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低位 放顶煤 液压 支架 设计 全套 cad 图纸 毕业论文 答辩 优秀 优良

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第 1 页 共 87 页- 1 -目目 录录前 言1一、 绪论21.1 液压支架的作用及发展历史 21.1.1 液压支架的应用及意义 21.1.2 国外放顶煤液压支架 21.1.3 液压支架的发展动向 31.2 设计目的 41.3 设计要求 41.4 放顶煤液压支架的分类 51.5 低位放顶煤液压支架的特点 51.6 低位放顶煤液压支架的适应性 71.7 低位放顶煤液压支架的主要结构 71.7.1 低位放项煤支架主要部件设计要求 81.7.2 前粱的设计 91.7.2 顶粱的设计 101.7.4 掩护梁的设计111.7.5 底座的设计121.7.6 四连杆机构的连杆设计141.7.7 推移机构的设计151.7.8 放煤口及放煤机构的设计16二、 液压支架的结构设计182.1 液压支架的选型182.1.1 液压支架结构类型的优选182.1.2 液压支架的架形选择原则 192.1.3 影响架形选择的因素 202.2 主要设计参数212.3 液压支架的结构设计 232.3.1 液压支架主要结构参数和形式的确定232.3.2 液压支架的总体布置292.3.3 支架的主要结构302.3.4 主要参数的确定342.4 拟定液压系统 39三、 支架的强度计算42 第 2 页 共 87 页- 2 -3.1 支架的工作状态 423.2 支架载荷的确定 423.3 支架受力分析 433.3.1 各主要参数的影响463.3.2 各主要部件的强度校核483.4 支架受力的影响因素 663.5 强度条件 67四、 液压支架的使用操作及维护 624.1 液压支架操作 694.2 液压支架操作维护要求 644.3 液压支架操作管理事项 70五、 液压支架常见故障及其排除 725.1 结构件和连接销轴 725.2 液压系统及液压元件 725.3 支架在操作和支护过程中的故障 73结 论75致 谢76参考书目77附 录78支撑掩护式液压支架支撑掩护式液压支架中文摘要中文摘要现代煤矿高效工作面的关键设备液压支架 ,是煤矿实现采煤、运输和支护等所有工序全部机械化的重要环节。支撑掩护式支架是以支撑为主 ,掩护为辅的液压支架 ,用来控制采场顶板下沉断裂及冒落 ,保证控顶距内顶板完整和必要的回采空间。对支撑掩护式液压支架的结构特点及合理应用等进行了简要介绍。为保证支架的合理工作状态 ,应尽量缩短降架时间 ,快速移架 ,及时支护 ,并保持足够的支架初撑力在详细分析液压支架初撑力与直接顶相互作用机理的基础上,对支架合理初撑力的确定进行了分析研究,并提出了合理支架初撑力的确定方法。 第 3 页 共 87 页- 3 -关键词关键词：液压支架 支护 初撑力ABSTRACTHydraulic Supporthe hydraulic support is the key equipment in todays high production faces underground,it is importantStanding shield hydraulic support can control the subsidence,rupture and inbreak of the stope roof,and assure the integrity of the roof and necessary extraction space.The structural feature and its rational application of standing shield hydraulic are introduced in brief.According 第 4 页 共 87 页- 4 -to the paper,it is necessary to reduce the time of falling support,to move support quickly,to timber the roof in time and keep enough setting pressure. On the basis of analysis of the reciprocity mechanism of original pressure and direct roof, the author analyzes the setting methods of appropriate original pressure of powered support is put forward finally.Keywords: : hydraulic support shoring put forward finally 前前 言言毕业设计作为本科学习最重要的组成部分之一，它能提高我们发现、分析、解决问题的能力，综合检验和巩固我们所学知识，同时又是对我们大学四年所学知识的全面复习，更是向我们以后即将从事的专业性工作的正常过渡。放顶煤综采近年来在我国得到迅速的发展.放顶煤综采技术的推广使用,扩大了综合机械化开采的使用范围,简化了矿井的采掘系统和生产组织,大幅度里提高了综采工作面的劳动效率和生产,降低了煤炭的生产成本,在煤炭生产上取得了显著的技术经济效果.尽管我国在综采放顶煤技术的发展和放顶煤综采设备的研制上已取得了很大成绩,但仍然存在一些重大的技术问题没有得到切底解决,如煤炭回收率问题,工作面降、灭尘问题,采空区发火问题等,幸运的是在这次设计中我的课题就是关于煤矿采煤设备的液压支架，能更进一步的了解矿山机械。在设计过程中，得到了指导老师任保才教授的关心和大力帮助，才得以顺利完成，在此表示衷心的感谢。同时，此设计有的内容尚需进一步在实践中验证，加之本人水平所限，设计中有不足之处，敬请指导老师批评指正。 2006 年 6 月 第 5 页 共 87 页- 5 -一、绪一、绪 论论1.11.1 液压支架的作用及发展历史液压支架的作用及发展历史1.1.11.1.1 液压支架的应用及意义液压支架的应用及意义随着工业技术的不断发展，国民经济对煤炭需要量的日益增加，煤矿开采，特别是采煤工作免得生产技术面貌发生了巨大的变化。自 1954 年英国装备了世界上第一个液压支架工作满开始，采煤技术实现了综合机械化。综合机械化采煤，就是工作面采煤，运输和支护三大主要生产环节都实现机械化。也就是说，采用滚筒式或刨削式等采煤机械落煤与装煤；工作面重型可弯曲运输机，以及与之适应的顺槽转载机和可伸缩皮带运输机等运煤；自移式液压支架支护和管理顶板。这几种设备相互配合，组成了综合机械化采煤设备。液压支架是以高压液体为动力，由若干液压元件（油缸和滑件）与一些金属结构件组合而成的一种支撑和控制顶板的采煤工作面设备，能实现支撑，降落移架和推移运输机等一整套工序。液压支架技术上先进，经济上合理，安全上可靠，当前世界各国都在不断地提高采煤工作面的综合机械化水平。我国于 1964 年开始研制液压支架，已先后试制了 MZ-1928 型,TZ 型,BZZC 型,WKM-400 型,DM-400 型,YZ 型,ZYZ 型,ZY 型等多种形式的液压支架，并在开滦，大同，阳泉，鹤壁，徐州，铜川，义马，淮北等局矿进行了试验和使用，取得了较好的效果。1974 年以来，从西德，英国，前苏联和波兰等国引进了许多不同类型的液压支架。实践证明， 第 6 页 共 87 页- 6 -液压支架具有强度高，支护性能好，移设速度快，安全可靠等优点，能使采煤工作面达到高产量，高回采率和高工效，能大大减轻劳动强度，降低成本和掘进率，实现安全生产。1.1.21.1.2 国外放顶煤液压支架国外放顶煤液压支架放顶煤综采能否成功还取决于能否针对具体的使用条件进行放顶煤液压支架的合理选型和设计。一般说来，它要满足对顶煤具有良好的支护效果，同时还要满足顺利放煤，运煤，行人，通风，移架和对采煤工作干扰小等一系列要求。国外的放顶煤液压支架发展较早。法国 60 年代初就成批生产放顶煤液压支架。现将各主要放顶煤液压支架生产国家研制，生产，使用的放顶煤支架及其主要特点做一简要介绍。法国放顶煤液压支架法国放顶煤液压支架；法国主要生产放顶煤液压支架的为玛雷尔公司。其生产的第一代放顶煤液压支架是带香蕉尾架的支撑掩护式支架。由于第一代香蕉尾梁式支架存在工人在尾梁处放煤不安全；处理大块煤困难；顶 Kn/架煤排放无法有效控制等，常造成压死输送机的现象。而且，该支架工作阻力也较低，仅 1500。第二代放顶煤支架按照此基础上作了较大的改进，基本避免了这些缺陷。工作阻力增加到 3000-4000 Kn/架。支架间安设防到防滑千斤顶，使支架可以在倾角 30 度的工作面使用。扩大了支架啊的使用范围。英国放顶煤液压支架英国放顶煤液压支架；英国生产放顶煤液压支架的主要有道梯公司和伽力克公司。英国 70 年代才开始研制放顶煤液压支架。由于英国国内吧不采用放顶煤开采，其生产的放顶煤液压支架主要用于出口。支架的主要特点为：放煤门面积大，便于顶煤垮落进入后部输送机；采用四连杆机构，顶梁对顶板的接触及支架稳定性较好，后输送机置于支架加长底座上。利用工作面输送机的移溜千斤顶回液进入后部立柱，使后输送机相对与支架向后推出，而放顶煤位置不变。德国放顶煤液压支架德国放顶煤液压支架：德国 70 年代末 80 年代初开始生产放顶煤液压支架。有代表性的支架为 bs2.2 型插板式支撑掩护式放顶煤液压支架，最大的特点是可吸收放顶煤时产生的水平推力。如果需要打眼放炮松动顶煤，支架上备有安装钻机的位置。顶梁上还有小孔，可让钻杆通过。这种支架爱可用于煤层厚度为 520m 的各种放顶煤综采工作面。 第 7 页 共 87 页- 7 -加长的底座即可让后部输送机置于地板上，又可在移溜时将其拉到支架底座上。前苏联放顶煤液压支架前苏联放顶煤液压支架：前苏联研制并投入使用的放顶煤液压支架主要有 KM-81V型，KM-81V 型，KTy 型和 KAM-1C 型。KM-81 型放顶煤液压支架为提腿迈步液压支架，该支架的移架动力在支架的顶梁上。支架掩护梁上有一组千斤顶支撑并可伸缩，放煤插板采用液压伸缩。支架后部配有专用放顶煤输送机。1.1.31.1.3 液压支架的发展动向液压支架的发展动向近几年来，为适应采煤综合机械化的发展需要，液压支架获得了迅速的发展，出现了很多类型，据统计，它的结构形式已达数百种。在缓斜薄及中厚煤层中，液压支架一获得广泛应用，但是由于煤层储存条件复杂，支架的结构还不够完善，设备需要管理和操作经验，所以液压支架的使用仍受到限制。为了改进之间的支护性能，提高它对不同矿山条件的适应性，扩大适用范围，延长使用寿命，目前液压支架哟下列及方面的发展动向：1. 大力发展掩护式和支撑掩护式支架，对其他形式的支架，应用逐渐减少。2. 液压支架的进一步发展，是着重解决扩大使用范围的问题。目前，各国正在研制大倾角，大采高。大截深和薄煤层支架，并使支架和采煤机更好的配合。3. 采用高压乳化液泵，以提高支架的初撑力，很多国家使用的泵站压力已达到400MPa 以上。4. 为了简化支架管路系统和便于安全操作，开始采用“多芯管”先导式邻架控制的操纵方式。5. 为加快支架移设速度，进一步改善操作条件，支架控制正在向自动控制方式发展。目前，分组程序控制一开始使用，全工作面的自动控制还处于研究阶段。