后柱的間距。立柱間距的選擇應(yīng)考慮到要有便于操作、行人行走和部件的合理布置。支撐式液壓支架和支撐掩護(hù)式液壓支架的立柱間距一般為1—1.5m。本次設(shè)計(jì)的支架立柱間距選1m。 3 液壓支架的部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 液壓支架的各部件的結(jié)構(gòu)形式與采煤工作面的頂、底板條件和液壓支架的結(jié)構(gòu)形式有關(guān)，選擇時(shí)應(yīng)根據(jù)支架的結(jié)構(gòu)和工作面頂、底板條件，對支架的各個(gè)部件的結(jié)構(gòu)件進(jìn)行分析，然后擇優(yōu)進(jìn)行選擇。本次設(shè)計(jì)液壓支架為支撐掩護(hù)式后四連桿機(jī)構(gòu)低位放頂煤液壓支架 3.1 頂梁 頂梁是在采煤工作面中頂板所直接接觸的部件，除需滿足一定的剛度

43、和強(qiáng)度之外，還應(yīng)能保證頂板支護(hù)的要求，如：頂板覆蓋率的足夠；對頂板的不平整性的適應(yīng)，還應(yīng)該能夠避免因局部應(yīng)力而引起損壞。 3.3.1用途 頂梁在支護(hù)過程中所起到的作用： (1)支撐、維護(hù)和覆蓋頂板，為采煤工作面提供安全足夠的工作空間； (2)將立柱的支撐力傳至頂板，并合理地進(jìn)行分布，對接近采空區(qū)的支架后部的頂板起切頂作用，對無立柱空間的頂板起到支撐作用； (3)為護(hù)幫、防倒防滑裝置等提供依托； （4）將頂板載荷通過立柱和底座傳至底板。 3.1.2.結(jié)構(gòu)形式 液壓支架的常用頂梁形式有3種：整體式頂梁、鉸接式頂梁和楔形結(jié)構(gòu)式頂梁。鉸接式頂梁的前段稱為前梁，后段為主梁，一般稱為頂梁。

44、 （1）．整體式頂梁 整體式頂梁的特點(diǎn)是：可靠性好，結(jié)構(gòu)簡單；頂梁對頂板載荷的平衡能力強(qiáng)；前端支撐力大；能夠設(shè)置全長側(cè)護(hù)板，以改善支架的支護(hù)效果，有利于提高頂板覆蓋率，減少架間漏矸。簡單的整體式剛性頂梁的結(jié)構(gòu)外形如圖3.1.1所示。 整體式剛性頂梁為寬面板式的箱形結(jié)構(gòu)件。為補(bǔ)償焊接變形和改善接頂效果，整體頂梁前端(800—1000mm)，一般上翹。 圖3-1-1(a)掩護(hù)式支架整體頂梁 圖3-1-1(b)支撐掩護(hù)式剛性整體頂梁 （2）．鉸接式頂梁 鉸接式頂梁在前梁千斤頂?shù)耐评?，前梁能夠上下擺動(dòng)，對頂板不平的情況適應(yīng)能力強(qiáng)。運(yùn)輸時(shí)為減小運(yùn)輸尺寸，前梁可以放下與頂梁垂直

45、。前梁千斤頂需有足夠的支撐力和連接強(qiáng)度，前梁不宜設(shè)側(cè)護(hù)板。為能夠順利移架，前梁間一般要留有100～150mm間隙，增加了破碎頂板漏矸的可能。如圖3.1.2所示 1-前梁 ；2-前梁千斤頂 ；3-頂梁 圖3-2鉸接式頂梁結(jié)構(gòu) 鉸接前梁圖3.1.3(a)與頂梁3.1.3(b)如下圖 圖3-1-3(a)鉸接前梁 圖3-1-3(b) 鉸接頂梁 （3）．楔形結(jié)構(gòu)梁 楔形結(jié)構(gòu)梁如圖3-1-4所示。楔形梁1通過銷軸和后梁4鉸接，楔塊2夾在楔形梁的楔臂與頂粱之間，后端與楔形千斤頂鉸接，千斤頂又鉸接于頂梁上。 楔形結(jié)構(gòu)梁根據(jù)構(gòu)件之間摩擦自鎖原理，通過楔

