机械毕业设计（论文）-支撑掩护式液压支架设计3【全套图纸】.doc

第108页 中国矿业大徐州2011届本科生毕业设计1 液压支架概述全套图纸，加1538937061.1国内外液压支架的现状20世纪50年代前，在国内外煤矿生产中，基本上采用木支柱、木顶梁或金属摩擦支柱和铰接顶梁来支护顶板。1854年英国首次研制出液压支架，通过对液压支架的逐步改进完善，进而推广应用，使采煤工作面采煤过程中的落煤、装煤、运煤和支护等工序全部实现了综合机械化。到20世纪90年代初，寻找到适合矿区资源条件的先进采煤方法，采用了放定煤技术。随着计算机技术和自动化技术的不变应用和提高，为煤矿生产自动化和高效生产提供了新的出路。液压支架电液控制系统的应用，大大加快了工作面的移架、推溜速度，改善了采煤工作面顶板的支护状况，使工作面产量成倍增加，安全状况明显改善，吨煤成本大幅度下降，为煤矿生产的高效、安全和煤矿工人劳动环境的改变提供了条件。目前，以液压支架为主体的综采设备，已逐步向程控、遥控和自动化方向发展。液压支架作为煤矿长壁综采工作面的关键设备，近年来得了迅速地发展，它与综采系统中的“三机”（ 刮板输送机、转载机、带式输送机）配合使用，是煤矿开采技术现代化的重要标志。液压支架是综采工作面主要设备之一，近10年来主要的发展趋势是向两柱掩护式和四柱支撑掩护式架型发展，架型结构进一步完善，设计方法更先进，参数向高工作阻力、大中心距(175m、2m)发展，结构件材料越来越多地采用高强度钢材，支架的寿命和可靠性大大提高。近10年来主要的发展趋势是向两柱掩护式和四柱掩护式架型发展，架型结构进一步完善，设计方法更先进，参数向高工作阻力、大中心距发展。液压支架另一重大突破是控制系统，应用电液控制技术，采用电磁控制的先导阀，先进可靠的压力和位移传感器，灵活自由编程的微处理机技术，红外线遥感技术等现代科技成果，使液压支架的动作自动连续进行，移架速度大大提高，支架循环时间达到6-8s。我国自1973年开始大规模引进德国、英国等国家的综采设备，经历了消化、吸收和改进提高的过程，到目前已形成了较完整的设计、制造和科研体系，液压支架的制造和采煤技术已有长远发展。1.2液压支架的发展趋势随着科学技术的发展，新技术、新方法、新材料的不断应用，微电子和计算机技术的进一步普及，为液压支架的发展提供了有利条件，发展趋势是：1) 液压支架的机构形式继续向简化结构、提高可靠性的方向发展。2) 支护强度和工作阻力不断加大。3) 液压支架的宽度已由1.5m增加到1.75m，且已有2m的架型。4) 液压支架的结构设计更加合理，钢材选用趋向于多用高强度钢材。5) 液压支架的供液系统，正向高压、大流量方向发展。6) 液压支架的控制系统，朝扩大电液控制系统的应用功能和提高电业控制系统的可靠性以及延长电业控制系统使用寿命的方向发展。7) 液压支架的设计，将综合应用有限元法、CAD和CAM现代技术，能够在很短的时间内提供最佳设计方案。1.3液压支架的组成和用途1.3.1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。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。1.3.2液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。而液压支架是以高液体作为动力，由液压元件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、安全可靠等优点。液压支架与可弯曲输送机和采煤机组合机械化采煤设备，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。1.4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完成的。1.4.1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。1.4.2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。1.4.3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。