毕业设计（论文）-支撑掩护式液压支架设计.doc

内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书（毕业论文）题 目：支撑掩护式液压支架设计学生姓名：指导老师：专 业：机械设计制造及自动化班 级：完成时间：2015年5月29日摘 要采煤综合机械化，是加速我国煤炭工业发展，大幅度提高劳动生产率，实现煤炭工业现代化的一项战略措施。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。液压支架是综合机械化采煤方法中最重要的设备之一。本论文主要设计的是普通型支撑掩护式液压支架。7设计内容包括：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。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。推移千斤顶采用框架结构，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。关键词：液压支架；液压系统；四连杆机构；立柱 AbstractThe comprehensive mechanization of coal mining is the acceleration coal industrial development of our country, raises labor productivity substantially , realizes the modern a strategic measure of coal industry. Synthesize mechanization not only output big, efficiency has low cost high and can alleviate heavy physical labor and improvement schoolwork environment, is the technology of coal industry develop direction. Hydraulic support is the one of comprehensive most important equipment in the mechanization method of coal mining. The thesis is mainly for design of general shielded roof support. It covers overall design, main components design, and verification of main compontents and design of hydraulic system. The shielded roof support is selected for 2.7-3.8 of seam height. If the seam height varies a lot, it should select shielded roof support with wide adjustable height range and horizontal push resistant. The support uses the four-bar linkage, improves the support stress condition. The top-beam, caving shield, the foundation makes the packed in a box body structure; The post support uses the double expansion and contraction function hydraulic cylinder, increases the power stroke to satisfy the support to adjust the high scope the need. Passes the hoisting jack to use the portal frame construction, reduces pushes slides the strength and increases moves a strength. In order to enhance moves a speed, guarantees is prompt to the