机械毕业设计（论文）-ZY120003862型掩护式液压支架设计【全套图纸】 .doc

第 91 页 中国矿业大学2013届本科生毕业设计目 录前言41 液压支架概述51.1国内外液压支架的发展现状51.1.1我国液压支架的发展现状51.1.2 国外液压支架的发展现状61.2液压支架技术的发展趋势61.3 液压支架的术语71.4 液压支架的组成91.5液压支架架型的分类91.5.1支撑式支架91.5.2掩护式支架101.5.3支撑掩护式支架101.6液压支架的工作原理111.6.1 升柱和降柱111.6.2支架和输送机前移111.7液压支架的支护方式111.8液压支架工作状态及布置121.9设计目的和要求131.9.1设计目的131.9.2设计要求142 工作面设备选型14 2.1工作面设备选型配套原则14 2.2支架架型14 2.3采煤机选型15 2.4刮板输送机选型153 液压支架的结构设计15 3.1 液压支架基本尺寸的确定153.1.1 支架的伸缩比153.1.2 支架间距的确定163.1.3支架宽度的确定163.1.4梁端距的确定163.1.5支架底座长度和宽度的确定16 3.2 支架四连杆机构的确定173.2.1 四连杆机构的作用173.2.2 四连杆机构定位尺寸和极限参数的确定173.2.3 四连杆机构的设计18 3.3 顶梁长度的确定223.3.1根据已知参数初步计算顶梁长度223.3.2配套尺寸对顶梁长度的影响223.3.3支架工作方式对顶梁长度的影响233.3.4顶梁长度计算244 液压支架主要部件选择设计25 4.1 支架主要部件的设计要求25 4.2 顶梁的选择设计264.2.1 顶梁的作用264.2.2顶梁的形式26 4.3 侧护板的选择设计274.3.1 主要作用274.3.2 侧护板的种类与选择284.3.3 侧护板的结构型式28 4.4 底座的选择设计304.4.1 底座的作用304.4.2 底座的形式31 4.5 掩护梁的选择设计32 4.6 掩护梁侧护板的选择设计33 4.7 连杆的选择设计33 4.8 推移机构的选择设计34 4.9 提底座机构选择设计365 立柱和千斤顶的设计37 5.1 立柱的设计375.1.1 立柱类型的选择及其结构375.1.2 立柱上、下柱窝位置的确定385.1.3 双伸缩立柱缸径的确定415.1.4 泵站压力的确定425.1.5 立柱初撑力的计算435.1.6 立柱工作阻力的计算43 5.2 平衡千斤顶的设计435.2.1 平衡千斤顶参数的确定445.2.2 平衡千斤顶位置的确定46 5.3推移千斤顶尺寸确定50 5.4 其他千斤顶516 液压支架的受力分析52 6.1 支架的工作状态分析52 6.2 支架计算载荷的确定52 6.3支架各部件的受力计算536.3.1顶梁的受力分析与计算536.3.2前后连杆的受力分析与计算557 液压支架的强度计算57 7.1 强度条件57 7.2 顶梁强度校核58 7.3 底座强度校核61 7.4掩护梁强度校核63 7.5 销轴的强度校核66 7.6立柱强度校核677.6.1立柱的稳定性验算677.6.2活塞杆的强度计算69 7.7前后连杆强度校核708 液压支架主要技术参数的确定70 8.1 支护面积70 8.2 底座接触比压71 8.3 液压支架主要技术参数一览表73参考文献75翻译部分76英文原文76中文译文82致 谢88 前言 中国煤炭资源丰富，含煤面积约55万km2，随着工业的发展和对煤炭需求量的日益增长，煤炭生产的高产高效和现代化就显得相当重要和必要了，特别是在煤炭总储量中厚煤层储量占到43，这就要求大力发展厚煤层综合机械化采煤。在各种采煤方法中，大采高综采是指对35m50m 厚的煤层一次采全高的综合机械化开采。大采高综采是在中厚煤层综采的基础上，研制适应采高增大的成套设备和工艺技术后逐步发展形成的。大采高综采具有煤炭资源回收率高、含矸率低、采煤工作面煤尘少、自然发火和瓦斯涌出安全性好等优点。采煤工作面支护设备是支撑和维护采煤工作面控顶区顶板，为采煤创造安全作业空间的设备。按结构特点和支护方式不同分为单体支架、液压支架、特种支架。液压支架是综采设备的重要组成部分。它能可靠而有效地支撑和控制工作面的顶板，隔离采空区，防止矸石进入回采工作面和推进输送机。它与采煤机配套使用，实现采煤综合机械化，解决机械化采煤工作中顶板管理落后于采煤工作的矛盾，进一步改善和提高采煤和运输设备的效能，减轻煤矿工人的劳动强度，最大限度保障煤矿工人的生命安全。实践证明，液压支架具有支护性能好、结构强度高、移设速度快、安全可靠等优点。液压支架配合可弯曲刮板输送机和滚筒式采煤机，组成回采工作面的综合机械化采煤设备。