礦用液壓支架的設(shè)計(jì)【掩護(hù)式液壓支架】【說(shuō)明書+CAD】

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The design content includes: Chooses, the system design, the main spare part design, the main spare part examination and the hydraulic system design.Because this coal bed thickness is moderate, selects the shield type hydraulic pressure support. Coal bed thickness is situated between between the rice, coal bed thickness change bigger, selects adjusts the high scope big also the anti- horizontal thrust is strong also the belt protects helps the equipment the shield type support. The support uses the four link motion gear, improves the support stress condition. The top-beam, caving shield, the foundation makes the packed in a box body structure; The column uses the double expansion and contraction function hydraulic cylinder, increases the power stroke to satisfy the support to adjust the high scope the need. Passes the hoisting jack to use the portal frame construction, reduces pushes slides the strength and increases moves a strength. In order to enhance moves a speed, guarantees is prompt to the roof support, uses the mushroom valve hydraulic system.Key word: The hydraulic pressure support , hydraulic pressure , four-link mechanism , mining coal, support shaping push forwards the conveyer, advancing the powered support.河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文目錄1 前言11.1國(guó)內(nèi)外液壓支架的研究現(xiàn)狀及發(fā)展11.2本課題的研究目的和意義32液壓支架基本理論分析52.1 液壓支架的工作原理52.1.1 支架升降52.1.2支架推移62.1.3 支架承載過(guò)程62.2 液壓支架的類型和結(jié)構(gòu)82.2.1 支撐式支架82.2.2 掩護(hù)式支架92.2.3 支撐掩護(hù)式支架92.2.4 特種液壓支架102.3 對(duì)液壓支架的基本要求102.4 設(shè)計(jì)液壓支架必需的參數(shù)113 液壓支架的總體設(shè)計(jì)133.1支架的選型設(shè)計(jì)133.1.1設(shè)計(jì)的原始條件133.1.2 影響架型選擇的因素133.1.3 支架架型的確定143.2 液壓支架參數(shù)的確定163.2.1支架高度的確定163.2.2支架伸縮比173.2.3支架間距173.2.4底座長(zhǎng)度與寬度確定183.2.5初撐力183.2.6 移架力與推溜力193.3四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)193.3.1四連桿機(jī)構(gòu)的作用與缺點(diǎn)193.3.2 四連桿幾何特征203.3.3.四連桿機(jī)構(gòu)各部尺寸的確定203.4頂梁長(zhǎng)度與寬度確定263.4.1支架工作方式對(duì)頂梁長(zhǎng)度的影響263.4.2頂梁長(zhǎng)度與寬度計(jì)算263.5支架技術(shù)參數(shù)和立柱的設(shè)計(jì)283.5.1立柱布置283.5.2立柱柱窩位置的確定283.5.3 支護(hù)面積303.5.4 支護(hù)強(qiáng)度303.5.5 確定立柱的技術(shù)參數(shù)313.5.6 安全閥壓力與立柱工作阻力的確定323.5.7支護(hù)效率353.5.8 底座接觸比壓363.6 千斤頂技術(shù)參數(shù)的確定373.6.1 平衡千斤頂安裝位置的確定原則373.6.2平衡千斤頂在頂梁上位置的確定373.6.3推移千斤頂413.6.4側(cè)推千斤頂423.6.5 前梁千斤頂433.6.6護(hù)幫千斤頂434液壓支架主要部件的設(shè)計(jì)444.1液壓支架主要部件的設(shè)計(jì)要求444.2頂梁的設(shè)計(jì)454.3底座的設(shè)計(jì)464.4 前梁的設(shè)計(jì)464.5 掩護(hù)梁的設(shè)計(jì)474.6前、后連桿484.7立柱的設(shè)計(jì)495 液壓支架受力分析和計(jì)算515.1支架工作狀態(tài)515.1.1 頂板狀態(tài)515.1.2支架工作狀態(tài)515.1.3支架受力525.2支架受力計(jì)算525.3 頂梁載荷分布566 主要部件的強(qiáng)度校核586.1校核的基本要求586.2頂梁強(qiáng)度校核596.3 掩護(hù)梁強(qiáng)度校核616.4 底座強(qiáng)度校核626. 5 立柱強(qiáng)度的校核637 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)667.1 液壓支架的液壓系統(tǒng)的簡(jiǎn)介667.1.1 液壓支架傳動(dòng)系統(tǒng)的基本要求667.1.2 液壓支架的液壓傳動(dòng)特點(diǎn)668結(jié)論689 致謝69參 考 文 獻(xiàn)7011 前言1.1國(guó)內(nèi)外液壓支架的研究現(xiàn)狀及發(fā)展地下開(kāi)采的煤產(chǎn)量主要是利用由液壓支架配套的綜采設(shè)備產(chǎn)出的。綜采設(shè)備的研制和廣泛的運(yùn)用，對(duì)煤炭工業(yè)革新技木裝備不僅有著重大的作用，而且對(duì)采煤工藝各個(gè)環(huán)節(jié)技術(shù)水平的發(fā)展和提高，是強(qiáng)有力的促進(jìn)因素。加速現(xiàn)代化進(jìn)程，必須加速煤炭工業(yè)企業(yè)的建設(shè)、改造和革新技術(shù)裝備的進(jìn)程，增加地下開(kāi)采和露天開(kāi)采的煤產(chǎn)量。