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ZY型掩护式液压支架设计（全套图纸）（可编辑）
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液压支架系统与立柱设计_毕业论文设计.doc56页
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液压支架系统与立柱设计
　　　　　　　　　　　　　　　　1 绪论
1.1 液压支架的用途
　　　在采煤工作面的煤炭生产过程中，为了防止顶板冒落，维持一定的工作空间，保证工人安全和各项作业正常进行，必须对顶板进行支护。而液压支架是一高压液体作为动力，由液压元件与金属构件组成的支护和控制顶板的设备，它能实现支撑、切顶、移架和推移输送机等一整套工序。实践表明液压支架具有支护性能好、强度高、移架速度快、安全可靠等优点。液压支架与可弯曲输送机和采煤机组成综合机械化采煤设备，它的应用对增加采煤工作面产量、提高劳动生产率、降低成本、减轻工人的体力劳动和保证安全生产是不可缺少的有效措施。因此，液压支架是技术上先进、经济上合理、安全上可靠，是实现采煤综合机械化和自动化不可缺少的主要设备。
1.2液压支架的工作原理
　　　液压支架在工作过程中，必须具备升、降、推、移四个基本动作，这些动作是利用泵站供给的高压乳化液通过工作性质不同的几个液压缸来完成的。如图1.1所示
　　　1．升柱
　　　当需要支架上升支护顶板时，高压乳化液进入立柱的活塞腔，另一腔回来，推动活塞上升，使与活塞杆连接的顶梁紧紧接触顶板。
　　　2．降柱
　　　当需要降柱时，高压液进入立柱的活塞杆腔，另一腔回液，迫使活塞杆下降，于是顶梁脱离顶板。
　　　3．支架和输送机前移
　　支架和输送机的前移，都是由于底座上的推移千斤顶来完成的。当需要支架前移时，先降柱卸载，然后高压液进入推移千斤顶的活塞杆腔，另一腔回液，以输送机为支点，缸体前移，把整个支架拉向煤壁；当需要输送机时，支架支撑顶板后，高压液体进入推移千斤
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河南理工大学学士学位论文1一绪论究背景及意义综合机械化采煤是煤矿技术进步的标志，是煤矿增加产量、提高劳动效率、增加经济效益的重要手段。因此，世界上主要产煤国家综合机械化采煤技术和装备发展很快，建设安全高效矿井已是目前的世界煤炭发展的方向。采煤方法及工艺是煤矿生产及采矿学科发展的主题和中心，同时也是安全高产高效矿井的核心。运用现代高新技术改造传统生产技术，提高工作面单产，实现矿井的高度集中化生产，将带动煤矿各个环节的变革，实现煤矿的高安全、高产、高效和高可靠性。我国从1992年开展高产高效矿井以来，高产高效矿井逐年增加，工作面装备日益更新。随着我国煤矿机械制造技术和测试手段的提高，同时对国外先进设备的引进、消化、吸收，国产电牵引大功率采煤机、大运量重型刮板输送机、软起动带式输送机及液压支架等成套设备相继研制成功。这标志着我国综采成套设备技术水平已经能满足我国建设安全高产高效矿井发展的需要。安全高产高效现代化的采煤工作面的落煤、装煤、运煤、支护等生产过程是一个系统工程，整个系统的先进和可靠，不仅取决于单机设备的先进性和可靠性，设备的合理选型和配套也是至关重要的。设备、选型、配套三者缺一不可，相辅相成，否则，不能实现综采工作面安全高产高效现代化的成果。因此，研制适用于安全高产高效现代化矿井的综采设备，并按照国家建设安全高产高效现代化矿井的条件和要求，合理进行设备配套选型是实现安全高产高效现代化矿井的关键。随着综合机械化采煤的发展，我国已经取得了丰富的经验和教训。要实现安全高产高效，矿井必须配备成套设备，特别是工作面的三机采煤机、刮板输送机和液压支架必须合理配套。然而在工作面三机配套与选型中，液压支架是核心。实践证明，回采工作面适用液压支架后控顶能力大大加强，但若选型不当，管理措施不完善，则顶板控制问题仍会影响工作面产量和企业效益。然而综采工作面的顶板控制问题突出的表现在支架于围岩的适应性上，当适应性好时，顶板事故率低，工作面安全、高产、高效。并且液压支架的架型与技术参数是其主要表现方面。