1.21.2 设计目的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要，必须大量生产综合机械化采煤机械设备，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， 第 8 页 共 87 页- 8 -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底板条件、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。由于液压支架是必不可少的一个环节。1.31.3 设计要求设计要求 （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承力和工作阻力,以便有效的控制顶板,保证其合理的下沉量。 （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 100150KN,中厚煤层一般为 150250KN,厚煤层一般为300400KN。 (3) 防煤性能要好。 (4) 排煤性能要好。 (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) 调节范围要大,照明和通讯方便。 (8) 支架要求有足够的刚度,能够承受一定的不均衡载荷和冲击载荷。 (9) 支架稳定性要好,底座最大比压小于规定值，要易于拆卸,结构简单。 (10) 在满足强度条件下,尽可能减轻支架重量，液压元件要可靠。 (11) 要易于拆卸，结构要简单。 (12) 液压元件要可靠。1.41.4 放顶煤液压支架的分类放顶煤液压支架的分类按与液压支架配套的柏送机的台数，放顶煤油压支架可分类如下按放煤口位置，放顶煤液压支架可分类如下： 第 9 页 共 87 页- 9 -插板式单输送机不插板式前四连杆式插板式放顶煤液压支架后四连杆式双输送机单铰接式开天窗式四连杆式高位单输送机开天窗式放顶煤液压支架中位双输送机开天窗式低位双输送机插板式1.51.5 低位放顶煤液压支架的特点低位放顶煤液压支架的特点 这是一种双输送机运煤、在掩护梁后部铰接一个带有插板的尾梁、低位放煤的支撑掩护式液压支架。这类支架有一个可以上下摆动的尾梁(摆动幅度在 450左右)，用以松动顶煤，并维持一个落煤空间。尾梁中间有一个液压控制的放煤插板，用于放煤和破碎大块煤，具有连续的放煤口。已投入使用的低位放顶煤掖压文架，前四连杆式的有 FY280l 428 型，后四连杆式的有 ZFP 52001732 型。这类支架由于具有许多特点，并且不断改进，适应性增强，具有良好的推广前景，其主要特点如下： (1)由于具有连续的放煤口，放煤效果好，没有脊背煤损失，回收率高。 (2)和其他支架相比，从煤壁到放煤口的距离最长，经过顶梁的反复支撑和在掩护粱上方的垮落，使顶煤破碎较充分，对放煤极为有利。 (3)后输送机沿底板布置，浮煤容易排出，移架轻快，同时尾梁插板可以切断大块煤，使放煤口不易堵塞。 (4)低位放煤使煤尘减少。 (5)前四连杆低位放顶煤液压支架的抗扭及抗偏截能力差，支架的稳定性较差。 (5)尾梁摆动力和向上的摆角较小，破煤和松动顶煤的能力差。 这类支架的原始形式是前四连杆式，在矿区较小的急斜水平分段开采时比较适应，使这种架型在缓斜长壁工作面中发挥其优势，几年来作了如下的探索： 第 10 页 共 87 页- 10 - (1)把四连杆的上联接位置由顶梁上改在掩护梁上，使支架底部和上部的连接位置更接近扭转力矩的作用点，增加了支架强度，减少了支架的损坏，形成了目前在缓斜工作面大量使用的后四这杆式低位放顶煤液压支架。 (2)大幅度加强前四连杆本身以及它与顶梁、底座的联接强度， 这种作法增加了支架的重量，有的重达 20t 以上，但设计时容易实现加大后部运输空间和增加破煤能力。 (3)增大后部空间和尾梁向上摆动的力，使其在较硬煤层中使用时也可让顶煤顺利放落和运出，如 ZFPS52001732 型支架尾梁端部向上摆动力可达到 500kN，使用效果良好。 (4)后四连杆前连杆设计为 Y 型，后连杆设计为 I 型，增大了支架的、后人行道的宽度并加大了后部的人员工作与维护空间。 (5)把后输送机千斤顶耳座与底座的联接改为活联接，改善了运输状况。在后输送机与千斤顶之间增加了结构件推杆，以避免后输送机与千斤顶活塞杆弯曲并防止输送机和支架下滑。 前四连杆式支架和后四连杆式支架相比后部空间较大，且重量也轻。1.61.6 低位放顶煤液压支架的适应性低位放顶煤液压支架的适应性 前四连杆式支架在急斜水平分段放顶煤综采中取得成功，如对四连杆及有关联接件再进一步增加强度，成为定型设备，可以不考虑在急斜条件下使用后四连杆式支架。 缓斜中硬难放煤层在选型时考虑到低位放顶煤液压支架的强度低，又无成功的实例，往往选用中位放顶煤液压支架，但受到放煤口的限制，实际上也未能很好解决其放煤问题。仔细研究各类放煤支架，就会发现，只有前四连秆式支架具备大幅度摆动掩护梁破煤的条件。有的低位放顶煤液压支架采取强化四连杆及联接销铀，把摆动掩护梁的千斤顶一端布置在底座上，而不是布置在顶梁上，尽管这种架型尚无满意的效果，但这种探索无疑是很有意义的。 后四连杆式支架在煤层硬度系数 f2 左右，层节理比较发育的缓斜厚煤层中使用取得很大成功，如在潞安矿务局五阳煤矿、王庄煤矿和兖州矿务局兴隆庄煤矿、鲍店煤矿。这种架型与设计先进的过渡支架配合使用，创出了新水乎，被广泛推广使用。如石炭井 第 11 页 共 87 页- 11 -矿务局乌兰矿将这种支架与过渡支架、端头支架配套使用，在倾角为 240的工作面上取得了成功。由此表明了后四连杆式放顶煤液压支架在缓斜中硬煤层和倾斜厚煤层中均有良好的适应性和使用前景。几种低位放顶煤液压支架的技术特征见表 11 表表 1 11 1 郑州煤机厂主要低位放顶煤液压支架技术特征郑州煤机厂主要低位放顶煤液压支架技术特征 1.71.7 低位放顶煤液压支架的主要结构低位放顶煤液压支架的主要结构 低位放顶煤支架的设计要充分依据煤层的赋存条件，顶、底板状况，矿压大小，工作面倾角，及煤层厚度、层理裂隙发育情况、硬度和开采方法等，支架总体技术参数的确定应满足： (1)工作阻力、支护强度的要求 (2)稳定性要好，抗扭能力强， (3)顶梁、掩护梁以至尾梁密封性 (4)拉架力大，走得动； (5)能放煤，出煤易控制， (6)液压系统简单合理； (7)喷雾降尘装置可靠实用。 这样在设计支架各个部件时，不仅要满足强度要求，还要总体性能好。 低位放顶煤支架的主要结构有前梁(伸缩式或挑梁式)、顶梁、掩护粱、尾梁、前连 第 12 页 共 87 页- 12 -杆、后连杆、底座推移装置、立柱及各种千斤顶、液压控制系统等组成。 1.7.11.7.1 低位放项煤支架主要部件设计要求低位放项煤支架主要部件设计要求 各部件设计要满足总体配套的要求，就是应满足采煤机，双输送机和支架配套的空间要求支架前部能及时支护，后部便于放顶煤；应有喷雾降尘装置，为防止煤的自燃发火应安装必要的辅助装置。同时对支架本身应采用后四连杆机构，保证支架稳定，放煤增设摆动伸缩式尾梁，以调整工作空间和放煤口大小，改善掩护梁受力状况；应使顶粱(包括前梁)校长，以利顶煤在矿压作用下能较好的被压碎。 各部件设计的基本要求； 1)四连杆机构应进行优化设计，使支架梁端距变化小，支架受力状态最佳，结构上既满足工作空间要求，又能承受足够的纵向、横向力及扭矩。 2)前梁无论是伸缩式或是挑梁式，都应能及时支护顶板。前梁由前梁千斤顶控制，可上 下摆动 150，与顶板保持良好的接触，维护机道上方顶板。伸缩梁靠伸缩千斤顶和前梁作相对滑移，用以及时支护新暴露的顶板。挑梁是和前梁铰接的可翻转支护板，由防片帮千斤顶控制，可及时支护，并超过水平线上挑 3050，拉架时收回，还可在移架后支护煤壁，以防止片帮。 3)顶梁。顶梁是支架主要承受顶板压力的部件，并起切顶作用。它可多次反复支撑顶煤，以利于放煤。顶梁装有侧护板，活动侧装有千斤顶和弹簧，防止架间漏煤、矸及调节支架间距。若四连杆机构与顶梁铰接，要有可靠的铰接支座。 4)掩护梁。它用于承受部分煤、矸载荷，防止其窜入后输送机的工作空间，保证支架、后输送机正常运行。根据不同的支架类型，掩护梁有伸缩插板式和在下端饺接一伸缩尾梁式，它装有侧护板作用与顶梁侧护板同。掩护梁受扭力和横向载荷力大，是十分重要的部件。 第 13 页 共 87 页- 13 - 5)底座。其作用是将支架承受的顶板压力和侧向力传至底板。它既要有足够的强度和刚度，又应满足底板比压不超限。保证支架整体稳定性的关键是在底座上铰接四连杆机构，在底座中间设置有推移装置，侧面设置拉后输送机的千斤顶和推移杆。 6)推移装置。此机构关系到支架能否正常推移，由千斤顶和推移杆组成。推移杆结构有长推杆或是由两部分短推移杆组成。 7)尾梁。四连杆机构与掩护梁铰接的支架，在掩护梁下铰接一可转动的伸缩插板尾梁，用以放煤、保证过煤高度及维护工作空间。对于大块煤可利用插板进行破碎。尾梁装有侧护板，作用与顶梁、掩护梁的侧护板相同。 8)液压控制系统及立柱、千斤顶。液压系统由各液压件、管路系统组成，它应保证立柱、千斤顶完成支架要求的各种性能，并达到设计技术参数。1.7.21.7.2 前粱的设计前粱的设计 （1） 伸缩式前梁(图 11) 图图 1 11 1 伸缩式前梁伸缩式前梁 伸缩式前梁在顶梁前部铰接，由前梁体和伸缩梁组成，均是结构件。其强度应根据前梁千斤顶的工作阻力来确定，伸缩梁可伸出 600mm。按伸缩千斤顶的安装位置可分为埋入式和外装式但不论何种，伸缩梁和前梁梁体间导向结构应简单，运行可靠，不能造成别卡现象，其端部承载力在未伸出时一股为 100 一 160kN。 （2） 挑梁式前梁(图12） 第 14 页 共 87 页- 14 - 图图 1 12 2 挑梁式前架挑梁式前架 挑梁式前梁由前梁和挑梁组成，均为钢板焊成的箱式结构件，前梁前部与跳梁铰接，并设有与前梁千斤顶，防片帮千斤顶铰接的耳座。强度设计按前梁千斤顶的工作阻力来计算，前梁前端承载力 l00 一 180kN，前梁下部有起吊孔，以使用于维修输送机等工作。挑梁由防片帮千斤顶控制转动，可及时支护顶板，采煤机通过前收回挑梁，应在强度、结构允许的条件下，力求减少前梁和挑梁的总高，一般宜小于 400mm，不应超过 450mm，以免影响采煤机通过。 前梁一般前窄后宽，没有侧护板，但遇到软煤或顶煤稳定性差，也可设计成具有侧护板，用弹簧、千斤顶控制，解决断面控顶和粉尘问题，如 ZFSB3200/16/28 型放顶煤支架的前梁就是这样的（图 1-3） 。 图图 1-31-3 带测护板的前梁带测护板的前梁1.7.31.7.3 顶梁的设计顶梁的设计 (1 1）中四连杆结构的顶梁（图）中四连杆结构的顶梁（图 1-41-4） 第 15 页 共 87 页- 15 -图图 1-41-4 中四连杆的顶梁中四连杆的顶梁 顶梁前、后分别与前梁和掩护梁铰接，四个球面柱窝与立柱的活柱头相连。顶梁有铰接耳座与四连杆机构的上连杆连接，此外还设有所需千斤顶的耳座，如前梁、掩护梁千斤顶耳座。顶梁体箱式结构件的设计可根据总体受力分析，按不同支护高度时各部件最大受力值计算其强度。一般前、后柱窝断面为最危险断面，断面安全系数 n 应大于 1.1，同时要充分考虑各个铰接孔的挤压强度，以免孔受塑变拉长而损坏，特别是与上连杆铰接的耳座，一定要加大强度。 侧护板与导杆连接的结构以长方形拉板为好。板厚 20mm，可保证导杆和测护板的连接强度。(2(2） 后四连杆结构的顶梁后四连杆结构的顶梁 其结构与一般四柱支撑持护式支架相同，梁体由钢板焊成箱式结构件，设计强度要求同上，安全系数 n 大于 1.1，侧护板设计要考虑降架时不与邻架侧护板脱离接触。侧护板采用长方形拉板与导杆连接，板厚 20mm，支架工作阻力 4000kN 以上时，侧推千斤顶选取内供液式，有利于保证梁体的焊接强度。 1.7.41.7.4 掩护梁的设计掩护梁的设计 (1)中四连杆结构的掩护梁中四连杆结构的掩护梁( (图图 1-5)1-5) 图图 1-51-5 中四连杆结构的掩护梁中四连杆结构的掩护梁 掩护梁上有耳座，用以安设掩护梁摆动千斤顶，千斤顶连接在顶梁与掩护粱之间，如 FY2801428 型支架，或连接掩护梁与底座，如 FY40 0-1428 型支架。