掩护式液压支架四连杆机构设计

1前言经过近30年的发展和努力,我国液压支架的设计、制造水平在不断提高,特别是在缓倾斜中厚煤层的液压支架方面积累了相当丰富的经验,架型已基本趋于成熟、完善,在品种和质量方面与国际先进水平相比差距越来越小。但在控制元件和控制系统方面,与先进国家的产品相比还有较大差距。所以,今后除应继续针对我国国情和煤层具体条件,开发一些新架型、新品种外,还应在改进支架控制系统和提高支架的工作可靠性方面下功夫。近年来,我国采煤综合机械化的水平有所提高,随着综合机械化采煤技术的不断发展和新型大功率采煤机、工作面输送机的出现,要求支架与之相配套,但若支架的控制系统不作相应的改进,是满足不了这一要求的。到目前为止,我国国产液压支架的控制方式仍然停留在跟机手把单向邻架控制或本架控制水平。这种控制方式,虽然具有控制系统简单、制造容易、造价较低和对煤层地质条件变化适应性较强的优点,但它存在严重缺点工人劳动条件差,安全性差移架速度慢,影响采煤机效率的发挥通风条件差,支架故障率高支架支护效能的发挥程度与操作人员的经验多少和技能高低有密切关系。液压支架实现自动控制后,就可有效地克服上述缺点,实现对支架的电液控制,而且有多种控制方式可供选择,人员可在较安全的地方集中对整个工作面的支架进行远程控制或程序控制21液压支架的概述11液压支架的组成液压支架由顶梁、底座、掩护梁、立柱、推移装置、操纵控制系统等主要部分组成。12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，保证工作人员安全和各项作业正常进行，必须对顶板进行支护。而液压支架是以高压液体作为动力，由液压元件与金属构件组成的支护和控制顶板的设备，他能实现职称、切顶、移动和推移输送机等一套工序。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。13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，这些动作时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。图11液压支架的工作原理FIG11HYDRAULICPRESSURESUPPORTPRINCIPLEOFWORK1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，另一腔回液，3推动活塞上升，使与活塞杆相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，都是由底座上的推移千斤顶来完成的。当需要支架前移时，先将柱卸载，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；当需要推输送机时，支架支撑顶板后高压液进入推移千斤顶的活塞腔，另一腔回液，以支架为支点，使活塞杆伸出，把输送机推向煤壁。14液压支架架型的分类按照液压支架在采煤工作面安装位置来划分有端头液压支架和中间液压支架。端头液压支架简称端头支架，专门安装在每个采煤工作面的两端。中间液压支架是安装在除工作面端头以外的采煤工作面上所有位置的支架。目前使用的液压支架在分三类即支撑式、掩护式和支撑掩护式支架。141支撑式支架支撑式支架的架型有垛式支架和节式支架两种型式。如图12，前梁较长，支柱较多并呈垂直分布，支架的稳定性由支柱的复位装置来保证。因此底座坚固定，它靠支柱和顶梁的支撑作用控制工作面的顶板，维护工作空间。顶板岩石则在顶梁后部切断垮落。这类支架具有较大的支撑能力和良好的切顶性能，适用于顶板坚硬完整，周期压力明显或强烈，底板较硬的煤层。4AB图12A垛式B节式FIG12ACORDUROYBDIVISIONA142掩护式支架掩护式支架有插腿式和非插腿式两种型式。如图13所示顶梁较短，对顶板的作用力均匀；结构稳定，抵抗直接顶水平运动的能力强；防护性能好调高范围大，对煤层厚度变化适应性强；但整架工作阻力小，通风阻力大，工作空间小。这类支架适用于直接顶不稳定或中等稳定的煤层。ABC图13A插腿式支架B立柱支在掩护梁上非插腿式支架C立柱支在顶梁上非插腿式支架FIG13ASUPPORTBLEGPIECEONSUPPORTCLEGPIECEONSUPPORT143支撑掩护式支架支撑掩护式支架架型主要用四柱支在顶梁上；二柱支在顶梁；一柱或二柱支在掩护梁上。支柱两排，每排12根，多呈倾斜布置，靠采空区一侧，装有掩护梁和四连杆机构。