河南理工大学学士学位论文2近年来，随着数学和力学的发展，对采场围岩控制研究也取得了新发展，在综放采场直接顶跨落高度、基本顶结构形式及稳定性研究的基础上，研究了综放采场矿山压力显现规律及其控制特点，顶煤变形规律、顶煤冒放性、架型选择及其支架参数确定等在大采高综采支架及围岩控制方面，高架倾倒的力学模型，高架倾倒、高架顶梁仰俯的控制及支架围岩系统控制的智能软件，工作面快速推进下矿压规律及显现特征等研究，均有力的促进了生产的发展。研究发现，综采设备的每一种设备都有严格限定的适用条件。比如煤层厚度、倾角、局部构造情况（包括断层、煤层厚度变化和含矸情况）、顶底板岩性等，对采煤机和液压支架选型都有决定性的影响，选型不当会导致设备不配套，生产效率低，经济效益差。正确的选型配套是安全、高产、高效、经济的前提和保证。因此综采工作面三机配套的合适与否直接影响整个矿井的生产和效益的好坏。实践证明，工作面顶板事故中，80左右的都是由于架型的选择不当和支架工作阻力的不足所引起的，所以液压支架的选择合适与否直接影响整个三机配套的选型的合适与否。通过研究三机配套选型的研究，可以很好的减少顶板事故的发生率，提高三机的使用寿命和效率，同时也可以更好为矿井生产提供更合理的支持，为矿井产生更好的经济效益。在综合机械化采煤过程中，液压支架担当着极其重要的角色，其主要功能不仅用于支撑管理顶板，隔离采空区，维护采煤作业空间，并能自行前移，推进采煤工作面输送机和采煤机。因此，液压支架的性能和可靠性是决定综采成败的关键因素之一。另外，合理的选用采煤设备并结合先进的采煤工艺，可解决采煤工作面的采煤支护运输等生产环节之间的矛盾，可有效地提高工效增加成本减少损耗保护生产人员和设备的安全，以及减轻笨重的体力劳动，可为煤矿获得很高的经济效益。内外研究状况外概况河南理工大学学士学位论文380年代以来，世界上主要采煤国家高产高效综采技术迅速发展，特别是在美国，大利亚，德国，英国和南非发展最快。综采工作面高产高效纪录不断刷新，综采装新技术层出不穷，尤其以德国和英国最为突出。现代科学技术的发展使得井下开采机械化和自动化水平不断提高，采用大功率、高可靠性、重型设备己经成为世界采方式的发展趋势，其中尤以美国、德国的高度集中化综采高产高效工作面为代表。着采掘技术的不断进步，大大提高了综采高产高效工作面的适应性。采煤机近年来，采煤机的截割速度一直在增加。目前采煤机的截割速度一般在每。一些新研究开发出来的采煤机的截割速度达到了每秒用计算机人工智能控制的采煤机以及具备超前防护功能液压支架的应用，使长工作面的生产能力和效率持续得到改善。内置式多功能徽处理机和控制系统的使用，是近几年在采煤机控制技术方面取得重大进步。微处理机的应用功能的增加使采煤机生产能力和性能大为改进。另外，工智能装置的采用，使采煤机增加了动态控制与故障处理能力。安装在采煤机上的算机人工智能系统，可根据煤层地质条件的实际变化情况，自动地改变采煤机的运状态参数。采煤机截割速度、截割滚筒和挡煤板的位置等可通过程序来进行控制。而今，在采煤机的控制技术方面，普遍要求实现红外线监控，并具有图像/数字输系统。目前市场的发展趋势正在朝着图像/数字传输系统方向发展，以实现在地自动控制工作面采煤机作业。工作面液压支架一些高产高效工作面液压支架设计使用寿命要大于5万个循。在设计和制造支架时，应用有限元分析法、动态与静态加载测试等研究分析手段验证其可靠性和稳定性。支架形式普遍采用二柱式，立柱的直径也增加到400毫米以上，大型支架立柱的直径在掩护支点至立柱柱窝间的中心距达到时，必须具有足够的支护强度。为满足采煤机截割深度大于1000毫米的要求，不仅需要增加支架顶梁的长度，也要求增加支架的支护强度，于是就有必要增加支架立柱的直径，以满足增加支撑力的要求。河南理工大学学士学位论文4工作面输送机长壁工作面输送机不仅是运输煤炭的设备，也是采煤机运行的轨道。随着长壁采煤工作面长度的增加和煤炭产量的不断增长，工作面输送机的直径也不断增大。现阶段，高产长壁工作面输送机溜槽宽度通常为1342毫米，采用直径为423毫米双边链，总装机功率2220千瓦。这种输送机用于长度为300米的工作面，小时运输量可达到5000吨。为保证高产长壁工作面输送机达到这一运输能力，就必须满足输送机全载启动运行时有较高的启动电压和启动功率。高产高效矿井的重要标志反映为工作面产鱼、全员工效。由于地质条件和采煤方法不同，各主要采煤国家如美国、澳大利亚、德国、英国等国工作面产里不尽相同。然而，各国日产超过万t的工作面数里逐年增多，而且产盆纪录不断刷新。