机械毕业设计（论文）-二柱大采高掩护式液压支架设计【全套图纸】.doc

中国矿业大学2007届本科生毕业设计 第 89 页1 序论全套图纸，加153893706 液压支架是在摩檫支柱和单体液压支柱等基础上发展起来的工作面机械化支护设备。它与滚筒采煤机、可弯曲刮板输送机、转载机及胶带输送机等形成了一个有机的整体，实现了包括采、支、运等主要工序的综合机械化采煤工艺，从而使长壁采煤技术进入了一个新的阶段。 液压支架能可靠而有效地支撑和控制工作面顶板，隔离采空区，防止矸石窜入工作面，保证作业空间，并且能够随着工作面的推进而机械化移动，不断地将采煤机和输送机推向煤壁，从而满足了工作面高产、高效和安全生产的要求。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60%70%左右，因此液压支架成了现代采煤技术中的关键设备之一。 1.1 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。而液压支架是一高压液体作为动力，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。1.2 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。如图11所示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，另一腔回来，推动活塞上升，使与活塞杆想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，都是由于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，另一腔图1-1 液压支架工作原理图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；当需要输送机时，支架支撑顶板后，高压液体进入推移千斤顶活塞腔，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。1.3 液压支架的设计目的、要求和基本参数1.3.1 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。1.3.2 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，以便有效的控制顶板，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100kN左右；移架力按煤层厚度而定，薄煤层一般为100kN150kN，中厚煤层一般为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，能够承受一定的不均匀载荷。10在满足强度条件下，尽可能减轻支架的重量。11要易于拆卸，结构简单。12液压元件要可靠。1.3.3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底板岩性和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，决定是够选用防滑防倒装置。7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配套尺寸根据配套尺寸及支护方式来计算顶梁长度。1.4 液压支架的分类液压支架按结构形式划分，可分为支撑式、掩护式和支撑掩护式三类。1支撑式支架支撑式支架利用立柱与顶梁直接支撑和控制工作面的顶板。其特点是：立柱多，支撑力大，切顶性能好；顶梁长，通风断面大，适用于中等稳定以上的顶板。支撑式支架有垛式和节式之分。