液壓支架的設計 機械設計制造及其自動化畢業(yè)設計論文

XXXX大學學士學位論 Abstract摘 要本論文主要闡述了一般掩護式液壓支架的設計過程。設計內(nèi)容包括：選架型、總體設計、主要零部件的設計、主要零部件的校核和液壓系統(tǒng)的設計。由于該煤層厚度適中，選用掩護式液壓支架。煤層厚度介于之間，煤層厚度變化較大，選用調(diào)高范圍大且抗水平推力強且?guī)ёo幫裝置的掩護式支架。支架采用正四連桿機構，以改善支架受力狀況。頂梁、掩護梁、底座均做成箱體結(jié)構；立柱采用雙伸縮作用液壓缸，以增加工作行程來滿足支架調(diào)高范圍的需要。推移千斤頂采用框架結(jié)構，以減少推溜力和增大移架力。為了提高移架速度，確保對頂板的及時支護，采用錐閥液壓系統(tǒng)。關鍵詞：液壓支架 液壓 四連桿機構 采煤 支架選型 推溜 移架XXXX大學學士學位論文 液壓支架的選型目 錄1 概述51.1液壓支架的組成和分類51.2液壓支架的工作原理81.3液壓支架的支護方式111.4支架選型的基本參數(shù)122 總體設計142.1選架型142.2液壓支架基本參數(shù)的確定162.3采煤機、液壓支架和輸送機的配套192.4四連桿機構設計212.5頂梁長度的確定282.6立柱及柱窩位置的確定292.7平衡千斤頂位置的確定332.8其它千斤頂位置的確定363 支架的受力計算39 3.1液壓支架受力分析39 3.2確定支架的支護強度40 3.3底座接觸比壓計算40 3.4支架支護效率404 液壓支架的主要部件的設計42 4.1前梁434.2主頂梁434.3掩護梁444.4前、后連桿454.5底座454.6立柱464.7千斤頂475 主要零、部件的強度校核495.1校核的基本要求495.2前梁的校核505.3主頂梁的校核525.4掩護梁的強度校核555.5底座強度校核575.6銷軸和耳座的強度校核595.7立柱強度校核626 液壓系統(tǒng)設計686.1液壓支架的液壓系統(tǒng)的簡介686.2液壓支架的液壓系統(tǒng)擬訂696.3液壓元件的選取716.4液壓控制系統(tǒng)72結(jié)束語76參考文獻771 概述1.1 液壓支架的組成和分類1.1.1液壓支架的組成液壓支架是綜采工作面支護設備，它的主要作用是支護采場頂板，維護安全作業(yè)空間，推移工作面采運設備。液壓支架的種類很多，但其基本功能是相同的。液壓支架按其結(jié)構特點和與圍巖的作用關系“般分為三大類，即支撐式、掩護式(圖1-2)和支撐掩護式(圖1-3) 根據(jù)支架各部件的功能和作用，其組成可分為4個部分：(1) 承載結(jié)構件，如頂梁、掩護梁、底座、連桿、尾梁等。其主要功能是承受和傳遞頂板和垮落巖石的載荷。(2) 液壓油缸，包括立柱和各類千斤頂。其主要功能是實現(xiàn)支架的各種動作，產(chǎn)生液壓動力。 (3) 控制元部件，包括液壓系統(tǒng)操縱閥、單向閥、安全閥等各類閥，以及管路、液壓、電控元件等。其主要功能是操作控制支架各液壓油缸動作及保證所需的工作特性。圖1-2 掩護式液壓支架結(jié)構 圖1-3 支撐掩護式液壓支架結(jié)構 (4) 輔助裝置，如推移裝置、護幫(或挑梁)裝置、伸縮梁(或插板)裝置、活動側(cè)護板、防倒防滑裝置、連接件等。這些裝置是為實現(xiàn)支架的某些動作或功能所必需的裝置。1.1.2液壓支架的分類及特點按液壓支架在采煤工作面的安置位置來劃分，有端頭液壓支架和中間液壓支架。端頭液壓支架簡稱端頭支架，專門安裝在每個采煤工作面的兩端。中間液壓支架是安裝在除工作面端頭以外的采煤工作面所有位置的支架。中間液壓支架按其結(jié)構形式來劃分，可分為三種基本類型，即：支撐式、掩護式和支撐掩護式。1 支撐式支架支撐式支架是出現(xiàn)最早的一種架型，按其結(jié)構和動作方式的不同，支撐式支架又分為垛式支架（圖1-4 a）和節(jié)式支架（圖1-4 b）兩種結(jié)構型式。垛式支架每架為一整體，與輸送機連接并互為支點整體前移。節(jié)式支架由個框節(jié)組成，移架時，各節(jié)之間互為支點交替前移，輸送機用于支架相連的推移千斤頂推移。節(jié)式支架由于穩(wěn)定性差，現(xiàn)已基本淘汰。支撐式支架的結(jié)構特點是：頂梁較長，其長度多在左右；立柱多，一般是根，且垂直支撐；支架后部設復位裝置和擋矸裝置。以平衡水平推力和防止矸石竄入支架的工作空間內(nèi)。支撐式支架的支護性能是：支撐力大，且作用點在支架中后部，故切頂性能好；對頂板重復支撐的次數(shù)多，容易把本來完整的頂板壓碎；抗水平載荷的能力差，穩(wěn)定性差；護矸能力差，矸石易竄入工作空間；支架的的工作空間和通風斷面大。由上可知，支撐式支架適用于直接頂穩(wěn)定、老頂有明顯或強烈周期來壓，且水平力小的條件。此種支架在現(xiàn)階段的綜采工作面的生產(chǎn)時都已基本不再采用。(a) (b) 圖1-4支撐式支架結(jié)構形式 垛式支架 節(jié)式支架2 掩護式支架（如圖1-2） 其主要由前梁、主梁、掩護梁和側(cè)護板、底座、前后連桿、前梁千斤頂、推移千斤頂、操縱閥等組成。 