地下開(kāi)采方法是最復(fù)雜和閑難的方法，但是，這種方法在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家和以煤作為次能源的地區(qū)，仍然普遍應(yīng)用。而且，開(kāi)采優(yōu)質(zhì)煤，包括煉焦煤，都是采用地下開(kāi)采方法。綜合機(jī)械化采煤是煤炭工業(yè)的一次技術(shù)革命，從根本上改變了煤炭工業(yè)的面貌，綜合機(jī)械化采煤是20世紀(jì)人類科技發(fā)展的重要成果。 綜合機(jī)械化采煤技術(shù)在我國(guó)的研究試驗(yàn)、使用、發(fā)展，徹底改變了我國(guó)煤炭工業(yè)的面貌，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了產(chǎn)量、勞動(dòng)生產(chǎn)率和企業(yè)效益，滿足了國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)對(duì)煤炭的需求，合理的集中生產(chǎn)簡(jiǎn)化了生產(chǎn)系統(tǒng)，提高了生產(chǎn)安全性。我國(guó)綜采技術(shù)發(fā)展的30多年，使我國(guó)的煤炭生產(chǎn)技術(shù)水平跨進(jìn)了世界先進(jìn)行列，綜放技術(shù)躍居世界領(lǐng)先地位。工作面支護(hù)問(wèn)題始終是困擾煤礦生產(chǎn)安全、產(chǎn)量和效率的重要問(wèn)題。以液壓支架為主要設(shè)備的綜合機(jī)械化采煤(以下簡(jiǎn)稱綜采)的誕生和發(fā)展是煤礦生產(chǎn)發(fā)展史上的一次重大革命。不僅從根本上改善了勞動(dòng)和安全條件，也為工作面產(chǎn)量和效率的迅速提高奠定了基礎(chǔ)。但是綜采設(shè)備初期投資高，特別是液壓支架占綜采設(shè)備總投資約60%，因此液壓支架的合理選用特顯重要。30多年來(lái)在液壓支架技術(shù)不斷發(fā)展中，形成了以煤科總院專業(yè)研究所和骨干支架制造廠設(shè)計(jì)所為主的支架研究設(shè)計(jì)隊(duì)伍，采用計(jì)算機(jī)CAD進(jìn)行各種類型支架的設(shè)計(jì)，用有限元計(jì)算軟件等進(jìn)行計(jì)算，并普及計(jì)算機(jī)繪圖。我國(guó)制訂的緩傾斜工作面頂板分類及其它研究成果為支架設(shè)計(jì)、選型和使用提供了有力的指導(dǎo)依據(jù)。制造方面形成以原部屬專業(yè)制造廠為主、機(jī)械工業(yè)部及船舶制造總公司等專業(yè)廠為輔的制造體系，以及以國(guó)家煤礦支護(hù)設(shè)備質(zhì)量檢測(cè)中心為骨干的檢測(cè)隊(duì)伍。制定有關(guān)支架檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)11項(xiàng)，建立了各項(xiàng)支架檢測(cè)手段，造就了一支研究、制造和使用液壓支架的龐大隊(duì)伍;形成了研制液壓支架的雄厚基礎(chǔ)。不僅能滿足國(guó)內(nèi)的需要，還向美國(guó)、俄羅斯、土耳其和印度等國(guó)家出口液壓支架或成套綜采設(shè)備。為適應(yīng)我國(guó)煤礦綜采機(jī)械化的發(fā)展，國(guó)內(nèi)綜采設(shè)備科研設(shè)計(jì)和制造企業(yè)已研制開(kāi)發(fā)出具有較先進(jìn)技術(shù)水平的大功率電牽引采煤機(jī)、重型刮板輸送機(jī)、電液控制強(qiáng)力液壓支架和多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)大運(yùn)力帶式輸送機(jī)。配套設(shè)備的生產(chǎn)能力達(dá)到15002 500 t/h， 在適宜的煤層和礦井條件下，綜采工作面可實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)300萬(wàn)噸以上。 新型礦用單體支護(hù)設(shè)備，采用懸浮式液壓技術(shù)原理，生產(chǎn)礦用單體支護(hù)設(shè)備，技術(shù)水平達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平，填補(bǔ)了國(guó)際空白。DWX型液壓支柱的柱塞懸浮，密封脹緊，密封補(bǔ)償，無(wú)內(nèi)泄漏、無(wú)圓弧焊縫等技術(shù)和安全特點(diǎn)，具有獨(dú)創(chuàng)性。新型礦用單體支護(hù)設(shè)備的誕生，消除了五十年來(lái)國(guó)內(nèi)外單體支護(hù)設(shè)備一直存在的內(nèi)泄漏和圓弧焊縫脆斷等安全隱患問(wèn)題。解決了深部煤礦開(kāi)采沖擊地壓條件下回采工作面頂板支護(hù)的關(guān)鍵技術(shù)，結(jié)束了由德國(guó)人發(fā)明的第二代單體支護(hù)設(shè)備的歷史，開(kāi)創(chuàng)了中國(guó)人發(fā)明的第三代單體支護(hù)技術(shù)設(shè)備的歷史，并將會(huì)長(zhǎng)期使用下去。該產(chǎn)品普遍適用于煤礦回采工作面的頂板支護(hù)和端頭支護(hù)，可廣泛應(yīng)用于薄煤層、中厚煤層及較厚煤層工作面，是煤礦的重要支護(hù)設(shè)備。近10年來(lái)主要的發(fā)展趨勢(shì)是向兩柱掩護(hù)式和四柱掩護(hù)式架型發(fā)展，架型結(jié)構(gòu)進(jìn)一步完善，設(shè)計(jì)方法更先進(jìn)，參數(shù)向高工作阻力、大中心距發(fā)展。液壓支架另一重大突破是控制系統(tǒng)，應(yīng)用電液控制技術(shù)，采用電磁控制的先導(dǎo)閥，先進(jìn)可靠的壓力和位移傳感器，靈活自由編程的微處理機(jī)技術(shù)，紅外線遙感技術(shù)等現(xiàn)代科技成果，使液壓支架的動(dòng)作自動(dòng)連續(xù)進(jìn)行，移架速度大大提高，支架循環(huán)時(shí)間達(dá)到68s。我國(guó)自1973年開(kāi)始大規(guī)模引進(jìn)德國(guó)、英國(guó)等國(guó)家的綜采設(shè)備，經(jīng)歷了消化、吸收和改進(jìn)提高的過(guò)程，到目前已形成了較完整的設(shè)計(jì)、制造和科研體系，掩護(hù)式液壓支架的制造和采煤技術(shù)已有長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。1.2本課題的研究目的和意義采用綜合機(jī)械化采煤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)煤炭增長(zhǎng)的日益需要，必須大量生產(chǎn)綜合機(jī)械化采煤設(shè)備，迅速增加綜合機(jī)械化采煤工作面。由于采煤工作面的底頂板條件、煤層厚度、煤層的物理機(jī)械性質(zhì)等的不同，對(duì)液壓支架的要求也不同。為了有效的支護(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。由于液壓支架的類型很多，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)。通過(guò)對(duì)液壓支架的理論學(xué)習(xí)，完成液壓支架的設(shè)計(jì)工作，加深對(duì)液壓支架工作原理、工作性能、工作環(huán)境及其結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)和了解。