液压掩护支架设计(ZY1679∕13∕23)(全套含CAD图纸)
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本科毕业设计(论文)中期检查表 指导教师: 职称: 所在院(系): 机械与动力工程学院 教研室(研究室): 机制 教研室 题 目 掩护式液压支架设计 学生姓名 专业班级 学号 一、 选题质量: 1、 掩护式 液压支架设计 符合机械设计专业的培养目标,能够锻炼和培养分析问题 和解决问题的能力,完成实际操作,达到综合训练的目的要求。 2、该设计的难易程度符合设计要求, 设计量符合要求,能够在规定时间内完成。 3、所选题目 掩护式 液压支架设计 与机械 专业 及所从事的工作 相结合,与实际贴合比较紧密, 在实际的应用中比较广泛, 所以能够满足综合训练的要求。 掩护式 液压支架设计 在设计过程中,对于我来 讲具有一定的难度,对这方面的知识了解不够,需要查阅资料。 二、开题报告完成情况: 开题报告根据所选题目要求以及完成,通过查阅大量资料,对设计内容有了进一步的了解。 2 三、阶段性成果: 细化了方案,对各部分进行了分析。 四、存在主要问题: 1. 对设计中相关专业词汇的了解不是很透彻清晰。 2. 工作量大,工作繁琐,需要查阅大量资料。 3 图中对于 液压支架的结构不是很清楚。 4 计算的过程中需要用到的知识包括高等数学 、 理论力学 、 材料力学等知识 等, 涉及面广泛,容易出错。 五、指导教师对学生在毕业实习中,劳动、学习纪律及毕业设计(论文)进展等方面的评语 指导教师: (签名) 年 月 日 1 附录 A 液压支架概况与电液控制技术的研究 1 液压支架发展概述 液压支架是以高压液体为动力 ,由若干个液压元件 (油缸、阀件 )与一些金属构件组合而成的一种支撑和控制顶板的采煤工作面设备。具有强度高、移动速度快、支护性能好、安全可靠等特性。自 20 世纪 50 年代以来 ,液压支架已逐步成为采煤工作面核心设备 ,世界上主要产煤国家投入了大量的人力物力和财力对其进行研究开发。目前 ,以液压支架为主体的支护趋于成熟 ,世界上已生产制造出数百种架型和上万种型号的液压支架 ,以适应各类煤层开采支护需要。上世纪 60 年代 ,我国也曾开发了 10 余种液压支架 ,由于种种原因未得到推广应用 ,液压支架处于研制、实验阶段 ;70 年代先后从英国、德国、波兰、前苏联等主要产煤国家引进数 10 余套液压支架。经不断的探索、使用、消化和总结 ,制造出各种类型的支架 ,它是国产液压支架发展的起点 ; 80 年代液压支架研发处于创新提高阶段 ,相继开发出 30 余种新架型 ,制造出 列、 列、 并广泛用于国有大中型煤矿 ,取得良好的经济效益 ; 90 年代特种液压支架的研制获得迅速发展 ,机械化铺网支架、水砂充填支架、端头支架、强力支架、放顶煤支架等相继问世 ;本世纪随着计 算机技术、自动化技术的普及与应用 ,液压支架的控制获得突破性进展 ,逐步向程序控制、数字控制、遥控和自动化控制迈进。 2 国内外液压支架差异 国产支架在制造技术、材质性能、加工工艺、控制系统及密 2 封性能上与国外先进国家相比有很大差距。 工制造方面 据有关综采工程技术人员反映 ,国产液压支架的工艺技术、服务年限、使用性能、所用材质到目前为止尚未达到。 1979 年引进100 套支架的技术水平。如结构材料 :德国采用 料其屈服极限为 500 我国使用 16 料屈服极限仅为 350 类 :国外 一直使用铜合金阀壳和高强度不锈钢阀芯 ,我国则是 45#钢加表面热处理 ;在加工工艺上 :国外油缸内壁是复镀 ,国产则为不镀 ,导致立柱在使用过程中过早出现斑点 ,划伤等密封漏液现象 ,影响支护效果。国产液压支架与国外生产的液压支架相比平均缩短 2 3 制系统方面 国产液压支架控制系 统的研发处于落后状态 ,严重制约了支架的移设速度的提高和综采经济效益的发挥。世界上几个主要产煤大 国始终把支架控制系统作为提高综采经济效益的重要手段 , 20世纪 60 年代采用手动直控操作系统 ;70 年代采用先导控制系统 ,随之英国首 先提出研制电液控制系统 , 80 年代趋于成熟 ; 90 年代道梯公司研制出全工作面电液控制系统 ,紧随其后威斯特伐利亚 - 贝瑞特公司研制出更为先进的 3、 液控制系统。现美国、德国、英国、澳大利亚等国家基本上全是可编程电液控制 ,而我国仍多采用手动控制系统。 压元件方面 液压元件的研发速度远远滞后于液压支架发展的需要。液压支架的可靠性主要依赖于液压元件的可靠性 ,液压支架在煤矿生产 3 中应用是否成功 ,关键在于液压元件的技术性能是否达到要求。国外目前多采用大流量安全阀、液控单向阀、截止阀、初撑力保持阀 及立柱快速回液阀。对液压元件的结构形式、几何尺寸、材料选择、热处理方法和表面处理等各方面进行了深入的研究与开发。研制出一批密封性能好、灵敏度高、进排液能力大、抗冲击载荷强的各类液压元件 ,以适应液压支架工作性能的要求。而我国对此类液压元件研发较为滞后 ,目前仍沿用上个世纪 80 年代的产品 ,没有形成液压元件通用化、系列化、标准 化。 3 液压支架发展前景与展望 鉴于科学技术的高速发展 ,新技术、新工艺、新方法、新材料的不断应用及计算机技术的空前扩展 ,液压支架的未来发展具有十分诱人的前景。 计理念的更新,液压支 架发展的一场革命 在液压支架设计中必须考虑环境的属性。由于液压支架的工作条件恶劣 ,人、机环境的相互关系问题显得更加重要。绿色设计是将材料选择、产品结构、工艺方法、外观造型和色彩搭配按照一定规律 ,采取艺术的方法加以巧妙融合 ,充分体现人机环境系统的和谐统一。笨重的液压支架形象将被安全、可靠、易维修、低耗能、高效率、造型美观所取代。 这种绿色设计 ,它不仅可虑环境和资源既要满足经济发展需要 ,又要满足人类生存发展需要 ,是人类可持续发展战略在支架设计中的体现。