它的結(jié)構特點是：有一個較寬的掩護梁以擋住采空區(qū)矸石進入作業(yè)空間，其掩護梁的上端與頂梁鉸接，下端通過前后連桿與底座連接。底座、前后連桿和掩護梁形成四連桿機構，以保持穩(wěn)定的梁端距和承受水平推力。立柱的支撐力間接作用與頂梁或直接作用與頂梁上。掩護式支架的立柱較少，除少數(shù)掩護式支架1根立柱外，一般都是一排2根立柱。這種支架的立柱都為傾斜布置，以增加支架的調(diào)高范圍，支架的兩側(cè)有活動側(cè)護板，可以把架間密封。通常頂梁較短，一般為左右。 掩護式支架的支護性能是：支撐力較小，切頂性能差，但由于頂梁短，支撐力集中在靠近煤壁的頂板上，所以支護強度較大、且均勻，掩護性好，能承受較大的水平推力，對頂板反復支撐的次數(shù)少，能帶壓移架。但由于頂梁短，立柱傾斜布置，故作業(yè)空間和通風斷面小。由上可知，掩護式支架適用于頂板不穩(wěn)定或中等穩(wěn)定、老頂周期來壓不明顯、瓦斯含量少的破碎頂板條件。3 支撐掩護式支架（如圖1-3）其主要由防片幫千斤頂、前梁、頂梁、掩護梁、底座、推移千斤頂、立柱等組成。支撐掩護式支架是在吸收了支撐式和掩護式兩種支架優(yōu)點的基礎上發(fā)展起來的一種支架。因此，它兼有支撐式和掩護式支架的結(jié)構特點和性能，可適應各種頂?shù)装鍡l件。此種支架的優(yōu)點是：支撐力大，切頂性能強，防護性能好，通風斷面大，穩(wěn)定性好，應用范圍廣。它的缺點是：結(jié)構復雜，成本較高。支撐掩護式支架的立柱均為兩排，立柱可前傾或后傾。也可倒八字形布置和交叉布置。通常，兩排立柱都是直接支撐在頂梁上，個別情況下，也有后排立柱支撐在掩護梁上而前排立柱支撐在頂梁上。4 特種液壓支架特種液壓支架是為了滿足某些特殊的要求而發(fā)展起來的液壓支架，在結(jié)構形式上仍屬于以上某種液壓支架。包括放頂煤支架等。1.2液壓支架的工作原理液壓支架在工作過程中必須具備升、降、推、移四個基本動作，這些動作是利用泵站供給的高壓乳化液通過工作性質(zhì)不同的幾個液壓缸來實現(xiàn)完成的。如圖1-5示1. 升柱當需要支架上升支護頂板時。高壓乳化液進入立柱的活塞腔，另一腔回液，推動活塞上升，使與活塞桿相連接的頂梁接觸頂板。2. 降柱當需要降柱時，高壓液進入立柱的活塞桿腔，另一腔回液，迫使活塞桿下降，于是頂梁脫離頂板。圖1-5 液壓支架工作原理-頂梁 -立柱 -底座 -推移千斤頂 -安全閥 -液控單向閥 、-操縱閥 -輸送機 -乳化液泵 -主供液管 -主回液管3. 支架和輸送機前移支架和運輸機的前移，都是由底座上的推移千斤頂來完成的。當需要支架前移時，先降柱卸載，然后高壓液進入推移千斤頂?shù)幕钊麠U腔，另一腔回液，以輸送機為支點，缸體前移，把整個支架拉向煤壁；當需要推運輸機時，支架支撐頂板后，高壓液進入推移千斤頂?shù)幕钊?，另一腔回液，以支架為支點，是活塞桿伸出，把運輸機推向煤壁。支架的支撐力與時間曲線，稱為支架的工作特性曲線，如圖1-6所示：支架立柱工作時，其支撐力隨時間的變化過程可分為三個階段-初撐階段； -增阻階段； -恒阻階段；-初撐力；-工作阻力（1）初撐階段支架在升柱時，高壓液進入立柱下腔，立柱升起使頂梁接觸頂板，立柱下腔壓力增加，當增加到泵站工作壓力時，泵站自動卸載，支架的夜控單向閥關閉，立柱下腔壓力達到初撐力，此階段為初撐階段，此時支架對頂板的支撐力為初撐力。支撐式支架的初撐力為 (1.1) 圖1-6 支架的工作特性曲線式中 -支架立柱的缸徑，；-泵站的工作壓力，；-支架立柱的數(shù)量。 由上式可知，支架初撐力的大小取決于泵站的工作壓力，立柱缸徑和立柱的數(shù)量。合理的初撐力是防止直接頂過早的因下沉而離層、減緩頂板下沉速度、增加其穩(wěn)定性和保證安全生產(chǎn)的關鍵。一般采用提高泵站工作壓力的辦法來提高初撐力，以免立柱的缸徑過大。（2）承載增阻階段支架初撐后，隨頂板下沉，立柱下腔壓力增加，直到增加到支架的安全閥調(diào)正壓力，立柱下腔壓力達到工作阻力。此階段為增阻階段。（3）恒阻階段隨著頂板壓力繼續(xù)增加，使立柱下腔壓力超過支架的安全閥壓力調(diào)正值時，安全閥打開而溢流，立柱下縮，使頂板壓力減小，立柱下腔壓力降低，當?shù)陀诎踩y壓力調(diào)整之后，安全閥停止溢流，這樣在安全閥調(diào)整壓力的限制下，壓力曲線隨時間呈波浪形變化，此階段為恒阻階段。此時支架對頂板的支撐力稱為工作阻力，它是由支架安全閥的調(diào)定壓力決定的。支撐式支架的工作組力為 (1.2)式中 -支架安全閥的調(diào)定壓力 ；支架的工作阻力標志著支架的最大承載能力。對于掩護式和支撐掩護式支架，其初撐力和工作阻力的計算還要考慮到立柱傾角的影響因素。支架的工作阻力是支架的一個重要參數(shù)，它表示支架支撐力的大小。但是，由于支架的頂梁長短和間距大小不同，所以并不能完全反映支架對頂板的支撐能力。因此，常用單位支護面積頂板上所受支架工作阻力值的大小，即支護強度來表示支架的支護性能。即 (1.3) 式中 支架的支護面積，。