通過(guò)對(duì)液壓支架結(jié)構(gòu)的分析，加深和鞏固機(jī)械原理的相關(guān)內(nèi)容；通過(guò)對(duì)液壓支架受力的分析和強(qiáng)度的校核，加深對(duì)專業(yè)基礎(chǔ)課理論力學(xué)和材料力學(xué)及專業(yè)課機(jī)械設(shè)計(jì)相關(guān)內(nèi)容的鞏固和理解。同樣通過(guò)對(duì)液壓支架的設(shè)計(jì)，能夠更好的認(rèn)識(shí)國(guó)內(nèi)外液壓支架的發(fā)展趨勢(shì)和發(fā)現(xiàn)目前煤礦液壓支架主要存在的問(wèn)題，從而為以后更深認(rèn)的了解和設(shè)計(jì)液壓支架打下良好的基礎(chǔ)。通過(guò)自己獨(dú)立地完成指定的課程設(shè)計(jì)任務(wù)，提高理論聯(lián)系實(shí)際、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，學(xué)會(huì)查閱參考書和工具書的方法，提高編寫技術(shù)文件的能力，進(jìn)一步加強(qiáng)設(shè)計(jì)計(jì)算和制圖等基本技能的訓(xùn)練，為畢業(yè)后成為一名出色的機(jī)械工程師打好基礎(chǔ)?，F(xiàn)代社會(huì)對(duì)人才提出了更高的要求，作為一名當(dāng)代大學(xué)畢業(yè)生，不僅打好堅(jiān)實(shí)的專業(yè)知識(shí)，還應(yīng)具備工程技術(shù)人才應(yīng)有的綜合素質(zhì)。為了適應(yīng)這一發(fā)展趨勢(shì)，我們應(yīng)立足變傳統(tǒng)的、僵化的、單純的畢業(yè)設(shè)計(jì)為培養(yǎng)主動(dòng)學(xué)習(xí)、提高創(chuàng)新能力、樹(shù)立團(tuán)結(jié)協(xié)作精神、強(qiáng)化計(jì)算機(jī)運(yùn)用等多維兼容性畢業(yè)設(shè)計(jì);同時(shí)通過(guò)完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，鍛煉學(xué)生解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力；在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，以我們的主動(dòng)學(xué)習(xí)為主，教師適時(shí)指導(dǎo)為輔；將素質(zhì)教育也畢業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)相融合，從根本上提高畢業(yè)設(shè)計(jì)的質(zhì)量和水平 。 2液壓支架基本理論分析2.1 液壓支架的工作原理液壓支架在工作過(guò)程中，不僅要可靠的支撐頂板，維護(hù)一定的安全工作空間，而且要隨工作面的推進(jìn)，進(jìn)行移架和推移輸送機(jī)。因此，支架要實(shí)現(xiàn)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液體，通過(guò)工作面性質(zhì)不同的幾個(gè)液壓缸來(lái)完成的，如圖2.1所示。圖2.1 液壓支架工作原理1頂梁；2立柱；3推移千斤頂；4安全閥；5單向筏； 6、7操縱閥；2.1.1 支架升降當(dāng)操作閥處于升柱位置時(shí)，從乳化液泵站來(lái)得高壓液體通過(guò)操縱閥液控單向閥5進(jìn)入立柱2的下腔，立柱上腔回液，支架升起，并撐緊頂板。當(dāng)操縱閥處于降柱位置時(shí)，工作液體進(jìn)入立柱的上腔，同時(shí)打開(kāi)液控單向閥，立柱下腔回液，支架下降。2.1.2支架推移支架的前移和推移輸送機(jī)是通過(guò)操縱閥和推移千斤頂3來(lái)進(jìn)行的。移架時(shí)，先使支架卸載下降，再把操縱閥置于移架位置，從乳化液泵站來(lái)的高壓液體進(jìn)入推移千斤頂?shù)那扒患椿钊麠U腔，后腔即活塞腔回液。這時(shí)，支架以輸送機(jī)為支點(diǎn)前移。移架結(jié)束后，再把支架升起，使支架撐緊頂板。若將操縱閥置于推溜位置，高壓液體進(jìn)入推移千斤頂后腔即活塞腔，前腔即活塞桿腔回液，這時(shí)輸送機(jī)以支架為支點(diǎn)被推向煤壁。2.1.3 支架承載過(guò)程 支架的承載過(guò)程是指支架與頂板之間相互力學(xué)作用的過(guò)程，它包括初撐、承載增阻和恒阻三個(gè)階段。(1) 初撐階段在升架過(guò)程中，當(dāng)支架的頂梁接觸頂板，直到立柱下腔的液體壓力逐漸上升到泵站工作壓力時(shí)，停止供液，液控單向閥5立即關(guān)閉，這一過(guò)程為支架的初撐階段。此時(shí)支架對(duì)頂板的支撐力為初撐力。(2) 承載增阻階段支架初撐結(jié)束后，隨著頂板的下沉，立柱下腔的液體壓力逐漸升高，支架對(duì)頂板的支撐力也隨之增大，呈現(xiàn)增阻狀態(tài)，這一過(guò)程為支架的承載增阻階段。(3) 恒阻階段隨著頂板壓力的進(jìn)一步增加，立柱下腔的液體壓力越來(lái)越高，當(dāng)升高到安全閥4的調(diào)定壓力時(shí)，安全閥打開(kāi)溢流，立柱下縮，液體壓力隨之降低。當(dāng)降到安全閥的調(diào)定壓力時(shí)，安全閥關(guān)閉。隨著頂板的繼續(xù)下沉，安全閥重復(fù)這一過(guò)程。由于安全閥的作用，支架的支撐力維持在某一恒定數(shù)值上，這是支架的恒阻階段。此時(shí)，支架對(duì)頂板的支撐力成為工作阻力，它是由支架安全閥的調(diào)定壓力決定的。對(duì)于掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架，其初撐力和工作阻力的計(jì)算還要考慮到立柱傾角的影響因素。 圖2.2 支架的工作特性曲線由上可知，支架工作時(shí)，其支撐力與時(shí)間的關(guān)系，可用支架工作特性曲線表示，如圖 所示，曲線上的、t2分別表示支架的初撐、增阻、和恒阻階段的時(shí)間。上述工作過(guò)程表明：支架在達(dá)到額定工作阻力以前具有增阻性，以保證支架對(duì)頂板有效的支撐作用；當(dāng)支架達(dá)到額定工作阻力以后，支架能隨頂板的下沉而下縮，即具有可縮性和恒阻性，支架的工作特性決定于立柱、液控單向閥、安全閥和操縱閥的性能和密封的好壞。所以這些元件是支架的關(guān)鍵液壓元件通常液控單向閥和安全閥組合在一起，稱為控制閥。支架的工作阻力是支架的一個(gè)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(zhǎng)短和間距大小不同，所以并不能完全反映支架對(duì)頂板的支撐能力。因此，通常單位支護(hù)面積頂板上所受支架工作阻力值的大小，即支護(hù)強(qiáng)度來(lái)表示支架的支護(hù)性能。即 (式2.1)式中 支架的支護(hù)面積，2.2 液壓支架的類型和結(jié)構(gòu)液壓支架按其對(duì)頂板的支護(hù)方式和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的不同，分為支撐式、掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式三種基本架型。