毕业设计（论文）-掩护式液压支架设计.doc

I摘摘要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IIAbstractAsthecoalundergroundgeologicalenvironmentmorecomplexwhichrequirescoalindifferentenvironmentswithdifferenttothehydraulicpressuresupport.Thearticlemainlyelaboratedthegeneralshieldtypehydraulicpressuresupportdesignprocess.Thedesigncontentincludes:Choosesthesystemdesignthemainsparepartdesignthemainsparepartexaminationandthehydraulicsystemdesign.Becausethiscoalbedthicknessismoderateselectstheshieldtypehydraulicpressuresupport.Thesupportusesfour-barlinkageimprovesthesupportstresscondition.Thetop-beamcavingshieldthefoundationmakesthepackedinaboxbodystructureThecolumnusesthedoubleexpansionandcontractionfunctionhydrauliccylinderincreasesthepowerstroketosatisfythesupporttoadjustthehighscopetheneed.Passesthehoistingjacktousethefluctuationplungertypereducespushesslidesthestrengthandincreasesmovesastrength.Inordertoenhancemovesaspeedguaranteesisprompttotheroofsupportusesthemushroomvalvehydraulicsystem.Thedesignofthehydraulicpressuresupportfromallseamthicknessoftheinitialconditionswhichisverygooddescriptionofthedifferentneedsofdifferentcoalhydraulicpressuresupportandthereforetheupgradinghydraulicpressuresupportforimprovingefficiencyandincreasingtheundergroundminingsafetyitisextremelyimportant.Keyword:Thehydraulicsupporthydraulicfour-barlinkagecoalminingsupporttypechoicepushforwardstheconveyeradvancingthepoweredsupportIII目录目录目录.I前言.11绪论.21.1液压支架发展历史.21.2我国液压支架的发展.41.3液压支架的组成和分类.51.3.1液压支架的组成.51.3.2液压支架的分类及特点.61.4液压支架的工作原理.81.5液压支架的支护方式.111.6支架选型的基本参数.121.6.1对液压支架的基本要求.121.6.2设计液压支架必需的基本参数.122液压支架的总体设计.142.1液压支架参数的确定.142.1.1初撑力.142.1.2移架力与推溜力.142.1.3支架调高范围.142.1.4中心距和宽度的确定.152.1.5底座长度.152.2四连杆机构设计.162.3顶梁长度的确定.172.3.1支架工作方式对支架顶梁长度的影响.172.3.2配套尺寸对顶梁长度的影响.182.3.3顶梁长度计算.182.4立柱及柱窝位置的确定.202.4.1立柱数.202.4.2支撑方式.202.4.3立柱的设计.212.4.4立柱柱窝位置的确定.222.5平衡千斤顶位置的确定.26IV2.5.1平衡千斤顶安装位置的确定原则.262.5.2平衡千斤顶在顶梁上位置的确定.272.6主要轴销间隙及其影响.313液压支架的主要部件的设计.333.1顶梁.343.2掩护梁.343.3前、后连杆.353.4底座.353.5立柱.363.6千斤顶.363.6.1推移千斤顶.363.6.2平衡千斤顶.373.6.3侧推千斤顶.373.7侧护板.384液压支架受力分析和计算