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I 摘 要 采煤综合机械化，是加快我国煤炭工业发展速度，大幅度提高劳动生产率，实现煤炭工业现代化的一项重要战略措施。综合机械化不仅产量大，效率高，成本低，而且能减轻笨重的体力劳动，改善作业环境，是煤炭工业技术的发展方向。而液压支架则是综合机械化采煤方法中最重要的设备之一。 本文设计的悬移式 液压支架主要由以下几个基本部分组成 顶梁、推移托梁、伸缩千斤顶、推移千斤顶、液压支柱、内缩梁、挡矸装置、及液压系统 。设计要遵循支护性能好、强度高、移架速度快、安全可靠等原则。 在悬移式式液压支架的设计过程中，拖梁、顶梁、和千斤顶 、支柱等结构件的设计是重点。该 论文介绍了液压支架的结构、类型、工作原理、特点、目的及受力分析，对悬移式式液压支架作了详细的介绍和分析，论述了该支架的设计方案和基本用途。 关键词 ： 液压支架 拖梁 顶梁 千斤顶 液压支柱 液压系统 he of is of a of is of is of in of to is In of of is of of of 录 前言 . 1 1液压支架概述 . 2 . 2 支架和围岩的相互作用分类 . 2 移动 方式分类 . 5 据使用地点的不同分类 . 6 . 6 载结构件 . 6 力油缸 . 7 制操纵元件 . 8 助装置 . 8 作液体 . 8 . 8 梁液压支架的工作原理 . 8 压支架的支撑承载原理 . 10 . 14 压系统 . 15 压系统的特点 . 16 . 17 式液压支架的特点 . 17 连杆机构液压支架 . 17 移式液压支架 . 18 响架形选择的因素 . 19 2悬移式液压支架主要结构尺寸的确定 . 22 . 22 . 23 移式支架主要技术参数 . 23 3悬移式支架总体结构设计 . 24 . 24 架高度 . 24 架伸缩比 . 24 架间距 . 24 架宽度 . 25 梁长度 . 25 架工作阻力 . 26 . 26 顶梁形式的选择 . 26 缩梁结构设计 . 28 梁结构的设计 . 28 窝的设计 . 28 矸板的设计 . 29 柱的选择与设计 . 29 . 30 移装置的选型 . 30 移千斤顶的确定 . 31 . 32 . 33 4悬移式液压支架顶梁强度校核 . 35 . 35 . 36 中载荷在两根立柱中间时校核 . 36 中载荷在顶梁两端时校核 . 41 5悬移式液压支架伸缩梁强度校核 . 47 . 47 . 48 . 53 算缸筒内径和缸壁厚度 . 53 算重叠长度 . 53 6悬移式液压支架的使用维护及常见故 障排除方法 . 55 . 55 架在地面和井下的运输 . 55 架在工作面的安装 . 55 . 56 支架操作维护的要求 . 56 架的操作注意事项 . 56 架的维护和管理 . 57 意事项及警示 . 58 结论 . 60 致谢 . 61 参考书目 . 62 附录 . 61 外文资料与中文翻译 . 62 1 前言 液压支架是在摩擦支柱和单体液压支柱等基础上发展起来的工作面机械化支护设备。它与滚筒采煤机（或刨煤机）、可弯曲刮板输送机、转载机及胶带输送机等形成一个有机的整体，实现了包括采、支、运等主要工序的综合机械化采煤工艺。 液压支架能可靠而有效地支撑和控制工作面顶板，隔离采空区，防止矸石窜入工作面，保证作业空间，并且能够随着工作面的推进而机械化移动，不断地将采煤机和输送机推向煤壁，从而满足了工作面高产、高效和安全生产的要求。