支撐掩護(hù)式液壓支架總體方案及底座設(shè)計(jì)

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1、 支撐掩護(hù)式液壓支架總體方案及底座設(shè)計(jì) 69 目錄 前言………………………………………………………………………………1 1.液壓支架的概述………………………………………………………………2 1.1液壓支架的組成和用途 ……………………………………………………2 1.1.1液壓支架的組成…………………………………………………………2 1.1.2液壓支架的用途………………………………………………………2 1.2液壓支架的工作原理……………………………………………………2 1.2.1升柱 ………………………………………………

2、……………2 1.2.2降柱………………………………………………………………2 1.2.3支架和輸送機(jī)前移……………………………………………………2 1.3液壓支架設(shè)計(jì)目的、要求和設(shè)計(jì)支架必要的基本參數(shù)……………………3 1.3.1設(shè)計(jì)目的………………………………………………………………3 1.3.2液壓支架的基本要求…………………………………………………4 1.3.3設(shè)計(jì)液壓支架必需的基本參數(shù)……………………………………4 1.4液壓支架的選型…………………………………………………………5 1.4.1液壓支架的支撐力與承載關(guān)系………………………………………5

3、1.4.2液壓支架架型的分類………………………………………………5 1.4.3 液壓支架選型原則………………………………………………7 1.4.4 液壓支架設(shè)計(jì)的原始條件………………………………………8 2.液壓支架的整體結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)……………………………………………9 2.1液壓支架基本技術(shù)參數(shù)的確定…………………………………………9 2.1.1支護(hù)高度………………………………………………………………9 2.1.2支架間距…………………………………………………………10 2.1.3底座長(zhǎng)度…………………………………………………………10 2.1.4支護(hù)強(qiáng)度………

4、……………………………………………………10 2.2液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)的確定……………………………………………11 2.2.1四連桿機(jī)構(gòu)的作用………………………………………………11 2.2.2四連桿機(jī)構(gòu)的幾何作圖法……………………………………………13 2.2.3幾何作圖法作圖過(guò)程………………………………………………14 2.2.4四連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)選設(shè)計(jì)法……………………………………………19 2.3液壓支架配套設(shè)備和頂梁參數(shù)的確定…………………………………20 2.3.1采煤機(jī)和運(yùn)輸機(jī)型號(hào)的確定…………………………………………20 2.3.2頂梁的確定……………………

5、………………………………………20 2.3.3對(duì)頂梁長(zhǎng)度的影響……………………………………………………22 2.3.4頂梁主要尺寸的確定…………………………………………………22 2.4掩護(hù)梁的結(jié)構(gòu)及參數(shù)的確定……………………………………………24 2.4.1掩護(hù)梁的作用和用途……………………………………………24 2.4.2掩護(hù)梁的結(jié)構(gòu)型式………………………………………………24 2.4.3掩護(hù)梁的參數(shù)確定………………………………………………25 2.5立柱及主要參數(shù)的確定………………………………………………25 2.5.1立柱布置………………………………………………2

6、5 2.5.2立柱主要參數(shù)確定………………………………………………27 2.6千斤頂?shù)募夹g(shù)參數(shù)確定………………………………………………27 2.6.1框架連接方式推移千斤頂?shù)膭?dòng)作原理………………………………28 2.6.2 框架連接方式推移千斤頂…………………………………………28 2.7側(cè)護(hù)板…………………………………………………………………29 2.7.1 側(cè)護(hù)板的種類……………………………………………………29 2.7.2側(cè)護(hù)裝置的作用………………………………………………29 2.7.3側(cè)護(hù)板的結(jié)構(gòu)和型式………………………………………………30 2.7.4

7、側(cè)護(hù)板尺寸的確定………………………………………………30 3液壓支架的受力分析………………………………………………32 3.1液壓支架的支護(hù)性能與外載荷…………………………………………32 3.2液壓支架的受力分析與計(jì)算…………………………………………33 3.2.1支撐掩護(hù)式支架………………………………………………33 3.3液壓支架受力的影響因素………………………………………………41 3.3.1 支架高度對(duì)支架受力的影響………………………………………41 3.3.2摩擦系數(shù)對(duì)支架受力的影響………………………………………42 3.3.3前梁千斤頂?shù)耐评?duì)支架的受力

8、影………………………………42 3.3.4 tgθ值支架受力的影響……………………………………………43 3.3.5 摩擦力方向?qū)χЪ苁芰Φ挠绊憽?3 4 液壓支架的底座設(shè)計(jì)………………………………………………44 4.1底座的作用及用途……………………………………………………44 4.2底座的結(jié)構(gòu)型式及尺寸確定…………………………………………44 4.2.1 底座的結(jié)構(gòu)型式………………………………………………44 4.2.2底座主要尺寸的確定………………………………………………45 4.3液壓支架的底座受力分析及計(jì)算………………………………

9、45 4.4液壓支架底座接觸比壓計(jì)算……………………………………………47 4.4.1底座平均接觸比壓………………………………………………47 4.4.2 底座最大、最小接觸比壓………………………………………48 4.5對(duì)底座設(shè)計(jì)的要求及減少底座前端比壓的措施…………………………50 4.5.1對(duì)底座設(shè)計(jì)的要求………………………………………………50 4.5.2減少底座前端比壓的措施…………………………………………51 4.6底座的強(qiáng)度計(jì)算………………………………………………51 4.6.1各截面彎矩…………………………………………………………52 致謝……………………

10、…………………………………………………60 參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………61 前言 綜合機(jī)械化采煤是煤礦技術(shù)進(jìn)步的標(biāo)志，是煤礦增加產(chǎn)量、提高勞動(dòng)效率、增加經(jīng)濟(jì)效益的重要手段。實(shí)踐證明大力發(fā)展綜合機(jī)械化采煤，研制和使用液壓支架是十分關(guān)鍵的。我們60年代起支撐式液壓支架，至今已能成批制造兩柱掩護(hù)式和四柱支撐掩護(hù)式支架，這些系列化一般用于緩傾斜中厚煤層及厚煤層分層開(kāi)采。 至今，我國(guó)煤礦中使有的支架類型很多，按照支架采煤工作面安裝位置來(lái)劃分有端頭支架和中間液壓支架。端頭液壓支架簡(jiǎn)稱端頭支架，專門安裝在每個(gè)采煤工

11、作面的兩端。中間液壓支架是安裝在除工作面端頭以外的采煤工作面上所的位置的支架。 目前使用的液壓支架分為三類。即：支撐式液壓支架、掩護(hù)式液壓支架、支撐掩護(hù)式液壓支架。從架型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來(lái)看，由于架型的不同，它的支撐力分布和作用也不同；從頂板條件來(lái)看，由于直接類別和老頂級(jí)別的不同，支架所承受的載荷也不同，所以為了在使用中合理地選擇架型，要對(duì)支架的支撐力承載力的關(guān)系進(jìn)行分析，使支架的支撐力能適應(yīng)頂板載荷的要求。 本設(shè)計(jì)論文則設(shè)計(jì)層煤厚度在2.5米到2.9米，老頂級(jí)別為三級(jí)，直接頂類別為一類的支撐掩護(hù)式液壓支架的設(shè)計(jì)。其架型特點(diǎn)支柱兩排，每排1到2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)