.404.1液压支架基本技术参数的确定.404.1.1立柱的初撑力和泵站额定工作压力.404.1.2千斤顶技术参数确定.414.2支架受力分析与计算.424.2.1铰接式顶梁掩护支架.434.2.2顶梁载荷分布.444.2.3支护强度计算.454.2.4底座接触比压计算.464.2.5支护效率.475主要零、部件的强度校核.485.1校核的基本要求.485.2强度校核.496液压支架的液压系统设计.566.1液压支架的液压系统简介.566.2液压支架的液压系统拟订.576.2.1立柱系统.576.2.2千斤顶系统.586.2.3控制阀的选择.597结论.61V致谢.62参考文献.631前前言言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。为了适应煤层厚度1.52米，老顶级直接顶1级，设计了ZY16791323型掩护式液压支架。21绪论绪论1.1液压支架发展历史液压支架发展历史在过去的半个世纪中，煤矿井下开采支护设备的设计和使用发生了巨大的变化。其中，最引人注目的是，世界范围内广泛采用液压支架作为长壁开采支护工程（LongwallMiningSupportEngineering）的主要设备。历史地来看，大约在四五十年前回采工作面还是使用木支柱。随着刨煤机、钻削式和滚筒式采煤机等快速采煤机械的使用，木支柱既不能对顶板提供足够大的支护阻力，其支设和回收亦很难满足连续采煤的要求。于是，刚性木支柱被可压缩性摩擦和液压支柱所代替，并以支柱加铰接顶梁的结构形式支护回采工作面。大约在同一时期，为了支护工作面及其端头的冒落顶板，英国研制出垛式支架。它主要由安装在矩形整体底座上的立柱和顶梁组成。1954年5月，几套四柱垛式液压支架安装在英国奥尔蒙德（Ormonde）煤矿的低主煤层（LowMainSeam），工作效果很好。几个月后，该煤层的整个工作面都装备的这种支架。这就是世界上首个装备液压支架的采煤工作面。从此，开辟了煤炭工业的新时代。1958年，法国试验成功了节式支架。节式支架类似于支柱加横梁的支护系统。它由底座上并排二根或三根液压支柱支撑一个顶梁组成。一个液压千斤顶连接在工作面输送机上，用来随工作面的推进而推移输送机。五十年代末，为开采煤层厚度超过2m的松散和破碎顶板条件下的褐煤，前苏联开始研制掩护式液压支架，并于1961年在阿尔斯科拖（EarlsCourt）举办的贸易展览会上展出了OMKT型掩护式支架。这种支架顶梁很短，仅0.8m，并与掩护梁铰接，单根朝前倾斜液压立柱连接着掩3护梁和底座。当支架在其工作高度范围内升降时，顶梁端点相对于煤壁做圆弧运动。这样，不仅影响支架的承载能力，而且端面距变化很大，不利于顶板的维护。但比起垛式和节式支架，掩护式液压支架能有效的控制顶板，防止开采过程中矸渗入工作面，工作性能很好。为了保持顶梁端点相对于煤壁作近似的直线运动，在OMKT型掩护式支架的基础上作了许多改进：利用支座滑架，即把支撑掩护梁的支座利用千斤顶沿滑架向前移动一个位置，以补偿由于立柱升高时端面距加大的差值。利用伸缩顶梁，即当立柱升高时，在顶梁里利用千斤顶将顶梁伸出，以保持端面距基本不变。将四连杆机构引入支架结构设计中，研制出具有四连杆机构的液压支架，不仅从根本上解决了端面距变动大和支架不能承受水平力的问题，而且开辟了液压支架设计的新时代。1964年，英国国家煤炭局（NCB:NationalCoalBoard）实施的液压支架试验规范；1965年，FCDobson等人研制的刚性底座都促进了液压支架的进一步发展。60年代末和70年代初，随着液压支架在欧洲使用经验的日益增加，支架结构也发生了巨大变化。长顶梁、二柱、三柱、四柱以及多柱四连杆机构的液压支架相继问世。并且，为适应底板不平，底座采用分离铰接式结构；对于松软底板，为减小底板比压，采用了接触面积较大的底座；为防止碎矸窜入采区，采用了各种防窜矸的掩护装置。1974年，NCB实施的“高科技采煤工程（AdvancedTechnologyProjects）”推动了液压支架及采煤设备的进一步发展。这项工程要求在选择工作面综合采煤设备时，必须采用最先进的设备和开采工艺，以提高煤炭产量和改善作业环境。4进入70年代和80年代，液压支架又有了新的发展。顶梁不仅实现了“立即前移支护（IFS）”，而且整个支架安装了电液控制系统实现微机控制与操作。1981年杜塞尔多夫采矿展览会上，展出了液压连杆式液压支架和具有液压调高机构的掩护式支架，并研制出采高为6m的大采高支架及放顶煤支架；对于坚硬岩层设计了强力液压支架等。1.2我国液压支架的发展我国液压支架的发展我国研制液压支架起步不算晚。1959年10月，原北京矿业学院设计了三种液压支架。1961年设计了“本溪-型”支架，并制造出样机进行井下试验。1965年，北京煤炭科学院和郑州煤矿机械厂协作制造出仿英支架。