ZZ120002550型支撑掩护式液压支架设计（全套图纸） .doc

毕业设计说明书论文(全套cad图纸) qq 36396305 毕业设计题目： 液压支架毕业设计专题题目： zz12000/25/50型支撑掩护式液压支架毕业设计主要内容和要求：（1）利用现代信息检索系统，掌握文献检索方法，了解液压支架的国内外发展现状。（2）根据煤矿具体条件，针对深部开采岩层压力大，引起围岩变形、位移和片帮、冒落、崩塌等现象，为了能够对顶板更好的管理，为工作人员提供更安全的工作空间，设计zz12000/25/50型支撑掩护式支架。（3）在设计过程中，对顶梁、底座、掩护梁、立柱、前后连杆等主要结构件进行设计，并对其进行受力分析和强度校核。（4）说明书及图纸达到大纲规定要求。目 录1 概述 1.1液压支架的组成与工作原理1 1.1.1 液压支架的组成1 1.1.2 液压支架的工作原理21.2 液压支架的分类 31.2.1按支架用途和在采煤工作面的安装位置31.2.2 按支架与围岩相互作用关系和立柱布置特点41.2.3 按主要结构特点61.2.4 按使用条件分类61.3 液压支架的主要结构件及其用途 7 1.3.1 顶梁7 1.3.2 底座7 1.3.3 掩护梁7 1.3.4 活动侧护板8 1.3.5 连杆81.4 液压支架的支护方式81.5工作面成套液压支架的组成81.6 本次设计的目的 92 液压支架整体结构尺寸设计2.1 液压支架结构参数原则和内容 102.1.1 确定液压支架结构参数原则 102.1.2 确定支架结构参数的内容 102.2 支架的高度和伸缩比 10 2.2.1 支架高度10 2.2.2 支架的伸缩比102.3支架间距和宽度的确定112.4支架四连杆机构的确定 112.4.1 四连杆机构的作用 112.4.2 四连杆机构的设计要求 122.4.3 四连杆机构的作图方法132.5 顶梁长度的确定 162.5.1 支架工作方式对顶梁长度的影响 162.5.2 顶梁长度计算 173液压支架主要结构件的设计3.1 顶梁 183.1.1 结构形式 183.1.2主要功能 183.1.3本次设计顶梁结构形式及主要尺寸193.2 底座 193.2.1 结构形式 193.2.2主要功能 203.2.3本次设计底座结构形式及主要尺寸203.3 立柱 213.4 掩护梁 213.5 前后连杆 213.6 液压支架的辅助装置223.6.1 推移装置 233.6.2 护帮装置 243.7活动侧护板 243.7.1 活动侧护板的用途和结构形式 24 3.7.2 顶梁侧护板 24 3.7.3 掩护梁侧护板 254 液压支架性能参数的确定4.1液压支架基本技术参数的确定264.2立柱技术参数确定 274.2.1泵站压力和立柱安全阀的调整压力274.2.2双伸缩立柱缸径的确定284.2.3立柱初撑力的计算 294.2.4立柱工作阻力的计算 304.2.5立柱缸体壁厚的计算 304.3千斤顶参数的确定 314.3.1推移千斤顶314.3.2 前梁千斤顶324.4 底座接触比压的计算 324.5液压支架的主要技术参数335 液压支架的受力分析 5.1 支架的受力分析及计算 345.1.1液压支架受力分析计算的基本假设 345.1.2液压支架受力分析计算的基本参数355.1.3 液压支架的整体受力分析375.1.4顶梁受力分析计算 375.1.5后梁受力分析计算 385.1.6掩护梁受力分析计算 405.1.7底座受力分析计算 425.2顶梁载荷分布 436 液压支架的强度计算6.1 前梁的强度校核 456.2 主顶梁的强度校核 476.3 掩护梁的强度校核 496.4 底座的强度校核 526.5 前连杆的强度校核 546.6 后连杆的强度校核 566.7 销轴及耳板的强度校核 577 液压支架的使用与维护 7.1 液压支架操作要求 637.2 液压支架维护要求 638 结论 65参考文献 67附 录 68翻 译英文原文 74中文译文 78致 谢 85摘 要采煤综合机械化，是加速我国煤炭工业发展，实现煤炭工业现代化的一项战略措施。而液压支架是综采工作面的重要设备之一,其作用不仅是支护顶板、维护安全作业空间，而且还要推移工作面输送机和采煤机。