（1）节式节式支架由24个框架组成，用导向机构互相联系，交替前进，（2）垛式整个支架为一整体结构，整体移动，通常有46根立柱，可以支撑坚硬与极坚硬的顶板。2掩护式支架掩护式支架利用立柱、短顶梁支撑顶板，利用掩护梁来防止岩石落入工作面。其特点是：立柱少，切顶能力弱；顶梁短，控顶距小；由前后连杆和底座铰接构成的四连杆机构使抗水平力的能力增强，立柱不受横向力；而且使板前端的运动轨迹为近似平行于煤壁的双纽线，梁端距变化小；架间通过侧护板密封，掩护性能好；调高范围大，适用于松散破碎的不稳定或中等稳定的顶板。3支撑掩护式支架支撑掩护式支架具有支撑式的顶梁和掩护式的掩护梁，它兼有切顶性能和防护作用，适于压力较大、易于冒落的中等稳定或稳定的顶板。根据使用条件，支撑掩护式支架的前、后排立柱可前倾或后倾，倾角大小也可不同。前、后立柱交叉布置的支架适用于薄煤层。1.5 液压支架的主要结构件及其用途1.5.1 顶梁用途：1用于支撑维护控顶区的顶板。2承受顶板的压力。3将顶板载荷通过立柱、掩护梁、前后连杆经底座传到底板。1.5.2 底座用途：1为支架的其他结构件和工作机构提供安设的基础。2与前后连杆和掩护梁一起组成四连杆机构。3将立柱和前后连杆传递的顶板压力传递给底板。1.5.3 掩护梁用途：1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。2掩护梁承受对支架的水平作用力及偏载扭矩。3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能力。1.5.4 活动侧护板用途：1与邻架的顶梁、掩护梁和后连杆的固定侧护板相贴，构成了支架的挡矸屏障。2支架移架时起导向作用。3利用侧推千斤顶可调整支架的横向位置或防倒扶正支架。1.5.5 连杆 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。1.6 液压支架的液压系统液压支架由不同数量的立柱和千斤顶组成，采用不同的操纵阀以实现升柱、降柱、移架、推溜等动作。虽然支架的液压缸（立柱和千斤顶）种类、数量很多，但其液压系统都是采用多执行元件的并联系统。1.6.1 液压支架传动系统的基本要求对于液压支架的传动装置，应具有以下基本要求：采用结构比较简单，设备外形尺寸小，能远距离的传送大的能量；能承受较大载荷；没有复杂的传动机构；在爆炸危险和含尘的空气里保证安全工作；动作迅速；操作调节简单；过载及损坏保护简单。容积式液压传动可最大限度的满足这些要求，因此，所有液压支架均采用这种传动。1.6.2 液压支架的液压传动特点液压支架的液压传动，与其他机械的容积式液压传动有很大的区别，其特点如下：工作液的压力高（管路内的压力达2040MPa，立柱内的压力达3070MPa），流量大（30150l/min）；在液压系统中，采用粘度低和容量大的液体为工作介质；液压缸、操纵阀，其他调节和控制装置等总的数量大（高压泵16台，液压缸3001500个，安全阀150300个，还有同样数量的液控单向阀）；很长的液压管路（200300m刚性管，5003000m高压软管）;泵液压缸传动系统的换算弹性模数较低；根据支架的数目改变液流的参数；所有支架在结构上都有着相同的液压缸、液压装置以及他们之间都有相同的连接方式（相同的液压系统）；每节支架都重复着相同的工序，这些工序的总和构成液压支架的基本工序；为了保证系统具有较高的容积效率，实现无故障作业以及工作人员的安全，液压系统的元件和部件要有好的密封性和可靠性。这些基本特点决定了液压传动元件以及整个系统在结构上的特点，即：液压支架是以单节支架为单元的，这就决定了液压系统的构成，即工作面支架和端头支架的液压系统成为液压支架的基本组成部分。此外，可以把泵站、中心控制台和支架的液压管路等部分作为支架的公用液压系统。其中每个部分都具有其独立的功能，在改善液压传动或者制定新的方案时，一般都可以单独的加以研究。