roof, uses the mushroom valve hydraulic system. Key word: Roof support; Hydraulic system; Four-bar linkage; Post support目录摘 要IIAbstractIII第一章 绪论11.1 液压支架的组成和用途11.1.1 液压支架的组成11.1.2 液压支架的用途31.2 液压支架的分类31.3 液压支架的工作原理41.4 设计液压支架必须的参数6第二章 液压支架的结构特点及选型82.1 支撑掩护式液压支架的整体结构82.2 液压支架的各主要部件结构82.2.1 液压支架的顶梁82.2.2 掩护梁的结构112.2.3 底座的结构122.2.4 立柱142.3 液压支架的选型162.3.1 液压支架的选型原则162.3.2 液压支架的选型过程172.3.3 支撑掩护式液压支架支撑力分布于承载的关系20第三章 液压支架整体结构尺寸的设计213.1 液压支架的参数确定213.1.1 支架高度和支架伸缩比213.1.2 支架间距213.1.3 底座长度的确定223.2 四连杆机构的作用及几何特征223.2.1 四连杆机构的作用223.2.2 四连杆机构的几何特征223.2.3 掩护梁和四连杆长度的确定243.3 顶梁参数的确定293.3.1 支架工作方式对支架顶梁长度的影响293.3.2 顶梁长度计算的有关因素303.3.3 顶梁长度计算313.3.4 顶梁宽度313.4 通风断面的验算31第四章 液压支架的受力分析334.1 液压支架支护技术参数的确定334.1.1 支护面积的确定334.1.2 支护强度334.1.3 立柱的技术参数确定344.1.4 立柱的初撑力和泵站额定工作压力的确定354.1.5 安全阀压力立柱工作压力354.2 液压支架受力分析与计算354.2.1 顶梁的受力计算354.3 掩护梁的受力分析364.4底座的受力分析384.5 液压支架底座接触比压计算394.6支护效率的计算41第五章 液压支架的强度计算435.1 液压支架强度设计时的强度条件435.2 强度计算与校核455.2.1 顶梁为分离体455.2.2 立柱强度校核49第六章 液压系统的设计536.1 液压系统536.2 立柱和千斤顶546.3 液压阀55结束语57致 谢58参考文献5959内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）第一章 绪论1.1 液压支架的组成和用途1.1.1 液压支架的组成液压支架一般有承载构件、执行元件、控制元件和辅助装置四大部分组成。 承载结构件 顶梁直接与顶板相接触并承受顶板载荷的支架部分叫顶梁。支架通过顶梁实现支撑、管理顶板功能。顶梁一般由两种结构形式：一种为整体顶梁，另一种为分段顶梁。 掩护梁阻挡采空区冒落的干湿窜入工作面并承受采空区冒落矸石的载荷和承受顶板通过顶梁传递的水平推力的部件叫掩护梁。掩护梁是掩护式和支撑掩护式支架的特征部件之一。 前后连杆前后连杆只有掩护式和支撑掩护式支架才安设。前后连杆与掩护梁、底座组成的四连杆机构，即可承受支架的水平分力，又可使掩护梁的铰接点在支架的调高范围内做近似的直线运动，使支架的梁端距基本保持不变，从而提高了支架控制的可靠性。 底座直接与底板相接触，承受立柱传来的顶板压力并将其传递至底板的部件叫底座。支架通过底座与推移装置相连，以实现自身前移和推移输送机前移。侧护板侧护板的作用是：a.消除相邻支架掩护梁和顶梁之间的架间间隙，防止冒落矸石进入支护空间；b.作为支架移架过程中的导向板；c.防止支架降落后倾倒；d.调整支架的间距。 执行元件执行元件包括立柱和各种千斤顶。当支架设置防倒防滑装置时，还设有各种防倒、防滑千斤顶和调架千斤顶。 控制元件液压支架的液压系统中所使用的控制元件主要有两大类：压力控制阀和方向控制阀。压力控制阀主要有安全阀；方向控制阀主要有液控单向阀、操纵阀等。 辅助装置辅助装置包括推移装置、挡矸装置、复位装置、护帮装置、防倒防滑装置等。 推移装置推移装置是实现支架自身前移和刮板输送机前移的装置，由连接头、框架、推移千斤顶组成。 挡矸装置挡矸装置由悬挂在顶梁后端的挡矸帘或挡矸板构成，其作用是防止矸石从采空区涌入工作面。 复位装置复位装置是支撑式支架的特征装置。安设复位装置的目的就是为了使支架立柱保持在垂直于顶板的正确位置，使支架的结构稳定，具有抵抗顶板水平分力的能力。 护帮装置设护帮装置的目的在于防止煤壁片帮或在片帮时互帮板起到遮蔽作用，避免砸伤工作人员或损坏设备。护帮装置安设在支架顶梁前端，由护帮板和护帮千斤顶组成。 