46、形梁1和頂梁4與楔塊2之間的摩擦作用，在受載時(shí)楔形梁1、楔塊2和后梁4成為—個(gè)整體，類似于整體剛性頂梁。這樣，結(jié)構(gòu)梁就類似于整體剛件頂梁擁有前端支護(hù)力大的優(yōu)點(diǎn)。楔形梁1與后梁4組成的鉸接結(jié)構(gòu)，令操作楔形梁的千斤頂伸出或縮回時(shí)能夠帶動(dòng)楔塊進(jìn)行前后移動(dòng)，而使楔形梁1能繞鉸軸上下來回?cái)[動(dòng)，楔塊的行程和楔角的大小決定其擺動(dòng)的范圍。因?yàn)閿[動(dòng)范圍相對于鉸接頂梁較小，所以該梁又具有鉸接頂梁的靈活性。另外，在運(yùn)輸時(shí)，縮短運(yùn)輸尺寸，楔形梁1可以放到下垂位置，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3-1-4楔形結(jié)構(gòu)梁 綜上所述，為了適應(yīng)復(fù)雜的

47、頂板情況，選擇鉸接式頂梁，前梁為能即時(shí)支護(hù)，采用挑梁的型式，如圖3-1-5所示。 圖3-1-5 本次選取的支架頂梁 3.2 立柱 立柱長期處于高壓受力狀態(tài)，是支架的承壓構(gòu)件，立柱必須有可靠的工作特性、合理的工作阻力、結(jié)構(gòu)簡單、足夠的抗彎抗壓強(qiáng)度、良好的密封性能，能適應(yīng)支架支護(hù)的工作要求。 按動(dòng)作方式分立柱可分為單作用式和雙作用式；按支架種類分立柱可分為活塞式和活柱式；按伸縮方式分立柱可分為單伸縮式和雙伸縮式。 在本次設(shè)計(jì)中采用了單伸縮式機(jī)械加長立柱。立柱結(jié)構(gòu)如圖3-2-1所示： 圖 3－10單伸縮式機(jī)械加長立柱 立柱結(jié)構(gòu)由缸體、缸口、活塞和活塞桿等幾部件組成。 立柱的承

48、壓部件是缸體。一般選用27SiMn的無縫鋼管制造。缸體內(nèi)表面要求很高的加工精度，充當(dāng)活塞的密封表面。 立柱的關(guān)鍵元件是活塞，要求活塞具有良好的密封性能，運(yùn)動(dòng)表面能夠承受來自外力的沖擊。 活塞可直接焊在活柱上，或套在活柱上。制作活塞時(shí)如果選用鋼，為了與缸體內(nèi)徑配合可在活塞上安裝導(dǎo)向環(huán)。導(dǎo)向環(huán)大多數(shù)采用塑料制品，也可以用銅合金制成。如果不承受橫向力或橫向力很小，也可用保護(hù)密封圈的尼龍擋圈兼做導(dǎo)向環(huán)。 活塞依靠密封圈進(jìn)行密封，如今密封圈有U型、V型、O型、Y型、蕾型、鼓型等。蕾型密封圈是一個(gè)由唇內(nèi)夾橡膠和U型夾布橡膠圈壓制而成的單向?qū)嵭拿芊馊?。它為單向密封，可裝入各種液壓活塞頭和導(dǎo)向套上。在工

49、作壓力小于58.8MPa時(shí)，可以不加擋圈。 鼓型密封圈是由兩個(gè)U型夾布橡膠圈壓制而成的整體實(shí)心密封圈，它用于各種活塞的雙向密封，與兩個(gè)L型防擠圈一起使用，適用于工作壓力19.6～58.8MPa時(shí)。在工作壓力小于24.5MPa時(shí)，可以不加擋圈。 鼓型和蕾型密封圈裝配簡單方便，活塞結(jié)構(gòu)簡化了，但密封圈的自身加工較復(fù)雜。 活塞的軸向固定方式有三種：用壓盤和螺釘固定；用螺帽加防松螺釘固定；用半圓環(huán)加彈性擋圈固定。 立柱傳遞機(jī)械力的重要零件是活柱和活塞桿，必須耐磨和耐腐蝕，要能承受壓力和彎曲等載荷作用，可用45號鋼或27SiMn制成。表面要鍍鉻，并要注意保護(hù)，防止外部硬傷以防止在礦井條件下表面生