如 :液压支架在设计过程中采用多目标模糊化设计 ,要求支撑力大 ,移架速度快 ,重量轻 ,用材少等 ,每个目标确定一个函数 ,即得多个设计目标函数 ,然后组合优化 ,确定最佳方案。 4 取纯水液压技术,液压支架将成为绿色机械 纯水液压技术是液压领域的发展前沿。它不仅有良好的抗燃性、散热性、而且价格也便宜 ,无污染 ,长久以来液压支架在地表层下工作 ,由于使用工作介质是乳化液 ,并有许多添加剂 (乳化剂、防锈剂、防霉剂、偶合剂等 ) ,对地表以下微环境污染十分严重 ,所以 ,液压支架使用纯水液压技术 ,对降低煤矿的生产成本 ,保护环境是有益的 ,并可大大改善矿井的工作和安全条件。随着社会不断进步 ,人们 对依赖生存的环境有了更高的要求 ,希望有一个安全、环保、高度文明的绿色环境。时代的要求呼唤着水压传动 (起源于 1605 年发现帕斯卡定律 )这一古老又崭新的技术复出 ,并受到世界的关注。目前 ,西方国家集中力量研究该项技术 ,并取得突破性进展。如 :润滑磨损问题 ,合理选用摩擦副材料 ,有工程塑料、结构陶瓷、高分子材料、防锈防腐镀层等。结构陶瓷具有耐磨性 ,抗气蚀性能好 ,良好的化学稳定性 ,较低的磨擦系数等特征 ,备受青睐。在液压元件中用结构陶瓷代替部分金属材料 ,大大的改善了其性能。总之 ,新材料的成功研制与应用 ,精密加工技术的不断进 步 ,以及各种新结构液压元件的制成 ,都将成为液压支架采用纯水液压技术进入严格的无污染领域 ,提供十分诱人的应用发展前景。 科技的应用,液压支架区域智能化 先进的科学技术应用是将各种技术相互渗透 ,相互结合的基础上相互辅助 ,相互促进和提高 ,充分利用各种相关技术的优势 ,扬长避短 ,使组合后的整体功能大于组成整体的各个部分功能之和的综合性交叉学科。多种技术向“机械母体 - 液压支架”不断渗透 ,包括机、电、液、光、磁等技术的伺服系统。具体说 ,是以液压支架 5 输出的力、速度为目的 ,构成了从输出到输入的闭环系统 ,是涉及传感 技术、计算机控制技术、信号处理技术、机械传动技术、液压传动技术等。由于快速运算速度 ,强大的记忆功能和灵敏的逻辑判断功能 ,从而实现了人机对话 ,使之操作维护方便 ,整机功能强。液压支架应用功能不断扩大 ,对矿井煤层地质条件适应性不断增强 ,生产效益对设备的依赖性程度愈来愈大 ,工作可靠性更加重要。故障诊断技术 (包括信号检测 ,故障判断 ,故障检测 ,故障分析等内容 )将随着高科技的发展理论 (如小波技术、神经网络 ,人工智能等 )进入液压支架的早期诊断 ,预防和减少事故的发生、维修的盲目性和维修时间 ,延长支架服务年限 ,提高生产效率。 4 电液控制技术基本原理及主要组成 随着采煤技术的不断发展 ,液压支架的控制系统和支架制造材料都得到了很大的改进 ,其中控制系统由原来的手动操作逐渐改进为电液自动控制 ,大大加快了工作面的移架速度。另外 ,高强度钢板的开发和应用也进一步减少了支架单位工作阻力所具有的质量 ,支护性能也有很大的提高 ,从而使工作面产量成倍增加 ,实现了回采工作面的自动化 ,成为煤炭开采技术的一次重大革新。目前 ,电液控制技术在美国、德国等综采技术领先的国家得到了广泛的应用 ,而我国则是近几年才逐步在一些液压支架上配套使用电液控制技术。 液 控制技术的基本原理 1) 双向邻架控制系统。 综采工作面每一支架均配有架控箱 ,操作者通过支架架控箱选择邻架控制方式 ,然后根据指令发出相应控制命令 (给出电信号 ) ,使 6 邻架上对应的电磁铁或微电机动作 ,让电信号转化为液压信号 ,控制主控阀开启 ,向支架液压缸供液 ,实现邻架支架相应的动作。支架工作状态由位移传感器和压力传感器反馈回架控箱 ,架控箱再根据传感器反馈信号决定支架的下一个动作。 2)双向成组控制系统。 将工作面的支架编为若干组 ,在本组内首架上由操作人员按动架控箱的启动键 ,发出一个指令 ,邻架就按预定程序动作 ,移架 完成后自动发出控制信号给下一架控箱 ,下一架开始动作。依此类推 ,实现组内支架的自动控制。 3)全工作面自动控制系统。 功能完善的电液控制系统设有主控制台、红外线装置 ,能实现支架与采煤机联动的全工作面自动化控制。其原理为 :每一支架上的架控箱均与主控制台联网 ,当支架红外线接收装置收到采煤机红外线发射器发出的位置信号后 ,反馈给主控制台 ,主控制台根据反馈信号发出指令 ,使相应的支架动作。 要组成部分 1) 电液控制器 ( 电液控制器是控制系统的“心脏” ,它由微处理机、信息传输单元、操作键盘和数据接收 装置等组成。电液控制器有两方面的功能 :一方面是按照操作指令和预定程序完成电磁阀组的启闭 ,进而控制支架立柱、千斤顶的动作 ;另一方面它又接收支架上测得的状态数据 (包括压力、位移等 )并加以分析判断 ,进而控制支架的动作 ,并显示出支架状态参数和支架故障。 2) 电液控制阀组 ( 控制阀组是一种多用途的控制液压的电磁阀 ,可代替液体循环 7 选择阀 ,这种阀组装有使支架动作的阀组和监视支架工作条件的压力开关 ,根据控制器指令开启或闭合阀门通道。 3) 中心控制台 ( 系统是否采用 根据用户确定的工作面的自动 化水平高低来决定。只安装电液控制器 ,甚至不需要安装地面中央控制室(井下控制室 (,也可以实现全自动化。最低水平的控制系统是双向邻架单一控制 ,目前较常用的是“一控四”系统 ,然后扩展到自动排序、成组控制、成组推移及组合功能等 ,这些都不需要中心控制台。 4) 外围辅助部件 电液控制系统有能测量支架的状态 , 并将液压参数转换为电子信号的原件 压力传感器 ,反映推移千斤顶行程位置的接触传感器以及用来自动启动采煤机远程控制液压支架电液控制器的红外接收器等。所有的传感器都有各自的输出信号 ,从而可以找出 线路中断的位置 ,并被每一台支架的电液控制器所鉴别。