液压支架的总重量和初期投资费 用占工作面整套综采设备的 60% 70%左右。 我国于 70 年代初，研制成功了垛式、节式等支撑式支架，以及关键的液压元部件。 70年代中期，研制成功了掩护式与支撑掩护式支架。由于这种架型的优良性能，逐步取代了早期的垛式和节式支架。在引进、消化国外支架的基础上，我国已经形成了一支有一定规模的从事液压支的设计、研究、制造和检验的专业队伍，积累了丰富的经验，并研制了多种适合我国煤矿不同生产地质条件的液压支架。支架最大高度已达5m，最小高度为 应最大倾角可达 55 ;最大工作阻力达10000有用于放顶煤采 煤、分层铺网采煤等条件下的特种用途液压支架。 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 。 2 1 液压支架概述 压支架的分类 支架和围岩的相互作用分类 （ 1）支撑悬移式支架 : 图 1一种支撑式支架 ,它有较长的顶梁 ,较多的支柱 ,并呈垂直布置 ,支架的稳定性由支柱的复位机构来保证 ,因此有坚固的箱式底座。它靠支柱与顶梁的支撑作用，控制工作 面的顶板，维护工作空间，而顶板岩石则在顶梁后部切断垮落。这种类型的支架具有较大的支撑能力和良好的切顶性能，因此适用于顶板坚硬完整，周期压力明显或强烈、底板也较硬的煤层中。 图 1撑式液压支架结构 123456 3 （ 2）掩护式液压支架 : 图 1的顶梁较短，支柱一排，一般仅 1 2 根，多呈倾斜布置，与掩护梁连接或者直接于顶梁连接。它靠支柱和顶梁支撑顶板，而掩护梁只与冒落矸石相接触，防止矸石涌入工作面，以维护一定的工作空间。这种 类型的支架，有良好的防矸掩护性能，主要使用于顶板中等稳定或破碎，底板也较松软的煤层中。 图 1护式液压支架结构 1234567891011123141516掩护式支架的特点如下： 1) 顶梁短，对顶板的作用力均匀，煤壁附近顶板的支护强度往往比支撑式支架还高。 2) 结构稳定，抵抗直接顶水平运动的能力强。 3) 防护性能好，架内歼石极少，便于操 作。 4 4) 调高范围大，对煤层厚度变化的适应性强。 5) 整架工作阻力小，工作空间小，通风阻力大。 6) 与垛式支架相比，质量大，造价高 。 (3)支撑掩护式液压支架： 图 1撑掩护式介于支撑式和掩护式之间的架型。它的特点是，支柱两排，每排 1 2 根，多呈倾斜布置，靠采空区一侧，装有掩护梁和四连杆机构（见图 1 图 1撑掩护式液压支架结构 这类支架靠支撑和掩护作用来维护工作空间，兼有支撑式和掩护式支架的优点，使用于顶板中等稳定或稳定，有较明显的周期压力，底板中等稳定的煤层中。 支撑掩护式 支架的特点如下： 1) 工作阻力大，切顶性能好。 2) 具有坚固的掩护梁及较严密的挡歼侧护装置，可有效地把工作面空间与采空区隔开，防歼性能较好。 5 3) 采用了四连杆结构，支架的稳定性好，能承受较大的水平力。 4) 工作空间宽敞，能满足行人、操作和工作面通风的要求。 5) 支架结构复杂，质量大，造价高，支架回缩时较长，不便运输。 支撑式、掩护式、支撑掩护式等三类支架中，对照采煤工艺对支架的要求来看，掩护式支架具有很多的特点和较广的适用范围。虽然掩护式支架单位工作面上的支撑能力不如其余两种，但由于控顶距较小，单位面积上的支撑能力较大，能对顶 板进行有效的支撑；还有有效的挡矸装置，能更好地适用破碎顶板的支护需要；支架本身为一稳定的运动机构，抗水平力性能好，且便于支架前移；支架的结构和液压系统简单，操作简便，管理维修容易；支架调高范围较大，对煤层厚度变化的适应性较强。