12、構(gòu)。安的支撐力大，切頂性能好，防護(hù)性能好，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，這類支架適用于直接頂為中等穩(wěn)定。老頂有明顯或強(qiáng)烈周期來(lái)壓。瓦斯含量較大的中厚或厚煤層中。因此本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)這類支撐掩護(hù)式液壓支架。 1.液壓支架的概述 1.1液壓支架的組成和用途 1.1.1液壓支架的組成 液壓支架由頂梁、底座、掩護(hù)梁、立柱、推移裝置、操縱控制系統(tǒng)等主要部分組成。 1.1.2液壓支架的用途 在采煤工作面的煤炭生產(chǎn)過(guò)程中，為了防止頂板冒落，維持一定的工作空間，保證工人安全和各項(xiàng)作業(yè)正常進(jìn)行，必須對(duì)頂板進(jìn)行支護(hù)。而液壓支架是以高液體作為動(dòng)力，由液壓元件與金屬構(gòu)件組成的支護(hù)和控制頂板的設(shè)備

13、，它能實(shí)現(xiàn)支撐、切頂、移架和推移輸送機(jī)等一整套工序。實(shí)踐表明液壓支架具有支護(hù)性能好、強(qiáng)度高，移架速度快、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。液壓支架與可彎曲輸送機(jī)和采煤機(jī)組合機(jī)械化采煤設(shè)備，它的應(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)化不可缺少的主要設(shè)備。 1.2液壓支架的工作原理 液壓支架在工作過(guò)程中，必須具備升、降、推、移四個(gè)基本動(dòng)作，這些動(dòng)作是利用泵站供給的高壓乳化液通過(guò)工作性質(zhì)不同的幾個(gè)液壓缸來(lái)完成的。 1.2.1升柱 當(dāng)需要支架上升支護(hù)頂板時(shí)，高壓乳化液進(jìn)

14、入立柱的活塞腔，另一腔回液，推動(dòng)活塞上升，使與活塞桿相連接的頂梁緊緊接觸頂板。 1.2.2降柱 當(dāng)需要降柱時(shí)，高壓液進(jìn)入立柱的活塞桿腔，另一腔回液，迫使活塞桿下降，于是頂梁脫離頂板。 1.2.3支架和輸送機(jī)前移 支架和輸送機(jī)的前移，都是由底座上的推移千斤頂來(lái)完成。當(dāng)需要支架前移時(shí)，先降柱卸載，然后高壓液進(jìn)入推移千斤頂對(duì)活塞桿腔，另一腔回液，以輸送機(jī)為支點(diǎn)，缸體前移，把整個(gè)支架拉向煤壁；當(dāng)需要推輸送機(jī)時(shí)，支架支撐頂板后，高壓液進(jìn)入推移千斤頂?shù)幕钊唬硪磺换匾?，以支架為支點(diǎn)，使活塞桿伸出，把輸送機(jī)推向煤壁。 支架的支撐力與時(shí)間的曲線，稱為支架的工作特性曲線，如圖1-1所示。 圖

15、1-1 支架的工作特性曲線 Fig .1-1 line of support work characteristic? t0—初撐階段； t1—增阻階段； t2—恒阻階段； p1—初撐力； p2—工作阻力 支架立柱工作時(shí)，其支撐力隨時(shí)間的變化過(guò)程可分為三個(gè)階段。支架在升柱時(shí)，高壓液進(jìn)入立柱下腔，立柱升起使頂梁接觸頂板，立柱下腔壓力增加，當(dāng)增加到泵站工作壓力時(shí)，泵站自動(dòng)卸載，支架的液控單向閥關(guān)閉，立柱下腔壓力達(dá)到初撐力，此階段為初撐力階段t0；支架初撐力后，隨頂板下沉，立柱下腔壓力增加，直至增加到支架的安全閥調(diào)正壓力，立柱下腔壓力達(dá)到

16、工作阻力。此階段為增阻階段t1；隨著頂板壓力繼續(xù)增加，使立柱下腔壓力超過(guò)支架的安全閥壓力調(diào)正值時(shí)，安全閥打開(kāi)而溢流，立柱下縮，使頂板壓力減少，立柱下腔壓力降低，當(dāng)?shù)陀诎踩y壓力調(diào)整值后，安全閥停止溢流，這樣在安全閥調(diào)整壓力的限止下，壓力曲線隨時(shí)間呈波浪形變化，此階段為恒阻階段t2。 1.3液壓支架設(shè)計(jì)目的、要求和設(shè)計(jì)支架必要的基本參數(shù) 1.3.1設(shè)計(jì)目的 采用綜合機(jī)械化采煤機(jī)械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(zhǎng)的需要，必須大量生產(chǎn)綜合機(jī)械化設(shè)備，迅速綜合機(jī)械化采煤工作面（簡(jiǎn)稱綜合工作面）。而每個(gè)綜采工作面平均需要安裝150臺(tái)液壓支架，可見(jiàn)對(duì)液壓支架的

17、需要量是很大的。 由于不同采煤工作面的頂板條件、煤層厚度、煤層傾角、煤層物理機(jī)械性質(zhì)等的不同，對(duì)不同液壓支架的需求也不同。為了有效地支護(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)工作是很重要的。由于液壓支架的類很多，因此其設(shè)計(jì)工作量也是很大的，由此可見(jiàn)，研制和開(kāi)發(fā)新型液壓支架是必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。 1.3.2液壓支架的基本要求 1)為了滿足采煤工藝及地制條件的要求，液壓支架是有足夠的初撐力和工作阻力，以便有效地控制頂板，保證合理的下沉量。 2)液壓支架要有足夠的推溜力和移架力。推溜力一般力為100KN左右；移架力按煤層厚度而定，薄煤層一般為100KN

18、～150KN，中厚煤炭一般為150KN至250KN。厚煤層一般為300KN～400KN。 3)防止性能要好。 4)排矸性能好。 5)要求液壓支架能保證采煤工作有足夠的通風(fēng)斷面，從而保證人員呼吸、稀釋有害氣體等安全方面的要求。 6)為了操作和生產(chǎn)的需要，要有足夠?qū)挼娜诵械馈? 7)調(diào)高范圍要大，照明和通訊方便 8)支架的穩(wěn)定性要好，底座最大比壓要小于規(guī)定值。 9)要求支架有足夠的剛度，能夠承受一事實(shí)上不均勻載荷和沖擊載荷。 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)要簡(jiǎn)單。 12)液壓元件要可靠 1.3.3設(shè)計(jì)液壓支架必需的基本參數(shù) 1)頂板條件