它的支撑力大，切顶性能好，防护性能好，结构稳定，但结构复杂，重量大，价贵，不便于运输。这类支架适用于直接顶为中等稳定或稳定，老顶有明显或强烈的周期来压，瓦斯储5量较大的中厚或厚煤层中。15液压支架设计目的、要求和设计支架必要的基本参数151设计目的采用综合机械化采煤方法是大幅度增加煤炭产量、提高经济效益的必由之路。为了满足对煤炭日益增长的需要，必须大量生产综合机械化采煤设备，迅速增加综合机械化采煤工作面。而每个综采工作面平均需要安装150台液压支架，可见对液压支架的需要量是很大的。由于不同采煤工作面的顶底板条件、煤层厚度、煤层倾角、煤层的物理机械性质等的不同，对液压的要求也不用。为了有效的支护和控制顶板，必须设计出不同类型和不同结构尺寸的液压支架。因此，液压支架的设计工作是很重要的。由于液压支架的类型很多，因此其设计工作量也是很大的，由此可见，研制和开发新型液压支架是必不可少的一个环节。经过近30年的发展和努力,我国液压支架的设计、制造水平在不断提高,特别是在缓倾斜中厚煤层的液压支架方面积累了相当丰富的经验,架型已基本趋于成熟、完善,在品种和质量方面与国际先进水平相比差距越来越小。但在控制元件和控制系统方面,与先进国家的产品相比还有较大差距。所以,今后除应继续针对我国国情和煤层具体条件,开发一些新架型、新品种外,还应在改进支架控制系统和提高支架的工作可靠性方面下功夫152对液压支架的基本要求1为了满足采煤工艺及地质条件的要求，液压支架要有足够的初撑力和工作阻力，以便有效地控制顶板，保证合理的下沉量。2液压支架要有足够的推溜力和移架力。推溜力一般为100KN左右；移架力按煤层厚度而定，薄煤层一般为100KN150KN，中厚煤层一般为150KN250KN，厚煤层一般为300KN400KN。3防矸性能要好。4排矸性能要好。65要求液压支架能保证采煤工作面有足够的通风断面，从而保证人员呼吸，稀释有害气体等安全方面的要求。6为了操作和生产的需要，要有足够宽的人行道。7调高范围要大，照明和通讯方便。8支架稳定性要好，底座最大比压要小于规定值。9要求支架有足够的刚度，能够承受一定的不均匀载荷和冲击载荷。10在满足强度条件下，尽可能减轻支架重量。11要易于拆卸，结构要简单。12液压元件要可靠。153设计液压支架必需的基本参数1顶板条件根据老顶和直接顶的分类，对支架进行选型。2最大和最小采高根据最大和最小采高，确定支架的最大和最小高度，以及支架的支护强度。3瓦斯等级根据瓦斯等级，按保安规程规定，险算通风断面。4底板岩性及小时涌水量根据底板岩性和小时涌水量验算底板比压。5工作面煤壁条件根据工作面煤壁条件，决定是否用护帮装置。6煤层倾角根据煤层倾角，决定是否用防倒放滑装置。7井筒罐笼尺寸根据井筒罐笼尺寸，考虑支架的运输外形尺寸。8配套尺寸根据配套尺寸及支护方式来计算顶梁长度72液压支架基本技术参数的确定21原始条件掩护式液压支架，煤层厚度为2329M，老顶为2级，直接顶为1类22基本技术参数1）支架的高度MSHHM31502901AN2052取；M3NMHH9201211N72式中支架最大高度；M支架最小高度；NH支架最高位置时的计算高度；1支架最低为之时的计算高度；28掩护梁上铰点至顶梁顶面之距；取100MM；1H后连杆下铰点至底座底面之距；取200MM；2煤层最大厚度（最大采高）；M煤层最小厚度（最小采高）；NH考虑伪顶、煤皮冒顶落后仍有可靠初撑力所需要的支撑高度，取1S250MM；顶板最大下沉量，取150MM；2移架时支架的最小可靠量，一般取50MM；A浮矸石、浮煤厚度，一般取50MM2）支架伸缩比61203NMH3）支护强度11212MQXHQ343436262/MKN式中当支架最大采高为时，支架应有的支护强度；XQMH在架型选择表21中与低于但与之相邻的采高相对应的支护强度；1在架型选择表21中与高于但与之相邻的采高相对应的支护强度；2M所对应的采高；RH11Q所对应的采高。R224）支架间距所谓支架间距，就是相邻两支架中心之间的距离。用BC表示。9支架间距BC要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，因此目前主要根据刮板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，我国刮板运输机溜槽每节长度通常为15M，千斤顶连接位置在刮板槽槽帮中间，所以除节式和迈步式支架外，支架间距一般为15米，本设计取BC15M5）底座长度所谓底座，就是将顶板压力传递到底板的稳固支架的部件。