ZY3500-25-47掩护式液压支架的设计(毕业论文+全套CAD图纸)(答辩通过)

充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 摘 要 液压支架广泛应用于现代长壁采煤工作面上。它不但能够支撑顶板、推进工作面刮板输送机、自行前移，而且能够为井下联合采煤作业提供一个安全的环境。正确、合理地选择液压支架架型是长壁工作面采煤成功的前提和关键。因此， 综合机械化采煤，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设备，迅速增加综合机械化采煤工作面。 本文介绍了：支护设备的发展历史及最新动态； 液压支架的发展历程及发展趋势；液压支架的组成、作用和分类；液压支架的液压控制系统；液压支架设计的 一般步骤；液压支架的操纵、维护、故障分析及处理等。在ZY3500/25/47 型掩护式支架的设计过程中，着重对顶梁、掩护梁、底座、和立柱以及四连杆机构进行了分析和设计。对重要结构件如顶梁、底座和立柱等进行了分析，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。最后，本文对液压支架的使用、维护与发展趋势做了简单的叙述。 关键词 ： ZY3500/25/47 型掩护支架； 液压支架； 结构设计； 强度分析 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 ABSTRACT Modern longwall mining employs hydraulic powered supports at the face area. The support not only holds up the roof , pushes the face chain conveyor , and advances itself , but also provides a safe environment for all associated mining activities . Its successful selection and application are the prerequisite for successful longwall mining .Therefore the coal mining of comprehensive mechanization is the way that must be taken to increase significantly coal output and enhance the economic efficiency. In order to meet the needs which grows day by day to the coal, we must largely produce comprehensive mechanization mining coal equipment, rapidly increase the comprehensive mechanization mining coal working surface. The followings are introduced in this paper: the develop history and latest dynamic state of the support equipments at domestic and international； the develop history and develop direction of the hydraulic support； components, functions, and types of the hydraulic support； the hydraulic control system of the hydraulic support； the normal design process of the hydraulic support； the hydraulic supports operation, maintenance, fault analysis and processing and so on. In the design process of ZY3500/25/47 type root support shield, this paper will focus on the analysis and design of canopy, caving shield, base and hydraulic legs, as well as the connection method of leg with base and canopy. The important structure, such as canopy, base, hydraulic legs 