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对活塞杆腔，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的曲线，称为支架的工作特性曲线，（如图1-1）所示。 图1-1 支架的工作特性曲线t0初撑阶段； t1增阻阶段； t2恒阻阶段；p1初撑力； p2工作阻力支架立柱工作时，其支撑力随时间的变化过程可分为三个阶段。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；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；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t2。1.5液压支架设计目的、要求和设计支架必要的基本参数1.5.1设计目的采用综合机械化采煤机械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设备，迅速综合机械化采煤工作面（简称综合工作面）。而每个综采工作面平均需要安装200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板条件、煤层厚度、煤层倾角、煤层物理机械性质等的不同，对不同液压支架的需求也不同。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。1.5.2液压支架的基本要求1) 为了满足采煤工艺及地制条件的要求，液压支架是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。推溜力一般力为100KN左右；移架力按煤层厚度而定，薄煤层一般为100KN150KN，中厚煤炭一般为150KN至250KN。厚煤层一般为300KN400KN。3) 防矸性能要好。4) 排矸性能好。5) 要求液压支架能保证采煤工作有足够的通风断面，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，能够承受一事实上不均匀载荷和冲击载荷。10) 在满足强度条件下，尽可能减轻支架重量。11) 要易于拆卸，结构要简单。12) 液压元件要可靠1.5.3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 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。4) 底板岩性能及小时涌水量 根据底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，决定是否选用防滑装置7) 井向罐笼尺寸根据井向罐笼尺寸，考虑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。1.6液压支架的选型1.6.1液压支架的支撑力与承载关系支撑掩护式支架是为了改善上述两类支架的性能和对顶板的适应性而设计的。主体部分接近垛式，支架后部有四连杆机构和掩护梁，增强了支架的稳定性和防护性，提高了支架的支护和承载能力。所以，此种支架介于以上两种支架的中间状态，提高了适用范围，适用于顶板较坚硬，顶板压力较大或顶板破碎的各种煤层，其受力状况（如图1-2）所示 图1-2支撑掩护式支架的受力状况1.6.2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) 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1-3)，前梁较长，支柱较多并呈垂直分布，支架的稳定性由支柱的复位装置来保证。因此底座坚固定，它靠支柱和顶梁的支撑作用控制工作面的顶板，维护工作空间。顶板岩三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，适用于顶板紧硬完整，周期压力明显或强烈，底板较硬的煤层。a b图1-3 a垛式 b节式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1-4）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 b c图1-4 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（如图1-5a，b所示）；二柱支在顶梁（如图1-5，c所示）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。 