1967年，太原煤炭研究所首先研制出四组迈步式支架，经修改后于1972年由郑州煤矿机械厂制造，并进行井下试验。1970年又为大同矿务局设计了TZ-140型支架，在此基础上研制出TZ-1支架，开发了TZ-IB、TZ-、TZ-、TZ-和TZ-型等液压支架。1973年，北京煤矿机械厂生产出第一套BZZ垛式支架，在阳泉矿务局使用。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ZY、QY系列产品；适用于坚硬顶板的ZZ系列支架。随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ZFS、ZFD系列放顶液压支架产品；为适应厚煤层分层开采的实际需要，研制和开发了出ZZP、ZZPL、ZYP系列铺网支架等产品。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5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0.65m，工作阻力为1200-10000KN，工作面倾角在3045以下，移架速度在1216s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%。1.3液压支架的组成和分类液压支架的组成和分类1.3.1液压支架的组成液压支架的组成液压支架是综采工作面支护设备，它的主要作用是支护采场顶板，维护安全作业空间，推移工作面采运设备。液压支架的种类很多，但其基本功能是相同的。液压支架按其结构特点和与围岩的作用关系“般分为三大类，即支撑式、掩护式(图1-2)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4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、电控元件等。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。61.3.2液压支架的分类及特点液压支架的分类及特点按液压支架在采煤工作面的安置位置来划分，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，可分为三种基本类型，即：支撑式、掩护式和支撑掩护式。1)支撑式支架支撑式支架是出现最早的一种架型，按其结构和动作方式的不同，支撑式支架又分为垛式支架（图撑式支架又分为垛式支架（图1-1a）和节式支架（图）和节式支架（图1-1b）两种结构型）两种结构型式式。垛式支架每架为一整体，与输送机连接并互为支点整体前移。节式支架由23个框节组成，移架时，各节之间互为支点交替前移，输送机用于支架相连的推移千斤顶推移。节式支架由于稳定性差，现已基本淘汰。支撑式支架的结构特点是：顶梁较长，其长度多在4m左右；立柱多，一般是46根，且垂直支撑；支架后部设复位装置和挡矸装置。以平衡水平推力和防止矸石窜入支架的工作空间内。(a)(b)图1-1支撑式支架结构形式7支撑式支架的支护性能是：支撑力大，且作用点在支架中后部，故切顶性能好；对顶板重复支撑的次数多，容易把本来完整的顶板压碎；抗水平载荷的能力差，稳定性差；护矸能力差，矸石易窜入工作空间；支架的的工作空间和通风断面大。由上可知，支撑式支架适用于直接顶稳定、老顶有明显或强烈周期来压，且水平力小的条件。此种支架在现阶段的综采工作面的生产时都已基本不再采用。2)掩护式支架（如图1-2）其主要由前梁、主梁、掩护梁和侧护板、底座、前后连杆、前梁千斤顶、推移千斤顶、操纵阀等组成。图1-2掩护式液压支架结构它的结构特点是：有一个较宽的掩护梁以挡住采空区矸石进入作业空间，其掩护梁的上端与顶梁铰接，下端通过前后连杆与底座连接。底座、前后连杆和掩护梁形成四连杆机构，以保持稳定的梁端距和承受水平推力。立柱的支撑力间接作用与顶梁或直接作用与顶梁上。掩护式支架的立柱较少，除少数掩护式支架1根立柱外，一般都是一排2根立柱。这种支架的立柱都为倾斜布置，以增加支架的调高范围，支架的两侧有活动侧护板，8可以把架间密封。通常顶梁较短，一般为左右。m3掩护式支架的支护性能是：支撑力较小，切顶性能差，但由于顶梁短，支撑力集中在靠近煤壁的顶板上，所以支护强度较大、且均匀，掩护性好，能承受较大的水平推力，对顶板反复支撑的次数少，能带压移架。但由于顶梁短，立柱倾斜布置，故作业空间和通风断面小。由上可知，掩护式支架适用于顶板不稳定或中等稳定、老顶周期来压不明显、瓦斯含量少的破碎顶板条件。3)支撑掩护式支架其主要由防片帮千斤顶、前梁、顶梁、掩护梁、底座、推移千斤顶、立柱等组成。支撑掩护式支架是在吸收了支撑式和掩护式两种支架优点的基础上发展起来的一种支架。因此，它兼有支撑式和掩护式支架的结构特点和性能，可适应各种顶底板条件。