1.3、液壓支架的支護方式綜采工作面的主要生產(chǎn)工序有采煤、移架和推溜。 3個工序的不同組合順序，可形成液壓支架的3種支護方式，從而決定工作面“三機”的不同配套關系。1 即時支護般循環(huán)方式為：割煤一移架一推溜，工作面“三機”的配套關系。即時支護的特點是，頂板暴露時間短，梁端距較小。適用于各種頂板條件，是目前應用最廣泛的支護方式。2 滯后支護一般循環(huán)方式為：割煤一推溜一移架。滯后支護的特點是，支護滯后時間較長，梁端距大，支架頂梁較短?？捎糜诜€(wěn)定、完整的頂板。3 復合支護般循環(huán)方式為：割煤一支架伸出伸縮梁一推溜一收伸縮梁一移架。復合支護的特點是：支護滯后時間短，但增加了反復支撐次數(shù)。可適用于各種頂板條件，但支架操作次數(shù)增加，不能適應高產(chǎn)高效要求，目前應用較少。1.4支架選型的基本參數(shù)1.4.1 對液壓支架的基本要求1. 為了滿足采煤工藝及地質(zhì)條件的要求，液壓支架要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。推溜力一般為左右；移架力按煤層厚度而定，薄煤層一般為,中厚煤層一般為,厚煤層一般為。3. 防矸性能要好。4. 排矸性能要好。5. 要求液壓支架能保證采煤工作面有足夠的通風斷面，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?. 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，能夠承受一定得不均勻載荷和沖擊載荷。10. 滿足強度條件下，盡可能的減輕支架重量。11. 要易于拆卸，結(jié)構要簡單。12. 液壓元件要可靠。1.4.2 設計液壓支架必需的基本參數(shù)1. 頂板條件根據(jù)老頂和直接頂?shù)姆诸悾瑢χЪ苓M行選型。給定參數(shù)：老頂I級直接頂2級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，以及支架的支護強度。給定煤層厚度：3. 瓦斯等級根據(jù)瓦斯等級，按保安規(guī)程規(guī)定，驗算通風斷面。給定條件：瓦斯等級1級4. 底板巖性及小時涌水量根據(jù)底板巖性和小時涌水量驗算底板比壓。5. 工作面煤壁條件根據(jù)工作面煤壁條件，決定是否用護幫裝置。6. 煤層傾角根據(jù)煤層傾角，決定是否選用防倒防滑裝置。給定條件：煤層傾角7. 井筒罐籠尺寸根據(jù)井筒罐籠尺寸，考慮支架的運輸外形尺寸。8. 配套尺寸據(jù)配套尺寸及支護方式來計算定量長度。山東科技大學學士學位論文 022 液壓支架的總體設計2.1 液壓支架的選型正確選擇液壓支架的架型，對于提高綜采工作面的產(chǎn)量和效率，充分發(fā)揮綜采設計的效能，實現(xiàn)高產(chǎn)高效，是一個很重要的因素。在具體選擇架型時，首先要考慮煤層的頂板條件。表2-1是根據(jù)國內(nèi)外液壓支架的使用經(jīng)驗，提出了各種頂板條件下適用的架型，它是選擇支架的主要依據(jù).由于給定參數(shù)中頂?shù)装嫘再|(zhì)：老頂I級、直接頂2級，底板平整，無影響支架通過的斷層，初步選擇為掩護式支架。1 煤層厚度煤層厚度不但直接影響到支架的高度和工作阻力，而且還影響到支架的穩(wěn)定性。當煤層厚度大于(軟煤層下限，硬煤層上限)時，應選用抗水平推力強且?guī)ёo幫裝置的掩護式或支撐掩護式支架。當煤層厚度變化較大時，應選用調(diào)高范圍大的支架。因此本次設計應選用抗水平推力強且?guī)ёo幫裝置的掩護式支架。2 煤層傾角煤層傾角主要影響支架的穩(wěn)定性、傾角大時易發(fā)生傾倒下滑等現(xiàn)象。當煤層傾角大于時，應設防滑和調(diào)架裝置，當傾角超過時，應同時具有防滑防倒裝置。給定煤層傾角，不用設置防滑和調(diào)架裝置。3 底板性質(zhì)底板承受支架的全部載荷，對支架的底座影響較大，底板的軟硬和平整性，基本上決定了支架地做的結(jié)構和支撐面積。選型時，要驗算底座對底板的接觸比壓，其值要小于底板允許比壓（對于砂巖底板，允許比壓為,軟底板為左右）4 瓦斯涌出量 對于瓦斯涌出量大的工作面，支架的通風斷面應滿足通風的要求，選型時要進行驗算。表2-1老頂級別IIIIIIIV直接頂級別12312312344支架類型掩護式掩護式支撐式掩護式掩護式或支撐掩護式掩護式支撐掩護式支撐掩護式支撐或支撐掩護式支撐或支撐掩護式支撐式采高小于2.5m時支撐掩護式采高大于2.5m時支架支護強度采高12340.2940.343（0.245）0.441（0.343）0.539（0.441）1.30.2941.30.343（0.245）1.30.441（0.343）1.30.539（0.441）1.60.2941.60.3431.60.4411.60.53920.29420.34320.44120.539應結(jié)合深孔爆破，軟化頂板等措施處理采空區(qū)單體支柱支護強度采高123.0.1470.2450.3431.30.1471.30.2451.30.3431.60.1471.60.2451.60.343按采空區(qū)處理方法確定注：括號內(nèi)的數(shù)字是掩護式支架的支護強度。