如果系统在井下工作面或地面控制室配有中心控制台 ,发生故障的电缆线路或传感器会在主控台屏幕上显示出来 ,这样就很容易确定故障位置。 5 电液控制支架的优点 该支架与手动控制系统相比有以下优点架移动速度快。 目前国内液压支架普遍采用手动控制 ,其推移速度除受系统流量和液压元件过流能力的限制外 ,工人在架间的移动速度也对其有直接的影响 ,这种影响在薄煤层中显得尤为突出。电液控制支架工作过程可自动循环进行 ,加快了移架速度 (8 10 s) ,此速度能跟上13113 1315m /采煤机速度 ,单台泵流量 400 L /要 2 台泵同时工作。满足了大功率采煤机快速切割。 8 2)改善了顶板支护条件。 由于每使用一个按钮操作 ,可以使支架能紧跟在采煤机之后进行支护 ,而且 ,要动作的支架要求其两侧的支架紧固支护顶板 ,这一特征与正确的支撑相结合 ,保证沿工作面形成一个坚固的支护带。 3)保证液压支架额定初撑力。 电液控制系统可通过压力传感器反馈信号或延长控制电磁先导阀的供电时间实现支架初撑力自保。保证额定初撑力 ,减少了立柱的增阻所需时间 ,提高了支护效率 ,且全工作面支架初撑力均匀一致 ,改 善了顶板控制。 4)可带压移架。 采用电液控制系统 ,在移架过程中 ,易于实现带压移架 ,减少了工作面顶板对液压支架产生频繁的冲击载荷 ,保护顶板围岩的稳定 ,延长液压支架的使用寿命。 5)改善了工作面的直线性。 与手动操作相比 ,绝大多数电液控制支架都是推进式的 ,这就意味着输送机的拉回现象较少 ,以最大的位移量使所有支架紧靠在工作面输送机的铠装电缆一侧 ,保持一个较直的工作面。移架步距准确 ,切顶线整齐 ,改善了支护效果 ,并且使刮板输送机和整个工作面直线性好 ,采煤机截深准确。改善了刮板输送机和采煤机的工况。另外多架同时推溜 ,使刮板输送机缓慢弯曲 ,避免溜槽连接处产生过大的应力。 6)改善了支架操作工的工作条件。 电液控制技术的应用 ,实现了液压支架的遥控操作 ,可远距离操作 ,工人劳动条件和劳动强度得到极大改善 ,由于采用计算机自动控制 ,减少了工人的误操作。 9 7)操作灵活性大。 支护系统的支架操作程序很容易改变 ,可以根据不同的开采条件 ,特别适用于薄煤层和急倾斜煤层 ,既可以用于滚筒采煤机工作面 ,又可以用于刨煤机工作面 ;既可以用于及时支护 (先移架后推溜 )的支护方式 ,又可以用于滞后支护 (先推溜后移架 )的支护方式。 8)系统能实现远程程序控制。 操作人员可根据采煤机的割煤方向选择最佳位置 ,避免了操作人员的伤亡事故 ,同时也降低了粉尘对身体的危害。 9) 电液控制系统可与采煤机和刮板输送机的自动控制系统配合联动 ,实现全自动化综采工作面。支架与采煤机的运行状态和数据可以传输到巷道中主控制台和地面中央控制中心 ,便于实现整个矿井的自动化管理。 以上资料来源于 刊 10 附录 B of on he is as a by of is so on 0th 0s, in to on to At to as in of up to of of On 0s, 0 of of is in 0s so on to 11 10 of of it is 0s is in to 0 of Z Y D so on in 90s so on to be to to 2 he in in 12 2.1 to to so to 979 00 of If it 00 6 Mn is 50 is 5# In is to in so on to 3 a 2.2 he is at to In to 13 to 0th 0s 0s s to 0s to to - P - 4 so S, is 2.3 he by to to on in in at at To of so on 14 of of to be of of at to 0s n of 3.1 a in is is of to 15 to to is to to of it is in in to in a a so a 3.2 he is It is so is to 16 to is a to a to 605 s At to so to is so on is in In as as of to to 17 3.3 to he is of in of to be of of of so on is by a to so it to be to 18 is so on so 4 At he in so S, to ut in on 1) to he to to or on et 19 as to to to by to he to suppo 本科毕业设计(论文)开题报告 题目名称 掩护式液压支架设计 学生姓名 专业班级 机制 五 班 一、 选题的目的和意义: 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。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 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,应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。 当今科学技术的迅猛发展,新技术、新方法的不断应用与推广,电子计算机应用范围的进一步扩大,为工作面液压支架的优化设计提供了前提条件。如能找到科学的液压支架的设计方法,对节省钢材、降低成本、保证矿工安全、提高采煤生产率和推广综合机械化采煤都具有十分重要的意义。 从采煤设备的发展过程和趋势来看,采用液压支架管理顶板是当代采煤技术史上的一次重要的变革,也是煤矿 现代化的主要标志。液压支架作为综合机械化采煤的关键设备之一,其重量约占综采设备总重量的 80%90%,其费用约占综采设备总费用的 70%左右。