a b c图1-5 a四柱平行支在顶梁上支架，b四柱交叉支在顶梁两柱在掩护梁上支架，c两柱在顶梁两柱在掩护梁上支架 1.6.3 液压支架选型原则液压支架的选型,其根本目的是使综采设备适矿井和工作面的条件,投产后能做到高产、高效、安全，并为矿井的集中生产、优化管理和最佳经济效益提供条件，因此必须根据矿井的煤层、地质、技术和设备条件进行选择。1) 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板的级别直接选出架型。2) 当煤层厚度超过2.5m时，顶板有侧向推力和水平推力时，应选用抗扭能力强支架一般不宜选用支撑式支架。3) 当煤层厚度达到2.52.8mm以上时，需要选择有护帮装置的掩护式或支撑掩护式支架，煤层厚度变化大时，应选择调高范围较大的掩护式双伸缩立柱的支架。4) 应使支架对底板的比压不超过底板允许的抗压强度。在底板较软条件下，应选用抬底装置的支架或插腿掩护式支架。5) 煤层倾角小于10度时，支架可不设倒滑装置；1525度时，排头支架应设防倒防滑装置，工作面中部输送机设防滑装置，工作面中部支架设底调千斤顶，工作面中部输送机调防滑装置。6) 对瓦斯涌出量大的工作面，应符合保安规程的要求，并优先选用通风面积大的支撑式或支撑掩护式支架。7) 当煤层为软煤时，支架最大采高一般2.5m；中硬煤层时，支架最大采高一般3.5m；硬煤时，支架最大采高5m8) 在同时允许选用几种架型时，应优先选用价格便宜的支架。9) 煤层变化过大，顶板的允许暴露58m2,时间在20分钟以上时，暂不宜采用综采。10) 特殊架型的选择可根据特殊架型中各节的适用条件进行选择。1.6.4 液压支架设计的原始条件1) 老顶级别 （强烈） 0.350 N0.3 Lp=25502) 直接顶类别 3（稳定顶板）强度指数 D1 7.112直接顶初次垮落步距L1(m)=1925表中按下式计算：D1=*c1*c2（Mpa）岩石单向抗压强度（Mpa）；C1节理裂隙影响系数；C2分层厚度影响系数；C1取0.41；c2取0.32采高3m，液压支架支护强度 1.6*441 kN/（支架工作阻力），煤层厚度（m） 1.7m-3.5m 老顶级别 直接顶类别 3表1-1适应不同类级顶板的架型和支护强度老顶级别直接顶类别12312312344架型掩护式掩护式支撑式掩护式掩护式或支撑掩护式支撑式支撑掩护式支撑掩护式支撑或支撑掩护式支撑或支撑掩护式采高2.5m时用支撑式采高2.5m时用支撑掩护式支护强度支架采高m12941.32941.62942294应结合深孔爆破，软化顶板等措施处理采空区2343（245）1.3343(245)1.634323433441(343)1.3441(343)1.644124414539(441)1.3539(441)1.65392539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）1.3、1.6、2为增压系数。 2 液压支架基本技术参数的确定2.1基本技术参数 2.1.1设计的原始条件煤层厚度：H1.7-3.5m。顶设条件老顶级、直接顶3级。底板平整，无影响支架通过的断层。2.1.2支架的高度H （2-1） （2-2）式中：支架最大高度 支架最小高度煤层最大厚度（最大架高） 煤层最小厚度（最小架高） 考虑伪顶、煤皮冒顶落后仍有可靠初撑力所需要的支撑高度，取 250mm 顶板对大下沉量，取 150mm 移架时支架的最小可靠量，一般取 50mm 浮矸石、浮煤厚度，一般取 50mmZZ4000/17/35型液压支架 =3500mm =1700mm2.1.3支架伸缩比2.1.4架间距所谓支架间距，就是相邻两支架中心之间的距离。用Bc表示。支架间距Bc要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，因此目前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为1.5 m，千斤顶连接位置在刮板槽槽帮中间，所以除节式和迈步式支架外，支架间距一般为1.5米，本设计取Bc=1.5 m。