表中所列支護強度在選用時，可根據(jù)本礦情況允許有5%的波動范圍。表中1.3、1.6、2分別為II、III、IV級老頂?shù)姆旨壴鰤合禂?shù)；IV級老頂只給出最低值2，選用時可根據(jù)本礦實際確定適宜值。5 地質(zhì)構造 地質(zhì)構造十分復雜，煤層厚度變化又較大，頂板允許暴露面積和時間分別在和以下時，暫不宜采用液壓支架。6 設備成本 在滿足要求的前提下，應選用價格便宜的支架。此外，對于特定的開采要求，應選用特種支架。2.2液壓支架參數(shù)的確定2.2.1 支護強度和工作阻力支護強度取決于頂板性質(zhì)和煤層厚度。支護強度可根據(jù)下列公式估算： （2.1）式中K作用與支架上的頂板巖石系數(shù)，一般取。頂板條件好、周起來壓不明顯時取下限，否則取上限；H采高，頂板巖石密度，一般為放頂煤支架的支護強度一般為支架工作阻力P應滿足頂板支護強度的要求，即支架工作阻力由支護強度和支護面積所決定。 （2.2）式中 F支架的支護面積，可按下式計算 (2.3)式中 支架頂梁長度,兩端距, 支架頂梁寬度， 架間距, 支架中心距, 對于支撐式支架，支架立柱的總工作組力等于支架工作阻力。對于掩護式和支撐掩護式支架，由于受到立柱傾角的影響，支架工作阻力小于支架立柱的總工作阻力。工作阻力與支架立柱的總工作阻力的比值，稱為支架的支撐效率，所以支架立柱的總工作阻力為 （2.4）支撐式支架的、支撐掩護式和掩護式支架取左右。2.2.2 初撐力初撐力的大小是相對與支架的工作阻力而言，并與頂板的性質(zhì)有關。較大的初撐力可以使支架較快地達到工作阻力，防止頂板過早的離層，增加頂板的穩(wěn)定性。對于不穩(wěn)定和中等穩(wěn)定頂板，為了維護機道上方的頂板，應取較高的初撐力，約為工作阻力的80%；對于穩(wěn)定頂板，初撐力不宜過大，一般不低于工作阻力的60%，對于周期來壓強烈的頂板，為了避免大面積的垮落對工作面的動載威脅，應取較高的初撐力，約為工作阻力的75%。2.2.3 移架力與推溜力移架力與支架結(jié)構、噸位、支撐高度、頂板狀況是否帶壓移架等因素有關。一般薄煤層支架的一架力為;中等厚度煤層支架為;厚煤層為。推溜力一般為.2.2.4 支架調(diào)高范圍支架最大結(jié)構高度 (2.5)支架最小結(jié)構高度 (2.6)式中 、煤層最大、最小采高偽頂冒落的最大厚度，一般取頂板周期來壓時的最大下沉量、移架使支架的下降量和頂梁上、底座下的浮矸、煤層厚度之和，一般取確定支架的最低高度時還應考慮到井下的允許運輸高度。支架的伸縮比 （2.7）值的大小反映了支架對煤層厚度變化的適應能力，其值越大，說明支架適應煤層厚度變化的能力越強，采用單伸縮立柱，值一般為1.6左右。若進一步提高伸縮比，需采用帶機械加長桿的立柱或雙伸縮立柱，其值一般為2.5左右。薄煤層厚度可達。由于又考慮到煤層厚度較高，初選雙伸縮立柱。2.2.5 中心距和寬度的確定 支架中心距一般等于工作面一節(jié)溜槽長度。目前國內(nèi)外液壓支架中心距大部分采用.大采高支架為提高穩(wěn)定性中心距可采用，輕型支架為適應中小煤礦工作面快速搬家的要求，中心距可采用。因此設計中預取1.5m。支架寬度是指頂梁的最小和最大寬度。寬度的確定應考慮支架的運輸、安裝和調(diào)架要求。支架頂梁一般裝有活動側(cè)護板，側(cè)護板行程一般為。當支架中心距為時，最小寬度一般取,最大寬度一般取。當支架中心距為時，最小寬度一般取，最大寬度一般取。當支架中心距為時，如果頂梁帶有活動側(cè)護板，則最小寬度一般取，最大寬度一般取，如果頂梁不帶活動側(cè)護板，則一般取。2.2.6底座寬度 底座是將頂板壓力傳遞到底板和穩(wěn)固支架的部件。在設計支架的底座長度時，應考慮如下諸方面：支架對底板的接觸比壓要?。恢Ъ軆?nèi)部應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；使于人員操作和行走，保證支架的穩(wěn)定性等。通常，掩護式支架的底座長度取3.5倍的移架步距一個移架步距為，即左右；支撐掩護式支架的底座長度取4倍的移架步距，即左右。 2.3采煤機、液壓支架和輸送機的配套2.3.1 采煤機、液壓支架和輸送機的配套綜采工作面采煤機、液壓支架和輸送機之間在性能參數(shù)、結(jié)構參數(shù)、空間尺寸及相互連接等方面，有著嚴格的配套要求，以保證綜采工作面的最大生產(chǎn)能力和安全生產(chǎn)的要求。（1）生產(chǎn)能力的配套采煤機是綜采工作面的主要生產(chǎn)設備，綜采工作面的生產(chǎn)能力主要取決于采煤機的落煤能力。因此，為保證采煤機生產(chǎn)能力的發(fā)揮，工作面輸送機的生產(chǎn)能力要大于采煤機的生產(chǎn)能力，液壓支架移架的速度應大于采煤機的牽引速度。