因此,为了降低成本,提高采煤的经济效率,世界各主要产煤大国都一直在积极地开展液压支架的研究。 我们达到以下目的: ( 1) 巩固、扩大和深化我们以前所学的基础课、专业课知识; ( 2) 培养我们综合分析、理论联系实际的能力; ( 3) 培养我们调查研究,正确熟练运用国家标准、手册、图册等资料、工具的能力; ( 4) 锻炼自己的设计计算、数据处理、编写技术资料、绘图等独立工作能力; ( 5) 培养团队精神、合作意识的能力 。 二、国内外研究综述 煤炭是我国常规能源的主体,随着国民经济的发展,煤炭的需要量越来越大。为了加速我国煤炭工业的发展,必须实现综合机械化采煤。 在综采工作面, 液压支架是中国综采工作面最主要的技术装备之一,也是国产综采工作面装备中生产量最大的产品 。 因此,正确、合理地设计液压支架,以适应不同地质条件的采煤工作面需要就成为十分重要的环节。 从采煤设备的发展过程和趋势来看,采用液压支架管理顶板是当代采煤技术史上的一次重要的变革,也是煤矿现代化的主要标志。液压支架作为综合机械化采煤的关键设备之一,其重量约占综采设备总重量的 80%90%,其费用约占综采设备总费用的 70%左右。因此,为了降低成本,提高采煤的经济效率,世界各主要产煤大国都一直在积极地开展液压支架的研究。 三、毕业设计所用的方法 1. 在学校图书馆查阅相关资料; 2. 在工厂实践毕业实习; 3. 通过老师和工程师的指导; 4. 通过浏览因特网上的相关资料; 5. 通过对相关资料和数据的理论计算和分 析。 四、主要参考文献与资料获得情况 参考文献 : 1 陈庆禄,朱银昌 M 版 内蒙古科学技术出版社,1999. 2 丁绍南 M. 第 1 版 . 北京 :世界图书出版社, 1992. 3 赵宏珠 M. 第 1 版 中国矿业学院出版社, 1987. 4 程居山 M. 第 1 版 . 徐州: 中国矿业大学出版社, 1997. 5 隗金文 , 王慧主编 M北大学出版社, 2001. 6 徐灏 册 5M械工业出版社, 2000. 7 李壮云 M西科学技术出版社, 2002. 8 王永岩 M炭工业出版社, 2002. 9 李凤平,张士庆,苏猛,屈振生 M北大学出版社, 2003. 10 单辉祖 M等教育出版社, 2004 11 王继良 M江苏科学技术出版社, 1995. 五、指导教师审批意见 指导教师: (签名) 年 月 日 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 摘 要 由于地下煤层的地质环境比较复杂,这就要求在不同的煤层环境中使用不同的与之适应的液压支架。 本论文主要阐述了一般掩护式液压支架的设计过程。设计内容包括:选架型、总体设计、主要零部件的设计、主要零部件的校核和液压系统的设计 由于该煤层厚度适中,选用掩护式液压支架,支架采用四连杆机构,以改善支架受力状况。顶梁、掩护梁、底座均做成箱体结构;立柱采用双伸缩作用液压缸,以增加工作行程来满足支架调高范围的需要。推移千斤顶采用浮动活塞式结构,以减少推溜力和增大移架力。为了提高移架速度,确保对顶板的及时支护,采用 锥阀液压系统。 整个液压支架的设计都源于煤层厚度这一初始条件,这很好的说明了不同煤层需要不同的液压支架,于是液压支架的更新换代对于提高采煤效率和增加井下安全性显得十分重要。 关键词:液压支架;液压;四连杆机 构;采煤 ;支架选型;推溜;移架 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 I s in to is in a to to to a In to a is to of of is of of it is 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 录 目录 . I 前 言 . 错误 !未定义书签。 1 绪论 . 错误 !未定义书签。 压支架发展历史 . 错误 !未定义书签。 国液压支架的发展 . 错误 !未定义书签。 压支架的组成和分类 . 错误 !未定义书签。 压支架的组成 . 错误 !未定义书签。 压支架的分类及特点 . 错误 !未定义书签。 压支架的工作原理 . 错误 !未定义书签。 压支架的支护方式 . 错误 !未定义书签。 架选型的基本参数 . 错误 !未定义书签。 液压支架的基本要求 . 错误 !未定义书签。 计液压支架必需的基本参数 . 错误 !未定义书签。 2 液压支架的总体设计 . 错误 !未定义书签。 压支架参数的确定 . 错误 !未定义书签。 撑力 . 错误 !未定义书签。 架力与推溜力 . 错误 !未定义书签。 架调高范围 . 错误 !未定义书签。 心距和宽度的确定 . 错误 !未定义书签。 座长度 . 错误 !未定义书签。 连杆机构设计 . 错误 !未定义书签。 梁长度的确定 . 错误 !未定义书签。 架工作方式对支架顶梁长度的影响 . 错误 !未定义书签。 套尺寸对顶梁长度的影响 . 错误 !未定义书签。 梁长度计算 . 错误 !未定义书签。 柱及柱窝位置的确定 . 错误 !未定义书签。 柱数 . 错误 !未定义书签。 撑方式 . 错误 !未定义书签。 柱的设计 . 错误 !未定义书签。 柱柱窝位置的确定 . 错误 !未定义书签。 衡千斤顶位置的确定 . 错误 !未定义书签。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 V 衡千斤顶安装位置的确定原 则 . 错误 !未定义书签。 衡千斤顶在顶梁上位置的确定 . 错误 !未定义书签。 要轴销间隙及其影响 . 错误 !未定义书签。 3 液压支架的主要部件的设计 . 错误 !未定义书签。 梁 . 错误 !未定义书签。 护梁 . 错误 !未定义书签。 、后连杆 . 错误 !未定义书签。 座 . 错误 !未定义书签。 