防倒防滑装置在煤层倾角较大（一般在15以上）时，支架需加设防倒防滑装置，以免支架降落或前移时倾倒或下滑。防滑装置一般安设在两相邻支架的底座侧面，防倒装置一般安设在两相邻支架的顶梁侧面。1.1.2 液压支架的用途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。 液压支架作为煤矿综采机械化采煤设备（液压支架、可弯曲输送机和采煤机）的重要组成设备之一;在生产过程中，液压支架的性能的好坏将直接影响煤矿生产的质量,特别是生产过程中对人员的安全保障问题是极为重要的。因此，性能优良的液压支架技术上先进、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。1.2 液压支架的分类液压支架的种类很多，分类的依据和方法各不相同。 按支架与围岩的相互作用关系分：可分为支撑式、掩护式和支撑掩护式三大类。 支撑式液压支架是一个在底座上放置几根立柱支撑顶梁，通过顶梁支撑顶板的简单结构基础上发展起来的，它是世界上发展最早的液压支架。典型的支撑式液压支架，其顶梁较长，立柱较多，靠支撑作用维护一定的工作空间，而顶板岩石则在顶梁后部切断垮落。架厚的挡矸帘只起着碎矸石从采空区涌入工作面的作用。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，基本顶周期压力明显或强烈，底板较坚硬的煤层。 掩护式液压支架 掩护式液压支架是利用立柱、顶梁与掩护梁支护顶板和防止岩石落入工作面。这类支架的顶梁较短，多数支架的立柱只有一排，一般仅有12根，多呈倾斜布置，与掩护梁连接或直接连接在顶梁上。这类支架的支撑力小，但掩护性能和稳定性较好，调高范围大，对破碎顶板的适应性较强，适应于支护部稳定或中等稳定的松散破碎顶板。 支撑掩护式支架 支撑掩护式支架是支撑式支架和掩护式支架相结合的一种架型，以支撑为主，但同时又具有掩护作用。这种支架采用了支撑式支架双排立柱支撑顶梁的结构形式，保证了支撑式支架支撑力大，切顶性能好，工作空间宽敞的优点，采用了掩护式支架坚固的掩护梁以及侧护板将工作面与采空区完全隔离开的结构形式，保留了掩护式支架防护性能好，结构稳定的长处。因此，支撑掩护式支架适用于直接顶中等稳定或稳定，基本顶周期来压明显或强烈瓦斯涌出量较大的煤层。 按支架移动方式分：整体自移式液压支架，迈步移动式液压支架。 根据使用地点分：液压支架按使用地点的不同可分为工作面支架和端头支架两类。1.3 液压支架的工作原理液压支架在工作过程，必须具备升、降、推、移四个基本动作，这些动作是利用泵站提供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1-1所示。升柱：当需要液压支架上升支护顶板时，高压乳化液进入立柱的下活塞腔，另一腔回液，推动活塞上升，是与活塞杆相连的顶梁紧紧接触顶板。降柱：当需要降柱时，高压乳化液进入立柱的上活塞腔，另一腔回液，推动活塞下降，顶梁脱离接触接触顶板。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；当需要推移输送机时，支架支撑顶板后，高压液进入推移千斤顶下腔，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。图1-1 液压支架工作原理1 输送机；2 推移千斤顶；3 立柱；4 安全阀；5 液控单向阀；6 操纵阀低压液体升降推移123456高压液体 图1-2支架的工作特性曲线支架立柱工作时，其支撑力随时间的变化可分为三个阶段：支架升柱时，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，此阶段为初承力阶段t0；支架初撑后，随着顶板下沉，立柱下腔压力增加，直至增加到支架安全阀的调正压力，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，是立柱下腔压力超过的安全阀调正压力值时，安全阀打开溢流，立柱下缩，是顶板压力减小，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制下，压力曲线随时间呈波浪形变化，此阶段为恒阻阶段t2。1.4 设计液压支架必须的参数支架参数：支撑高度：2.5/4.0(m)；顶压、煤层高度（即厚度）、煤层倾斜度、顶板性质，底板强度及平整性、瓦斯含量、年产量、配套尺寸等。1.顶压：顶压是设计支架承载能力的依据，承载能力安全系数一般取1.2。2.煤层高度：它与支架设计的最大支撑高度有关。