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. Finally, this paper describes using, maintenance, development tendency of hydraulic support. Keywords ： ZY3500/25/47 type root support shield； hydraulic support； structure design； strength analysis 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 目 录 第一章 概 述 1.1 支护设备的发展历史 1 1.1.1 单体支柱的发展历史 1 1.1.2 液压支架的发展历史 1 1.2 我国液压支架的发展历史 2 1.3 液压支架的用途、分类和结构 2 1.3.1 液压支架的用途 2 1.3.2 液压支架工作面状态及布置 3 1.3.3 液压支架的分类 3 1.3.4 液压支架的机构型式及特点 5 1.4 液压支架的工作原理 6 1.4.1 支架升降和推移 7 1.4.2 支架的承载过程 7 1.5 液压支架的组成 8 1.5.1 支架的组成 8 1.5.2 液压支架的支护方式 8 1.6 采煤工作面液压支架设计要求 9 1.7 本文所做的主要工作 9 第二章 液压支架整体结构尺寸的确定 2.1 支架的高度和支架间距的确定 10 2.1.1 支架的高度和支架的伸缩 比 10 2.1.2 支架间距和宽度的确定 10 2.2 底座的长度的确定 11 2.3 顶梁长度的确定 11 2.3.1 支架工作方式对顶梁长度的影响 11 2.3.2 顶梁长度计算 12 2.4 四连杆机构的确定 12 2.4.1 四连杆机构的作用 12 2.4.2 四连杆机构的设计要求 13 2.4.3 四连杆机构的设计 14 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 第三章 液压支架部件设计 3.1 顶梁 18 3.1.1 顶梁的主要作用 18 3.1.2 顶梁的结构形式 19 3.1.3 顶梁结构和端面形状 19 3.2 顶梁侧护板 21 3.2.1 侧护板的主要作用 21 3.2.2 册护板的种类与选择 21 3.3 底座 21 3.3.1 底座的主要作用 21 3.3.2 底座的结构形式与特点 22 3.4 推移装置 22 3.5 立柱的设计 25 3.5.1 立柱类型 25 3.5.2 支柱的结构 25 3.5.3 立柱的设计及强度校核 27 3.5.4 活塞杆及强度校核 30 3.6 拟定液压系统 34 3.7 液压支架的主要技术参数 35 第四章 液压支架的受力分析 4.1 支架的受力分析及计算 38 4.1.1 支架整体受力分析 38 4.1.2 顶梁受力分析与计算 39 4.1.3 底座受力分析与计算 42 4.2 顶梁和底座的载荷分布 43 4.2.1 顶梁的载荷分布 43 4.2.2 支护强度计算 45 4.2.3 底座接触比压的计算 45 4.3 支护效率 47 第五章 液压支架的强度计算 5.1 强度计算条件 49 5.2 强度校核 50 5.2.1 顶梁的强度校核 50 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 5.2.2 底座的强度校核 52 5.2.3 销轴及耳板的强度校核 54 第六章 液压支架的使用、维护与发展趋势 6.1 液压支架操作维护要求 56 6.2 液压支架操作 56 6.3 液压支架操作管理事项 56 6.4 维护和管理的具体内容 57 6.5 液压支架的故障及排除 58 6.5.1 结构件和连接销轴 59 6.5.2 液压系统及液压元件 59 6.5.3 液压支架在操作过程中的问题 60 6.6 液压支架的现代设计方法 61 6.7 液压支架的研究途径 62 6.8 液压支架的发展趋势 62 结 论 65 参考文献 66 附 录 67 致 谢 73 买文档送全套图纸 扣扣 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 概 述 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。综合机械化采煤不仅产量大，效率高，成本低，而且能减轻繁重的体力劳动，改善工人的作业环境，保护工人的生命安全，是煤炭工业技术的发展方向。我国综采技术日趋成熟，不但生产水平，而且工艺水平已进入世界先进行列。 液压支架作为综合机械化采煤的关键设备之一，其重量约 为 综采设备总重量的 80%-90%，其费用约占综采设备总费用的 60%-70%。因此，为了降低成本，提高采煤的经济效益，世界各产煤大国都一直在积极地开展液压支架的研究。 1.1 支护设备的发展历史 煤矿支护设备是保证回采工作面正常生产和安全生产的重要设备之一，也是煤矿工作面使用规模最大、耗费资金最多的煤机产品。