此种支架的优点是：支撑力大，切顶性能强，防护性能好，通风断面大，稳定性好，应用范围广。它的缺点是：结构复杂，成本较高。4)特种液压支架特种液压支架是为了满足某些特殊的要求而发展起来的液压支架，在结构形式上仍属于以上某种液压支架。包括放顶煤支架等。1.4液压支架的工作原理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高压乳化液通过工作性质不同的几个液压缸来实现完成的。如图1-3示1）升柱9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。图1-3液压支架工作原理-顶梁-立柱-底座-推移千斤顶-安全阀-液控单向阀123456、-操纵阀-输送机-乳化液泵-主供液管-主回液管7891011123）支架和输送机前移支架和运输机的前移，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；当需要推运输机时，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，是活塞杆伸出，把运输机推向煤壁。支架的支撑力与时间曲线，称为支架的工作特性曲线，如图1-4所示：支架立柱工作时，其支撑力随时间的变化过程可分为三个阶段。-初撑阶段；-增阻阶段；-恒阻阶段；-初撑力；-工作阻0t1t2t1p2p力a.初撑阶段10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，支架的夜控单向阀关闭，立柱下腔压力达到初撑力，此阶段为初撑阶段。0t图1-4支架的工作特性曲线tb.增阻阶段支架初撑后，随顶板下沉，立柱下腔压力增加，直到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。1tc.恒阻阶段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，使顶板压力减小，立柱下腔压力降低，当低于安全阀压力调整之后，安全阀停止溢流，这样在安全阀调整压力的限制下，压力曲线随时间呈波浪形变化，此阶段为恒阻阶段。2t支架的工作阻力标志着支架的最大承载能力。11对于掩护式和支撑掩护式支架，其初撑力和工作阻力的计算还要考虑到立柱倾角的影响因素。支架的工作阻力是支架的一个重要参数，它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，所以并不能完全反映支架对顶板的支撑能力。因此，常用单位支护面积顶板上所受支架工作阻力值的大小，即支护强度来表示支架的支护性能。即a310MPFPq式中支架的支护面积，。F2m1.5液压支架的支护方式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)即时支护般循环方式为：割煤一移架一推溜，工作面“三机”的配套关系。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：割煤一推溜一移架。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)复合支护般循环方式为：割煤一支架伸出伸缩梁一推溜一收伸缩梁一移架。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12应用较少。1.6支架选型的基本参数支架选型的基本参数1.6.1对液压支架的基本要求对液压支架的基本要求1)为了满足采煤工艺及地质条件的要求，液压支架要有足够的初撑力和工作阻力，以便有效地控制顶板，保证合理的下沉量。2)液压支架要有足够的推溜力和移架力。推溜力一般为100左右；NK移架力按煤层厚度而定，薄煤层一般为100150中厚煤层一般为NKNK150至250厚煤层一般为300400。NKNKNKNK3)防矸性能要好。4)排矸性能要好。5)要求液压支架能保证采煤工作面有足够的通风断面，从而保证人员呼吸、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，要有足够宽的人行道。7)调高范围要大，照明和通讯方便。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，能够承受一定得不均匀载荷和冲击载荷。10)满足强度条件下，尽可能的减轻支架重量。11)要易于拆卸，结构要简单。12)液压元件要可靠。1.6.2设计液压支架必需的基本参数设计液压支架必需的基本参数1)顶板条件13根据老顶和直接顶的分类，对支架进行选型。给定参数：老顶级直接顶1级2)最大和最小采高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)瓦斯等级根据瓦斯等级，按保安规程规定，验算通风断面。