毕业设计论文--厚煤层开采综放工作面支护设备工程设计.doc

山东科技大学学士学位论文本论文主要针对厚煤层开采综放工作面支护设备进行工程设计研究，通过本文的研究，设计出满足6m-10m,厚度要求的放顶煤开采液压支架，满足工作面的支护要求。本文分析了综采放顶煤的综采工艺，根据地质条件和媒质条件，设计了综采防顶煤工艺，根据参数要求，放顶煤要求选择架型，在此基础上，对液压支架总体结构进行设计，四连杆机构的设计满足了支架顶梁前端的支护要求，满足了纵向抗载的要求。对液压支架进行力学分析，设计了关键部件，主要有底座、顶梁、掩护梁、立柱、千斤顶的设计.关键词：液压支架 四连杆机构 综采放顶煤 千斤顶 立柱“摘要”字样小二号宋体、加黑摘要正文小四号宋体关键词小四号宋体目录：小二号宋体、加黑、居中目录内容： 一级标题四号黑体、加黑二级标题小四号宋体论文正文： 第一层次的题序和标题小三号黑体、加黑、居中 第二层次的题序和标题四号黑体、加黑、居中 第三层次的题序和标题小四号黑体、加黑、靠左 正文小四号宋体、英文用新罗马12 页码小五号居中，页码两边不加修饰符AbstractThe article mainly elaborated the general shield type hydraulic pressure support design process.The design concent include:Chooses,the system design,the main spare part design,the main spare part examination and hydraulic systen design. Because this coal bed thickness is moderate,selects the shield type hydraulic pressure support.Coal bed thickness is 8 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 constraction function hydraulic cylinder,increases the power stroke to satisfy the support to adjust the high scope the nee.Passed 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,guarentees is prompt to the roof support,use the mushroom valve hydraulic system. Key word: The hydraulic pressure support,hydraulic,four-link mechanism,mining coal,support shaping push forwards the conveyer,adwancing the powered support.目 录第一章 绪论1.1液压支架发展历史1.2放顶煤开采工艺及放顶煤液压支架1.3采煤工作面液压支架设计要求和设计必要参数1.4本论文的主要工作第二章 煤层回采工艺的确定2.1煤层特点与采煤工艺2.2确定煤层回采工艺第三章 放顶煤液压支架的选型3.1液压支架的支撑力与承载的关心系3.2液压支架的架型选择第四章 液压支架整体设计4.1支架主要尺寸的确定4.2四连杆机构的确作用和四连杆机构设计的几何作图法4.3四连杆机构的设计4.4顶梁长度的确定4.5立柱和千斤顶位置的确定第五章 放顶煤液压支架主要结构设计和受力分析5.1支架主要部件的设计要求5.2顶梁、底座、掩护梁、插板等主要部件的设计5.3液压支架基本参数的确定5.4液压支架强度校和第六章 液压系统的设计6.1液压系统的设计6.2液压支架的主要技术参数第七章 支柱结构设计和强度计算6.1双伸缩立柱缸径和工作阻力的计算6.2立柱强度验算第一章 绪论第二章 煤层回采工艺的确定第三章 放顶煤液压支架的选型3.1液压支架的支撑力与承载的关系从架型的结构特点来看，由于架型的不同，它的支撑力分布和作用也不同，从顶板条件来看，由于直接顶类别和老顶级别的不同，支架所承受的载荷也不同。