所以，掩护式支架在使用中已取得了良好的技术经济效果，使用范围正在逐渐扩大。 移动方式分类 按移动方式，液压支架可分为整体自移式和迈步式两类。 （ 1）整体自移式 : 支架成整体结构，因而整体移动。掩护式、支撑掩护式和部分支撑式支架，均采用这种移架方式， （ 2）迈步式 : 迈步式支 架又可分为交互前移式和提步前移式两种。 1）交互前移式支架，是利用主副架互为着力点交互推位前移的方式，架间安装推移千斤顶和导向装置。一般节式支架常用这种移架方式。 2）提步前移式支架，是采取顶梁不大量下降，提腿跨步的方式。例如，苏 架时沿着支撑住顶板的邻架顶梁推移。还有一种是滑行顶梁式支架，移架时本架顶梁在内部滑移。 6 据使用地点的不同分类 根据使用地点的不同，液压支架有可分为工作面支架和端头支架两类。 上述各类支架均为工作面支架，用来支护工作面的顶板。端头支架，则用在工作 面两端与顺槽的连接处，由于此处的机械设备较多，需要占有的工作空间大，同时又是人员的安全出口，要求端头支架能很好的和各种设备相配合，达到有效地支护悬露面积较大的顶板。因此，端头支架在结构上具有特殊性。 压 支架的组成 液压支架的组成 载结构件 （ 1）顶梁： 顶梁上设计有滑轨，这是实现移架的关键部件，推移托梁分为前后两个，有托梁连接杆将前后两个托梁连在一起，用吊挂装置将托梁放置于顶梁下方的滑轨内，使其能沿滑轨前后滑动，从而实现移架的过程 序号 部件 功能 举例 1 承载结构件 承受并传递顶板在和作用的结构件 顶梁、伸缩梁、 2 动力油缸 用液体作为介质可以主动产生作用力、实现各种动作的油缸 立柱、各类千斤顶 3 控制元件 操纵、控制支架各个动力油缸动作及保证所需工作特性的液压（电气）元部件 操控阀、 单向阀、安全阀及管路、液压（电控）元件 4 辅助装置 不直接承受顶板载荷、而实现支架莫那些动作或功能所必需的装置 推移装置、护帮装置、活动侧护板、防倒、防滑装置 5 工作液体 传递能量的工作介质 乳化液 7 （ 2）伸缩梁 内伸缩梁是实现支架即时支护的关键部件，内伸缩梁插置于顶梁的箱体内 力油缸 动力油缸包括支柱和各种千斤顶等。 （ 1）支柱： 支架上凡是支撑在顶梁（或掩护梁）和底座之间，直接或间接承受顶板载荷的主要油缸叫支柱。支柱是支架的主要承载部件，支架的支撑力和支撑高度，主要取决于支柱的结构和性能。 支柱如图 1 图 1柱 （ 2）千斤顶： 支架上除支柱之外的各种油缸都叫千斤顶，如前梁千斤顶、推移千斤顶、调架千斤顶，还有平衡、复位、侧推和护帮千斤顶等，完成着推移运输机、移设支架和支架的调整等各项动作。 侧推千斤顶如图 1 8 图 1推千斤顶 制操纵元件 控制操纵元件：包括控制阀（即液控单向阀和安全阀）、操纵阀等各种阀件和管件。 这些元件是保证支架获得足够的支撑力、良好的工作特性以及实现预定设计动作所需的液压元件，它的种类和数量，随支架结构和动作要求的不同而异。 助装置 支架上除上述三项构件以外的其它构件，都可归入辅助装置，它包括推移装置、复未装置、挡矸装置、护帮装置、防倒防滑装置、照明和其他附属装置等。 作液体 这是传递泵能站量，使液压支架能有效工作的工作介质。液压支架的工作液体是乳化液。 压支架的工 作原理 梁液压支架的工作原理 该液压支架在移架过程中，不仅要可靠的支撑顶板，维护一定的安全工作空间，而且要随工作面的推进，进行移架和推移输送机。