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掩护式液压支架机械结构设计.docx

掩护式液压支架机械结构设计【三维CREO】【全套CAD图纸+毕业论文】【原创资料】

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掩护式液压支架机械结构设计【3D-Proe】【全套CAD图纸+毕业论文】【原创资料】.rar

定单216-掩护式液压支架机械结构设计【最终】

掩护式液压支架机械结构设计.docx---(点击预览)

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图纸-CAD

前连杆.dwg

后连杆.dwg

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护帮板.dwg

掩护梁.dwg

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关键词：: 掩护液压支架机械结构设计 proe 全套 cad 图纸毕业论文原创资料

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摘要

本次设计的内容是掩护式液压支架，我在本次设计中主要负责该支架的机械结构部分设计。此次任务包括立柱方案选择、顶梁、底座、护帮板、四连杆机构、支柱等的结构设计与计算以及强度校核，立柱由液压油缸组成；伸缩油缸在顶梁部分，销轴主要用于油缸与耳板、四连杆与底座、顶梁与掩护梁之间的连接。

该支架采用传统的四连杆结构，四连杆机构是液压支架设计的难点与重点，直接关系到液压支架的使用质量；采用整体顶梁和底座。这种支架因结构简单、重量轻、造价低、节省空间，大大减轻了支架的整体重量，梁采用伸缩式的，支撑过程中能与地板接触，不仅起到一定的掩护作用，而且还能起到一定的支撑作用，使支架更稳定。

关键词：液压支架；顶梁；掩护式；机械结构；

Abstract

The content of this design is the design of hydraulic support, the mechanical structure part I mainly responsible for the support in this design. This taskincludes the column selection, top beam, base, flipper, four connecting rod mechanism, pillar and the structure design and calculation and strength check, the column by a hydraulic cylinder; the telescopic oil cylinder in thetop part, a pin shaft is mainly used for the connection between the cylinder and the ear plate, the four connecting rod and a base, the top beam and the shield beam.

The bracket adopts four connecting rod structure of tradition, the four connecting rod mechanism is the key and difficult part of hydraulic support design, directly related to the quality of hydraulic support; the whole top beam and the base. The bracket has the advantages of simple structure,light weight, low cost, space saving, greatly reducing the overall weight of thebeam bracket, the telescopic, can contact the floor support process, not onlyto cover the role, but also play a supporting role, to support more stable.

Keywords: hydraulic support; beam; shield; mechanical structure;

摘要1

Abstract1

目录2

第一章绪论4

1.1 概述4

1.2 液压支架的发展现况4

1.3液压支架的国内外研究现状4

1.4课题研究背景及主要意义5

第二章回采工作面的支护设备6

2.1支护设备的用途和种类7

2.2回采工作面顶板的组成及其分类7

2.3 液压支架的组成8

2.4液压支架的分类9

第三章液压支架的整体结构设计15

3. 1 支架基本参数的确定15

3.1.1 支架高度15

3.1.2 支架伸缩比15

3.1.3 支架间距15

3.1.4 支架宽度15

3.1.5 底座长度16

3.1.6 顶梁长度16

3.1.7 支架工作阻力17

4.1.2几何作图法的过程21

3.2顶梁结构设计23

3.2.1基本概念23

3.2.2顶梁分类24

3.2.3顶梁断面形状25

3.3 底座结构设计26

3.3.1底座的选型26

3.3.2 确定底座结构尺寸27

3.4立柱的确定29

3.4.1工作阻力的确定29

3.4.2立柱的确定31

第4章顶梁强度校核34

4.1材料的选择34

4.2 顶梁的强度校核35

4.2.1集中载荷在两根立柱中间时校核35

4.2.2集中载荷在顶梁两端时校核39

第5章底座强度校核42

5.1底座的受力分析42

5.1.1 受力分析42

5.2 强度校核43

参考文献50

第一章绪论

1.1 概述

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，保证工作人员的安全和各项作业的正常进行，必须对顶板进行支护。而用于煤矿回采工作面的支护设备，经历了木支柱，金属磨擦支柱，单体液压支柱，液压支架等几个发展阶段。目前使用较多的则是液压支架。

