掩护式液压支架总体及推移千斤顶设计

摘要关键词掩护式液压支架；总体设计；推移千斤顶；CAXA；本次设计研究目的是根据已知原始数据进行掩护式液压支架总体设计和推移千斤顶设计。在此次设计中主要使用了按照设计步骤进行理论设计，同时利用CAXA制图软件进行相关零部件的图纸设计，以及辅助校核。按照设计理论，由不同采煤工作面顶板、底板条件，煤层的厚度，煤层的倾角以及煤层的物理机械性质等不同要求，按照有效支护和控制顶板，设计出符合相应要求的类型和结构液压支架。此次设计的结果达到了预期的目的，满足了题目所给要求，符合设计指标。本次设计液压支架架型为掩护式液压支架，符合中厚煤层条件要求；所进行的推移千斤顶设计满足推溜和移架的要求。通过本次设计，意识到理论设计与实践检验联系一起的重要性，本次设计通过采用CAXA软件进行辅助设计，提高了设计精度和效率。本次掩护式液压支架总体设计及推移千斤顶设计，满足设计要求，达到了预期设计目的。ABSTRACTKEYWORDSSHIELDTYPEHYDRAULICSUPPORTOVERALLDESIGNPASSAGEJACKCAXATHEPURPOSEOFTHISRESEARCHISTODESIGNTHEOVERALLDESIGNANDTHELOADJACKOFTHESHIELDHYDRAULICSUPPORTBASEDONTHEORIGINALDATAINTHISDESIGN,THEMAINUSEOFTHEDESIGNPROCESSINACCORDANCEWITHTHETHEORYDESIGN,WHILETHEUSEOFCAXAGRAPHICSSOFTWAREFORTHEDESIGNOFPARTSANDDRAWINGS,ANDAUXILIARYVERIFICATIONACCORDINGTOTHEDESIGNTHEORYANDBYDIFFERENTMININGWORKINGFACEROOFANDFLOOR,THETHICKNESSOFCOALSEAM,COALSEAMINCLINATIONANDCOALPHYSICALANDMECHANICALPROPERTIESOFDIFFERENTREQUIREMENTS,INACCORDANCEWITHEFFECTIVESUPPORTTOSUPPORTANDCONTROLTHEROOFDESIGNINLINEWITHTHEREQUIREMENTSOFTHEAPPROPRIATETYPEANDSTRUCTUREOFHYDRAULICSUPPORTTHERESULTSOFTHEDESIGNHAVEACHIEVEDTHEEXPECTEDPURPOSE,ANDMEETTHEREQUIREMENTSOFTHESUBJECT,ANDMEETTHEDESIGNTARGETTHEDESIGNOFTHEHYDRAULICSUPPORTFRAMEISTHESHIELDTYPEHYDRAULICSUPPORT,INLINEWITHTHETHICKCOALSEAMCONDITIONREQUESTTHEPUSHINGJACKDESIGNMEETSTHEPUSHSLIPANDTHESHIFTFRAMEREQUESTTHROUGHTHISDESIGN,AWAREOFTHEIMPORTANCEOFTHELINKBETWEENTHEORETICALDESIGNANDPRACTICETEST,THISDESIGNIMPROVESTHEDESIGNACCURACYANDEFFICIENCYBYUSINGCAXASOFTWARETHISSHIELDHYDRAULICSUPPORTOVERALLDESIGNANDPASSAGEJACKDESIGN,MEETTHEDESIGNREQUIREMENTS,ACHIEVEDTHEEXPECTEDDESIGNPURPOSES目录前言11液压支架概述211液压支架用途212液压支架工作原理213液压支架架型的分类314液压支架设计目的、要求和设计支架必要的基本参数3141液压支架设计目的3142对液压支架的基本要求4143设计液压支架必需的基本参数415影响架型选择的因素5151煤层厚度5152煤层倾角5153底板强度5154瓦斯含量5155地质构造5156设备成本52液压支架整体结构参数的确定621液压支架基本技术参数的确定6211原始条件6212液压支架基本技术参数622液压支架底座设计8221底座长度设计8222底座主要尺寸确定9223底座结构选型923四连杆机构设计9231四连杆机构作用9232确定掩护梁和后连杆长度11233四连杆机构几何作图法确定机构尺寸1324液压支架顶梁选型设计15241对顶梁的要求15242对顶梁结构型式的选择16243顶梁结构和断面形状的选择16244确定顶梁主要尺寸1725侧护板选型设计18251侧护板的功能19252侧护板选型19253确定侧护板尺寸2026立柱选型设计20261立柱的选型与布置20262确定立柱的技术参数20263计算立柱初撑力与泵站额定工作压力23264计算安全阀压力与立柱工作阻力23265确定立柱柱窝位置2427对平衡千斤顶选型与设计26271平衡千斤顶的工作原理与功能26273确定平衡千斤顶技术参数27274确定平衡千斤顶位置2828前梁千斤顶选型及主要尺寸确定3229侧推千斤顶选型及主要