液压支架在技术上是先进的，在经济上是合理的，在安全上是可靠的，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6070。因此液压支架是实现回采工作面机械化和自动化的主要设备，是现代化采煤技术中的关键设备之一。全套图纸，加1538937061 液压支架概述 1.1国内外液压支架的发展现状实现煤炭工业增加产量、提高劳动效率、改善劳动条件、保障安全生产，采掘机械化是必要的技术手段，也是煤炭生产过程中节约能源、人力和减少原材料消耗的有效技术措施，经过几十年的艰苦努力，我国已经掌握了缓倾斜中厚和厚煤层综合机械化采煤成套设备的设计、研究和制造技术。以液压支架为主要设备的综合机械化是煤炭工业发展史上的一次重大技术革命，从根本上改变了煤炭工业的面貌，是人类科技发展的重要成果，合理的集中生产简化了生产系统，提高了生产安全性。不仅从根本上改善了劳动和安全条件，也为工作面产量和效率的迅速提高奠定了基础，使煤矿生产面貌彻底改观。但是综采设备初期投资高，特别是液压支架占综采设备总投资的约60%,因此液压支架的合理选用尤显重要。1.1.1我国液压支架的发展现状我国是煤炭生产大国，1958 年开始设计掩护式支架,当时煤炭科学研究总院北京开采所、太原、唐山和上海研究所等单位都先后开始对液压支架展开研究，在20世纪60年代也曾研制了几种液压支架，但未得到推广和应用。20世纪70年代，我国从英、德、波兰和前苏联等国家引进数十套液压支架，经过使用、仿制和总结经验，到20世纪80年代以后，我国液压支架的研制和应用获得了迅速的发展，相继研制和生产了td系列、zy系列和zz系列等20多种不同规格的液压支架。从20 世纪90 年代中期开始，我国液压支架进入了快速发展阶段，全国综掘综采工作面数量大幅度提高，液压支架的性能、参数、可靠性有了明显的提高，支架的架型不断丰富，如大采高支架、薄煤层支架、大倾角液压支架、铺网液压支架和端头支架等。到目前为止，适于我国高产高效的国产液压支架有20 余种架型，其中用于缓倾斜中厚煤层和缓倾斜厚煤层的各占一半。适用于缓倾斜厚煤层高产高效的液压支架分为机械化铺联网支架、一次采全高支架和放顶煤支架三大类。然而我国液压支架制造技术水平还相对落后，在支架材料、加工工艺、性能和使用寿命等方面与世界先进国家相比还有很大差距，近年来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。1.1.2 国外液压支架的发展现状 第一个液压支架工作面于1953年在英国问世，尔后，苏联、西德、日本、法国、美国、波兰和罗马尼亚等国家陆续应用和推广，80年代以来，世界主要采煤国家一直围绕减面提产、减人提效、降低成本、实现矿井集中生产做努力，经过多年的联合、兼并和重组后，国外形成了在西方发达国家煤机市场中占据垄断地位的两家大型跨国公司dbt公司和joy公司。dbt公司收购了朗艾道公司，实力有了显著的增强。他们的产品供应美国、澳大利亚、南非等世界先进的采煤国家。 他们积极开发和应用新技术，致力于高性能、高可靠性的新一代液压支架的研制。新型液压支架普遍具有微型电机或电磁铁驱动的液压控制阀，推移千斤顶装有位移传感器，采煤机装有红外线传感装置，立柱缸径超过400。为减少割煤时间，一般采用0.81m的截深。支架还采用屈服强度8001000mpa的钢板，既有较高的强度、硬度和韧性，又具有良好的冷焊性能。随着长壁工作面长度的不断增加，为适应快速移架的需要，国外还广泛采用高压大流量乳化液泵站，其额定压力为4050mpa，额定流量400800l/min，实现工作面支架的单架程控或分组程控操作，其移架速度可达到68s/架。美国早在1990年就已采用额定压力50mpa、额定流量478l/min的乳化液泵站，以实现支架快速推进，移架速度达68 s/架。美国的高产高效工作面采用两柱掩护式支架，使用寿命810年，可用率高达95%98%。支架平均工作阻力6470kn，支架宽度普遍增大，中心距达到1.75m，并向2m发展，增大架宽有利于减少工作面架数、缩短移架时间、增加有效工作时间和提高单产。1.2液压支架技术的发展趋势为了改进支架的支护性能，提高它对矿山地质条件的适应性，扩大使用范围，延长使用寿命，目前液压支架有下列几方面的发展动向：1. 大力发展掩护式和支撑掩护式支架，对其他型式的支架，应用逐渐机减少。1976年国际采矿设备展览会展出的89种液压支架中，有80%是掩护式支架，这些支架的主要特点是：采用四连杆机构，使梁段和煤壁之间的距离基本保持恒定；支柱支在顶梁上，提高了支架的工作阻力；顶梁和掩护梁铰接，取消了两者间易被铅石阻塞的三角区；掩护梁和顶梁的主梁部分均装设侧护板，提高了支架的防护能力；采用整体自移式，便于支架操作和实现自动控制。