50、銹和腐蝕，。 缸口在導(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用以固定。這種結(jié)構(gòu)簡單，裝卸方便，這種固定方式使用較多。但要求活塞桿外徑與缸體內(nèi)徑之間有比較大的空間。 用來固定鋼絲和鋼絲擋圈的連接方式，不能耐高壓。在密封液體壓力較高時(shí)，采用半圓環(huán)結(jié)構(gòu)連接方式。 立柱工作原理： 當(dāng)高壓液進(jìn)入中缸的下腔，上腔回液，使中缸伸出。中缸全部伸出后，中缸下腔的壓力增大，當(dāng)超過底閥彈簧調(diào)整壓力值時(shí)，底閥打開，然后高壓液進(jìn)入上柱的下腔，上柱液經(jīng)中缸的上部小孔排出，使上柱伸起，這為伸柱過程；當(dāng)降柱時(shí)，高壓液進(jìn)入中缸的上腔，下腔回液，中缸下降，中缸下降到底時(shí)，底閥被缸底頂開，并且中缸上孔正對上立柱上部的

51、進(jìn)液孔，立柱上部的進(jìn)液孔經(jīng)中缸小孔進(jìn)入上腔的上部，下腔液通過底閥從立柱的下部回液孔回液，上柱下降。 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)式液壓支架和支撐掩護(hù)式液壓支架的掩護(hù)構(gòu)件，防止采空區(qū)冒落、矸石涌入工作面，還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式，掩護(hù)梁的上端與頂梁鉸接，下部焊有耳座與前后連桿鉸接。充分考慮了垮落頂板對梁體可能造成的沖擊破壞，以及大采高支架復(fù)雜的三維空間受力，強(qiáng)度高，安全系數(shù)大。設(shè)置單向活動(dòng)側(cè)護(hù)板，防止大采高支架橫向傾倒和減少架間漏矸。低位放頂煤支架的掩護(hù)梁還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

52、-3-1。 圖3.3.1本次設(shè)計(jì)支架的掩護(hù)梁 3.3.2.四連桿機(jī)構(gòu) 前、后連桿是四連桿機(jī)構(gòu)中重要的承載和運(yùn)動(dòng)部件，與底座和掩護(hù)梁的一部分共同組成四連桿機(jī)構(gòu)，使支架能承受水平作用力、圍巖載荷和保持支架穩(wěn)定。對四連桿機(jī)構(gòu)的長度和角度進(jìn)行合適的設(shè)計(jì)能使整個(gè)高度范圍內(nèi)梁端距的變化在50—100mm之間。 支架的前連桿設(shè)計(jì)為雙單連桿連成整體的形式，后連桿設(shè)計(jì)為單連桿。整體連桿是由兩根單連桿組焊而成，銷軸與銷孔最大配合間隙控制在1mm以內(nèi)，抗扭轉(zhuǎn)能力強(qiáng)，以增強(qiáng)支架的穩(wěn)定性，用在前連桿。后連桿設(shè)計(jì)成單連桿，為支架后部節(jié)省空間，有利于

53、后部輸送機(jī)的工作與維護(hù)。具體結(jié)構(gòu)見圖3-3-2圖3-3-3。 圖3-3-2 本次設(shè)計(jì)前連桿 圖3-3-3 本次設(shè)計(jì)后連桿 3.4 底座 3.4.1 用途 (1)將立柱和前后連桿傳遞的頂板壓力傳遞給底板。 (2)與前、后連桿和掩護(hù)梁一起組成四連桿機(jī)構(gòu)。 (3)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)。 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、鉸接分體底座和底分式剛性底座。 （1）．整體剛性底座 整體剛性底座如圖3-4-1所示，中擋前部一般有一高度50～100mm小箱形結(jié)構(gòu)，中擋的后部上方為箱形結(jié)構(gòu)，推移千斤頂一般安裝在箱形體之下。整體剛