2.1.5底座的确定所谓底座，就是将顶板压力传递到底板的稳固支架的部件。a)底座的长度在设计支架的底座长度时，应考虑以下几个方面：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3.5倍的移架步距，即2.1m左右；支撑掩护式支架对底座长度取4倍的移架步距，即2.4m左右。本次设计根据已有ZZ/4000/17/35型支撑掩护式液压支架选取底座长度为2380mm。b)底座的宽度支架底座宽度一般为1.1-1.2m。为提高横向稳定性和减小对底板比压，厚煤层支架可加大到1.3m左右，放顶煤支架为1.3-1.4m。底座中间安装推移装置的槽子宽度与推移装置的结构和千斤顶缸径有关，一般为300-380mm。根据已有ZZ4000/17/35型支撑掩护式液压支架选择底座宽度为1430mm。2.1.6支架强度本次设计中支撑掩护式支架的支护强度可用插入法求得，按下式计算： （2-3）式中：支架最大采高当支架最大采高为时，支架应有的支护强度。（KN/m2）在架型选择表中低于但与之相邻的采高相对应的支护强度，见表11在架型选择表中高于但与之相邻的采高相对应的支护强度，见表11对应的采高 对应的采高 对应最大结构高度时=3m =705.6KN/m2=4m =862.4KN/m2将各数据代入式（23）得采高最大时支架支护强度784 KN/m2所以本次设计ZZ4000/17/35型支撑掩护式液压支架的支护强度为0.784MPa2.2液压支架配套设备的确定2.2.1采煤机和运输机型号的确定根据配套尺寸关系，在设计中选用采煤机和运输机型号为：采煤机：MLS340型采煤机运输机：SGZ764/264刮板输送机2.2.2配套尺寸、配套图的确定配套尺寸的确定，由图（2-1）可知配套尺寸：E=650+387+764+376=2177mm （2-4）2.2.3液压支架配套关系图图2-1 液压支架配套关系图Fig.2-1 hydraulic pressuremap2.3顶梁型式的确定顶梁是与顶板直接接触的构件，除满足一定的刚度和强度要求以外，还要保证支护顶板的需要。2.3.1顶梁的作用及用途顶梁作用是支护顶板一定面积的直接承载部件，并为立柱、掩护梁、护顶装置等提供必要的连接点。用途：a. 用于支撑维护控顶区的顶板。b.承受顶板的压力。c.将顶板载荷通过立柱、掩护梁、前后连杆经底座传到底板。2.3.2顶梁的结构型式的确定 支撑掩护式支架的顶梁较长 ，为了改善顶梁的接顶状况，增大梁端支撑力，这类支架采用分段组合式顶梁，它有以下几种组合型式：a)铰接前梁的刚性顶梁 铰接前梁的刚性顶梁，（如图2-2a）所示，该结构顶梁分前后梁并铰接，在铰接前梁设有前梁千斤顶，支撑靠近煤壁处的顶板，同时还可以调整前梁的上下摆角，以适应顶板不平的变化。b)伸缩前探梁的刚性顶梁伸缩前探梁的刚性顶梁，（如图2-2b）所示，该结构前梁有伸缩千斤顶使它伸缩，因此及时伸出支护刚暴露的顶板，从而可使顶梁长度减小，也可使用前梁千斤顶和伸缩千斤顶，使前梁即可伸缩又可以上下摆动。a b图2-2 支撑掩护式顶梁的结构形式Fig.2-2 bracing caving shield construction1前梁 2后梁 3前梁千斤顶 4前梁伸缩千斤顶 以上二种顶梁型式比较，本设计选用铰接前梁的刚性顶梁的结构型式。2.3.3对顶梁长度的影响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很大，从液压支架的工作原理可以看出，先移架后推溜方式（又称及时支护方式）要求顶梁有较大长度；先推溜后移架方式（又称滞后支护方式）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，支控新暴露的顶板，做到及时支护。因此，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600mm。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135150mm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，在此来计算顶梁长度。