1.7 液压支架的选型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应矿井和工作面条件，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、技术和设备条进行选择。1 液压支架架型的选择首先要适合于顶板条件。2 当煤层厚度超过1.5m，顶板有侧向推力或水平推力时，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的掩护式或双伸缩立柱的支架。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，应选用有抬底装置的支架或插腿掩护式支架。5 煤层倾角10时，支架可不设防倒防滑装置；1525时，排头支架应设防滑装置，工作面中部输送机设防滑装置；25时，排头支架应设防倒防滑装置，工作面中部支架设底调千斤顶，工作面中部输送机设防滑装置。6 对瓦斯涌出量大的工作面，应符合保安规程的要求，并优先选用通风断面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；中硬煤时，支架最大采高一般3.5m；硬煤时，支架最大采高5m。8 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 断层十分发育，煤层变化大，顶板的允许暴露面积在58m2，时间在20min以上时，暂不宜采用综采。10特殊架型的选择可根据特殊型支架的适用条件进行选择。1.8 液压支架的设计动向目前国内外在液压支架的设计和使用中，新产品在不断改进和研制，下面简单介绍一下液压支架的设计动向：1轻型化对支架各部分进行受力分析和优化设计，使结构紧凑，在满足强度条件和配套设备条件下，底座及顶梁尽量短些，使支架轻型化。2标转化为了减轻支架重量，降低成本，提高对煤层厚度顶底板条件的适应性，使支架调高比减小，对同一型号搞成系列化，适应不同煤层厚度的要求。3材质强化提高结构件钢材的强度，采用优质钢材，减轻支架重量，设计时可进行技术经济比较，选用合适的材质。4高压化各种阀类压力等级加高，使阀和油缸体积减小，支架重量减轻。5操作自动化工作面支架操作自动化。2 液压支架的结构设计2.1 液压支架的主要尺寸的确定2.1.1 支架高度和伸缩比由设计要求已知: 支架的最大高度Hm=5.5m支架最小高度Hn=2.55m支架伸缩比m=2.162.1.2 支架间距支架间距就是指相邻支架中心线间的距离，按下式计算= +n式中 支架间距（支架中心距）每架支架顶梁总宽度相邻支架（或框架）顶梁之间的间隙每架所包含的组架或框架数取=1650mm，=100mm,=1则= +n=1650+1001=1750mm2.1.3 底座长度底座是将顶板压力传递到底板和稳定支架的作用。在设计支架底座的长度时，应考虑如下方面：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。因此，取底座长度为3325 mm。如图：图2-1 底座示意图 2.1.4 顶梁长度的确定 支架在工作面的相对位置关系如图2-2所示。图2-2 支架相对关系由前排立柱到顶梁前端的长度由下式计算： b= +k+d+e-0.2H-c式中 铲煤板到煤壁间距离，一般为50100mm 输送机宽度（包含铲煤板宽度） e人行道宽度 采煤机滚筒截深 顶梁前端到煤壁的距离 立柱倾角 H支架高度选取采煤机型号为MG750/1910-WD,外形尺寸（长宽高）（mm）为1715029502120，截深800mm 刮板输送机型号SGZ1000/2*700,规格（长宽高）（mm）为15001000.350取=300mm， =450mm， =1500mm，=800mm 另外= 得b=+k+d+e-0.2H-c= 300+1500+1000+800-0.2*5500*10-450=2850mm则顶梁总长为l=l1+b=2850+0.5*2850=4300mm2.1.5 立柱布置 本支架采用双伸缩式立柱。