目前世界各国使用的煤矿支护设备主要是回采工作面单体支柱和回采工作面液压支架。 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 1.1.1 单体支柱的发展历史 20 世纪 50 年代出现了木支柱，它是一种古老而又简陋的支护材料，没有初撑力，也没有恒增阻降距，支撑力也无法保证，而且也 浪费了大量的木材。 20 世纪 60 年代出现了单体金属摩擦支柱，与木支柱相比可节省大量木材，而且也可复用。但是它不能保证恒增阻降距。 20 世纪 80 年代出现了 DZ 型单体液压支柱，与前两种单体支柱相比可保证恒增阻降距，支撑力也能得到控制，但是由于这种支柱存在内泄露，因此存在严重的安全隐患。 1.1.2 液压支架的发展历史 液压支架的发展从 20 世纪 50 年代开始。 1954 年，英国研制出剁式支架。从此，开创了煤炭工业的新时代。 1958年法国试验成功了节式支架。 五十年代末，为开采煤层厚超过 2m 的松散和破碎顶板条件下 的褐煤，前苏联开始研制掩护式液压支架，并与 1961 年在阿乐斯 -科拖举办的贸易展览会上展出了 OMKT 型掩护式支架。比起剁式和节式支架，掩护式支架能有效的控制顶板，防止开采过程中矸石渗入工作面，工作能力很好。 60 年代末和 70 年代初，随着液压支架在欧洲使用经验的日益增加，支架结构也发生了巨大变化。长顶梁、二柱、四柱以及多柱四连杆机构的液压支架相继问世。并且，为适应底板不平，底座采用分离铰接式结构；对于松软底板，为减小底板比压，采用接触面积较大的底座；为防止碎矸窜入采区，采用了各种防窜矸的掩护装置。 进入 70 和 80 年代，液压支架又有了新的发展。顶梁不仅实现了 “立即前移支护 ”，而且整个支架安装了电液控制系统实现微机控制与操作。 1981年杜赛尔多夫采矿展览会上，展出了液压连杆式液压支架和具有液压调高机构的掩护式支架，并研制出采高为 6m的大采高支架及放顶煤支架；对于坚硬岩层设计了强力液压支架等。 1.2 我国液压支架的发展 1959 年 10 月，原北京矿业学院设计了三种液压支架。 1961 年设计了 “本溪 - 型 ”支架，并制造出样机进行井下试验。 1965 年北京煤炭科学院和郑州充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 煤矿机械厂协作制造出仿英支架。 1973 年，北京 煤矿机械机械厂生产出第一套 BZZ 垛式支架，在阳泉矿务局使用。它是发展我国液压支架的起点。从70 年代至今，光煤炭科学研究总院北京开采所共研制出 30 余种不同结构型式的液压支架。架型包括：支撑式、掩护式和支撑掩护式，还有特殊采煤工艺用液压支架，如放顶煤支架，水砂填充支架及端头支架等。 总之，我国液压支架是从 50 年代末开始着手研制，经历可研制试验、引进、仿制和改进创新等阶段，直到现在的独立设计阶段。目前，除液压支架电液控制和支架计算机辅助设计与绘图方面落后于国外，其他方面均以达到国外同期水平。 1.3 液压支架的 用途、分类和结构 1.3.1 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，必须对顶板支护。而液压支架是以高压液体作为动力，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。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。 1.3.2 液压支架工作状态及布置 图 1-1 所示为液压支架在工作面的布置示意图。每个工作面一般由滚筒、采煤机、液压支架、刮板输送机、装载机、乳化液压站和油管等主要设备组成。 A-A 截面是采煤机割煤前支架的工作状态。此时，推溜千斤顶活塞杆处于伸出状态，端间距为零，输送机紧靠煤壁。采煤机割煤后，支架尚未前移时（ B-B 截面），端面距最大（等于采煤机截深）；当支架降柱卸载前移，然后升柱支护新裸露顶板时，端面距又达到最小（ C-C 截面）。支架支撑顶板后，以其为支点操作推溜千斤顶。将输送机推向煤壁，实现推溜。此时，推溜千斤顶的活塞杆又处于伸出状态（ D-D 截面），以 便完成下一个动作过程。 随着采煤机割煤的继续，工作面液压支架不断重复上述四个主要动作过程。 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 图 1-1 液压支架在工作面布置示意图 1采煤机 2液压支架 3传送带输送机 4转载机 5刮板输送机 6主进液管 7主回液管 8乳化液泵 9乳化液箱 10端头支架 11单体液压支柱 1.3.3 液压支架的分类 液压支架分类方式很多，主要按照支架使用条件和结构特点来分类。 1、 按使用条件分类 表 1-1 详细表示了支架按使用条件分类情况。 