在设计支架的底座长度时，应考虑以下几个方面支架对底板的接触比压要小；支架内部应有足够的空间用于安装立柱、液压控制装置、推移装置和其他辅助装置；便于人员操作和行走；保证支架的稳定性等。通常，掩护式支架的底座长度取35倍的移架步距，即21M左右；支撑掩护式支架对底座长度取4倍的移架步距，即24M左右。本次设计底座为2240M表21适应不同类级顶板的架型和支护强度TAB21ADAPTIVEDIFFENTCAPOFROOFANDMODELHOLDINGSTRENGTH老顶级别直接顶类别12312312344采高25M时用支撑式架型掩护式掩护式支撑式掩护式掩护式或支撑掩护式支撑式支撑掩护式支撑掩护式支撑或支撑掩护式支撑或支撑掩护式采高25M时用支撑掩护式1294132941629422942343（245）13343245163432343344134313441343164412441支护强度KN/M2支架采高M453944113539441165392539应结合深孔爆破，软化顶板等措施10处理采空区注（1）表中括号内数字系统掩护式支架顶梁上的支护强度。（2）13、16、2为增压系数。3四连杆机构的设计31四连杆机构的作用四连杆机构是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。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70MM，最好在30MM以下。2）支架在最高位置和最低位置时,顶梁与掩护梁的夹角P后连杆与底平面的夹角Q，如图31所示,应满足如下要求支架在最高位置时,P520620,Q750850支架在最底位置时,为有利矸石下滑,防止矸石停留在掩护梁上,根据物理学摩擦理论可知,要求TGPW,如果纲和矸石的摩擦系数W03,则P1670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，使支架不能下降，一般去Q250300，在特殊情况下需要角度较小时，可提高后连杆下绞点的高度。3）从图31可知掩护梁与顶梁绞点E和瞬时中心O之间的连线与水平的夹角Q。11设计时，要使Q角满足TGQ的范围，其原因是角直接影响支架承受附加力的数值350大小。图31四连杆机构几何特征FIG31FOURLINKMOTIONGEARSGEOMETRYCHARACTERISTIC4）顶梁前端点晕运动轨迹双钮线向前凸的一段为支架最佳工作段，如图31所示的H段。其原因是顶板来压时，立柱让下缩，使顶梁有向前移的趋势，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，并且使底座前端比压减少，防止啃底，有利移架。水平力的合力也相应减少，所以减轻了掩护梁外负载。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，应尽量使E值减少。当已知掩护梁和后连杆的长度后，在设计时只要把掩护梁和后连杆简化成曲柄滑块机构，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FIG32SHIELDSLIANGHEHOUTHECONNECTINGRODCONSTITUTIONCRANKSLIDEORGANIZATION1232四连杆机构与附加力的影响321附加力对液压支架受力的影响由于掩护式和支掩式液压支架有四连杆机构，所以使支架在承载过程中承受附加力，附加力越大，对支架受力越不力。为此，在液压支架设计中对此力要有足够的认识，现在对此作如下分析。液压支架实际受载情况很复杂，为简单计算，把支架简化成一个平面杆系结构。同时为偏于安全，按集中载荷进行计算。图33顶梁分离受力分析FIG33TOPBEAMSEPARATIONSTRESSANALYSIS图34掩护梁分离受力分析FIG34SHIELDSLIANGTOSEPARATETHESTRESSANALYSIS取0XF1331112SINAPWF取0Y32113COSA取。0M33TGABF23式中支架立柱的工作阻力，AP支架立柱的倾角，1支架支护阻力，F顶板和顶梁之间的摩擦系数，W顶梁和掩护梁铰点水平力，2顶梁和掩护梁铰点垂直分力。3F由上式有34WTGFTPAA1111SINCO将该式变成通式为35）（立柱向后倾时，立柱的工作阻力取；瞬心O点在顶梁和掩护梁铰点水平线以下的取；摩擦力向后取。反之都取。TG将上通式分解如下1COSAYP36TGWFTGF1INY1式中支架立柱工作阻力的垂直分力，YP支架承受的附加力。