立柱数 选立柱数目为2。支撑方式 掩护式支架立柱为倾斜布置,这样可克服一部分水平力,并能提高调高范围。一般立柱与顶梁垂线夹角小于,由于角度大可使调高范围增大,同时由于顶梁较短,角度大后使立柱顶梁柱窝前移,使顶梁尖端支护力大。立柱间距 立柱间距的选择原则为：有利于操作、行人和部件合理布置。本支架立柱间距选0.9m。2.1.6 通风断面的计算采煤工作面的过风量有一定要求。在过风量一定时，采煤工作面的通风断面积不应过小。但在工作面中安装液压支架后，通风断面积明显减小。因此必须验算通风断面积。一般按工作面允许风速进行验算。根据保安规程规定，工作面风速应小于等于5m/s。采煤工作面风速计算按下式进行。m/s式中 工作面风速（m/s） 支架在采煤工作面的通风断面积（m2） 采煤工作面所需风量（m3/min） (m3/min) 通风不均系数，一般取=1.5 保安规程允许的朝气含量，一般取=1% 日产量（T） 一分钟产生一吨煤沼气涌出量，一般取=14(m3/min)计算：=24 m2, =1000Th则有: (m3/min) （m3/min） = 1.25(m/s) 5m/s，合乎安全规程规定。2.2 各部件结构选择 液压支架各个部件的结构形式与工作面的顶底板条件和支架结构形式有关，选择时根据支架的结构和工作面顶底板条件，对各个部件的结构进行分析，最后择优选择。2.2.1 顶梁顶梁是顶板直接接触的部件，除要满足一定的刚度和强度要求外，还要保证支护顶板的需要，如：足够的顶板覆盖率；同时要适应顶板的不平整性，避免因局部应力而引起损坏。顶梁的结构型式顶梁的结构型式主要有支撑式支架顶梁、掩护式支架顶梁、支撑掩护式支架顶梁，结构型式。本设计支架是掩护式支架，选用掩护式支架顶梁。掩护式支架顶梁又可分为平衡式顶梁、潜入式顶梁、铰结式顶梁带、带前梁的铰结式顶梁和带伸缩前梁的铰结式顶梁。各顶梁特点：平衡式顶梁，能在顶板凹凸变化时自取平衡，单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；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，消除了三角区；铰结式顶梁取消了三角区，用平衡千斤顶调解与顶板的接触面积；带前梁的铰结式顶梁，可提高前梁的支护能力，改善前梁前端的支护效果；带伸缩前梁的铰结式顶梁，可及时支护顶板，减少顶板的暴露时间。本设计采用铰结式顶梁。顶梁结构和断面形状各类顶梁都为箱式结构，一般由钢板焊接而成。为加强结构的刚度，在上下盖板之间焊有加强筋板，构成封闭式棋盘型。顶梁前端呈滑撬式或圆弧，形，以减少移架阻力。在顶梁下面焊有铸钢柱窝，柱窝两侧有孔，用钢丝绳或销轴把立柱和顶梁连接起来。掩护式支架在顶梁后端有销孔，通过销轴与掩护梁上的销孔相连。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外，还要保证支护顶板的需要，如：有足够的顶板覆盖率；同时要求适应顶板的不平衡性，避免因局部应力而引起损坏。本支架为支顶掩护式支架，故采用刚性整体顶梁，如下图2-3所示，各类顶梁都为箱式结构，一般有钢板焊接而成。为加强结构的刚度，在上下盖板之间焊有加强筋板，构成封闭式棋盘形。顶梁前端呈滑撬式或圆弧形，以减少移架阻力。在顶梁下面焊有铸钢柱窝，柱窝两侧有孔，用钢丝绳或销轴把立柱和顶梁连接起来。掩护式支架在顶梁后端有销孔，通过销轴与掩护梁上的销孔相连。按顶梁的断面形状可以把顶梁分成如下结构形状：（1） 闭式顶梁闭式顶梁为顶梁上下盖板与筋板焊接成封闭型，如图23所示。图 23 顶梁筋板焊接图一种为立筋突出型，如图23a所示，增加了焊接强度；另一种为立筋凹下，焊接后使顶梁平整，单焊接强度不如前一种，如图23b所示。（2）开式顶梁开式顶梁结构如图24所示。