因此，支架要实现升、降、推、移四个基本动作，这些动作是利用泵站供给的 9 高压液体，通过工作性质不同的几个液压油缸来完成的 ,如图 示： 当操纵阀 8 处于升柱位置时，从乳化液泵站来的高压液体通过操纵阀 8、液控单向阀 6 进入立柱 2 的下腔，立柱上腔回液，支架升起，并撑紧顶板。当操纵阀 8 处于降柱位置时，工作液体进入立柱的上腔，同时打开夜空单向阀，立柱下腔回液，支架 下降。 支架的前移和推移输送机是通过操纵阀 7 和图一千斤顶 4 来进行的。移架时，先使支架卸载下降，再把操纵阀 7 置于移架位置，从乳化液泵站来的高压液进入推移千斤顶 4 的前腔即活塞杆腔，后腔即活塞腔回液。这时，支架以输送机为支点前移。移架结束后，再把支架升起，使支架撑紧顶板。若将操纵阀 7 置于推溜位置，高压液进入推移千斤顶后腔即活塞腔，前腔即活塞杆回液，这时输送机以支架为支点被推向煤壁。 图 压支架工作原理图 17、 80 112（ 1）升柱：液压支架移至新的工作位置后，应及时升柱，以支撑新暴露的顶板。将操纵阀转到升柱位置，打开供液阀，高压液体由主进液管 10 进入，经操纵阀到液控单向阀，顶开阀球经油管进入支柱活塞腔，支柱活塞腔的油液经油管和操纵阀流回主回液管，活柱和顶梁升起，支撑顶板。 （ 2）降柱：当旋转式操纵阀转到降柱位置，打开供液阀时，高压液体由主进液管经操纵阀和油管，进入支柱活塞杆腔，同时也进入液控单向阀的控制管路，打开液控单向阀，支柱活塞腔的油液经油管、液控单向阀和操纵阀，流回主回液管，支柱卸载下降。 （ 3）移架：液压支架卸载后，把操纵阀转到移架位置，打开供油液，高压液体由主进液管经操纵阀、油管进入推移千斤顶的活塞杆腔，同时进入液控油路，打开液控单向阀，而活塞的油液经油管、液控单向阀、操纵阀流回主回液管，推移千斤顶收缩，以运输极为支点，拉架前移。运输机靠相邻支架的推移千斤顶来固定，千斤顶由液控单向阀锁紧。 （ 4）推移运输机：当液压支架前移并重新支撑后，把操纵阀转到推溜位置，打开供液阀，高压液体由主进液管经操纵阀、液控单向阀进入推移千斤顶的活塞腔，活塞杆腔的油液经油管和操纵阀流回主回液管，推移千斤顶的活塞 伸出，以液压支架为支点，把运输机推移到新的工作位置。 在实际生产中，对于具体支架的动作，根据该支架的结构和需要来确定。 压支架的支撑承载原理 液压支架的支撑承载原理，是指液压支架与顶板之间互相力学作用原理，它包括初撑增阻、承载增阻和恒阻三个工作阶段。 （ 1）初撑增阻阶段：在升柱过程中，从顶梁接触顶板起，至支柱活塞腔的油液压力达到泵站的工作压力时，松开手把，停止供液，液控单向阀立即关闭，阀球封闭了支柱活塞腔的油液，这就是支架的初撑阶 11 段。此时支柱或支架对顶板产生的支撑力称为初撑力。 支柱初撑力： 100042 （吨） 支架初撑力： cc ） 式 中 ： 站的工作压力（ 2/； D 支柱缸体内径（厘米） ； n 每架支架的支架数； 支撑效率（垛式支架 =1）。 支架初撑力的大小，取决于泵站的工作压力，支架支柱数和支柱缸体的内径以及架型等。实际上，支柱初撑后，活塞腔的油缸压力由于阻力损失、操作情况和阀的灵敏等原因，往往低于泵站工作压力。 （ 2）承载增阻阶段：支架初撑后，随顶板的下沉，支柱活塞腔被封闭的油液受到压缩，油液压力继续升高，呈现承载增阻状态。这时由于支柱缸径增大，油液被压缩而体积缩小，即使乳化液没有任何漏损，安全阀并未动作卸载，支柱总长度也将缩短。