54、性底座的整體剛度和強(qiáng)度好。整體剛性底座立柱柱窩的一般要設(shè)計(jì)一過橋．以提高底座的抗扭能力和整體剛性。底座的接底面積大，有利于減小對底板的比壓，但中擋推移機(jī)構(gòu)處易積存浮碎矸，清理較困難，一般用于軟底板條件下工作面支面支架。 圖3-4-1 整體剛性底座 （2）．鉸接分體式底座 如圖3.4.2所示，鉸接分體底座分為左右相對獨(dú)立的兩部分，從中檔處鉸接，左右底座在垂直方向無剛性約束，可相對錯(cuò)動(dòng)。底座對底板不平的適應(yīng)性好，減少了底座的偏載載荷和扭轉(zhuǎn)，但支架的整體剛性低。波蘭采用支架使用鉸接分體底座的較多，我國ZY3600／17／35K支架等亦采用鉸接分體式底座。目前這種底座結(jié)構(gòu)已較少采用

55、 （3）．底分式剛性底座 底分式剛性底座如圖3-4-3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，小擋后部上方為箱形結(jié)構(gòu)，前立柱柱窩前有過橋。由于底分式剛性底座中擋底板分體，推移裝置處的浮煤、碎矸隨支架移架從后端排到采空區(qū)，不需要人工情理．適應(yīng)高產(chǎn)高效。但減少了底座的接底面積，從而增大了對底板的比壓，目前，高產(chǎn)高效工作面的支架一般采用分體剛性底座。 圖3-4-2鉸接分體式底座 圖3-4-3底分式剛性底座 綜合以上的分析，本次采用整體剛性底座，它的整體剛度和強(qiáng)度更好。底座的接底面積大，有利減小對底板比壓。 3.5側(cè)護(hù)板 頂梁的側(cè)護(hù)板裝置一

56、般由側(cè)護(hù)板、側(cè)護(hù)千斤頂、彈簧套簡、連接銷軸和導(dǎo)向桿等組成。有以下功能： 1、 擋矸。可改善頂梁與掩護(hù)梁的防矸、護(hù)頂性能，隔離與采空區(qū)控頂區(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。起導(dǎo)向作用在支架移架時(shí)。 3、 防倒、調(diào)架。其上設(shè)置的彈簧與千斤頂都起防倒與調(diào)架作用，活動(dòng)側(cè)護(hù)板增強(qiáng)了支架側(cè)向穩(wěn)定性。 支架常用的活動(dòng)側(cè)護(hù)板形式有3種，即直角式單側(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3-5-1 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3.5.1所示，一側(cè)為活動(dòng)側(cè)護(hù)板，一側(cè)為固定側(cè)護(hù)板。固定

57、側(cè)護(hù)板就是梁的邊筋板，減輕支架重量，可增加梁體強(qiáng)度。直角式單側(cè)活動(dòng)側(cè)護(hù)板適用于工作面傾角小于下的緩傾斜煤層或水平煤層，導(dǎo)向性好和擋矸密封性好。 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3-5-2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3-5-2 直角式雙側(cè)可調(diào)的活動(dòng)側(cè)護(hù)板 3.5.3．折頁式活動(dòng)側(cè)護(hù)板 折頁式活動(dòng)側(cè)護(hù)板如圖3-5-3所示．它結(jié)構(gòu)簡單，千斤頂可布置在梁體的外側(cè)，便于維修和拆裝，但擋矸、密封性差，矸石易漏泄，移架時(shí)導(dǎo)向性差。主要用于頂板較穩(wěn)定或堅(jiān)硬的支撐掩護(hù)式液壓支架，且只能裝于頂梁。 頂

58、梁側(cè)護(hù)板高度一般為250～500mm，薄煤層時(shí)支架取下限，大采高時(shí)支架取上限。掩護(hù)梁側(cè)護(hù)板和后連桿側(cè)護(hù)板高度根據(jù)在支架最大高度時(shí)，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。 圖3-5-3 折頁式活動(dòng)側(cè)護(hù)板 綜上所述，本次設(shè)計(jì)選取直角式單側(cè)可調(diào)的活動(dòng)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、浮動(dòng)活塞式和框架連接方式。 （1）直接連接式推移千斤頂?shù)奶攸c(diǎn)：千斤頂結(jié)構(gòu)簡單，但移架力小于推移力，一般用于支撐式液壓支架。 （2）浮動(dòng)活塞式推移千斤頂?shù)奶攸c(diǎn)；移架力大于推溜力；多采用浮動(dòng)活塞千斤頂，減小推溜力；用推桿作