表 1-1 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（ 1.3m h 3.5m） 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（ 25 45） 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 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 2、按主要结构特点（表 1-2） 表 1-2 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 1.3.4 液压支架结构型式及特点 根据用途和在采煤工作面的安装位置，液压支架分为两大类，即端头支架和中间支架。 端头支架安装在采煤工作面两端与顺槽连接处。一般来说，它的顶梁较长，支护空间较大，具有较大的支撑力，并兼有支撑和锚固作用，其整体性和结构强度均较高。 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。液压支架的分类主要是对中间支架进行分类。 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 中间支架按其结构及与围岩相互作用方式可分为 :支撑式、掩护式和支撑掩护式三大类，如图 1-2。后两类又统称为掩护型液压支架。 1.支撑式液压支架 支撑式液压支架是利用立柱与顶梁直接支撑和控制采煤工作面顶板的，没有掩护梁。其顶梁较长，立柱较多，一般呈垂直布置，联结着顶梁和底座，无法承受水平作用力，这是此种支架的最大弱点；靠立柱支撑顶梁来维持一定的工作空间；顶板岩石则在顶梁后部垮落。这类支架的特点是：具有较大的工作阻力和良好的切顶性能 ，通风面积大；采区防矸不严密；由于顶梁较长，对顶板重复支撑次数多；适用于老顶来压强烈的或直接顶稳定和坚硬的顶板。 2.掩护式液压 掩护式液压支架是利用立柱、顶梁、及掩护梁来支撑顶板和防止顶板岩石涌入工作面。其顶梁较短，立柱较少，一般呈倾斜布置，联结着顶梁和底座或掩护梁和底座；掩护梁直接与冒落的矸石接触，靠其掩护作用来维持一定工作空间；顶板岩石则在掩护梁后部垮落。掩护式液压支架的特点是 ： 调高范围大，适应煤层厚度变化的能力强， 由于掩护式液压支架的这些优点，目前它已经成为世界各主要产煤大国研制和使用的重点架型 。 图 1-2 液压支架结构型式 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 a) 支撑式 b) 掩护式 c) 支撑掩护式 1前探梁 2顶梁及其侧护板 3掩护梁及其侧护板 4前连杆 5后连杆 6底座 7立柱 8推移千斤顶 9平衡千斤顶 10操纵阀与控制阀 11 护帮机构 12护帮千斤顶 13前梁千斤顶 14挡矸帘 3.支撑掩护式液压支架 它利用支撑和掩护的双重作用来维持一定的工作空间。这类支架的特点式：立柱较多，垂直支撑或立柱倾角较小，工作阻力大，切顶性能较好；采用掩 护梁，架间密封，挡矸掩护性能好；采用四连杆机构，能承受侧向力；适用范围较宽 。 1.4 液压支架的工作原理 液压支架在工作过程中，不仅要可靠的支撑顶板，维护一定的安全工作空间，而且要随工作面的推进，进行移架和推移输送机。因此，支架要实现升、降、推、移四个基本动作，这些动作是利用泵站供给的高压液体，通过工作性质不同的几个液压缸来完成的，如图 1-3所示。 PO923468117121015图 1-3 液压支架工作原理 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 1.4.1 支架升降和推移 当操纵阀 8处于升柱位置时，从乳化液泵站来的高压液体通过操纵阀 8、液控单向阀 6进入立柱 2的下腔，立柱上腔回液，支架升起，并撑紧顶板。当充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 操纵阀 8处于降柱位置时，工作液体进入立柱的上腔，同时打开液控单向阀，立柱下腔回液，支架下降。 支架的前移和推移输送机是通过操纵阀 7和推移千斤顶 4来进行的。移架时，先使支架卸载下降，再把操纵阀 7置于移架位置，从乳化液泵站来的高压液体进入推移千斤顶 4的前腔即活塞杆 腔，后腔即活塞腔回液。这时，支架以输送机为支点前移。移架结束后，再把支架升起，使支架撑紧顶板。 1.4.2 支架的承载过程 支架的承载过程是指支架与顶板之间相互力学作用的过程。它包括初撑、承载增阻和恒阻三个阶段。 初撑阶段 在升架过程中，当支架的顶梁接触顶板，直到立柱下腔的液体压力逐渐上升到泵站工作压力时，停止供液，液控单向阀 6立即关闭，这一过程为支架的初撑阶段。初撑力的大小取决于泵站的工作压力，立柱缸径和立柱的数量。 承载增阻阶段 支架初撑结束后，随着顶板的下沉，立柱下腔的液体压力逐渐升高，支架对顶板的支 撑力也随之增大，呈现增阻状态，这一过程为支架的承载增阻阶段。 恒阻阶段 随着顶板压力的进一步增加，立柱下腔的液体压力越来越高。