掩护梁设有侧护板，还有千斤顶控制的伸缩插板，因此掩护梁体结构复杂，是钢板焊成的箱式结构件。掩护梁受力复杂，弯扭严重，因此各断面的安全系数 n 应大于 1.3。这种支架的掩护梁长度大，插板的导向装置要可靠，它不仅要破煤还要能挡矸，掩护粱要能上下摆动， 第 16 页 共 87 页- 16 -便于放煤，其强度要大而可靠。 (2)(2)后四连杆结构的掩护梁后四连杆结构的掩护梁( (图图 1-6)1-6) 图图 1-61-6 后四连杆结构的掩护梁后四连杆结构的掩护梁 掩护梁下部与前、后连杆相连，下端与尾梁铰接，还设有尾梁千斤项的耳座。它的长度较短，约 15m，结构紧凑，并有侧护板，活动侧护板由千斤顶和弹簧控制，侧护板的横向宽度，要稍大于移架步距，这样移架时能与不动的邻架间保持封闭。掩护粱是由钢板焊成的箱体结构，因与它相连的部件较多，在结构设计时应注意互不干涉。由于掩护梁受力复杂，特别是弯扭和横向载荷，设计时各断面安全系数应大于 13；计算连结前、后连杆铰接孔时应注意挤压强度，在梁体还应设有吊装孔，以利后输送机的维护安装。 1.7.51.7.5 底座的设计底座的设计 (1) 中四连杆结构底座(图 1-7) 底座为整体式刚性底座，四连杆机构铰接在底座前部(有的铰接在中部或后部)，有四个球面柱窝与立往缸底相连，底座中间布置有推移装置，侧面有拉后输送机千斤顶固定耳座。该底座整体性强，稳定性好，与底板接触面积大，比压小。由于四连杆机构在中部连接，使底座受力状态不好。上连杆与底座的铰接座为两凸出的内主筋形成的箱体结构，应合理设计，使突变过渡处强度足够，呈圆弧状过渡，以免损坏。 第 17 页 共 87 页- 17 - 图图 1-71-7 中四连杆结构的底座中四连杆结构的底座(FY-280(FY-280 型型) )(2)后四连杯结构的底座（图后四连杯结构的底座（图 1-8)1-8) 底座为整体式刚性底座，四连杆机构铰接在底座后部，在两内主筋中间形成的较高的铰点位置，这主要是为了形成足够的后工作空间，在不影响人行通道的基础上， 图图 1-81-8 后四连杆结构的底座后四连杆结构的底座前、后连杆铰接点应尽量前移。在两内主筋间下部布置有推拉装置。有四个球面柱窝与立柱缸底相连，在底座侧面靠前位置设有拉后输送机千斤顶的可拆装固定耳座。该底座整体性强，稳定性好，比压小。 1.7.61.7.6 四连杆机构的连杆设计四连杆机构的连杆设计 第 18 页 共 87 页- 18 - (1)(1)中四连杆结构的连杆设计中四连杆结构的连杆设计 该机构由单片上连杆和两片小连杆组成(图 1-9)。所有连杆均为箱式结构件，用以克服顶板指向采空区的水乎力，增加支架稳定性；但承受横向力和扭力的性能较差，在设计时对其铰接孔的强度、挤压寿命应更加重视。两种连杆不能按常规设计，横断面应尽量加 图图 1-91-9 中四建杆结构的连杆中四建杆结构的连杆大，以提高安全系数。在以往实践中曾发生过由于连杆不能适应井下条件而造成损坏，特别是上连杆，该连杆机构加大了支架的后部工作空间。(2) 后四连杆结构的连杆设计 l)前连秆的设计为保证支架的稳定性，加大抗扭力并满足工作空间的结构要求，前连杆可设计成 Y 形，比设计成弯曲形要合理，其强度不低于两单片前连杆，它与掩护梁两处铰接，与底座一处铰接，它由两个折弯柱体焊接成一个结构件，增大连杆的抗弯、扭能力，提高稳定性。 第 19 页 共 87 页- 19 -多年实践也证明其效果良好。由于和底座为单处铰接，使工人操作及设备布置具有合适的空间，液压系统的一组操纵阀可布置在其下部，设计时要考虑不影响立柱布置。 2）后连杆的设计后连杆为单片箱形结构件。其布置在掩护梁与底座中间，与底座的铰接点离底座较高，这样可增加后工作空间；其结构简单，但设计时安全系数要加大。实践证明，使用效果很好。 1.7.71.7.7 推移机构的设计推移机构的设计 目前推移机构多采用倒拉架，长推杆(图 1-10a)或两节短推杆机构(图 1-10b)，其拉架力大。推杆都采用钢板焊接成的箱体，强度好。长推杆用在工作面倾角大的条件下，有利于防止前输送机下滑，但应注意具有足够的浮煤通道。 图图 1-101-10 推秆机构推秆机构 a长推杆；b短推杆此外还有一种直推式短程架机构(图 1-11)，这种机构的推杆可较上一种缩短近半，但相同缸径的拉架力没有倒拉架机构的大，而且对浮煤、矸的处理更加不易。 第 20 页 共 87 页- 20 - 图图 1-111-11 短框架推移机构短框架推移机构 1.7.81.7.8 放煤口及放煤机构的设计放煤口及放煤机构的设计 低位放顶煤支架的放煤口是由掩护梁和插板或层梁及其千斤顶和插板形成。不论何架型，其横向长度均为架宽，即 1500mm，纵向长度根据架型、配套设备不同而异。(1)(1)中四连杆结构的放煤机构设计中四连杆结构的放煤机构设计 这种支架的掩护梁由铰接在顶梁上的平衡千斤顶支撑或铰接在底座上的千斤顶支撑。掩护梁下部有可伸缩插板，放煤时收回插板，利用千斤顶的伸、缩，调控放煤口进行放煤，放煤后伸出插板挡住矸石流入后输送机内。这种结构能满足放煤工艺、放煤口及工作空间的要求。从支架整体设计看，其横向稳定性较差，特别是那种由底座上双千斤顶支撑掩护梁的支架，极易将千斤顶及其支座损坏。 (2)(2)后四连杆结构的放煤机构设计后四连杆结构的放煤机构设计 在该支架后部由掩护梁、前、后连杆、底座、尾梁和尾梁千斤顶形成工作空间，用以放煤和布置后输送机，由尾梁及其千斤顶组成放煤机构(图 1-12)。操纵铰接在掩护梁上的尾梁千斤或挡矸。向下转动尾梁时收回插板进行放煤，可视情况反复多次进行放煤。尾梁千斤顶为 2 个，缸径有 125、140、160mm 三种规格，可根据井下条件选用。插板千斤顶为 12 个，缸径 80mm。该架型稳定性好，利于放煤，放煤口大，操作方便。 尾梁由尾梁体、插板、插板千斤顶、侧护板及其千斤顶组成。尾梁体和插板那是由L6Mn 铜板焊成的箱体结构，由插板千斤顶操纵插板在尾梁体的铸件导软上滑动，实现伸 第 21 页 共 87 页- 21 -缩。 图图 1-121-12 后四连杆结构的放煤机构后四连杆结构的放煤机构 1-前连杆；2-底座；3-后连杆；4-掩护梁；5-尾梁；6-插板千斤顶；7-插板；8-尾梁 千斤顶；9-放煤时尾梁位置；10-后部输送机；11-尾梁结构尾梁长度的确定应满足工作空间，保证后输送机的过煤高度要求，插板千斤顶的行程应满足挡矸要求，插板应尽可能加宽，以减小架向间隙，尾梁可上摆 70一 l00，下摆 380。 第 22 页 共 87 页- 22 -二、二、 液压支架的结构设计液压支架的结构设计2.12.1 液压支架的选型液压支架的选型 2.1.12.1.1 液压支架结构类型的优选液压支架结构类型的优选根据以往液压支架设计的经验总结，考虑到不同架型和机构的支架围岩力学相互作用、支撑力矩、底板比压等特点，可以对掩护式与支撑掩护式结构进行比较。（1）液压支架的力学特征综述（见表 2-1）表表 2 21 1 不同结构液压支架的力学特征比较不同结构液压支架的力学特征比较支架型式结构特征主要力学特性支掩式二支柱掩护式支架承载力较小，底板比压均匀，主动水平力较大掩护式支顶式二柱支顶掩护式支架承载力大，稳定性好，底座尖端比压较大，对顶板的主动水平力较大，前端支撑力大支顶支掩四柱（或三柱）稳定性好，抗水平力强，比压均匀，但支柱能力利用率低四柱 X 型顶梁合力调节范围大，伸缩比大，承载力高支撑掩护式支顶式四柱支撑掩护式承载力大，切顶能力强，比压较均匀 （2）支架选型要素及简要评价。液压支架结构选型必须考虑的要素及对各类型支架的评价（见表 22）表表 2 22 2 支架类型评价（见下页）支架类型评价（见下页） 第 23 页 共 87 页- 23 -支架类型支撑式要素插底掩护式一般掩护式支撑掩护式垛式节式直接顶冒落倾向优良良差差基本顶周期来压差良优优良底板压入倾向良差优优优防煤壁片帮优良优差差通风断面差良良差差顶梁前端支撑力优良良差差顶梁后段切顶性差良优优优对顶板遮盖率优优优差差隔绝采空区能力优优优差差横向稳定性良优优差差对采高适应性良优优差差支撑效率差良优优优支护强度良良优优优支架围岩适应性对倾角适应性良优良良差2.1.2液压支架的架形选择原则液压支架的架形选择原则 在选择液压支架时既要保证对工作面顶板实现可靠的支撑，又要避免过大的设备投资，导致不必要的浪费。因此，液压支架的正确选型对于工作面经济效益关系重大。液压支架架形的选择，主要取决于液压支架的力学性能是否适用矿井的顶底板条件和其它地质条件。在同时允许选用几种架形时，应优先选用价格便宜的支架，支承式支架最便宜，其次为掩护式。支承式支架适合于稳定顶板。掩护式支架适合于中等稳定和一般破碎的顶板。支承掩护式支架适合于周期来压强烈，中等稳定和稳定顶板。在综采工作面支架选型时，还应注意下述四点原则： 第 24 页 共 87 页- 24 -(1) 对于不稳定和中等稳定顶板，应优先选用二柱掩护式支架。但在底板极松软条件下，必须严格验算并限制支架底座尖端比压，不得超过底板容许比压即极限载荷强度。在此条件下，通常应避免使用重型支架。 (2) 对于非常稳定和稳定的难垮落顶板和周期来压强烈和十分强烈的顶板，应优先考虑选取四柱支撑掩护式支架。(3) 众所周知，三点决定一个平面，由于顶板不平，四柱式支架中总有一根支柱对顶板的实际支撑力很低，因而二柱式掩护支架支撑能力利用率高于四柱式。即二柱式支架对顶板的实际支撑力高于同样名义额定阻力的四柱式支架，特别是对机道上方顶板的支护强度。（4）在不稳定顶板条件下使用四柱式支架应注意对机道上方的顶板控制，包括增加前任阻力及可伸缩前梁等。2.1.3影响架形选择的因素影响架形选择的因素液压支架的选型受到矿井的煤层、地质、技术和设备条件的限制，因此，以上因素都会影响到支架的选型。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，由表3-1-5 见综采技术手册 （上册）中直接选出架型。（1）煤层厚度 当煤层厚度超过 1.5m，顶板有侧向推力和水平推力时，应选用抗扭能力强的支架，一般不用支承式支架。 当煤层厚度达到 2.5m2.8m 以上时，需选择带有护帮装置的掩护式或支承掩护式支架。 煤层厚度变化大时，应选择调高范围较大的掩护式，带有机械加长杆或双伸缩立柱的支架。 假顶分层开采，应选用掩护式支架。（2）煤层倾角 煤层倾角25时，排头支架设防倒滑装置，工作面中部支架设底调千斤顶，工作面中部输送机设置防倒滑装置。（3）底板强度 验算比压，应使支架底座对底板的比压不超过底板允许比压。 为使移架容易，设计时要使支架底座前部比后部的比压小。(4) 瓦斯含量对瓦斯涌出量大的工作面，应符合保安规程的要求，并选用通风端面较大的支承式或支承掩护式支架。(5) 煤层硬度当煤层为软煤层时，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；硬煤层时，支架最大采高5m。(6) 地质构造 断层十分发育，煤层变化过大，顶板的允许暴露面积在 58以下时，时间在20min 以上时，暂不宜使用综采。(7) 设备成本 综合各条件，宜选用支撑掩护式支架的架形，即本人毕业设计所选择架型。2.2 主要设计参数主要设计参数 ZFS4000/14/28 型支撑掩护式液压支 顶板条件：老顶 级 直接顶 2 类 底板比压: 1.5MPa 工作阻力：4000kN 推溜力： 150KN 拉架力： 300KN 泵站压力：32MPa 第 26 页 共 87 页- 26 - 适应煤层倾角：150 支架高度：1.42.8m 支架宽度：1.43m初撑力：2508KN 支护强度：0.6560.715KN/m （在使用范围内）2采用 ZFS4000/14/28 型支撑掩护式液压支架，其工作阻力为 3921kN，初撑力2508kN，支护强度大于 656KN/m ，对底板的比压为 1.5MPa，能够满足地质条件及矿区2的要求。