液压支架是以高压液体为动力，由金属构件和若干液压元件组成。它能实现支撑、切顶、自移和推溜等工序，与大功率采煤机、大运量的可弯曲刮板输送机组成回采工作面的综合机械化设备。由于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，所以它的使用能增加采煤工作量的产量、提高劳动生产率、降低成本、减轻工人的体力劳动和保证生产的安全。因此液压支架是实现采煤综合机械化和自动化不可缺少的主要设备。

本次设计的重点是液压支架的选型和支架总体设计及部件结构的设计计算、强度校核，其中液压支架选型部分主要通过对目前煤矿广泛使用的四连杆和单摆杆机构的支架进行分析比较，在吸取了现有许多支架在设计使用中的经验教训的基础上,研制了这种新型分体顶梁液压支架。设计计算及强度校核部分是对液压支架主要部件顶梁、底座、和导向杆进行计算和强度校核。

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内容简介：: 掩护式液压支架机械结构设计 1 摘要本次设计的内容是掩护式液压支架，我在本次设计中主要负责该支架的机械结构部分设计。此次任务包括立柱方案选择、顶梁、底座、护帮板、四连杆机构、支柱等的结构设计与计算以及强度校核，立柱由液压油缸组成；伸缩油缸在顶梁部分，销轴主要用于油缸与耳板、四连杆与底座、顶梁与掩护梁之间的连接。该支架采用传统的四连杆结构，四连杆机构是液压支架设计的难点与重点，直接关系到液压支架的使用质量；采用整体顶梁和底座。这种支架因结构简单、重量轻、造价低、节省空间，大大减轻了支架的整体重量，梁采用伸缩式的，支撑过程中能与地板接触，不仅起到一定的掩护作用，而且还能起到一定的支撑作用，使支架更稳定。关键词：液压支架；顶梁；掩护式；机械结构； Abstract The content of this design is the design of hydraulic support, the mechanical structure part I mainly responsible for the support in this design. This taskincludes the column selection, top beam, base, flipper, four connecting rod mechanism, pillar and the structure design and calculation and strength check, the column by a hydraulic cylinder; the telescopic oil cylinder in thetop part, a pin shaft is mainly used for the connection between the cylinder and the ear plate, the four connecting rod and a base, the top beam and the shield beam. The bracket adopts four connecting rod structure of tradition, the four connecting rod mechanism is the key and difficult part of hydraulic support design, directly related to the quality of hydraulic support; the whole top beam and the base. The bracket has the advantages of simple structure,light weight, low cost, space saving, greatly reducing the overall weight of thebeam bracket, the telescopic, can contact the floor support process, not onlyto cover the role, but also play a supporting role, to support more stable. Keywords: hydraulic support; beam; shield; mechanical structure; nts掩护式液压支架机械结构设计 2 目录摘要 . 