zz12000/25/50支撑掩护式液压支架最大工作阻力为12000kn/架，主要基本组成部分有：顶梁，底座，液压支柱，千斤顶，掩护梁，四连杆机构等。本文介绍了：液压支架的组成、工作原理、作用和分类；对重要结构件如前梁、顶梁、底座和铰接销轴等进行了分析，根据其常见失效形式、影响因素及基本设计要求，给出了重要结构件的受力分析、强度和刚度的设计方法,并对其进行了受力分析和强度计算。关键词：支撑掩护式液压支架；四连杆机构；结构设计； 强度分析 abstract the comprehensive mechanization of coal mining is the acceleration coal industrial development of our country, realizes the modern a strategic measure of coal industry. hydraulic support is an important equipment on comprehensive mechanized mining face, which can push conveyers and mining machines on the face, as well as support upper plates, and assure the security of working area. the largest working resistance 0f chock shield zz12000/25/45 is 12000kn/shelf，chock shield major from some following basically partial compositions: top beam, base, hydraulic legs, prop, shield beam and four linkage mechanisms. the followings are introduced in this paper: components, working principle, functions, and types of the hydraulic support; the design of each structure piece is a point. the important structure, such as ex-beam, top-beam, base, hinged pin axis and so on, are analyzed. according to its failures, affecting factors and basic considerations, the design method of the strength and stiffness of the important structure is introduced. the force analysis and strength calculation are introduced.keywords：chock shield; ourbar mechanism ;structure design ; strength analysis1 概述液压支架是在摩擦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（或刨煤机）、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设备的60%70%左右，因此，液压支架成了现代采煤技术中关键设备之一。1.1 液压支架的组成与工作原理1.1.1 液压支架的组成液压支架组成如图1-1所示：图11 液压支架的组成1前梁 2顶梁 3立柱 4掩护梁 5前连杆 6后连杆 7底座 8推移装置 9平衡千斤顶 10前梁千斤顶 11护帮千斤顶 12护帮装置根据各部件的功能，液压支架的组成可归纳为五个部分，见表1-1。