2. 目前，各国正在研制大倾角、大采高、大截深和薄煤层支架，并使支架和采煤机更好的配合。近几年来，国外正在研制一次截深1.5米左右或一次采高5.5米的液压支架。同时，为扩大支架适应的高度范围，广泛采用双伸缩式支柱。3. 随着电牵引采煤机的问世和快速发展，要求配套的液压支架具有很快的动作速度和较大的移动步距。为了加快支架的动作速度，必须增大供液系统流量和改善操作条件、控制方式，即向高压力、大流量泵站（压力为45mpa，流量为300l/min）、配有微型计算机的电液先导控制方向发展。为了适应坚硬顶板的生产要求，已研制出工作阻力高达10000kn的支架。今后还要研制高出撑力和高工作阻力的强力支架。1.3 液压支架的术语 液压支架：以压力液体为介质，由动力油缸、顶梁、底座、各种控制阀及管路等主要部件组成，实现机械化支护与移动的工作面设备。 支撑式支架：立柱通过顶梁直接支撑顶板，对冒落矸石没有完善的掩护构件的液压支架，包括垛式与节式等支架。 掩护式支架：只有一排立柱，直接或间接地通过顶梁向顶板传递支撑力，用掩护梁、连杆等起稳定作用并有较完善的掩护挡矸装置的液压支架。 支撑掩护式支架：有两排或两排以上立柱，直接或间接地通过顶梁向顶板传递支 撑力，用掩护梁、连杆等起稳定作用并有较完善的掩护挡矸装置的液压支架。 放顶煤液压支架：用于放顶煤采煤法的液压支架，其型式一般采用支撑掩护式或掩护式。按放落顶煤的输送方式可分为单运输机放顶煤支架和双运输机放顶煤支架。 端头支架：用于支护工作面与顺槽过渡区顶板的液压支架。 排头支架：用于支护工作面两端边缘区，包括机头、机尾上方顶板的支架。它往往作为工作面支架移动或调整时的基准架。一般要求有防倒、防滑装置。 擦顶移架：支架卸载后，贴擦着顶板向前移动的一种移架方式。 带压移架：支架保持对顶板一定的支撑力向前移动的一种移架方式。 梁端距：顶梁前端到煤壁的距离。 控顶距：顶梁后端到煤壁的距离。 移动步距：每个工作循环中支架移动的距离。 中心距：两架支架中心线之间的距离。 顶板覆盖率：支架支撑顶板的面积与控顶面积之比。 四连杆机构：由四个杆组成的运动结构，主要用于保证掩护式等支架的顶梁有一定的运动轨迹。 初撑力：支架（立柱）支护时的主动支撑力。当立柱内液体达到管路额定工作压力时的初撑力称为支架的额定初撑力。 额定工作阻力：支架（立柱）设计时所规定的最大支撑阻力。支架额定工作阻力一般是指所有立柱的额定工作阻力之和。 即时支护：割煤后立即移架，支撑顶板，然后再推移输送机的一种支护方式。 滞后支护：采煤以后先推移输送机，然后再移支架的一种方式。 支护强度：在支架控顶范围内单位面积上能承受的顶板最大垂直载荷。掩护式或支撑掩护式支架的支护强度随支架高度变化而变化。 底板比压：单位面积底板上承受的支架垂直载荷，它随底座不同部位而变化。 支撑效率：支架作用于顶板的垂直支撑力与支架工作阻力之比。 顶梁：直接与顶板接触，传递支撑力的支架结构部件。 护帮装置：用于支托煤帮，减少片帮，保护人身和设备安全的支架部件。 掩护梁：连接顶梁与底座或连杆的支架承载结构件，阻止冒落矸石进入工作面。 底座：直接与底板相接触并向底板传递支撑力的支架承载结构件。 前（后）连杆：四连杆式支架中直接与底座及掩护梁铰接连接的前（后）杆件。 活动侧护板：在顶梁、掩护梁或后连杆等部件侧面可以伸缩的部件，主要起保证架间密封、防止漏矸以及防倒调架的作用。 整体刚性底座：整体结构，刚性大，底部封闭的底座。 挡矸装置：防止冒落矸石进入架间和作业空间，但一般不承受顶板载荷的辅助装置。 推移装置：移动液压支架与输送机的装置。 立柱：在液压支架底座与顶梁或掩护梁之间支撑的，直接或间接地向顶板传递支撑力的液压油缸。它是液压支架的主要动力油缸。 千斤顶：液压支架上除了立柱以外的动力油缸，按其功能划分有平衡、推移、侧 推、防倒、防滑、调架、前梁、护帮、伸缩梁、放煤千斤顶等。 浮动活塞千斤顶：活塞可在活塞上滑动的一种特殊结构千斤顶，多用作推移千斤顶。 操纵阀：控制液流方向，实现支架升降、推移等不同动作的阀门。 液控单向阀：使液流只能单方向自由流通，而在相反方向则闭锁，只有在液控作用下才可使液流返回流动的一种阀门。用于闭锁立柱下腔和千斤顶有关腔室。 安全阀：一种起安全保护作用的常闭溢流阀门。当立柱或千斤顶腔室内液体压力达到了调定压力值时，阀就溢流。 截止阀：用于使液流通路关闭或打开的一种方向控制阀门。一般用于截断油液后进行维修作业。 回油断路阀：一种常开式单向阀门。用于支架操纵阀的回油管路。