支架宽度为 14201590mm，中心距为 1.5m，支架最低时长 5m 左右。支架高度为 1.42.8m，满足其采高要求。考虑运输机的拉架强度，支架总量约为 11.2t。液压支架的架型选择1.确定老顶级别和直接顶类别确定老顶级别和直接顶类别（1）老顶级别的确定老顶级别按老顶来压强弱来划分。老顶来压强弱取决于冒落带岩石对采空区充满程度 N（N 为直接顶厚度 M 与采高 h 之比）老顶初次来压步距 Lp。通常按 N 和 L,把老顶分为四级见表表 2-3。老顶级别老顶级别老顶级别老顶级别老顶级别老顶来压 不明显 明显强烈极强烈指标N=360.3N35Lp=2550 0.350N0.3Lp=2550 N0.3Lp50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。老顶初次来压步距 Lp可根据现场实测或矿压显现特征确定。（2）直接顶类别按表表 24 来确定指标类别不稳定顶中等稳定顶板稳定顶板坚硬顶板 第 27 页 共 87 页- 27 -板主要指标强度指数D133.177.11212参考指标直接顶初次垮落步距 l（m）89-1819-2525无直接顶,岩层厚度在 2-5 米以上,60802.支架架型和支护强度的确定支架架型和支护强度的确定按表表 2-5 根据老顶级别和直接顶类别来确定支架架型,再根据老顶级别和采高确定支架强度.支护强度被定义为单位支护面积的支护阻力.老顶级别直接顶级别12312312344液压支架架型掩护掩护支撑掩护掩护和支撑支撑支掩支掩掩护和支撑掩护和支撑支撑或支掩液压支架支护强度kN/m2采高 1m采高 2m采高 3m采高 4m294343（245）441（343）539（441）1.32941.3343(245)1.3441(343)1.3539(441)1.62941.63431.64411.65392294234324412539应结合深孔爆破,软化顶板等措施处理采空区2.32.3 液压支架的结构设计液压支架的结构设计2.3.12.3.1 液压支架主要结构参数和形式的确定液压支架主要结构参数和形式的确定 第 28 页 共 87 页- 28 - 1. 支架高度的确定支架高度的确定一般应首先确定支架适用煤层的平均采高，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HM十(200400)mmmaxmaxH=M-(500400)mmminminH支架最大高度(mm)；maxH支架最小高度(mm)；minM最大采高(mm)；maxM最小采高(mm)minMKMmax1SCM=KMmin2SC式中 M 煤层平均厚度；CK、K煤层厚度上、下波动系数，一般取1S2SK1113，K08090。1S2S对于中厚煤层支架，按下式确定支架高度，即： HM(200300)maxmax HM(300400)minmin 对于薄煤层支架，则按下式确定支架高度，即 HM(100200)maxmax HM(150250)minmin 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，支架适用范围越广调高范围给支架结构设计造成困难，可靠性降低。支架最大高度和最小高度取值应符合表 23 支架高度系列单位（）表表 2 26 6 支撑掩护式液压支架高度系列表支撑掩护式液压支架高度系列表 第 29 页 共 87 页- 29 -H HmaxH HminH HmaxH Hmin1.01.00.50.53.13.11.61.61.11.10.550.553.23.21.71.71.21.20.60.63.33.31.81.81.31.30.650.653.53.51.91.91.41.40.70.73.83.82.02.01.51.50.750.754.04.02.12.11.61.60.80.84.24.22.22.2 1.71.70.90.94.54.52.32.31.81.81.01.04.74.72.42.42.02.01.11.15.05.02.52.52.22.21.21.25.35.32.62.62.52.51.31.35.55.52.72.72.82.81.41.46.06.02.82.83.03.01.51.5综合以上分析我们在设计过程中取 H2800mm，H=1400mm。maxmin2.支架伸缩比支架伸缩比支架的伸缩比指其最大与最小高度之比 M= H/ H=2maxmin(2) 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。目前国内外液压支架中心距大部分采用15m。大采高支架为促高稳定性中心距可采用 175m，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 1.25。支架宽度是指顶梁的最小和最大宽度。宽度的确定应考虑支架的运输安装和调高要求。支架顶梁一般装有活动侧护板一般形成 170200mm。当支架中心距为 1.5时，最小宽度一般 14001430mm，最大宽度一般 15701600mm。当支架中心距为 1.75时，最 第 30 页 共 87 页- 30 -小宽度一般 16501680mm，最大宽度一般 18501880mm。当支架中心距为 1.25时，如果带有活动侧护板，最小宽度一般 11501180mm，最大宽度一般 13201350mm；如果不带活动侧护板，则宽度一般取 11501200mm。综合以上分析我们在设计过程中取中心距 1.5m 宽度取 1.43m3. 支架间距支架间距 所谓支架间距，就是相邻两架中心间的距离，按如下公式计算：b = B + nC 式中 b:支架间距 B:每架支架顶梁总宽度 C:向邻支架顶梁间的间隙 n:每架所包含的组架或框架数，总体自移式支架 n1，整体逐步式支架n2，节式组合迈步支架 n支架节数。支架间距 b 主要根据支架形式，但目前主要根据刮板运输机油槽节长度及槽帮上千斤顶连接的位置来确定，目前我国刮板运输机油槽每节长度为 1.5m,千斤顶连接位置在刮板槽中间，所以除节式和迈步式支架外，支架间距一般为 1.5m，此处恰取 1500mm。4、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、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 35 佰的移架步距(一个移架步距为 o6m)，即 21m左右；支撑掩护式支架的底座长度取 4 倍的移架步距，即 24m 左右。 5. 顶梁尺寸顶梁尺寸 顶梁长度顶梁长度受支架型式、配套采煤机截深(滚筒宽度)、刮板输送机尺寸、配套关系及立柱缸径、通道要求、底座长度、支护方式等因素的制约。 减小顶梁长度，有利于减小拧顶面积，增大支护强度。减少顶板反复支护次数，保 第 31 页 共 87 页- 31 -持支架结构紧凑，减轻重量。掩护式支架，由于一般用于破碎顶板，应将顶板长加以控制，使空顶区范围内的重复支承次数不超过 45 次，顶梁长度为 1.52.5m,最大 3m。可用公式如下:顶梁长度配套尺寸底座尺寸Acos-Gcos+300+e11P式中： 配套尺寸6003927303502072mmA:完全伸出的摆杆千斤顶长度（mm）G:顶梁与掩护梁铰接处到掩护梁与摆杆千斤顶铰接处的距离（mm）e:支架由高到低顶梁前端最大位移量（mm）、：支架在最高位置时，分别为后连杆与水平面及掩护梁与水平面的夹角71，11P1351P按条件取底座长度大约为 2.4m顶梁长度 L=2072mm+2400mm+1968.3mmcos711091mmcos35+300mm+30mm =3889.1mm取整得 L3890mm 顶梁宽度顶梁宽度根据支架间距和架形来定，架间间隙为 0.2m 左右。其中宽面顶梁一般为1.41.59m,节式支架一般为 0.40.6m,此处取 1430mm。 顶板覆盖率 = 100()()Bllc Bj式中 B:顶梁的宽度() l:支架顶梁长度 (m) :支架间距 (m) 第 32 页 共 87 页- 32 -对破碎机顶板：覆盖率 s 值应达到 8595，故掩护式支架装可移动侧护板，以维护架间的间隙，中等稳定顶板覆盖率 值为 7585，稳定侧护板覆盖率为6070。支架控顶距 L 为支架顶梁长度加顶梁前端与煤壁间距。次处 =(3890 1430)/(3890+300)(1430+200)=816. 立柱布置立柱布置 立柱数此支撑掩护式支架为四柱 支承方式此处掩护式支架采用倾斜布置，这样可以克服一部分水平力，并能提高范围。一般立柱与顶梁夹角小于 30，前排立柱与竖直平面的夹角小于，后排立柱与垂直平面的7夹角小于。3 立柱间距立柱间距的选择原则为有利于工作部件合理布置的情况下，采用较小的柱间距，立柱间距小，可减小控顶距，但工人行走不便。其余主要尺寸见下图所示： 第 33 页 共 87 页- 33 -图图 2-1图图22支架主要尺寸支架主要尺寸2.3.22.3.2 液压支架的总体布置液压支架的总体布置（1） 支架整体机构尺寸的确定 按照以前的支架设计经验,确定支架底座长度 l=2400mm。 按确定四连杆机构尺寸的方法,确定四连杆及掩护梁。 根据工作方式及设备配套尺寸确定顶梁长度 l=5209mm。 确定立柱布置确定立柱布置可以用类比法,其确定原则考虑支架的稳定性及支架的合力作用位置综合进行考虑,我们知道,作用位置超前易产生啃底现象,所以一般尽量使合力位置向后移。a1a2 第 34 页 共 87 页- 34 -支架顶梁只支承两柱时,上柱窝位置在顶梁后部,一般顶梁前端与后端之比为 2.22.4:1此处取 2.3:1,而下柱窝的位置根据立柱的角度来定。一般掩护式支架的立柱与底座垂线的夹角为 q,小于 30。(2) 侧护板尺寸的确定 顶梁侧护板侧向宽度,按支升降高度和移架步距来定。即考虑到一架升起,另一架降柱时,要保证两侧护板不离开,同时考虑到支架降柱后要前移,为防止顶梁后部侧护板离开,所以顶梁侧护板要加宽,加宽的宽度为顶梁后部起大于一个步距,即大于 600。 掩护梁侧护板的侧向宽度,主要考虑移架步距,一般比一个步距大 100mm,即侧护板宽度大于 700mm,当一架固定另一架前移时,两架支架之间能封闭.同时又考虑到降架前移时,原不动支架的掩护梁的侧护板不至于离开,所以掩护梁侧护板下部要加宽。 顶梁与掩护梁侧护板的上部宽度,与活动侧护板行程有关. 顶梁和掩护梁的连接部位及侧护板在次的连接部位,在考虑动作可靠的情况下,尽量减小间隙,加强密封性。2.3.32.3.3支架的主要结构支架的主要结构(1) 前梁前梁前梁为一钢板焊接件，它可以向上摆动 15，向下摆动 15，从而改善了前梁与顶板的接触状况。采高大于 2.5m 的支架，为了防止煤壁片帮和房子煤壁向人行道一侧片落，保护人的安全，一般要采用护帮装置。本支架采用四连杆回转式护帮装置，该装置由长杆、短杆、护帮板和前梁组成四连杆机构，能使护帮板回转 180，支护顶板时的支撑力能达到1020kN。其缺点是结构比较复杂。(2) 主顶梁主顶梁顶梁用于支撑维护控顶区的顶板，承受顶板压力，将顶板载荷通过立柱、掩护梁、前后连杆经底座传到底板。 第 35 页 共 87 页- 35 -图图2-32-3顶梁筋板焊接方式顶梁筋板焊接方式这里采用前后铰接式顶梁。整个顶梁分前梁和主顶梁两部分。前梁由前梁千斤顶支撑，对顶板的适应性较好。铰接前梁端部的支撑力决定于前梁千斤顶的支撑力矩。