图 24顶梁开式立筋型式开式顶梁的特点，可减轻顶梁重量，增强顶梁的抗弯强度。对于掩护式支架，为便于侧护板能自由伸缩，要在顶梁顶板上加焊一块比侧护板钢板厚的钢板，称为顶板。，同时加强了顶梁的结构刚度。顶板的几何尺寸及具体结构详见计算部分和图纸及电子文档。2.2.2 底座支架的结构型式通常有三种类型。（1） 整体刚性整体刚性底座的特点与适用条件：底座用钢板焊接成箱形结构，底部封闭，具有整体性强、强度高、稳定性好，对底座比压小的特点；排矸性能差，容易堵卡，损坏推移机构部件；多用于支撑掩护式、掩护式或垛式支架；适用于顶板比较松软，采高与倾角大以及顶板稳定顶板来压较强烈等条件。（2） 分式刚性分式刚性底座的特点与适用条件：底座左右对称的两部分，上部用过桥或箱形结构固定连接；这种底座在刚性、稳定性和强度等方面基本上与整体刚性底座相同；安装推移装置通道的底板不封闭，排矸性能好，有利于保证推移装置的正常工作；底座面积小，一般不宜用在底板松软条件；适用于支撑掩护式、掩护式或垛式等各类支架，在底板比压允许的条件下，广为采用。（3） 左右分体左右分体支架的特点与适用条件：由左右两个独立而对称的箱形结构件组成，两部分之间用铰结过桥或连杆连接，并可在一定范围内摆动，对不平底板适应性较好；底座中部的排矸性能好；底座底面积小，底座比压较大，不宜用在松软底板；稳定性差，不宜用在大高度、大倾角液压支架；多用于掩护式或支撑掩护式支架。此外，还有前后分体、带铰结底靴板和柱靴式底座，不再详述。本设计选用了整体式刚性底座，并在底座之间下部加焊了两块钢板，以增强底座的适应性，具体结构详见设计图纸。2.2.3 立柱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。立柱按动作方式，可分为单作用和双作用；按支架种类，可分为活塞式和活柱式；按伸缩方式，可分为单伸缩和双伸缩。本支架在设计中采用了双伸缩式立柱。该立柱结构如25图：图 25双伸缩式立柱立柱的结构由缸体、活塞、缸口和活塞杆等组成。缸体是立柱的承压部件。一般用27SiMn无缝钢管制成。缸体内表面是活塞的密封表面，所以要求很高的加工精度。活塞是立柱的关键元件，对它的主要要求是保证密封性能良好，运动表面能承受外力的冲击。活塞可以套在活柱上，或直接焊接在活柱上。用钢制作活塞时，可在活塞上安装导向环与缸体内径配合。导向环多用塑料制品，也有用铜合金制成。在不承受横向力或横向力很小的情况下，可以用保护密封圈的尼龙挡圈兼做导向环。活塞靠密封圈密封，密封圈有O型、Y型、U型、V型、鼓型、蕾型等。鼓型密封圈是两个夹布U型橡胶圈压制而成的整体实心密封圈，它和两个L型防挤圈一起使用，适用于工作压力19.658.8MPa，在压力小于24.5MPa时，可以不加挡圈。它可用于各种活塞上的双向密封。蕾型密封圈是一个U型夹布橡胶圈和唇内夹橡胶压制而成的单向实心密封圈。它适用于装入各种液压活塞头和导向套上，为单向密封。工作压力小于58.8MPa时，可以不加挡圈。以上两种密封圈的使用，简化了活塞结构，装配方便，但密封圈本身加工较复杂。活塞的轴向固定方式由三种：用螺帽加防松螺钉固定；用压盘和螺钉固定；用半圆环加弹性挡圈固定。活柱和活塞杆是立柱传递机械力的重要零件，它要能承受压力和弯曲等载荷作用，必须耐磨和耐腐蚀，可用27SiMn或45号钢制成。为防止在矿井条件下表面生锈和腐蚀，表面要镀铬，并要注意保护，防止外部硬伤。缸口用钢丝挡圈固定，是在导向套外侧装有钢丝挡圈，内侧装有密封圈和防尘圈。这种结构简单，装卸方便，但要求活塞杆外径与缸体内径之间有比较大的空间，这种固定方式使用较多。固定钢丝和钢丝挡圈的连接方式，不能耐高压。当密封液体压力较高时，可采用半圆环结构连接方式。