柱 . 错误 !未定义书签。 斤顶 . 错误 !未定义书签。 移千斤顶 . 错误 !未定义书签。 衡千斤顶 . 错误 !未定义书签。 推千斤顶 . 错误 !未定义书签。 护板 . 错误 !未定义书签。 4 液压支架受力分析和计算 . 错误 !未定义书签。 压支架基本技术参数的确定 . 错误 !未定义书签。 柱的初撑力和泵站额定工作压力 . 错误 !未定义书签。 斤顶技术参数确定 . 错误 !未定义书签。 架受力分析与计算 . 错误 !未定义书签。 接式顶梁掩护支架 . 错误 !未定义书签。 梁载荷分布 . 错误 !未定义书签。 护强度计算 . 错误 !未定义书签。 座接触比压计算 . 错误 !未定义书签。 护效率 . 错误 !未定义书签。 5 主要零、部件的强度校核 . 错误 !未定义书签。 核的基本要求 . 错误 !未 定义书签。 度校核 . 错误 !未定义书签。 6 液压支架的液压系统设计 . 错误 !未定义书签。 压支架的液压系统简介 . 错误 !未定义书签。 压支架的液压系统拟订 . 错误 !未定义书签。 柱系统 . 错误 !未定义书签。 斤顶系统 . 错误 !未定义书签。 制阀的选择 . 错误 !未定义书签。 7 结论 . 错误 !未定义书签。 致谢 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 错误 !未定义书签。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 掩护式液压支架设计 6 前言 中国煤矿综合机械化,经过几十年的发展已有长足进步。就综合机械化的水平看,总体上已赶上或达到国际上上世纪九十年代初的水平。有些技术,如综采放顶煤开采技术还处于国际领先水平。目前,中国煤机自主开发、自主设计和制造的煤矿机电装备已经广泛地在中国各类煤矿中使用,成为中国煤矿工业技术装备的主体。同时,也在引进国外先进的技术和装备,这些都成为中国煤矿安全生产和高产高效矿井的建设提供了可靠的保证。 在采煤工作面的煤炭生产过程中 ,为了防止顶板冒顶 ,维持一定的工作空间 ,保证工人 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,由液压元件与与金属构件组成的支护和控制顶板的设备,它能实现支撑、切顶、移架和推移输送机等一整套工序。实践表明液压支架具有支护性能好、强度高,移架速度快、安全遥相呼应靠等优点。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。 国产液压支架是中国综采工作面最主要的技术装备之一,也是国产综采工作面装备中生产量最大的产品 。专业煤机厂在 90 年代曾向印度出口了支撑掩护式 1/34 强力支架,向俄罗斯出口了 6/50 大采高支架及向土耳其出口了 8/32、8/32 及过渡、端头高位放顶煤支 架等,并均取得较好的技术、经济效果。虽然,国产液压支架以其低廉的价格,同时又以较好的技术性 能满足了中国煤矿用户的基本要求而广受国内煤矿企业的欢迎和信赖 . 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 1概述 国液压支 架的发展 中国煤机行业从六十年代末开始进行液压支架的研究和开发工作。七十年代,在原国务院领导同志关于 “ 引进、消化、吸收、提高 ” 方针的指导下,和科研院所一起,共同研究国外液压支架的设计与制造技 术,并结合中国煤层地质条件的复杂性和多样性,和煤矿企业一起,先后研制了:适用于中厚煤层开采 的 用于坚硬顶板的 着放顶煤技术在煤矿推广应用,郑州煤机厂、北 京煤机厂和煤科总院北京开采所、太原分院及其他科研单位,又共同研制和开发了 压支架产品;为适应厚煤层分层开 采的实际需要,研制和开发了出 列 铺网支架等产品 。目前,以郑州煤机厂、北京开采所、太原分院和北京煤机厂为主要设计和制造力量的液压支架的科研 和制造企业已经能够根据中国煤矿企业的需要,设计和生产出支撑高度 m,工作阻力为 1200- 10000作面倾角在 30 45以下,移架速度在 12 16s 范围内的各种掩护式、支撑掩护式、放顶 煤和铺网液压支架。目前,国产液压支架在中国煤矿综采工作面液压支架总量的比例已达 94%。 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,保证工人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作成的支护和控制顶板的设备,它能实现支撑、切顶、移架和推移输送机等一整套工序。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。 掩护式液压支架设计 8 压支架的动作原理 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高压乳化液通过工作性质不同的几个液压缸来完成的。如图 1示。 -1 ) 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,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,都是由底座上和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。 支架的支撑力与时间 关系曲线,称为支架的工作 特性曲线,如下图 1示。支架立柱工作时,其支撑力随时间和变化过程可分为三个阶段。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,此阶段为初撑阶段 架初撑后,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,立柱下腔图 1压支架工作原理 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 压力达到工作阻力。