所以，为了使用中合理地选择架型，要对支架的支撑力与承载的关系进行分析，使支架的支撑力能适应顶板载荷的要求。3.1.1掩护式支架的特点和支撑力分布掩护式支架的特点是顶梁较短，控顶距较小，支撑力主要集中在顶梁部位，且分布较均匀，顶梁端部的支撑能力比支撑式支架大，其支撑力的分布规律如图3-1-1所示。3.1.2掩护式支架在不同顶板条件下的承载分析(1)掩护式支架在破碎不稳定顶板条件下的受力情况掩护式支架由于立柱少,且倾斜布置,支撑力较小,切顶性较差,受力情况如图3-1-2所示. 图3-1-1 掩护式支架支撑力分布图3-1-2 掩护式支架在破碎不稳定顶板 图3-1-3 掩护式支架在中等稳定以上 条件下的受力情况 顶板下的受力情况3.2液压支架的架型选择 支顶梁掩护式支架的适用条件为：(1)、支架工作阻力4500KN、平衡千斤顶作用力大的支架可用于、级老顶，3类直接顶。(2)、工作面倾角0-15，如加防倒防滑装置可用于倾角35以下工作面。(3)、采高范围为0.8-4.5m，采高大时适用倾角降低。(4)、中厚煤层以下的支架可用于瓦斯或低瓦斯工作面。第四章 液压支架整体设计4.1支架主要尺寸的确定4.1.1支架高度和支架的伸缩比：(1)、支架高度支架高度的确定原则，应根据所采煤层的厚度，采区范围内地质条件的变化等因素来确定，其最大与最小高度为： 式中 支架最大高度；支架最次奥高度； 煤层最大厚度（最大采高）； 煤层最小高度（最小采高）；考虑伪顶，顶煤冒落后仍有可靠初撑力所需要的支撑高度，一般取200-300mm；顶板最大下沉量，一般取100-200mm；a移架时支架的最小可缩量，一般取50mm；浮矸石、浮煤厚度，一般取50mm。(2)、支架伸缩比 支架的伸缩比指最大与最小支架高度之比，即： 由于液压支架的使用寿命较长，并可能被安装在不同采高的采煤工作面，所以，支架应具有较大的伸缩比。伸缩立柱时，垛式支架的伸缩比1:9；支撑掩护式支架为2.5；掩护式支架可达3.一般范围是1.5至2.5，煤层较时选大值。但考虑尽量减轻支架重量，降低造价，可搞系列化，加强支架对顶底板的适应性，降低伸缩比。尽量采用单伸缩汕缸或带机械加长杆来增加调高范围。(3)、支架间距所谓支架间距，就是相邻两支架中心线间的距离，按下式计算 式中 支架间距（支架中心距）；每架支架顶梁之间的间隙；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n=1，整体迈步式支架n=2；节式组合迈步式支架n=支架节数。支架间距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为1.5m，千斤顶连接块位置在溜槽中长中间，所以除节式和迈步式支架外，支架间距一般为1.5m。(4)、底座长度 底座是将顶板压力传递到底板和稳固支架的部件。在设计支架的底座长度时，应考虑如下方面，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3.5倍的移架步距（一个移架步距为0.6m），即2.1m左右；支撑掩护式支架的底座长度取4倍的移架步距，即2.4m左右。4.2四连杆机构的确作用和四连杆机构设计的几何作图法4.2.1四连杆机构机构的作用 四连杆机构是掩护式支架和支撑掩护式支架的最重要的部件之一。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拗线。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。在支架的设计中，根据其动作过程及支架的使用设计经验等，可以概括其设计的条件：（1）、支架高度在最大最小范围内变化时，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）、支架在最高位置时和最低位置时，顶梁与掩护梁的夹角P和后连杆与底平面的夹角Q应满足下列要求：支架在最高位置时，P52-62,Q 75-85;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tanPW,如果钢和矸石的摩擦系数W=0.3,则P=16.7。