表1-1 液压支架组成表序 号部 件功 能举 例1承载结构件承受并传递顶板载荷作用的结构件顶梁、掩护梁、底座、连杆2动力油缸用液体作介质可以主动产生作用力，实现各种动作的油缸立柱、各类千斤顶3控制元部件操纵、控制支架各个动力油缸动作及保证所需工作特性的液压（电气）元部件操纵阀、单向阀、安全阀及管路、液压（电控）元件4辅助装置不直接承受顶板载荷，而实现支架某些动作或功能所必须的装置推移装置、护帮装置、活动侧护板、防倒、防滑装置5工作液体传递能量的工作液压介质乳化液1.1.2 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1-1所示。 图1-2 液压支架工作原理图1立柱 2顶梁 3掩护梁 4连杆 5底座 6推移装置7操纵阀 8液控单向阀 9安全阀 10工作面输送机（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，使与活塞杆腔连接的顶梁紧紧接触顶板。（2） 降柱当需要降柱时，高压乳化液进入活塞杆腔，另一腔回液，迫使活塞杆下降，于是顶梁脱离顶板。（3）支架和输送机的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，然后高压液体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。综采工作面生产工艺过程比较单一，主要工序有采煤、移架、推溜。按照液压支架的不同工作阶段，其工作原理如表1-2。 表1-2 液压支架工作原理项 目工作阶段基 本 原 理支撑承载原理初 撑通过液压供液系统的静压对顶板底板产生主动支撑力增阻承载随着顶板下沉，立柱活塞腔内被封闭的油液受到压缩。由于工作介质的不可压缩性，使腔内液体压力升高，形成对顶板的被动支撑力恒阻承载当顶板载荷达到支架预先调定的工作阻力时，安全阀工作（溢流），使立柱降缩。当立柱活塞腔内压力小于安全阀安全阀关闭压力时，安全阀又停止溢流，活塞腔液体又被封闭。这样支架始终以恒阻（工作阻力）值支撑顶板。这就是支架具有的既能恒阻承载，又能安全可缩的“让压”特性。自动移设原理拉架 以输送机、移步横梁或支撑于顶底板之间的相邻架等作为支点，向推移千斤顶输入高压液体后实现拉架推溜 以支撑住顶板的支架作为支点，向推移千斤顶通入高压液体，将输送机推向煤壁1.2 液压支架的分类液压支架分类的方式很多，主要可以按照支架用途和在工作面的安装位置、支架与围岩的相互作用关系、立柱布置方式、使用条件和结构特点等来分类。1.2.1 按支架用途和在采煤工作面的安装位置根据用途和在采煤工作面的安装位置，液压支架分为端头支架和中间支架两大类。液压支架的分类主要是针对中间支架进行分类。端头支架安装在采煤工作面两端与顺槽连接处。由于此处顶板悬露面积较大，综采设备较多，又是人员的安全出口，要求端头支架不仅能支护顶板，而且要与端面处的各种机械设备相适应。中间支架安装在除端头支架以外的采煤工作面的全部作业位置。其作业是确保采煤工作面人员与设备的安全，并实现顶板管理与支护以及采煤作业过程机械化。因此，一方面，要求中间支架工作可靠，使用方便，易于制造和运输，在整个服务年限内使用费用的总和最低；另一方面，要求中间支架的结构及布置方式符合采场围岩的运动规律，与其支护的工作面顶板压力相适应，兼有支撑和掩护作用既能支撑住采煤工作面下沉的顶板，又能防止矸石涌入工作面。1.2.2 按支架与围岩相互作用关系和立柱布置特点支架按其结构与围岩相互作用方式可分为：支撑式、掩护式、支撑掩护式三大类，如图1-3。图1-3 液压支架架型划分表（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，通风端面大，适用于中等稳定以上的顶板。按其结构和工作方式不同，支撑式液压支架又可分为垛式和节式两种。（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。适应煤层厚度变化的能力强。（3）支撑掩护式支撑掩护式支架兼有支撑式和掩护式的结构特点，具有支撑式的顶梁和掩护式的掩护梁，兼有切顶性能和防护作用，多为立柱式，立柱可直立或斜支在顶梁或掩护梁上，相当于支撑式和掩护式的组合，以支撑为主，掩护为辅。这类支架的工作阻力、切顶能力均介于上述二者之间，但由于有掩护梁，其掩护性能与稳定性均较好，架型空间也较大。