F3FY由36可见当时，附加力与立柱倾角和摩擦力有关。0TG（1）立柱倾角对附加力的影响14图35立柱后倾的顶梁分离受力分析FIG35COLUMNTOAFTERTOPBEAMSEPARATIONSTRESSANALYSIS当瞬心在下、立柱后倾时，YYXFPTGPFSINCO0I12由受力分析可看出,当瞬心在下时，立柱向后倾，附加力为正，立柱前倾，附加力为负。当瞬心在上时，结论正好相反。（2）摩擦力对附加力的影响图36顶梁前端双纽线轨迹FIG36FRONTENDTOPBEAMTWONIULINEPATH如图36所示，当支架由高到低顶梁前端的运动轨迹由A向B点运动时，瞬心点在下，值为正，且由大到小，一直到B为0；在这一段内，当支架在承受让压过程中，TG15顶梁有向前运动的趋势，从而使顶板给顶梁的摩擦力方向向后，摩擦力为正，附加力为正。当支架由高到低顶梁前端运动轨迹由A向B点运动时，瞬心点在上，值为负其绝TG对值由小变大到C点为最大，再由C点向D点由大到小一直到D点为0；在这一段内，当支架在承载让压过程中，顶梁有向后运动的趋势，从而使顶板给顶梁的摩擦力方向向前，摩擦力为负，附加力为正。由以上分析可知摩擦力引起的附加力都为正，附加力的大小与角的正负无关，与角的大小有关，角大附加力就大，反之则小。结论通过以上立柱倾角和摩擦力对附加力影响的分析，得出如下结论值的大小对附加力影响很大，值大，支架承受的附加力大，对支架受力不利。TGTG所以在优化四连杆机构时，尽可能使值小些。为此，可以令支架由高到低时，顶梁前端运动轨迹近似直线为目标函数，从而可以使角变小，值和附加力都变小。而且顶TG梁前端点运动轨迹的变化宽度也可以较小，有利支控顶板。值方向与摩擦力引起的附加力无关，而与立柱倾角引起的附加力有关，在立柱前TG倾时当瞬心点在下时，值为正，附加力为负；当瞬心点在上时，值为负，附加TGTG力为正。所以在优化时，为减少附加力，尽可能使支架的工作段，在AB段。322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对支架受力的影响增加掩护梁上铰点至顶梁面之距和后连杆下铰点至底座底面之距，都可以使角减小，附加力减小，反之，角增加，附加力也增加。16323后连杆与掩护梁长度比值对支架受力的影响图37四连杆示意图FIG37FOURCONNECTINGRODSSCHEMATICDRAWINGS当夹角、和的比值不变，改变或不变延长后连杆长度等方法，来增加3A4CB的比值，可以使角减小，附加力减小，对支架受力有利；当改变角使的比值CB3ACB增加，对角变化不大，所以适当增加的比值，可以减少掩护梁长度和对支架受力有ACB利。在掩护式支架和支撑掩护式支架中，后连杆和掩护梁长度的比值，关系到掩护梁的长度，对支架的重量和受力有着直接的影响，所以在设计时，应尽量在满足支架工作需要情况下，缩短掩护梁长度，减轻支架重量，减少支架受力。4、前后连杆上铰点与掩护梁长度比值对支架受力影响改变的比值，对角影响很大，如果这个比值适当，可使角减小，值减小，ACBTG附加力减小，掩护梁和前后连杆受力也减小。的比值一般在02203之间比较合适。ACB1733四连杆机构的几何作图法331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38所示。图38掩护梁和后连杆计算图FIG38CAVINGLOCKPIECEANDAFTERRODMAP设G掩护梁长度（MM）A后连杆长度（MM）其中P1支架最高位置时，掩护梁与顶梁夹角度P2支架最低位置时，掩护梁与顶梁夹角度Q1支架最高位置时，后连杆与底平面夹角（度）Q2支架最低位置时，后连杆与底平面夹角（度）按四连杆机构的几何特征要求，选定，由于支架型式不同，对于掩护式79,521P支支架,一般A/G的比值按以下范围来取A/G045061,取A/G058。支架在最高位置时有111SINIQAPGH因此掩护梁长度为1811SIN/SINQGAPH207677MM后连杆长度为AGA/G120453MM取整得MAG1205,207332几何作图法作图过程用几何作图法确定四连杆机构的各部尺寸，具体作法如图39所示。具体作图步骤如下1确定后连杆下铰点O点的位置，使它比底座面略高2002过O点作与底座面平行的水平线HH线。3过O点作与HH线的夹角为Q1的斜线。4在此斜线截取线段，长度等于A,A点为支架在最高位置时后连杆与掩护梁OA的铰点。