尺寸确定32210掩护梁选型与设计332101掩护梁的作用332102掩护梁的结构选择及尺寸确定333液压支架推移装置结构选择及主要尺寸确定3431推移千斤顶形式选择3432推移装置的结构形式选择3433推移方式选择3534确定推移千斤顶的主要技术参数3535确定推移液压缸缸盖结构和缸底尺寸374对推移千斤顶进行强度校核3841推移千斤顶油缸稳定性验算3842校核活塞杆的强度39421活塞杆的合成应力校核39422活塞杆的抗弯强度校核3943缸体强度验算40431油缸壁厚验算40432缸体与缸底焊缝强度验算405对液压支架配套选型42结论44技术经济分析45致谢46参考文献47附录A48附录B53前言在采煤工作面的煤炭生产中，为了避免顶板冒落，维持必要的工作空间，保证工人安全和各项作业正常进行，需要对顶板进行支护。而掩护式液压支架是以高压液体作为其工作动力，由液压元件与金属构件共同组成的控制和支护顶板设备。它能够实现支撑，切顶，移架和推移输送机等一整套工作顺序。经过多年实践表明，液压支架具有支护性能好，强度高，移架速度快和安全可靠等优点。它与可弯曲输送机和采煤机共同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有很重要意义。它是保证安全生产是不可缺少的有效措施。因而，液压支架是技术先进并且经济合理，运行安全可靠，是实现采煤综合机械化和自动化必需的重要设备。目前，我国煤矿中使有很多类型的支架，按照支架采煤工作面安装位置可以分为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，是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分为三类,即支撑式、掩护式、支撑掩护式，共三种液压支架。从架型的结构特点来看，因为架型的不同，它们的支撑力分布和作用方式也不同；从支撑顶板条件来看，因为直接类别和老顶级别的不同，支架所承受的载荷不同，所以为了在使用中合理地选择架型，要对支架的支撑力承载力的关系进行合理的分析，使支架的支撑力能适应顶板载荷的要求，符合设计准则。本设计论文则设计层煤厚度在18米到25米，老顶级别为二级，直接顶类别为二类的掩护式液压支架的设计。该类型支架的特点是顶梁长度比较短，控顶距小，其支撑力主要集中在顶梁部位，并且分布较为均匀。该类型支架顶梁端部支撑能力比支撑式支架要大。该架型特点是靠近采空区一侧，装有掩护梁和四连杆机构，支柱一排，每排有2根立柱，大多数呈倾斜方向布置。该类型支架虽然立柱比较少，支撑力比较小，但是由于顶梁比较短，所以单位面积的支撑力比较大，载荷分布与支架支撑力的作用部位基本相一致。所以此种支架能在破碎不稳定顶板，中厚煤层条件下工作。1液压支架概述11液压支架用途液压支架的主要用途是用于支护工作面顶板，保证采煤机和输送机工作面空间的安全，并且保证采煤机一次采完工作面高度。为实现机械化采煤连续作业，经由刮板输送机将采下的煤运出，分别通过截煤、移架、推溜等工序组成作业循环。12液压支架工作原理液压支架在其进行工作的过程中，通过工作性原理不同的几个液压缸来完成必须要具备升、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，通过工作性原理不同的几个液压缸来完成1升柱当要求支架上升支护顶板时，高压乳化液进入立柱的活塞腔，此时，另一腔回液，推动活塞上升，使其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，使活塞杆下降，致使顶梁脱离顶板；3支架和输送机前移支架和输送机的前移全部是由底座上的推移千斤顶来完成。当需要支架前移时，首先将柱卸载，而后高压液进入推移千斤顶的活塞杆腔，另一腔进行回液，然后以输送机为支点，缸体前移，把整个支架拉向煤壁；而当需要推输送机时，支架在支撑顶板后高压液体进入推移千斤顶活塞腔，此时，另一腔回液，而后以支架为支点，使活塞杆伸出，则输送机被推向煤壁。支架立柱在工作时，其支撑力随时间的变化过程可划分为三个阶段；首先，支架在升柱时，高压液进入立柱下腔，立柱升起使顶梁接触顶板，立柱下腔压力增加，当增加到泵站工作压力时，泵站自动卸载，支架的液控单向阀关闭，立柱下腔压力达到初撑力，此阶段为初撑力阶段T0；其次，支架初撑力后，随顶板下沉，立柱下腔压力增加，直至增加到支架的安全阀调正压力，立柱下腔压力达到工作阻力；此阶段为增阻阶段T1；最后，随着顶板压力继续增加，使立柱下腔压力超过支架的安全阀压力调正值时，安全阀打开而溢流，立柱下缩，使顶板压力减少，立柱下腔压力降低，当低于安全阀压力调整值后，安全阀停止溢流，这样在安全阀调整压力的限止下，压力曲线随时间呈波浪形变化，此阶段为恒阻阶段T21。支架的支撑力与时间的关系曲线，称作支架的工作特性曲线，如图11所示；T0初撑阶段T1增阻阶段T2恒阻阶段P1初撑力P2工作阻力图11液压支架的工作特性曲线THEWORKINGCHARACTERISTICCURVEOF11HYDRAULICSUPPORT13液压支架架型的分类从液压支架在采煤工作面的安排位置来进行划分，可分为端头液压支架和中间液压支架；前一种支架又简称端头支架，是专门安装在每个采煤工作面的两端；后一种支架则是安装在除工作面端头以外的采煤工作面上所有位置。