美国长壁综采工作面的产里一直处于世界领先地位。1994年，在美国现有的长壁综采工作面中，有15的工作面平均班产超过6000吨，相当于年产400多万t水平，月产最高达到万大利亚近十多年来综采技术发展很快，长壁工作面数I成倍增长，相当部分工作面产童达到了300400万t。英国和德国是世界上综采技术装备最先进的国家，由于受其煤层赋存条件的限制，其高产高效工作面纪录不如美国和澳大利亚，但日产万t以上的工作面也相当多，19年德国煤层工作面也曾实现日产t。近几年来，随着煤矿开采技术和设备的发展，各主要产煤发达国家工作面产鱼纪录不断刷新，煤矿生产高产高效的优势得到充分体现。有资料表明，美国、德国、澳大利亚等发达国家采用长壁综合机械化开采工艺，大功率、重型化采矿设备，工作面单产水平获得大幅度提高，平均月产已达到50万t。美国塞普路斯二十英里矿1998年全矿井一个综采面煤层厚度藏深度335m，工作面尺寸259X5488m.生产煤炭990万t.,月产商品煤102万t，日产达到了43115t的水平。主要设备强力电牵引采煤机截割电机2X600频牵引电机2X功率1426交叉侧卸重型刮板输送机运输能力45h,装机功率3X750底溜槽52/46X146凑型圆环链，启动装置，中部槽过煤量预计15压支河南理工大学学士学位论文5架司二柱掩护式支架，外线引动电液控制系统。工作面设备总功率达6400计生产能力达年，在德国费力特里西。海因里希矿区的杰兰德煤矿，工作面面长430m,煤层厚度2.8m，用柯夫采煤机、两柱掩护式支架，日产商品煤达20262t.内概况我国从1993年至今，己累计建成高产高效矿井超过120处〔2000年底统计，原煤产量从16806万t提高到24246万t，在矿员1由318875人减到149246人，减少到，原煤全员工效从2.509t/工提高到7.736t/工，经济效益增长显著。目前，国内中厚煤层一次采全高工作面采用国产设备已实现年产300万t以上;充州矿区高产高效综采放顶煤工作面成套设备及工艺的研制成功，使我国放顶煤开采技术的发展跨上了一个新台阶，充州矿区放顶煤工作面年产已达600多万次采全高工作面要实现年产300万t以上目标，国内仍以进口设备为主。神华集团榆家梁矿2002年引进德国艾柯夫公司生产的采煤机，当年5月投入使用不久，平均日产就达到t,7月最高日产达t,最高月产近40万t。山西晋城无烟煤矿业集团寺河矿2002年引进采煤机，当年8月投入使用，最高日产达t。术特点及最新发展1技术特点高产高效矿井的核心就是工作面设备可靠性高、备用安全系数大，生产能力大。生产特征表现为生产高度集中化，形成一个矿井、一个采区、一个两个采面的生产模式。河南理工大学学士学位论文6矿井生产系统极大简化，矿井的开拓、掘进、运输、通风、排水、供电变得更加简单，提高了生产的安全性，减少了大量巷道的掘进和维护，大幅度降低了生产成本。同时，矿井生产管理也更加科学化合理化。矿井辅助配套装备技术得到发展和提高，如工作面顺槽巷道实现快速掘进和支护;矿井原煤运输实现长距离皮带化;材料、设备、人员运输通过柴油机胶轮车、齿轨或卡轨车可从地面或井底直接到达工作面现场;工作面设备实现快谏搬迁。2最断发展①为了适应生产能力和快速推进及减少搬家倒面的需要，工作面尺寸不断加大，工作面最大长度达400m以上，走向最大长度达4500m.②套设备趋于大功率、高可靠性的方向发展，并广泛应用新技术。主要表现有以下几个方面a采煤机的模块化设计技术使机器的维护和监测更加简便，可靠性更高。①交流变频调速或直流调速电牵引，牵引速度不断提高，最大牵引速度已达到35m/大功率、高电压、大截深。采煤机总装机功率可达v工作电压已不适应大功率采煤机的要求，美国目前常用电压为2300v，部分工作面开始使用4160v电压;英国、澳大利亚使用3300v电压;法国使用5000、电压波兰使用6000v电压。采煤机截深达到多电机驱动，横向布置，积木式结构，各单元之间没有机械动力传动，简单可靠;④采用光电和传感技术，可实现自动识别，滚筒自动导向，其实质是煤岩界面探测技术，它能自动识别煤岩界面，并据此自动调节滚筒截割高度;⑥煤尘控制和故障诊断系统。b工作面刮板输送机最大工作长度可达到430m，最大槽宽达1200大输送能力达5000大功率超过2000结构上采用交叉侧卸式机头、整体铸造或组合焊接封底溜槽，减少了螺栓联接，提高了可靠性，使用寿命达到600t过煤量;②采用{直径刮板链;③采用启动技术或双速电机技术，大大改善了刮板河南理工大学学士学位论文7运输机的工况、提高了输送机的可靠性，使链子和链轮的寿命加倍，④故障诊断和工况监测技术，可以连续监测输送机各部件的运行状态，进行故障诊断和报曹。