2.4顶梁主要参数的确定2.4.1顶梁长度Lg （2-5）式中：配套尺寸=2177mm 底座长度=2380mm P1=57 P2=80代入公式得： 参考已有ZZ4000/17/35型支撑掩护式液压支架顶梁长度，取Lg=3375mm。2.4.2顶梁面积A （2-6）式中：顶梁长度 顶梁宽度，在本次设计中顶梁宽度为1500mm代入公式得： 2.4.3支护面积 （2-7）式中：支护面积 移架后顶梁前端点到煤壁的距离，一般 支架间距,取1500代入公式得：2.4.4支架的理论支护阻力 （2-8）式中：支架的理论支护阻力 支护面积 支护强度，代入公式得：2.4.5顶板覆盖率 （2-9）式中：顶板覆盖率A 顶梁面积 支护面积代入公式得：2.4.6前梁千斤顶 前梁千斤顶为活塞式双作用外供液式结构。千斤顶的缸径为140mm，行程为140mm，推力为98KN，工作阻力位588KN（安全阀额定工作压力位38MPa）。该千斤顶的导向套与缸体之间用钢丝挡圈连接，活塞与活塞杆之间利用压紧帽通过螺纹连接。2.4.7顶梁其他有关尺寸的确定确定立柱上绞点，前梁千斤顶绞点、前后梁绞点、掩护梁与顶梁绞点位置（包括水平方向和垂直方向）各尺寸见四杆机构尺寸图（如图3-6）2.5掩护梁的结构及参数的确定2.5.1掩护梁的作用和用途掩护梁是支架的掩护构件，它有承受冒落矸石的载荷和顶板通过顶梁传递的水平载荷引起的弯矩，掩护梁的用途，掩护梁承受顶梁部分载荷和掩护梁背部载荷并通过前后连杆传递给底座。掩护梁承受对支架的水平作用力及偏载扭矩。掩护梁和顶梁（包括活动侧护板）一起，构成了支架完善的支撑和掩护体，完善了支架的掩护和挡矸性能。2.5.2掩护梁的结构型式掩护梁的结构为钢板焊接的箱式结构，在掩护梁上端与顶梁铰接，下部焊有与前、后连杆铰接的耳座。有的支架在掩护梁上焊有立柱柱窝。活动侧护板装在掩护梁的两侧。从侧面看掩护梁，其形状有直线型、折线型。（如图2-3）所示。图2-3 掩护梁结构型式Fig.2-3 caving lock piece mechanism method1顶梁；2掩护梁；3立柱；4前连杆；5后连杆；6底座；7限位千斤顶梁的结构型式折线型相对直线型支架端面大，结构强度高，但工艺性差。所以很少采用，从掩护梁的宽度方向来分，可分为整体式和对分式两种。对分式结构尺寸小，易于加工、运输和安装，但结构强度差。所以本次设计采用的是整体式、直线型。2.5.3掩护梁的参数确定1）掩护梁的长度G 掩护梁就是两铰点的距离，由前面的四连杆机构可得知，掩护梁长度为2060mm。2）掩护梁宽度By本设计掩护梁宽度与顶梁宽度相同，所以掩护梁宽度为1500mm。3）掩护梁上前后连杆铰点位置通过比较，可确定前后连杆铰点位置（水平和垂直方向）具体尺寸可以通过（图36）中掩护梁部分所知。2.6立柱及主要参数的确定立柱是支架的承压构件，它长期处于高压受力状态，它除应具有合理的工作阻力和可靠的工作特性外，还必须有足够的抗压、抗弯强度、良好的密封性能，结构要简单，并能适应支架的工作要求。该支架采用带有机械加长杆内导向套式单伸缩立柱。采用外供液方式，缸口连接为钢丝连接，活塞组件的连接固定方式为卡键连接固定。机械加长杆分为5段，每段长度为150mm。立柱两端为凸起球面，分别与顶梁柱帽和底座柱窝连接。2.6.1立柱布置1)立柱数目前过内支撑式支架立柱数为26根，常用为4根；掩护式支架为2柱；支撑掩护式支架为4柱，即。2)支撑方式支撑式支架立柱为垂直布置。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线夹角小于300（支架在最低位置时），由于角度较大，可使调高范围增加。同时由于顶梁较短，立柱倾角加大可以使顶梁柱窝位置前移，使顶梁前端支护能力增大。支撑掩护式支架，根据结构要求呈倾斜或直立布置，一般立柱轴线与顶梁垂线夹角小于100（支架在最高位置时），由于夹角较小，有效支撑能力较大。3)立柱间距立柱间距指支撑式和支撑掩护式支架而言即前、后柱的间距。立柱间距的选择原则为有利于操作、行人和部件合理布置。支撑式和支撑掩护式支架的立柱间距为11.5m。4)立柱类型立柱按动作方式，分为单作用和双作用；按结构分类，分为活塞式和活柱式；按伸缩方式分为单身缩和双伸缩，（如图2-4）所示a b c d e f图2-4 立柱类型Fig.2-4 coal sortinga 单作用活塞式；b单作用柱塞式；c双作用活塞式；d、e、f双伸式2.6.2立柱主要参数的确定1)立柱缸体内径和活塞外径a.