中间支架按其结构形式来划分，可分为三种基本类型，即支撑式、掩护式和支撑掩护式。14液压支架设计目的、要求和设计支架必要的基本参数141液压支架设计目的采用综合机械化采煤方法是大幅度提高煤炭产量、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。因为不同采煤工作面煤层厚度、顶底板条件、煤层的物理机械性质、煤层倾角等不同，所以，对液压支架的要求也不同。必须设计出多种类型和结构尺寸的液压支架，以保证有效地支护和控制顶板。因此，液压支架的设计工作相当重要。142对液压支架的基本要求1要有足够的初撑力和工作阻力；这是为了满足采煤工艺及地质条件的要求，同时，以便有效地控制顶板，保证合理的下沉量；2要有足够的推溜力和移架力；通常，推溜力一般为100KN左右；移架力按煤层厚度来定，薄煤层100KN150KN，中厚煤层150KN250KN，厚煤层300KN400KN；3防矸性能要好；4排矸性能要好；5保证采煤工作面有足够的通风断面；这是为保证人员呼吸，同时达到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要有大范围调高，以方便照明和通讯；8要求支架稳定性要好，底座最大比压应小于规定值；9要求支架有足够程度的刚度，以承受一定的不均匀载荷和冲击载荷；10尽可能减轻支架重量，同时要满足强度条件；11要易便于拆卸，结构尽可能简单；12液压元件工作要可靠。143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最大和最小采高由最大和最小采高，来确定支架的最大高度和最小高度，以及支架支护强度；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工作面煤壁条件由工作面煤壁条件来决定护帮装置是否使用；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，来设计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。15影响架型选择的因素151煤层厚度1）厚度25M，同时顶板有侧向推力或水平推力时，选择使用抗扭能力强的支架，一般不采用支撑式支架；2）厚度2528M以上时，需要选择使用带护帮装置的掩护式或支撑掩护式支架；3）厚度变化比较大时，应选择使用调高范围较大的掩护式支架（带有机械加长杆或双伸缩立柱支架）；4）假顶分层开采，应选掩护式支架。152煤层倾角1）倾角在10至15（支撑式支架取下限，掩护式支架和支撑掩护式支架取上限）以上应选用带有防滑装置的支架；2）倾角在18以上，应选用同时带有防滑防倒装置的支架1。153底板强度1）验算比压，应使支架底座对底板的比压不超过底板的允许比压；2）为使移架容易，设计要使底座前部比后部的比压小1。154瓦斯含量对瓦斯涌出量大的工作面，必须符合保安规程的要求，并选用通风断面较大的支撑式或支撑掩护式支架1。155地质构造当断层十分发育，煤层厚度变化过大，顶板的允许暴露面积和时间在58和20MIN以下时，暂不宜使用综采3。156设备成本在同时允许选用几种架型时，应优先选用价格更便宜的支架；支撑式最为便宜，其次是掩护式，最贵为支撑掩护式支架3。2液压支架整体结构参数的确定21液压支架基本技术参数的确定211原始条件掩护式液压支架，老顶级别为级，直接顶为2类，煤层厚度1825M，移架力300KN,推运输机230KN。212液压支架基本技术参数1支架高度根据支架高度的确定原则，由所采煤层的厚度，采区范围内的地质条件的变化等因素来确定其最大与最小高度（2MSHHM275025011）AN182式中取；M280150说明支架计算高度是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。MHHM250102811N52式中参数如下支架最大高度,2800MM；M支架最小高度，1500MM；NH支架在最高位置时的计算高度，2500MM；1支架在最低位置时的计算高度,1200MM；2掩护梁上铰点到顶梁顶面的距离，取100MM；1H后连杆下铰点到底座底面的距离，取200MM；2煤层最大厚度（最大采高）,2500MM；M煤层最小厚度（最小采高）,1800MM；NH考虑伪顶煤皮冒顶落可靠初撑力所需要的支撑高度，取1S250MM；顶板最大下沉量，取100MM；2移架时支架最小可靠量，通常取50MM；A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的比值。即（2915028NMH2）因为液压支架的使用寿命比较长，并且有被安装在不同采高的采煤工作面可能，所以所设计的液压支架应具有较大的伸缩比,一般范围是15M至25M，煤层较薄时选用大值。3支架间距支架间距，就是相邻两个支架中心线之间的距离，用来表示。根据支架的型式来CB确定，但因为每架支架的推移千斤顶都与其工作面输送机的一节溜槽相连，所以目前CB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是15M，千斤顶连接块位置在溜槽中长中间3。