2.2.1 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(gòu)和動(dòng)作方式的不同，支撐式支架又分為垛式支架和節(jié)式支架兩種結(jié)構(gòu)型式。垛式支架每架為一整體，與輸送機(jī)聯(lián)接并互為支點(diǎn)整體前移。節(jié)式支架由23個(gè)框節(jié)組成，移架時(shí)，各節(jié)之間互為支點(diǎn)交替前移，輸送機(jī)用與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(gòu)特點(diǎn)是：頂梁較長(zhǎng)，其長(zhǎng)度多在4左右；而且立柱多，一般46根，且垂直支撐；支架后部設(shè)復(fù)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(hù)性能是：支撐力大，且作用點(diǎn)在支架后部，故切頂性能好；對(duì)頂板重復(fù)支撐的次數(shù)多，容易把本來(lái)完整的頂板壓碎；抗水平載荷的能力差，穩(wěn)定性差；護(hù)矸能力差，矸石易竄入工作空間；支架的工作空間和通風(fēng)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(qiáng)烈周期來(lái)壓，且水平力小的條件。2.2.2 掩護(hù)式支架掩護(hù)式支架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：有一個(gè)較寬的掩護(hù)梁以擋住采空區(qū)的矸石進(jìn)入作業(yè)空間，其掩護(hù)梁的上端與頂梁鉸接，下端通過(guò)前后連桿與底座連接。底座、前后連桿和掩護(hù)梁形成四連桿機(jī)構(gòu)，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于頂梁或直接作用于頂梁上。掩護(hù)式支架的立柱較少，除少數(shù)掩護(hù)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(dòng)側(cè)護(hù)板，可以把架間密封。通常頂梁較短，一般為3.0mm左右。掩護(hù)式支架的支護(hù)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(hù)強(qiáng)度較大、且均勻，掩護(hù)性好，能承受較大的水平推力，對(duì)頂板反復(fù)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(fēng)斷面小。由上可知，掩護(hù)式支架適用于頂板不穩(wěn)定和中等穩(wěn)定、老頂周期來(lái)壓不明顯、瓦斯含量少的破碎頂板條件。2.2.3 支撐掩護(hù)式支架支撐掩護(hù)式支架是在吸收了支撐式和掩護(hù)式兩種支架優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種支架。因此，它兼有支撐式和掩護(hù)式支架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能，可適用于各種頂?shù)装鍡l件。支撐掩護(hù)式支架的頂梁由前梁與主梁構(gòu)成，四根立柱支撐在頂梁和立柱之間，掩護(hù)梁的上端與頂梁鉸接，下端用連桿與底座相連。這種支架的優(yōu)點(diǎn)是：支撐力大，切頂性能強(qiáng)，防護(hù)性能好，通風(fēng)斷面大，穩(wěn)定性好，應(yīng)用范圍廣。它的主要缺點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。支撐掩護(hù)式支架的立柱均為兩排，立柱可前傾和后傾。也可倒八字形布置和交叉布置。通常，兩排立柱都直接支撐在頂梁上，個(gè)別情況下，也有后排立柱支撐在掩護(hù)梁上而前排立柱支撐在頂梁上。2.2.4 特種液壓支架特種液壓支架是為滿足某些特殊要求而發(fā)展起來(lái)的液壓支架，在結(jié)構(gòu)型式仍屬于上述某種基本架型。2.3 對(duì)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100左右；移架力按煤層厚度而定，薄煤層一般為100kN150kN，中厚煤層一般為150kN 250kN，厚煤層一般為250kN 400kN。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(fēng)斷面，從而保證人員呼吸、稀釋有毒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)定植。9. 要求支架有足夠的剛度，能夠承受一定的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。2.4 設(shè)計(jì)液壓支架必需的參數(shù)1.頂板條件根據(jù)老頂和直接頂?shù)姆诸悾瑢?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，險(xiǎn)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，決定是否用防倒放滑裝置。7.井筒罐籠尺寸根據(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(lái)計(jì)算頂梁長(zhǎng)度3 液壓支架的總體設(shè)計(jì)3.1支架的選型設(shè)計(jì)3.1.1設(shè)計(jì)的原始條件 煤層厚度：H1.83.2米；頂設(shè)條件老頂II級(jí)、直接頂II級(jí)，底板平整，無(wú)影響支架通過(guò)的斷層。工作面配套設(shè)備：采煤機(jī)：MXA-300/3.5，刮板輸送機(jī)：SGZ730/320。煤層傾斜角小于15度，支護(hù)強(qiáng)度、底板抗壓強(qiáng)度、泵站壓力、安全閥調(diào)定壓力40MPa。3.1.2 影響架型選擇的因素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(dāng)煤層厚度大于2.52.8m（軟煤取下限，硬煤取上限）時(shí)，應(yīng)選用抗水平推力強(qiáng)且?guī)ёo(hù)幫裝置的掩護(hù)式或支撐掩護(hù)式支架。當(dāng)煤層厚度變化較大時(shí)，應(yīng)選用調(diào)高范圍大的支架。2) 煤層傾角煤層傾角主要影響支架的穩(wěn)定性，傾角大時(shí)易發(fā)生傾倒、下滑象。當(dāng)煤層傾角大于1015時(shí)，應(yīng)設(shè)防滑和調(diào)架裝置，當(dāng)傾角超過(guò)18時(shí)，應(yīng)同時(shí)具有防滑防倒裝置。3) 底板性質(zhì)底板承受支架的全部載荷，對(duì)支架的底板影響較大，底板的軟硬和平整性，基本上決定了支架底座的結(jié)構(gòu)和支承面積。選型時(shí)，要驗(yàn)算底座對(duì)底板的接觸比壓，其值要小于底板的允許比壓(對(duì)于砂巖底板，允許比壓為1.962.16MPa，軟底板為0.98MPa左右)。