立柱缸体内径的确定 （2-10）式中： 立柱缸体内径 mm 支架承受的理论支护阻力， 每架支架立柱数安全阀的正压力，立柱最大倾角， 代入公式得:查标准MT/T94-1996取整为200mm。 b.活塞杆外径的确定查标准MT/T94-1996，单伸缩立柱内径及活塞杆外径匹配关系，取活塞杆外径为185mm。2)立柱初撑力和工作阻力a.初撑力 （2-11）式中： 立柱初撑力 KN 泵站压力, 立柱缸体内径，代入公式得:b.立柱工作阻力 （2-12）式中： 立柱工作阻力 KN安全阀调整压力，取代入公式得:表2-1支架工作阻力数值圆整标准（MT169-87）（kN）Tab 2-1 Stents work resistance value rounder standard（MT169-87）（kN）12001600200024002800320036004000440048005200560064007200800090001000012000圆整取支架工作阻力为2400KN，则。2.6.3立柱柱窝位置的确定1）上柱窝位置的确定确定的原则： 根据支撑力分布与顶板载荷相一致的原则，通过受力分析计算，确定柱窝合力作用点的位置。 考虑到支撑效率，立柱的倾角不宜太大，最高位置时立柱倾角不小于5，取顶梁为分离体。 一般立柱轴线与顶梁垂线夹角不小于10（支架在最高位置时），由于夹角较小，有效支撑力较大。 根据前后立柱间行人及初撑力的均匀分布的要求，初步确定前后立柱的距离为1050mm。 作图法得出最高位置时，后立柱与顶梁垂线夹角为6。综上所述：取前立柱与顶梁垂线夹角为9，后立柱与顶梁垂线夹角为6。2）下柱窝位置的确定 前后立柱下柱窝之间距离为825mm。下柱窝位置具体情况（如图3-6）所示。2.6.4 立柱材料的选择立柱承受负荷较大，故缸体材料一般均采用高强度合金无缝钢管，如和等。活塞杆是立柱的主要传力零件，应有足够的强度和刚度，均采用高强度合金材料。同时，为提高活塞杆表面的耐磨性与防腐性，活塞杆表面通常镀铬、镀铜或镀锌。根据立柱的工作阻力和安全阀的动作压力，可进行立柱的强度设计。包括确定缸径、壁厚、活塞杆强度和稳定性计算等，可参照液压传动的油缸的部分进行。而立柱的行程和结构长度，则按支架适用的煤层厚度和立柱各部分的结构来确定。2.7推移千斤顶的技术参数的确定支架推移装置是实现支架自身前移和输送机前推得装置，一般由推移千斤顶、推杆、或框架等导向传力杆件以及连接头等部件组成。其中推移千斤顶型式有普通式、差动式和浮动活塞式。普通式推移千斤顶通常是外供液普通活塞式双作用油缸；差动式推移千斤顶则利用交替单向阀或换向阀的油路系统，使其减小推输送机力；活动活塞式推移千斤顶的活塞可在活塞杆上滑动（保持密封），使活塞杆腔（上腔）供液时拉力与普通千斤顶相同，但在活塞腔（下腔）供液时，使压力的作用面积仅为活塞杆断面，从而减小了推输送机力。框架连接方式推移千斤顶，动作原理(如图2-5)所示, 由于掩护式和支撑掩护式支架重量较大,为了提高移架力,就要增加缸径或提高供液压力。如果采用直接推移方式，在提高移架力的同时，推溜力也将增加，这样有可能把溜槽推坏，为了解决这个问题，就要设计成移架力大于推溜力的结构形式，框架连接方式就是其中一种。2.7.1框架连接方式推移千斤顶的动作原理 当缸体后腔进液，前腔回液，活塞杆伸出而移架；当缸体前腔进液，后腔回液，缸体前移通过框架而推溜，由于缸体后腔面积大，所以，框架连接可以使移架力大于推溜力。 图2-5框架连接方式动作原理Fig.2-5 principleof bar method1推移千斤顶；2活塞杆与支架连接处；3输送机；2.7.2 框架连接方式推移千斤顶1)框架连接方式推移千斤顶的缸体内径按下两式联立求得： mm (213)mm (214)式中：推移千斤顶缸体内径 mm。推移千斤顶活塞杆直径 mm。 推移千斤顶移架力 KN，一般取。 推移千斤顶推溜力 KN, 一般取。推移千斤顶处泵站来压，取。根据已有ZZ4000/17/35型支撑掩护式液压支架，选取，；行程为700mm。将代入2-11公式得：将代入2-10公式得：式中、取整标准值为，。2)推移千斤顶的推溜力和移架力a)推溜力 b)移架力2.8侧护装置2.8.1 侧护板的种类 顶梁和掩护梁的侧护板有两种一种是一侧固定另一侧活动的侧护板。由于固定侧护板与梁体焊接在一起，可节省原梁体的侧板，既节省材料又可加固梁体。