5过A点作与HH线有交角P1的斜线，以A点为圆心，以G点为半径作弧交些斜线一点E此点为掩护梁与顶梁的铰点。6过E点作HH线的平行线，则HH线与FF线的距离为H1，为液压支架的最高位置时的计算高度。7以A点为圆心，以022G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O点作与HH线夹角为Q2的斜线。9在此斜线上截取线段的长度等于A，A点为支架降到最低位置时，OA掩护梁与后连杆的铰点。10过A点作与HH线有交角P2的斜线，以A点为圆心，以G为半径作弧交些斜线一点E，此点为支架在最低位置时，顶梁与掩护梁的铰点。11以A为圆心以022G长度为半径作弧，在掩护梁上交一点B，为支架在最低位置时前连杆上铰点的位置。1912取线之间一点E为液压支架降到此高度时掩护梁与顶梁铰点。E13以O为圆心，为半径圆弧。OA14以E点为圆心，掩护梁长为半径作弧，交前圆弧上一点A，以点为液压E支架降到中间某一位置时，掩护梁与后连杆的铰点。15以连线，并以A点为圆心，AB长为半径作弧，交上一点B点。则EAAEB，B,B三点为液压支架在三个位置时，前连杆上铰点。16由B，B,B三点确定的圆心C，为前连杆下铰点位置。17过C点HH线作垂线，交点D，则线段,和为液压支架四连杆OABCDO机构。18按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的运动轨迹，只要逐步变化四连杆机构的几何尺寸，便可以画出不同的曲线，再按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39液压支架四连杆机构的几何作图法FIG39HYDROPOSTFORERODISGEOMETRYMAPMETHOD结论后连杆长度A1205MM掩护梁长度G2077MM前连杆长度C1148MM20前后连杆下铰点底座投影距离E599MM前连杆下铰点高度D533MM34四连杆机构的计算机设计法341、目标函数的确定根据附加力对液压支架受力影响的分析，为减少附加力，必须使UTANTHETA有较小值。同时，为有效地支控顶板，要求支架由高到低变化时，顶梁前端点与煤壁距离的变化要小。而支架在某一高度时的THETA角，恰好是顶梁前端点的双纽线轨迹上的切线与顶梁垂线间的夹角。所以，只要令支架由高到低变化时，顶梁前端点运动轨迹似成直线为目标函数，这两项要求都能满足。342、四连杆机构的几何特征四连杆机构的几何特征如下图310所示。支架在最高位置时P1091108弧度；Q1131148弧度。后连杆与掩护梁的比值，掩护式支架为I045061前后连杆上铰点之距与掩护梁的比值为I102203E点的运动轨迹呈近似双纽线，支架由高到低双纽线运动的最大宽度EINCLUDE25MAINFLOATH1,H2,P1,Q1,I,I1,G,A,B,C,D,E,F,A1,Q2,O1,L,S,XC,YC,X4,Y4,X5,Y5,XX,XI,EX,GGFLOATO,U,C1,Q3,Q4,K,J,R,Z,X,Y,E1,X1,Y1,P2,X2,Y2,P3,X3,Y3,M,N,T,K1,K2,X6,Y6FLOATP4SCANF“F,F“,/输入H1,H2/FORP1091P112CONTINUEDYCEE1XCX4E1ACOSQ1/计算A1,Q2,Q1点坐标/Y4ASINQ1X5E1Y500K1Y1YC/X1XCC1ATANK1K2Y4Y5/X4X5X6K1X1Y1K2X4Y4/K1K2Y6K1X6X1Y1LX6/计算L,S/SH1Y6US/LIFU016|U02H1|EH1/45CONTINUEPRINTF“UF,Q1F,AF,BF,CF,DF,EFN,FF,GF,P1F,C1F,SF,LFN“,U,Q1,A,B,C,D,E,F,G,P1,C1,S,LXX0XI3000FORQ4148Q40436Q4Q400348X1ACOSQ427K20EB20ABCOSQ4J20ABSINQ420BDRAABBDDCCEE20AECOSQ420ADSINQ4IFKKRRKKJJRRJJH1|YXXXXXIFXXIXIX3）输入值及结果29,17U0154265,Q11378000,A1192811,B0454011,C1099301,D0558861,E0566813,F1609676,G2063687,P10910000,C11081463,S0237309,L1538323X1038504,Y2796892,X10231357X1044041,Y2751062,X10