19、 根據(jù)老頂和直接頂?shù)姆诸?，?duì)支架進(jìn)行選型。 2)最大和最小采高 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(jí) 根據(jù)瓦斯等級(jí)，按保安規(guī)程規(guī)定，驗(yàn)算通風(fēng)斷面。 4)底板巖性能及小時(shí)涌水量 根據(jù)底巖性和小時(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，決定是否選用防滑裝置 7)井向罐籠尺寸 根據(jù)井向罐籠尺寸，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(lái)計(jì)算頂梁長(zhǎng)度。 1.4液壓支架的選型 1.4.1液壓支架的支撐力與承載關(guān)系 支撐

20、掩護(hù)式支架是為了改善上述兩類支架的性能和對(duì)頂板的適應(yīng)性而設(shè)計(jì)的。主體部分接近垛式，支架后部有四連桿機(jī)構(gòu)和掩護(hù)梁，增強(qiáng)了支架的穩(wěn)定性和防護(hù)性，提高了支架的支護(hù)和承載能力。所以，此種支架介于以上兩種支架的中間狀態(tài)，提高了適用范圍，適用于頂板較堅(jiān)硬，頂板壓力較大或頂板破碎的各種煤層，其受力狀況如圖1-2所示 圖1-2支撐掩護(hù)式支架的受力狀況 Fig.1-2 bracing?caving shield pressure? 1.4.2液壓支架架型的分類 按照液壓支架在采煤工作面安裝位置來(lái)劃分 有端頭液壓支架和中間液壓支架。端頭液壓支架簡(jiǎn)稱端頭支架，專門安裝在每個(gè)采煤工作面的兩端。中

21、間液壓支架是安裝在除工作面端頭以外的采煤工作面上所有位置的支架。 目前使用的液壓支架在分三類即：支撐式、掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架。 1) 支撐式支架 支撐式支架的架型有垛式支架和節(jié)式支架兩種型式。如圖1-3，前梁較長(zhǎng)，支柱較多并呈垂直分布，支架的穩(wěn)定性由支柱的復(fù)位裝置來(lái)保證。因此底座堅(jiān)固定，它靠支柱和頂梁的支撐作用控制工作面的頂板，維護(hù)工作空間。頂板巖三石則在頂梁后部切斷垮落。 這類支架具有較大的支撐能力和良好的切頂性能，適用于頂板緊硬完整，周期壓力明顯或強(qiáng)烈，底板較硬的煤層。 a b 圖1-3 a—垛式

22、 b—節(jié)式 Fig.1-3 a—corduroy? b—divisional 2)掩護(hù)式支架 掩護(hù)式支架有插腿式和非插腿式兩種型式。如圖1-4所示頂梁較短，對(duì)頂板的作用力均勻；結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，抵抗直接頂水平運(yùn)動(dòng)的能力強(qiáng)；防護(hù)性能好調(diào)高范圍大，對(duì)煤層厚度變化適應(yīng)性強(qiáng)；但整架工作阻力小，通風(fēng)阻力大，工作空間小。這類支架適用于直接頂不穩(wěn)定或中等穩(wěn)定的煤層。 a b c 圖1-4 a—插腿式支架

23、 b—立柱支在掩護(hù)梁上非插腿式支架 c—立柱支在頂梁上非插腿式支架 Fig.1-4 a－ support b－?leg piece?on support? c－leg piece? on support? 3)支撐掩護(hù)式支架 支撐掩護(hù)式支架架型主要用：四柱支在頂梁上（如圖1-5a，b所示）；二柱支在頂梁（如圖1-5，c所示）一柱或二柱支在掩護(hù)梁上。支柱兩排，每排1-2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)。它的支撐力大，切頂性能好，防護(hù)性能好，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量大，價(jià)貴，不便于運(yùn)輸。 這類支架適用于直接頂為中等穩(wěn)定或穩(wěn)定，老頂有明顯或強(qiáng)烈的周期

24、來(lái)壓，瓦斯儲(chǔ)量較大的中厚或厚煤層中。 a b c 圖1-5 a—四柱平行支在頂梁上支架，b—四柱交叉支在頂梁兩柱在掩護(hù)梁上支架 c—兩柱在頂梁兩柱支在掩護(hù)梁上支架 1.4.3 液壓支架選型原則 液壓支架的選型,其根本目的是使綜采設(shè)備適礦井和工作面的條件,投產(chǎn)后能做到高產(chǎn)、高效、安全，并為礦井的集中生產(chǎn)、優(yōu)化管理和最佳經(jīng)濟(jì)效益提供條件，因此必須根據(jù)礦井的煤層、地質(zhì)、技術(shù)和設(shè)備條件進(jìn)行選擇。 1)液壓支架架型的選擇首先要適合于頂板條件。一般情況下可根據(jù)頂板的級(jí)別直接

25、選出架型。 2)當(dāng)煤層厚度超過(guò)2.5m時(shí)，頂板有側(cè)向推力和水平推力時(shí)，應(yīng)選用抗扭能力強(qiáng)支架一般不宜選用支撐式支架。 3)當(dāng)煤層厚度達(dá)到2.5～2.8mm以上時(shí)，需要選擇有護(hù)幫裝置的掩護(hù)式或支撐掩護(hù)式支架，煤層厚度變化大時(shí)，應(yīng)選擇調(diào)高范圍較大的掩護(hù)式雙伸縮立柱的支架。 4)應(yīng)使支架對(duì)底板的比壓不超過(guò)底板允許的抗壓強(qiáng)度。在底板較軟條件下，應(yīng)選用抬底裝置的支架或插腿掩護(hù)式支架。 5)煤層傾角〈10時(shí)，支架可不設(shè)倒滑裝置15～25度時(shí)，排頭支架應(yīng)設(shè)防倒防滑裝置，工作面中部輸送機(jī)設(shè)防滑裝置，工作面中部支架設(shè)底調(diào)千斤頂，工作面中部輸送機(jī)調(diào)防滑裝置。 6)對(duì)瓦斯涌出量大的工作面，應(yīng)符合保安規(guī)程的要

26、求，并優(yōu)先選用通風(fēng)面積大的支撐式或支撐掩護(hù)式支架。 7)當(dāng)煤層為軟煤時(shí)，支架最大采高一般≤2.5m；中硬煤層時(shí)，支架最大采高一般≤3.5m；硬煤時(shí)，支架最大采高＜5m 8)在同時(shí)允許選用幾種架型時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用價(jià)格便宜的支架。 9)斷層十分發(fā)育，煤層變化過(guò)大，頂板的允許暴露5～8m,時(shí)間在20min以上時(shí)，暫不宜采用綜采。 10)特殊架型的選擇可根據(jù)特殊架型中各節(jié)的適用條件進(jìn)行選擇。 1.4.4 液壓支架設(shè)計(jì)的原始條件 煤層厚度（m） 2.5—2.9 老頂級(jí)別 Ⅲ 直接頂類別 Ⅰ 表1-1適應(yīng)不同類級(jí)頂板的架型和支護(hù)強(qiáng)度 Tab 1-1 Ad