立柱工作原理当高压液进入中缸下腔，上腔回液，使中缸伸起，当中缸全部伸出后，中缸下腔压力增大，当增加到超过底阀弹簧调整压力值时，底阀打开，高压液进入上柱下腔，上柱液经中缸上部小孔排出，使上柱伸起，以上为伸柱过程；当需降柱时，高压液进入中缸上腔，下腔回液，中缸下降，当中缸下降到底时，此时一方面底阀被缸底顶开，另一方面中缸上孔正对上立柱上部进液孔，立柱上部进液孔经中缸小孔进入上腔上部，下腔液经底阀从立柱下部回液孔回液，上柱下降。2.2.4 推移千斤顶 推移千斤顶按连接方式分有直接连接方式、框架连接方式和浮动活塞式。（1）直接连接方式推移千斤顶的特点：结构简单，但移架力小于推移力，一般用于支撑式支架。（2）框架连接方式推移千斤顶的特点：移架力大于推溜力，用于掩护式和支撑掩护式。（3）浮动活塞式推移千斤顶的特点；移架力大于推溜力；通过推杆，千斤顶分别与输送机、支架相连；多采用浮动活塞千斤顶，减小推溜力；用推杆作导向装置，抗弯强度高、导向性能好；推杆与千斤顶位于同一轴线，受力较好，但装置的总长度加大。按千斤顶的适用性选用框架式推移千斤顶作推移千斤顶。框架式推移千斤顶的有关参数见计算部分。2.2.5平衡千斤顶平衡千斤顶为双作用缸。平衡千斤顶铰结在顶梁和掩护梁之间使掩护式支架构成稳定结构；通过它可以调节顶梁成水平状态或所需要的角度，使相邻支架保持良好的密封状态，可以利用双向控制阀，使平衡千斤顶呈推力或拉力，适应顶板载荷的变化。具体参数见计算部分。2.2.6侧推千斤顶侧推千斤顶的活塞杆固定在活动侧护板上，缸体固定在固定侧护板上。侧推千斤顶的安装位置有如下几种：（1） 安装在顶梁和掩护梁结构的下面，避免在顶梁和掩护梁上开窗口，加强了顶梁和掩护梁的强度，但影响支架有效空间。 （2） 一侧为固定侧护板，另一侧为活动侧护板时，在固定侧护板一侧圆筒内有固定筒，千斤顶便安装在筒内，其它不变，也可免去另开窗口，保证顶梁和掩护梁的强度，但不利于检修和安装。（3） 在顶梁和掩护梁下面开窗口，把侧推千斤顶安装在窗口内，偏于安装和检修。为使活塞杆与活动侧护板相连，在改换工作面时，侧推千斤顶要调转180。我在该支架设计时选用了（2）中的侧头千斤顶安装方式侧推千斤顶的技术参数如下：行程：200mm；缸体内径：63mm；活动杆直径：45mm。侧推千斤顶的其它参数见计算部分，具体安装位置见设计图纸。2.3 液压支架基本技术参数的确定确定和选择液压支架及其主要部件的基本参数。2.3.1 支护面积支架的支护面积按下式计算： F=（L+C）（B+K） （m2）式中 支架的支护面积（m2） 支架顶梁的长度（m）C移架后顶梁前端到煤壁的距离（m），取C=450mmK支架间距故本支架支护面积为： F= （L+C）（B+K）=4.751.75= 8.3（m2）2.3.2 支护强度与工作阻力支护强度是液压支架的一个重要参数，它是液压支架对顶板的支撑力（kN）与支架对顶板的支护面积（m2）的比值。顶板所需的支护强度取决于顶板的等级和煤层厚度，我国已制定了不同顶板等级的支护强度标准。支护强度除按规定选用外，还可按经验公式计算即 q=km （Mpa）K作用于支架上的顶板岩石厚度系数取8M截割高度岩石密度，一般取2.5 （kN/） q=85.52.5=1.1（Mpa）支架支撑顶板的有效工作阻力为 R=qF（kN）F支架支护面积（m2）R=qF=1.18.3=9130（kN）2.3.3 确定立柱的技术参数立柱的缸体内径按下式进行计算： (cm)式中 立柱缸体内径（cm） 支架承受的理论支护阻力（kN） 每架支架立柱数 安全阀调正压力（MPa），按产品样本选取 立柱最大倾角本支架中，=8800kN，=2，=42MPa， =10则有= =36(cm)本支架选双伸缩立柱，尺寸如下：外缸内径：360mm；中缸外径：340mm；中缸内径：250mm；活柱外径：130mm。