4支护强度支护强度计算方式是，首先按表21根据老顶级别和直接顶类别来确定支架架型，之后由老顶级别和采高来确定支护强度；但是因为实际最大采高可能和表21中所列不同，所以采用插值法进行计算。（23）11212MQXHHQ328594538202/MKN式中参数如下当支架最大采高为时，支架应有的支护强度（）；XQH2/MKN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1QMH度（3185）；2/MKN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2M度（4459）；/所对应的采高2M；QH11所对应的采高3M22表21不同类级顶板的架型和支护强度TAB21DIFFERENTCLASSOFROOFFRAMEANDSUPPORTSTRENGTH老顶级别直接顶类别12312312344液压支架类型掩护掩护支撑掩护掩护或支掩支掩支掩支掩支撑或支掩支撑或支掩支撑（采高25M）液压支架支护强度2/MKN采高1M采高2M采高3M采高4M2943432454413435394411329413343（245）13441（343）13539441162491634316441165392249234324412539应结合深孔爆破，软化顶板等措施处理采空区注（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）表中采高为最大采高。22液压支架底座设计液压支架的底座主要作用是将顶板压力传递到底板和稳固支架；因此，底座除了满足一定的刚度和强度要求，还必需满足对底板起伏不平的适应性要求；对底板接触比压要小，需要有足够的空间，能安装立柱、液压控制装置、推移装置和其它辅助装置，还要便于人员操作行走；除此之外，需起一定的挡矸排矸作用和一定的重量，以保证支架的稳定性3。221底座长度设计在液压支架底座长度的设计过程中，以下几个方面需要注意首先，要求支架对底板的接触比压要小；其次，要求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；除此之外，要满足便于人员操作和行走并且保证支架的稳定性等要求；根据经验，掩护式支架的底座长度取35倍的移架步距（一个移架步距为06M），即21M左右，此次设计底座长度为21M。222底座主要尺寸确定1底座长度设计底座长度为2100MM。2底座宽度支架底座宽度范围一般去1112M；为提高支架横向稳定性，同时减少对底板的比压，厚煤层支架可达13M左右，放顶媒支架为1314M；在底座中间安装推移装置的槽子宽度，与推移装置的结构及千斤顶缸径相关，一般为03038M3。经过查阅资料，此次设计选取底座长度取2100MM，宽度为1650MM。223底座结构选型本次设计选择整体式结构底座，用钢板焊接而成的箱式结构，选择结构如图所示，该类型的底座高度低，占用空间小。图21底座结构FIGURE21BASESTRUCTURE23四连杆机构设计231四连杆机构作用在进行四杆机构设计之前，必须正确理解四杆机构的重要作用。四连杆机构是支撑掩护式支架和掩护式支架的最重要部件之一。其作用简要总结主要有两方面其一，当支架由高到低变化时，借助四连杆机构使得支架顶梁前端点的运动轨迹呈近似双纽线，从而大大减小支架顶梁前端点与煤壁间距离的变化范围，这样做提高了管理顶板的性能；其二是增强支架在水平方向的抵抗力。借助四连杆机构动作过程的几何特征来更具体阐释其作用。这些几何特征是该机构动作过程的必然结果。1）支架的高度在其最大和最小范围发生变化时，如图22所示，支架顶梁的端点，其运动轨迹的最大宽度E应小于等于70MM且最好在30MM以下；2）当支架在最高位置和最低位置时，顶梁与掩护梁夹角P和后连杆与底平面的夹角Q，如图22，须满足以下要求当支架在最高位置时,P5262，Q7585；当支架在最底位置时,为方便矸石下滑,防止矸石停留在掩护梁上,由物理学摩擦理论可知,要求TANPW；如果钢和矸石的摩擦系数W03,则P167；Q角主要考虑后连杆底部距底板必须有一定的距离,以防止支架后部冒落岩石卡住后连杆，导致支架不能下降。一般取Q2530；当遇到特殊情况，需要角度较小时，可采用提高后连杆下铰点的高度1。图22四连杆机构几何特征FIGURE22GEOMETRICFEATURESOFFOURBARLINKAGEMECHANISM3）由图22可知掩护梁与顶梁绞点和瞬时中心O之间的连线与水平的夹角，设E计时，要使角满足TAN的范围，原因是支架承受附加力的数值大小受角影响。3504）选取顶梁前端点运动轨迹双纽线向前凸的一段作为支架工作段，如图22所示的H段。理由是在顶板来压时，立柱会让压下缩，从而迫使顶梁有向前移动的趋势，这样做可以防止岩石向后移动，与此同时又可使作用在顶梁上的摩擦力指向采空区；底板阻止底座向后移，使整个支架产生有顺时针转动的趋势，从而增大了顶梁前端的支护力，以防止顶梁前端上方顶板冒落，并且降低了底座前端比压，从而防止啃底，便于移架，水平力的合力也相应的减少，也因此减轻了掩护梁外载荷。从以上要求分析可知，为了使支架受力均匀并且工作稳定可靠，在进行四连杆机构运动轨迹的设计时，应尽量减小E值，选取双纽线向前凸的一段作为支架的工作段。