27、aptive diffent cap of roof and model holding strength 老頂級(jí)別 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 直接頂類別 1 2 3 1 2 3 1 2 3 4 4 架 型 掩護(hù)式 掩護(hù)式 支撐式 掩護(hù)式 掩護(hù)式或支撐掩護(hù)式 支撐式 支撐掩護(hù)式 支撐掩護(hù)式 支撐或支撐掩護(hù)式 支撐或支撐掩護(hù)式 采高＜2.5m時(shí)用支撐式 采高＞2.5m時(shí)用支撐掩護(hù)式 支 護(hù) 強(qiáng) 度KN/M 支架采高m 1 294 1.3×294 1.6×294 ＞2×294 應(yīng)結(jié)合深孔 爆破，軟

28、化 頂板等措施 處理采空區(qū) 2 343（245） 1.3×343(245) 1.6×343 ＞2×343 3 441(343) 1.3×441(343) 1.6×441 ＞2×441 4 539(441) 1.3×539(441) 1.6×539 ＞2×539 注：（1）表中括號(hào)內(nèi)數(shù)字系統(tǒng)掩護(hù)式支架頂梁上的支護(hù)強(qiáng)度。 （2）1.3、1.6、2為增壓系數(shù)。 2.液壓支架的整體結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) 2.1液壓支架基本技術(shù)參數(shù)的確定 2.1.1支護(hù)高度 支架高度確定原則，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(lái)確定，其最大與最小高度為：

29、＋S1 (mm) (2-1) （mm） (2-2) 式中： ---支架最大高度，mm ---支架最小高度， mm ---煤層最大高度， =2900 mm ---煤層最小高度， =2500 mm S1---考慮偽項(xiàng)煤冒落時(shí)，仍有可靠支撐力所需要的支撐高度，一般采取200-300mm，S1取200 mm， S2---頂板最大下沉量是，一般取100～200 mm，S2取150 mm， a--- 移架時(shí)支架的最小可縮量，一般取50 mm， δ---浮

30、矸石、俘煤厚度，一般取50 mm， 由式2—1可得 2900＋200=3100 mm 由式2—2可得 2500－150－50－50=2250mm 所以取： =3100mm =2250mm 2.1.2支架間距 所謂支架間距，就是相鄰兩支架中心之間的距離。用bc表示。 支架間距bc要根據(jù)支架型式來(lái)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)刮板輸送機(jī)溜槽每節(jié)長(zhǎng)度及槽幫上千斤頂連接塊的位置來(lái)確定，我國(guó)刮板運(yùn)輸機(jī)溜槽每節(jié)長(zhǎng)度為1.5米，千斤頂連接位置在刮板槽槽幫中間，所以除節(jié)式和邁步式支架外，支架間距一般為1.5米，本設(shè)計(jì)取bc=1.5 m。

31、2.1.3底座長(zhǎng)度 所謂底座，就是將頂板壓力傳遞到底板的穩(wěn)固支架的部件。在設(shè)計(jì)支架的底座長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)考慮以下幾個(gè)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(zhǎng)度取3.5倍的移架步距，即2.1m左右；支撐掩護(hù)式支架對(duì)底座長(zhǎng)度取4倍的移架步距，即2.4m左右。本次設(shè)計(jì)底座為2.4m。 2.1.4支護(hù)強(qiáng)度 本次設(shè)計(jì)中支撐掩護(hù)式支架的支護(hù)強(qiáng)度可用插入法求得，按下式計(jì)算： （2-3） 式中： —支架名義支護(hù)強(qiáng)度。（KN/m2） —采高所對(duì)應(yīng)的支護(hù)強(qiáng)

32、度，見(jiàn)表1—1 —采高所對(duì)應(yīng)的支護(hù)強(qiáng)度，見(jiàn)表1—1 —對(duì)應(yīng)的采高(m),見(jiàn)表1—1 —對(duì)應(yīng)的采高(m),見(jiàn)表1—1 —支架的結(jié)構(gòu)高度，在，之間。 對(duì)應(yīng)最大結(jié)構(gòu)高度=3.1m時(shí) =3m =705.6KN/m2 =4m =862.4KN/m2 將各數(shù)據(jù)代入式（2—3）得采高最大時(shí)支架支護(hù)強(qiáng)度 =705.6＋(862.4-705.6)=721.28KN/m2 2.2液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)的確定 2.2.1四連桿機(jī)構(gòu)的作用 四連桿機(jī)構(gòu)是掩護(hù)式支架和支撐掩護(hù)式支架的最重要的部件之一。其作用概括起來(lái)主要有兩個(gè)：一是支架由高到低變化

33、時(shí)，借助四連桿機(jī)構(gòu)的頂梁前端的運(yùn)動(dòng)軌跡呈近似雙紐線，從而使支架頂梁前端點(diǎn)于煤壁間距離的變化大大減少，提高了管理頂板的性能；二是使支架能承受較大的水平力。 下面通過(guò)四連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)作過(guò)程的幾何特征進(jìn)一步闡述其作用。這些幾何特征是四連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)作過(guò)程的必然結(jié)果。 1）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(dòng)軌跡的最大寬度e應(yīng)小于或等于70mm，最好在30mm以下。 2）支架在最高位置和最低位置時(shí),頂梁與掩護(hù)梁的夾角P后連桿與底平面的夾角Q，如圖2-1所示,應(yīng)滿足如下要求: 支架在最高位置時(shí),P=520～620,Q=750～850;支架在最底位置時(shí),為有利矸石下滑,

34、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tgP＞W(wǎng),如果綱和矸石的摩擦系數(shù)W=0.3,則P=16.70.而Q角主要考慮后連桿底部距底板要有一頂距離,防止支架后部冒落巖石卡住后連桿，使支架不能下降，一般去Q=250～300，在特殊情況下需要角度較小時(shí)，可提高后連桿下絞點(diǎn)的高度。 3）從圖2-1可知掩護(hù)梁與頂梁絞點(diǎn)e’和瞬時(shí)中心O之間的連線與水平的夾角Q。設(shè)計(jì)時(shí)，要使Q角滿足tgQ的范圍，其原因是Ｑ角直接影響支架承受附加力的數(shù)值大小。 圖2-1四連桿機(jī)構(gòu)幾何特征 Fig.2-1fore rods geometry feature?line 4）頂梁前端點(diǎn)暈運(yùn)動(dòng)軌跡雙鈕線

35、向前凸的一段為支架最佳工作段，如圖2-1所示的h段。其原因是頂板來(lái)壓時(shí)，立柱讓下縮，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)底板阻止底座向后移，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冒落，并且使底座前端比壓減少，防止啃底，有利移架。水平力的合力也相應(yīng)減少，所以減輕了掩護(hù)梁外負(fù)載。 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)的運(yùn)動(dòng)軌跡時(shí)，應(yīng)盡量使e值減少。當(dāng)已知掩護(hù)梁和后連桿的長(zhǎng)度后，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)，如圖2-2所示（實(shí)際上液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)屬雙搖桿機(jī)