4) 瓦斯涌出量對(duì)于瓦斯涌出量大的工作面，支架的通風(fēng)斷面應(yīng)滿足通風(fēng)的要求，選型時(shí)要進(jìn)行驗(yàn)算。5) 地質(zhì)構(gòu)造地質(zhì)構(gòu)造十分復(fù)雜，煤層厚度變化又較大，頂板允許暴露面積和時(shí)間分別在58和20min以下時(shí)，暫不宜采用液壓支架。6) 設(shè)備成本在滿足要求的前提下，應(yīng)選用價(jià)格便宜的支架。3.1.3 支架架型的確定從架型的結(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，由于直接頂類別和老頂級(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、采煤高度與承載的關(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。根據(jù)煤層厚度1.83.2米，屬于中厚煤層。支架的適應(yīng)高度為1.53.5米煤質(zhì)條件老頂II級(jí)、直接頂II級(jí)，底板平整，無(wú)影響支架通過(guò)的斷層，根據(jù)表2.1初步選定為掩護(hù)式兩柱液壓支架。老頂級(jí)別直接頂類別12312312344支架類型掩護(hù)式掩護(hù)式支撐式掩護(hù)式掩護(hù)或支撐掩護(hù)式支撐式支撐掩護(hù)式支撐掩護(hù)式掩護(hù)或支撐掩護(hù)式掩護(hù)或支撐掩護(hù)式支撐式采高小于2.5m時(shí)支撐掩護(hù)式采高大于2.5m時(shí)支架支護(hù)強(qiáng)度MPa采高m10.2941.30.2941.60.29420.249應(yīng)結(jié)合深孔爆破，軟化頂板等措施處理采空區(qū)20.343（0.245）1.30.343（0.245）1.60.34320.34330.441（0.343）1.30.441（0.343）1.60.44120.44140.539（0.441）1.30.539（0.441）1.60.53920.539表2.1支架架型的選擇 注：括號(hào)內(nèi)的數(shù)字是掩護(hù)式支架的支護(hù)強(qiáng)度。表中所列支護(hù)強(qiáng)度在選用時(shí)，可根據(jù)本礦情況允許有%的波動(dòng)范圍。表中1.3、1.6、2分別為、級(jí)老頂?shù)姆旨?jí)增壓系數(shù)；級(jí)老頂給出最低值2，選用時(shí)可根據(jù)本礦實(shí)際確定適宜值。3.2 液壓支架參數(shù)的確定3.2.1支架高度的確定 支架高度的確定原則，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： （式3.1） （式3.2）hm煤層最大采高h(yuǎn)n煤層最小采高偽頂冒落的最大厚度，一般取0.20.3m頂板最大下沉量，一般取100200mm移架時(shí)支架的最小可縮量，一般取50mma矸、浮煤厚度，一般取50mm本設(shè)計(jì)采高1.83.2m,取支架高度為1.53.5m3.2.2支架伸縮比支架的伸縮比指最大與最小支架高度之比值為： （式3.3）代入數(shù)據(jù)得m=2.33。3.2.3支架間距 所謂支架間距，就是相鄰兩支架中心線間的距離。按下式計(jì)算： （式3.4）式中： 支架間距（支架中心距）；每架支架頂梁總長(zhǎng)度；相鄰支架（或框架）頂梁之間的間隙；n每架所包含的組架的組數(shù)或框架數(shù)，整體自移式支架。支架間距要根據(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)輸送機(jī)溜槽每節(jié)長(zhǎng)度及幫槽上千斤頂連結(jié)塊的位置來(lái)確定，我國(guó)刮板輸送機(jī)溜槽每節(jié)長(zhǎng)度為1.5m,千斤頂連結(jié)塊位置在溜槽中長(zhǎng)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。本次設(shè)計(jì)取支架的中心距為1.5m。3.2.4底座長(zhǎng)度與寬度確定底座是將板壓力傳遞到底板和穩(wěn)固支架的部件。在設(shè)計(jì)支架的底座長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)考慮如下諸方面：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，液壓控制控制裝置、推移裝置和其他輔助裝置；使于人員操作相行走，保證支架的穩(wěn)定性等。通常，掩護(hù)式支架的底座長(zhǎng)度職3.5倍的移架步距(一個(gè)移架步距為0.6m)，即2.1m左右；支撐掩護(hù)式支架的底座長(zhǎng)度取4倍移架步距，即2.4m左右。本次設(shè)計(jì)取底座長(zhǎng)2.18m。支架底座寬度一般為1.11.2m。為提高橫向穩(wěn)定性和減小對(duì)底板比壓，厚煤層支架可加大到1.3m左右，放頂煤支架為1.31.4m。底座中間安裝推移裝置的槽子寬度與推移裝置的結(jié)構(gòu)和千斤頂缸徑有關(guān)，一般為300380mm。寬度取1350mm。3.2.5初撐力初撐力的大小是相對(duì)與支架的工作阻力而言，并與頂板的性質(zhì)有關(guān)。較大的初撐力可以使支架較快地達(dá)到工作阻力，防止頂板過(guò)早的離層，增加頂板的穩(wěn)定性。對(duì)于不穩(wěn)定和中等穩(wěn)定頂板，為了維護(hù)機(jī)道上方的頂板，應(yīng)取較高的初撐力，約為工作阻力的80%；對(duì)于穩(wěn)定頂板，初撐力不宜過(guò)大，一般不低于工作阻力的60%，對(duì)于周期來(lái)壓強(qiáng)烈的頂板，為了避免大面積的垮落對(duì)工作面的動(dòng)載威脅，應(yīng)取較高的初撐力，約為工作阻力的75%。3.2.6 移架力與推溜力移架力與支架結(jié)構(gòu)、噸位、支撐高度、頂板狀況是否帶壓移架等因素有關(guān)。一般薄煤層支架的移架力為;中等厚度煤層支架為;厚煤層為。推溜力一般為.3.3四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)3.3.1四連桿機(jī)構(gòu)的作用與缺點(diǎn)1梁端護(hù)頂 鑒于四連桿機(jī)構(gòu)可使托梁鉸接點(diǎn)呈雙紐線運(yùn)動(dòng)，故可選定雙紐線的近似直線部分作為托梁鉸接點(diǎn)適應(yīng)采高的變化范圍。這樣可使托梁鉸接點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)與煤壁接近于保持等距，當(dāng)梁端距處于允許值范圍之內(nèi)時(shí)，借此可以保證梁端頂板維護(hù)良好。2擋矸 鑒于組成四連桿機(jī)構(gòu)的掩護(hù)梁既是連接件，又是承載件，為了承受采空區(qū)內(nèi)破碎巖石所賦予的載荷，掩護(hù)梁一般做成整體箱形結(jié)構(gòu)，具有一定強(qiáng)度。由于它處在隔離采空區(qū)的位置，故可以起到良好的擋矸作用。3抵抗水平力 觀測(cè)表明：綜采面給予支架的外載，不但有垂直于煤層頂板的分力，而且還有沿巖層層面指向采空區(qū)方向（或指向煤壁方向）的分力，這個(gè)水平推力由液壓支架的四連桿機(jī)構(gòu)承受，從而避免了立柱因承受水平分力而造成立柱彎曲變形。4提高支架穩(wěn)定性 鑒于四連桿機(jī)構(gòu)將液壓支架連成一個(gè)重量較大的整體，在支架承載階段，其穩(wěn)定程度較高。