这个缩短量可用下式计算： 22222 ( ) ( p d 厘 米 ） 式 中 ： 2-/ p 支 柱 由 初 撑 力 起 达 到 工 作 阻 力 时 ， 支 柱 内 压 力 的 增 量 （ 公 斤 厘 米 ） ；0 . 0 0 0 0 4 7 5乳 化 的 体 积 压 缩 系 数 ， 近 似 取 水 的 压 缩 系 数 ； 柱 内 被 压 缩 液 柱 的 高 度 （ 厘 米 ） ； 12 62- 2 . 1 1 0 /钢 材 的 弹 性 系 数 （ 公 斤 厘 米 ） ； 0 . 2 8钢 材 的 泊 松 比 ； 柱 缸 体 外 径 （ 厘 米 ） ； 柱 缸 体 内 径 （ 厘 米 ） 这个缩短量是有弹性的，如果作用在支柱的载荷，反过来从工作阻力减小到初撑力时，支柱仍会恢复到原来的长度。因此，这个支柱长度上的缩短量，称为支柱的弹性可缩量。 根据井下工作面实测，在各种不同的初撑力、工作阻力和采高的情况下，支架支柱的弹性可缩量在 6 10毫米范围内。这个弹性可缩量会使支柱工作还未达到工作阻力之前，就可造成顶板的下沉，有可能使岩石离层，对顶板管理是不利的。经实验证明，减小支柱的弹性可 缩量，对改善顶板管理起着重要作用。具体措施是，使用高压乳化液泵，提高支柱初撑力；改善单向阀的质量，要能及时关闭液路；注意操作方法，使支柱下腔尽可能达到泵站的工作压力。 （ 3）恒阻阶段：支架承载后，如果完全支撑住顶板，不允许顶板下沉，需要有强大的支撑力，想设计出能抗住巨大顶板压力，而一点也不让压的支架是极困难的，实际上也没有这种必要。因此使支架能随顶板下沉时有一定的可缩量，但又保持一定的支撑力，不致于使顶板下沉而造成破坏冒落。要求支架具有一定的支撑力，又具有可缩性。液压支架的这种特性，是由于支柱的安全阀来控制 的。在顶板压力增大时，支柱活塞腔被封闭的油液压力就迅速升高，当压力值超过安全阀的动作压力时，支柱活塞腔的高压液体经安全阀泻出，支柱降缩，支柱活塞腔的液体压力减小，这是就是支架的“让压”特性；当压力小于安全阀的动作压力时，安全阀又关闭，停止泻液，支柱活塞腔的液体又被封闭，支 13 架恢复正常工作。由于安全阀动作压力的限制，支柱呈现出恒阻特性，此时支柱或支架承受的最大载荷称为工作阻力。 支柱工作阻力： 10004 2 （吨） 支架工作阻力： zc ） 式中：安全阀的动作压力（ 2/ 支架的工作阻力取决于安全阀的动作压力、支架柱数、支柱缸体内径和架型等。 安全阀使支柱具有恒定的设计工作阻力，同时又使支柱在承受大于设计工作阻力的顶板压力时，可随顶板的下沉而下缩，这就是液压的恒阻性和可缩性。为防止安全阀频繁动作而失效，应 使支架的工作阻力大于正常的顶板压力，也就是说，在工作面生产过程中，支架还没有达到设计的工作阻力之前，就已经移到新的位置。 工作阻力是液压支架的一个基本参数，用来表示支架支撑力的大小。但是，由于支架的顶梁长短和间距大小不同，并不能完全反映支架对顶板的支撑能力，因此常采用表示单位面积顶板上所受支架工作阻力值大小的支护强度参数，来比较支架的支护性能 . ）支架的支护面积（米式中：）米（吨支架的支护强度：22/ 由上可知，支柱或支架工作时，其支撑力随时间的变化过程是，支架升起，顶梁开始接触 顶板至液控单向阀关闭时的初撑增阻阶段0t,初撑结束至安全阀卸载前的承载增阻阶段1种变化过程反映了支架的支撑力和时间之间的关系 14 （图 1图中虚线表示，有些支架的支柱并未达到额定工作阻力就已降柱前移，支架前移后按原过程重新支撑。 