36、構(gòu)） 圖2-2掩護(hù)梁和后連桿構(gòu)成曲柄滑塊機(jī)構(gòu) Fig .2-2 caving lock piece?and rod mechanism? 2.2.2四連桿機(jī)構(gòu)的幾何作圖法 四連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的幾何作圖法按如下步驟進(jìn)行。 1）確定掩護(hù)梁上絞點(diǎn)至頂梁面之距和后連桿下絞點(diǎn)至底座底面之距。 一般按同類型支架用類比來(lái)確定，關(guān)于這兩個(gè)尺寸的大小對(duì)支架受力的影響，后面進(jìn)行專門研究。 2）掩護(hù)梁和后連桿長(zhǎng)度的確定 用解析法來(lái)確定掩護(hù)梁和后連桿的長(zhǎng)度，如圖2-3所示。 圖2-3 掩護(hù)梁和后連桿計(jì)算圖 Fig .2-3 caving l

37、ock piece?and after rod map 設(shè)： G---掩護(hù)梁長(zhǎng)度（mm） A— 后連桿長(zhǎng)度（mm）L2--e’點(diǎn)垂直線到后連桿下鉸點(diǎn)之距，（mm） H1—支架最大計(jì)算高度，由下式求得 H1=H大－220－150=3100－220－150=2730（mm） 其中： 220（mm）是后連桿下鉸點(diǎn)與底平面之距； 150（mm）是掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)與頂梁上平面之距 —支架最小計(jì)算高度。由下式求得 =-220－160=2250－220－150=1880（mm） 其中：P1 —支架最高位置時(shí)，掩護(hù)梁與頂梁夾角(度) P2—支架最低位置時(shí)，掩護(hù)梁與頂梁夾角(度) Q1 —支

38、架最高位置時(shí)，后連桿與底平面夾角（度） Q2—支架最低位置時(shí)，后連桿與底平面夾角（度） 從幾何關(guān)系可以列出如下兩式： G.COSP1-A.COSQ1=L (2-4) G.COSP2-A.COSQ2=L (2-5) 將以上兩式聯(lián)立可得： (2-6) 說(shuō)明： 支架計(jì)算高度為支架高度減去掩護(hù)梁上絞點(diǎn)至頂梁頂面之距和后連桿下絞點(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P1,Q1,P2,Q2代入（2-6）式，可以求得A/G的比值

39、，由于支架型式不同，一般A/G的比值按以下范圍來(lái)取。 對(duì)于支撐掩護(hù)式支支架，A/G值應(yīng)滿足如下范圍： A/G=0.61～0.82 支架在最高位置時(shí)有： （2-7） 因此掩護(hù)梁長(zhǎng)度為： （2-8） 后連桿長(zhǎng)度為： A=G(A/G) （2-9） 根據(jù)A/G的比值和（2-7）式可以求得掩護(hù)梁的長(zhǎng)度G和后連桿長(zhǎng)度A，經(jīng)過(guò)取整后，再重新算出P1,Q1,P2,Q2的角度，這幾個(gè)參數(shù)就確定了。具體結(jié)果見(jiàn)表2—1 2.2.3幾何作圖法作圖過(guò)程

40、 用幾何作圖法確定四連桿機(jī)構(gòu)的各部尺寸，具體作法如圖2-4所示。 具體作圖步驟如下： 1)確定后連桿下鉸點(diǎn)O點(diǎn)的位置，使它比底座面略高200～250mm（或類比同類型支架確定） 2)過(guò)O點(diǎn)作與底座面平行的水平線H—H線。 3)過(guò)O點(diǎn)作與H—H線的夾角為Q1的斜線。 4)在此斜線截取線段，長(zhǎng)度等于A,a點(diǎn)為支架在最高位置時(shí)后連桿與掩護(hù)梁的鉸點(diǎn)。 5)過(guò)a點(diǎn)作與H—H線有交角P1的斜線，以a點(diǎn)為圓心，以G點(diǎn)為半徑作弧交些斜線一點(diǎn)e′此點(diǎn)為掩護(hù)梁與頂梁的鉸點(diǎn)。 6)過(guò)e′點(diǎn)作H—H線的平行線，則HH線與F—F線的距離為H1，為液壓支架的最高位置時(shí)的計(jì)算高度。 7)以a點(diǎn)為圓心，以

41、（0.22～0.3）G長(zhǎng)度為半徑作弧，在掩護(hù)梁上交一點(diǎn)b,為前連桿上鉸點(diǎn)的位置。 8)過(guò)O點(diǎn)作與H—H線夾角為Q2的斜線。 9)在此斜線上截取線段〞. 〞的長(zhǎng)度等于A，a〞點(diǎn)為支架降到最低位置時(shí)，掩護(hù)梁與后連桿的鉸點(diǎn)。 10)過(guò)a〞點(diǎn)作與H—H線有交角P2的斜線，以a〞點(diǎn)為圓心，以G為半徑作弧交些斜線一點(diǎn)e〞，此點(diǎn)為支架在最低位置時(shí)，頂梁與掩護(hù)梁的鉸點(diǎn)。 11)以a〞為圓心以（0.22～0.3）G長(zhǎng)度為半徑作弧，在掩護(hù)梁上交一點(diǎn)b〞，為支架在最低位置時(shí)前連桿上鉸點(diǎn)的位置。 12)取〞線之間一點(diǎn)e〞為液壓支架降到此高度時(shí)掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn)。 13)以O(shè)為圓心，為半徑圓弧。 14)以e

42、〞點(diǎn)為圓心，掩護(hù)梁長(zhǎng)ˊ為半徑作弧，交前圓弧上一點(diǎn)aˊ，以點(diǎn)為液壓支架降到中間某一位置時(shí)，掩護(hù)梁與后連桿的鉸點(diǎn)。 15)以ˊ連線，并以aˊ點(diǎn)為圓心，ab長(zhǎng)為半徑作弧，交〞上一點(diǎn)bˊ點(diǎn)。則b， bˊ,b〞三點(diǎn)為液壓支架在三個(gè)位置時(shí) ，前連桿上鉸點(diǎn)。 16)由b， bˊ,b〞三點(diǎn)確定的圓心C，為前連桿下鉸點(diǎn)位置。 17)過(guò)C點(diǎn)H－H線作垂線，交點(diǎn)d，則線段,,,,和為液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)。 18)按以上初步求出的四連桿機(jī)構(gòu)的幾何尺寸，再用幾何作圖法畫出液壓支架掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn)eˊ的運(yùn)動(dòng)軌跡，只要逐步變化四連桿機(jī)構(gòu)的幾何尺寸，便可以畫出不同的曲線，再按四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征進(jìn)行校核，最終選出較優(yōu)的