当检修支架时，将回油路堵住，防止回液进入支架。 乳化液：乳化油与水按一定比例配制的液压工作介质。 泵站：由电动机、乳化液泵、乳化液箱等组成的向液压支架供给高压液体的动力源。 乳化液泵：用乳化液作工作介质的一种泵。 乳化液箱组：用于配制、过滤乳化液并具有相应的液面、温度、压力等控制保护装置的油箱组。它为乳化液泵提供工作介质。 泵站工作压力：泵站正常工作时所达到的压力。一般，卸载阀的压力上限即为泵站工作压力。 手动本架控制系统：对操作者所在的本架支架进行手动控制的液压系统。 直接邻架控制系统：由操作者所在支架的操纵阀直接对相邻支架实现控制的液压系统。一般分单向控制和双向控制。 先导邻架控制系统：由操作者所在支架起通过先导阀门和多芯管间接对相邻支架实现控制的液压系统。 电液控制系统：通过电气（电子）装置和液压元件实现支架各种动作的控制系统，一般包括邻架、双向邻架控制、成组控制和工作面集中控制等。 成组程序控制系统：以一定的程序自动地实现一组支架内各种不同动作的控制系统。 工作面集中电液控制系统：可在顺槽等处的中央控制台对工作面支架实现集中遥控的系统。1.4 液压支架的组成液压支架按其结构特点和与围岩的作用关系一般分为三大类，即支撑式、掩护式和支撑掩护式。根据支架各部件的功能和作用，其组成可分为四个部分：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。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、防倒防滑装置、连接件、喷雾装置等。这些装置是为实现支架的某些动作或功能所必需的装置。1.5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。1.5.1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1.1所示，前梁较长，立柱较多并呈垂直分布，支架的稳定性由立柱的复位装置来保证。它靠立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。a 垛式 b 节式图1.1支撑式支架 1.5.2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1.2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。a 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 图1.2掩护式支架1.5.3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。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，瓦斯储量较大的中厚或厚煤层中。1.6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乳化液通过工作性质不同的几个液压缸来完成的。如图1.3所示。 图1.3 液压支架工作原理 1-顶梁；2-立柱；3-底座；4-推移千斤顶；5-安全阀；6-液控单向阀；7、8-操纵阀；9-输送机；10-乳化液泵；11-主供液管；12-主回液管1.6.1 升柱和降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，推动活塞上升，使于活塞杆相连接的顶梁紧紧接触顶板。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。1.6.2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。1.7液压支架的支护方式综采工作面的主要生产工序有采煤、移架和推溜。3个工序的不同组合顺序，可形成液压支架的3种支护方式，从而决定工作面“三机”的不同配套关系。1、即时支护一般循环方式为：割煤移架推溜。即时支护的特点是，顶板暴露时间短，梁端距较小。适用于各种顶板条件，是目前应用最广泛的支护方式。2、滞后支护一般循环方式为：割煤推溜移架。滞后支护的特点是，支护滞后时间较长，梁端距大，支架顶梁较短。可用于稳定、完整的顶板。3、复合支护一般循环方式为：割煤支架伸出伸缩梁推溜收伸缩梁移架。复合支护的特点是，支护滞后时间短，但增加了反复支撑次数。可适用于各种顶板条件，但支架操作次数增加，不能适应高产高效要求，目前应用较少。1.8液压支架工作状态及布置图1.4所示为液压支架在工作面的布置示意图。