顺槽转载机装机功率最大已达到525备自移功能。1顶槽胶带输送机普遍采用液粘差速或变频调速及多电机功率均衡驱动技术，输送能力达到2000送距离达到2000带运行速度不断提高，驱动功率超过2000压支架工作阻力达7000别达到11000心距大达2m，支架整机寿命大大提高。结构件材料越来越多地采用高强度钥材，例如屈服极限690上的钢板，支架的耐久性试验循环次数达50000次，寿命达14年以上;液压缸的密封材料均采用聚氨脂，使用寿命比橡胶密封圈能提高一倍以上。发达国家如美国、澳大利亚等国家普遍以两柱掩护式为主，并有87.5的工作面配备电液控制系统，配以大流盈控制系统，移架速度可达6。二液压支架工作原理及方案设计压支架的组成和分类压支架的组成液压支架是综采工作面支护设备，它的主要作用是支护采场顶板，维护安全作业空间，推移工作面采运设备。液压支架的种类很多，但其基本功能是相同的。其组成可分为4个部分1承载结构件，如顶梁、掩护梁、底座、连杆、尾梁等。其主要功能是承受和传递顶板和垮落岩石的载荷。2液压油缸，包括立柱和各类千斤顶。其主要功能是实现支架的各种动作，产生液压动力。3控制元部件，包括液压系统操纵阀、单向阀、安全阀等各类阀，以及管路、液压、电控元件等。其主要功能是操作控制支架各液压油缸动作及保证所需的工作特性。4辅助装置，如推移装置、护帮或挑梁装置、伸缩梁或插板装置、活动侧护板、河南理工大学学士学位论文8防倒防滑装置、连接件等。这些装置是为实现支架的某些动作或功能所必需的装置。压支架的分类及特点1按架形结构及其围岩关系分1掩护式。1支掩掩护式支架分插底式和不插底式如图21和图22所示图21插底式图22不分插底式2支顶掩护式支架分为支架平衡千斤顶设在顶梁与掩护梁之间和平衡千斤顶设在掩护梁与底座之间两类如图23和图24所示）图23支撑掩护式支架图24支顶支掩掩护式支架2支撑掩护式支架。1支顶支撑掩护式支架如图25所示）2支顶支掩支撑掩护式支架如图26所示，其中一排立柱支撑在掩护梁上。河南理工大学学士学位论文9图25支顶支撑掩护式支架图26支顶支掩支撑掩护式支架3支撑式支架。1节式支架如图27所示分两框架式、三框架及四框架组合式两类2垛式支架如图28所示。图27节式支架图28垛式支架2．按适用煤层倾角分（1一般工作面支架（2大倾角支架。3．技适用采高分（1）薄煤层支架（2）中厚煤层支架（3）大采高文架。4．按适用采煤方法分（1）一次采全高支架（2）放顶煤支架（3）铺网文架（4）充填支架。5．按在工作面中的位置分（1）工作面支架（2）过渡文架排头支架（3）端头支架。6．按稳定机构分（1）四连杆机构支架（2）单铰点机构支架（3）反四连杆机构支架（4）单摆杆式支架（5）机械限位支架。7．按组合方式分（1）单架式支架（2）组合式支架。河南理工大学学士学位论文108．按控制方式分（1）本架控制支架（2）邻架控制支架（3）成组控制支架。9．按控制原理分（1）液压直接控制支架（2）液压先导控制支架（3）电液控制支架。压支架的工作原理根据综合工作面的作业特点，液压支架在一个工作循环内需要有降柱，移架，升柱，推移等等几个动作，而这些动作的完成时靠不同功用的支柱，千斤顶，液压阀和液压管路来完成的。其工作原理如图29所示柱初撑图29液压支架的工作原理图如上图所示为支柱的升柱系统的简图。升柱时，高压液体经操作阀1，管路2到支柱4的活塞腔，推动活塞使活柱向上升起。与此同时，支柱环形腔的液体经管路3操纵阀1流回液箱，此时液压支架就支撑顶板。在乳化液泵站的工作压力作用下，支架对顶板的最初支撑能力，称为支架的初撑力，用计算公式24pDPN?泵初π式子中支架的初支撑力，公斤力D支柱的活塞直径，厘米乳化液泵站的工作压力，2公斤力厘米N每架支架的支柱数。架承载当支柱升起支撑顶板后，便承载顶板的压力。为了把工作液体封闭在支柱的活塞腔内，不使工作液体倒流，故加设了个液控单向阀，以保证在支柱支撑顶板后形成初支撑力。河南理工大学学士学位论文11支架达到初支撑力后，在顶板压力的作用下，支柱的承载量不断增加，并一直达到支柱的工作阻力。所谓支柱的工作阻力，即是支架在顶板压力的作用下，使支柱活塞腔的压力增高，当达到安全阀的释放压力时，对顶板的最大支撑力，用计算公式为220.7854PNDPN??