若是中厚煤层（1.335m），或较薄的厚煤层（3.54.5），一次采全高；或较厚的厚煤层（4.5m以上），分层开采，设计支架的最大支撑高度应大于采高。若厚煤层采用放顶煤开采方式，则支架设计的最大支撑高度只许大于采高即可。3煤层倾斜度：煤层倾斜角度过大时，支架应设置防滑防倒装置。4顶板性质：顶板的性质影响架型选择。一般情况下，稳定顶板选用支撑式支架；中等稳定顶板选用支撑掩护式支架；不稳定顶板选用掩护式支架。5底板强度及平整性：它与移架的顺利与否有关。因此涉及到支架底座的结构形式、底座作用于底板合力的位置（即与支架架型和支架整体结构布局有关）和推移千斤顶设置形式等。6瓦斯含量：若瓦斯含量大，必须考虑支架的通风断面也要大。7年产量：年产量涉及到采煤机的开采能力和运输机的运输能力（即选择适当型号的采煤机和运输机），因此设计支架的几何参数也应与之相应配套。8.配套尺寸：根据配套尺寸及支护方式来计算顶梁长度。第二章 液压支架的结构特点及选型2.1 支撑掩护式液压支架的整体结构图2-1 支撑掩护式液压支架2.2 液压支架的各主要部件结构2.2.1 液压支架的顶梁 1.支撑式液压支架的顶梁结构21支撑式液压支架顶梁结构形式如图2-2所示。如图a所示为整体刚性顶梁。顶梁为一整体，刚性大，承载能力较好，但对顶板适应性差。图2-2 支撑式液压支架的顶梁类型1-前梁；2-后梁；3-尾梁；4-前梁千斤顶；5-前梁伸缩千斤顶如图b，c所示为铰接式顶梁，由前梁和后梁组成，分别由前、后排立柱支撑。其中，b为全铰式，它能适应支架顶梁上方前后顶板的变化，但当顶板出现凹坑时，顶梁易成人字形，影响支撑效果和切顶性能。半饺式顶梁如图c所示，它克服了全铰式的缺点，当中部顶板出现凸起时，使前、后梁向上翘；当顶板出现凹坑时，由于铰接点下部有平整碰头阻止，支架顶梁仍保持平整位置。如图d所示为刚性顶梁带铰接式前梁，顶梁由前、后梁铰接，在铰接前梁处安装有前梁千斤顶，用来支撑靠近煤壁处的顶板，同时还可以使前梁上下摆角适应顶板起伏变化和增加顶梁前端的支撑能力。为了使冒落的顶板矸石滑向采空区，保护挡矸帘，还可以增设尾梁，如图e所示。如图f所示为不带伸缩前梁的刚性顶梁，伸缩千斤顶式顶梁伸缩，由于前梁可以及时伸出支护暴露的顶板，从而允许固定顶梁减小长度，也可以用前梁千斤顶和伸缩千斤顶配合使用，使前梁既可以伸缩，也可以上下摆动。2掩护式液压支架的顶梁结构掩护式液压支架的顶梁结构型式如图2-3所示如图a所示为平衡顶梁顶梁较短，与其下部的的掩护梁铰接。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、后侧面的比例接近于2：1（按载荷分布近似三角形设计）。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。如图b所示为潜入式顶梁，顶梁后端为扇形结构，掩护梁可潜入扇形结构内，消除三角区。如图c所示为铰接式顶梁，顶梁为整体结构，顶梁后端直接与掩护梁铰接，取消三角区，立柱直接支撑在顶梁上。平衡千斤顶调节顶梁的接触面积。图2-3 掩护式液压支架定量的类型1-顶梁；2-前梁；3-后梁；4-掩护梁；5-立柱；6限位千斤顶；7前梁千斤顶如图d所示为带前梁的铰接式顶梁，由前梁千斤顶调节前梁角度，可以提高前梁前端的支撑能力，改善前梁前端的支控效果。如图e所示为带伸缩前梁的铰接式顶梁，可及时支护顶板，减少顶板的暴露时间铰接式顶梁加伸缩和摆动前梁，为如图d、e所示两种型式的结合型，由前梁千斤顶调节前梁角度，并在前梁内加伸缩前探梁。3支撑掩护式液压支架的顶梁结构由于支撑掩护式液压支架的结构介于支撑式和掩护式液压支架之间，所以，支撑掩护式液压支架的顶梁结构可采用前述诸种型式，但应根据顶板条件来选取。2.2.2 掩护梁的结构掩护梁的结构为钢板焊接成的箱式结构，在掩护梁上上端与顶梁铰接，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，有直线型，折线型两种。如图2-4所示。其中，如图a所示为折线型，图b为直线型。(a) (b)图2-4 掩护梁的结构型式1顶梁；2掩护梁；3立柱；4前连杆；5后连杆；6底座；7限位千斤顶折线型相对直线型支架断面大，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分，可分为整体式和相分式两种。对分式结构尺寸小，易于加工、运输和安装，但结构强度较差。2.2.3 底座的结构1底座的结构型式如图2-5所示，通常有3种类型。1）整体式。整体式底座是用钢板焊接成的箱式结构，整体性强，稳定向好，强度高，不易变形，与底座接触面积大，比压小。