当升高到安全阀 5 的调定压力时，安全阀打开溢流，立柱下缩，液体压力随之降低。当降到安全阀的调定压力时，安全阀关闭。随着顶板的继续下沉，安全阀重复这一过程。由于安全阀的作用，支架的支撑力维持在某一恒定数值上，这是支架的恒阻阶段。此时，支架对顶板的支撑力称为工作阻力，它是由支架安全阀的调定压力决定的。 1.5 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。 1.5.1 支架的组成 液压支架按其结构特点和与围岩的作用关系一般分为三大类，即支撑式、掩护式和支撑掩护式。根据支架各部件的功能和作用，其组成可分为 4充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 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。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、喷雾装置等。这些装置是为实现支架的某些动作或功能所必需的装置。 1.5.2 液压支架的支护方式 综采工作面的主要生产工序有采煤、移架和推溜。 3 个工序的不同组合顺序，可形成液压支架的 3种支护方式，从而决定工作面“三机”的不同配套关系。 1、即时支护 一般循环方式为：割煤 移架 推溜。即时支护的特点是，顶板暴露时间短，梁端距较小。适用于各种顶板条件，是目前应用最广泛的支护方式。 2、滞后支护 一 般循环方式为：割煤 推溜 移架。滞后支护的特点是，支护滞后时间较长，梁端距大，支架顶梁较短。可用于稳定、完整的顶板。 3、复合支护 一般循环方式为：割煤 支架伸出伸缩梁 推溜 收伸缩梁 移架。复合支护的特点是，支护滞后时间短，但增加了反复支撑次数。可适用于各种顶板条件，但支架操作次数增加，不能适应高产高效要求，目前应用较少。 1.6 采煤工作面液压支架设计要求 为了满足长臂工作面的生产要求对液压支架提出了以下要求： 1.能有效的控制顶板。具体有这些要求 ： 能适应顶板下沉、来压及冒落的特性；能防支架前方与上方 冒顶；不应出现陷底而影响性能与移架 。 2.保证安全的工作空间。具体要求如下：有宽敞的工作空间；能很好的充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 防矸、排矸；能良好的通风、照明、通讯、防尘、防火 。 3.应该适应煤层地址条件变化。要求支架有足够的调高范围；适应不平顶底板、台阶和断层等条件；适应煤层倾角变化 。 4.能够保证正常的生产循环。也就是说应保证正常移架、推溜；能与采煤、运输等工艺准确配合；运输，安装，搬家方便；还得便于维修 。 5.最后对于投资者来说，应该保证初期投资低、维修费用低。 1.7 本文所做的主要工作 毕业设计名称： 掩护式液压支架设计 参数如下： （ 1） 要求工作阻力 350t； （ 2）最小采高 2.5m； （ 3） 最大采高 4.7m。 本次设计主要工作如下：四连杆机构的设计、各个结构件的结构设计、各结构件的受力分析及强度校核及支架 发展趋势。 第二章 液压支架整体结构尺寸设计 2.1 支架高度和支架间距的确定 2.1.1 支架的高度和支架的伸缩比 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。 由于我国急斜煤层煤层厚度都比较大，煤层厚度在 20 80m之间，所以按厚煤层高度的确定原则来确定该放顶煤液压支架的高度。 max maxH =M（ 200 300） （ 2-1） min minH =M （ 300 400） （ 2-2） 式中：maxH 支架最大高度（ mm） ； minH 支架最小高度（ mm） ； maxM 最大采高（ mm） ； minM 最小采高（ mm） 。 本 设计最大 采高maxM 4500mm,取支架最大高度 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 maxH 4500 200 4700mm 本 设 计最小 采高 minM 2800mm,取支架最小高度 minH 2800 300 2500mm 支架 最大高度 与最小高度之差为支架的调高范围。 支架的伸缩比指其最大高度与最小高度之比值。即： maxminHm=H (2-3) 代 入有关数据，得 m=25004700=1.88 2.1.2 支架间距和宽度的确定 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： c m 3b = B + n C（ 2-4） 式 中： cb 支架间距（支架中心距）； mB 每架支架顶梁总长度； 3C 相邻支架（或框架）顶梁之间的间隙 ； n 每架所包含的组架的组数或框架数，整体自移式 支 架 n =1；整体迈步式支架 n =2；节式迈步支架 ， n =支架节数。 