271930X1047449,Y2703728,X10312174X1049153,Y2654757,X10352040X1049518,Y2604010,X10391480X1048865,Y2551340,X10430445X1047477,Y2496585,X10468890X1045606,Y2439567,X1050676628X1043485,Y2380083,X10544029X1041326,Y2317902,X10580634X1039329,Y2252752,X10616535X1037681,Y2184306,X10651689X1036564,Y2112163,X10686055X1036154,Y2035823,X10719589X1036625,Y1954639,X10752252X1038150,Y1867754,X10784005X1040905,Y1773990,X10814808X1045064,Y1671653,X10844624EX0013364EX0013364EX0013364EX0013364结论U0154值（掩护梁与顶梁铰点至瞬心和底座平面夹角为）TG3781Q支架在最高位置时，后连杆与底座平面夹角A1193后连杆长度B04540前、后连杆上铰点之距C05588前连杆长度E05668前、后连杆上铰点至掩护梁上铰点之距F16096前连杆上铰点至掩护梁上铰点之距G20637掩护梁长度910P支架在最高位置时，顶梁与掩护梁夹角10815C支架在最高位置时，前连杆与底座平面夹角EX00134顶梁前端运动轨迹的最大宽度前面所用的两种方法求出的四连杆机构的数值相近，由于计算机算法的精确度较高，故所选数据，均用计算机算法中所得的。294掩护式液压支架部件设计41顶梁顶梁是与顶板直接接触的构件，除满足一定的刚度和强度要求以外，还要保证支护顶板的需要。411顶梁的作用及用途顶梁作用是支护顶板一定面积的直接承载部件，并为立柱、掩护梁、护顶装置等提供必要的连接点。用途A用于支撑维护控顶区的顶板。B承受顶板的压力。C将顶板载荷通过立柱、掩护梁、前后连杆经底座传到底板。412顶梁的结构型式的确定图41铰接式顶梁FIG41HINGETYPETOPBEAM选择铰接式顶梁，顶梁1为整体结构，顶梁后端直接与掩护梁4铰接，取消了三角区，立柱直接支撑在顶梁上，用平衡千斤顶8调节顶梁与顶板的接触面积。OY型掩护式支架就采用此种结构。30413对顶梁长度的影响1支架工作方式对支架顶梁长度的影响支架工作方式对支架顶梁长度的影响很大，从液压支架的工作原理可以看出，先移架后推溜方式（又称及时支护方式）要求顶梁有较大长度；先推溜后移架方式（又称滞后支护方式）要求顶梁长度较短。这是因为采用先移架后推溜的工作方式，支架要超前输送机一个步距，以便采煤机过后，支架能及时前移，支控新暴露的顶板，做到及时支护。因此，先移架后推溜时顶梁长度要比先推溜后移架时的顶梁长度要长一个步距，一般为600MM。2配套尺寸对顶梁长度的影响设备配套尺寸与支架顶梁长度有直接关系。为了防止当采煤机向支架内倾斜时，采煤机滚筒不截割顶梁，同时考虑到采煤机截割时，不一定把煤壁截割成一垂直平面，所以在设计时，要求顶梁前端距煤壁最小距离为300MM，这个距离叫空顶距。另外在输送机铲煤板前也留有一定距离。一般为135150MM左右，也是为了防止采煤机截割煤壁不齐，给推移输送机留有一定的距离。除此而外，所有配套设备包括采煤机和输送机，均要在顶梁掩护之下工作，在此来计算顶梁长度。414顶梁断面形状顶梁都为箱式结构，一般由钢板焊接而成。为加强结构的刚度，在上下盖板之间焊有加强筋板，构成封闭式棋盘型。顶梁前端呈滑撬式或圆弧形，以减少移架阻力。在顶梁下面焊有铸钢柱窝，柱窝两侧有孔，用钢丝绳或销轴把立柱和顶梁连接起来，支撑掩护式支架在顶梁后端有销孔，通过销轴与掩护梁上的销孔相连。对于支撑掩护式支架，为了便于侧护板能自由伸缩，要在顶梁顶面上加焊一块比侧护板稍厚的钢板，称为顶板，如图42所示，同时增强了顶梁的结构强度。