如图2-5a所示的底座用于支撑式液压支架，箱体高度大便于安装复位装置。如图2-5b所示的底座高度低，占用空间小，一般用于掩护式和支撑掩护式液压支架。2）对分式。为使底座在一定范围内适应底板起伏不平的变化，通常把底座制成前、后或左、右对分式。如图2-5c、d所示为前、后两个底座的对分式，两者通过销轴与弹簧钢板铰接而成。如图2-5e所示为左、右两个底座箱的对分式，两者用弹簧钢板和销轴连接。3）底靴式。底靴式底座的特点是每根立柱支撑在一个底靴上，立柱之间用弹簧钢板连接，立柱与底靴之间用销轴连接，如图2-5f所示。它的结构简单，动作灵活，对地板的不平整适应性强，但刚性差，与地板接触面积小，稳定相差，一般用于节式支架上。各种型式的底座前端都制成滑撬形，以减小支架的移架阻力。同时底座后部的重力大于前部，避免移架时啃底。图2-5底座的结构型式a、b 整体式底座；c、d、e 对分式底座；f底靴式底座底座与立柱之间连接处用铸钢球面柱窝接触，以免因立柱偏斜受偏载，并用限位板和销轴限位，防止立柱脱出柱窝。在整体式底座后部中间去掉一块钢板，减少底座后部与底板的接触面积，增加底座后部的比压，同时有利于排矸。2底座立柱柱窝上要开槽的原因：由于底座立柱柱窝的形状为半球体，为防止底座立柱柱窝内存有煤粉和积水，所以在柱窝上开一个槽或钻一个孔，便于消除积水和煤粉。2.2.4 立柱1.立柱的结构立柱按动作方式分为单作用和双作用立柱；按结构分为活塞式和柱塞式立柱；按伸缩方式分为单伸缩和双伸缩式立柱，如图2-6所示。图2-6 立柱类型a- 单作用活塞式；b-单作用柱塞式；c-双作用活塞式；d、e、f-双伸缩2几种立柱的动作原理1）单伸缩立柱的动作原理单伸缩单作用活塞式或柱塞式立柱，靠液压力伸柱，靠自重或弹簧力降柱。单伸缩双作用活塞式立柱，靠液压力伸柱和降柱。当下腔进液上腔回液时伸柱，反之为降柱。2）双伸缩立柱的动作原理双伸缩立柱动作原理如图2-7所示当高压液进入中缸下腔，上腔回液，使中缸伸起，如图2-7a所示。当中缸全部伸出后中缸下腔压力增加，当压力增加至超过底阀弹簧调正压力时，底阀打开，高压液进入上柱下腔，上柱上腔液体经中腔上部小孔排出，使上柱伸出，如图2-7b所示。降柱时如图2-7c、d所示。当高压液进入中缸上腔，下腔回液，中缸下降；当中缸降到底时，一方面底阀被缸底顶开，另一方面中缸上孔正对立柱上部进液孔，如图2-7c所示。立柱上部进液孔经中缸小孔进入上柱上腔，下腔液体经底阀从立柱下部孔回液，上柱下降，如图2-7d所示图2-7 双伸缩立柱动作原理2.3 液压支架的选型2.3.1 液压支架的选型原则液压支架的选型，其根本目的是使综采设备适合矿井和工作面的条件，投产后能够做到高产、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。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，应选用抗扭能力强的支架，一般不宜选用支撑式支架。3当煤层厚度达到2.52.8m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、带有机械加长杆或双伸缩立柱的掩护式支架。4应使支架对地板的接触比压不超过地板允许的抗压强度。在地板较软条件下，应选用抬地板装置的支架或插腿掩护式支架。5煤层倾角小于10时，液压支架可以不设防倒防滑装置。倾角在1015（支撑式液压支架取下限，掩护式液压支架和支撑掩护式液压支架取上限）以上时，应选用带有防滑装置的液压支架。倾角在18以上时，应选用同时带有防滑防倒装置的液压支架。6对瓦斯涌出量大的工作面，应符合煤矿安全规程要求，并优先选择通风面积大的支撑式或支撑掩护液压支架。7当煤层为软煤时，支架最大高度一般应2.5m；中硬煤时，支架最大高度一般3.5m；硬煤，支架最大高度5m。8同时允许选用几种架型时，应优先选用价格便宜的支架。支撑式液压支架最便宜，其次是掩护式液压支架，最贵为支撑掩护式液压支架。2.3.2 液压支架的选型过程1确定直接顶和基本顶类别1)顶板分类（1）直接顶分类我国将缓倾斜煤层回采工作面的直接顶分为四类：一不稳定顶板即破碎顶板，很容易冒落，冒落能基本充满采空区。泥质页岩、再生顶板等属于这一类。二中等稳定顶板：这类顶板强度较高，但由大量节理裂隙，局部较完整，厚度不大，冒落后不能充满采空区，一般支护设备前移后随即冒落。砂质页岩、粉砂岩等直接顶属于这一类顶板。三稳定顶板即完整顶板：不易发生局部冒落。砂岩顶板、坚硬的砂质页岩顶板属于这一类顶板。四坚硬顶板：极难冒落的砂岩、坚硬砂质页岩等属于这一类顶板。