通常與采煤機配套的工作面輸送機，液壓支架、平巷轉(zhuǎn)載機、可伸縮皮帶機等設備，其生產(chǎn)能力要按采煤機生產(chǎn)能力的120%計算。（2）性能配套綜采工作面“三機”性能配套，主要通過設備結(jié)構參數(shù)的配套來實現(xiàn)，以解決設備性能間互相制約的問題。如采煤機的搖臂長度應大于輸送積機尾的長度，這樣才能保證采煤機割煤到輸送積機尾底座端部。（3）幾何關系的配套 為便于司機觀察和操作，并考慮頂板下沉量的影響，適應頂?shù)装迤鸱约懊簩幼兓C身調(diào)斜等情況，使采煤機沿工作面順利通過，要求支架頂梁和采煤機工作面之間留有足夠的空間，該空間高度C稱為過機高度，一般C小于。 采機底托架應有足夠的高度，以保證過煤高度。 從安全角度考慮，F(xiàn)應愈小愈好，但卻受到機器結(jié)構參數(shù)等因素的約束，由圖可知 (2.8)式中 煤壁與輸送機鏟板之間的距離。，以防止采煤機滾筒在輸送機彎曲段切割鏟煤；立柱傾斜時的水平增距；輸送機寬度，由鏟煤機寬度f,輸送機中部溜槽寬度、電纜槽和導向槽寬度及前柱與電纜槽間的距離組成； 其它符號的意義同前為避免由于輸送機偏斜時采煤機截割頂梁、支架梁端與煤壁間應留有。 從前柱到梁端的距離L為 (2.9)支架工作時的最小支撐高度H為 (2.10)其中 頂梁厚度采煤機機面高度，為采煤機機身高度、輸送機高度和底托架高度和2.3.2其他附屬設備的配套煤層傾角大于時，采用鏈牽引的采煤機應設置防滑裝置；當傾角大于時應安裝防滑絞車，輸送機應設置防滑錨固裝置，支架也應有防倒防滑和調(diào)架裝置；而對于大采高工作面設備，煤層傾角大于時，即應設防滑裝置。落煤塊度過大時，工作面轉(zhuǎn)載機上應設置破碎裝置。本設計采用配套 液壓支架 北京煤機廠 采煤機 刮板運輸機：配套圖如下圖（2-1）圖2-12.4 四連桿機構設計2.4.1 四連桿機構的作用四連桿機構是掩護式支架和支撐掩護式支架的最重要部件之一。其作用概括起來主要有兩個：其一是當支架由高到低變化時，借助四連桿機構使支架頂梁前端點的運動軌跡呈近似雙紐線，從而使支架頂梁前端點與煤壁間距離的變化大大減小，提高了管理頂板的性能；其二是使支架能承受較大的水平力。 為了掌握四連桿機構的設計方法，必須正確理解四連桿機構的作用。下面通過四連桿機構動作過程的幾何特征進一步闡述其作用。這些特征是四連桿動作過程的必然結(jié)果。1.支架高度在最大和最小范圍內(nèi)變化時，頂梁端點運動軌跡的最大寬度，最好為以下；2.支架在最高位置時和最低位置時，頂梁與掩護梁的夾角和后連桿與底平面的夾角，應滿足如下要求：支架在最高位置時，；支架在最低位置時，為有利于矸石下滑，防止矸石停留在掩護梁上，根據(jù)物理學摩擦理論可知，要求，如果剛和矸石的摩擦系數(shù)，則，為了安全可靠，最低工作位置應使為宜。而角主要考慮后連桿底部距底板要有一定距離，防止支架后部冒落巖石卡住后連桿，使支架不能下降。一般取,在特殊情況下需要角度較小時,可提高后連桿下鉸點的高度；3.掩護梁與頂梁鉸點和瞬心中心間的只限于水平線夾角,滿足。原因是角直接影響支架承受附加力的數(shù)值大小。4.應取頂梁前端點運動軌跡雙紐線向前凸的一段為支架工作段，如圖22所示的h段。圖22所示其原因為當頂板來壓時，立柱讓壓下縮，使頂梁有向前移的趨勢，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)。同時底板防止底座向后移，使整個支架產(chǎn)生順時針轉(zhuǎn)動的趨勢，從而增加了頂梁前端的支護力，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減小，所以減輕了掩護梁的外負荷。2.4.2 用優(yōu)選設計法設計四連桿機構目標函數(shù)的確定：令支架由高到低時，頂梁前端運動軌跡近似呈斜線；這樣比用直線作為目標函數(shù)的雙紐線的上半部分要長。四連桿機構的設計通過程序來計算和驗證，程序編制如下所示：Private Sub Command1_Click()Dim h1, h2 As Double '支架最高，最低計算高度Dim p1 As Double '支架在最高位置時，頂梁與掩護梁夾角Dim q1 As Double '支架在最高位置時，后連桿與底座平面夾角Dim i As Double '后連桿與掩護梁的比值Dim i1 As Double '前后連桿上鉸點之距與掩護梁的比值Dim g As Double '掩護梁長度Dim a As Double '后連桿長度Dim b As Double '前后連桿上鉸點之距Dim f As Double '前連桿上鉸點至掩護梁上鉸點之距Dim b1, b2, b3 As DoubleDim c As Double '前連桿長度Dim d As Double '前連桿下鉸點高度Dim e As Double '前后連趕下鉸點在底座上的投影距離Dim a1, q2, o1, l As DoubleDim s As Doubleh1 = Val(Text1.Text)h2 = Val(Text2.Text)For p1 = 0.91 To 1.08 Step 