缺点是顶梁相应较长，但由于能及时支护心暴露的顶板，有效地维护一定的安全作业空间，故目前各类支架大多采用这种工作方式。适用于直接顶稳定和中等稳定，周期压力明显的顶板。支撑式、掩护式、支撑掩护式液压支架结构、性能和经济比较如表1-3。表1-3 液压支架结构、性能和经济比较 架型项目支撑式掩护式支撑掩护式结构复杂性简单复杂复杂工作阻力大小大切顶能力强小较强防护性差好好稳定性差好好架型空间大小较大重量（h、p相同时）轻较重重成本低较高高1.2.3 按主要结构特点 液压支架按主要结构特点分类，如表1-4所示。 表1-4 按主要结构特点分类分类标准具体分为分类标准具体分为调高机构四连杆式控制方式本架控制单铰点式邻架控制摆杆式成组控制和顺槽控制配套方式插腿式组合方式单架式不插腿式组合式1.2.4 按使用条件分类液压支架按使用条件分类，如表1-5所示。表1-5 按使用条件分类表分类标准具体分为使用高度厚煤层一次采全高支架（3.5m）中厚煤层支架（1.3mh3.5m）薄煤层支架（1.3m）使用倾角缓倾斜工作面支架（25）倾斜工作面支架（2545）倾斜工作面支架（45）采煤工艺放顶煤支架机械铺（连）网支架充填支架使用地点排头支架端头支架工作面支架顺槽超前支架1.3 液压支架的主要结构件及其用途 1.3.1 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。1.3.2 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。1.3.3 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。1.3.4 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。1.3.5 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。1.4 液压支架的支护方式综采工作面生产工艺过程比较单一，主要工序有采煤、移架及推溜。目前这三项工序最常见的组合方式见表1-6。表1-6 支护循环方式支护方式循 环 方 式支 护 特 点应 用 条 件即时支护割煤移架推溜支护滞后时间短适用于各种顶板条件，应用最为广泛滞后支护割煤推溜移架支护滞后较长用于稳定、完整的顶板条件，支架结构紧凑，目前应用较少复合支护割煤支架伸出探梁推溜移架支护滞后时间短增加了反复支撑可适用于各种顶板条件，但支架操作次数增加，目前应用较少1.5 工作面成套液压支架的组成综采工作面除了装备几十架或更多架数的工作面基本支架之外，一般都还需要有乳化液泵站、供液管路系统等。根据工作面不同的生产和地质条件，还可配备端头支架、排头支架等，详见表1-7。表1-7 工作面成套液压支架组成序号名 称布 置 位 置数 量作 用1乳化液泵站顺槽或专门硐室1-2台或多台向液压支架供给高压液体2供回液主管路顺槽及工作面2-多条输送泵站输出的高压液体与工作面返回油箱的液体3端头液压支架顺槽与工作面过渡区上端头0-2条下端头0-2条支护顺槽与工作面过渡区的顶板。有些工作面可用单体液压支柱等代替4排头液压支架工作面上下两端头一般每端不超过3-5架支护工作面上下两端包括输送机机头机尾上方的顶板，并作为工作面支架调整位置与方向时的基准架。对整个工作面支架的防倒防滑至关重要5工作面支架工作面视工作面长度定也称基本支架。对工作面顶板进行支护与控制1.6 本次设计目的高产高效大采高综采面生产能力大、回采率高、安全条件和经济效益好，是厚煤层开采技术的主要方向之一。峰峰矿务局吴桐庄矿主采煤层为4.05.0m厚的2号煤，煤体硬度f=1.01.5%,煤层倾角825。直接顶一般为2.04.0厚的深灰色粉砂岩，老顶为812m厚的中粗粒砂岩，属级2类顶板。底板为厚0.6m的泥质粉砂岩及厚2m的细砂岩，属中等比压底板。大采高综采面内断层落差一般小于2/3煤层厚度，最大仰采角度达13，最大俯采角度达16。采面倾向长度一般为150m，走向推进长度为7001650m。根据该矿具体条件，针对深部开采岩层压力大，引起围岩变形、位移和片帮、冒落、崩塌等现象，为了能够对顶板更好的管理，为工作人员提供更安全的工作空间，设计了zz12000/25/50型支撑掩护式支架。