每个工作面一般由滚筒采煤机、液压支架、刮板输送机、转载机、乳化液泵站和油管等主要设备组成。为了实现顶板及时支护，常采用先移架后推溜的方式。采煤机每切割一刀，液压支架依次完成降柱、移架、升柱和推溜四个主要动作过程。a-a截面是采煤机割煤前支架的工作状态。此时，推溜千斤顶活塞杆处于伸出状态，端间距为零，输送机紧靠煤壁。采煤机割煤后，支架尚未前移时（b-b截面），端面距最大（等于采煤机截深）；当支架降柱卸载前移，然后升柱支护新裸露顶板时，端面距又达到最小（c-c截面）。支架支撑顶板后，以其为支点操作推溜千斤顶。将输送机推向煤壁，实现推溜。此时，推溜千斤顶的活塞杆又处于伸出状态（d-d截面），以便完成下一个动作过程。随着采煤机割煤的继续，工作面液压支架不断重复上述四个主要动作过程。从而对顶板进行及时支护，防止顶板冒落，保持一定的作业空间，确保综采工作面人员和设备的安全，实现顶板管理及采煤作业过程机械化，提高采煤工作效率。图1.4 液压支架在工作面布置示意图 1采煤机 ；2液压支架 ；3传送带输送机 ；4转载机； 5刮板输送机； 6主进液管7主回液管； 8乳化液泵； 9乳化液箱； 10端头支架； 11单体液压支柱；1.9设计目的和要求1.9.1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求，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（简称综采工作面）。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求量是很大的。由于不同采煤工作面的顶板条件、煤层厚度、煤层倾角、煤层的物理机械性质等的不同，对液压支架的要求也不同。为了有效地支护和控制顶板，必须设计出不同类型和不同结构尺寸液压支架。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。1.9.2设计要求高工作阻力掩护式液压支架设计，最大结构高度6200mm；最小结构高度3800mm；工作阻力12000kn；支护强度1.01.2mpa。完成总体设计，顶梁设计或掩护梁设计或底座设计，进行立柱设计，完成至少两张零件图设计，进行液压传动系统原理设计。2 工作面设备选型 2.1工作面设备选型配套原则(一)生产能力配套 工作面生产能力取决于采煤机落煤能力，而刮板输送机、液压支架及运输巷运输设备的运输能力要高于采煤机生产能力的20以上，要保证工作面高产，工作面运输设备的运输能力要大于采煤机的落煤能力，液压支架的移架速度一定要满足采煤机高产快速运行的要求。1、采煤机生产能力选择，采煤机的生产能力的决定是依据工作面的年产量及每小时生产能力而确定的。采煤机生产能力(th)=60(minh)采高(m)截深(m)采煤机牵引速度(minm) 煤的密度 (t )系数2、刮板输送机生产能力要高于采煤机的生产能力。 3、液压支架生产能力的确定，为了保证工作面采煤机连续截煤，整个工作面支架的移机速度应大于采煤机连续截煤的平均截煤牵引速度。 (二)性能配套 主要解决各设备性能互相协调与制约的问题，从而发挥设备性能，满足安全生产需要。(三)空间配套 从安全角度出发，支架前柱到煤壁的无立柱空间宽度越小越好。 (四)寿命配套 采煤机、刮板输送机和液压支架的大修周期应相互配套。综合机械化采煤是将工作面的落煤、装煤、运煤、支护的各个环节有机的联系在一起，使各个环节实现机械化的过程，各设备之间的合理匹配，将使效率显著提高，劳动条件将有很大改善。2.2支架架型液压支架应与采煤机、刮板输送机等设备相匹配，支架的宽度应与刮板输送机中部槽长度相一致，推移千斤顶的行程应比采煤机截深大100200mm，支架沿工作面的移架速度应能跟上采煤机的工作牵引速度并能满足生产指标。支护强度应与工作面矿压相适应，支架的初撑力和工作阻力要适应直接顶和基本顶岩层移动产生的压力，将空顶区的顶板移近量控制到最小程度。本文设计的是高工作阻力掩护式液压支架设计，要求最大结构高度6200mm；最小结构高度3800mm；工作阻力12000kn；支护强度1.01.2mpa。即为zy12000/38/62型支架，防止煤壁片帮，液压支架增设二级护帮板，以增强对煤壁支护效果。目前国内外支架的中心距有1.25m、1.50m、1.75m、2.0m四种。大采高液压支架为提高稳定性中心距选用1.75m。同时，为扩大支架适应的高度范围，广泛采用双伸缩式支柱。2.3采煤机选型 采煤机的选型直接关系到安全高效能否实现。在选择采煤机时着重考虑以下功率、牵引速度和技术先进性与可靠性等因素，最终选定 mg800/2040-wd型采煤机。