表2-1 基本顶级别基本顶级别基本顶来压不明显明 显强 烈极强烈指 标N=350.3N35LP=25500,3N35LP50N0.3LP=2550N0.3LP50注：1.比值N应根据采煤工作面所在位置的地质柱状图中的M和h来计算。 2.基本顶初次来压步距LP可根据现场实测或矿压显示特征确定。表2-2 直接顶级别 类 别指 标不稳定顶板中等稳定顶板稳定顶板坚硬顶板主要指标强度指数D1l=3 l8l=3.17 l=918l=7.112l=1925l12l25无直接顶，岩层厚度在25m以上6080参照指标直接顶初次垮落步距l/m表中按右式计算： D1=c1c2=岩石单向抗拉强度（Mpa）c1= 节理裂隙影响系数；c2=分层厚度影响系数。表2-3 节理裂隙间距表节理裂隙间距表l/m0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.01.11.2c10.30.320.340.370.390.410.430.460.480.520.520.55表2-4分层厚度表分层厚度表Hx/m0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.01.11.2C20.240.250.270.290.30.320.330.350.360.380.390.41 表2-5 支架架型确定参数支架架型确定参数基本顶级别直接顶级别12312312344液压支架架型掩护掩护支撑掩护掩护或支撑支撑支掩支掩支撑或支掩支撑或支掩支撑（采高小于2.5m）或支掩（采高大于2.5m）支架支护强度/(KN/m)采高1m采高2m采高3m采高4m294343（245）441（343）539（441）1.32951.3343（245）1.3441（343）1.3539（441）1.62951.63431.64411.65392295234324412539应结合深孔爆破，软化顶板等措施处理采空区注: (1)表中括号内数字系掩护式支架顶梁上的支护强度 (2)1.3、1.6、2为增压系数 (3)表中采高为最大采高2.3.3 支撑掩护式液压支架支撑力分布于承载的关系支撑掩护式液压支架支撑力分布与承载的关系及适用范围图2-8支撑掩护式液压支架支撑力分布支撑掩护式液压支架是为了改善支撑式液压支架和掩护式液压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，增强了支架的支撑力和承载能力。所以此种支架介于以上两种支架之间，增强了适用范围，适用于顶板较坚硬、顶板压力较大顶板破碎的各种煤层，其受力状况如图2-1所示。第三章 液压支架整体结构尺寸的设计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，以便有效的控制顶板，保证合理的下沉量。液压支架要有足够的推溜力和移架力。推溜力一般为100KN左右；移架力按煤层厚度而定，薄煤层一般为100KN150KN，中煤层一般为150KN至250KN，厚煤层一般为300KN400KN。防矸性能要好；排矸性能要好；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；为了操作和生产的需要，要有足够宽的人行道；调高范围要大，照明和通讯方便；支架的稳定性要好，底座最大比压要小于规定值；要求支架有足够的刚度，能承受一定的不均匀载荷和冲击载荷。3.1 液压支架的参数确定3.1.1 支架高度和支架伸缩比 已知设计条件已给出支架的最大支撑高度和最小支撑高度分别为4.0，2.5。由上一章分析和计算知支架的伸缩比是最大与最小高度之比值即：m = H / H = 4.0/2.5= 1.6 (3-1)3.1.2 支架间距所谓支架间距，就是相邻两支架中心线间的距离，按下式计算 b=B+nc (3-2)式中 b支架间距（支架中心距），B每架支架顶梁的总宽度，c相邻支架（或框架）顶梁之间的间隙， n 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。 支架间距b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，我国刮板输送机溜槽每节长度为1.5m，千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，支架中心距一般为1.5m。3.1.3 底座长度的确定底座是将顶板压力传递到底版和稳固支架的部件。在设计支架的底座长度时，应考虑如下诸方面：支架对顶板的接触比压要小；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。