支架间距cb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帮槽上千斤顶连结块的位置来确定，我国刮板输送机溜槽每节长度为 1.5m,千斤顶连结块位置在溜槽中长的中间，所以除节式和迈步式支架外，支架间距一般为 1.5m。 大采高支架为提高稳定性中心距可采用 1.75m,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 1.25m。 本次设计 取 支架的中心距为 1.5m。 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、安装和调架要求。支架顶梁一般装有活动侧护板，侧护板行程一般为170mm 200mm。本次设计取支架顶梁的最小宽度为 1400mm,最大宽度为1570mm,亦即顶梁侧护板侧推千斤顶的行程取 170mm。 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 2.2 底座长度的确定 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 3.5 倍的移架步距（一个移架步距为 0.6m），即 2.1m左右，支撑掩护式支架的底座长度取 4 倍的移架步距，即 2.4m左右。在这里取底座长度为 2.5m。 2.3 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 。 2.3.1 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 有 很大影响。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，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 600 mm 。这里，采用 滞后 支护方式。 2.3.2 顶梁长度计算 掩护式支架顶梁长度计算 顶梁长度 =配套尺寸 +底座长度 + 1cosAQ （ ）-1G cos P （ ）+300+e +掩护梁与顶梁铰点至顶梁后端点之距（ mm） (2-5) 式中 配套尺寸 参考原煤炭部煤炭科学研究院编制的综采设备配套图册确定； 底座长度 底座前端至后连杆下铰点之距 e 支架由高到低顶梁前端点最大变化距离； 1Q 、 1P 支架在最高位置时，分别为后连杆和掩护梁与水平面的夹角。 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 2800634450经计算的支架顶梁长度为 3000mm. 2.4 四连杆机构的确定 2.4.1 四连杆机构的作用 1梁端护顶 鉴于四连杆机构可使托梁铰接点呈双纽线运动，故可选定双纽线的近似直线部分作为托梁铰接点适应采高的变化范围。这样可使托梁铰接点运动时与煤壁接近于保持等距，当梁端距处于允许值范围之内时，借此可以保证梁端顶板维护 良好。 2挡矸 鉴于组成四连杆机构的掩护梁既是连接件，又是承载件，为了承受采空区内破碎岩石所赋予的载荷，掩护梁一般做成整体箱形结构，具有一定强度。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 观测表明：综采面给予支架的外载，不但有垂直于煤层顶板的分力，而且还有沿岩层层面指向采空区方向（或指向煤壁方向）的分力，这个水平推力由液压支架的四连杆机构承受，从而避免了立柱因承受充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 水平分力而造成立柱弯曲变形。 4提高支架稳定性 鉴于四连杆机构将液压支架连成一个重量较大的整体，在支 架承载阶段，其稳定程度较高。 四连杆机构在具有以上诸作用的同时，也有一些缺点。首先，支架在工作过程当中，四连杆机构必须承受很大的内力，从而导致支架结构尺寸的加大和重量的增加；其次，由于四连杆机构对顶板产生一个水平力（又称水平支撑力），因此对支架的工作性能将产生不良影响。 2.4.2 四连杆机构设计的要求 1.支架 高度 在最大和最小范围内变化时，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。 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 ，如图 2-1所示，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，防止矸石停留在掩护梁上，根据物理学摩擦理论可知，要求 tanPW ，如果钢和矸石的摩擦系数 W =0.3，则 P =16.7。为了安全可靠，最低工作位置应使P 25为宜。而 Q 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 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。 3.