四連桿機(jī)構(gòu)在具有以上諸作用的同時(shí)，也有一些缺點(diǎn)。首先，支架在工作過(guò)程當(dāng)中，四連桿機(jī)構(gòu)必須承受很大的內(nèi)力，從而導(dǎo)致支架結(jié)構(gòu)尺寸的加大和重量的增加；其次，由于四連桿機(jī)構(gòu)對(duì)頂板產(chǎn)生一個(gè)水平力（又稱水平支撐力），因此對(duì)支架的工作性能將產(chǎn)生不良影響。3.3.2 四連桿幾何特征（1）支架在最高位置時(shí)，=5262，即：0.911.08弧度；=7585即1.311.48弧度；支架在最低位置時(shí)，保證。（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。（4）點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡呈近似雙紐線，支架由高到低雙紐線運(yùn)動(dòng)軌跡的最大寬度mm以下。（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(duì)支撐掩護(hù)式支架最好應(yīng)小于0.16。3.3.3.四連桿機(jī)構(gòu)各部尺寸的確定四連桿機(jī)構(gòu)各部參數(shù)如圖3.1所示，圖中的為支架在最高位置時(shí)的計(jì)算高度。令：=; =; bc=; =; =; =; =; =;=; ;=圖3.1四連桿機(jī)構(gòu)參數(shù)圖1、四連桿的作用四連桿機(jī)構(gòu)是現(xiàn)代液壓支架主要的穩(wěn)定機(jī)構(gòu)，其主要作用是保證支架縱向和橫向的穩(wěn)定性；承受和傳遞載荷以及保持液壓支架的整體剛度等。對(duì)于四連桿的選擇形式，大多數(shù)都是采用前整體后單的形式，這樣可以增加尾部的空間。具有四連桿機(jī)構(gòu)的液壓支架從問(wèn)世以來(lái)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)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?，F(xiàn)代掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架都用前后連桿把掩護(hù)梁和底座連結(jié)在一起，這樣組成的雙搖桿四連桿機(jī)構(gòu)可使支架升降時(shí)保持比較穩(wěn)定的梁端距，即要求掩護(hù)梁和頂梁的鉸接點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡近似為一條直線，故稱底座、前連桿、后連桿和掩護(hù)梁組成的機(jī)構(gòu)為近似直線機(jī)構(gòu)，從而得到一個(gè)近似相等的端面距，以提高管理頂板性能，使支架能承受較大的水平力。液壓支架升降時(shí)，頂梁的運(yùn)動(dòng)軌跡是由四連桿機(jī)構(gòu)決定的，既有頂梁與掩護(hù)梁的鉸點(diǎn)E的軌跡所決定，其軌跡如圖3.2所示：圖3.2升降柱運(yùn)動(dòng)軌跡2、支架四連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)軌跡支架在最大高度和最小高度范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，E點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡呈3種形式：雙向擺動(dòng)(ABCD段)、單向向后擺動(dòng)(BC段)和單向向前擺動(dòng)(AB段和CD段)。選擇不同的四連桿參數(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(shì)。當(dāng)E點(diǎn)軌跡處于AB段時(shí)，頂梁相對(duì)于頂板有向煤壁移動(dòng)的趨勢(shì)，頂板對(duì)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(duì)于頂板有向采空區(qū)移動(dòng)的趨勢(shì)，此時(shí)頂板對(duì)頂梁的摩擦力指向煤壁。當(dāng)頂板運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)超過(guò)支架運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，頂梁與頂板間的摩擦力方向?qū)⑷Q于頂板的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。從頂板管理方面分析，頂梁向煤壁方向移動(dòng)比頂梁向采空區(qū)方向移動(dòng)有利。前者對(duì)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(duì)于調(diào)高范圍大的支架，要達(dá)到要求是困難的。然而，由于四連桿銷孔間隙的作用，使E點(diǎn)實(shí)際運(yùn)動(dòng)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(dòng)幅度 3080mm。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。液壓支架實(shí)際受力狀態(tài)十分復(fù)雜，經(jīng)常受到非對(duì)稱載荷和橫向載荷的作用，保持支架橫向穩(wěn)定性和整體剛性十分重要。如圖示支架立柱為二力構(gòu)件，不具有承受較大橫向載荷的能力。支架的橫向載荷只能靠四連桿機(jī)構(gòu)承受。3、四桿機(jī)構(gòu)之間的關(guān)系掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架的四連桿機(jī)構(gòu)都是雙搖桿機(jī)構(gòu)。雙搖桿機(jī)構(gòu)形成的條件是：最短桿C和最長(zhǎng)桿之和小于其余兩桿長(zhǎng)度之和，而最短桿為上連桿（掩護(hù)梁），最短桿的對(duì)邊a為固定桿（底座），即： Cb。在J點(diǎn)作角，再取JC一定長(zhǎng)度與HC交于C點(diǎn)，C點(diǎn)作為后連桿和掩護(hù)梁的鉸接軸。 4)以J為圓心，JC為半徑畫一圓弧。以I為圓心，以HC的長(zhǎng)度為半徑畫圓弧與ab弧交于E點(diǎn)。C點(diǎn)和E點(diǎn)就是后連桿在支架為最小高度和最大高度時(shí)的極限位置。 5)在CH上取一長(zhǎng)度CD，必須使CDDC,這樣CD就是最短桿。而且要使CDDGCJJG. 于是G點(diǎn)成為前連桿和底座的鉸接軸。 7) IH之間的軌跡的校核。在CE弧內(nèi)平均取幾點(diǎn)，例如1、2、3點(diǎn)，依次的以1、2、3為圓心，以CD為半徑畫弧，與以G點(diǎn)為圓心GD為半徑的FD弧交于點(diǎn)，連接、，并都給予延長(zhǎng)得、點(diǎn)，使1=2=3CH。這樣，I、所形成的曲線要接近直線。如果差別太大，要改變四連桿的尺寸或角度，以上述的過(guò)程畫出IH間的軌跡，使近似于直線。 除要求水平偏移量不超過(guò)規(guī)定值外，對(duì)角的變化要求均勻。特別要注意在最大高度時(shí)，不要發(fā)生突變。