安安π4式子中支架的工作阻力，公斤力或吨力D支柱的活塞直径，2厘米安全阀的卸载压力，2公斤力厘米N液压支架的支柱数。柱卸载当支架需要向前移动时，首先必须降柱，使支架卸载。降柱时，高压液体经操纵阀，管路到液压支柱环形腔，推动活塞向下运动。与此同时，高压液体打开封闭支柱活塞腔的液控单向阀，使活塞腔内的液体经管路，操纵阀流回油箱。这时液压支架和顶板脱离接触，为移架做好准备。架和推溜支架降柱后就可以移架。由于推移千斤顶一端和支架连接，而另一端和运输机连接，而且相邻的支架已将运输机固定，所以给推移千斤顶相应的工作腔供入高压液体时，则可将液压支架移过去。当支架进行支撑而需要推移运输机时，在推移千斤顶的另一工作腔输入高压液体，则可实现推溜。千斤顶活塞腔进入高压液体产生的推力的计算公式为2054PDP?泵推式子中千斤顶的推力，公斤力或吨力D千斤顶的活塞直径，厘米乳化液泵站的工作阻力，2公斤力厘米。河南理工大学学士学位论文12千斤顶环形腔进入高压液体产生拉力的计算公式为220.7854PDdP???泵拉式子中千斤顶的拉力，公斤力或吨力d千斤顶活塞的直径，厘米。压支架的主要参数的确定及选架原则在液压支架与围岩力学相互作用研究的基础上，需综合分析不同地质技术条件下支护阻力确定的理论研究成果并分析不同支架的结构力学特征，为支架选型提供依据。压支架的选架原则液压支架的选型，其根本目的是使综采设备适应矿井和工作面的，条件，投产后能做到高产、高效、安全，并为矿井的集中生产、优化管理和最佳经济效益提供条件，因此必须根据矿井的煤层、地质、技术和设备条件进行选择（1）液压支架架型的选择首先要适合于顶板条件。（2）当煤层厚度超过板有侧向推力或水平推力时，应选用抗扭能力强的支架，一般不宜选用支撑式支架。（3）当煤层厚度达到上时，需要选择有护帮装置的掩护式或支撑掩护式支架。煤层厚度变化大时，应选择调高范围较大的掩护式双伸缩立柱的支架。（4）应使支架对底板的比压不超过底板允许的抗压强度。在底板较软条件，应选用有抬底装置的支架或插腿掩护式支架。（5）煤层倾角25°时，排头支架设防倒防滑装置，工作面中部支架设底调千斤顶，工作面中部输送机设防滑装置。（6）对瓦斯涌出量大的工作面，应符合保安规程的要求，并优选选用通风面≤积大的支撑式或支撑掩护式支架。（7）当煤层为软煤时，支架最大采高一般≤硬煤时，支架最大采高一般≤煤时，支架最大采高5m。（8）在同时允许选用几种架型时，应优先选用价格便宜的支架。河南理工大学学士学位论文13（9）断层十分发育，煤层变化大，顶板的允许暴露面积在5～82m，时间在20上时，暂不宜采用综采。依据上面的选型原则及选型主要依据结合本次设计要求，所以本次设计所选的液压支架为支撑掩护式液压支架。压支架主要参数的确定度的确定一般应首先确定支架适用煤层的平均采高，然后确定支架高度（1）对于大采高支架，按下式确定支架高度，即maxmax200400minmin500900式子中支架的最大高度（最大采高（支架最小高度（最小采高（mkM?mkM?式子中煤层平均厚度1煤层厚度上、下波动系数，一般情况1（2）对于中厚煤层支架，按下式确定支架高度，即maxmax200300minmin）对于薄层支架，则可按下式确定液压支架高度，即maxmax100200minmin150250河南理工大学学士学位论文14支架的最大高度与最小高度之差为支架的调高范围。调高范围越大，支架适用范围越广，但过大的调高范围给支架结构设计造成困难，可靠性降低。本设计中的煤层属于中厚煤层，所以取200200心距和宽度的确定支架中心距一般等于工作面一节溜槽长度。目前国内外液压支架中心距大部分采用1．．75m，轻型支架为适应中小煤矿工作面快速搬家的要求，中心距可采用本次设计中所选择的中心距为支架宽度是指顶梁的最小与最大宽度。宽度的确定应考虑支架的运输、安装和调架要求。支架顶梁一般装有活动的侧护板，侧护板的行程一般取为170200支架的中心距为，最小宽度一般取为大宽度一般取支架的中心距为，最小宽度一般取大宽度一般取支架中心距为，如果顶梁带有活动侧护板，则最小宽度取大宽度取如果顶梁不带活动侧护板，则宽度一般取本次设计中所选择的最小支架宽度为1400大宽度为1580端距和顶梁长度的确定所谓梁端距是指移架后顶梁端部至煤壁的距离。梁端距是考虑由于工作面顶板起伏不平造成输送机和采煤机的倾斜，以及采煤机割煤时垂直分力使摇臂和滚筒向支架倾斜，为避免割顶梁而留的安全距离。