1 Abstract . 1 目录 . 2 第一章绪论 . 4 1.1 概述 . 4 1.2 液压支架的发展现况 . 4 1.3 液压支架的国内外研究现状 . 4 1.4 课题研究背景及主要意义 . 5 第二章回采工作面的支护设备 . 7 2.1 支护设备的用途和种类 . 7 2.2 回采工作面顶板的组成及其分类 . 7 2.3 液压支架的组成 . 8 2.4 液压支架的分类 . 9 第三章液压支架的整体结构设计 . 15 3. 1 支架基本参数的确定 . 15 3.1.1 支架高度 . 15 3.1.2 支架伸缩比 . 15 3.1.3 支架间距 . 15 3.1.4 支架宽度 . 15 3.1.5 底座长度 . 16 3.1.6 顶梁长度 . 16 3.1.7 支架工作阻力 . 17 4.1.2 几何作图法的过程 . 21 3.2 顶梁结构设计 . 23 3.2.1 基本概念 . 23 3.2.2 顶梁分类 . 24 3.2.3 顶梁断面形状 . 25 nts掩护式液压支架机械结构设计 3 3.3 底座结构设计 . 26 3.3.1 底座的选型 . 26 3.3.2 确定底座结构尺寸 . 27 3.4 立柱的确定 . 29 3.4.1 工作阻力的确定 . 29 3.4.2 立柱的确定 . 31 第 4 章顶梁强度校核 . 34 4.1 材料的选择 . 34 4.2 顶梁的强度校核 . 35 4.2.1 集中载荷在两根立柱中间时校核 . 35 4.2.2 集中载荷在顶梁两端时校核 . 39 第 5 章底座强度校核 . 42 5.1 底座的受力分析 . 42 5.1.1 受力分析 . 42 5.2 强度校核 . 43 参考文献 . 50 nts掩护式液压支架机械结构设计 4 第一章绪论 1.1 概述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，保证工作人员的安全和各项作业的正常进行，必须对顶板进行支护。而用于煤矿回采工作面的支护设备，经历了木支柱，金属磨擦支柱，单体液压支柱，液压支架等几个发展阶段。目前使用较多的则是液压支架。液压支架是以高压液体为动力，由金属构件和若干液压元件组成。它能实现支撑、切顶、自移和推溜等工序，与大功率采煤机、大运量的可弯曲刮板输送机组成回采工作面的综合机械化设备。由于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，所以它的使用能增加采煤工作量的产量、提高劳动生产率、降低成本、减轻工人的体力劳动和保证生产的安全。因此液压支架是实现采煤综合机械化和自动化不可缺少的主要设备。本次设计的重点是液压支架的选型和支架总体设计及部件结构的设计计算、强度校核，其中液压支架选型部分主要通过对目前煤矿广泛使用的四连杆和单摆杆机构的支架进行分析比较，在吸取了现有许多支架在设计使用中的经验教训的基础上 ,研制了这种新型分体顶梁液压支架。设计计算及强度校核部分是对液压支架主要部件顶梁、底座、和导向杆进行计算和强度校核。 1.2 液压支架的发展现况从液压支架的形式来看，有支撑式液压支架发展到掩护式液压支架和支撑掩护式液压支架；从支架的质量来看，有轻型液压支架和重型液压支架；从支撑高度来看，有薄煤层液压支架、中厚煤层分层和厚煤层液压支架，其中厚煤层液压支架鼬分厚煤层一次采全高液压支架、厚煤层分层开采液压支架和放顶煤液压支架；从用途来看，有端头液压支架和中间液压支架。所以从液压支架的现状开看，液压支架已经发展到一个完整的液压支架体系。从液压支架的设计来看，由过去的手工设计发展到全部计算机程序设计。总之，随着时代的发展的进步，液压支架设计、制造和使用，将越来越完善、安全、可靠。 1.3 液压支架的国内外研究现状综合机械化采煤是煤矿开采技术现代化的重要标志。 80年代末以来，世界主要产煤国家高产高效综采技术迅速发展，特别是美国、澳大利亚、德国、英国和南非发展最快。综采工作面高产高效纪录不断刷新，综采装备新技术层出不穷。 