43、四連桿機(jī)構(gòu)尺寸。 圖2-4 液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)的幾何作圖法 Fig .2-4 hydropost fore rod is geometry?map method 按以上作圖步驟，作四組不同的連桿機(jī)構(gòu)幾何分析圖分別求出相關(guān)的參數(shù)和尺寸。在設(shè)計(jì)實(shí)踐中，可以把硬紙按1：10或1;5的比例剪成掩護(hù)梁和前、后連桿三個(gè)板塊，再根據(jù)前連桿下鉸點(diǎn)C點(diǎn)的位置，前、后連桿長(zhǎng)度，曲線最大寬度，曲線的形狀以及θ角的要求，不斷調(diào)整三個(gè)板快的位置，一直找到合適的幾何尺寸為止。下面是四組四連桿機(jī)構(gòu)的尺寸圖（2-5a、b、c、d）以及各個(gè)尺寸及參數(shù)（見(jiàn)表2-1所示）。 圖a 圖b 圖c 圖

44、d 圖2-5四連桿機(jī)構(gòu)尺寸圖 Fig .2-5fore rod geometry?map 表2-1 tab 2-1 項(xiàng)目 組數(shù) Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 支架在最高位置時(shí) P1 600 610 610 620 Q1 820 830 830 810 支架在最低位置時(shí) P2 260 270 260 250 Q2 310 300 330 370 0.627 0.629 0.630 0.629 （mm） 186

45、5 1850 1857 1857 前后連桿在掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)之距（mm） 610 555 567 608 瞬心角θ 120 110 150 170 前后連桿在底座上鉸點(diǎn)水平之距(mm) 670 680 710 724 前后連桿下鉸點(diǎn)到底座平面之距(mm) 521 538 610 546 前連桿長(zhǎng)(mm) 1213 1215 1320 1322 A=G(A/G) (mm) 1143 1163 1163 1168 前后連桿長(zhǎng)比值 1.06 1.04 1.13 1.21 支架頂梁前端運(yùn)動(dòng)雙紐線最大寬度e（mm） 38 30

46、 45 42 注：根據(jù)四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特性和約束條件進(jìn)行選擇，從中選出一組。通過(guò)比較，本設(shè)計(jì)選取方案Ⅱ 2.2.4四連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)選設(shè)計(jì)法 掩護(hù)式與支撐掩護(hù)式液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)尺寸，直接影響著液壓支架的工作性能和受力狀況。為此，如何優(yōu)選設(shè)計(jì)四連桿機(jī)構(gòu)尺寸的意義重大。 1）目標(biāo)函數(shù)的確定根據(jù)附加力對(duì)支架受力影響的分析，為減少附加力，必須使tgθ有較小值。同時(shí)，為有效地支控頂板，要求支架由高到低變化時(shí)，頂梁前端點(diǎn)與煤壁距離的變化要小。而支架在某一高度時(shí)的θ角，恰好是頂梁前端點(diǎn)的雙紐線軌跡上切線與頂梁垂線間的夾角。所以，只要令支架由高度到低變化時(shí)，頂梁前端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡近似成直線為目標(biāo)函為輸，

47、這兩項(xiàng)要求都能滿足。 2）約束條件是根據(jù)tgθ值的要求和支架的結(jié)構(gòu)尺寸關(guān)系定出來(lái)的 a)前后連桿的比值范圍。根據(jù)現(xiàn)有支架調(diào)查統(tǒng)計(jì)，前后連桿的比值C/A=0.9～1.2范圍 b)前連桿機(jī)構(gòu)高度不宜過(guò)大，一般應(yīng)使D＜H1/5 c)前后連桿下鉸點(diǎn)的水平距離E的長(zhǎng)度，一般應(yīng)使E＜H1/4.5 d)對(duì)掩護(hù)式支架應(yīng)tgθ＜0.2 2.3液壓支架配套設(shè)備和頂梁參數(shù)的確定 2.3.1采煤機(jī)和運(yùn)輸機(jī)型號(hào)的確定 根據(jù)配套尺寸關(guān)系，在設(shè)計(jì)中選用采煤機(jī)和運(yùn)輸機(jī)型號(hào)為： 采煤機(jī)：MLS3PH-170型 運(yùn)輸機(jī)：SGWD-180PB型 1）配套尺寸.配套圖的確定 配套尺寸的確定，由圖2

48、-6可知 配套尺寸 E=650＋377＋730＋352=2109（mm） 2)液壓支架配套關(guān)系圖,如圖2-6所示。 圖2-6 液壓支架配套關(guān)系圖 Fig.2-6 hydraulic pressure?map 2.3.2頂梁的確定 頂梁是與頂板直接接觸的構(gòu)件，除滿足一定的剛度和強(qiáng)度要求以外，還要保證支護(hù)頂板的需要。 1)頂梁的作用及用途 頂梁作用是支護(hù)頂板一定面積的直接承載部件，并為立柱、掩護(hù)梁、護(hù)頂裝置等提供必要的連接點(diǎn)。 用途：a.用于支撐維護(hù)控頂區(qū)的頂板。 b.承受頂板的壓力。 c.將頂板載荷通過(guò)立柱、掩護(hù)梁、前后連桿經(jīng)底座傳到底板。 2)頂梁的結(jié)構(gòu)

49、型式的確定 支撐掩護(hù)式支架的頂梁較長(zhǎng) ，為了改善頂梁的接頂狀況，增大梁端支撐力，這類支架采用分段組合式頂梁，它有以下幾種組合型式： a)鉸接前梁的剛性頂梁 鉸接前梁的剛性頂梁，如圖2—7 a所示，該結(jié)構(gòu)頂梁分前后梁并鉸接，在鉸接前梁設(shè)有前梁千斤頂，支撐靠近煤壁處的頂板，同時(shí)還可以調(diào)整前梁的上下擺角，以適應(yīng)頂板不平的變化。 b)伸縮前探梁的剛性頂梁 伸縮前探梁的剛性頂梁，如圖2—7 b所示，該結(jié)構(gòu)前梁有伸縮千斤頂使它伸縮，因此及時(shí)伸出支護(hù)剛暴露的頂板，從而可使頂梁長(zhǎng)度減小，也可使用前梁千斤頂和伸縮千斤頂，使前梁即可伸縮又可以上下擺動(dòng)。 a

50、 b 圖2—7 支撐掩護(hù)式頂梁的結(jié)構(gòu)形式 Fig.2-7 bracing caving shield construction 1—前梁 2—后梁 3—前梁千斤頂 4—前梁伸縮千斤頂 以上二種頂梁型式比較，本設(shè)計(jì)選用鉸接前梁的剛性頂梁的結(jié)構(gòu)型式。 2.3.3對(duì)頂梁長(zhǎng)度的影響 1)支架工作方式對(duì)支架頂梁長(zhǎng)度的影響 支架工作方式對(duì)支架頂梁長(zhǎng)度的影響很大，從液壓支架的工作原理可以看出，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(zhǎng)度；先推溜后移架方式（又稱滯后支護(hù)方式）要求頂梁長(zhǎng)度較短。這是因?yàn)椴捎孟纫萍芎笸屏锏墓ぷ鞣绞?，支架要超前輸送機(jī)一個(gè)