通常支撑掩护式支架的底座长度取4倍的移架步距（一个移架步距为0.6m），即2.4m左右。取底座长度：2.77m。支架底座宽度一般为1.41.6 m。取底座宽度：1.43 m。3.2 四连杆机构的作用及几何特征3.2.1 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的变化时，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。3.2.2 四连杆机构的几何特征支架高度在最大和最小范围变化时，如图 3-1所示，顶梁前端点运动轨迹的最大宽度e应大于或等于70mm，最好为30mm以下。 图 3-1 四连杆的几何特征图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，P 52 62，Q 75 85；支架在最低位置时，为有利于矸石下滑，阻止矸石停留在掩护梁上，一般取Q 25 30，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。从图3-2可知，掩护梁与顶梁铰点和瞬时中心之间的连线与水平线的夹角为，设计时要使a角满足tg0.35的范围，其原因为角直接影响支架承受附加力的数值的大小。 图 3-2 四连杆的几何特征 应取顶梁前端点运动轨迹双纽线向前凸的一段为支架的工作段。其原因是当顶板来压时，立柱让压下缩，使支架有向前移的趋势，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的转动趋势，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，有利于移架。水平力的合力也相应减小，所以减轻了掩护梁的外载荷。 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，应尽量是e值减小，取双纽线向前凸的一段为支架的工作段。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，运用作图法就可以了，如图3-3所示（实际上液压支架四连杆机构属双摇杆机构）。图 3-3 掩护梁和后连杆构成曲柄滑块机构3.2.3 掩护梁和四连杆长度的确定 一、掩护梁和四连杆的性能要求由于掩护梁与底座间构成一个双摇杆四杆机件。所以掩护梁的长度设计首先应满足一定的运动条件，其次是要尽量获得良好的受力状态。它们可归结为以下设计要求：（1）应满足采高范围要求；（2）支架升降过程中的梁端距的变动量 70100mm；（3）掩护梁的速度瞬心与铰点A的连线与水平线的夹角应小于，最大不能超过，以限制支架支撑力的波动量小于%。（4）掩护梁总长不要大于两摇杆在掩护梁上铰接点距离的4倍，即。（5）掩护梁的倾角P1不宜太小，支架在最低位置时，P1应大于，一般取左右，以免被矸石压死，难于移架；支架在最高位置时，可达，以减少堆积在掩护梁上的矸石，提高支撑效率，减小移架阻力。（6）掩护梁与前摇杆的夹角，以免出现死角。（7）前、后摇杆都向采空区倾斜，前摇杆与水平面夹角的最大值，后摇杆与水平面夹角的最大值，一般取，这样支架整体受力比较合理，其结构尺寸也较紧凑。 用解析法来确定掩护梁和后连杆的长度，如图34所示。图3-4 掩护梁和后连杆长度的确定可设：G为掩护梁长度； A为后连杆的长度；P1支架最高位置时，掩护梁与顶梁夹角(度);P2支架最低位置时，掩护梁与顶梁夹角(度);Q1支架最高位置时，后连杆与底平面夹角（度）;Q2支架最低位置时，后连杆与底平面夹角（度）L2e点引垂线到后连杆下铰点的距离； 为支架最高位置时的计算高度；为支架最低位置时的计算高度；从几何关系可以列出如下两式：利用和估计G、A和，用如下解析法：（如图3-4） GcosP1-AcosQ1=L2 (3-3) GcosP2-AcosQ2=L2 (3-4)联立两式可得：AG=cosP2-cosP1cosQ2-cosQ1 (3-5) 说明：支架计算高度为支架高度减去掩护梁上铰点之顶梁面之距和后连杆铰点至底座底面之距。按四连杆机构和掩护梁的几何特征要求，选定P1=58、Q1=75代入上式，分别取上述四者值经过调整，可求出两者之间的比值为0.72。符合支撑掩护式支架的0.610.82支架在最高位置的计算高度为： = GsinP1 + AsinQ1; (3-6)根据的值,由式（3-6）就可以求出掩护梁的长度G2403mm和后连杆长度A1745mm。