nts掩护式液压支架机械结构设计 5 均年产 145 4 万 t 洗精煤，平均工效 274t (工 *d)，工作面搬家 (包括设备安装 )时间平均 684人工 /面。工作面平均长度 240 m，最大长度 335m。 1994 年平均班产进一步提高，其中，前 10 个工作面年平均班产达到 5998t 洗精煤，相当于年产 400 万 t 以上的水平。沙莫罗克公司 (SHAMR0CK)的被克佛克矿在 123 个小班中产煤 166 万 t，相当于月产 83 万 t;塞普路斯阿马克斯煤炭公司卡姆博兰德矿 1995 年 6 月达到月产洗精煤57 3万 t的纪录，阿科煤炭公司的西皮庇矿 1994年 11月创造了日产 4.5万 t的世界纪录 ,当月产量 50余万 t。美国 1994年共有 80 个长壁工作面，其中有 70个工作面是电液控制的工作面，占 87 5，使用两柱掩护式支架 73套，四柱支撑掩护式支架 7套，两柱掩护式支架占 91 25，支架工作阻力大部分在 7000 8000 kN，最大的两柱掩护式支架工作阻力达到 9800kN。普遍装备大功率电牵引重型采煤机组和大功率、大运量、高可靠性刮板输送机。澳大利亚近 10 年来综采发展很快，综采工作面数量从 1980 年的 3 个增加到 1994年的 25个，井工效率达到 17 71t工。科迪尔克斯矿和巴波尼矿的综采工作面年产量已超过 300 万 t。为使综采产量持续增长，近几年来澳大利亚采取了一系列措施，包括改革劳动制度，采用各种新设备、新技术，综采工作面优选世界各国最先进的重型高效装备，实现一井一面，集中化生产。英国和德国是世界上综采技术装备最先进的国家，由于受其自然煤层赋存条件的限制，其高产高效工作面的纪录不如美国和澳大利亚，但世界著名的采煤机械公司主要集中在德国和英国。近年来，由于国际采矿业市场的不景气和激烈竞争，导致各公司的相互兼并，形成几个大跨国公司。为占领市场，各公司不断开发新技术、新产品。 1.3.2国内研究现状我国在五十年代开始从国外引进注浆泵 ,直到二十世纪八十年代 ,才较大范围的推广使用注浆泵目前 ,国内注浆泵生产企业有十余家 ,总生产能力 600辆 ,主要集中在中联重工三一重工、辽宁海诺、安徽星马、上海普斯特 5个企业 ,产量占全行业的 95%泵车的型号也有多种 ,泵送高度从 20多米到 50多米 ,国内目前生产的注浆泵车多集中在 37m以下“我国虽然起步较晚 ,但发展相当迅速 ,借鉴欧洲技术自主开发”目前国内占主导地位的泵送液压系统有 3种 ,一种是主要由三一重工所采用全液压液控换向系统 ;第二种是采用电信号换向 ,主要为中联重科采用；第三种是主要用在泵车上的闭式系统 ,换向冲击小 ,但成本比较高。 1.4 课题研究背景及主要意义经过对比我国的液压支架和国外液压支架的现状可以看出，两者之间存在着很大的区别。国外的支架主要的研究热点及发展方向是高强度，自动化。而我国的液压支架的发展方向主要是多品种，高适应性。这主要是由我国煤炭的赋存状况决定的。 nts掩护式液压支架机械结构设计 6 我国目前存在大量 3. 5 5 .5厚煤层 ,特别是中小矿井 ,希望有一种结构简单、轻型、适应能力强的放顶煤液压支架来开采这类煤层。目前 ,国内用于厚煤层的重型放顶煤液压支架技术趋于成熟 ,但因其重量大、成本高，并不适合中小煤矿广泛使用，而轻型低位放顶煤液压支架还存在一些普遍的问题，主要表现在采用四连杆机构 ,结构复杂 ,后部空间小 ,重量较大，承受水平力能力弱 ;当顶梁上部压力的合力作用点前移至前立柱之前时 ,则会使后立柱受拉 ,而后立柱又是单作用油缸 ,只能承受压力 ,因而后立柱的作用往往失效 ,致使顶梁有低头前倾趋势 ;目前 ,常用放顶煤液压支架掩护梁形式易造成较薄顶煤的混矸 ,而且安装于掩护梁上的长尾梁机构的尾梁两侧也易混煤混矸 ;前探梁容易产生伸缩卡阻。针对上述普遍问题 ,经过大量调研 ,在吸取了现有许多支架在设计使用中的经验教训的基础上 ,研制了新型轻型导向放顶煤液压支架。在架型设计上 ,针对大多数放顶煤工作面顶板压力不大、煤质较松软、要求的工作阻力很小 ,以及许多中小矿井井筒和巷道运输断面较小的特点 ,要求支架结构简单、重量轻、体积小、工作可靠 ,搬运灵活的情况 ,吸收了国内外现有放顶煤液压支架的优点 ,特别是考虑厚煤层的放顶煤开采地质、矿压特点 ,设计了该轻型导向放顶煤液压支架。