2.4刮板输送机选型刮板输送机选型原则： 1、刮板输送机应能保证工作面落煤生产能力需要，选择刮板输送机应以工作面最大生产能力乘以1.2的不均衡系数为基础；2、结构形式一般与采煤机相配套，输送机槽的结构应与工作外面底板条相适应，并应考虑与采煤机底板托架和行走机构尺寸相匹配；3、输送机铺设长度可根据刮板输送机技术特征、输送量、链速和工作面倾角等因素 确定。 根据工作面生产能力的要求以及采煤机、液压支架和运输机的配套关系，参照国内外工作面输送机的技术参数以及该矿区近几年综采 “三机”配套成熟的经验，最终选定sgz1000/1400型运输机。3 液压支架的结构设计3.1 液压支架基本尺寸的确定3.1.1 支架的伸缩比支架的伸缩比指最大与最小支架高度之比值，即： （3-1）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。由于液压支架的使用寿命较长，并可能被安装在不同的采煤工作面，所以，支架应具有较大的伸缩比。一般支架最大高度和最小高度的比值范围是1.5至2.5,煤层较薄时选大值。但是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，尽量采用单伸缩油缸或带机械加长杆来增加调高范围。该支架的伸缩比3.1.2 支架间距的确定所谓支架间距，就是相邻两支架中心之间的距离，按如下公式计算： （3-2）式中： 支架间距（支架中心距），mm；每架支架顶梁总宽度 ，mm；相邻支架（或框架）顶梁之间的间隙，mm；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；节式组合迈步支架n=1支架节数。 取=1650mm，=100mm，=1则 =1650+1001=1750mm3.1.3支架宽度的确定支架宽度是指顶梁的最小和最大宽度。顶梁总宽度（）根据顶梁的性质来确定，宽度大，虽可加快移架速度，提高支架的稳定性，但对顶板适应性差。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侧护板，侧护板行程一般为170200mm。故本支架可取最小宽度为1680mm，最大宽度为1880mm。3.1.4梁端距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倒，以及采煤机割煤时垂直分力使摇臂和滚筒向液压支架倾倒，为避免割到顶梁而留的安全距离。所以在设计时，要求顶梁前端距煤壁最小距离为300mm,这个距离也叫空顶距。支架高度越大，这个距离也应越大，当采用即时支护方式时，一般大采高支架梁端距应取350480mm根据支架高度，选定梁端距为350mm。3.1.5支架底座长度和宽度的确定底座是将顶板压力传递到底板和稳固支架的部件，在设计支架的底座时，应考虑如下诸方面：支架对底板的比压要小，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960mm，即3360mm左右。底座宽度在保证移架时不咬架的前提下，应尽可能加宽，以提高支架的横向稳定性，可取底座宽度为1600mm。3.2 支架四连杆机构的确定3.2.1 四连杆机构的作用前后连杆是四连杆机构中重要的运动和承载部件，与掩护梁和底座的一部分共同组成四连杆机构，使支架能承受围岩载荷、水平作用力和保持稳定。双扭线式支架的连杆应能承受从掩护梁传递来的冒落石的载荷和顶板水平运动引起的载荷，从而对它们有足够的要求，一般后连杆为整体铸钢件，前连杆为左右分支的铸钢件,这样可使支架的有效利用空间大些。双扭线式支架的梁、各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构件的作用力，结果使构件断面增大，支架重量增加。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的重量的方法，其中一个办法就是把刚性连杆用液压油缸代替，它的最大承受载荷可由安全阀调定，这样适当控制支架承受的水平载荷，从而减轻支架的重量,但这样做的结果使得支架的稳定性降低，因此在限制液压连杆的受力时应满足支架稳定性的需要。以下是四连杆机构的主要作用：（一）梁端护顶 鉴于四连杆机构可使托梁铰接点呈双纽线运动，故可选定双纽线的近似直线部分作为托梁铰接点适应采高的变化范围。这样可使托梁铰接点运动时与煤壁接近于保持等距，当梁端距处于允许值范围之内时，借此可以保证梁端顶板维护良好；（二）挡矸 鉴于组成四连杆机构的掩护梁既是连接件，又是承载件，为了承受采空区内破碎岩石所赋予的载荷，掩护梁一般做成整体箱形结构，具有一定强度。