二、四连杆机构的尺寸设计图样法直观、简单，但只要涉及试凑的问题往往都比较麻烦，因此常将它与解析法合用，再加一定的经验和类比，问题的解总是可以找到的。作图过程如下：1)确定后连杆下铰点O点的位置，使它比底座面略高250mm2)过O点作与底座面平行的水平线HH线。3)过O点作与HH线的夹角为Q1的斜线。4)在此斜线截取线段长度A，a点为支架在最高位置时后连杆与掩护梁的铰点。5)过a点作与HH线有交角P1的斜线，以a点为圆心，以G为半径作弧交些斜线一点e此点为掩护梁与顶梁的铰点。6)过e点作HH线的平行线，则H-H线与F-F线的距离为H1，为液压支架的最高位置时的计算高度。7)以a点为圆心，以0.22G长度为半径作弧，在掩护梁上交一点b,为前连杆上铰点的位置。8)过 e点作F-F的垂线。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ee线中间某一点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纽线，中间这一点的位置直接影响顶梁前端运动轨迹的形状、变化宽度等）。11）以O点为圆心，Oa为半径做圆弧。12）以e点为圆心，掩护梁长ae为半径作弧，交最前面圆弧上一点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点为圆心，掩护梁长ae为半径作弧，交最前面圆弧上一点a，此点为支架降到最低位置时，掩护梁与后连杆的铰点。14）连接ea、 ea,并以a点为圆心，ab长为半径作弧，交ae上于b点；以a点为圆心，ab长为半径作弧，交be上一点。则b、b、b三点为液压支架在三个位置时，前连杆的上铰点。15）连接aO、aO，为液压支架降到中间某一位置和最低位置时后连杆的位置。16）分别作b b和bb的垂直平分线，其交点c即为前连杆下铰点，bc为前连杆长度。17）过c点向H-H线作垂线，交于点d，则线段Oa、ab、bc、cd和dO为液压支架四连杆机构。18）按以上初步求出的四连杆机构的几何尺寸，再用几何作图法画出液压支架掩护梁与顶梁铰点e的运动轨迹，只要逐步变化四连杆机构的几何尺寸，便可以画出不同的曲线，再按四连杆机构的几何特征进行校核，最终选出较优的四连杆机构尺寸。图3-5 液压支架四连杆机构的几何作图法结论：后连杆长度A=1745mm掩护梁长度G=2403mm前连杆长度C=2138mm前后连杆下铰点底座投影距离cd=505mm3.3 顶梁参数的确定3.3.1 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很大，如图3-6所示的工作方式。 图 3-6 支架工作方式比较从图3-6 可以看出，先移架后推溜方式（又称及时支护方式）要求顶梁有较大的长度；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。3.3.2 顶梁长度计算的有关因素支架顶梁长度设备配套尺寸有直接的关系。同时为了防止当采煤机向支架内倾斜时，采煤机滚筒不截割顶板，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。另外在输送机采煤板前也留有一定距离。一般为135-150mm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。除此之外，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 顶梁长度计算 支撑掩护式支架顶梁长度的计算 顶梁长度【配套尺寸底座长度Acos(Q1)】【Gcos(P1)+300+e】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铰点之距； e支架由高到低顶梁前端点最大变化距离； Q1 、P1支架最高位置时，分别为后连杆和掩护梁水平面的夹角；配套设备选M300-W 采煤机和SGD(W)-730/320 刮板输送机代入数据就可以计算到顶梁的长度为：4.196 m3.3.4 顶梁宽度支架宽大，可以加快支架的移架的速度，提高支架的横向的稳定性，但是对顶板起伏的适应性差，且需增大立柱的工作阻力。我国规定支架的标准的中心距为1.5m；掩护式和支撑掩护式支架包括侧板在内的顶梁宽度为1.4m到1.6m左右（1.44m为支架正常工作的宽度，1.6m为调架时侧护板伸出后的最大宽度）。3.4 通风断面的验算 采煤工作面的过风量有一定要求。在风量一定时，采煤工作面的通风面积不应过小。但在工作面中安装液压支架后，通风面积明显减小。因此必须