给定条件：瓦斯等级1级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)工作面煤壁条件根据工作面煤壁条件，决定是否用护帮装置。6)煤层倾角根据煤层倾角，决定是否选用防倒防滑装置。给定条件：煤层倾角87)井筒罐笼尺寸根据井筒罐笼尺寸，考虑支架的运输外形尺寸。8)配套尺寸据配套尺寸及支护方式来计算顶梁长度。142液压支架的总体设计液压支架的总体设计2.1液压支架参数的确定液压支架参数的确定2.1.1初撑力初撑力初撑力的大小是相对于支架的工作阻力而言的，并与顶板的性质有关。较大的初撑力可以使支架较快地达到工作阻力，防止顶板过早的离层，增加顶板的稳定性。对于不稳定和中等稳定顶板，为了维护机道上方的顶板，应取较高的初撑力，约为工作阻力的80%。2.1.2移架力与推溜力移架力与推溜力移架力与支架结构、吨位、支撑高度、顶板状况是否带压移架等因素有关，一般薄煤层支架的移架力为。KN1501002.1.3支架调高范围支架调高范围支架最大结构高度25.225.021ShHmm支架最小结构高度m3.105.005.01.05.1aa2ShHnn式中、煤层最大、最小采高；mhnh伪顶冒落的最大厚度，一般取m，这里可取0.25m；1S3.02.0顶板周期来压时的最大下沉量、移架使支架的下降量和顶梁上、2S15底座下的浮矸、煤层厚度之河，一般取0.10.2m，这里取0.1m。确定支架的最低高度时还应考虑到井下的允许运输高度支架的伸缩比73.13.125.2minmaxHHKs值的大小反映了支架对煤层厚度变化的适应能力，其值越大，说明sK支架适应煤层厚度变化的能力越强，采用双伸缩立柱，值可取1.9左右。sK若进一步提高伸缩比，需采用带机械加长杆的立柱。2.1.4中心距和宽度的确定中心距和宽度的确定支架中心距（）一般等于工作面一节溜槽长度。大采高支架为提高cb稳定性中心距可采用1.75m，轻型支架为适应中小煤矿工作面快速搬家的要求，中心距可采用1.25m。目前国内外液压支架中心距大部分采用1.5m，因此设计中预取=1500mm。cb顶梁总宽度（）的确定应考虑支架的运输、安装和调架要求。支mB架顶梁一般装有活动侧护板，侧护板行程一般为170200mm。这里可取=1500mm，=1300mm。mBnB2.1.5底座长度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、16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，可取2200mm。2.2四连杆机构设计四连杆机构设计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纽线，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。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作过程的几何特征进一步阐述其作用。这些特征是四连杆动作过程的必然结果。1）支架高度在最大和最小范围内变化时，顶梁端点运动轨迹的最大宽度mm，最好为30mm以下；70e2）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，；支架在最低位置ooP6252ooQ8575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，如果钢和矸石的摩擦系数，则。为WtgP3.0W7.16p了安全可靠，最低工作位置应使。25p3)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满足，原因是角直接影响支架承受附加力的数值大小。35.0tg174)应取顶梁前端点运动轨迹双纽线向前凸的一段为支架工作段，如图21所示的h段。图2-1四连杆机构几何特征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。2.3顶梁长度的确定顶梁长度的确定根据支架工作方式何设备配套尺寸来确定顶梁长度。2.3.1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（及时支护方式）要求顶梁有较大的长度；先推溜后移架方式（滞后支护方式）要18求顶梁长度较短。只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，支控新暴露的顶板，做到及时支护。因此，先移架后推溜时顶梁长度比先推溜后移架时的顶梁长度要长一个步距为600mm。