此阶段为增阻阶段 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,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 压支架的分类 按液 压支架在采煤工作面的安装位置来划分,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,中间液压支架是否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。中间液压支架按其结构形式来划分,可分为三种类型,即:支撑式、掩护式和支撑掩护式。支撑式支架又有垛式和节式之分。 图1 3 为垛式 ,图 1 4 为节式。 图 1 -2 护式液压支架设计 10 掩护式支架又有插腿式和非插腿式之分。 图 1 5 为插腿式,图 1 6 为立柱在掩护梁上非插腿式。图 1 7 为立柱支在顶梁上非插腿式。 护式液压支架的组 成及部件作用 掩护式支架是由前梁、 护帮板、 主梁、掩护梁、侧护板、底座、前后连杆、前梁千斤顶、立柱、平衡千斤顶、推移千斤顶、操纵阀、控制阀等组成。它采用本架控制,有两种供液压力,立柱、平衡千斤顶、前梁千斤顶的活塞腔用高压,其余的活塞腔用低压。在操纵阀上加一个配液板,通过该二个单向阀可使可使升柱时高低压同时供液,使升柱速度加快,初撑力大,有效地防止顶板离层。在推溜液路上未设液控单向阀,可使系统简单,为国避免移架时将输送机拉向采空区侧,操作时应将邻架的推移操纵阀放在推溜位置上,以克服移架时的反作用力。 平衡千斤顶 前、后两腔都设控制阀,使前后腔都成为承载腔。侧推千斤顶两腔油路上都有节流孔,这是因为该千斤顶行程较短,节流孔可使其动作平缓。但没有控制阀,这是图 1式支架 图 1式支架 1腿式支架 图 1-6 in 图 1柱支在顶梁上非插腿式支架 -7 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 1 因为它不需要承载。在总回液路上有一个单向阀,起背压作用,使各动作平稳。操纵阀为组合式片阀,可以同时操作。 煤工作面液压支架设计目的、要求和设计液压支架的基本参数 煤工作面液压支架设计目的 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,可见对压液支架的需求量是很大的。 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,对液压支架的要求也不同。为了有效的支护和控制顶板,必须设计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时很重要的。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。 压液支架的基本要求 1)压支架要有足够的初撑力和工 作阻力,以便有效的控制顶板,保证合理的下沉量。 2)溜力一般为 100右;移架力按煤层厚度而定,薄煤层一般为 10050煤层一般为 150 50煤层一般为30000 3) 4) 5)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,要有足够宽度的人行道。 掩护式液压支架设计 12 8.)支架的稳定性要好,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)可能减轻支架重量。 11.)要易于拆卸,结构要简单。 12) 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)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)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)根据工作面煤 壁条件,决定是否用护帮装置。 6)根据煤层倾角,决定是否用防倒放滑装置。 7)根据井筒罐笼尺寸,考虑支架的运输外形尺寸。 8)根据配套尺寸及支护方式来计算顶梁长度。 护式液压支架的支撑力分布与承载 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,并且分布均匀,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 1示。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 3 护式支架在不同顶板条件下承载分析 1)掩 护式支架在破碎不稳定顶板条件下的受力分析 支架的顶梁和掩护梁受力情况如图 1示 于支架顶梁短,使支架重复支撑次数少,所以顶板较完整。顶板作用在顶梁上的合力 荷分布如图 1示。 掩护梁受力:由于顶板破碎,在顶梁候补自由冒落岩石的一部分作用在掩护梁上,对掩护梁的作用力可以分解为垂直分布力和水平分布力,如图 1示。 掩护式支架虽然立柱少,支撑力小,但由于顶梁短,单位面积支撑力大,载荷分布于支架支撑力的作用部位基本一致。所以,此种支 架能在破碎不稳定顶板下工作。 图 1-8 1况 -9 in of 掩护式液压支架设计 14 2)掩护式支架在中等稳定以上顶板的受力情况 图 1护式支架在中等稳定以上顶板下的受力分析 in of 护式支架由于立柱少,且呈倾斜布置,支撑力较小,切顶性较差,受力情况如图 1接顶冒落时,冒落岩石分别作用在顶梁上和掩护梁上。 