由于它处在隔离采空区的位置，故可以起到良好的挡矸作用；（三）抵抗水平力 观测表明：综采面给予支架的外载，不但有垂直于煤层顶板的分力，而且还有沿岩层层面指向采空区方向（或指向煤壁方向）的分力，这个水平推力由液压支架的四连杆机构承受，从而避免了立柱因承受水平分力而造成立柱弯曲变形；（四）提高支架稳定性 鉴于四连杆机构将液压支架连成一个重量较大的整体，在支架承载阶段，其稳定程度较高。四连杆机构在具有以上诸作用的同时，也有一些缺点。首先，支架在工作过程当中，四连杆机构必须承受很大的内力，从而导致支架结构尺寸的加大和重量的增加；其次，由于四连杆机构对顶板产生一个水平力（又称水平支撑力），因此对支架的工作性能将产生不良影响。 3.2.2 四连杆机构定位尺寸和极限参数的确定在设计四连杆机构时，要根据四连杆机构的几何特征来确定。其四连杆机构的几何特征如下：（1）支架从最高高度降到最低高度时，如图3.1所示顶梁端点运动轨迹的最大宽度应小于或等于70mm，最好为30mm以下： 图3.1四连杆机构几何特征图（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，为图3.1所示，应满足如下要求：支架在最高位置时，p5262，q7585；支架在最低位置时，考虑矸石便于下滑，以防矸石停留在掩护梁上，根据物理学摩擦理论可知，则要求，如果按钢和矸石的摩擦系数f=0.3，可求得，则p=16.7，为了安全可靠最低工作位置应使p25为宜，而角主要考虑掩护梁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，使支架不能降下来，一般取q2530；（3）图3.1可知，掩护梁与顶梁铰点和瞬时中心之间的连线与水平线夹角为，设计时，要使tan0.35以下，主要原因是角直接影响附加力的数值大小；（4）支架的工作段要取曲线向前凸的那一段，如图3.1的h段，其原因为当顶板来压时，立柱让压而下缩，使顶梁有前移的趋势防止岩石向右移动，又可以使作用在顶梁的摩擦力指向老塘，同时底板阻止底座向右移，使整个支架产生顺时针转动的趋势，从而增加了前梁端部的支护力，防止顶梁前端顶板冒落又可以使底座前端比压减小，可防止啃底，有利移架；再则减少了水平力的合力，由于支架所承受的水平力有掩护梁来克服，所以减轻了掩护梁的受力。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曲线运动轨迹时，应尽量使支架的工作段要取曲线向前凸的那一段，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，进行作图就可以了，其掩护梁和后连杆构成的曲柄滑块机构如图3.2所示。3.2.3 四连杆机构的设计从图3.2可以看出，当掩护梁和后连杆已知，只要找到前连杆的长度和位置就可以了。图3.2掩护梁和后连杆构成的曲柄滑块机构其具体做法是顺时针转动后连杆使支架最高位置时的点向下作近似直线运动，在掩护梁上定有一点在运动中有一段近似圆弧轨迹，只要找到这个圆弧轨迹的曲率半径和曲率中心，就可以找到前连杆的位置和长度了。从这个观点出发，只要按支架在工作段，支架由高到低，在掩护梁的上铰点所作的运动轨迹上，任找几点（为作图方便起见，可找出支架上高、中、低三个位置时上铰点运动轨迹上的三点），把掩护梁上前连杆上铰点连线的垂直平分线所交的一点为前连杆的下铰点。这样四连杆机构就可以确定了。1、四连杆机构的作图法掩护梁上铰点至顶梁顶面之距一般根据支架工作阻力初步确定顶梁梁体的高度后，再根据结构的合理性确定，一般支架取=150200mm，重型支架可取210260mm。后连杆下铰点至底座底面之距,一般根据支架最小高度确定，薄煤层支架取=150250mm，对中厚煤层支架取250450mm，对大采高支架取450600mm。确定掩护梁上铰点至顶梁顶面之距（预确定为210mm），和后连杆下铰点至底座底面之距（预确定为450mm）。这个尺寸的选取最好进行同类支架的选取。已知条件是支架的最大高度6200mm和支架的最低高度3800mm，要求在这范围内掩护梁的上铰点上下运动时的轨迹是一条直线或近似直线，水平偏移量不许超过70mm。2、用解析法来确定掩护梁和后连杆的长度，如图3.3所示：g掩护梁长度；a后连杆长度；点垂直线到后连杆铰点之距；支架最高位置时的计算高度；支架最低位置时的计算高度。ga图3.3掩护梁和后连杆计算图从几何关系可以列出如下两式 （3-3） （3-4）将（33）式和（34）式联立可得： （3-5）由于支架形式不同一般的比值按以下范围来取。