图 1架的支撑承载过程 0t 初撑增阻阶段 1t 载增阻阶段2t 恒阻阶段 上述过程表明：液压支架在额定工作阻力值以下工作时，具有增阻性，以保证支架对顶板的有效支撑作用；当支架支撑力超过额定工作阻力值时，支架能随顶板下沉而下缩，使支架保持恒定的工作阻力，既具有可缩性和恒阻性。支架本身的增阻性取决于液控单向阀和支柱的密封性能，可缩性和恒阻性则由安全阀的溢流性能决定。因此，液控单向阀、安全阀、支柱这三个部件，是保证支架工作性能的关键元件 。 压系统及其控制元件 液压系统是利用泵站的高压乳化液来控制立柱、千斤顶和阀等元件，实现支架的支护性能和各种动作。 支架采用的乳化液，是由乳化油水配制而成的，乳化油的配比浓度为 5%，使用乳化油应注意以下几点： a)定期检查浓度，浓度过高增加成本；浓度太低可能造成液压元件腐蚀， 15 影响液压元件的密封。 b)防止污染，定期（一个月左右）清理泵站乳化液箱。 c)乳化液的 须在 7 9范围内。 d)防冻：乳化液的凝固点在 水一样乳化液也具有冻结膨胀性，乳化液受冻后，体积稳定性受影响。因此，乳化液地 面配制和运输过程中注意防冻。 e)乳化油必须满足“ 压支架用乳化油”标准之规定，即： 表 2化油按对水质硬度的适应性选取相应的牌号 牌号 应水质硬度 (毫克当量 /升 ) 5 5, 10 10, 15 15 f)配制液压支架用乳化液的水质应符合下列条件 : 无色、无臭、无悬物和机械杂质； 9 范围内；氯离子含量不大于 克当量 /升；硫酸根离子的含量不大于 克当量 /升。 压系统 对于液压支架的传动系统应具有以下基本要 求： a）采用结构比较简单，设备外形尺寸比较小，能远距离的传递大的能量； b）能承受较大的载荷；没有复杂的传动机构； c）在有爆炸危险和含尘的空气里保证工作安全； d）动作迅速； e）操作、调节简单； f）过载及损坏保护简单； 16 针对我们本次设计的液压支架，其液压系统有以下两部分系统组成：即立柱系统和千斤顶系统。 本支架的液压系统，由乳化液泵站，主进，主回液胶管，各种液压元件，立柱及各种千斤顶等组成。液压系统原理：本支架操作方式采用邻架操作控制，使用快速接头拆装方便，性能可靠。 图 2压支架液压系统图 1前立柱； 2压力指示器； 3安全阀； 4液控单向阀； 5后立柱；6顶梁侧推千斤顶； 7掩护梁侧推千斤顶； 8护帮千斤顶； 9双向液控单向阀； 10操纵阀； 11推移千斤顶； 12前梁千斤顶； 压系统的特点 (1)支架上的大部分液压元件 (除前梁千斤顶控制阀和双向锁外 )都装在阀组的座架上，支架本身只有两根高压软管，这样既便于操作，又能保证支柱间有宽敞的人行道。 (2)操纵阀 组合操纵阀，前柱，后柱及前梁千斤顶可单独操作，也可同时操作。 (3)前梁千斤顶活塞腔与活塞杆腔之间连接一个大流量安 全阀，在升前梁与升柱同时操作时，对前梁加以保护，并使前梁有较大的支撑力 17 液压系统及其控制元件 压支架的架形 液压支架主要的机构形式有三种，即垛式支架，四连杆机构液压支架，和 悬移式 液压支架。现分别介绍几种形式液压支架的特点。 式液压支架的特点 垛式液压支架式支撑式液压支架的一种。支撑式液压支架是在一个底座上放置几根立柱支撑顶梁，并通过顶梁支撑顶板这样简单的结构基础上发展起来的。 垛式支架的优点是：垂直支撑的立柱数量多，支架的工作阻力大；多数立柱位于支架后部，切顶性能好，工作空间大，易满足通风 和行人的要求，重量轻，价格便宜。 