周期来压时,由于顶梁后部顶板不能充分切断,老顶压力将由整个支架和采空区跨落岩石承担,或者有可能出现在切 顶时,老顶直接加压在掩护梁上,这就使掩护梁上载荷剧增,迫使顶梁支撑力减小,使支架难于承受顶板的压力和控制顶板的冒落。所以,此种支架不能再中等稳定以上顶板下工作。 图 1买后包含有 纸和说明书 ,咨询 5 计 原始条件 老顶级别级,直接顶 2类。 煤层厚度: 架高度、支架间距、底座长度的确定 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: Hm=hm+ (2= 3500+200 =3700n=a (2 =30002800中 架最大高度 ; 架最小高度; 层最大厚度(最大采高) , 层最小厚度(最小采高) , 虑伪顶、煤皮冒落后仍有可靠初撑力所需要的支撑高度,一般取 200300 顶板最大下沉量,一般取 100 200 a 移架时支架的最小可缩量 ,一般取 50 浮矸石、浮煤厚度、一般取 50 掩护式液压支架设计 16 架伸缩比 支架 的伸缩比指最大与最小支架高度之比值即 : m=n (2=3700/2800 = 支架间距 所谓支架间距 ,就是相邻两支架中心线间的距离 ,支架间距 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,因此目主要根据输送机溜槽每节长度槽帮上千斤顶连接块的位置来确定,我国刮板输送机槽每节长度为 斤顶连接块位置在溜槽中长的中间 ,所以除节式和迈步式支架外 ,支架间距一般为 支架间距为 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,应考虑如下诸方面: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 的移架距 (一个移架步距 即为 右。 底座宽度为 连杆机构的作用和四连杆机构设计的几何作图法 连杆机构的作用 及几何特征 要求 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扭线,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购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 7 能;其二是使支架能承受较大的水平力。 为了掌握四连杆机构的设计方法,必须正确理解四连杆机构的作用。下面通过四连杆机构动用的过程的几何特 征进一步阐述其作有用。这些几何特征如图 2示 。 1) 支架高度在最大和最小范围内变化时。如图 2梁端点运动轨迹的最大宽度 e 应小于或等于 70最好为 30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,应满足如下要求: 支架在最高位置时, 53 62P , 75 85Q ,支架在最低位置时 ,为有利于矸下滑 ,防止矸石停留在掩护梁上 ,根据物理学摩擦理论可知 ,要求 w,如果钢和矸石的摩擦系数 W= P=最低工作位置应使 25P 为宜 ,而 防止支架 后部冒落岩石卡住后连杆 ,支架不能下降。一般妈25 30Q ,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) 掩护梁与顶铰点有 e 和瞬时中心 0 之间的连线与水平夹角为。设计时,要使角满足 范围,其原因是角直接影响支架承受附加力的数值大小 4) 应取顶梁前头端点运动双纽线向前凸的一段为支架工作段,如图 2示的 原因为当机板来压时,立柱让压下缩,使顶梁有向梁前移的趋势,可防止岩石图 2连杆机构几何特征 护式液压支架设计 18 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,使整上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 ,应量使 取双纽线向前凸的一段为支架工作段 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机构 ,运用作图法就可以了如图 2示 (实际上液压支架四连杆机构属双摇杆机构 )。 连杆机构的设计(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。 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,如图 2示 设: G掩护梁长度 A后连杆长度 图 2护梁和后连杆构成曲柄滑块机构 -2 a 图 2护梁和后连杆计算图 -3 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 9 e点引垂线到后连杆下铰点之距, 架最高位置的计算高度, 架最低位置的计算高度 从几何关系列出如下两式 2 ( 2 4) G 2 ( 2 5) 21c o s c o sc o s c o Q ( 2 6) 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铰点至底文座底面之距。 支架高度为 支架高度为 3700掩护梁上铰点至顶梁顶面 之距 150连杆铰 点至底座底面之距 2001 3700 150 200 3350四连杆机构的几何特征要求,选定 1、 2、 1、 2、(代入 2 6)式,可以求得 由于支架型号不同,一般的比按可下范围来取。 掩护式支架; 1c o s c o sc o s c o Q = c o s 3 0 c o s 6 0 0 . 6 0 . 6 1c o s 3 0 c o s 7 5 支架最高位置 时的计算高度为111s i n s i P A Q(2 7) 根据 2 7)式可以求得掩护梁的长度 A,经过取整后 ,再重新算出 P1、角度,这个参数就确定期了。 