59、導(dǎo)向裝置，導(dǎo)向性能好、抗彎強(qiáng)度高；通過推桿，千斤頂分別與支架、輸送機(jī)相連；千斤頂與推桿位于同一軸線，受力較好，但裝置的總長度加大。 （3）框架連接式推移千斤頂?shù)奶攸c(diǎn)：移架力大于推溜力，可用于掩護(hù)式及支撐掩護(hù)式。 根據(jù)千斤頂?shù)倪m用性選取框架式推移千斤頂作為本次設(shè)計(jì)的推移千斤頂。 3.6.2 平衡千斤頂 平衡千斤頂為雙作用缸。 平衡千斤頂鉸結(jié)在掩護(hù)梁和頂梁之間使掩護(hù)式支架構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；調(diào)節(jié)頂梁成所需要的角度或水平狀態(tài)，使相鄰支架保持良好的密封狀態(tài)，利用雙向控制閥，使平衡千斤頂呈拉力或推力，適應(yīng)頂板載荷的變化。 3.6.3 側(cè)推千斤頂 側(cè)推千斤頂?shù)幕钊麠U固定于活動(dòng)側(cè)護(hù)板上，缸體固定于固

60、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）一側(cè)為活動(dòng)側(cè)護(hù)板，另一側(cè)為固定側(cè)護(hù)板時(shí)，在固定側(cè)護(hù)板一側(cè)的圓筒內(nèi)裝有固定筒，千斤頂裝在筒內(nèi)，其它不變，也可免去另開窗口，保證掩護(hù)梁和頂梁的強(qiáng)度，但不利于安裝和檢修。 （2） 安裝在掩護(hù)梁和頂梁結(jié)構(gòu)的下面，避免在掩護(hù)梁和頂梁上開窗口，加強(qiáng)了掩護(hù)梁和頂梁的強(qiáng)度，但影響支架的有效空間。 （3） 在掩護(hù)梁和頂梁下面另開窗口，把側(cè)推千斤頂裝在窗口內(nèi)，便于檢修和安裝。為使活動(dòng)側(cè)護(hù)板與活塞桿相連，改換工作面的時(shí)侯，側(cè)推千斤頂需要調(diào)轉(zhuǎn)180○。 該支架設(shè)計(jì)時(shí)選用了（1）中的側(cè)頭千斤頂安裝方式 側(cè)推千斤頂?shù)募夹g(shù)參數(shù)如下： 行程：200mm；缸

61、體內(nèi)徑：63mm；活動(dòng)桿直徑：45mm。 側(cè)推千斤頂其它參數(shù)見計(jì)算部分，具體安裝位置見圖紙。 3.6.4.前梁千斤頂 前梁千斤頂?shù)母左w使用圓銷固定在主梁耳座上，活塞桿與前梁相連。前梁千斤頂活塞腔液路上，裝有安全閥和液控單向閥，保證前梁的工作阻力與初撐力。前梁有挑梁式和升縮前梁兩種，挑梁能使前梁上下擺動(dòng)，加大前梁端部的支撐力；升縮前梁可及時(shí)支護(hù)。 3.6.5．護(hù)邦千斤頂 護(hù)邦千斤頂?shù)母左w使用銷軸固定在前梁上，活塞桿固定在護(hù)邦板。千斤頂伸出時(shí)，護(hù)邦板支撐于煤壁。在千斤頂?shù)幕钊灰郝飞嫌靡呵粏蜗蜷y鎖緊，加安全閥進(jìn)行保護(hù)。千斤頂縮回時(shí)，由于千斤頂活塞桿腔沒有液控單向閥鎖緊，于是在前梁

62、上加加一個(gè)彈簧機(jī)械鎖。 3.7 推移裝置設(shè)計(jì) 推移裝置由推移桿、連接頭和推移千斤頂?shù)攘慵M成，其中決定推移裝置形式和性能的關(guān)鍵部位是推移桿。推移桿的常用形式有倒拉式長推移桿和正拉式短推移桿兩種。 3.7.1短推移桿 短推移桿的一般結(jié)構(gòu)如圖3-7-1所示，是由鋼板組焊而成的箱型結(jié)構(gòu)件，重量輕，結(jié)構(gòu)簡單可靠，被廣泛采用。 圖3-7-1 短推移桿 3.7.2長推移桿 長推移桿常用形式有鉸接式、整體箱式和框架式。實(shí)踐證明，在底板松軟和頂板破碎條件下，長框架間經(jīng)常充滿巖塊或煤塊，清理十分困難。巖塊的堵塞，造成推移千斤頂行走通道不通暢。既影響移架速度，又會(huì)使