2.3.2配套尺寸对顶梁长度的影响配套尺寸对顶梁长度的影响为防止当采煤机向支架内倾斜时，采煤机滚筒不切割顶梁在设计时要求顶梁前端距煤壁最小距离为300mm。2.3.3顶梁长度计算顶梁长度计算掩护式支架顶梁长度计算(如图2-3)：1)顶梁长度=配套尺寸+底座长度+Acos（）-Gcos（）+300+e1Q1P+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院编制的综采设备配套图册确定；底座长度底座前端至后连杆下铰点之距，参照SY38001022型掩护式液压支架底座长度可取2200mm；e支架由高到低顶梁前端点最大变化距离，根据范围可取20mm；、支架在最高位置时，分别为后连杆和掩护梁与水平面的1Q1P夹角；A、G分别为后连杆和掩护梁长度。19图2-3配套尺寸图2)A和G的长度确定：一般按同类型支架用类比法来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，参照SY38001022型掩护式液压支架可选取掩护梁上铰点至顶梁顶面之距为130mm，后连杆下铰点至底座底面之距为220mm。-130-220=2250-130-220=1900mmm1HH取、，后连杆与掩护梁的比值I=0.450.61，这里I可801Q60P1取0.45。当支架在最高位置时的H1值确定后，掩护梁长度G为：G=）（）（111sinPsinQIH=0080sin45.060sin190020=1451mm后连杆的长度为：A=IG=0.451451=653mm前、后连杆上铰点之距与掩护梁的比值为=0.220.3，这里可取0.251I前、后连杆上铰点之距为：B=G=0.251451=362.8mm1I顶梁长度=配套尺寸+底座长度+Acos（）-Gcos（）+300+e+掩护梁1Q1P与顶梁铰点至顶梁后端点之距=2422+2200+675cos（）-1500cos（80）+300+20+100=3769mm。60式中配套尺寸参照MG300AW1型采煤机、SGZ764型输送机来选取配套尺寸=671+374+764+613=2422mm。2.4立柱及柱窝位置的确定立柱及柱窝位置的确定2.4.1立柱数立柱数掩护式支架为二柱。2.4.2支撑方式支撑方式掩护式支架为倾斜布置，这样可克服一部分水平力，并能增大调高范围。一般立柱轴线与顶梁的垂直夹角小于300（支架在最低工作位置时），由于角度较大，可使调高范围增加。同时由于顶梁较短，立柱倾角加大可21以使顶梁柱窝位置前移，使顶梁前端支护能力增大。2.4.3立柱的设计立柱的设计1）支护面积支架的支护面积按下式计算：)(LgbFCC式中支护面积()；cF2m顶梁宽度，取1.5m；cb顶梁长度；gL移架后顶梁前端点到煤壁的距离，一般取0.3+e。故：=5.98cF)32.0769.3(5.12m2）支护强度支护强度的计算可借助于查表。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，。2m245qKN立柱参数的确定：立柱缸体内径按下式进行计算：md1dcospn40FD=28cos3314.321.146540=cm9.17式中立柱缸体内径（cm）；dD22支架承受的理论支护阻力（）；1FKNKN1.146524598.5qxc1FF每架支架立柱数；dn立柱最大倾角，可取；m28安全阀调正压力，取。apa33MPP按照国家标准选取比计算值大的标准值作为内径，选取立柱的基本参数eD为：外缸内径：180mm中缸外径：170mm中缸内径：140mm活柱外径：120mm工作阻力：1078KN外缸额定工作压力：44.1aMP中缸额定工作压力：72.8aMP推荐选用钢材：外缸：24219中缸：24180活柱：元钢2.4.4立柱柱窝位置的确定立柱柱窝位置的确定1)上柱窝位置的确定确定的原则：23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，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在顶梁处，取1F31顶梁为分离体，受力情况如图2-4所示。图2-4受力分析图对A取矩：0AM1g11tt21hpcosxpsinhh03FLFW（-）-1g11t21thpsinhh3xpcosFLFW（-）5.41cos6.167813.025.0sin14.56.167813.03.01.14653769.31.1465）（m1087式中x立柱上柱窝至顶梁和掩护梁铰点之距（m）；24支架支护阻力（KN）；1Fq支架最大支护强度（）；2mKN支护面积（）；cF2m顶梁长度（不包括顶梁与掩护梁铰点至顶梁后端之距）（m）；gL立柱工作阻力之和（KN），1678.6KN；tPtP顶梁和掩护梁铰点至顶梁顶面之距（m）；1h立柱上柱窝中心至顶梁顶面之距（m），参照QY240-1026型掩2h护式支架取；m25.0h2立柱在最高位置时的倾角（度），可根据立柱在最高位置和最低位置时以及立柱在最低位置的倾角来计算出。