一般梁的支撑力，未伸出前为 100160kN。主顶梁为焊接箱式结构。中间以两根主骨架为主体，在主骨中焊接四个柱窝。在顶梁两侧装有侧护板，根据工作面方向不同可使一侧固定，另一侧活动。要使侧护板固定，只要把弹簧套筒收回，用销子销在销孔中。为了防止销子脱出，用挡板固定。如果销不住，侧护板就在弹簧作用下伸出。顶板采用的钢板厚度为 30mm，筋板厚度为 30mm。(3) 掩护梁掩护梁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。还承受对支架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。掩护梁为款面板式箱形结构件。焊接方式与顶梁相似，掩护梁上铰接座与顶梁铰接，下端通过前、后连杆与底座铰接。掩护梁上的侧护板的装配方式与顶梁相同。(4) 底座底座底座为支架的其它结构件和工作机构提供安设的基础，与前、后连杆和掩护梁一起组成四连杆机构，将立柱和前、后连杆传递的顶板压力传给底板。本底座是由钢板焊接成的箱形整体结构。在底座前端中间焊接有过桥它可以起到对底座的加强作用，另外还要用于固定推移千斤顶，将其一端固定在底座上。除了满足一定的刚度和强度外，对底板不平的适应性要强，对底板的接触比压要小；有足够的空间安装立柱液压控制装置，推移装置和其它辅助装置；便于人员操作行走，起一定的挡煤作用，考虑排煤能力，有一定的重量，以保证支架的稳定性能等。采用整体式底座：这种底座是用钢板焊接成的箱式结构，整体性强，稳定性好，强度高，不易变形，与底板 第 36 页 共 87 页- 36 -接触面积大，比压小，底座的前端做成滑靴形，以减小支架的移动阻力，同时底座后部重量大于前部避免移架时底座啃底，底座与立柱之间连接处用铸刚球面柱窝接触，以免因立柱偏斜受偏载，并用限位板和销柱限位，防止立柱脱出柱窝。在整体式底座后部中间底板去掉一块，增加底座后部比压，同时有利排煤。(5) 立柱立柱该立柱为一单伸缩双作用油缸，为了适应顶底板的变化和改善其受力状况，立柱两端均采用球面结构，以便更好地承受顶板压力。为了补充立柱液压行程的不足，加设有机械加长段。在煤层厚度变化不大的工作面，可在安装时一次将加长杆调节到所需要的高度，在回采工作中可不再调节加长杆的长度。加长杆的调节长度为 900mm，分 3 挡，每挡 300mm。加长杆的拉出办法： 根据采高的要求首先确定加长杆所需伸出的长度，然后把操纵阀打到升柱位置，伸出长度稍大于所需长度； 用单体支柱或圆木撑住顶梁； 拆卸开口销、销轴、挡套和卡环； 把操纵阀打到降柱的位置，使立柱下降，加长杆即可伸出，直到所需要的高度； 装上卡环、挡套和销轴及开口销。 缩短加长杆的方法： 决定了缩短加长杆的数值以后，调节活柱高度，使加长杆的销轴中心高于导向套顶端的距离； 用单体支柱或圆木撑住梁顶； 拆除开口销、销轴、挡套和卡环、 伸出活柱，使加长杆缩进活柱套管，直到所需的高度； 装上卡环、挡套、销轴和开口销。 第 37 页 共 87 页- 37 -图图24 带机械加长的双作用单伸缩立柱带机械加长的双作用单伸缩立柱1机械加长段；2卡环；3挡套；4开口销；5活柱；6 缸体； 7活塞；图图2 25(a)5(a) 立柱的缸口结构立柱的缸口结构1橡胶防尘圈；2导向环；3挡圈；4蕾型圈；5、6O 型圈和挡圈；7方形钢丝图图2 25 5（b b）立柱活塞部分结构立柱活塞部分结构1活柱；2限位套；3活塞头；4导向环；5鼓形密封圈；6内卡键； 第 38 页 共 87 页- 38 -7外卡键；8卡箍；(6)千斤顶千斤顶 在 ZFS4000/14/28 型液压支架上有推移千斤顶、护帮千斤顶、侧推千斤顶、前梁千斤顶等。都是采用外供液固定活塞式千斤顶。图图2 26 6推移千斤顶结构图推移千斤顶结构图1活塞杆；2防尘圈；3钢丝挡体；4蕾型圈；5、6O 型圈、挡圈；7管接头；8活塞头；9O 型圈；10蕾型密封圈；11挡圈；12压紧帽；13缸体2.3.7 主要参数的确定主要参数的确定1支护面积：支架得支护面积按如下进行计算 Fc = B(L + m) Fc： 支护面积（）L： 顶梁长度（m）m: 移架后顶梁前端至煤壁的距离，一般 m=284mm则 Fc1430（3890300）Fc5.99 第 39 页 共 87 页- 39 -5991700mm25.992支护强度 支护强度是指支架对单位面积顶板提供的工作阻力，按下式计算：q=()SPnmPKLLL式中 P立柱总工作阻力(N)； K 支护效率；S L支架中心距(mm)；P L 梁端距(mm)；n L顶梁长度(mm)。m K 按下式计算：SK =SQPQ支架对顶板的垂直作用合力支撑式支架 K 1；支撑掩护式支架一般为 K 0.81.1；SS支顶掩护式支架一般为 K 0.70.98；支掩掩护式支架一般 KS0.50.8；S3. 底板平均接触比压 平均比压按下式计算 = (MPa)0PdBdPL式中 ：平均比压 （MPa）0PP=4000KNK =1.1SL=1500 mmPL =300 mmnL=3890 mmm计算得 q0.68MPa 第 40 页 共 87 页- 40 - P：支架工作阻力 （N） :底座长度 （m）dL：底座当量宽度（m）dB4. 确定立柱和千斤顶的规格 1 立柱缸体内径按下式进行 = （cm）EDbR4PK3.14P 式中 ：立柱缸体内径 （cm）ED P: 立柱的工作阻力 （kN） ：泵站工作压力 （MPa）pRK ：一般在 0.520.78 之间，对于不稳定顶板向b上取限，稳定顶板向下取限。这里取 K 为 0.65。b根据 1984 年我国正式发布的矿用液压立柱、千斤顶、柱径系列MT9484 煤矿工业部标准。鉴于所计算数据取 D =200 mm2 查表得柱径为 d185mm初撑力 （kN）1cxF4232D10ap 式中 ：缸体内径 （m）ED ：单位换算值310工作阻力 P （kN）4232D10anp式中为安全阀的调定压力，也是缸体内的压力。anp因为 p=4000kN选用安全阀开启压力为=31.8MPaanp 2 千斤顶的计算和立柱相同。千斤顶的推力和拉力计算P=4000KN=2.4dL=1.5dB求得 1.24MPa0PP=4000KN=32MPapRK =0.65b求得180 mmED取220 mm0D170mmtd 第 41 页 共 87 页- 41 -固定活塞式千斤顶的推力按下式计算：(kN)23410tRFD p 固定活塞式千斤顶的拉力按下式计算：（kN）2231R4Ddp10F（）式中 D：千斤顶缸体内径 （m）d：千斤顶活塞杆的外径 （m） ：泵站压力 （MPa）pR由于 Dd，所以固定活塞式千斤顶的推力大于拉力。摆杆千斤顶5. 泵站压力的确定 泵站压力的确定按照立柱和千斤顶的工作压力需要确定为： P = 32MPa=40MPaanp计算得 ZFS4000/14/28 支撑掩护式液压支架技术参数如下：支架形式支撑掩护式操作方式邻架操作高度1.42.8m宽度1.43m初撑力2508kN工作阻力4000kN支护宽度1.5m支护强度0.68kPa 第 42 页 共 87 页- 42 -底座面积3.62m底座比压1.24MPa重量11200Kg泵站工作压力32MPa立柱(4 根)缸径180mm活柱直径170mm行程750mm初撑力628kN降拉力121kN工作阻力1000kN摆杆千斤顶（2 根）缸径63mm活柱杆直径45mm行程800mm工作阻力85.3KN最高位置与水平面的夹角35最低位置与水平面的夹角65短柱（前梁千斤顶） （1 根）缸径140mm活塞杆直径105mm 第 43 页 共 87 页- 43 -行程140mm初撑力226kN拉力99kN工作阻力588.6kN前梁端部最大支撑力127.5kN前梁向上摆角15前梁向下摆角19推移千斤顶（1 根）缸径168mm活塞杆直径110mm行程700mm推力360kN拉力633kN侧推千斤顶（4 根）缸径80mm活塞杆直径45mm推力75kN拉力51.5kN行程相应为250mm 2.42.4 拟定液压系统拟定液压系统本支架的液压系统，由乳化液泵站，主进，主回液胶管，各种液压元件，立柱及各种千斤顶等组成。液压系统原理：本支架操作方式采用邻架操作控制，使用快速接头拆装方便，性能可靠。 本支架液压系统所使用的乳化液，是由乳化油和水配制而成的，乳化油的配比浓度为 第 44 页 共 87 页- 44 -5，使用乳化液应注意以下几点： (1) 定期检查浓度，浓度过高增加成本，浓度太低，可能造成液压元件锈蚀，影响液压元件的密封和使用寿命 (2) 防止污染，定期清理乳化液箱和支架过滤器 (3) 防冻：乳化液的凝固点为零下三度左右，与水一样也具有冻结膨胀性，乳化液受冻后，不但体积膨胀 ，稳定性也受影响，乳化液地面配制和冬季运输时要注意防冻。 第 45 页 共 87 页- 45 -液压支架液压系统图液压支架液压系统图 2-71侧推千斤顶 2前梁千斤顶 3推溜千斤顶 4插板千斤顶 5伸出梁千斤顶 6后立柱 千斤顶 7前立柱千斤顶 8摆杆千斤顶ZY4000/17/35 型液压系统的特点是:(1) 支架上的大部分液压元件(除前梁千斤顶控制阀和双向锁外)都装在阀组的座架上,支架本身只有两根高压软管,这样既便于操作,又能保证支柱间有宽敞的人行道。(2) 操纵阀 ZC 型组合操纵阀,前柱.后柱及前梁千斤顶可单独操作,也可同时操作。(3) 前梁千斤顶活塞腔与活塞杆腔之间连接一个大流量安全阀,在升前梁与升柱同时操作时,对前梁加以保护,并使前梁有较大的支撑力。(4) 液压系统中设有顶梁活动侧护板和掩护梁侧护板千斤顶液路，通过两片操纵阀可单独操纵两个千斤顶的伸缩。(5) 为在厚煤层工作面中防止片帮，液压系统中还设有护帮千斤顶，在护帮千斤顶的液路上连接着双向锁，对护帮千斤顶的活塞腔与活塞杆腔分别进行相互闭锁。(6) 支柱和前梁千斤顶的活塞腔液路上，设有测压阀，根据工作需要，可随时进行压力测定，了解支架受力情况。 第 46 页 共 87 页- 46 -三、三、 支架的强度计算支架的强度计算3.1 支架的工作状态支架的工作状态 (1) 顶板状态在采煤工作面中，当煤被采出后，就会出现一定的空间，由于上部岩从压力，出现离从和裂隙，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，而顶板冒落时有一定过程的，一般分为三个阶段，开始顶板处于无压状态，次时顶板较完整，而且没有下沉，通常称为老顶来压，次时顶板并不破裂，且这种下沉带有一定的周期，所以称为老顶周期来压状态，如不及时支护，顶板就会破裂而冒落，此时叫冒落状态。(2) 支架工作状态开始支架以初承力支承顶板，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定正压力时，安全阀被打开，使立柱下腔压力下降，称立柱让压状态，使支架以工作阻力支护顶板；如继续来压，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，称压死状态，这是在设计和使用中，必须要注意避免的现象。 (3) 支架受力支架在工作面受力是由于顶板下沉，同时又有向采空区移动的趋势，使顶梁受合力和底座受底板压力，其中顶板合力的垂直分力，由支架工作阻力来克服，所以我们在计算支架的工作载荷 F 时按支架的工作阻力来确定。3.2 支架载荷的确定支架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即非集中载荷又非均布载荷，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。 