其缺点是：顶梁较长，移架时空顶面积较大；同一段顶梁受到的垂直支撑的次数较多，不利于顶板的管理，挡矸帘的强度低，顶板碎矸还可以从架间落入工作空间，防矸能力弱。所以垛式支架应在直接顶稳定或坚硬的煤层中使用。 由此可见，垛式液压支架虽然有很多的优点，但却存在它的弊端，并不是我们理想的架型。 连杆机构液压支架 这种液压支架是目前使用最多的液压支架。不论是支撑式还是掩护式液压支架都一般都用到了这种机构。四连杆机构使顶板对顶梁的水平载荷由掩护梁传递给两个连杆，立柱不承受横向 力，因此不易产生弯曲现象。因此，要求连杆要有足够的强度。四连杆机构主要有两种形式，一种是前后连杆都为单连杆；另一种是后连杆为整体铸造件或焊接件，前连杆为左右分置的单连杆铸钢件或焊接件，这样可增大支架的有效利 18 用空间。 四连杆机构液压支架的机构简图如图 示： 图 连杆式液压支架机构简图 这种机构使支架在升降的过程中，顶梁前端的轨迹为一条双纽线。双纽线支架的两个连杆虽然增加了支架结构的稳定性，但也因要抵抗顶板的水平运动大大增加了对支架承载 机构件的作用力，结构使构件断面增大，重量增加。而掩护式和支撑掩护式支架的进一步发展方向之一是寻求减轻支架重量的途径。因此，这种机构虽然广泛使用，但仍旧不是我们理想的一种架型。 移式液压支架 这种支架是由四连杆机构液压支架演化而成的一种支架机构形式。 它用一个单摆杆机构代替了传统的四连杆机构，从而使支架在升降的过程中顶梁前端的轨迹由双扭线变成了一条圆弧线。我们可以通过增加摆杆长度的方法来使轨迹更加接近垂直直线。但是与四连杆机构类似，不论我们怎样进行优化设计，仍旧无法使顶梁前端的轨迹真正变成一条垂直 直线。也就无法去除顶梁所受的横向摩擦力。 由以上的分析可知，传统的机构形式总是存在其弊端，我们努力寻求一种机构形式是顶梁升降时的轨迹为一条垂直直线。 19 图 移式液压支架机构示意图 因此我们通过机构形式的演化，找到了一种垂直导向机构。这种机构的特点是，真正使支架升降时顶梁前端的轨迹成为了一条垂直直线，使支架不再受到顶板摩擦力的作用。改善了支架的受力状况，减小可承载件的断面面积，从而减轻了支架的重量。这种分体顶梁液压支架的机构示意图如图 示。 通过上述分析知，这几种架型形式都不是我们理想的选择， 我们要求的机构形式是顶梁上下运动时的轨迹为变化的。因此我们通过各种架型形式的演化，研究了这种分体顶梁液压支架。这种架型的特点是：采用托梁滑块机构和推移机构，克服了单摆杆机构和四连杆机构支架在支护高度发生变化时，由于内力大而造成的支架易损坏的潜在因素，真正成为支架升降导向，并承担支架外部的纵向水平力。该架型稳定性好，重量轻，工作面过人空间大，结构紧凑，支护强度大。所以，在理论上分析可以得出，滑块机构和推移是对分体顶梁液压支架的一个很好的演化形式。 响架形选择的因素 液压支架的选型受到矿井的煤层、地 质、技术和设备条件的限制，因此，以上因素都会影响到支架的选型。 液压支架架型的选择首先要适合于顶板条件。一般情况下可根据顶 20 板的级别，由综采技术手册（上册）中直接选出架型。 （ 1）煤层厚度 1) 当煤层厚度超过 板有侧向推力和水平推力时，应选用抗扭能力强的支架，一般不用支承式支架。 2) 当煤层厚度达到 上时，需选择带有护帮装置的掩护式或支承掩护式支架。 3) 煤层厚度变化大时，应选择调高范围较大的掩护式，带有机械加长杆或双伸缩立柱的支架。 