图42顶梁断面31FIG42TOPBEAMCROSSSECTION415顶梁主要尺寸的确定1顶梁长度LG顶梁长度配套尺寸底座长度掩护梁与顶梁铰1COSAQ1COS30GPE点至顶梁后端点之距（MM）M2961109S720638S94072梁面积AALGB式中LG顶梁长度MM,B顶梁宽度MM,在本次设计中顶梁宽度为1500MM,代入公式（211）得A2961150044441500MM244M23支护面积FCFCBCLGM241式中FC支护面积M2，移架后顶梁前端点到煤壁的距离M,一般03BC支架间距（支架中心距），一般为15M代入公式41得FC15002961304486500MM2449M24支架的理论支护阻力F1F1FCQX式中F1支架的理论支护阻力，KNFC支护面积M2Q支护强度KN/M2X支架在最高处的理论支护阻力为32F14493626162807（KN）5顶板覆盖率A/FC100式中顶板覆盖率A顶梁面积M2FC支护面积M2代入式中得44/449100980042侧护板421、侧护板的选择顶梁和掩护梁的侧护板有两种1）一侧固定另一侧活动的侧护板，由于固定侧护板与梁体焊接在一起，可节省原梁体的侧板，既节省材料又可加固梁体。在设计时，根据左右工作面来确定左侧或右侧为活动侧护板。一般沿倾斜方向的上方为固定侧护板，下方为活动侧护板。活动侧护板通过弹簧筒和侧推千斤顶与梁体连接，以保证活动侧护板与邻架的固定侧护板靠紧。但当改换工作面开采方向时，活动侧护板便位于倾斜方向的上方，对调架、防倒等带来不便，所以很少采用。2）两侧皆为活动侧护板。这种侧护板可以适应工作面开采方向变化的要求，有利于防倒和调架。本设计取两侧皆为活动侧护板的类型。422、侧护装置的作用1消除相邻支架掩护梁和顶梁间的间间隙，防止冒落矸石进入支护空间；2作为支架移架的倾倒；3防止支架的倾倒；4调整支架间距33423、侧护板的结构型式如图43所示，这种型式克服了当顶板被冒落矸石压住时，影响侧护板伸缩的缺点，但支架承受偏载时，侧护板装置受力很大。图43侧护板的机构形式FIG43SIDEPROTECTIONBOARDORGANIZATIONFORM424、侧护板尺寸的确定顶梁侧护板的侧向宽度，按支架升降高度和推移步距来确定。即考虑到当一架升起，另一架降柱时，要保证相邻两架侧护板不脱离接触。同时考虑到支架降柱后要前移，为防止顶梁后部侧护板脱离接触，顶梁侧护板后部要加宽，加宽的长度一般为顶架后部起大于一个步距，即大于600MM。掩护梁侧护板的侧面宽度，主要考虑移架步距，一般比一个步距大100MM，即相当700MM。当一架固定，另一架前移时，两架之间能封闭，同时又考虑到降架前移时，原不动的掩护梁侧护板下部不致脱开。所以，掩护梁侧护板下部要加宽。顶梁和掩护梁侧护板的顶面宽度，与活动侧护板的行程有关。由两台相邻支架的架间距离来确定。顶梁和掩护梁侧护板的连接，在考虑动作灵活可靠的情况下，应尽量减少间隙，加强密封性。43立柱立柱是支架的承载构件，它长期处于高压受力状态，它除应具有合理的工作阻力和可靠的工作特性外，还必须有足够的抗压、抗弯强度，良好的密封性能，结构要简单，并能适应支架的工作要求。341立柱类型为双作用活塞式立柱，如图44。此种类型的立柱具有结构简单、成本低等优点。2立柱数为两根。3立柱间距为115M。4支撑方式为四柱平行支在顶梁上。一般立柱轴线与顶梁的垂线夹角小于10支架在最高位置时，由于夹角小，所以有效支撑能力大。5立柱缸体内径PA40MPA140COSDDAMFDNP30423768173CM查标准表取MDE代回原公式可求得PA3608PA根据查表得活柱外径190E20M工作阻力1764KNKN额定工作压力584MPA泵站压力326MPA431立柱的初撑力与泵站额定工作压力立柱初撑力按下式进行计算KN2104BEDKN641023321P式中PB泵站额定工作压力PBMPA减去从泵站到支架沿城压力损失后的值。35（泵站额定工作压力PB即泵站产品目录中给定的值。）432安全阀压力与立柱工作阻力的确定安全阀的调整压力，按选定后的立柱刚体内径DE和支架承受的理论支护阻力F1M来确定。即（MPA）240EZADFP式中的FZ按下式计算KNNDMZCOS1KN029432068Z式中支架在最高位置时立柱倾角。NMPA80142AP求出后，再选定一种动作压力与PA相近的标准安全阀，此安全阀的动作压力即为支架安全阀的调整压力PA。PA40MPA立柱工作阻力P2按下式进行计算KN125640130422AED当泵站和安全阀都选定后，立柱的初撑力和工作阻力便已确定，液压支架的设计和使用经验表明，初撑力与工作阻力间应满足一定关系，即P103507P2。P1过小，不能有效地支撑顶板，P1过大，易压碎顶板。目前这个关系有增加的趋势，掩护式支架取P1072P2为宜。433立柱位置的确定1立柱布置掩护式支架为二柱。支撑方式掩护式支架为倾斜布置，这样可克服一部分水平力，并能增大跳高范围。一般立柱36轴线与顶梁的垂线夹角小于（支架在最低工作位置时），由于角度较大，可使调高范30围增加。