所以，在已知掩护梁和后连杆的长度，设计时，把掩护梁和后连杆简化成曲柄滑块机构。如图23所示图23掩护梁和后连杆构成曲柄滑块机构FIGURE23COVERBEAMANDAREARCONNECTINGRODCRANKSLIDERMECHANISM232确定掩护梁和后连杆长度采用解析法来确定掩护梁和后连杆的长度，如图24所示。图24掩护梁和后连杆计算示意图FIGURE24THESHIELDBEAMANDAREARCONNECTINGRODCALCULATIONDIAGRAM设G掩护梁长度（MM）A后连杆长度（MM）其中支架最高位置时，掩护梁与顶梁的夹角度1P支架在最低位置时，掩护梁与顶梁的夹角度2支架在最高位置时，后连杆与底座平面的夹角（度）1Q支架在最低位置时，后连杆与底座平面的夹角（度）2按四连杆机构的几何特征要求1）支架在最高位置时，；6251P8571Q2）后连杆与掩护梁的比值，掩护式支架为；6104I3）前、后连杆上的铰点之距与掩护梁的比值为；3214）点的运动轨迹呈近似双纽线，支架由高到低双纽线运动轨迹的最大宽度E，最好在30MM以下；M705）支架在最高位置时值应不大于035；TAN图25四连杆机构几何特征示意图2SCHEMATICDIAGRAMOFFIGURE25GEOMETRICFEATURESOFFOURBARLINKAGEMECHANISM支架在最高位置时设计，因支架型式不同，对于掩护式支架,一般80,611QPA/G的比值取自以下范围A/G045061,取A/G050支架在最高位置时的计算高度为（2111SINIQAPGH4）可得掩护梁长度为MQGAP361840SIN506SIN2I/SIN11后连杆长度计算得A050G05018403692018MM取整可得G1840MM，A920MM。233四连杆机构几何作图法确定机构尺寸查阅资料，此次设计利用几何作图法确定四连杆机构的各部尺寸，如图26所示。图26液压支架四连杆机构的几何作图法示意图FIGURE26SCHEMATICGEOMETRYMETHODOFFOURBARLINKAGEMECHANISMINHYDRAULICSUPPORT步骤如下1先确定后连杆下铰点O点位置，使它大体比底座面略高200MM；2过O点，作出与底座底面平行的水平线HH线；3过O点，作出与HH线的夹角为Q1的斜线；4在该斜线截取线段，的长度等于A，A点是支架在最高位置时后连杆与掩护OA梁的铰点；5过A点作出与HH线有交角P1的斜线，以A为圆心，以G点为半径作弧交些斜线一点E，此点是掩护梁与顶梁的铰点；6过E点作出HH线的平行线，HH线与FF线的距离为H1，当作液压支架的最高位置时的计算高度；7以A点作为圆心，以023G（4232MM）长度作为半径作弧，在掩护梁上交一点B,是前连杆上铰点的位置；8过O点作出与HH线夹角Q2的斜线；9在该斜线上截取线段，长度等于A，A点是支架降到最低位置时，掩护梁OA与后连杆的铰点；10过A点作出与HH线有交角P2的斜线，以A点作为圆心，以G点作为半径，画弧交些斜线一点E，此点为支架在最低位置时，顶梁与掩护梁的铰点；11以A点为圆心，以024G长度作为半径，画弧，在掩护梁上相交一点B，是支架在最低位置时前连杆上铰点位置；12取出线上一点E，是液压支架降到此高度时掩护梁与顶梁铰点；E13以O作为圆心，作出为半径圆弧；OA14以E点作为圆心，以掩护梁长度为半径，作弧，相交前圆弧上一点A，AE该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；15在连线，以A点作为圆心，AB长度作为半径画弧，交上一点B点，EAAE则B，B,B三点是液压支架在三个位置时前连杆上铰点；16经由B，B,B三点确定的圆心C，所在位置是前连杆下铰点位置；17经过C点，作出HH垂线，相交D点，则图中线段,和即为液OABCDO压支架四连杆机构；18经过以上步骤可初步求出的四连杆机构的几何尺寸，利用几何作图法作出支架掩护梁与顶梁铰点E的运动轨迹；逐步变化四连杆机构的几何尺寸，就可以作出不同特征曲线，最后按四连杆机构的几何特征来进行校核，最终挑选出性能最优的四连杆机构尺寸1。按照以上作图步骤，利用CAXA计算机绘图软件，作出液压支架四杆机构位置及尺寸,线段,和组成四连杆机构，得出四连杆各参数如下OABCDO，601P81Q，3422MGLAB243180019TNT后连杆长度A920MM掩护梁长度G1840MM前连杆长度MLBC108前后连杆下铰点底座投影距离MLDO57前连杆下铰点高度D3275MM支架由高到低双纽线运动轨迹的最大宽度。ME40四连杆机构有两种结构形式，一种是前、后连杆是单杆式的结构形式，另一种是前连杆是单杆、后连杆是整体式的结构形式。本次设计选用前、后连杆是单杆式。图26液压支架四连杆机构CAXA作图FIGURE26FOURBARLINKAGEMECHANISMINHYDRAULICSUPPORTCAXAMAPPING24液压支架顶梁选型设计顶梁是与顶板直接相接触的构件，它的作用主要是满足一定的强度和刚度要求，同时还要保证支护顶板安全可靠。241对顶梁的要求顶梁为立柱、掩护梁、护顶装置等提供必要的连接点支护，同时还是顶板一定面积的直接承载部件，要求1）要有足够的顶板覆盖率；2）要适应顶板的不平整性，避免因局部应力而引起破坏。