掩护式支架： 支撑掩护式支架： 将四连杆机构的几何特征所要求的角度，选定、 代入（3-5）式，可求得的比值。已知=6200mm，=3800mm，可知最大计算高度和最小计算高度分别为：取=58、=30、=75、=25代入（35）得： =0.52而支架在最高位置时的值为： （3-6）因此掩护梁的长度为： （3-7）= =4103mm后连杆长度为：=41030.52=2134mm （3-8）用几何作图法确定四连杆机构的各部分尺寸具体做法如图3.4所示。图3.4液压支架四连杆机构几何图 作图步骤如下：1、确定后连杆下铰点o的位置；2、过o点作与底座底面平行的水平线hh线；3、过o点作与hh线相交为角的线；4、以o点为圆心，a为半径，与上线交一点a，即为后连杆与掩护梁的上铰点；5、过a点作与hh线相交为p角的斜线，以a点为圆心,g为半径交一点，此点为掩护梁与顶梁的铰点；6、 过点作与hh线的平行线ff线，则hh线与ff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，掩护梁g的0.220.3长为半径，在掩护梁上交一点b，为前连杆上铰点的位置；8、过点作ff线的垂线(认为液压支架在升降时，点近似在此直线上滑动)；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为；10、取中点为点，为液压支架降到中间位置时掩护梁与顶梁的铰点；11、以o点为圆心，为半径作圆弧；12、以为圆心，掩护梁长为半径，交圆弧上一点，此点为液压支架降到中间位置时，掩护梁与后连杆的铰点；13、以为圆心，掩护梁长为半径，交圆弧上一点， 此点为液压支架降到最低位置时，掩护梁与后连杆的铰点；14、连接、。并以点为圆心，为半径，交上一点点；以为圆心，为半径，交上一点点，该、三点为液压支架在三个位置时前连杆的上铰点；15、连接、为液压支架降到中间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交一点，即为前连杆下铰点，为前连杆长度；17、过点向hh线作垂线，交一点，则，和为液压支架的四连杆机构。3.3 顶梁长度的确定3.3.1根据已知参数初步计算顶梁长度根据由支护强度、控顶距、中心距和支护效率计算工作阻力的公式 （3-9）其中，为梁端距，取350mm，取0.8，=1750mm，取1.2mpa，=12000kn可计算初步出顶梁长度： 3.3.2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135150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，以此来计算顶梁长度。3.3.3支架工作方式对顶梁长度的影响 如图3.5所示，上边为先推溜后移架(又称滞后支护方式，活塞杆处于收缩状态)顶梁长度较短，下边为先移架后推溜(又称及时支护方式，活塞杆处于伸出状态)顶梁长度较长。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，先移架后推溜时的顶梁长度要比先推溜后移架时的顶梁长度大一个步距，一般为960mm。 图3.5支架工作方式比较图3.3.4顶梁长度计算支架在工作面的相对位置关系如图3.6所示。掩护式支架顶梁长度计算顶梁长度=配套尺寸+底座长度+ -+掩护梁与顶梁铰点至顶梁后端点之距（mm） (3-10)配套尺寸 参考原煤炭部煤炭科学研究院编制的综采设备配套图册确定；配套尺寸式中 采煤机截深，mm；煤壁与铲煤板间所留间隙，以防采煤机在输送机弯曲段工作时滚筒切割铲煤板，一般mm； 铲煤板宽度，mm； 输送机中部槽宽度，mm； 底座前端与输送机的距离，mm。底座前端至后连杆下铰点之距， mm；支架后连杆的长度， mm；支架掩护梁的长度， mm；、 支架在最高位置，分别为后连杆和掩护梁与水平面的夹角； 支架由高到低顶梁前端点最大变化距离,取e =20mm。选取的采煤机型号为mg800/2040-wd型采煤机，截深为800mm。刮板输送机型号sgz1000/1400，规格（长宽高）（mm）配套尺寸=800+400+1000+600=2800mm底座长度=3360mm 顶梁长度= =(2800+3360+2134cos75)-(4103cos58+300+20) +150 =4368mm 图3.6支架配套设备在工作面的相对位置关系 4 液压支架主要部件选择设计4.1 支架主要部件的设计要求顶梁是支护顶板的直接支撑构件，除满足一定的刚度和强度外，还要满足支护顶板足够的顶板覆盖率；同时尽可能的要适应顶板的不平整性，使顶梁与顶板的接触应力均匀，避免因局部压力