为了安全可靠，最低位置应使P25为宜。而Q角主要考虑后连杆底部距底板有一定的距离，防止支架后部冒落岩石卡住后连杆，使支架不能下降。一般取Q25-30，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）、掩护梁与顶梁铰点e和顺时中心o之间的连线与水平线夹角为。设计时，要使角满足的范围，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，如图2.1所示的段。其原因为当顶板来压时，立柱让压下缩，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小，防止啃底，有利移架。水平力的合力也相应减小，所以减轻了掩护梁的外负荷。从以上分析可知，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，应尽量使值减小，取双扭线向前凸的一段为支架工作段。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，如下图4-2-1,图4-2-1 掩护梁与后连杆构成的曲柄滑块机构4.2.2四连杆机构的几何作图法四连杆机构设计的几何作图法按如下步骤进行。 （1）确定掩护粱上铰点至顶梁顶面之距和后连杆下铰点至底座底面之距。 一般按同类型支架用类比法来确定，关于这两个尺寸的大小对支架受力的影响，后面进行专门研究。 （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，如下图设： G掩护梁长度； A后连杆长度 e点引垂线到后连杆下铰点之距； 支架最高位置时的计算高度； 支架最低位置时的计算高度。从几何关系可以列写出如下两式 将上式联立可得： （38）说明：支架计算高度为支架高度减去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。按四连杆机构的几何特征要求，选定、代入（3-8）式，可以求得的值。由于支架型式不同。一般的比值按下列范围来取：掩护式支架：=0.45-0.61支撑掩护式支架：=0.61-0.82支架最高位置时的计算高度为： (3-9)根据的比值的（3-9）式可以求得掩护式支架的掩护梁长度G和后连杆长度A.经过取整后，再重新就算出、的角度，这几个参数就确定了。4.2.3几何作图法过程用几何作图法确定四连杆机构的各部分尺寸，具体作法如图4-2-2所示：作图步骤如下： （1）确定后连杆下铰点O点的位置，使它大体比底座底面略高200-250mm（或类比同类型支架确定）。 （2）过O点作与底座底面平行的水平线H-H线。 （3）过O点作与H-H线的夹角为的斜线。 （4）在斜线上截取线段，的长度等于A，a点即为后连杆与掩护梁的铰点。 （5）过a点作与H-H线有交角的斜线，以a点为圆心，以G为半径作弧交此斜线一点e，此点为掩护梁与定量的铰点。 （6）过e点作H-H显得平行线F-F线，则H-H线与F-F线的距离为,为液压支架最高位置时的计算高度。 （7）以a点为圆心，以（0.22-0.3）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纽线，中间这一点的位置直接影响顶梁前端运动轨迹的形状、变化宽度等）。 （11）以O点为圆心，为半径作圆弧。 （12）以e点为圆心，掩护梁长为半径作弧，交前圆弧上一点a，此点为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，此点即为支架降到最底位置时，掩护梁与后两岸的铰点。 （14）连接、，并以a点为圆心，长为半径作弧，交上一点b点；以a点为圆心，长为半径作弧，交上一点b点。则b、b、b三点为液压支架在三个位置时，前连杆上的铰点。 （15）连接、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）分别作和的垂直平分线，其交点c即为前连杆下铰点，为前连杆长度。 （17）过c点向H-H作垂线，交点d，则线段、和为液压支架四连杆机构。4.3四连杆机构的设计4.4顶梁长度的确定根据支架的工作方式和设备配套尺寸来确定顶梁的长度。4.4.1支架工作方式对影响顶梁长度的影响架工作方式对支架顶梁长度的影响很大，其中，先移架后推溜方式（又称及时支护方式）要求顶梁有较大支长度，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时，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。4.4.2配套尺寸对顶梁的影响设备配套尺寸与支架顶梁长度有直接的关系。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以垂直平面，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135-150mm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。除此之外，所有配套设备包括采煤机和输送机，均要在顶梁掩护下工作，以此来计算定量的长度。4.4.3顶梁长度的计算掩护式与支撑掩护式支架顶梁长度计算 图配套尺寸图顶梁长度=配套尺寸+底座长度+-+300+e+掩护梁与顶梁铰点至顶梁后端点之距（mm）式中：配套尺寸参考原煤炭部煤炭科学研究学院编制的综采配套设备图册确定；底座长度底座前端点至后连杆下铰点之距；e支架由高到低顶梁前端点最大变化距离；、支架在最高位置时，分别为后连杆和掩护梁与水平面的夹角。配套尺寸=顶梁长度=4.5立柱和千斤顶未知的确定4.5.1立柱布置立柱数：目前国内支撑掩护式支架立柱数为2-6根，常用为4根，掩护式支架为2柱；支撑掩护式支架为四柱。本设计采用掩护式支架，故采用两柱式。支撑方式：支撑掩护式支架为垂直布置，掩护式支架为倾斜布置，这样可以克服一部分水平力，并能增大调高范围。一般立柱轴线与顶梁的垂线夹角小于30（支架在最低工作位置时），由于角度较大，可以调高范围增加。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加大。支撑掩护式支架，根据结构要求呈倾斜或直立布置，一般立柱轴线与顶梁的垂线夹角小于10（支架在最高工作位置时），由于夹角较小，有效支撑能力较大。4.5.2立柱柱窝位置的确定（1）掩护式支架立柱柱窝位置的确定掩护式支架立柱上、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、下柱窝位置。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板载荷分布一致。但顶板载荷复杂，分布规律因支架顶梁与顶板的接触情况而异。为简化计算，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，沿支架宽度方向均布。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向后越来越大呈三角形分布，其按集中载荷计算。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在顶梁1/3处，取顶梁为分离体，受力情况如图所示：图-顶梁受力分析图式中 x立柱上柱窝至顶梁和掩护梁铰点之距（mm） 支架支护阻力（KN）. (KN) q支架最大支护强度（KN/） 支护面积（） 顶梁长度（不包括顶梁与掩护梁铰点至顶梁后端之距）（m） 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） 立柱上柱窝中心至顶梁顶面之距（m） 立柱在最高位置时的倾角（度）立柱下柱窝位置的确定立柱下柱窝位置的确定，要有利于移架，使底座前端比压小。同时考虑柱前行人和支架的调高范围以及下柱窝与前连杆下铰点的距离，一般按支架在最低工作位置时，立柱最大倾角应小于30来考虑，具体计算如下图所示图下柱窝位置计算图按几何关系列出的下述诸公式进行计算。 （3-59）将上两式联立可得： 式中 支架最低位置时，后连杆与水平面夹角 支架最低位置时，立柱倾角 支架最低位置时，掩护梁与水平面夹角为满足底座前端与底板接触比压尽量小的要求，按底座接触比压分布为梯形进行验算，假定底座反力作用点到底座后部为，如图所示图底座分离体受力图取 取 则 式中 底座长度。4.5.3平衡千斤顶位置的确定掩护式支架中平衡千斤顶的推力和拉力计算，在第五章第5.2节。平衡千斤顶位置应按下述方法计算确定。（1）平衡千斤顶安装位置的确定原则为了保证支架工作的可靠性，支架的支撑力分布（包括立柱的支撑力和平衡千斤顶的推力或拉力等），必须适应顶板载荷分布。当立柱的上、下柱窝位置确定后，就可以根据顶板载荷分布来确定平衡千斤顶的位置，按两种情况进行分析。当顶梁前端出现空顶时，顶梁后端载荷加大，顶板载荷合力作用点位置后移，此时平衡千斤顶受拉，为使支架支撑力分布适应顶板载荷分布，假设合力作用点位置在顶梁后端0.27倍顶梁长度来进行计算。当顶梁后端出现空顶时，顶梁前端载荷加大，顶板载荷合力作用点位置前移，此时平衡千斤顶受推。为使支架支撑力分布适应顶板载荷分布，假设合力作用点位置在顶梁后端0.35倍顶梁长度进行计算。（2）平衡千斤顶在顶梁上位置的确定取顶梁和掩护梁为分离体如图所示 图顶梁和掩护梁分离体取 （3-66）取顶梁为分离体如图所示：图顶梁分离体受力图取 （3-67）式中 平衡千斤顶的推、拉力（推力取“+”、拉力取“-”）； W顶板与顶梁之间的摩擦系数，计算时取0.3；支架在最高位置时的立柱倾角;支架在最高位置时平衡千斤顶的倾角。为使平衡千斤顶与掩护梁不发生干涉，保证支架在不同高度时平衡千斤顶与掩护梁平行，可以取支架在最高位置时顶梁上平面和掩护梁的夹角。平衡千斤顶活塞杆铰点至顶梁顶面之距，当支架降到顶梁和掩护梁成180时，为使平衡千斤顶不与掩护梁发生干涉，所以可以按下式进行计算： （m）式中 掩护梁厚度（m）平衡千斤顶外径（m）平衡千斤顶外径与掩护梁间之间隙，一般取0.03-0.05m瞬心点至顶梁和掩护梁铰点之距（m）立柱柱窝中心至平衡千斤顶上铰点之距（m）平衡千斤顶上铰点至顶梁和掩护梁铰点之距X支护阻力合力作用点位置。平衡千斤顶在拉力时，取；平衡千斤顶在推力时，取。式中为顶梁长度。通过上式（3-66）求出,代入（3-67）式求得。由于平衡千斤顶的推力和拉力不同，使X值不同。所以，可用两个X值代入（3-67）式进行计算，求出两个来，再取两个的平均值即可。（3）平衡千斤顶的行程计算为了防止平衡千斤顶的耳环或平衡千斤顶本身被拉坏，对平衡千斤顶的行程有如下要求：当支架在最高位置时，顶梁能下摆15，支架在最低位置时顶梁能上摆10，或顶梁和掩护梁近似成180.为简化计算，取如下两种情况，假设平衡千斤顶的活塞杆全部伸出时顶梁和掩护梁成180;平衡千斤顶的活塞杆全部缩回时，支架恰好在最高位置。当支架在最高位置时，平衡千斤顶达到最小长度,如下图所示。 图支架在最高位置时的 (3-69)上式中由下式进行计算。当顶梁和掩护梁成180时，平衡千斤顶达到最大长度为，如下图所示。 （3-70）行程 (3-71)（4）平衡千斤顶在掩护梁上位置的确定平衡千斤顶的行程确定后，即可确定它在掩护梁上的位置，如下图所示 (3-72)式中 当活塞全部缩回后，缸体上铰点至活塞上部之距，如图所示。 当活塞杆全部缩回时，活塞杆铰点至活塞杆腔出油孔中心线之距， 4.5.4侧推千斤顶位置的确定侧推千斤顶伸出时，使活动侧护板外移，可密闭架间间隙，起到防矸、导向、防倒和调架等作用；侧推千斤顶缩回时，使活动侧护板回缩，可减少移架阻力。(1)侧推千斤顶的控制方式无锁紧回路且在不操作时，侧推千斤顶处于浮动状态，靠弹簧筒的弹簧力空盒子活动侧护板与邻架的间隙。防止顶板岩石从架间冒落，移架时摩擦阻力小，其中ZYZ掩护式支架每个弹簧筒的弹簧力大约为6.2KN，QY型掩护式支架每个弹簧筒的弹簧力为17.2KN。这种结构的缺点在于防矸、防倒效果与弹簧式差不多。有锁紧回路时，用液控单向阀锁紧。优点为防矸、防倒效果好。缺点在于移架时要操纵千斤顶，使移架操作复杂变化，而且架间易掉矸。（2）侧推千斤顶的布置位置由于顶梁在顶板载荷作用下，要求侧推千斤顶的推拉力大，才能灵活操作顶梁侧护板。因此，在顶梁上一般布置两个侧推千斤顶，两个弹簧筒。