242对顶梁结构型式的选择根据液压支架对顶梁的要求及其作用，通过查阅资料，本次设计选择选用铰接式顶梁，如图27，顶梁1为整体结构，顶梁的后端直接与掩护梁4铰接，使三角区消失，立柱直接支撑在顶梁上。利用平衡千斤顶8来对顶梁与顶板的接触面积进行调解。该类型顶梁在QY型掩护式支架中得到很好的应用。图27铰接式顶梁结构示意图2FIGURE27SCHEMATICDIAGRAMOFARTICULATEDBEAMSTRUCTURE243顶梁结构和断面形状的选择各类顶梁绝大多数由钢板焊接而成，而且都为箱式结构。在上下盖板之间焊有加强筋板，构成封闭式棋盘型结构，这样做是为了增强结构的刚度。为减少移架阻力，顶梁前端形状呈滑撬式或圆弧形；在顶梁下面是焊有铸钢的柱窝，柱窝的两侧有孔，是用钢丝绳或者是销轴来把立柱和顶梁连接。掩护式支架在顶梁后端配有销孔，通过销轴与掩护梁上的销孔相连3。按顶梁的断面形状可以分为闭式和开式两种顶梁。前一种顶梁的上、下盖板与筋板焊接成封闭型；这种顶梁的一个重要特点是，可以大大减轻顶梁的重量，从而增强顶梁的抗弯强度。本次设计选择开式顶梁结构，同时在顶梁顶面加焊一块比侧护板稍厚的钢板（称为顶板），以增强顶梁的结构强度，同时也便于侧护板能够自由伸缩。图28顶梁断面1FIGURE28TOPBEAMCROSSSECTION图29顶梁开式立筋型FIGURE29OPENTOPSTUDTYPE244确定顶梁主要尺寸1掩护式支架顶梁长度L计算顶梁长度配套尺寸底座长度掩护梁与顶COS1QAEPG30COS1梁铰点至顶梁后端点之距（MM）（25）ML307214306COS1840COS92017配套尺寸参考综采设备配套图册,取1972MM底座长度底座前端至后连杆下铰点之距,取2100MME支架由最高位置到最低位置，顶梁前端点最大变化距离，45MM、支架在最高位置时，后连杆和掩护梁分别与水平面方向的夹角1QP2顶梁梁面积S（2BL6）式中L顶梁长度3072MMB顶梁宽度,本次设计中顶梁宽度为1300MM代入可得396013072S2M243支架的支护面积FSLBSF（27）式中支护面积FS2M移架后，顶梁前端点到煤壁之间的距离M,ME34030支架间距（支架中心距），通常取15MB代入上式可得1253407251FSM4支架的理论支护阻力XFQQ（28）式中支架的理论支护阻力（）QFKN支护面积（）S2M当支架最大采高为时，支架应有的支护强度，在基本参数计算中已经求XQH到，420422/KN支架在最高处的理论支护阻力为KNFQ621540155顶板覆盖率FS（29）式中顶板覆盖率顶梁面积，40S2M支护面积512F代入可得17801254顶板性质对覆盖率有严格的要求不稳定的顶板；中等稳定顶板958；稳定顶板为；坚硬顶板。因本次设计原始参数85770660所给为中等稳定顶板，故符合设计要求。25侧护板选型设计251侧护板的功能1避免相邻支架掩护梁和顶梁间产生间隙，从而防止冒落矸石进入支护空间；2防止支架移架的倾倒；3防止支架的倾倒；4调整支架间距。252侧护板选型侧护板主要用在顶梁和掩护梁。其种类有两种一种是一侧固定而另一侧活动的侧护板；另一种则是两侧都是活动侧护板。前一种活动板，既节省材料又可加固梁体，原因是固定侧护板与梁体焊接在了一起，从而可以节省原梁体的侧板；在设计时，一般沿倾斜方向的上方为固定侧护板，下方为活动侧护板；根据左右工作面来确定左侧或右侧为活动侧护板；活动侧护板为了保证活动侧护板与邻架的固定侧护板靠紧，通常通过弹簧筒和侧推千斤顶与梁体连接；由于当改换工作面开采方向时，活动侧护板会位于倾斜方向的上方，会对调架、防倒等带来不便影响，因此很少采用。后一种侧护板对防倒和调架有一定优势，可以适应工作面开采方向变化的各种要求。故本次设计选择后一种（两侧皆为活动的侧护板）。侧护板结构形式有两种类型一种是侧护板在顶梁的外侧；另一种是铰接式侧护板。本次设计选择侧护板在顶梁的外侧（在顶梁上加设顶板），如图210，这种侧护板不易被冒落矸石压住，不影响侧护板的伸缩。图210侧护板的结构形式2FIGURE210SIDEGUARDAGENCYFORMS253确定侧护板尺寸顶梁侧护板的侧向宽度是由支架升降高度和推移步距来进行确定，即考虑到当一架升起，另一架降柱时，必须要保证相邻两架侧护板不脱离接触；而同时还要考虑到支架降柱后需要前移。为了防止顶梁后部侧护板脱离接触，顶梁侧护板后部需要加宽，加宽的长度通常是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，即大约700MM；当一个架固定，另一个架前移时，两架之间保证能封闭，同时还要满足降架前移时，原不动的掩护梁侧护板下部不会脱开；所以，掩护梁侧护板下部要加宽；确定顶梁和掩护梁侧护板的顶面宽度，需要知道活动侧护板的行程，即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同时，应尽量减少间隙，加强密封性。故本次设计，顶梁侧护板侧向宽度设计为700MM，掩护梁侧护板侧向宽度设计为700MM；由于两台相邻支架架间距离为15M，故设计顶梁和掩护梁的侧护板顶面宽度700MM。26立柱选型设计261立柱的选型与布置立柱长期处于高压受力状态，是支架的承压构件。