从图 2-1中可知，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 角满足 tan 0.35 的范围，其原因是 角直接影响支架承受附加力的数值大小。 4.应取顶梁前端点运动轨迹双扭线向前凸的一段为支架工作段，如图 2-1所示的 h 段。其原因为当顶板来压时，立柱让压下缩，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小，防止啃底，有利移架。水平力的合力也相应减小，所以减轻了掩护梁的外负荷。 从以上分析可知，为使支架受力合理和工作可靠，在设计四连杆机构的充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 运动轨迹时，应尽量使 e 值减小，取双扭线向前凸的一段 为支架工作段。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 2-2。 2.4.2 四连杆机构的设计 四连杆机构的设计的主要方法有：直接求解法、解析法、几何作图法等。本设计鉴于各种方法的优缺点，采用了 几何作图法 的方式来求解。 1.确定掩护梁上铰点至顶梁顶面之距和后连杆下铰点至底座底面之距。 一般按同类型支架用类比法来确定。取掩护梁上铰点至顶梁顶面之距为200mm，取后连杆下铰点至底座底面之距为 240mm。 2.掩护梁和后连杆长 度的确定 用解析法来确定掩护梁和后连杆的长度。如图 2-3所示 e1hPQoe= 30图 2-1 四连杆机构几何特征图 e充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 图 2-2 掩护梁和后连杆构成曲柄滑块机构 图 2-3 掩护梁和后连杆 计算图 其中： 一掩护梁长度， 后连杆长度， 2L e 点引垂线到后连杆下铰点之距， 1H 一支架最高位置时的计算高度， 2H 一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 : 211 c osc os LQAPG (2-6) 222 c osc os LQAPG (2-7) (2-6)式和 (2-7)式联立可得： 1212 c o sc o s c o sc o s QQ PPGA （ 2-8） 说明： 支架计算高度为支架高度减去掩护梁上铰点至顶梁顶面之距和后连秆下铰点至底座底面之距。 按四连杆机构的几何特征要求，选定 Pl、 P2、 Ql、 Q2 代入 (2-8)式，可以求得 A/G 的比值。由于支架型式不同，一般 A/G 的比值按以下范围来取。 掩护式支架： A/G 0.45-0.61 支撑掩护式支架： A/G 0.61-0.82 支架最高位置时的计算高度为： 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 111 s ins in QAPGH （ 2-9） 根据 A/G 的比值和 (2-9)式可以求得掩护梁的长度 G 和后连杆长度 A，经过取整后 ,重新算出 P1、 P2、 Q1、 Q2 的角度，这几个参数就确定了。 3几何作图法作图过程 用几何作图法确定四连杆机构的各部尺寸，具体作法如图 2-4 所示。 图 2-4 四连杆机构的几何作图法 作图步骤如下， (1)确定后连杆下铰点 O 点的位置，使它大体比底座底面略高200250mm。 (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 线的夹角为 Q1 的斜线。 (4)在此斜线上截取线段 oa ， oa 长度等于 A， a 点即为后连杆与掩护梁的铰点。 (5)过 a 点与 H-H 线的平行线有交角 1P 的斜线，以 a 点为圆心，以 G 为半径作弧交此斜线一点 e ，此点为掩护梁与顶梁的铰点。 (6) 过 e 点作与 H-H 线的平行的 F F 线，则 H H 线与 F F 线的距商为 H，为液压支架最高位置时的计算高度。 (7)以 a 点为圆心，以 (0.22-0.3)G 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 线的垂线 (认为液压支架由高到低变化时， e 点在此直充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 线上滑动 )。 (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 半径作圆弧。 (12)以 e 点为圆心，掩护梁长 ae 半径作弧，交前圆弧上一点 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 ae 、 ae ，并以 a 点为圆心， ab 为半径作弧，交 ea 上一点b 点；以 a 点为圆心， ab 长为半径作弧，交 ae 上一点 b 点。则 b、 b 、 b三点为液压支架在三个位