在掩护梁上一般仅在中间布置一个侧推千斤顶，两端各对称布置一个弹簧筒。由于在顶梁和掩护梁上焊有横筋板，则侧推千斤顶的安装位置要与横筋板相适应。一般为对称布置，这样可以使侧护板受力平衡。具体布置方式有如下三种：二孔式采用两个侧推千斤顶，在侧推千斤顶处同时布置弹簧筒，靠弹簧力实现架间密封。三孔式中间孔隙安装侧推千斤顶，两侧对称安装弹簧筒。四孔式中间两孔安装侧推千斤顶，侧面两孔布置弹簧筒。5、主要轴销间隙及其影响顶梁和掩护梁孔为82mm，销为80mm，间隙为2mm，四连杆上八个孔，孔为102mm，销为100mm，间隙为2mm。销轴间隙大小对支架支护性能有一定影响：（1）影响梁端距如果销轴间隙均能保证，当顶板对顶梁的摩擦力向后时，使顶梁前端后移2mm，反之当顶板对顶梁的摩擦力向前时，使顶梁前端向前移2mm。（2）间隙过小，装配困难。（3）受力影响支架在承载让压时，若间隙适合，销轴在销孔中可转动，阻力矩减小，受力计算时忽略不计，否则阻力矩较大，使支架动作不灵活。第五章 放顶煤液压支架主要结构设计和受力分析5.1支架主要部件的设计要求5.2顶梁、底座、掩护梁、插板等主要部件的设计5.2.1顶梁（1）掩护式支架顶梁顶梁是与顶板直接接触的构件，除满足一定的刚度和要求外，还要保证支护顶板的需要，如：有足够的顶板覆盖率；同时要适应顶板的不平整性，避免因局部应力而引起损坏。掩护式支架顶梁结垢型式有如下图几种。平衡式顶梁，顶梁较短，与其下部的掩护梁铰接，因为它能在顶板凹凸变化时自取平衡，所以叫平衡式顶梁。顶梁铰接点前、后段的比例近似为2：1（按载荷分布近似为三角形设计的）。这种顶梁后部和掩护梁形成三角区，易被冒落矸石堵住，影响支护效果，为此，在顶梁后部加设挡矸板，ZYZ型掩护式支架就采用此种结构。潜入式顶梁，顶梁后端为扇形结构，掩护梁可潜入扇形结构内，消除了三角区。铰接式顶梁，顶梁采用整体结构，顶梁后端直接与掩护梁铰接，取消了三角区，立柱直接支撑在顶梁上。用平衡千斤顶调节顶梁与顶板的接触面积。QY型掩护式支架就采用此种结构。带前梁的铰接式顶梁，由前梁千斤顶调节前梁角度，可提高前梁端的支撑能力，改善前梁前端的支控效果。带伸缩前梁的铰接式顶梁，可及时支护顶板，减少顶板的暴露时间。铰接式顶梁加伸缩梁和摆动前梁，由前梁千斤顶调节前梁角度，并在前梁内加伸缩前探梁。（2）顶梁结构和断面形状各类顶梁都为箱式结构，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，构成封闭式拱盘型。顶梁前端呈滑撬式或圆弧形，以减少移架阻力。支撑式支架后端焊有挂帘板，作为挂挡矸帘之用。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，掩护式支架和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。按顶梁的断面形状，还可以把顶梁分成如下结构形式：图5-2-1 顶梁筋板焊接图闭式顶梁：闭式顶梁为顶梁上、下盖板与筋板焊接成封闭式。一种为立筋凸出型，增加了焊接后使顶梁平整，但焊接强度不如前一种。（如图5-2-1）图5-2-2 顶梁开式立筋结构开式顶梁：开式顶梁的特点，可减轻顶梁重量，增强顶梁的抗弯强度。（如图5-2-2）对于掩护式和支撑掩护式支架，为便于侧护板能自由伸缩，要在顶梁顶面上焊接一块比侧护板钢板稍厚的钢板，作为顶板，同时也增强了顶梁的结构强度，如图5-2-3中，也增强了顶梁的结构强度。 图5-2-3 顶梁断面5.2.2掩护梁和四连杆机构（1）掩护梁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、后连接铰接的耳座。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、折线型两种。折线型相对直线型支架断面大，结构强度高，但工艺性差，所以很少采用。从掩护梁的宽度方向来分，可分为整体式和相对分式两种。对分式结构尺寸小，易于加工、运输和安装，但结构强度差。（2）四连杆机构四连杆机构有两种结构形式，一是前、后连杆是单连杆式的结构型式；一种是前连杆是单杆、后连杆是整体式的结构形式。