在设计时，根据左右工作面来确定左侧或右侧为或活动侧护板。一般沿倾斜方向的上方为固定侧护板，下方为活动侧护板。活动侧护板通过弹簧筒和侧推千斤顶与梁体连接，以保证活动侧护板与邻架的固定侧护板靠紧。但当改换工作面开采方向时，活动侧护板便位于倾斜方向的上方，对调架、防倒等带来不便，所以很少采用。另一种是两侧皆为活动侧护板。这种侧护板可以适应工作面开采方向变化的要求，有利于防倒和调架。2.8.2侧护装置的作用1)消除相邻支架掩护梁和顶梁间的间间隙，防止冒落矸石进入支护空间；2)作为支架移架的倾倒；3)防止支架的倾倒；4)调整支架间距。2.8.3侧护板的结构和型式活动侧护板的基本形式有直角式和折页式。直角式活动侧护板的类型（如图2-6）所示。上伏式活动侧护板的盖板直接平置于顶梁（或掩护梁）上方，直接承受顶板或冒落矸石的压力，受载大，结构简单。嵌入式活动侧护板的盖板虽然也在梁面上方，但一般低于梁面，因而承载小。下嵌式活动侧护板的盖板位于顶梁上梁面下方，下嵌入顶梁体内，不承受顶板压力，侧护板容易伸缩，有利于防倒与调架，但结构复杂。图2-6 侧护板结构的形式Fig.2-6 mining sorting mechanismmethod a-上伏式 b-嵌入式 c-下嵌式2.8.4侧护板尺寸的确定1)顶梁侧护板侧向宽度顶梁测护板的侧向宽度以，按支架升降高度和推移步距来确定。即：考虑到当前一架升起，另一架降柱时，要保证相邻两架间侧护板不能脱离接触，同时考虑到支架降柱后要前移，为防止顶梁后部侧护板脱离接触，顶梁侧护板后部要加宽，加宽长度一般为从顶梁后部起大于一个移架步距。2)掩护梁侧护板侧向宽度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，当一个架固定，另一架前移时，两架之间能封闭，同时又考虑到降架前移时，原不动的掩护梁侧护板下部不至脱开，所掩护梁下部要加宽。3)顶梁与掩护梁的侧护板上部宽度与活动侧护板的行程有关，由两台相邻支架的间距离确定。本次设计取顶梁和掩护梁测扩板的上部宽度为200mm。4)顶梁和掩护梁的连接部位及侧护板在此处的连接部位考虑可靠性的情况下，尽量减小间隙，加强密封性。5)本次设计侧护板活动方式为两侧活动。2.8.5侧推千斤顶的控制方式和位置的确定侧推千斤顶伸出时，使活动侧护板外移，可密闭架间间隙，起到防矸、导向、防倒和调架等作用；侧推千斤顶缩回时，使活动侧护板缩回，可减小移架阻力。1) 侧推千斤顶控制方式（1） 无锁紧回路且不操作时，侧推千斤顶处于浮动状态，靠弹簧筒的弹簧力控制活动侧护板与邻架的间隙。其优点是防止顶板岩石从架间冒落，移架时摩擦阻力小。侧推千斤顶为活塞式双作用外供液结构，侧推千斤顶的缸径为80mm，柱径为45mm，推力为74mm，拉力为50KN。（2） 有锁紧回路时，用液控单向阀锁紧。优点为防矸、防倒效果好。缺点在于移架时要操纵前景顶，使移架操作复杂化，而且架间易掉矸。2）侧推千斤顶位置布置由于顶梁在顶板载荷作用下，要求侧推千斤顶的推拉力大，才能灵活操作顶梁侧护板，因此在顶梁上一般布置两个侧推千斤顶、两个弹簧筒。在掩护梁上一般仅在中间布置一个侧推千斤顶，梁端各对称布置一个弹簧筒。由于在顶梁和掩护梁上焊有横筋板，则侧推千斤顶的安装位置要与横筋板相适应。一般为对称布置，这样可以使侧护板受力平衡。具体布置方式有如下3种：二孔式采用两个侧推千斤顶，在侧推千斤顶处同时布置弹簧筒，靠弹簧力实现架间密封。三孔式中间孔安装侧推千斤顶，两侧对称安装弹簧筒。四孔式中间两孔安装侧推千斤顶，侧面两孔布置弹簧筒。本设计顶梁和掩护梁均布置两个侧推千斤顶、两个弹簧筒。且使用二孔式。2.9辅助装置2.9.1护帮装置一般情况下，当采高大于2.5m时，支架都应配互帮装置。互帮装置设在顶梁前端或伸缩梁前部，使用时将护帮板推出，支托在煤壁上，起到互帮作用，防止片帮现象发生。互帮装置的基本形式有下垂式和普通翻转式，如图2-13所示。（1）下垂式互帮装置（如图2-7、b）所示。由互帮板、千斤顶、限位挡块等主要部件组成，结构简单。但互帮板由垂直位置起向煤壁的摆动值一般较小，因此适应性差，一般用于采高为2.53.5m，片帮不十分严重的工作面。（2）普通翻转式互帮机构（如图2-7c）所示。除具有下垂式特点外，其摆动值大，可回转180，因此对梁端距变化与煤壁片帮程度的适应性腔，适用于顶板比较稳定的采煤工作面，使用较多。