2.3.4立柱的初撑力与泵站的额定工作压力立柱的初撑力按下式进行计算： (kN)式中 泵站额定工作压力(MPa)，这里取=31.5MPa则有 (kN)2.3.5安全阀压力和立柱工作阻力的确定立柱工作阻力计算公式如下： 式中： 安全阀的调正压力，这里取=42MPa则有(kN)2.3.6 推移千斤顶推移千斤顶采用倒装框架式推移方式，其缸体内径为： (cm)式中 推移千斤顶缸体内径(cm) 推移千斤顶推力(kN),取=300kN则有： (cm)由以上计算出来的推移千斤顶缸体内径，再按表2-4选取推移千斤顶的行程与推移步距有关，当推移步距为800mm时，推移千斤顶的行程为9001000mm,按规定取950。2.3.7平衡千斤顶平衡千斤顶的缸体内径按下式进行计算：（1） 平衡千斤顶的拉力计算 （cm） 或 （kN） 平衡千斤顶的拉力以作用在立柱上铰点到掩护梁后端这部分面积上，高度为支架最大采高的岩石重量来计算，如下图 取顶梁和掩护梁为分离体，对瞬心O点取矩列平衡方程式即Mo=0得 （Kg）而 （Kg）再取顶梁为分离体，对g点去矩列平衡方程式，即Mg=0得 （Kg）式中：平衡千斤顶拉力（取负），推力（取正）作用在立柱上铰点到掩护梁后端这部分面积上，高度为支架最大采高的岩石重量sPc至瞬心O点之矩b立柱至瞬心O点之矩H支架的最大采高L岩体的计算长度B支架宽度r岩体容重 r2600 Kg/e立柱到顶梁后铰点的距离d平衡千斤顶到顶梁后铰点的距离5.53.31.615260076212（Kg） （Kg）（Kg）（2） 平衡千斤顶的推力计算 平衡千斤顶的推力,假设支架支撑合力作用点分顶梁前后段长度为2:1,用这个比例关系计算平衡千斤顶的推力.即:K代入支架在最高位置时，取顶梁为分离体对g点取矩求出的公式，即： d平衡千斤顶到顶梁后铰点的距离e立柱到顶梁后铰点的距离 l顶梁总长度1348 （KN）（3） 平衡千斤顶的缸径计算 20 （cm）取内径为22cm，外径为24.5 cm,活塞杆直径为16 cm工作行程取400mm。 3 液压支架的受力分析3.1 概述3.1.1 液压支架工作状态1.顶板状态在采煤工作面中，当煤被采空后，就会出现一定的空间，由于受上部岩层压力，出现高离和裂缝，如果不及时支护，顶板就要冒落，不支护的时间越长，危险就越大。而顶板冒落实是有一定的过程的，一般可分为三个阶段：开始时顶板处于无压状态，此时顶板较完整，而且没有下沉，成为无压状态；但经一定时间后，顶板就会下沉，通常称为老顶来压，此时顶板并不破裂，而且这种下沉是由一定的周期性的，所以成为老顶板来压状态；如果不及时支护，顶板就会破裂而冒落，此时叫冒落状态。2.液压支架的工作状态支架在这三种状态下式如何工作的呢？只要看支架的实际工作情况就可以知道，开始支架以初撑力支撑顶板，此时为无压状态；当周期来压时，顶板下沉，使立柱下腔压力增加，当增加到大于安全阀调整压力时，安全阀打开，使立柱下腔压力下降，称为立柱让压状态，使支架以工作阻力支护顶板；如果继续来压，就要不断让压，所以立柱要有一定的向下行程，如没有向下行程，称为压死状态，这是在设计和使用中必须注意避免的现象；当支架前移后，此时顶板处于无支护状态，顶板就要冒落，这就是液压支架在工作过程中的三种状态。 3.支架受力液压支架在工作面受力是由于顶板下沉，同时又有向采空区浅载移动的趋势，使顶梁受合力和底座受底板反力，其中顶板合力的垂直分力由支架工作阻力来克服，所以我在计算支架的工作载荷时按支架的工作阻力来确定。3.1.2 计算载荷的确定液压支架实际受载荷情况很复杂，顶梁和底座上的载荷既非集中载荷，又非均匀载荷，分布规律随着支架与顶底板的接触情况而变化，为简化计算，作如下规定：1 把支架简化成一个平面杆系结构，同时为偏于安全，按集中载荷进行计算。2. 金属结构件按材料力学上的直梁理论来计算。 3. 顶梁、底座与顶底板认为均匀接触，载荷沿支架长度方向按线性规律，沿支架宽度方向为均匀分布。4. 通过分析和计算可知，掩护梁上矸石的作用力，只能使支架实际支护阻力降低，所以在进行强度计算时不计，使掩护梁偏于安全。5. 立柱和短柱按最大工作阻力来计算。6. 