（如图5-2-4）图5-2-4 单杆式连杆前连杆又分为刚性前连杆和伸缩前连杆，伸缩前连杆用油缸来代替。后连杆有直线性和圆弧形，有的支架在后连杆上加侧护板，在后连杆上安装一个侧推千斤顶和两个导向筒。5.2.3侧护板（1）侧护板的种类顶梁和掩护梁的侧护板有两种，一种是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。另一种是 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。（2）侧护板的结构型式侧护板的结构型式通常采用两种类型，一种为侧护板在顶梁的外侧，这种类型侧护板又有三种形式，顶梁上无顶板，侧护板易被冒落矸石压住，影响侧护板的伸缩，在顶梁上加设顶板，克服了以上的缺点，但支架承受偏载时，侧护板装置受力很大；另一种是铰接式侧护板，它克服了以上两种侧护板的缺点，但由于架间侧护板造成三角带容易填入碎矸，影响架间密封效果。（3）侧护板尺寸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，要保证相邻两架间侧护板不脱离杰出。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，加宽的长度一般为从顶梁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，两架支架能封闭，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确定。顶梁和掩护梁的侧护板的连接，在考虑动作灵活可靠的情况下，应尽量减小间隙，加强密封件。5.2.4底座底座是将顶板压力传递到底板和稳固支架的部件。因此，底座除了满足一定的刚度和强度要求外，还是求对底板起伏不平的适应性要强，对底板接触比压要小，要有足够的空间能安装立柱，液压控制装置、推移装置和其他辅助装置，要便于人员想、操作行走；能起一定的挡矸排矸作用；要有一定的重量，以保证支架的稳定性等。底座的结构型式，通常有三种类型。（1）整体式整体式底座是钢板焊接城的箱式结构，整体性强，稳定性好，强度高，不易变形，与底板接触面积大，比压小。用于支撑式支架的底座，箱体高度大，便于安装复位装置。高度低，占用空间小的底座，一般用于掩护式或支撑掩护式支架。（2）对分式为使底座在一定的范围内适应底板起伏不平的变化，通常把底座制成前、后或左、右对分式；前、后两个底座箱的对分式，两者通过销轴与弹簧钢板铰接而成。左右两个底座箱的对分式，两者用过桥弹簧钢板和销轴等连接。（3）底靴式底靴式底座的特点是每根立柱支撑在一个底靴式，立柱之间用弹簧钢板连接，立柱与底靴之间用销轴连接。它的结构轻便，动作灵活，对底板的不平整适应性强。但附性差，与底板接触面积小，稳定性差，一般用于节式支架上。各种型式的底座前端都制成滑撬形，以减小支架的移架阻力。同时底座后部重量大于前部，避免移架时哨底。底座与立柱之间连接处用铸钢球面柱窝接触，以免立柱偏斜受偏载，并用限位板和销轴限位，防止立柱脱出柱窝。在整体式底座后部中间去掉一块钢板，减少底座后部与底板的接触面积，增加底座后部比压，同时有利排矸。5.2.5立柱立柱是支架的承压构件，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，还必须具有足够的抗压、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。 图5-2-5 双伸缩立柱（1）立柱的类型 立柱按动作方式，分为单作用和双作用；按结构种类，分为活塞式和或活柱式；按伸缩方式，分为单伸缩和双伸缩。（2）双伸缩动作原理（如图5-2-5）当高压液进入中缸下腔，上腔回液，使中缸伸起。当中缸全部伸出后，中缸下腔压力增大，当压力增加到超过底间弹簧调整压力时，底阀打开，高压液进入上柱下腔。上柱上腔液体经中缸上不小孔排出，使上柱伸出。降柱时，当高压液进入中缸上腔，下腔回液，中缸下降，当中缸降到底时，一方面底阀被缸底顶升，另一方面中缸上孔正对立柱上部进液孔。立柱上部进液孔经中缸小孔进入上柱上腔，下腔液体经底阀从立柱下部回液，上柱下降。