支架高度越大，梁端距也应越大。当采用即时支护方式时．一般大采高支架梁端距应取350480厚煤层支架梁端距应取280340煤层支架梁端距应取200300梁长度受支架型式、配套采煤机截深滚筒宽度、刮板输送机尺寸、配套关系及立柱缸径、通道要求、底座长度、支护方式等因素的制约。本次设计中选择液压支架的梁端距为300减小顶梁长度，有利于减小拧顶面积，增大支护强度，减少顶板反复支护次数，保持支架结构紧凑，减轻重量。本次设计中顶梁长度初定为3500梁形式的选择支架常用顶梁形式有3种整体顶梁、铰接项梁和楔形结构顶梁。铰接顶梁的前段称河南理工大学学士学位论文15为前梁，后段为主梁，一般简称顶梁。本次设计中选择的液压支架的顶梁形式是铰接式顶梁。架侧护板形式的选择支架侧护板装置一般内侧护板、弹簧简、侧报千斤顶、导向杆和连接销轴等组成。支架常用的活动侧扩板形式有3种，即直角式单侧活动侧护板、且角式双侧可调活动侧护板和折页式单侧活动侧护板。本设计中侧护板选择为直角式单侧活动侧护板。座形式的选择支架底座常用形式有3种，即整体刚性底座、底分式刚性底座和饺接分体底座。本设计中底座选择为对分式底座。柱间距支架柱间距是指两排立柱间的距离。支柱间距可按下面计算公式计算m支架间距（支架中心距），每架支架顶梁的总宽度，相邻支架（或框架）顶梁之间的间隙，n每架所包含的组架或框架数，整体自移式支架n1整体迈步式支架n支架节数。支架间距根据支架型式来确定。但由于每架支架的推移千斤顶都与工作面输送机的一节溜槽相连，因此目前主要根据输送机溜槽每节长度及槽帮上千斤顶连接块的位置来确定。我国刮板输送机溜槽每节宽度为千斤顶连接块位置在溜槽中长的中间，所以除节式和迈步式支架外，支架间距一般为次设计所选择的支柱的间距为压支架方案的确定通过已知条件及以上分析，可以初步选定5/32L（四柱）的支撑掩护式液压支架，其支护强度q502m，立柱总的工作阻力P4000河南理工大学学士学位论文16液压支架个部分的结构尺寸如图210所示，图中1l～20H为支架的最高工作高度，1?、2?分别为前后立柱与垂线的夹角，3?、4?、5?分别为后四连杆及掩护梁与水平线的夹角。（单位图210液压支架尺寸结构图1l04l07l010l012l14lll20l501??2?347???466???551???2200H?三液压支架的四杆机构及掩护梁的设计计算压支架的四杆机构的设计计算压支架四杆机构的作用河南理工大学学士学位论文17四连杆机构式掩护式支架和支撑掩护式支架的最重要部件之一，其作用概括起来主要有两个，其一是当支架由高到低变化时，借助四连杆机构使支架顶梁前端点的运动轨迹呈近似双纽线，从而使支架顶梁前端点与煤壁间距离的变化大大减小，提高了管理顶板的性能其二是使支架能承受较大的水平力。为了掌握四连杆机构的设计方法，必须正确理解四连杆机构的作用。下面通过四连杆机构动作过程的几何特征进一步阐述其作用，这些几何特征是四连杆机构动作过程的必然结果。1）支架高度在最大和最小范围内变化时，如图31所示，顶梁端点运动轨迹的最大宽度e应小于或等于70最好为30下。图31四连杆机构几何特征2）支架在最高位置和最低位置时，顶梁与掩护梁的夹角P和后连杆与底平面的夹角Q，应满足如下要求支架在最高位置时，P≤052062，Q≤075085;支架在最低位置时，为有利于矸石下滑，防止矸石停留在掩护梁上，根据物理学摩擦理论可知，要求W,如果钢和矸石的摩擦系数WP了安全可靠，最低工作位置应使P≥025为宜。而Q角主要考虑后连杆底部距底板要有一定距离，防止支架后部冒落岩石卡住后连杆，使支河南理工大学学士学位论文18架不能下降，一般取Q≥025030,在特殊情况下需要角度较小时，可提高后连杆下铰点的高度。3）从图31可知，掩护量与顶梁铰点e和瞬时中心O之间的连线与水平线夹角为?。设计时，要使?角满足≤范围，其原因是?角直接影响支架承受附加力的数值大小。4）应取顶梁前端点运动轨迹双扭线向前凸的一段为支架工作段，其原因为当顶板来压时，立柱让压下缩，使顶梁又向前移的趋势，可防止岩石向后移动，又可以使作用在顶梁上的摩擦力指向采空区。同时底板阻止底座向后移，使整个支架产生顺时针转动的趋势，从而增加了顶梁前端的支护力，防止顶梁前端上方顶板冒落，并且是底座前端比压减小，防止啃底，有利于移架。水平力的合力也相应减小，所以减轻了掩护梁的外载荷。