0.034For q1 = 1.31 To 1.48 Step 0.034For i = 0.61 To 0.82 Step 0.042For i1 = 0.22 To 0.3 Step 0.02g = h1 / (Sin(p1) + i * Sin(q1)a = i * gb = i1 * gf = g - be1 = g * Cos(p1) - a * Cos(q1)X1 = f * Cos(p1)Y1 = h1 - f * Sin(p1)q2 = 0.436p2 = Atn(Sqr(Abs(g * g - (e1 + a * Cos(q2) 2) / (e1 + a * Cos(q2)X2 = f * Cos(p2)Y2 = b * Sin(p2) + a * Sin(q2)p3 = 3.14 / 2 - Atn(a / g) - Atn(e1 / Sqr(g * g + a * a - e1 * e1)q3 = 3.14 / 2 - p3x3 = f * Cos(p3)y3 = b * Sin(p3) + a * Sin(q3)m = x3 * x3 - X1 * X1 + y3 * y3 - Y1 * Y1n = X2 * X2 - x3 * x3 + Y2 * Y2 - y3 * y3t = 2 * (x3 - X1) * (Y2 - y3) - (y3 - Y1) * (X2 - x3)xc = (m * (Y2 - y3) - n * (y3 - Y1) / tyc = (n * (x3 - X1) - m * (X2 - x3) / tc = Sqr(X1 - xc) 2 + (Y1 - yc) 2)o = c / aIf o > 0.9 And o < 1.2 Then d = yc e = e1 - xc x4 = e1 + a * Cos(q1) y4 = a * Sin(q1) x5 = e1 y5 = 0 k1 = (Y1 - yc) / (X1 - xc) c1 = Atn(k1) k2 = (y4 - y5) / (x4 - x5) x6 = (k1 * X1 - Y1 - k2 * x4 + y4) / (k1 - k2) y6 = k1 * (x6 - X1) + Y1 l = x6 s = h1 - y6 u = s / l If u < 0.2 And u > 0 And d < h1 / 5 And e < h1 / 4.5 Then Label3.Caption = "掩護梁與頂梁鉸點至瞬心和底座平面夾角的正切值 " & u & " 支架在最高位置時，后連桿與底座平面夾角" & q1 * 180 / 3.14 & "弧度" & " 后連桿長度" & a & "米" & " 前后連桿上鉸點之距" & b & "米" & "前連桿長度" & c & "米" & "前連桿下鉸點高度" & d & "米" & " 前后連趕下鉸點在底座上的投影距離" & e & "米" & " 前連桿上鉸點至掩護梁上鉸點之距" & f & "米" & "支架在最高位置時，頂梁與掩護梁夾角" & p1 & "弧度" & " 掩護梁長度" & g & "米" & " 支架在最高位置時，前連桿與底座平面夾角" & c1 & "弧度" & "s=" & s & "米" & " l=" & l & "米" End If End If Next i1 Next i Next q1Next p1End Sub輸入初始值，程序運行結(jié)果如下：圖2-3這樣，四連桿機構的幾何長度及最高最低位置時對應的夾角就確定。該四連桿機構不僅能滿足工作高度的要求，而且在支架下降時，頂梁前端向前傾斜，這樣有利于改善支架的受力狀況。2.5、頂梁長度的確定為防止當采煤機向支架內(nèi)傾斜時，采煤機滾筒不切割頂梁在設計時要求頂梁前端距煤壁最小距離為參照三機配套 液壓支架 北京煤機廠 采煤機 刮板運輸機：由于選擇掩護式支架，b的長度按下式計算 （2.11）式中 人行道寬度不小于0.6m立柱傾角支架高度頂梁全長式中柱窩到鉸接軸的距離，通常取圖2-4經(jīng)上式計算，頂梁長度預取此外應注意采用及時支護方式，即先移架后推溜，因此要求頂梁有較大長度2.6立柱及柱窩位置的確定1. 立柱數(shù)2根 2. 支護方式支護時立柱均前傾立柱在最低位置時與頂梁垂線的夾角最大3. 立柱間距立柱間距的選取原則為：有利于操作，行人和部件的和理布置。前后兩排立柱間距一般取。4. 立柱的設計（1）支護面積支架的支護面積按下式計算： (2.12)式中： 支護面積() 頂梁寬度，取1.5m頂梁長度移架后頂梁前端點到煤壁的距離，取0.3m故： （2）支護強度支護強度的計算可借助于查表。首先按表根據(jù)老頂級別和直接頂類別確定支架架型，再根據(jù)名頂級別和采高確定支護強度。由于實際最大采高不定正好和表中所列采高相同，所以要用插值法重新計算。 (2.13)式中：當支架最大采高為時，支架應有的支護強度()；在架型選擇表中低于但與之相鄰的采高相對應的支護強度()；在架型選擇表中高于 但與之相鄰的采高相對應的支護強度()；所對應的采高(m)；所對應的采高(m)代入數(shù)據(jù)得：立柱參數(shù)的確定：假設立柱的傾角小于，現(xiàn)取傾角為則 (2.14)式中： 立柱內(nèi)徑（）理論支護阻力（）每跟立柱數(shù)立柱最大傾角（）安全閥的調(diào)整壓力，取型按照國家標準選取比計算直大的標準值作為內(nèi)徑，選取立柱的基本參數(shù)為：缸體內(nèi)徑： 活柱外徑： 工作阻力： 額定工作壓力： 推薦選用鋼材： 鋼材規(guī)格： 由支架的 由國家標準選取立柱行程。5. 立柱的初撐力和泵站的額定工作壓力立柱的初撐力 (2.15)取作為泵站的額定工作壓力，考慮到從泵站到支架的壓力損失，根究一般的經(jīng)驗的泵站乳化液到支架的壓力一般為。但對于只考慮支架的設計來說一般都把泵站壓力做為計算初撐力的壓力。 安全閥的調(diào)整壓力和立柱的實際工作壓力安全閥的調(diào)整壓力 (2.16)式中： 由用安全閥的調(diào)整壓力為，則立柱的工作阻力:6. 立柱柱窩位置的確定（1）上柱窩位置的確定確定的原則：根據(jù)支撐力分布與頂板載荷相一直的原則，通過受力分析計算，確定柱窩合力作用點的位置。根據(jù)前后立柱間行人及初撐力的均勻分布的要求，初步確定前后立柱間的距離為考慮到支撐效率，立柱的傾角不宜太大，最高位置時立柱傾角不小于。取頂梁為分離體，受力情況如圖： 圖2-5對A點有 其中 則有 取 則由立柱的傾角和兩立柱間的距離可以確定各個柱窩的位置。支架整體尺寸結(jié)構圖如下所示：圖2-62.7平衡千斤頂位置的確定掩護式支架中平衡千斤頂?shù)耐屏屠τ嬎悖胶馇Ы镯斘恢脩慈缦路椒ㄓ嬎愦_定：2.7.1 平衡千斤頂安裝位置的確定原則為了保證支架工作的可靠性，支架的支撐力分布（包括立柱的支撐力和平衡力千斤頂?shù)耐屏屠Φ龋?，必須適應頂板載荷分布。當立柱的上、下柱窩位置確定后，就可以根據(jù)頂板載荷分布來確定平衡千斤頂?shù)奈恢茫F(xiàn)按兩種情況進行分析。 當頂梁前端出現(xiàn)空頂時，頂梁后端載荷加大，頂板載荷合力作用點位置后移，此時平衡千斤頂受拉，為使支架支撐力分布適應頂板載荷分布，假設合力作用點位置在頂梁后端0.27倍頂梁長度出來進行計算。 當頂梁后端出現(xiàn)空頂時，頂梁前端載荷加大，頂板載荷合力作用點位置后移，此時平衡千斤頂受推，為使支架支撐力分布適應頂板載荷分布，假設合力作用點位置在頂梁后端0.35倍頂梁長度處進行計算。2.7.2 平衡千斤頂在頂梁上位置的確定取頂梁和掩護梁為分離體 （如圖2-7示） (2.17)取頂梁為分離體為：圖2-7式中平衡千斤頂?shù)耐屏?、拉力（推力取“”、拉力取“”）頂梁與掩護梁之間的摩擦系數(shù)，計算時取0.3支架在最高位置時的立柱傾角支架在最高位置時平衡千斤頂傾角。為使平衡千斤頂與掩護梁不發(fā)生干涉，保證支架在不同高度是平衡千斤頂與掩護梁平行，可以取支架在最高位置時頂梁上平面和掩護梁的夾角。 平衡千斤頂活塞桿鉸點至頂梁面之距，當支架降到頂梁和掩護梁成時，為使平衡千斤頂不與掩護梁發(fā)生干涉，所以可以按下式進行計算：（m） (2.18)式中 掩護梁厚度（m） 平衡千斤頂外徑（m） 平衡千斤頂外徑與掩護梁間之間隙，一般取 瞬心點至頂梁和掩護梁鉸點之距（） 立柱柱窩中心至平衡千斤頂上鉸點之距（） 平衡千斤頂上鉸點至頂梁和掩護梁鉸點之距 支護阻力合力作用點位置。平衡千斤頂在拉力時，取;平衡千斤頂在推力時，取 (2.19)式中為頂梁長度。（1） 平衡千斤頂?shù)男谐逃嬎銥榱朔乐蛊胶馇Ы镯數(shù)亩h(huán)或平衡千斤頂本身拉壞，對平衡千斤頂?shù)男谐逃腥缦乱螅寒斨Ъ茉谧罡呶恢脮r，頂梁能下擺；支架在最低位置時頂梁能上擺，或頂梁和掩護梁近似成。為簡化計算，取如下兩種情況：假設平衡千斤頂?shù)幕钊麠U全部伸出時頂梁和掩護梁成；平衡千斤頂?shù)幕钊麠U全部縮回時，支架恰好在最高位置。（2） 平衡千斤頂在掩護梁上位置的確定平衡千斤頂?shù)男谐檀_定后，即可確定它在掩護梁上的位置 (2.20)式中 當活塞全部縮回后，缸體上鉸墊支活塞上部之距。當活塞桿全部縮回時，活塞桿鉸點至活塞腔出油孔中心線之距。 (2.21)通過和的計算，平衡千斤頂在掩護梁上的位置就確定了。2.8其它千斤頂技術參數(shù)的確定2.8.1 推移千斤頂技術參數(shù)差動回路式千斤頂?shù)母左w內(nèi)徑由以下兩式聯(lián)立確定： (2.22) (2.23)式中 -推移千斤頂?shù)耐屏?，一般?泵站額定壓力，（）-活塞桿直徑 -推移千斤頂?shù)囊萍芰?