5.2.6千斤顶（1）推移千斤顶直接连接方式的推移千斤顶：直接连接方式的推移千斤顶，结构简单，但移架力小于推溜力，一般用于支撑式支架。框架连接方式的推移千斤顶：由于掩护式和支撑掩护式支架重量大，为了提高移架力，就要增加缸径或提高供液压力。如果采用直接推移方式，在提高移架力的同时，推溜力也将增加，这样有可能把溜槽推坏，为了解决这个问题，设计成几种移架力大于推溜力的结构形式，框架连接方式是其中的一种。框架连接方式的动作原理为：当缸体后腔进液，前腔回液，活塞杆伸出而移架；当缸体前腔进液，后腔回液，缸体前移通过框架而推溜，由于缸体后腔面积大，所以，框架连接可以使移架力大于推溜力。本次设计为掩护式支架，采用框架式连接，ZYZ型掩护式支架采用移步横梁连接，优点是对支架与运输机的配套性可不作要求，缺点是结构复杂。浮动活塞式推移千斤顶:浮动活塞式推移千斤顶的方式，可以使移架力大于推溜力。5.2.7平衡千斤顶平衡千斤顶为双作用油缸，铰接与顶梁和掩护梁之间。使掩护梁支架构成稳定结构；通过它可以调节顶梁呈水平状态或所需要的角度，使相邻支架保持良好的密封状态，还可以利用双向控制阀，是平衡千斤顶呈推力或拉力，适应顶板载荷的变化。5.2.8侧推千斤顶侧推千斤顶的活塞杆固定在活动侧板上，缸体固定在固定侧护板上。侧推千斤顶的安装位置有如下几种：（1）安装在顶梁和掩护梁结构的下面，避免在顶梁和掩护梁上开窗口，加强了顶梁和掩护梁的强度，但影响支架有效空间。（2）一侧为固定侧护板，另一侧为活动侧护板，在固定侧护板一侧圆孔内装有固定筒，千斤顶便安装在筒内，其他不变，也可免去另开窗口，保证顶梁和掩护梁的强度，但不便于检修和安装。（3）在顶梁和掩护梁下面开窗口，把侧推千斤顶安装在窗口内，便于安装和检修，为使活塞杆与活动侧护板相连，在改换工作面时，侧推千斤顶要调转180。侧推千斤顶的技术参数通常为：行程：170mm；缸体内径：93mm；活塞杆直径：40mm。5.3液压支架基本参数的确定在对液压支架进行受力分析前，要首先确定和选择液压支架及其主要部件的基本技术参数。5.3.1支护面积支架的支护面积按下式计算： （） （5-1）式中 支护面积（）； 移架后顶梁前端点到煤壁的距离（m），一般。5.3.2支护强度支护强度的计算可借助于表2-5（采煤工作面液压支架设计（丁绍南）第15页）。首先按表根据老顶级别和直接顶类别确定支架架型，再根据老顶级别和采高确定支护强度。由于实际最大采高不一定正好和表中所列采高相同，所以要用插值法重新计算。 （KN/） （5-2）式中 当支架最大采高为时，支架应有的支护强度（KN/）； 在架型选择中与低于但与之相邻的采高相对应的支护强度（KN/）； 在架型选择中与高于但与之相邻的采高相对应的支护强度（KN/）； 所对应的采高（m）； 所对应的采高（m）。5.3.3确定立柱的技术参数立柱缸体内径按下式计算： （5-3）式中 立柱缸体内经（cm）；支架承受的理论支护阻力（KN）;（KN）毎架支架立柱数；安全阀调正压力，MPa，按产品样本选取（或参考同类支架选取）。其中，型=40Mpa；型=30-60Mpa； 立柱最大倾角（度），（立柱降到最低工作位置时，角最大）。然后按北京煤矿机械厂标准（Q/BM327-82）表5-4（采煤工作面液压支架设计丁绍南第75页）选取计算值的最大标准作为内径，从而确定外缸内径、中缸外径、中缸内径、活柱外径的配合关系。支架高度确定后，按支架最高和最低位置来计算立柱行程，按表5-5（采煤工作面液压支架设计丁绍南第77页）选取。5.3.4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： （KN） (5-4)5.3.5安全阀压力与立柱工作阻力的确定安全阀的调整压力，按选定后的立柱缸体内径和支架承受的理论支护阻力来确定，即： （Mpa） （5-5）式中 按下式计算： （KN） 式中 支架在最高位置时立柱倾角，度。求出后，再选定一种动作压力与相近的标准安全阀，此安全阀的动作压力即为支架安全阀的调整压力。立柱工作阻力按下式计算： （KN） (5-6)当泵站和安全阀都选定后，立柱的初撑力和工作阻力便以确定，液压支架的设计和使用经验表明，初撑力与工作