角是連桿瞬時(shí)中心與掩護(hù)梁鉸接軸的連線和頂梁延長(zhǎng)線之間的夾角。 注意，CDH上的D點(diǎn)，可以不在CH連線上。確定掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)至頂梁頂面之距和后連桿下鉸點(diǎn)至底座底面之距按同類型支架用類比法來(lái)確定得：掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)至頂梁頂面之距為160mm；后連桿下鉸點(diǎn)至底座底面之距為400mm。 H1=3.5-0.56=2.94(m)H2=1.5-0.56=0.94(m)所的結(jié)果取整后得：U= 0.36 Q1= 78度 Q2= 18 度 P1=53度 P2=25度A= 1131 B=500 C=1585 D=400 E= 970 G=2300 S=611 L=16613.4頂梁長(zhǎng)度與寬度確定根據(jù)支架工作方式和設(shè)備配套尺寸來(lái)確定頂梁長(zhǎng)度。3.4.1支架工作方式對(duì)頂梁長(zhǎng)度的影響支架工作方式對(duì)支架頂梁長(zhǎng)度有很大影響。先移架后推溜方式（及時(shí)支護(hù)）要求頂梁有較大長(zhǎng)度；先推溜后移架方式（滯后支護(hù)）要求頂梁長(zhǎng)度較小。這是因?yàn)椴捎孟纫萍芎笸屏锏墓ぷ鞣绞綍r(shí)，支架要超前輸送機(jī)一個(gè)步距，以便采煤機(jī)過(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600 mm 。本次設(shè)計(jì)采用及時(shí)支護(hù)方式。3.4.2頂梁長(zhǎng)度與寬度計(jì)算 頂梁長(zhǎng)度=配套尺寸+底座長(zhǎng)度+Acos()-Gcos()+300+e+掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn)至頂梁后端點(diǎn)之距 （式3.5）式中：底座長(zhǎng)度底座前端至后連桿下鉸點(diǎn)之距；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。采煤機(jī)：MXA-300/3.5，刮板輸送機(jī)：SGZ-730/320。查綜采設(shè)備手冊(cè)得三機(jī)配套尺寸為：配套尺寸=671+1553=2224mm 代入相關(guān)數(shù)據(jù)得： 頂梁長(zhǎng)度=2224+2180+1131cos(78)-2300cos( 53)300+65+100=2990mm頂梁的寬度:頂梁不僅必須滿足支架的工作阻力的要求，還要使頂梁覆蓋住頂板，以減少矸石的冒落。頂梁的覆蓋率為頂梁面積與控制頂板面積比值的百分?jǐn)?shù)，即 （式3.6） 式中 B頂梁寬度；l頂梁長(zhǎng)度；j架間距；c頂梁前端到煤壁的距離；中等穩(wěn)定頂板 ；一般j取100200mm。如果給定和j值，可以求出B值，即 （式3.7）取， =79% 、 j=200mm。頂梁寬度的決定，除用上式計(jì)算外，還要考慮到整體支架與一節(jié)溜槽長(zhǎng)度相匹配的問(wèn)題。故頂梁寬取1.4m。3.5支架技術(shù)參數(shù)和立柱的設(shè)計(jì)立柱是液壓支架的主要承載與高度調(diào)節(jié)件。它除了要具有較高的承載能力外，還應(yīng)有較大的伸縮行程，以滿足支架工作高度的要求。在厚煤層開(kāi)采中，為了增大支架對(duì)煤層厚度變化的適應(yīng)性，常需使支架的伸縮比較大。此時(shí)，單伸縮立柱就難以滿足要求。雖然采用在支架上裝設(shè)機(jī)械加長(zhǎng)桿的方法，在一定程度上可以擴(kuò)大其調(diào)高范圍。但機(jī)械加長(zhǎng)桿在安裝后就成為固定活塞桿，需要調(diào)節(jié)時(shí)裝拆比較困難。目前，在國(guó)內(nèi)外一些大高度的新型支架上日益采用伸縮式立柱。本設(shè)計(jì)采用單伸縮加長(zhǎng)桿立柱結(jié)構(gòu)。3.5.1立柱布置1）立柱數(shù)：本課題設(shè)計(jì)3200/15/35取支架為2柱。2）支撐方式：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（支架在最低工作位置時(shí)），由于角度較大，可使調(diào)高范圍增加。同時(shí)又因頂梁較短，立柱傾角較大可以使頂梁上柱窩位置前移，使頂梁前端支護(hù)能力增大。 3）支柱間距：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。3.5.2立柱柱窩位置的確定液壓支架立柱上柱窩位置的確定原則，從理論上分析，要使頂梁支撐力分布與頂板載荷分布一致。但頂板載荷復(fù)雜，分布規(guī)律因支架頂梁與頂板的接觸情況而異。為簡(jiǎn)化計(jì)算，假定頂梁與頂板均勻接觸，載荷沿頂梁長(zhǎng)度方向按線性規(guī)律變化，沿支架寬度方向均布。把支架的空間桿系結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化成平面桿系結(jié)構(gòu)。同時(shí)為偏于安全，可以認(rèn)為頂梁前端載荷為零，載荷沿頂梁長(zhǎng)度方向向后越來(lái)越大呈三角形分布，并按集中載荷計(jì)算。所以，支架支撐力分布也為三角形，以此計(jì)算立柱上柱窩位置。此時(shí)認(rèn)為支架頂梁承受集中載荷在頂梁1/3處，取頂梁為分離體，受力情況如圖4.4所示。對(duì)A取距，可算得x 圖4.5 頂梁受力分析 （式3.8）式中：x立柱上柱窩至頂梁和掩護(hù)梁鉸點(diǎn)之距；支架支護(hù)阻力； q支架最大支護(hù)強(qiáng)度； 支護(hù)面積；Lg頂梁長(zhǎng)度； 支護(hù)工作阻力之和；頂梁和掩護(hù)梁鉸點(diǎn)至頂梁頂面之距；立柱上柱窩中心至頂梁頂面之距；立柱在最高位置時(shí)的傾角。由下面的計(jì)算可知道q509.6kN/ =2497kN Lg=2.91m =1246.6KN =1661.9kN =0.26m =0.16m =15度代入得x=800mm 由立柱傾角可得下柱窩位置。3.5.3 支護(hù)面積支架的支護(hù)面積按下式計(jì)算：mm （式3.9）式中 支護(hù)面積，mm； 移架后頂梁前端點(diǎn)到煤壁的距離()，一般=0.3+將各數(shù)值代入公式(4.1)得支架的支護(hù)面積為：4.91m23.5.4 支護(hù)強(qiáng)度支護(hù)強(qiáng)度的計(jì)算可借助表2.1，首先按表2.1根據(jù)老頂級(jí)別和直接頂類別確定支架架型，再根據(jù)老頂級(jí)別和采高確定支護(hù)強(qiáng)度。由于實(shí)際最大采高不一定正好和表2.1所列采高相同，所以要用插值法重新計(jì)算。 kN/ （式3.10）式中：當(dāng)支架最大采高為時(shí)，支架應(yīng)有的支護(hù)強(qiáng)度，kN/；在架型選樣表2.1中與低于但與之相鄰的采高相對(duì)應(yīng)的支護(hù)強(qiáng)度；kN/； 在架型選擇表2.1中與高于但與之相鄰的采高相對(duì)應(yīng)的支護(hù)強(qiáng)度，kN/；所對(duì)應(yīng)的采高，m； 所對(duì)應(yīng)的采高，m。