，代入?shù)據(jù)求得， 參照表2-7，選取推移千斤頂技術參數(shù)如下：缸徑 桿徑 推力 拉力 泵壓 由采煤機規(guī)格，推移步距為,則推移千斤頂步距為,參照資料規(guī)定選行程為2.8.2 側(cè)推千斤頂技術參數(shù)確定選取側(cè)推千斤頂?shù)募夹g參數(shù)如下缸徑 桿徑 推力 拉力 行程 2.8.3 前梁千斤頂技術參數(shù)的確定參照平衡千斤頂?shù)募夹g特性，選取前梁千斤頂?shù)募夹g參數(shù)如下第一系列第二系列第三系列第一系列第二系列第三系列50450635008055090600100650110700125750140800160900170925185950200100022010502401100260280115012503001300320350400缸徑 桿徑 推力 拉力 行程 2-72.8.4 護幫板千斤頂?shù)募夹g參數(shù)的確定選取護幫板千斤頂?shù)募夹g參數(shù)如下：缸徑 桿徑 推力 拉力 行程 3 液壓支架受力分析和計算 當支架撐緊在頂板和底座之間時，選取整體或一部分為分離體，皆處于平衡狀態(tài)，據(jù)此簡化為平面桿系進行受力計算。3.1 受力分析計算掩護梁上沒有負載，摩擦系數(shù)為，支架在最高位置時，每根立柱的工作支撐力為，支架的整體受力如下圖所示：3-1支架總體受力圖支架的工作阻力為： （3.1）頂梁集中受力點距頂梁后鉸點的距離為： （3.2）前后連桿受力為： （3.3）由上式得“-”號，表示前連桿受力方向與圖示相反，即前連桿受拉力； （3.4）由上式得“-”號，表示前連桿受力方向與圖示相反，即前連桿受壓力。3.2 支護強度計算 支架的外載荷已經(jīng)確定，支架的實際支護強度為： （3.5） 誤差 滿足誤差要求3.3 底座比壓的計算 底座與底板的接觸面積為： （3.6） 則底座的平均比壓： （3.7）3.4 支架支護效率 由于立柱支撐時不是垂直工作，而是傾斜一定的偏角，故只有立柱的垂直分力來平衡支架所受的外部載荷，外部載荷與立柱工作阻力的比值稱為支架的支護效率，其值為： （3.8）對于支撐掩護式支架，故滿足要求4 液壓支架的主要部件的設計各部件設計的基本要求如下：1. 四連桿機構應進行優(yōu)化設計，使支架梁端距變化小，支架受力狀態(tài)最佳，結(jié)構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. 前梁無論是伸縮式或是挑梁式，都應能及時支護頂板。前梁由前梁千斤頂控制，可上、下擺動。與頂板保持良好的接觸，維護機道上方頂板。伸縮梁靠伸縮千斤頂和前梁作相對滑移用以及時支護新暴露的頂板。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。它可多次反復支撐頂煤，以利于放煤。頂梁裝有側(cè)護板，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。若四連桿機構與頂梁鉸接，要有可靠的鉸接支座。4. 掩護梁。它用于承受部分煤、矸載荷，防止其竄入后輸送機的工作空間，保證支架、后輸送機正常運行。根據(jù)不同的支架類型，掩護梁有伸縮插板式和在下端鉸接一伸縮尾梁式，它裝有側(cè)護板作用與頂梁側(cè)護板相同。掩護梁受扭力和橫向載荷力大，是十分重要的部件。5. 底座。其作用是將支架承受的頂板壓力和側(cè)向力傳至底板。它既要有足夠的強度和剛度，又應滿足底板比壓不超限。保證支架整體穩(wěn)定性的關鍵是在底座上鉸接四連桿機構，在底座中間設置有推移裝置，側(cè)面設置拉后輸送機的千斤頂和推移桿。6. 推移裝置。此機構關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)構有長推桿或是由兩部分短推移桿組成。7. 尾梁。四連桿機構與掩護梁鉸接的支架，在掩護梁下鉸接一可轉(zhuǎn)動的伸縮插板尾梁，用以放煤、保證放煤高度及維護工作空間。對于大塊煤可利用插板進行破碎。尾梁裝有側(cè)護板，作用與頂梁、掩護梁的側(cè)護板相同。8. 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，它應保證立住、千斤頂完成支架要求的各種性能，并達到設計技術參數(shù)。4.1 前梁前梁為由鋼板焊接而成的箱體結(jié)構，前面連接護幫板，后面與主頂梁鉸接，下部焊有耳座連接前梁千斤頂，可上下擺動。前梁前后銷孔中心之間的距離為，寬度為，厚度為，與前梁千斤頂鉸接的耳座孔孔徑為，前部也焊有與護幫板千斤頂鉸接的耳座。主筋為的鋼板，加強板為的鋼板。結(jié)構如下圖4-1所示圖4-1 前梁4.2 主頂梁頂梁（圖4-2）后面與掩護梁鉸接，下面由立柱支撐，上與頂板直接接觸，做成箱體結(jié)構，不但要滿足一定的剛度和強度的要求，還要適應頂板的不平整性，避免局部應力過大而損壞。頂梁是支架主要承受頂板壓力的部件，并起切頂作用。一般前、后柱窩斷面為最危險斷面，斷面安全系數(shù)，它可多次反復支撐頂煤，以利于放煤。頂梁裝有側(cè)護板，一側(cè)裝有側(cè)推千斤頂和彈簧，防止架間漏煤、矸石及調(diào)節(jié)支架間距。由于選用的掩護式支架，頂梁基本尺寸：長度;寬度，側(cè)護板縮回時；全部伸出時為；上下面厚度；與前梁連接用銷孔直徑,與掩護梁連接用銷孔直徑,安裝前梁千斤頂用銷孔直徑。XXXX大學學士學位論文 液壓支架的受力分析和計算圖4-2頂梁構件材料：16鋼板，厚度有16、20、30三種。結(jié)構：采用箱式結(jié)構，有鋼板焊接而成。主要有四根主立筋，為加強構件的剛度，在上