第 47 页 共 87 页- 47 -(1) 把支架化简成一个平面杆系结构，同时为防于安全，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布。(4) 通过分析和计算可知，掩护梁上煤块的作用力，只能使支架实际支护阻力降低，所以在计算强度时不计。(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二种情况：一种是支架在承载让压时，由于顶梁前端运动轨迹为双扭线，所以顶梁与顶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采空区的水平力，最大水平力值与上相同。顶梁与顶板的静摩擦系数 f ，目前国内一般取 0.20.3。 (7) 支架各部分受力，按不同支护高度时受力最大值进行强度校核。(8) 各种结构件的强度校核，除按理论支护阻力校核危险端面外，还要按液压支架形式试验技术规范的各种加载方法，以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强度。3.3 支架受力分析支架受力分析支架的受力分析与计算，是按理论力学中一个物体受几个力的作用下处于平滑状态时，所受力和力矩之和为零的原理来进行分析和计算的。即以当支架支承后在处于平衡状态时，取整体或某一个部分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 上的投影之和为零，各力在 y 上的投影之和为零;各力对某点取矩之和为零。下面就根据这一理论对支架简化成平面杆系进行受力分析和计算。直接撑顶的支撑掩护式支架各支撑点受力计算：假设顶梁受以集中载荷（一般去 100160KN） ，水平分力。掩护梁上载荷mFmfF 第 48 页 共 87 页- 48 -的合力为，前排立柱工作阻力为,后排立柱工作阻力为。rFaPbP前梁分离体受力分析：前梁分离体受力分析： 如右图如右图 3-1 =0aM *= *+*（-） (1)mF1LmfF1hkP2h1h =0 xF = + (2)mfFaXkP =0yF + = 0 (3) 图图 3-1mFaY 联立（1）（3）式计算得 =786KN = -754KN = -160KNkPaXaY 后梁分离体受力分析：后梁分离体受力分析： 如右图如右图 3-2 =0EM1111673312127365742sincossinsincoscosaaacbbbbcKaXhPhPLxLFhXhYxPhPxLFxLLLPhYLx (4) 第 49 页 共 87 页- 49 -图图 3-2掩护梁受力分析掩护梁受力分析：如图如图 3-30BM （5）859sinrdFLFL0X （6）46sincosrdbXFF0y （7）46cossinrdbYFF联立公式（5）（7）计算得； 155dFkN31.3bXkN84bYkN 第 50 页 共 87 页- 50 -图图 3-3再对后梁进行分析再对后梁进行分析; 如上图如上图 3-20X （8）321sinsinsinCaKbaabFfFPPx Px0y （9）132coscoscosaaaCbbFYPFPY联立（8） （9）解得;446CFKN4024aFkN把解得的值代入（4）解得： 766.3xmm3.3.13.3.1各主要参数的影响各主要参数的影响支撑掩护式支架在工作过程中，各主要部件的受力是变化的，其影响因素有诸多方面。(1) 立柱倾角对承载能力的影响立柱倾角对承载能力的影响由于掩护式和支撑掩护式支架的立柱大部分是倾斜布置的，倾角又随着支架的高度变化，所以支架的承载能力的大小也随着支架的高度而变化。现在对承载能力的影 第 51 页 共 87 页- 51 -响。立柱支撑在顶梁，当立柱的工作阻力为，倾角为时，显然支架的承载能力与BPCOS有直接的关系。因为 COS1，因此立柱倾斜布BP置将使支架的承载能力降低。角和 COS之间的关系表示在右图中。由图看到，当0.95，支架的承载能力降低值不等大于。当26 时，COS0.90，所以支架承载能力将显著的减小。因此丛支架承载能力的角度看，立柱倾角不要大于 18 。但是，有些支架为了使高度变化的范围增大，角往往大于 30 。(2) tg 值对支架承载能力的影响值对支架承载能力的影响在以上各式中有多项公式包含 tg，分析如下：O 点是瞬时中心，随着支架高度的变化，O 点的位置也发生变化，tg 也跟着发生变化。当 O 点在顶梁上方时，tg 取正值。当 O 点在顶梁下方时 tg 取负值。tg 值增加，附加力增加。当摩擦系数 W0.3，tg=0.1 时，附加力可达支架名义工作阻力的 30。所以 tg 值过大对支架受力不利。在支架的工作高度范围内，一般把tg 值控制在 0.35 以下，从而把附加力控制在支架名义工作阻力的 10范围内。 （详细分析间液压支架课本张家鉴 主编此处不再赘述）最后，必须指出，tg 不仅对承载能力有影响，而且对各受力部件有影响，并相当复杂，因此 tg 是大是小，由具体情况而定。(3) 支架承载能力随高度的变化支架承载能力随高度的变化由支架载荷的计算式直到，其中、 是随高度而变化的，因此支架的支撑APl力也就随着高度而变化。在调高范围内，支架的承载能力在两侧的高度内比较小。一般情况下，掩护式支架常用加大立柱的倾角来扩大支架的调高范围。而角越大，支架的承载能力越小。所以支架的调高范围越大，承载力变化越大。但是支架在设计中一般都要按可能的最大承载力来设计，显然这就使支架不能发挥应有的作用，在很大的一段承a 第 52 页 共 87 页- 52 -载范围内就要大材小用。所以设计掩护式或支撑掩护式支架时，应特别注意使支架承载力在整范围内的变化尽量小。 另外指出，支撑式支架的支护高度对支架受力没有影响，而掩护式和支撑掩护式支架，由于支护高度的变化，使立柱的支撑角度、平衡千斤顶的角度、掩护梁和四连杆机构的角度等的不同，使受力也不同。在进行强度计算时，要以顶梁承受最大负荷时的支护高度为依据，按此时的工况进行受力分析。(4) 摩擦系数的影响摩擦系数的影响 对支架承载能力的影响摩擦系数对支架承载能力的影响表现在项中。11 tg产生水平载荷的原因很多，所以它的大小和方向也是根据具体情况而变化。但是，它的极限值却可以用顶梁和顶板支间产生相对滑动时的极限摩擦力求得。即壁系数断裂极限值等于顶梁和顶板的摩擦系数。所以此值的大小在 0范围内变化。maxfmaxf水平载荷的方向可以只考虑向后作用，也就是从煤壁向老塘的方向作用。加入顶梁上受向前的水平载荷，很容易使支架向前倾倒，这种趋势使顶梁对于顶板向前滑动，则水平载荷又变成向后作用。值在中随承载能力有很大影响。只有 tg 值很小时，f11 tg才能忽略不计。ftg 对连杆受力影响由连杆受力和的计算式可以看出，摩擦力对连杆受力cpDP的影响表现在和项中。当支架升高时，和就逐渐增大，AcfP SinADfP SincD和也就逐渐变大。因此，随着支架的高度，摩擦力对连杆的影响逐渐增大。cSinDSin(5)(5) 杆水平角对连杆受力的影响杆水平角对连杆受力的影响由和的计算式可知，当它的分母为零时，和将无限大。因此其极限条件cpDPcpDP 第 53 页 共 87 页- 53 -为：()0DCSin得： 0DC即： DC当分母等于 1 时，和得最小值，其条件为：cpDP()1DCSin90DC由以上两个条件得到下列结论，前后连杆不能平行放置，前后连杆的水平支架必须要有差值，从连杆受力的角度着眼，其差值应越大越好，极限差是 90 。3.3.23.3.2各主要部件强度校核各主要部件强度校核在这里着重对顶梁和立柱做详细说明在这里着重对顶梁和立柱做详细说明A. .煤层情况煤层情况根据支撑掩护式液压支架的一般适用条件，可知煤层厚度为 23，倾角小于，15顶板为中等稳定或中等稳定以下，顶板支护强度小于 686.7KN/。底板较为平整。2mB. .支架架型及主要尺寸支架架型及主要尺寸根据顶板地质条件选支撑掩护式支架。根据顶板支护强度、煤层厚度、即采煤机等条件，支架尺寸表示在图 32 和表 31 中。a1a2 第 54 页 共 87 页- 54 -图图34支架尺寸图支架尺寸图表表 31角度角度12支架在最高位置支架在最高位置73 C顶梁的强度校核顶梁的强度校核1. 画出顶梁的结构简图、受力图、剪力图和弯矩图，如下图 3-5: 第 55 页 共 87 页- 55 -ABCDFG 图图 3-53-52.弯矩计算如下:从 G 向 D 取矩，结构图受力图剪力图力矩图 第 56 页 共 87 页- 56 -G 点： b1X4269GMh 左F 点： 746269bFGMMyL 右左 21sin27144bFFMMPh 左右D 点: b265cos1075663DDMMPLL右左 33sin951081CDDMMFh左右从 A 向 D 取矩：A 点： 1102845.6aAMXh右B 点： 46845aBBMMyL左右 4284761aBBMMPh 右左C 点： 284761CBMM 左右 a11sin256103CCMMPh 右左D 点： a165cos843341DCMMPLL左右检验误差 k = 1.2%100%MNkN 误差极小，计算方法得当。3.按弯曲应力进行强度校核经验告诉我们，按弯压联合作用计算，不如按最大弯曲应力计算应力大，为安全计，在 A-A 截面采用最大弯曲应力进行校核。计算截面积 F 及截面形心至A-A 面的距离 y 截面如下图 3-6： 第 57 页 共 87 页- 57 -图图 3-63-6编号如上 即： 11FL112y 22FL232y 31Fh1322hy 45FL41122yh 542FL54yy 632FL64yy 取 1180h 2270h 301850L 21430L 3200L 4250L 5350L 382500 19305004860000267750038250003060000121255004290032400 10500 15000 12000iiIF yyFmm每个零件中心到截面形心的距离iaiiayy 第 58 页 共 87 页- 58 - 计算截面中心主惯性距ZiJ 矩形截面的惯性距为 （b 是截面宽度，h 是截面高度）312ZbhJ 各截面中心的主惯性距为3212iZiiiLJaF 123456ZZZZZZZJJJJJJJ 计算弯曲应力和安全系数：maxmaxmaxmax2ZZMMyhyJJ 381075663 10270 12112.3 10130.2MPa max4593.531.1130.2snn 盖顶板设计合理，满足要求。4.校核 A-A 截面的剪切强度在上面的图中可以看出，在 A-A 截面的剪应力最大，且腹板采用钢板焊接，股需校核。现对中轴线处剪应力进行校核。即： max0max0ZQsJ b 式中最大剪力； maxQ 截面沿中心轴的总宽度；0b 截面中心轴之上个块面积对中心轴静矩。即；0s 第 59 页 共 87 页- 59 - 027030003260400939600 1302000 1860000 1488000373800iiiiissFyF yy 代入上式得：max6.794MPa 安全系数： max0.55 45937.21.16.794nn 故该顶梁结构合理，够安全。 D顶梁的抗扭校核顶梁的抗扭校核 顶梁单侧受载比三角形受载扭矩大，故应采用单侧加载。