它必须具有合理的工作阻力和可靠的工作特性，除此之外，还必须具有足够的抗压抗弯强度,以及良好的密封性能；同时，结构要简单，并且能适应支架的工作要求。立柱按结构种类划分为活塞式和活柱式两种按工作方式分为单作用和双作用立柱；按伸缩方式又划分为单伸缩和双伸缩立柱。1）初选立柱为双伸缩双作用立柱。此类型立柱具有调高范围大，工作方便可靠，当增大支撑高度时无需人工安装机械加长杆。这对于实现机械化采煤，提高工作效率具有重要意义；2立柱布置方式掩护式支架为二柱（两根立柱），其支撑方式为倾斜布置，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度（支架在最低工作位置时），在最高工作位置时立柱轴线与顶梁的垂线夹角在。2015262确定立柱的技术参数立柱缸体内径按下式计算COS401MAPNFDDD（210）式中立柱缸体内径（CM）DD立柱数量N支架承受的理论支护阻力（前面已求出，21526KN）1F立柱最大倾角，支架降到最低时，角度最大，取28MA安全阀调正压力，按样本选取，选用安全阀为型，PBYF1AAMP40代入计算可得DDCM71928COS401365按北京煤矿机械厂标准（Q/BM32782）表21中，选取比计算值大的标准值作为内径，ED再按表22选取配合尺寸。单位MM506380100110125140（145）160180200（210）220（230）250表21立柱缸体内径的标准值1TAB21COLUMNDIAMETERCYLINDEROFTHESTANDARDVALUE故立柱缸体内径选择标准值200MM,由表22可得ED外缸内径200MM中缸外径190MM中缸内径160MM活柱外径130MM工作阻力1372KN外缸额定工作压力455AMP中缸额定工作压力711泵站压力326A中心加载时最大计算高度2630MM表22双伸缩立柱的缸径、柱径组配合关系TAB22TELESCOPICCOLUMNOFCOUPLEBORE,WITHTHERELATIONSHIPBETWEENCOLUMNDIAMETERGROUP263计算立柱初撑力与泵站额定工作压力立柱初撑力计算外缸内径MM250230200180160220中缸外径MM240220190170150210中缸内径MM200180160140125180活柱外径MM185160130120105140工作阻力KN19601764137210787841568外缸额定工作压力457442455441106428AMP中缸额定工作压力714721711728665641A泵站压力326326326326326326AMP中心加载时最大计算高度MM425035102630253022702946299282732524526219241942027334245262322420024180241592021925外缸中缸活柱元钢中缸28251215242561522017推荐选用钢材规格MM安全系数活柱（21042KNPDBE11）式中泵站额定工作压力减去从泵站到支架沿程压力损失后的值，经查阅同BPB类型支架压力损失取22。AM泵站额定工作压力，由上表查得，为326BAMP代入可得KNP5694301421264计算安全阀压力与立柱工作阻力安全阀的调整压力，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EDQF定。即（2402AEZAMPDFP12）式中按下式计算ZCOSKNANFNDQZ立柱数量，2；DN支架在最高位置时立柱倾角，18A因已求得21526KN，代入可得11317KN，3604。QFZFAPAMP按照安全阀调整压力的计算值选定一种动作压力与相近的标准安全阀值，选定标准值为，36。APAMP立柱工作阻力按下式计算2（2AEPD1042213）代入计算得11304KN2P当泵站和安全阀都选定后，即可确定立柱的初撑力和工作阻力。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；过小，217035PP1不能有效地支撑顶板，过大，易压碎顶板；现在这个关系有增加的趋势，本次设计掩1P护式支架取。1270初撑力KN981340265确定立柱柱窝位置支架立柱上、下的柱窝位置确定，对于液压支架能否正常工作起着至关重要作用。因此，必须依据顶板载荷分布和底板条件，确定出底座对底板的比压分布和支架顶梁的支撑力分布，保证支架能满足工作面条件的要求，之后再确定立柱上，下柱窝的位置。1）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2。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。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处，取顶梁为分离体1。