图2-7 护帮装置的基本形式Fig.2-7 Protection wall equipmentbasic methoda，b下垂式c普通翻转式本次设计采用下垂式护帮装置，它设置在前梁前端，根据工作需要，护帮机构可摆动90与煤壁紧贴，也可摆回到前梁下面，让采煤机通过2.9.2防倒、防滑装置当工作面倾斜角大于15时，液压支架必须采取防倒、防滑措施。其办法是利用装设在支架上的防倒、防滑千斤顶在调架时产生的一定的推力，以防支架下滑、倾倒，并进行架间调整。ZZ4000/17/35型支撑掩护式液压支架在倾斜工作面中的防滑措施采用排头导向梁的方法，它的一端与输送机连接，另一端用单体支柱固定，并支撑住顶板，从而保证首架不下滑。推溜前，首先撤去单体支柱，使排头导向梁随着输送机推移而前移，并与输送机保持垂直的位置。推溜结束后，再用单体支柱支撑住排头导向梁。移架时，首架支架就能沿着排头导向梁前移而防止下滑。2.10支架液压系统图ZZ4000/17/35型支撑掩护式支架的液压系统图（如图2-8）所示，采用下列的操作控制方式：（1）前后两排立柱的升降动作各用一片操纵阀操作，所以根据需要，前后排立柱既可以同时升降，也可以单独升降。（2）为了使前梁能及时支护新暴露出的顶板，并迅速达到工作阻力，在前梁千斤顶（短柱）活塞腔的回路内装有大流量安全阀，升架时前梁千斤顶先推出，前梁端部先接触顶板，在支架继续升起直到顶梁撑紧顶板的过程中，前梁千斤顶被迫收缩，活塞腔压力陡增，大流量安全阀溢流。大流量安全阀调定压力比立柱安全阀调定压力略低，并大于泵站工作压力，且流量大（约40L/min），可以有效防止工作面前部顶板过早离层。（3）为了防止煤壁片帮，支架上设有互帮机构，并用一只SSF型双向锁对互帮千斤顶中的活塞腔与活塞杆腔分别进行互相连锁。（4）在推移千斤顶的活塞杆腔中接入闭锁回路，防止在移架时输送机往后退缩。图2-8.ZZ4000/17/35型支撑掩护式支架液压系统3 四连杆机构的设计3.1四连杆机构的作用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。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。这些几何特征是四连杆机构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，(如图3-1)所示，顶梁端点运动轨迹的最大宽度e应小于或等于70mm，最好在30mm以下。2）支架在最高位置和最低位置时,顶梁与掩护梁的夹角P后连杆与底平面的夹角Q，（如图5-1）所示,应满足如下要求:支架在最高位置时,；支架在最底位置时,为有利矸石下滑,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,设计中一般可取。而角主要考虑后连杆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，使支架不能下降，一般取，暂取。在特殊情况下需要角度较小时，可提高后连杆下绞点的高度。3）(如图3-1)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。设计时，要使角满足，其原因是角直接影响支架承受附加力的数值大小,对支撑掩护式支架最好取。图3-1四连杆机构几何特征Fig.3-1 Four bar linkage geometric features4）顶梁前端点晕运动轨迹双钮线向前凸的一段为支架最佳工作段，（如图3-1）所示的h段。其原因是顶板来压时，立柱让下缩，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少，防止啃底，有利移架。水平力的合力也相应减少，所以减轻了掩护梁外负载。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，应尽量使e值减少。当已知掩护梁和后连杆的长度后，在设计时只要把掩护梁和后连杆简化成曲柄滑块机构，（如图3-2）所示（实际上液压支架四连杆机构属双摇杆机构）。图3-2掩护梁和后连杆构成曲柄滑块机构Fig.3-2 After the beam and connecting cover constitutes slider-crank mechanism3.2几何作图法求四