根據(jù)表2.1將各數(shù)值代入公式得支護(hù)強(qiáng)度為：kN/支架理論支護(hù)阻力為：= （式3.11）代入數(shù)值得=2497kN3.5.5 確定立柱的技術(shù)參數(shù)立柱缸徑按下式進(jìn)行計(jì)算： mm （式3.12）式中 立柱缸體內(nèi)徑，cm；支架承受的理論支護(hù)阻力，kN； kN每架支架立柱數(shù)；安全閥調(diào)整壓力，MPa，按產(chǎn)品樣本選取(或參考同類支架選取)。其中，YB型=40 MPa；Y型=3060 MPa；立柱最大傾角(度)，(支架降到最低工作位置時(shí)，角最大)。 將各數(shù)值代入公式3.9得立柱缸徑為：cm 按北京煤礦機(jī)械廠標(biāo)準(zhǔn)（Q/BM32782）表4.1選取比計(jì)算值大的標(biāo)準(zhǔn)值作為內(nèi)徑，再選取配合尺寸。表3.1 內(nèi)徑標(biāo)準(zhǔn) 單位：mm506380100110125140(145)160180200210220230250查表3.1，選=230mm，查表，選取配合尺寸為：外缸內(nèi)徑230mm，活柱外徑210mm，工作阻力1800kN，額定工作壓43.3 MPa，泵站壓力31.4Mpa。取泵站額定工作壓力( MPa)減去從泵站到支架沿程壓力損失后的值為30 MPa，代入公式得立柱初撐力為：kN3.5.6 安全閥壓力與立柱工作阻力的確定1、立柱的工作阻力安全閥的調(diào)整壓力，按選定后的立柱缸體內(nèi)徑和支架承受的理論支護(hù)阻力來(lái)確定。即 MPa （式3.13）式中的按下式計(jì)算： kN （式3.14）式中 支架在最高位置時(shí)立柱傾角，度； 將數(shù)據(jù)代入公式得為：kN 由公式得安全閥的調(diào)整壓力為： MPaPa求出后，在選定一種動(dòng)作壓力與Pa相近的標(biāo)準(zhǔn)安全閥。此安全閥的動(dòng)作壓力即為支架安全閥的調(diào)整壓力。取Pa=40MPa。立柱工作阻力按下式進(jìn)行計(jì)算： kN （式3.15） 將各數(shù)值代入公式得立柱工作阻力為：kN表3.2支架工作阻力數(shù)值圓整標(biāo)準(zhǔn)（MT169-87）（kN）12001600200024002800320036004000440048005200560064007200800090001000012000圓整取支架工作阻力為3200kN，則P2=1600kN。2、最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定當(dāng)活柱全部伸出時(shí)，從活塞導(dǎo)向環(huán)中點(diǎn)倒導(dǎo)向套中點(diǎn)的距離稱為最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的H，如圖4.3所示。如果導(dǎo)向長(zhǎng)度過(guò)小，將使立柱的初折曲增大，影響立柱的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。因此在設(shè)計(jì)時(shí)，必須保證有一定的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。一般要求滿足下式。式中L立柱最大工作行程，L=1000mm缸筒內(nèi)徑，mm一般導(dǎo)向長(zhǎng)度A，當(dāng)缸內(nèi)徑，取活柱外徑的0.61.0倍。活塞寬度B則取缸內(nèi)徑的0.61.0倍。C取缸內(nèi)徑的0.61.0倍。為了保證導(dǎo)向長(zhǎng)度，過(guò)分增大導(dǎo)向套長(zhǎng)度和活塞寬度都是不適宜的，最好在活塞上補(bǔ)裝一個(gè)距離套，距離套的寬度有所需要的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度決定。圖4.3立柱導(dǎo)向長(zhǎng)度關(guān)系圖1缸筒；2活塞；3導(dǎo)向環(huán)；4距離套；5導(dǎo)向套；6缸蓋；7活柱3、缸底厚度計(jì)算掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架立柱的缸底，一般在缸內(nèi)做成平地，在缸外做成球面形，如圖4-35所示。在直徑（mm）處的底后可用下列公式計(jì)算：式中p缸內(nèi)所能形成的最大壓力，P=43.3MPa；缸底材料的許用應(yīng)力，鑄鋼=100MPa。圖4.4立柱缸底示意圖4、缸體長(zhǎng)度的確定液壓缸缸體內(nèi)部長(zhǎng)度應(yīng)等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體的外形長(zhǎng)度還要考慮到兩端端蓋的厚度。一般液壓缸的缸體長(zhǎng)度不應(yīng)大于內(nèi)徑的2030倍。3.5.7支護(hù)效率整臺(tái)支架的工作阻力是由立柱工作阻力產(chǎn)生的。對(duì)于掩護(hù)式支架而言，用支護(hù)效率來(lái)評(píng)價(jià)立柱工作阻力轉(zhuǎn)為支架工作阻力的有效程度，效率按下式計(jì)算： （3.16）值與支架的架型、結(jié)構(gòu)尺寸和支架高度有關(guān)，值過(guò)大或過(guò)小都不好。 由于支架的工作阻力由立柱工作阻力之和的垂直分力及掩護(hù)梁和前、后連桿來(lái)承擔(dān)，而立柱的工作阻力之和不變，當(dāng)值過(guò)大，說(shuō)明掩護(hù)梁和前、后連桿受載增加，對(duì)掩護(hù)梁和前、后連桿不利；當(dāng)值過(guò)小，說(shuō)明立柱的工作阻力不能充分發(fā)揮。一般要求在支架工作段內(nèi)，掩護(hù)式支架由于立柱傾角較大，值應(yīng)大于90%以上。故滿足要求。3.5.8 底座接觸比壓頂板對(duì)支架的巨大載荷有整臺(tái)支架傳到底板，在支架底座與底板接觸處將具有一定的比壓。由于底板巖性不同，含水量不同等因素，使底板具有不同的抗壓強(qiáng)度。則在設(shè)計(jì)支架時(shí)，應(yīng)驗(yàn)算底板的比壓。 （式3.17） 則平均接觸比壓為： （式3.18）式中 平均接觸比壓；支架工作阻力；B底座與底板的接觸寬度；L底座與底板的接觸長(zhǎng)度。結(jié)論：該底座比壓在允許范圍內(nèi)。3.6 千斤頂技術(shù)參數(shù)的確定3.6.1 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(yīng)頂板載荷分布。當(dāng)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(lái)確定平衡千斤頂?shù)奈恢茫F(xiàn)按兩種情況進(jìn)行分析。 當(dāng)頂梁前端出現(xiàn)空頂時(shí)，頂梁后端載荷加大，頂板載荷合力作用點(diǎn)位置后移，此時(shí)平衡千斤頂受拉，為使支架支撐力分布適應(yīng)頂板載荷分布，假設(shè)合力作用點(diǎn)位置在頂梁后端0.27倍頂梁長(zhǎng)度出來(lái)進(jìn)行計(jì)算。 當(dāng)頂梁后端出現(xiàn)空頂時(shí)，頂梁前端載荷加大，頂板載荷合力作用點(diǎn)位置后移，此時(shí)平衡千斤頂受推，為使支架支撐力分布適應(yīng)頂板載荷分布，假設(shè)合力作用點(diǎn)位