51、步距，以便采煤機(jī)過(guò)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(zhǎng)度要比先推溜后移架時(shí)的頂梁長(zhǎng)度要長(zhǎng)一個(gè)步距，一般為600mm。 2)配套尺寸對(duì)頂梁長(zhǎng)度的影響 設(shè)備配套尺寸與支架頂梁長(zhǎng)度有直接關(guān)系。為了防止當(dāng)采煤機(jī)向支架內(nèi)傾斜時(shí)，采煤機(jī)滾筒不截割頂梁，同時(shí)考慮到采煤機(jī)截割時(shí)，不一定把煤壁截割成一垂直平面，所以在設(shè)計(jì)時(shí)，要求頂梁前端距煤壁最小距離為300mm，這個(gè)距離叫空頂距。另外在輸送機(jī)鏟煤板前也留有一定距離。一般為135～150mm左右，也是為了防止采煤機(jī)截割煤壁不齊，給推移輸送機(jī)留有一定的距離。除此而外，所有配套設(shè)備包括采煤機(jī)和輸送機(jī)，均要在頂梁掩護(hù)之下工

52、作，在此來(lái)計(jì)算頂梁長(zhǎng)度。 2.3.4頂梁主要尺寸的確定 1)頂梁長(zhǎng)度Lg 頂梁長(zhǎng)度=[配套尺寸＋底座長(zhǎng)度＋A×cosQ1]－[G×cosP1＋300＋e] (2-10)式中： 配套尺寸為 2109 mm， 底座長(zhǎng)度為 2400 mm， P1=610 Q1=830 代入公式（2-10）中得 Lg=2109＋2400＋1163 ×cos830－1850×cos610－300=3454.3mm 取整為3454mm 2)頂梁面積A A=Lg×B

53、 (2-11) 式中： Lg—頂梁長(zhǎng)度mm, B---頂梁寬度mm,在本次設(shè)計(jì)中頂梁寬度為1500mm, 代入公式（2-11）得 A=3454×1500=5.18 m2 3)支護(hù)面積Fc Fc = Bc(Lg＋Δ)m2 (2-12) 式中：Fc—支護(hù)面積 m2 ， Δ—移架后頂梁前端點(diǎn)到煤壁的距離 m,一般Δ=0.3 Bc—支架間距（支架中心距），一般為1.5m 代入公式(2-12)得： Fc = 1500(3454＋30)=5.22 m2 4)支架的理論支護(hù)

54、阻力F1 F1=Fc×q （2—13） 式中: F1—支架的理論支護(hù)阻力，KN Fc—支護(hù)面積 m2 q—支護(hù)強(qiáng)度 KN/M2 支架在最高處的理論支護(hù)阻力為： F1=5.22×721.28=3765.08（KN） 5)頂板覆蓋率δ δ=A/Fc×100% (2-14) 式中： δ—頂板覆蓋率 A— 頂梁面積 m2 Fc—支護(hù)面積 m2 代入式（2—14）得 δ=5.18/5.22×100%=99.2

55、3% 6)頂梁其它有關(guān)尺寸的確定 確定立柱上絞點(diǎn)，前梁千斤頂絞點(diǎn)、前后梁絞點(diǎn)、掩護(hù)梁與頂梁絞點(diǎn)位置（包括水平方向和垂直方向）各尺寸如圖2-8所示 圖2-8 支架結(jié)構(gòu)尺寸總圖 Fig.2-8 hydropost?geometry map 2.4掩護(hù)梁的結(jié)構(gòu)及參數(shù)的確定 2.4.1掩護(hù)梁的作用和用途 掩護(hù)梁是支架的掩護(hù)構(gòu)件，它有承受冒落矸石的載荷和頂板通過(guò)頂梁傳遞的水平載荷引起的彎矩，掩護(hù)梁的用途，掩護(hù)梁承受頂梁部分載荷和掩護(hù)梁背部載荷并通過(guò)前后連桿傳遞給底座。掩護(hù)梁承受對(duì)支架的水平作用力及偏載扭矩。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

56、支架的掩護(hù)和擋矸性能。 2.4.2掩護(hù)梁的結(jié)構(gòu)型式 掩護(hù)梁的結(jié)構(gòu)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。有的支架在掩護(hù)梁上焊有立柱柱窩?；顒?dòng)側(cè)護(hù)板裝在掩護(hù)梁的兩側(cè)。 從側(cè)面看掩護(hù)梁，其形狀有直線型、折線型。如圖2-9所示。 圖2-9 掩護(hù)梁結(jié)構(gòu)型式 Fig.2-9 caving lock piece mechanism method? 1—頂梁；2—掩護(hù)梁；3—立柱；4—前連桿；5—后連桿；6—底座； 7—限位千斤頂梁的結(jié)構(gòu)型式 折線型相對(duì)直線型支架端面大，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，但工藝性差。所以很少采用，從掩護(hù)梁的寬度方向來(lái)分，可分為整體式和對(duì)

57、分式兩種。對(duì)分式結(jié)構(gòu)尺寸小，易于加工、運(yùn)輸和安裝，但結(jié)構(gòu)強(qiáng)度差。所以本次設(shè)計(jì)采用的是整體式、直線型。 2.4.3掩護(hù)梁的參數(shù)確定 1）掩護(hù)梁的長(zhǎng)度G 掩護(hù)梁就是兩鉸點(diǎn)的距離，由前面的四連桿機(jī)構(gòu)可得知，掩護(hù)梁長(zhǎng)度為1850mm。 2）掩護(hù)梁寬度By 本設(shè)計(jì)掩護(hù)梁寬度與頂梁寬度相同，所以掩護(hù)梁寬度為1500mm。 3）掩護(hù)梁上前后連桿鉸點(diǎn)位置 通過(guò)比較，可確定前后連桿鉸點(diǎn)位置（水平和垂直方向）具體尺寸可以通過(guò)圖2—8中掩護(hù)梁部分所知。 2.5立柱及主要參數(shù)的確定 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

58、、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。 2.5.1立柱布置 1)立柱數(shù) 目前過(guò)內(nèi)支撐式支架立柱數(shù)為2～6根，常用為4根；掩護(hù)式支架為2柱；支撐掩護(hù)式支架為4柱。 2)支撐方式 支撐式支架立柱為垂直布置。掩護(hù)式支架為傾斜布置，這樣可克服一部分水平力，并能增大調(diào)高范圍。一般立柱軸線與頂梁的垂線夾角小于300（支架在最低位置時(shí)），由于角度較大，可使調(diào)高范圍增加。同時(shí)由于頂梁較短，立柱傾角加大可以使頂梁柱窩位置前移，使頂梁前端支護(hù)能力增大。支撐掩護(hù)式支架，根據(jù)結(jié)構(gòu)要求呈傾斜或直立布置，一般立柱軸線與頂梁垂線夾角小于100（支架在最高位置時(shí)），由于夾角較小，有效支撐能

59、力較大。 3)立柱間距 立柱間距指支撐式和支撐掩護(hù)式支架而言即前、后柱的間距。立柱間距的選擇原則為有利于操作、行人和部件合理布置。支撐式和支撐掩護(hù)式支架的立柱間距為1～1.5m。 4)立柱類型 立柱按動(dòng)作方式，分為單作用和雙作用；按結(jié)構(gòu)分類，分為活塞式和活柱式；按伸縮方式分為單身縮和雙伸縮，如圖2-10所示 a b c d e f 圖2-10 立柱類型 Fig.2-10 coal sorting a— 單作用活塞式；b