2 液压支架整体结构尺寸设计在液压支架架型选定后，应根据给出的煤层条件、顶底板条件、配套设备的要求，结合各型支架的结构特点，进行支架的总体设计，包括确定支架的结构参数和性能参数。2.1 液压支架结构参数原则和内容2.1.1 确定液压支架结构参数原则 1、要满足配套设备（采煤机、输送机）的相关要求；2、与支架工作方式（及时支护或滞后支护）相适应；3、结构紧凑，行人操作方便；4、支架工作稳定性好。2.1.2 确定支架结构参数的内容1、确定正常工作条件下，支架与相应设备的位置关系；2、确定支架总体与主要部件的布置与尺寸。2.2 支架的高度和伸缩比2.2.1 支架高度 支架高度的确定原则，一般应首先确定支架适用煤层的平均采高，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，然后确定支架高度。对于大采高支架，按下式确定支架高度，即： （2-1） （2-2）式中， hm 支架最大高度（mm）； hn 支架最小高度（mm）； hm 煤层最大厚度（mm）； hn 煤层最小厚度（mm）； s1 考虑伪顶、煤皮冒落后仍有可能初撑力所需要的支撑高度，一般取200-300mm； s2 顶板最大下沉量，一般取100-200mm； a 移架时支架的最小可缩量，一般取50mm； a 浮矸石、浮煤厚度，一般取50mm；经计算，本支架最大高度为5m,最小高度为2.5m。2.2.2 支架的伸缩比支架的伸缩比指最大与最小支架高度之比值，即： （2-3）支架的最大高度与最小高度之差为支架的调高范围。调高范围越大，支架适用范围越广，但过大的调高范围给支架结构设计造成困难，可靠性降低。由于液压支架的使用寿命较长，并可能被安装在不同的采煤工作面，所以，支架应具有较大的伸缩比。一般支架最大高度和最小高度的比值范围是1.5至2.5。该支架的伸缩比为:2.3 支架间距和宽度的确定所谓支架间距，就是相邻两架中心之间的距离，按如下公式计算： （2-4）式中：b 支架间距（mm）； b 每架支架顶梁总宽度(mm)； c 相邻支架顶梁之间的间隙； 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；节式组合迈步式支架n=支架节数。 支架间距要根据支架架型来确定，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帮槽上千斤顶联结块的位置来确定，我国输送机溜槽每节长度为1.50m，千斤顶联结块位置在溜槽中间，所以除节式和迈步式支架外，支架间距一般为1.50m。由于本次设计的支架特点是大采高、大吨位、大冲击，考虑底板承受比压很大，根据综采技术手册，以及刮板输送机sgz830/280的每节溜槽长度，综合考虑，本支架中心距为： =1660+1301=1790mm支架中心距为1.79m。支架的支护宽度为1.660-1.860m。2.4 支架四连杆机构的确定2.4.1 四连杆机构的作用（1）梁端护顶。通过四连杆机构，使支架顶梁端点的运动轨迹呈近似双纽线，从而使支架顶梁前端的端面力煤壁距离大大减小，提高了管理顶板性能。（2）挡矸。组成四连杆机构的掩护梁既是连接件，又是承载件，由于它处在隔离采空区的位置，故可以起到良好的挡矸作用。（3）抵抗水平力。采煤工作面顶板作用在液压支架上的外载荷，不仅有垂直于煤层顶板的分力，而且有沿岩层层面指向采空区方向（或指向煤壁方向）的分力。这个水平分力由液压支架的四连杆机构承受，从而避免了立柱因受水平力产生的弯曲变形。（4）提高支架稳定性。鉴于四连杆机构将液压支架的其他构件联结成为一个重量较大的整体，尽管它的移动过程中要克服自身的内力，但是在支架承载阶段，其稳定性很高。2.4.2 四连杆机构的设计要求（1）支架从最高高度降到最低高度时，如图2-1所示顶梁端点运动轨迹的最大宽度e应小于或等于70mm，最好为30mm以下。图2-1 四连杆机构几何特征图（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，为图2-1所示，应满足下列要求。