掩护式液压支架设计 20 最高位置时的计算高度为 3350 60P、2 30P 、1 75Q 、2 30Q 由( 2得: 21c o s c o sc o s c o Q ( 2 = c o s 3 0 c o s 6 0 0 . 6c o s 3 0 c o s 7 5 将( 2代入( 2得: 113 3 5 0 s i n s i nG p A Q (2= s i n 6 0 s i n 7 5 2 3 2 6 G m m 取整后 G 2326 . 6 1 3 9 5 . 6A G m m 取整后 A 1396取整后的 A、 2得: 1 2 3 2 6 s i n 6 0 1 3 9 6 s i n 7 5 3 3 6 0H m m 2 2 3 2 6 s i n 3 0 1 3 9 6 s i n 3 0 1 8 6 1H m m 顶梁端点运动轨迹最大宽度 e 30 2压支架四连杆机构的几何作图法 -4 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 1 3 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 2 4 所示 作图步骤如下: 1)确定后连杆下铰 点 它大体比底座底面略高 200 2)过 H 线。 3)过 1 75 的斜线。 4)在斜线上截取线段 度等于 A 1396 5)过 a 点作为 H H 线又交角 1的斜线,以 a 点为圆心,以 G 2326半径作弧交此斜线一点 e ,此点位掩护梁与顶梁的铰点。 6)过 e 点作 H H 线的平行线 F F 线,则 H H 线与 F F 线的距离为 600液压支架最高位置时的计算高度。 7)以 (0.3)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 中间的一点 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扭线,中间这一点的位置直接影响顶梁前端点运动轨迹的形状、变化宽度等)。 11)以 半径作圆弧。 12)以 e 为圆心,掩护梁长 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 为圆心,掩护梁长 半径作弧,交最前圆弧上一点 a ,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 a 点位圆心, 为半径作弧,交 一点 b 点;以 为半径作弧,交 一点 b 点。则 b、 b 、 b 三点位液压支架在三个位置时,前连杆的上铰点。 15)连接 掩护式液压支架设计 22 16)分别作 垂直平分线,其交点 前连杆长度。 17)过 H 线的垂线,交点 d,则线段 液压支架四连杆机构。 根据以上 计算的 A、 G、 值,按四连杆的几何作图法,画出四连杆 结构 图 2 30o 3360186175 30 图 2连杆结构 -5 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 3 3 掩护式液压支架主要部件设计 梁的设计 架工作方式对顶梁长度的影响 根据支架长作方式和设备配套尺寸来确定顶梁长度。 (a) 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影响很大 先移架后推溜方式要法顶梁有较大长度,行推溜后移架方式要求顶梁长度;先推溜后移架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,支控新暴的顶板,做到及时支护。因些,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 600b) 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直接关系。为了防止当采煤机向支架内倾斜时,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 端距煤壁最不距离为 300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是为了防止采煤机截割煤煤壁齐,给推移输送机留有一些定的距离,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。 梁长度及宽度的确定 掩护式与支撑掩护支架顶梁长度计算 顶梁长度 = 配套尺寸 +底座长度 +1) 1)+300+e +掩护梁与顶梁铰点至顶梁后端点之距( 中 1972 2100 1396 5 2 3 2 6 c o s 6 0 3 0 0 3 0 100 取整得 3040 根据支架产生的实际情况此支架的顶梁的宽度为 掩护式液压支架设计 24 梁的结构型式 掩护式支架的顶梁分为多种 1 ) 平衡式顶梁 特点: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。 2) 为潜入式顶梁 特点: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。 3) 带前梁的铰接式顶梁 特点:由前梁千斤顶调节前角度,可提高前梁前端的支撑能力,改善前梁前端的支控效果。 4) 带伸缩前梁的铰接式顶梁, 特点:可及时支护顶板,减少顶板上钉的暴露时间,铰接式顶加伸缩和摆动前梁,由前梁千斤顶调节前梁角度,并在前梁内加伸缩前探梁。 5) 铰接式顶梁 特点:顶梁 1 为整体结构,顶梁后端直接与掩护梁 4 铰梁
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