如下图 3-7： 图图 3-73-7 对 A-A 轴取矩，可得： = 4185KN 4max5maxmax3.23 10107.834594.31.1107.8rrqqMPann 则，顶梁所受的扭矩计算如下： 第 60 页 共 87 页- 60 - 6112143041853.0 102MFbkN mm图图 3-83-8 由于: KMqW M 最大扭矩； q 单位弧长上的剪力， （N/cm） Wk围成闭合断面壁厚的中心线之内面积的两倍 则：1122334455KKKKKMqWq Wq Wq Wq W I 腔室：周界 jhab 上材料本身能量 2102rqdsdUG周界 bj 段材料本身能量 1211210022rrqqdsqqqdsqdsdUGdsG则 abjga 段的周界平衡方程为： 21121100222IjhabbjrrqqqdsMqdsGG 令 代入上式得：11IKMqW 第 61 页 共 87 页- 61 - 22111211 1000Kjhabbjbjrrrqqq qdsdsdsqWGGG 把上式积分限 jhab 和 bj 并成 jhabj 得： 211211 100Kjhabjbjrrqq qdsdsqWGG 则 （1）120011jhabjbjrrKqqdsdsGGW腔室： 周界 bclkb 的平衡方程为：22223221222bclk000022222clkbrrrrqqqdsqqqdsMqdsqdsGGGG令 代入上式，合并积分限为 bclkb 得：22KMq W 223212222000Kbclkbclkbrrrq qqq qdsdsdsq WGGG则 （2）32100022bclkbclkbrrrKqqqdsdsdsGGGW 腔室： 周界 cdonmlc 的平衡方程为： 22334332333cdonml000022222dolcrrrrqqqdsqqqdsMqdsqdsGGGG令 代入上式，合并积分限为 bclkb 得：33KMq W 233423333000Kcdonmlcdolcrrrqq qq qdsdsdsq WGGG 第 62 页 共 87 页- 62 -则 （3）34200033cdonmlcdolcrrrKqqqdsdsdsGGGW腔室：周界 depod 的平衡方程为：22445443444depo000022222epodrrrrqqqdsqqqdsMqdsqdsGGGG令 代入上式，合并积分限为 depod 得：44KMq W 245344444000Kdepodepcdrrrq qq qqdsdsdsq WGGG则 （4）53400044depodepcdrrrKqqqdsdsdsGGGW腔室： 周界 efrqpe 的平衡方程为：25545500222efrqpperrqqqdsMqdsGG令 代入上式，合并积分限为 efrqpe 得：5KMq W5254555500Kefrqpeperrqq qdsdsq WGG 则 （5）540055efrqpeperrKqqdsdsGGW 由于纵向剪应力相等，单位扭角也相等。 所以 12345 第 63 页 共 87 页- 63 - 令 01rdssG 联立（1）（5）式整理得： （6）1210jhabjbjKqsqsW （7）23120bclkbclkbKqsqsqsW （8）34230cdonmlcdelcKqsqsqsW （9）45340depodepodKqsqsqsW （10）5450efrqpepeKqsqsW （11）11223344550KKKKKqWq Wq Wq Wq WM联立（6）（11）式解得： 0.514 453.23 10/qN cm441.63 10/qN cm432.64 10/qN cm422.31 10/qN cm413.05 10/qN cm最后，剪应力和安全系数计算如下： 由于壁厚所取值相同，故只检测 q 最大值就好： 4max5max3.23 10107.83rrqqMPa max4594.31.1107.8nn 故受最大扭矩时，顶梁的强度足够。 第 64 页 共 87 页- 64 -E立柱强度验算立柱强度验算：1.油缸的稳定性验算：a 计算活塞杆和油缸的惯性矩和：1J2J 464141.0 1064dtJmm 44064263.4 1064EDDJmm 则 211.24JJ b 计算21ll 为活塞杆端部销孔至最大挠度处的距离1l 为缸底销孔至最大挠度处的距离2l 219200.97950ll c 查表需适用条件； 112228093480JllP 或 故适用 d 查表 3-2 知 120KPJ 2106111.64 101.005 10KKPPJPNJ 第 65 页 共 87 页- 65 -表表 3-23-22.活塞杆强度校核a 在承受同心最大轴向载荷时，立柱的初始挠度为：1121 21 21cos22l lGl lalPl 活塞杆和导向套的配合间隙1 活塞和缸体的配合间隙2 G 立柱的总重 第 66 页 共 87 页- 66 - 缸体轴线与水平面夹角 工作位置时立柱的长度l 取=0.412mm12 G=2773.4KN计算知：11.36mm由于： 则取：21189011.155170tlJJd且 b 最大挠度 1121 212lkkl ltt 其中： (E 钢材弹性模量，51110.8 10PkEJ)52.088 10EMPa 5228.7 10PkEJ 11 1tan 57.30.103tk l 22 2tan 57.30.08tk l 知 1121 2121.38lmmkkl ltt c 活塞杆的合成应力：xPlPPAWW 其中： A 活塞杆面积；W 活塞杆断面模数； 考虑加长杆和活柱的配台间隙，当单边偏向受力时所产生的最大偏xl矩。 第 67 页 共 87 页- 67 - 则 68.5xPlPPMPaAWW 安全系数为 367.25.41.468.5snn 则 此活塞杆安全 3. 缸体强度验算 2.3P DCC 其中： P 缸内工作压力； 缸体厚度； D 缸体的内径； C 附加高度。一般去 2mm 191.3MPa 则安全系数为： 9805.13.5 4191.3bnn4. 机械加长杆处的强度校核带有机械加长杆的立柱，在机械加长杆与活柱联结处，靠卡环来承受和传递载荷，所以，先对卡环进行强度校核。 MPa 3210ccgPF 0.75cs 其中： 油缸工作时所能承受的最大压力；kN2P 挤压面积，gF2m 活柱材料，27SiMn，784：MPa 3；卡环材料 45Mn 钢，735MPa，所ss以 0.75 735cMPaa 卡环与活柱端部的挤压强度验算： 第 68 页 共 87 页- 68 - 33222101005.5 102003.148575ccgPMPaFb 卡环与加长杆局部的挤压强度验算： 33222101005.5 10454.23.147368ccgPMPaFc 卡环的剪切强度： 332101005.5 10274.22 3.14 73 8gPMPaF 0.5367.5sMPa 卡环宽度为 8mm。 F F前梁完全伸出状态受力分析及校核前梁完全伸出状态受力分析及校核 前梁能及时支护（及时向前伸出 600mm） ，则；1. 受力分析；如右图 3-9=0aM *= *+*（-） (1)mF1LmfF1hkP2h1h =0 图图 3-93-9xF = + (2)mfFaXkP 第 69 页 共 87 页- 69 - =0yF + = 0 (3)mFaY 联立（1）（3）式计算得 =1188KN kP1108aXkN 160aYkN 2. 画出剪力图和弯矩图如下图 3-10： 图图 3-103-10 分析前梁和后梁所受剪力和弯矩； 前梁所受剪力和弯矩均远小于后梁（后梁经校核完全能够承受） ，而且结构相同，所以无需进一步校核。G销轴的强度校核销轴的强度校核1.前梁与后梁铰接处；（取前梁完全伸出状态） 为销轴所受合力。22aaRxyR 则 21119.51982 3.14 30eRMPaF 为销轴的剪切面积。eF剪力图弯矩图 第 70 页 共 87 页- 70 - 安全系数为 max0.550.55 5611.61.3198snn 销轴采用等合金结构铜，取屈服极限561MPa。CrMos 故此处销轴安全。2.前梁与千斤顶铰接处；（取前梁完全伸出状态） 1188KRPkN 则 21188236.44 3.14 20eRMPaF 为销轴的剪切面积。eF 安全系数为 max0.550.55 5611.321.3236.4snn 销轴采用等合金结构铜，取屈服极限561MPa。CrMos 故此处销轴安全。3.上连杆与后梁的铰接处； 446cRFkN 则 24461782 3.14 20eRMPaF 为销轴的剪切面积。eF 安全系数为 max0.550.55 5611.741.3178snn 销轴采用等合金结构铜，取屈服极限561MPa。CrMos 故此处销轴也安全。4.顶梁与掩护梁铰接处； 222231.38489.6bbRxykN 第 71 页 共 87 页- 71 - 则 289.635.72 3.14 20eRMPaF 为销轴的剪切面积。eF 安全系数为 max0.550.55 5618.61.335.7snn 销轴采用等合金结构铜，取屈服极限561MPa。CrMos 故此处销轴也安全。3.4 支架受力的影响因素支架受力的影响因素（1） 对支架受力的影响掩护式支架，由于支护高度的变化，使平衡千斤顶的角度，立柱的支承角度，掩护梁及四连杆机构的角度等的不同，支架受力也不同。接近支护高度最高处，顶梁受力最大，支护效率最高，其支护效率为顶梁合力与工作阻力之比。（2）系数对支架受力的影响 液压支架在实际工作中的摩擦系数是一个不定值，一般钢对岩石的摩擦系数为0.20.3，根据计算表明，摩擦系数增大，对支架受力有利，使底座的底比压分布较好。（3）千斤顶的推拉力对对支架的受力影响 平衡千斤顶为拉力时，顶梁后端比压增大，可增强切顶能力，底座比压分布状态较好，连杆受力较小；平衡千斤顶为推力时，合力作用点前移，可增加前端支护能力，此时底座前端比压增大，连杆力增。（4）作用力对支架受力的影响 煤块作用力增加，使支护强度，支护效率和切顶能力减小，同时连杆力减小，底座比压分布改善和增加支架纵向稳定性。（5）tgQ 对支架受力的影响 tgQ 增加，使支护阻力增加，支架要多承受载荷，所以 tgQ 值大了对支架受力不利。 第 72 页 共 87 页- 72 -在全部支架工作段内，一般控制在小于 0.35。（6）支架强度计算应考虑的因素由于支护高度，摩擦系数，平衡千斤顶和煤块作用对支架受力有明显的影响，在支架强度计算时，对不同的受力杆件应参考实际使用中产生的最恶劣状态选择支护高度，平衡千斤顶推拉力，摩擦系数的数值进行计算。 计算出最大顶梁合力前连杆，后连杆的支护高度分别对顶座，掩护梁，连杆，底座等进行受力分析。 要使支架处于安全，摩擦系数的大小应按表中计算出的能使顶梁，前后连杆力等为最大值的摩擦系数，分别对各件进行受力分析。 平衡千斤顶推拉力，可按计算出的能使顶梁，前后连杆力等为最大值的摩擦系数，分别对各值进行受力分析。 通过分析和计算可知，掩护梁上煤块的作用力，只能使支架实际支护阻力降低，所以在进行强度计算时可忽落不计。 tgQ 在结构设计时应考虑的因素。一旦结构设计确定，tgQ 也就确定了。在进行强度校核时，按最不利支护高度受力分析，其中 tgQ 值为在此条件下的对应值进行计算。 以上支架强度计算考虑因素为计算掩护式支架时的确定方法。支护高度为支架受力最大时的支护高度进行计算。3.5 强度条件强度条件(1) 强度校核均从材料的屈服极限计算安全系数(2) 结构件，销柱，活塞杆的屈服极限及强度条件 各结构件受力普通低合金结构钢为 15MnVN 钢板焊接成，取极限459sMPa 主要销柱均采用合金结构钢为 35CrMo 元钢，取屈服极限561sMPa 活塞杆均采用 45 钢，取屈服极限367.2sMPa 以上主要件的强度条件为 n n 第 73 页 共 87 页- 73 -其中 :危险断面计算出的最大应力maxn：许用安全系数(3) 缸体材料采用 27SiMn 无缝钢管，取抗拉强度，强度条件为 n = 561bMPab/,式中缸体许用应力 Kg/(4) 焊接抗拉强度取,其强度条件为 n=/n其中 T计算出的561bMPab焊接应力(5) 许用挤压应力按下式进行计算 = 0.750sT(6) 各结构件钢板应选用标准尺寸(7) 安全系数，各安全系数如下表 3-3 所示前 梁1.1顶 梁1.1底 座1.1掩护梁1.3活塞杆1.4前连杆1.3后连杆1.3立 柱1.3缸 体3.3焊 缝3.3 表表 3-33-3注：顶梁底座安全系数为 1.1，主要考虑加载时加载到工作阻力 1.1 倍，掩护梁、连杆、销轴不能进行加载强度校核，为便于安全取 1.3，各结构件计算出来的安全系数如果偏大时可按标准钢材厚度减小，或减少钢板筋数量，筋板高度，使安全系数不要超过太大，以减轻支架重量，降低成本。