支架在最高位置时，p5262，7585；支架在最低位置时，考虑矸石便于下滑，以防矸石停留在掩护梁上，根据物理学摩擦理论可知，则要求 tanpf,如果按钢和矸石的摩擦系数f=0.3，可求得tanp=0.3，则p=16.7，为了安全可靠最低工作位置应使p25为宜，而q角主要考虑掩护梁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，使支架不能降下来，一般取q2530。（3）从图2-1可知，掩护梁与顶梁铰点e和瞬时中心o之间的连线与水平线夹角为，设计时，要使tan0.35范围以下，主要原因是q角直接影响附加力qy的数值大小。（4）支架工作段要取曲线向前凸的一段，如图2-1所示的h段，其原因为当顶板来压时，立柱让压而下缩，使顶梁有前移的趋势，防止岩石向后移，使整个支架产生顺时针转动的趋势，从而增加了前梁端部的支护力，防止顶梁前端顶板冒落又可以使底座前端比压减小，可防止啃底，有利移架；再则减少了水平力的合力，由于支架所承受的水平力由掩护梁来克服，所以减轻了掩护梁的受力。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曲线运动轨迹时，应尽量使支架的工作段要取曲线向前凸的一段，所以当已知掩护梁和后连杆简化成曲柄滑块机构，进行作图就可以了，其掩护梁和后连杆构成的曲柄滑块机构如图2-2所示。 图2-2 掩护梁和后连杆构成的曲柄滑块机构2.4.3 四连杆机构的作图方法用解析法来确定掩护梁和后连杆的长度。如图2-3所示。l 掩护梁长度；l1 后连杆长度；l2 e点垂直线到后连杆铰点之距；h1 支架最低位置时的计算高度；h2 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： （2-5） （2-6）将（2-5）式和（2-6）式联立可得： （2-7）ll1 图2-3 掩护梁和后连杆计算图按照四连杆机构的几何特征所要求的角度，取p1=60、p2=30、q1=70、q2=30代入（2-7）式，则：而支架在最高位置时的值为： (2-8)取=4320mm、=1870mm代入（2-8）式，算出掩护梁的长度为：后连杆的长度为：掩护梁长度l和后连杆长度l1求出后取整数，从而这几个参数就确定了。用几何作图法确定四连杆机构的各部分尺寸具体作法如图2-4所示：作图步骤如下：（1）确定后连杆下铰点o点的位置，使它大体比底座略高，一般为200250mm，太低安装销子困难，太高底座笨重。（2）过o点作与底座底面平行的水平线h-h线。（3）过o点作与h-h线相交为q1角的线。（4）以o点为圆心，l1为半径，与上线交一点a，即为后连杆与掩护梁的上铰点。（5）过a点作与h-h线相交为p角的斜线，以a点为圆心，l 为半径交于一点e，此点为掩护梁与顶梁的铰点。 图2-4 液压支架四连杆机构的几何图（6）过e点作与h-h线的平行线f-f线，则h-h线与f-f线的距离为h1，为液压支架最高位置时的计算高度。（7）以a点为圆心，掩护梁l的0.220.3长为半径，在掩护梁上交一点b，为前连杆上铰点的位置。（8）过e作f-f线的垂线。（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为e。（10）取 中点为 e点，为液压支架降到中间位置时掩护梁与顶梁的铰点。（11）以o点为圆心，为半径作圆弧。（12）以e点为圆心，掩护梁长为半径，交圆弧上一点a,此点为液压支架降到中间位置时，掩护梁与后连杆的铰点。（13）以e 为圆心，掩护梁长为半径，交圆弧上一点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、。并以a点为圆心，为半径，交上一点b；以a点为圆心，为半径，交上一点b，该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、为液压支架降到中间位置和最低位置时后连杆的位置。（16）分别作和的垂直平分线交一点c，即为前连杆下铰点为前连杆长度。（17）过c点向h-h线作垂线，交一点d，则、为液压支架的四连杆机构。2.5 顶梁长度的确定根据支架工作方式和设备配套尺寸来确定顶梁长度。2.5.1 支架工作方式对顶梁长度的影响图2-5 支架工作方式比较图支架工作方式对顶梁长度有很大影响。