63、長框架彎曲，造成采面推進(jìn)速度減慢，推移步距減少，頂板穩(wěn)定性變差。 鉸接式長推移桿由前后兩段箱式結(jié)構(gòu)件組成，通過十字連接頭鉸接，能夠上、下、左、右擺動(dòng)，如圖3-7-2所示。它解決了整體箱式長推移桿更換難的缺點(diǎn)，兼有短推桿和長推桿的雙重特點(diǎn)。 圖3-7-2 鉸接式長推移桿 整體箱式長推移桿是由鋼板組焊而成的整體箱式結(jié)構(gòu)，如圖所示。它的可靠性好、結(jié)構(gòu)簡單、防止輸送桿和支架下滑的性能好。但在工作面更換難。所以必須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。 圖3-7-3 整體箱式長推移桿 框架式長推移桿由前后兩段組成，前段為箱式結(jié)構(gòu)，后段為導(dǎo)向塊和雙桿式結(jié)構(gòu)

64、，結(jié)構(gòu)如圖3-7-4所示。當(dāng)推移千斤頂缸徑超過φ140mm時(shí)，雙桿式結(jié)構(gòu)強(qiáng)度難保證，可靠性低?？蚣苁介L推移桿適用于中型以下的液壓支架。 圖3-7-4 框架式長推移桿 在上述的兩種推移機(jī)構(gòu)中，短推移桿采用正拉式，千斤頂活塞桿收回為移架，活塞桿伸出為推溜,拉架力小于推溜力，其布置圖如圖3-7-5。長推移桿采用倒拉式，千斤頂活塞桿伸出為移架，收回為推溜,推溜力小于拉架力，其布置圖如圖3-7-6所示。 圖3-7-5 短推移桿正拉式布置 圖3-7-6 長推移桿倒拉式布置 本次設(shè)計(jì)選擇長推移桿倒拉式布置。 3.8 放煤機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

65、 低位放頂煤支架的放煤口是由尾梁及其千斤頂和插板或掩護(hù)梁和插板形成。其縱向長度根據(jù)架型、配套的設(shè)備不同而異，橫向長度均為架寬，。 3.8.1中四連桿結(jié)構(gòu)的放煤機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 支架的掩護(hù)梁由鉸接在底座上的千斤頂或鉸接在頂梁上的平衡千斤頂支撐。掩護(hù)梁底部有可伸縮插板，利用千斤頂?shù)纳炜s調(diào)整放煤口進(jìn)行放煤，放煤時(shí)收回插板，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)能夠滿足放煤口、放煤工藝及工作空間的要求。從支架整體設(shè)計(jì)看，橫向穩(wěn)定性差，極易將千斤頂及其支座損壞，特別是那種由底座上雙千斤頂支撐掩護(hù)梁的支架，結(jié)構(gòu)如圖3-8-1所示。 圖3-8-1 中四連桿結(jié)構(gòu)的大插板放煤機(jī)構(gòu) 3.8.

66、2后四連桿結(jié)構(gòu)的放煤機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 在該支架后部由前后連桿、掩護(hù)梁、尾梁和底座形成工作空間，用以布置后輸送機(jī)和放煤。尾梁及其千斤頂組成放煤機(jī)構(gòu)，能夠操縱鉸接在掩護(hù)梁上的尾梁千斤頂，使尾梁向上轉(zhuǎn)動(dòng)擋矸或松動(dòng)頂煤。向下轉(zhuǎn)動(dòng)尾梁時(shí)收回插板進(jìn)行放煤，可反復(fù)多次進(jìn)行放煤。這種架型穩(wěn)定性好，操作方便，放煤口大，利于放煤。 尾梁由尾梁體、插板千斤頂、插板、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)，插板千斤頂控制插板在尾梁的導(dǎo)軌上滑動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)伸縮。插板千斤頂?shù)男谐虘?yīng)滿足擋矸要求，尾梁長度的確定應(yīng)滿足工作空間的要求，插板應(yīng)盡可能加寬以減小架間間隙，如圖3-8-2。 圖3-8-2 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) 在工作面中，當(dāng)煤采空后，會(huì)出現(xiàn)一定的空間。受上部巖層壓力，會(huì)