与同类支架相比 ,具有强度高 ,支撑力大 ,稳定性好 ,抗水平力能力强。对不同条件适用性强 ,特别适用于中小矿井厚煤层的放顶煤开采。这种轻型导向放顶煤液压支架是专门为中小煤矿开发设计的一种支护产品，它打了传统支架的设计理念，采用柔性导杆结构代替传统的四连杆或单摆杆结构，克服了四连杆机构、单摆杆机构支架在支护高度发生变化时，由于内力大而造成的支架易损坏的潜在因素，稳定性好，支护强度大，重量轻，工作面许用运动空间大；采用分体顶梁来代替整体顶梁，减轻了重量，结构更加紧凑；为中小矿井机采放顶煤工作面支护提供了一个很好的选择。这便是我们做这次设计的初衷，期待着我国的煤炭产量更上一层楼，同时也希望我国的煤矿工人的生活更加美好！课题主要完成的工作内容： 1）液压支架的应用研究 2）四连杆机构方案设计 3）机械结构设计与计算 4）机械结构强度校核计算 5）绘制装配图、零件图和三维图 nts掩护式液压支架机械结构设计 7 第二章回采工作面的支护设备 2.1 支护设备的用途和种类在回采工作面中。为了保护工作面内机器和人员的安全生产，要对顶板进行支撑和管理，以防止工作面空间的顶板冒落。回采工作面的使用的支护设备有金属摩擦支柱、单体液压支架和自移式液压支架。他们与采煤机和工作面的输送机分别组成“普采”、“高档普采”和“综采”设备。由于使用金属摩擦支柱劳动强度大、安全行差、工作面产量低，现已很少使用。单体液压支柱与铰接顶梁配套使用。由于单体液压支柱是用高压液体进行升柱和支撑，减轻了工人的劳动强度，增加了工作面的安全性，工作面的产量和效率有了一定的提高。但是由于单体液压支柱支撤和移动仍靠人工进行操作，所以劳动强度仍然较大，安全性仍然较差，工作面的产量和效率的提高受到限制。液压支架是以高压液体为动力，有金属构件和若干液压元件组成。它使支架的支撑、切顶、移架和输送机等工序全部实现了机械化。因而大大地改善了回采工作面的工作条件、降低了人们的劳动强度，有效的增加了劳动的安全性，使工作面的产量和效率得到了很大的提高，并为工作面的自动化创造了条件。但液压支架对煤层的地质要求很高，初期投资较大。 2.2 回采工作面顶板的组成及其分类 (一）顶板的组成回采工作面的顶板，根据岩层和煤层的相对位置及其特征，可以分为一下三中；伪顶 :直接位于煤层的上方，是极易垮落的一层岩石。它通常是炭质岩和泥质岩，厚度一般不大于 0.3 0.5m，经常随采随冒。有些煤层不出现伪顶。伪顶对支护设备的使用一般呜影响。直接顶：是位于伪顶或直接位于煤层上方的的一层或几层岩层，厚度一般不大，不很坚硬，常由泥质岩页岩等组成。一般随回柱或移架而冒落。直接顶的稳定性对支护方式以及架行选择有决定性的影响。老顶：是位于直接顶之上厚而坚实节理裂隙和层里都不发育的整体岩层。通常由石灰岩或沙砾岩等构成。老顶长能在采空去维持很大悬露面积而不随直接顶一起垮落，其垮落步距的长短对支护设备的载荷大小有决定性影响。（二）顶板分类 nts掩护式液压支架机械结构设计 8 1.直接顶分类我国将缓倾煤层回采工作面的直接顶分为四类。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。中等稳定顶板，这累顶板强度较高，但有大量的节理缝隙，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。页岩，粉砂岩等直接顶属于这一类顶板。稳定顶板即完整顶板：不易发生局部冒落，砂岩顶板坚硬的砂岩属于这类顶板。坚硬顶板：极难冒落的砂岩坚硬砂质页岩等属于这类顶板。 2.老顶分级老顶根据周期来压明显与否分为四级：级顶板，周期来压不明显；级顶板，周期来压明显；级顶板，周期来压强烈；级顶板，周期来压极其强烈。老顶来压越不明显，作用于支架上的载荷就越小，而且稳定。反之，周期来压越强烈，作用于支护设备上的载荷就越大，且有冲击。 2.3 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。液压支架的种类很多，但其基本功能是相同的。液压支架按其结构特点，“一般分为三大类，即支撑式、掩护式 (图 2-1)和支撑掩护式 (图 2-2)根据支架各部件的功能和作用，其组成可分为 4 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、电控元件等。