从以上分析得知，为使支架受力合理和工作可靠，在设计四连杆机构的运动轨迹时，应尽量是e值减小，取双纽线向前凸的一段为支架的工作段。所以，当已知掩护梁和后连杆的长度后，从这个观点出发，在设计时只要把掩护梁和后连杆简化成曲柄滑块机构，运用作图法就可以了，如图32所示（实际上液压支架四连杆机构属双摇杆机构）。图32掩护梁和后连杆构成曲柄滑块机构用几何作图法确定四杆机构的各部分尺寸（1）首先确定掩护梁上铰点至顶梁顶面之距和后连杆下铰点至底座底面之距掩护梁上铰点至顶梁顶面的距离河南理工大学学士学位论文19后，再根据结构的合理性确定，一般支架取150～200型支架可取210～60后连杆下铰点至底座的距离5y般根据支架最小高度确定，薄煤层支架取150～250中厚煤层支架取250～450大采高支架取450～600本次设计中5（2）掩护梁和后连杆长度的确定用解析法来确定掩护梁和后连杆的长度，如图33所示。图33掩护梁和后连杆计算图设G为掩护梁长度A为后连杆的长度为e点引垂线到后连杆下铰点之距为支架最高位置时的计算高度为支架最低位置时的计算高度从几何关系可以列出如下两式河南理工大学学士学位论文202;32;（3联立上述两式可得1212coscoscoscos??（3液压支架四连杆机构是一个双摇杆机构，存在两个运动极限，即如图34所示图34四杆机构的极限位置??液压支架后连杆的理论变化区间，一般而言，在液压支架的高度不一定最低，在是在??般情况下，液压支架的后连杆与水平面的夹角a与液压支架的高度H成某一函数关系，用图像表示如图35所示河南理工大学学士学位论文21图35H与a的函数关系所以取上面的1p50?，2p30?，1Q70?,2Q42?,将数据代入（33）得cos30cos50cos42cos70????（34）此计算结果符合掩护式支架的?又液压支架最高位置时的计算高度为35根据上面的假设的1p50?，1Q70?,结合（34）和35可算得掩护梁及四连杆机构的后连杆的长度分别为GA708.1取整数G重新计算得，1p51?，2p30?，河南理工大学学士学位论文221Q66?，2Q34?.（3）液压支架四杆机构参数确定的几何作图过程1）确定后连杆下铰点0点位置，使它比底座底面高4002）过0点作与底座底面平行的水平线H－H线.3）过0点作与H－H线的夹角为斜线。4）在此斜线上截取线段于A的长度，a点即为后连杆与掩护梁的铰点。5）过a点作与H－H线夹角为斜线，以a点为圆心，G为半径作弧交此斜线于点e,e即为掩护梁与顶梁的铰点。6过e点作H－H线的平行线F－F线，则H－H线与F－F线的距离为即液压支架最高位置时的计算高度。7以a点为圆心，以（G长度为半径作弧，在掩护梁上交一点b，为前连杆上铰点的位置。8过e点作F－F线的垂线（认为液压支架由高到低变化时，e点在此直线上滑动）。9在垂线上作液压支架在最低位置时顶梁与掩护梁的铰点e。10取ee线中间某一点e，为液压支架降到此高度时掩护梁与顶梁的铰点（液压支架由高到低变化时，顶梁前端点运动轨迹为近似双扭线，中间这几点的位置直接影响顶梁前端点运动轨迹的形状、变化宽度等）。11O点为圆心，半径作圆弧。12以e点为圆心，掩护梁长为半径作弧，交前圆弧上一点a，此点位液压支架降到中间某一位置时，掩护梁与后连杆的铰点。13以e点为圆心，掩护梁长为半径作弧，交最前面圆弧上一点a，此点位支架降到最低位置时，掩护梁与后连杆的铰点。14连接ea、ea，并以a点为圆心，为半径作弧，交ae上一点b。以河南理工大学学士学位论文23a点为圆心，为半径作弧，交ae上一点b。则b、b、b三点为液压支架在三个位置时，前连杆的上铰点。15连接ao、ao为液压支架降到中间某一位置和最低位置时后连杆的位置。16）分别作和bb的垂直平分线，其交点c即为前连杆下铰点，前连杆长度。17）过c点向H－H线作垂线，交点d，则线段液压支架四连杆机构。18）以上初步求出的四连杆机构的几何尺寸，再用几何作图法画出液压支架掩护梁与顶梁铰点e的运动曲线，只要初步变化四连杆机构的几何尺寸，便可以画出不同的曲线来。再按液压支架四连杆机构的几何特征进行校核，最终选出较优的四连杆机构尺寸。图36液压支架四连杆机构的几何作图法经过优选，最终得到前、后连杆上铰点之距280前连杆长度1060河南理工大学学士学位论文24前连杆下铰点高度95前、后连杆下铰点在底座上的投影距离600前连杆上铰点至掩护梁上铰点之距1000压支架掩护梁的设计计算护梁的功能掩护梁是液压支架的重要组成部分，在液压支架中的功用主要有如下几点（1）将顶梁承受的部分压板压力通过连杆或铰接点传递给底座。