同时由于顶梁较短，立柱倾角加大可以使顶梁柱窝位置前移，使顶梁前端支护能力增大。2立柱间距立柱间距指支撑式和支撑掩护式支架而言即前，后柱的间距。立柱间距的选择原则为有利于操作，行人和部件合理布置。支撑式和支撑掩护式支架的立柱间距为115M。3立柱柱窝位置的确定A、掩护式支架柱窝位置的确定掩护式液压支架立柱上、下柱窝位置的确定，对液压支架能否正常工作，极为重要。为此，在设计时，必须根据顶板载荷分布和底板条件，先确定支架顶梁的支撑力分布和底座对底板的比压分布，使支架能适应工作面条件的要求，从此来确定立柱上，下柱窝的位置。B、立柱上柱窝位置的确定液压支架立柱上柱窝位置的确定原则，从理论上分析，要使顶梁支撑力分布与顶梁载荷分布一致。但顶板载荷分布复杂，分布规律因支架顶梁与顶板的接触情况而异。为了简化计算，假定顶梁与顶板均匀接触，载荷沿顶梁长度方向按线性规律变化，沿支架宽度方向分布。把支架的空间杆系结构简化成平面杆系结构。同时为偏于安全，可以认为顶梁前端载荷为零，载荷沿顶梁长度方向想后越来越大呈三角形分布，并按集中载荷计算，所以，支架支撑力分布也为三角形，以此计算立柱上柱窝位置。此时认为支架顶梁承受集中载荷F1在顶梁1/3初，取顶梁为分离体，受力情况如图45所示图45顶梁受力分析FIG45TOPBEAMSTRESSANALYSIS对A点取矩370AM03SINCOS121GTTLFHPXWHFTTGHLXCOSI31211式中立柱上柱窝至顶梁和掩护梁铰点之距（M）F1支架支护阻力（KN），F1QFC（KN）Q支架最大支护强度（）2KNFC支护面积（M2）LG顶梁长度（不包括顶梁与掩护梁铰点至顶梁后端之距）（M）PT立柱工作阻力之和（KN）顶梁和掩护梁铰点至顶梁顶面之距（M）1H立柱上柱窝中心至顶梁顶面之距（M）2立柱在最高位置时的倾角（度）解已知；2640MKNQ249MFC；LG8130W；PT25H1；MH022代入上面的式中，即21COS5102IN0310683168X0763M3844千斤顶技术参数确定1）推移千斤顶推移千斤顶的缸径与推移方式有关。直接推移方式千斤顶的缸体内径40BTPFD推CM256314式中推移千斤顶的推力，KN，一般取100KN推F推F框架推移方式千斤顶的缸体内径40BTPD移式中推移千斤顶的移架力，KN,在薄煤层中100150KN中厚煤层中移F移F150200KN厚煤层中300400KN。移F移浮动活塞式推移千斤顶的缸体内径按下两式联立求得240TBTDPD移BTFD移式中活塞杆直径CMT本设计选用直接推移方式的千斤顶，40BTPFD推CM256314由以上计算出来的推移千斤顶的刚体内径，再按表按标准取MDT63其他尺寸杆径45MM；泵压326MPA；推力98KN39拉力48KN推移千斤顶的行程与推移步距有关，当推移步距为600MM时，推移千斤顶的行程为700750MM，按标准取750MM。45掩护梁和四连杆机构451掩护梁掩护梁是支架的掩护构件，它有承受冒落矸石的载荷和顶板通过顶梁传递的水平载荷引起的弯矩，掩护梁的用途，掩护梁承受顶梁部分载荷和掩护梁背部载荷并通过前后连杆传递给底座。掩护梁承受对支架的水平作用力及偏载扭矩。掩护梁和顶梁（包括活动侧护板）一起，构成了支架完善的支撑和掩护体，完善了支架的掩护和挡矸性能，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。有的支架在掩护梁上焊有立柱柱窝。活动侧护板装在掩护梁的两侧。从侧面看掩护梁，其形状有直线型、折线型图46掩护梁结构型式FIG46SHIELDSTHELIANGSTRUCTUREPATTERN掩护梁的侧面形状选直线式的。452四连杆机构四连杆有两种结构型式。（1）前、后连杆选用单杆式结构。（2）前连杆是单杆、后连杆是整体式的结构式。40图47单杆式连杆FIG47UNILEVERTYPECONNECTINGROD本设计取前后连杆是单杆式结构，如图47453后连杆的强度校核取顶梁为分离体，如图48所示，各力对A取矩，可求出的作用位置为1FX图48顶梁分离体受力FIG48TOPBEAMSEPARATORFORCE414112151222818SINCOSCOSSINFWHFHPLPHPLXTTK式中平衡千斤顶的推、拉力，8立柱下铰点到底面的距离。5H图49顶梁和掩护梁分离体FIG49COVERTHETOPBEAMANDBEAMSEPARATOR再对顶梁和掩护梁为分离体如49图所示，各力对O取矩，写出含有X的的表达1F式，此