60、—單作用柱塞式；c—雙作用活塞式；d、e、f—雙伸式 2.5.2立柱主要參數(shù)確定 1)立柱缸體內(nèi)徑和活塞外徑 a.立柱缸體內(nèi)徑的確定 D= （2-15） 式中： D—立柱缸體內(nèi)徑mm F1—支架承受的理論支護(hù)阻力KN n—每架支架立柱數(shù) Pa—安全閥的正壓力，pa=40mpa αm —立柱最大傾角（度） 代入公式（2-15）得 Dd==189mm 查表取整為200mm。 2).立柱初撐力和工作阻力 a.初撐力 =π/4.Da2.P （2-16） 式中： —立柱初撐

61、力 KN Pe — 泵鉆壓力 P=35(Mpa) 代入公式（2-16）得 =3.14/4×2000×35=1099.0（KN） b.立柱工作阻力 =π/4.Da2.Pa （2-17） 式中： —立柱工作阻力， KN Pa —安全閥調(diào)整壓力，取Pa=40Mpa， 代入公式（2-17）得 =3.14/2002×40=1256(KN) 2.6千斤頂?shù)募夹g(shù)參數(shù)確定 框架連接方式推移千斤頂，動(dòng)作原理如圖2-11所示, 由于掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架重量較大,為了提高移架力,就要增加缸徑或提

62、高供液壓力。如果采用直接推移方式，在提高移架力的同時(shí)，推溜力也將增加，這樣有可能把溜槽推壞，為了解決這個(gè)問(wèn)題，就要設(shè)計(jì)成移架力大于推溜力的結(jié)構(gòu)形式，框架連接方式就是其中一種。 2.6.1框架連接方式推移千斤頂?shù)膭?dòng)作原理 當(dāng)缸體后腔進(jìn)液，前腔回液，活塞桿伸出而移架；當(dāng)缸體前腔進(jìn)液，后腔回液，缸體前移通過(guò)框架而推溜，由于缸體后腔面積大，所以，框架連接可以使移架力大于推溜力。 圖2-11框架連接方式動(dòng)作原理

63、Fig.2-11 principle?of bar method? 1－推移千斤頂；2－活塞桿與支架連接處；3－輸送機(jī)； 2.6.2 框架連接方式推移千斤頂 1)框架連接方式推移千斤頂?shù)母左w內(nèi)徑按下兩式聯(lián)立求得 D= (2—18) d= (2—19) 式中： D—推移千斤頂缸體內(nèi)徑 mm dt—推移千斤頂活塞桿直徑 mm —推移千斤頂移架力，KN，一般取=150～250 KN，本次選為200KN —推移千斤頂推溜力，KN 一般取=10

64、0KN P—推移千斤頂處泵站來(lái)壓 P=32.6mpa，取為32mpa 將代入2-19公式得 d= =63.09mm 將代入2-18公式得 D= =109.22mm 式中 D、d取整標(biāo)準(zhǔn)值為D= 110mm.d=63mm. 2)推移千斤頂?shù)耐屏锪鸵萍芰? a)推溜力 =π/4.d =3.14/4×632×32=99.70 KN b)移架力 =π/4(D=3.14/4×(1102－632)×32=204.25 KN 2.7側(cè)護(hù)板 2.7.1 側(cè)護(hù)板的種類 1）頂梁和掩護(hù)梁的側(cè)護(hù)板有兩種 一種是一側(cè)固定另一側(cè)

65、活動(dòng)的側(cè)護(hù)板。由于固定側(cè)護(hù)板與梁體焊接在一起，可節(jié)省原梁體的側(cè)板，既節(jié)省材料又可加固梁體。在設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)左右工作面來(lái)確定左側(cè)或右側(cè)為或活動(dòng)側(cè)護(hù)板。一般沿傾斜方向的上方為固定側(cè)護(hù)板，下方為活動(dòng)側(cè)護(hù)板?；顒?dòng)側(cè)護(hù)板通過(guò)彈簧筒和側(cè)推千斤頂與梁體連接，以保證活動(dòng)側(cè)護(hù)板與鄰架的固定側(cè)護(hù)板靠緊。但當(dāng)改換工作面開(kāi)采方向時(shí)，活動(dòng)側(cè)護(hù)板便位于傾斜方向的上方，對(duì)調(diào)架、防倒等帶來(lái)不便，所以很少采用。 另一種是兩側(cè)皆為活動(dòng)側(cè)護(hù)板。這種側(cè)護(hù)板可以適應(yīng)工作面開(kāi)采方向變化的要求，有利于防倒和調(diào)架。 2.7.2側(cè)護(hù)裝置的作用 1)消除相鄰支架掩護(hù)梁和頂梁間的間間隙，防止冒落矸石進(jìn)入支護(hù)空間； 2)作為支架移架的傾倒；

66、 3)防止支架的傾倒； 4)調(diào)整支架間距 2.7.3側(cè)護(hù)板的結(jié)構(gòu)和型式 側(cè)護(hù)板的結(jié)構(gòu)型式如圖2-12所示。通常采用兩種類型。 一種是側(cè)護(hù)板在頂梁的外側(cè)。這種類型側(cè)護(hù)板又有三種型式，圖2-12a，頂梁上無(wú)頂板，側(cè)護(hù)板易被冒落矸石壓住，影響側(cè)護(hù)板的伸縮；圖2-12b、c，在頂梁上加設(shè)頂板，克服了以上的缺點(diǎn)，但支架承受偏載時(shí)，側(cè)護(hù)板裝置受力很大。 另一種是鉸接式側(cè)護(hù)板，如圖2-12d、所示。它克服了以上兩種側(cè)護(hù)板的缺點(diǎn)，但由于架間側(cè)護(hù)板造成三角帶容易填入碎矸，影響架間密封效果。 圖2-12 側(cè)護(hù)板結(jié)構(gòu)的形式 Fig.2-12 mining sorting mechanism?method 2.7.4側(cè)護(hù)板尺寸的確定 1)頂梁側(cè)護(hù)板側(cè)向?qū)挾? 頂梁測(cè)護(hù)板的側(cè)向?qū)挾纫?，按支架升降高度和推移步距?lái)確定。即：考慮到當(dāng)前一架升起，另一架降柱時(shí)，要保證相鄰兩架間側(cè)護(hù)板不能脫離接觸，同時(shí)考慮到支架降柱后要前移，為防止頂梁后部側(cè)護(hù)板脫離接觸，頂梁側(cè)護(hù)板后部要加寬，加寬長(zhǎng)度一般為從頂梁后部起大于一個(gè)移架步距。 2)掩護(hù)梁側(cè)護(hù)板側(cè)向?qū)挾? 掩護(hù)梁側(cè)護(hù)板的側(cè)面寬度，主要考慮移架步距，