先移架后推溜方式（如图2-5b）要求顶梁有较大长度；先推溜后移架方式（如图2-5a）要求顶梁长度较小。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，指控新暴露的顶板，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长一个步距，一般为600mm。这里，采用及时支护方式2.5.2 顶梁长度计算支撑掩护式支架顶梁长度l由三部分尺寸组成：前柱立柱中心至梁端长度，前后排立柱间的距离，后排立柱至梁尾尺寸，如图2-6所示。前柱立柱中心至梁端长度l1一般为2.22.5m，前后排立柱间距离l2一般为10001200mm，后柱中心至尾梁端部距离c应大于挡矸装置的尺寸，一般取400800mm。具体计算过程如下： 图2-6 支架与设备配套关系图这里选用配套设备如下：选取采煤机型号为mxa-300/4.5，截深600mm，外形尺寸（长宽高）（mm）为1271723421905。刮板输送机型号sgz-830/500，规格（长宽高）（mm）为1790830280。前排立柱到顶梁前端的长度l1由下式计算： （2-9）式中：a输送机铲煤板端至煤壁距离，一般为50140mm; x支架底座前缘至前柱中心的距离，mm； y包括铲煤板在内的运输宽度，mm； z移架步距，超前支护时大于截深，滞后支护时可为零，mm； b梁端距，一般取250350mm。这里，取a=100mm；x=730mm；z=600mm；b=300mm；y=1610mm；可得：取l2=1300mm；c=800mm，可得：l= l1+l2+c =2740+1300+800=4840mm3 液压支架主要结构件的设计液压支架各个部件的结构型式，应根据工作面的顶、底板条件和支架架型进行合理的选择和设计。3.1 顶梁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。3.1.1 结构形式顶梁主要结构形式见表3-1。目前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。支撑式支架后端焊有挂帘板，作为挂挡矸帘之用。在顶梁下焊有铸钢柱窝，柱窝两侧有孔，用钢丝绳或销轴把立柱和顶梁连接起来。取顶梁的断面形状为闭式顶梁，顶梁上、下盖板与筋板焊成封闭型。表3-1 顶梁结构形式表整体刚性顶梁前后铰接顶梁带回转梁刚性顶梁带内伸顶梁带伸缩顶梁前后铰接式带回转梁直接式回转梁四连杆式回转梁外伸式内伸式直接式回转梁四连杆式回转梁3.1.2 主要功能顶梁是支架的主要承载结构件之一，它有以下功能：（1）支撑、维护和覆盖顶板，为工作面创造安全的工作空间；（2）将立柱支撑力传递至顶板，并给予合力地分布；对支架后部接近采空区的顶板起切顶作用；对无立柱空间的顶板起支撑作用；（3）为护帮、防倒装置等提供依托。3.1.3 本次设计顶梁结构形式及主要尺寸本次设计选用铰接顶梁形式，如图3-1所示。在前梁千斤顶的推拉下，前梁可以上下摆动，前梁能上摆15，下摆20，对不平顶板的适应性强。采用2个较大的前梁千斤顶，使前梁梁端支撑力尽可能大。运输时可以将前梁放下与顶梁垂直，以减小运输尺寸。 图3-1 铰接式顶梁1顶梁 2前梁 3护帮板 4前梁千斤顶 5护帮千斤顶（1）顶梁宽度目前，各型支架均为整体自移式，其顶梁在宽度方向皆为整体式结构。顶梁宽度取决于支架中心距、顶板稳定性及是否带活动侧护板等因素。这次设计支架中心距为1.79m，带有活动侧护板，并且该支架特点是大采高、大吨位、大冲击，所以考虑到底板承受的比压很大，根据综采技术手册，本支架选取顶梁宽度为：=1620mm。（2）顶梁厚度液压支架的顶梁均为钢板焊接的箱形结构，钢板厚度一般为1620m，支架钢板厚度取20mm。上、下盖板之间焊有加强筋板，顶梁厚度为150200mm，前梁部分由于载荷较少，按等强度原则，厚度逐渐减少。具体结构按立柱支点、有关千斤顶的铰点来确定，并应满足强度与刚度要求。3.2 底座3.2.1 结构形式底座可分为分式铰接底座和刚性底座两大类。（1）分式铰接底座分式铰接底座左右两部分是分离的。底座通过前部的铰接座桥和后连杆之间的联结杆来保证左右两部分的位置。它的结构简单，重量轻，对底板不平的适应性好，当支架陷底时便于抬腿移架，排矸性能好。