3H285.142)下柱窝位置的确定立柱下柱窝位置的确定，要有利移架，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来考虑，具体计算如图2-530所示。25图2-5受力分析图按几何关系列出的下述诸公式进行计算。（2-1）cosxcosxx121GA（2-2）232tgxH将（2-2）式代入（2-1）式得：（2-3）2311tgAcos-cosGxxH28tan90071cos6531.63cos14511087=1219.9mm式中；mm9001502501300hh32n3）（）（HH支架最低位置时，后连杆与水平面夹角，利用几何作图法可求1出=170；1支架最低位置时，立柱倾角；226支架最低位置时，掩护梁与水平面夹角，同样可以利用几何作图法求出=31.60；立柱上柱窝至掩护梁与顶梁铰点之距；x立柱下柱窝至底座下表面之距，这里参照SY38001022型3h掩护式液压支架可选取=0.15m。3h由支架的、可计算mmH18503mmH90035.14282得出立柱的工作行程L=892mm，查液压缸活塞行程系列表取L=900mm。2.5平衡千斤顶位置的确定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，平衡千斤顶位置应按如下方法计算确定：2.5.1平衡千斤顶安装位置的确定原则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和拉力等）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，现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倍顶梁长度出来进行计算。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倍顶梁长度处进行计算。272.5.2平衡千斤顶在顶梁上位置的确定平衡千斤顶在顶梁上位置的确定1）平衡千斤顶在顶梁上位置的确定取顶梁为分离体（如图2-6示）：图2-6受力分析图由00YX60sin)(20cos60cos)(20sin8a18a1PFPFPFPWFtt得出（2-4）8t1asin6020cosPPFF由0M0hcos)(sin)(cossin11211t12117282281WFLLPhhPhhPLPxFt）（28（2-5）由0bM0hh60cos60sinhh20sin20coshx170a20a27t10t7121）（）（）（FLFPLPWFLF（2-6）将（2-4）代入（2-6）中得到新的方程，此方程再与（2-5）联立可解出：KNPL7.1733mm8.20382式中平衡千斤顶的推、拉力（推力取“”、拉力取“”）；8P顶板与掩护梁之间的摩擦系数，计算时取0.3；W支架在最高位置时的立柱倾角；1支架在最高位置时平衡千斤顶倾角。2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是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2的夹角。60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7h护梁成时，为使平衡千斤顶不与掩护梁发生干涉，所以可以按下式进180行计算：m483.004.02125.025.013.02217bbeDBhh式中掩护梁厚度（m），参照SY38001022型掩护式液压支架可eB选=0.5m；eB29平衡千斤顶外径（m），参照SY38001022型掩护式液压bD支架可暂选=0.125m；bD平衡千斤顶外径与掩护梁间之间隙，一般取m；b05.003.0瞬心点至顶梁和掩护梁铰点之距（m）；6h立柱柱窝中心至平衡千斤顶上铰点之距（）；1Lm平衡千斤顶上铰点至顶梁和掩护梁铰点之距（m）；2L支护阻力合力作用点位置（m），平衡千斤顶在推力时，取x。LgX35.0式中为顶梁长度。gL2）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；支架在最低位015置时顶梁能上摆，或顶梁和掩护梁近似成。为简化计算，取如下0100180两种情况：假设平衡千斤顶的活塞杆全部伸出时顶梁和掩护梁成；平0180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为如图2-7所示。4L30图2-7支架在最高