4) 假顶分层开采，应选用掩护式支架。 （ 2）煤层倾角 1) 煤层 倾角 25时，排头支架设防倒滑装置，工作面中部支架设底调千斤顶，工作面中部输送机设置防倒滑装置。 （ 3）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允许比压。 2) 为使移架容易，设计时要使支架底座前部比后部的比压小。 （ 4）瓦斯含量 对瓦斯涌出量大的工作面，应符合保安规程的要求，并选用通风端面较大的支承式或支承掩护式支架。 （ 5）煤层硬度 当煤层为软煤层 时，支架最大采高一般 硬煤层时，支架最大采高一般 煤层时，支架最大采高 梁的强度校核 顶梁受力有两种，按集中载荷在两根立柱中间和在顶梁两端两种情况，理论支护阻力在顶梁的最危险断面处，对顶梁进行强度校核。 中载荷在两根立柱中间时校核 由中华人民共和国煤炭行业标准 实验的规定加载。加载方式如图 示： 37 图 梁中部集中载荷实验加载方式 示意图 图中，剖面线部分为顶梁中部所加的钢条，也就是作用力的位置。钢条所在的位置为，两柱窝中点。 现将此实验中顶梁的受力模型列于图 ： 图 梁的受力图、剪力图和弯矩图示意图 力图、剪力图和弯矩图 对各个点左右的剪力计算如下： 38 200受力平衡得 2=5002=00从左向右取矩 1点： 1右=0 2点： 2 00 500=3000002右 =00 500=300000点：33右=0 00000由计算得知，按弯压联合计算，不如按最大弯曲应力计算应力大。为了安全，在两柱窝中心截 面，采用最大弯曲应力进行校核。计算截面面积 F 及截面形心至两柱窝中心面的距离 y 取全部钢板的厚度为12先对每块钢板编号，把位置状态相同和截面积相同的钢板编成一个号，然后计算截面面积39 图 梁截面图 1F = =12 470=56402 =6F =2 =2（ 300 12=6912 +22L =12+ 2288 =156F=2 =2（ 300 12=6614 +23L=12+2276=150F =2 =80 2 12=2560 +2 =294mm 每个零件中心到截面形心的距离： 1a=y _1y=a=y _2y=a=y _3y=3144 矩形截面的惯性矩为： 123式中 b截面宽度 h截面高度 计算每个零件的对截面形心的惯性矩0 48 8 8 9 9 0 9 05 6 4 01 2 5 . 512 124 7 012 23121311 423222322 4 2 3 1 8 7 29126. 5 )42(12 122882122 z 42 3 4 6 5 5 26 6 2 22762122 23323333 ）（ 43424344 6 7 6 2 3 0 4 02 5 6 01 6 2 . 52802122 z ）（1 2 3Z Z Z J J + 4=88899090+4231872+2346552+67623040=1631000554 4计算弯曲应力和安全系数 . 8 M p 6 1 0 0 0 5 5 410300000)2(33m a xm a xm a xm a x 5m a x 满足 n 所以危险截面是安全的。 在截面两柱窝中心截面的剪力最大，且腹板采用钢板焊接，故需要校核，现对中性轴处剪切力进行校核，即： 41 m m 大剪力 0b截面沿中性轴的总宽度 420 0S截面中心轴之
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