（2）刚性底座刚性底座分为整体刚性底座和刚性分式底座两种。整体刚性底座对底板的接触面积大，对底板的比压小。刚性分式底座排矸性能好，但为保持左右底座的刚性联结，前部过桥的刚性极差，前过桥和后部联结部分的强度要求较高，增加了底座的重量。3.2.2 主要功能底座时将顶板压力传递到底板和稳固支架的部件。它的主要功能是：（1）承受由立柱与连杆等传递的顶板载荷，并传递给底板；（2）是整个支架结构稳定性、整体性的基础；（3）为支架辅助件，例如推移装置、防倒滑装置、操纵阀架提供依托与根基。3.2.3 本次设计底座结构形式和主要尺寸根据以上分析，本次设计选择底分式刚性底座，底座底板时中分式的，中档推移机构直接落在煤层底板上，前立柱柱窝前有过桥，中档后部为箱形结构。由于底分式刚性底座中档底板分体，推移装置处的浮煤、碎矸可随支架移架从后端排到采空区，不需要人工清理，适应高产高效要求，但减小另外底座接底面积，增大了对底板的比压。底座后部安装了底调千斤顶，可配合顶梁侧护板一起调架。在底板相对较软的情况下，可在前部安装抬底座装置，防止底座前端扎底，提高拉架速度。（1）底座宽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。（2）底座长度底座长度按总体结构布置来定。一般可按下述范围选取：支撑式支架：l=18002000mm掩护式支架：l=20002500mm支撑掩护式支架：l=25003000mm底座上立柱支点的前、后段可按前述确定顶梁长度中长度有关部分来确定。对于掩护式支架，其后段应考虑连杆机构布置。通常后段长度为10001200 mm。本支架综合考虑取l=3575mm，如图3-2： 图3-2 底座长度示意图（3）底座高度底座均为钢板焊接的箱形结构，高度h=150200mm。支撑式支架的底座箱体高度与支架结构高度有关。一般可取h=400600mm，掩护式支架底座后部结构与高度按连杆布置要求来定。本支架取h=300mm。3.3 立柱立柱是支架最重要的承压构件，直接影响液压支架的性能。它长期处于高压受力状态，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。本支架采用新型悬浮式立柱，该立柱采用了密封胀紧原理，活塞处密封结构简单，并且宽度和高度较小，有利于增大行程等。克服了现有立柱的诸多弊病，具有结构工艺简单、工作行程大、使用范围大、稳定性安全系数大、操作安全可靠等特点。3.4 掩护梁掩护梁的结构形式为整体直线形，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。活动侧护板装在掩护梁的两侧。该掩护梁整体性好，结构强度高，加工简单且工艺性好，利于矸石滑落。3.5 前后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、水平作用力和保持支架稳定。目前，在掩护型支架中，均采用连杆作为掩护梁与底座之间的连接装置，掩护梁、前连杆和后连杆在底座上的铰点构成双铰式四杆机构，以保证在支架升降过程中前铰点轨迹的直线性，即保持基本恒定的梁端距，因此，掩护梁的长度和倾角必须根据支架四杆机构的要求来确定。本次设计中，前连杆采用分体式结构形式，是由钢板焊接而成的箱形结构件，尺寸较小、加工运输简单、稳定性较好。两根前连杆对称布置，提高掩护梁的掩护性能，改善掩护梁的受力状况，如图3-3所示。后连杆采用整体式结构形式，也是由钢板焊接而成的箱形结构件，尺寸偏大，加工运输较困难，稳定性很好，可增加侧向稳定性与挡矸性能，如图3-4所示。图3-3 前连杆结构外形另外，在两根前连杆与底座铰接耳座之间，安装有操纵阀组。把液控阀组倒置安装在一个箱形结构中，其上有指示灯提示每一操纵阀所处位置。液控阀组的操纵手把设计成前、后方向操作，易于施力和防尘，便于工人操作。3.6 液压支架的辅助装置图3-4 后连杆的结构外形液压支架的辅助装置包括工作面煤壁的推移装置、护帮装置、挡矸装置和防倒防滑装置等。3.6.1 推移装置液压支架推移装置是保证支架正常推刮板输送机和拉架，实现工作面正常循环的重要装置。在设计支架时，应根据支架结构和配套要求合理选择推移装置的形式，并充