受力如图211所示对A点取矩0AM（203SINCO121GTTLFHAPXWH14）COSIN31211TTGPHHFLX式中钢和矸石的摩擦系数，取值为03W立柱上柱窝至顶梁和掩护梁铰点之距（M）X支架支护阻力（KN）,前面已求出，21526KN1F顶梁长度（不包括顶梁与掩护梁铰点到顶梁后端的距离），2972MGL立柱工作阻力之和，TPKNP8260顶梁和掩护梁铰点至顶梁顶面之距，01M1H立柱上柱窝中心到顶梁顶面的距离,取024M2立柱在支架最高位置时的倾角，18代入上式可得MX92018COS260124IN23153972615图211顶梁受力分析2FIGURE211STRESSANALYSISOFTOPBEAM2）立柱下柱窝位置的确定确定的立柱下窝位置需要以下方面考虑，首先便于移架，尽量减小底座前端比压，同时还需考虑到支架的调高范围和柱前行人以及下窝柱与前连杆下铰点的距离，一般按支架最低工作位置时，立柱最大倾角应小于。30按照几何关系运算，确定立柱下柱窝位置（2COSCOS121GXAAX15）232TANHX2311TANCOSHAG323HN代入数据可得MH96041503X72TAN962MX91235TAN1COS8COS49201式中M支架最小高度，1500MMNH掩护梁长度,1840MMG后连杆长度,920MMA立柱下窝位置中心距离底座高度，300MM3H支架在最低位置时，后连杆与水平面的夹角,211A支架在最低位置时，立柱倾角,252支架在最低位置时，掩护梁与水平面的夹角,283427对平衡千斤顶选型与设计271平衡千斤顶的工作原理与功能平衡千斤顶（也称稳定千斤顶、角位移千斤顶或顶梁补偿千斤顶）；平衡千斤顶是一种外供液的双作用千斤顶；当高压液从缸体下部进入千斤顶活塞腔（下腔）时，推出活塞杆撑紧顶梁，这时环形腔（上腔）内液体从缸体上部回到回油路；反之，当高压液体进入环形腔往回收回活塞杆时，活塞腔将回液。平衡千斤顶的理论作用是通过其拉、伸，使宽而长的顶梁有较好的接顶，来调整顶梁与顶板的接触角度，从而克服顶梁仰头、翘尾，使顶梁尽量保持与顶底板平行地工作。因此，平衡千斤顶铰接在顶梁和掩护梁之间，从而使掩护式液压支架构成稳定的结构。通过平衡千斤顶，可以调节顶梁呈水平状态或所需要的工作角度，保证相邻的支架保持良好的密封状态，除此之外还可以利用双向控制阀，使平衡千斤顶呈现推力或拉力，以适应顶板载荷的变化。此次设计平衡千斤顶选择双作用液压缸。273确定平衡千斤顶技术参数1平衡千斤顶缸体内径（CM）（2ACPPD推4016）式中平衡千斤顶的推力，588KN（经验值）推P前面已求得，36APAPAMP代入公式得MCDC143614580查表23得平衡千斤顶缸体内径标准值，取，外径取为168MM。DC0缸径（MM）160140125100806350杆径（MM）1401008510085707063）5045454032泵压（）AMP326推力（KN）6374903922451579863表23千斤顶缸体内径TAB23JACKCYLINDERDIAMETER平衡千斤顶活塞杆直径（2ACCPDD拉P40217）式中活塞杆外径CD平衡千斤顶拉力，取为495KN（经验值）拉P代入公式217得78CM78MM3614802CD查表23，取标准值85MM，泵压326MPA。C2平衡液压缸活塞宽度活塞宽度，一般取；缸盖滑动支撑面长度，则是由液压缸内径BD016L而定；D当时，取；M80L当时，取。D016则，。B98147ML8274确定平衡千斤顶位置1）对平衡千斤顶安装位置的要求拉力（KN）150038244523430428412715798103485840缸19422168201461412114102148311/推荐材料规格（MM）杆15217105元钢95元钢110105元钢95元钢85元钢8085元钢70元钢/为保证支架工作的可靠性，本次设计支架的支撑力分布（包含平衡斤顶的推力或拉和立柱的支撑力等），必须适应顶板载荷分布；当立柱的上、下柱窝位置确定后，就可以由顶板载荷的分布来确定平衡千斤顶的位置，按照以下两种情况进行分析当顶梁前端出现空顶时，顶梁后端载荷就会加大，顶板载荷合力作用点将会位置后移，这时平衡千斤顶受到拉力，为了保证支架支撑力分布适应顶板载荷分布，理论假设合力作用点位置距离顶梁后端027倍顶梁长度处来计算；当后端出现空顶区时，顶梁前端载荷将会加大，顶板载荷合力作用点位置就会前移，平衡千斤顶将受到推力，为了保证支架支撑力分布适应顶板载荷分布，理论假设合力作用点位置距顶梁后端035倍顶梁长度处来计算。2）平衡千斤顶在顶梁上位置取出顶梁和掩护梁受力分离体进行受力分析，如图212，213。平衡千斤顶在承受拉力时，取MLXG80297207平衡千斤顶承受推力时，取14350OAPFW6图212顶梁和掩护梁分离体FIGURE212COVERTHETOPBEAMSANDBEAMSEPARATOR图213顶板分离体受力图2FIGURE213SEPARATORBYTHEROOFTRYINGTO取顶梁的分离体，如图213取（20AM18）0SINCOSCOSSIN112211728281WHFAPLPHPLAXFTT式中平衡千斤顶的推、拉力（推力时取“”、拉力时取“”）立柱工作阻力之和，22608KNT支架支护阻力，21526KN1F顶梁和掩护梁铰点至顶梁顶面之距，01MHW顶梁与顶板之间摩擦系数，取03支架在最高位置时的立柱倾角1A18A立柱上窝中心至顶梁顶面之距，024M2H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