（2）用以隔离采空区、阻止其冒落矸石涌入工作面，掩护梁上的活动侧护板进一步完善了这种功能。（3）承受采空区冒落歼石的压力，并将它传递至顶梁、连杆和底座。护梁的选型掩护梁的结构为钢板焊接的箱式结构，在掩护梁上端与顶梁铰接，下部焊有与前、后连杆铰接的耳座，活动侧护板装在掩护梁另一侧。从侧面看掩护梁，其形状有直线型（如图37所示），折线形两种。直线型掩护梁整体性能好，强度大，加工简单，工艺性好，是目前运用得最多的一种。折线型（如图38所示）相对直线型支架断面大，结构强度高，但工艺差，虽然过去常常采用，但是现在很少采用。本设计中掩护梁属直线型。图37直线型掩护梁图38折线型掩护梁从掩护梁的宽度方向来分，可分为整体式和对分式两种。对分式结构尺寸小，易于加工、运输和安装，但结构强度差。本设计中掩护梁为整体式。护梁尺寸的拟定河南理工大学学士学位论文25（1）长度掩护梁的长度确定遵循如下几点原则1）一般支架高度大，调高范围大，要求掩护梁较长。2）加大掩护梁的背角，可以减小掩护梁的长度。3）一般连杆长，且与水平面夹角大，可以缩短掩护梁的长度。4）放顶煤，分层铺网等特种采煤的工艺的支架，要求的掩护梁的长度要长。结合以上的原则及前面的计算可知，本设计中掩护梁的长度定位1280（2）宽度掩护梁的宽度设计应考虑如下几点1）掩护梁的宽度主要取决于支架的中心距，顶板稳定性及是否带活动侧护板等因素2）对于支撑掩护式液压支架的掩护梁的宽度可参考如下的计算公式掩护梁宽度支架中心距200～300本设计中选择掩护梁的宽度为1300（3）高度影响掩护梁的高度设计有如下几点1）掩护梁的高度通过掩护梁的受力分析，强度校核来确定2）对于厚煤层液压支架，由于要承受很大的水平力和侧向力，应该适当加大掩护梁的高度，以便提高稳定性和安全性对于薄煤层液压支架，为保持一定的空间，要适当缩小掩护梁的高度。3）掩护梁上固定侧护板的高度应保证当相邻支架前后相差一个步距支架高度相差300～400脱开，而当支架处于最低位置时，掩护梁侧板不应该接触底板。综上考虑，本设计中选择掩护梁的高度为300四液压支架的力学分析梁的受力分析柱倾角计算立柱倾角1?、2?是影响支架支撑能力的重要参数。支架在不同高度时立柱倾角可由下式求得arctanlllllHll????????050arctan??????280arctanarctan0.???2???41arctanlllllllHll??????????arcta????????河南理工大学学士学位论文2630梁的受力计算取顶梁为分离体（包括前梁）如下图41所示41顶梁受力分析图设顶板对支架顶梁的水平摩擦力为掩护梁对顶梁铰点的作用内力为X,。由顶梁平衡条件0;0;0??????得1122sinsinrppp??????12sin8.61sin0.930.2rppp?????－.2（41）1122coscosrppP?????12cos8.61cos0.93rppP?????河南理工大学学士学位论文.999rppp???（42）?3coscoxplpllpl????????cos8.611.050.38cos0.930.38xppp??????????40.38xppp????（43）护梁的受力分析护梁的及四杆机构部分的夹角的计算结合前面四杆机构的作图可知道，3?47?，4?66?，5?51?，护梁的受力计算取掩护梁为分离体，其受力模型如图42所示图42掩护梁的受力分析河南理工大学学士学位论文28设掩护梁上矸石压力为作用位置在掩护梁31处由掩护梁平衡条件0;0;0??????知X?（233445coscoscopp????????50.25cos0.25??）234cos47cos66cos51Wppp???????719.?????）0..2??????）340.5）0（44）Y??（5555cossin0.25sinsiWppp??????????3344sinsi????）19..2cos51sin51??????55340.25sinsinsin47sin66Wppp??????????）11.4???）10.751722sin0.25colpl???
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