根据计算表明改变结构件高度对强度影响较大，改变结构件钢板厚度对强度影响较小，在设计时可根据结构件具体情况进行考虑。液压支架前梁 顶梁 掩护梁 四连杆 底座等都属于焊接结构件，它们的强度都决定于液压支架工作阻力及钢板和焊缝的许用应力。为了保证它们有足够的强度，就需根据力学原理进行计算。 第 74 页 共 87 页- 74 -四、四、 液压支架的使用和维护液压支架的使用和维护4.14.1 液压支架操作液压支架操作目前我国综采工作面多数采用先移架后推溜的及时支护方式。(1) 移架：在顶板条件较好的情况下，移架工作滞后采煤机前滚筒 1.5处进行，一般不超过 35。当顶板较破碎时，移架工作则应于采煤机滚筒割下顶煤后立即进行，以便及时支护新暴露出的顶板，防止发生局部冒顶。此时，要特别注意与采煤机密切配合，一面发生挤人与割前梁等事故。移架的方式与步骤，主要根据支架结构来确定，其次是工作面顶板状况与生产条件。在顶板比较破碎的情况下，移架过程分为降柱、移架、升柱三个动作。先接通操纵阀的卸载液路，打开支柱控制阀的单向阀，使支柱活塞腔卸载，活柱下降，顶梁逐渐下降脱离顶板。为使支架尽量做到擦顶移架，便于控制顶板，手把在此位置尽可能停留时间短些。当顶梁与顶板稍有松动后随即将把手放到移架位置，开启液路，支柱的活塞腔停止卸载，顶梁也不再下降，而后移架动作开始，直到支架移到新的位置为止，这是应憋压一下，以保证支架移足步距，并使支架与运输机成垂直位置。如果使用组合式片阀时，卸载降柱与移架可同时动作，使支架能擦顶移动。如果在移架过程中发现顶梁有憋卡现象，致使移架有困难时，不能勉强硬移，可将手把放到卸载位置，开启液路，使顶梁与顶板支架再松动一下，然后再移架。移架完毕后，再将手把放到升柱位置，开启液路，前后柱与前梁千斤顶同时升起，直到顶梁与顶板全面接触。这时应憋压一下，以保证支架对顶板能达到额定的初撑力。将手把放到停止位置，完成移架动作。顶板破碎的情况下，如果选用具有带压移架系统的支架，操作就更方便，控顶也更有效。如果顶板平整，条件较好，也可将操纵阀手把支架放到降移位置（如果操纵阀上有这一位置） ，开启液路，支架处于同时卸载、移架两种状态，等降移动作完成后，再进行升柱动作。如果顶板坚硬完整，条件很好，或顶板高低不平，可选择降前梁、降柱、移架、升柱的动作方式。总之，移架过程要能适应顶板条件，满足生产需要，加快速度，保证安全。(2)推溜：当支架移过 8，9 架后即滞后采煤机滚筒 1015时，即可进行推溜。推 第 75 页 共 87 页- 75 -溜时，可根据工作面具体情况，采用逐架推溜，间隔推溜或几架同时推溜等方式。为使工作面运输机保证平直状态，支架工推溜时，应注意随时调整步距，使运输机除推溜段有弯曲外，其他部分应保证平直，以利于采煤机工作。4.24.2 液压支架操作维护要求液压支架操作维护要求(1) 组建综采队伍组建综采队伍，要先配备好综采管理干部、技术人员，调集有一定文化水平、业务技术和思想作风好的操作维护工人，组成综采队。(2) 培训综采队综采管理干部、技术人员和操作维护人员，必须进行技术培训，要求了解综采设备的结构、性能，熟悉和掌握操作维护技能，经过考核合格，才能操作、维护设备。(3) 建立健全规章制度包括综采管理制度、作业规程、操作和维护制度、交接班制度、安全生产制、技术学习和经验交流制度、事故分析检查制度、班组原始记录和成本核算制度、备配件领用制度，确保管好、用好综采设备。(4) 矿井建立地面维护车间井下更换上井的液压元件(立柱、千斤顶、阀、胶管接头等)，要及时进行清洗、维修，并作防锈、蚀处理；对阀类(尤其安全阀)要进行调整，保证其良好的性能。(5) 建立零部件专库零部件(包括备配件)要分类放好，登记造册，做到帐、卡、物相符，严格制定领用手续。备配件要有足够储备。液压元件要做好防污染和放锈蚀处理。4.34.3 液压支架操作管理事项液压支架操作管理事项为了操作方便和便于记忆，操纵阀组中每片阀部都带有动作标记。操作工必须了解支架各元件的性能和作用，熟练准确地按操作规程进行各种操作。归纳起来，支架操作要作到：快、够、正、匀、平、紧、严、净。1)“快”移架速度要快；2)“够”推移步距要够；3)“正”操作正确无误；4)“匀”操作要均匀平稳；5)“平”推溜移架要确保三直两平；6)“紧”及时支护紧跟采煤机进行拉移支架； 第 76 页 共 87 页- 76 -7)“严”接顶挡矸要严实；8)“净”架前架内浮煤碎矸要及时清除。(1) 工作面支架基本操作程序为：割煤拉移支架推移前输送机。(2) 及时清除支架和输送机之间的浮煤碎矸，以免影响移架；定期清除支架推杆下和柱窝内的煤粉、碎矸；定期冲洗支架内堆积的粉尘。(3) 爱护设备，不准用金属件、工具等物碰撞液压元件，尤其要注意防止碰砸伤立柱、千斤顶活塞杆的镀层和挤坏胶管接头。(4) 操作过程中若出现故障，要及时排除，操纵工也应带一定数量密封件和易损件，一般故障操作工应能排除；若个人不能排除的要及时报告，会同维修工及时查找原因，采取措施迅速排除或更换零部件。(5) 对各处的安全阀不得随意拆卸，若必须更换处理要先采取措施进行卸压后方可拆卸更换。 第 77 页 共 87 页- 77 -五、五、 液压支架常见故障及其排除液压支架常见故障及其排除液压支架出厂时己经过严格的验收。主要结构件和液压元件的强度足够，性能可靠，在正常情况下，一般不会发生大的故障。但是，支架在井下使用过程中，由于煤层地质条件复杂，影响因素较多，加之如果在维护方面存在不足和误操作时，则支架出故障也是难免的。因此，必须加强对综采设备的维护管理，使支架不出现或少出现故障。然而一旦出到故障，不管故障的大小，都要及时查明原因迅速排除、性支架保持完好，保证综采工作面的设备正常运转。5.15.1 结构件和连接销轴结构件和连接销轴(1) 结构件支架的结构件通常不会出现大的问题，主要构件的设计强度足够，但在使用过程中也可能出现局部焊缝开裂。处理办法：采取措施防止焊缝裂纹扩大，不能拆换上井的结构件，待支架转移工作面时上井补焊。(2) 连接销轴结构件间以及与液压元件连接所用的销轴，可能出现磨损、弯曲、断裂等情况。结构件的连接销轴有可能磨损，一般不会弯断；千斤顶和立柱两头的连接销轴出现弯断的可能性大。如发现连接销轴磨损、弯断，要及时更换。5.5.2 2 液压系统及液压元件液压系统及液压元件支架的常见故障，多数与液压系统的液压元件有关，诸如胶管和管接头漏液、液压控制元件失灵、立柱及千斤顶不动作等等。因此，支架的维护重点，应放在液压系统和液压元件方面。(1) 胶管及管接头造成支架胶管和管接头漏液的主要原因有：O 型圈或挡圈大小不当或被切、挤坏，管接头密封面磨损或尺寸不合格。胶管接头扣压不牢或受挤压变形；在使用过程中胶管被挤坏、接头被碰断；胶管质最不好或过期老化，起包渗漏等。采取的措施是：对密封件的大小不当或损坏的要及时更换密封圈；其他原因造成漏液的胶管、接头在保存和运 第 78 页 共 87 页- 78 -输时，必须保护密封面、挡圈和密封圈不被损坏；更换的胶管长度要合适，在换接胶管时不要猛砸硬插，安好后不要拆装过频，平时注意整理好胶管，防止挤碰胶管、接头。(2) 液压控制元件支架的液压元件，诸如操纵阀、液控单向阀、安全阀、截止阀、过滤器等，若出现故障，则常常是密封件(如密封圈、挡圈、阀垫或阀座)等关键件损坏而不能密封，也可能是阀座和阀垫等塑料件扎入杂质而密封不住；液压系统污染，赃物杂质进入液压系统又未及时清除，致使液压元件不能正常工作；弹簧不符合要求或损坏，使钢球不能复位密封或影响阀的性能(如安全阀的开启、关闭压力出现偏差)；个别接头和焊堵的焊缝可能渗漏，等等。措施：液压控制元件出现故障，应及时更换上井检修；保持液压系统清洁，定期清洗过滤装置(包括乳化液箱)；液压控制元件的关键件(如密封件)要保护好不受损坏，弹簧件要定期抽检性能，阀类要作性能试验，焊缝渗漏要在拆除内部密封件后进行补焊，按要求做压力试验。(3) 立柱及千斤顶支架的各种动作，主要由立柱和各类千斤顶根据操作者的要求来完成，如果立柱或千斤顶出现故障(例如动作慢或不动作)，则直接影响支架的功能。若立柱或千斤顶出现动作慢，主要原因可能有：乳化液泵压力低、流量不足；进回液通道有阻塞现象；也可能是几个支架同时操作造成短时流最不足；液压系统及液压控制元件有漏液现象。若立柱或千斤顶不动作，主要原因可能有：管路阻塞，不能进回液；控制阀(单向阀、操纵阀)失灵；立柱、千斤顶活塞密封损坏渗漏；立柱、千斤顶缸体或活柱(活塞杆)受侧向力变形；截止阀未打开，等等。措施：整理管路系统，及时清洗乳化液箱和清洗过滤装置；更换失灵的控制阀；立柱、千斤顶在排除蹩卡和截止阀等原因后仍不动作，则立即更换上井拆检；焊缝渗漏要在拆除密封件后到地面补焊并保护密封面。5.35.3 支架在操作和支护过程中的故障支架在操作和支护过程中的故障在支架的操作和支护过程中可能出现的故障有：初撑力偏低、工作阻力超限、推溜不直、移架速度慢；顶板管理不善，出现顶空、倒架等现象。(l) 初撑力和工作阻力问题支架初撑力的大小，对控制顶板下沉和管理顶板有直接关系，因此必须保证放顶煤支架有足够的初撑力。当支架出现初撑力偏低时，主要原因是作为支架动力的乳化液压 第 79 页 共 87 页- 79 -力不足或液压系统漏液造成操作时充液升柱时问短等。保证足够初撑力的措施有：必须保持乳化液泵站的压力在额定工作压力范围内，随时观察乳化液泵站的压力变化，及时调整压力；杜绝液压系统漏液，尽量减少管路系统压力损失，但过大的初撑力对某些顶板管理亦会不利。支架的工作阻力超限，会对支架部件和液压元件造成损坏，甚至会造成较大的事故，因此要进行必要的检测和观察。支架工作阻力超限的主要原因有：安全阀调整压力超过了支架设计要求的额定工作压力；安全阀失去作用，即达到额定的工作阻力时，安全阀不开启泄液而继续承受增阻压力，造成工作阻力超限。防止工作阻力超限的办法是：对安全阀定期检查调试、安全阀调定压力严格控制在额定工作压力(即工作阻力)值；不得随意调整安全阀的工作压力；本支架设有测压阀连接口，可连接测压阀随时观察工作面压力变化。通常情况下，工作面顶板来压或局部压力增大而使安全阀开启泄漏，这是正常现象；相反，安全阀未开启泄液，则说明支架工作阻力选的过大或调的过高。工作阻力偏低也不行，因为不利于管理顶板。(2) 推溜和移架综采工作面要保持平直，这与采煤机剖煤时对顶度板是否平直有直接关系，也与推溜和移架是否平直有关，两者是相互影响的。如果顶底板刮得起伏不平，甚至割出台阶，就不能顺利推溜、移架，若移架的距离不够，反过来又影响采煤机的截深；顶底板起伏不平，输送机和支架的歪斜可能会出现采煤机滚筒割铲煤板或支架的伸缩梁。推溜、移架是否平直，是工作面保持“三直两平”的关键。放顶煤支架采用及时支护方式推移支架。在正常情况下，当采煤机割过煤后，以本架操作方式，距采煤机后滚筒 35m 开始移架，按顺序逐架进行。在顶板破碎，悬顶面积大时可在采煤机割完顶刀时，将支架护帮板伸出，及时维护煤帮顶板，保证其完整性。移架后，距采煤机 1015m 开始推移输送机。推溜和移架要协调，其弯度不可过大，一般 23 次到位。拉架(或推前部溜)后，操作拉移后部溜千斤顶