作用在顶梁上水平力的产生有两种情况：一种是由于支架在承载让压时，由于顶梁前端运动轨迹为双纽线，所以顶梁与底板有产生位移的趋势，水平力为顶梁合力与静摩擦系数的乘积，其方向与顶梁产生位移方向趋势相反；另一种是由于顶板向采空区方向移动，使支架顶梁受一指向老塘的水平力，最大水平力值与上相通。顶梁与顶板的静摩擦系数，目前国内一般取0.20.3。7. 支架各部件受力，按不同支护高度时受力最大值进行强度校核。8. 各结构件的强度校核，除按理论支护阻力校核危险断面外，还要按液压支架形式试验技术规范的各种加载方式，以及支架的额定工作阻力逐一校核，超过额定工作阻力10%的超载试验，将由安全系数来保证。3.2液压支架的受力分析支架的受力分析与计算，是按理论力学中一物体受几个力作用下处于平衡状态时，所受的合力矩之和为零的原理来进行分析和计算得。所以当支架支撑后在处于平衡状态时，取整体或某一部件为分离体也处于平衡状态，其合力和合力矩为零。即：满足静力平衡的充分必要条件为，各力在x轴上的投影之和为零，各力在y轴上的投影之和为零，各力对某点取矩之和为零，下面根据这一理论对支架进行受力分析和计算。在支架撑牢在顶底板之间时，取其整体或某一部件为分离体，皆处于平衡状态。据此把支架简化为平面杆系进行受力分析和计算。支架整体受力关系如图3-1所示，图3-1 液压支架受力分析图3-2顶梁分离体受力分析 首先取顶梁为分离体，如图3-2所示。图中为顶梁平衡千斤顶支撑力为已知，和均已知，各力对a点取矩，可写出F作用点的位置x的表达式：（3-1）式中Pk平衡千斤顶的推、拉力（推力时，受力方向向上；拉力时相反）。再取顶梁和掩护梁为分离体，如图3-3所示对0点取短，可求得的表达式，将此式与（3-1）式联立，解出如下： （3-2）图 3-3 顶梁和掩护梁分离体再把（32）代入（31）式，x可解出。全部按支架在最高工作位置来取数据，则， 40，并代入式（32）得/()=9200（kN）x=(840)sin400.270+(840)cos40(0.663-0.242)+8732cos101.1+92000.30.242/9200 =1.055（m）从（32）式可知：当为“+”（平衡千斤顶为推力）且时，力有最小值。当为“”（平衡千斤顶为拉力）且0.3时，力有最大值。所以，在验算顶梁强度时，按平衡千斤顶受拉且0.3时进行计算。若这个条件强度计算能满足，其他条件都能满足。由图32写出x方向和y方向的力系平衡方程，再由此解出顶梁与掩护梁铰点的内力xa和ya： （33） （34）已知, , ,=40,代入式（33）和（34）得=211（kN）；266（kN）从式（33）和（34）可以看出，当取“+”值，即平衡千斤顶为推力时，、有最大值，掩护梁受力最大，同时前、后连杆受力也最大。所以，在验算掩护梁和前、后连杆强度时，应按此种情况进行。图 34 掩护梁分离体受力再取掩护梁为分离体，如图3-4所示。写出力系的方向和方向平衡方程，解出、为： （35） （36）底板对底座的支反力与大小相等。作用点的位置可以由整体支架为分离体（如图35）求出。图 35 整体支架分离体受力对点取矩，整理后有 （416）取840kN,时最大。1.35（m）已知，代入式（35）和（36）得（kN）（kN）由式（411）可知：当平衡千斤顶为拉力时，即为“”且时，力有最大值，也有最大值，所以在验算底板强度时，按此条件进行。3.3 顶梁载荷分布在把顶梁所受的载荷求出来后，就可以进一步计算载荷在顶梁上面的分布情况。由于顶板与顶梁接触情况不同，载荷实际分布很复杂。为计算方便，假设顶梁和顶板均匀接触且载荷为线性分布。设顶梁长为，顶梁的集中载荷为，其作用点距顶梁一端为。则当时，载荷分布为三角形。如图3-4所示q3q2图3-6 顶梁三角形载荷分布F1顶梁前端比压为0，顶梁后端比压为： (MPa)当时，载荷呈梯形分布，如图3-5所示：顶梁前端比压为：图3-7 顶梁梯形载荷分布q2q3F1 (MPa)顶梁后端比压为： (MPa)