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。 nts掩护式液压支架机械结构设计 9 图 2-1 掩护式液压支架结构图 2-2 支撑掩护式液压支架结构 (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。 2.4 液压支架的分类按液压支架在采煤工作面的安置位置来划分，有端头液压支架和中间液压支架。端头液压支架简称端头支架，专门安装在每个采煤工作面的两端。中间液压支架是安装在除工作面端头以外的采煤工作面所有位置的支架。中间液压支架按其结构形式来划分，可分为三种基本类型，即：支撑式、掩护式和支撑掩护式。 1 支撑式支架支撑式支架是出现最早的一种架型，按其结构和动作方式的不同，支撑式支架又分为垛式支架（图 2-3a）和节式支架（图 2-3b）两种结构型式。垛式支架每架为一整体，与输送机连接并互为支点整体前移。节式支架由 32 个框节组成，移架时，各节之间互为支点交替前移，输送机用于支架相连的推移千斤顶推移。节式支架由于稳定性差，现已基本淘汰。支撑式支架的结构特点是：顶梁较长，其长度多在 m4 左右；立柱多，一般是 64 根，且垂直支撑；支架后部设复位装置和挡矸装置。以平衡水平推力和防止矸石窜入支架的工作空间内。 nts掩护式液压支架机械结构设计 10 支撑式支架的支护性能是：支撑力大，且作用点在支架中后部，故切顶性能好；对顶板重复支撑的次数多，容易把本来完整的顶板压碎；抗水平载荷的能力差，稳定性差；护矸能力差，矸石易窜入工作空间；支架的的工作空间和通风断面大。由上可知，支撑式支架适用于直接顶稳定、老顶有明显或强烈周期来压，且水平力小的条件。 (a) (b) 图 2-3 支撑式支架结构形式 a 垛式支架 b 节式支架 2 掩护式支架（如图 2-1）其主要由前梁、主梁、掩护梁和侧护板、底座、前后连杆、前梁千斤顶、推移千斤顶、操纵阀等组成。它的结构特点是：有一个较宽的掩护梁以挡住采空区矸石进入作业空间，其掩护梁的上端与顶梁铰接，下端通过前后连杆与底座连接。底座、前后连杆和掩护梁形成四连杆机构，以保持稳定的梁端距和承受水平推力。立柱的支撑力间接作用与顶梁或直接作用与顶梁上。掩护式支架的立柱较少，除少数掩护式支架 1 根立柱外，一般都是一排 2根立柱。这种支架的立柱都为倾斜布置，以增加支架的调高范围，支架的两侧有活动侧护板，可以把架间密封。通常顶梁较短，一般为 3.0mm 左右。掩护式支架的支护性能是：支撑力较小，切顶性能差，但由于顶梁短，支撑力集中在靠近煤壁的顶板上，所以支护强度较大、且均匀，掩护性好，能承受较大的水平推力，对顶板反复支撑的次数少，能带压移架。但由于顶梁短，立柱倾斜布置，故作业空间和通风断面小。由上可知，掩护式支架适用于顶板不稳定或中等稳定、老顶周期来压不明显、瓦斯nts掩护式液压支架机械结构设计 11 含量少的破碎顶板条件。 3 支撑掩护式支架（如图 2-2）其主要由防片帮千斤顶、前梁、顶梁、掩护梁、底座、推移千斤顶、立柱等组成。支撑掩护式支架是在吸收了支撑式和掩护式两种支架优点的基础上发展起来的一种支架。因此，它兼有支撑式和掩护式支架的结构特点和性能，可适应各种顶底板条件。此种支架的优点是：支撑力大，切顶性能强，防护性能好，通风断面大，稳定性好，应用范围广。它的缺点是：结构复杂，成本较高。支撑掩护式支架的立柱均为两排，立柱可前倾或后倾。也可倒八字形布置和交叉布置。通常，两排立柱都是直接支撑在顶梁上，个别情况下，也有后排立柱支撑在掩护梁上而前排立柱支撑在顶梁上。 4 特种液压支架特种液压支架是为了满足某些特殊的要求而发展起来的液压支架，在结构形式上仍属于以上某种液压支架。包括放顶煤支架等。 2.5 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 2-4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。 nts掩护式液压支架机械结构设计 12 高压液体底压液体升降推移1 23456支架的支撑力与时间曲线，称为支架的工作特性曲线，如图 2-5所示：支架立柱工作时，其支撑力随时间的变化过程可分为三个阶段 0t-初撑阶段； 1t-增阻阶段； 2t-恒阻阶段；1P-初撑力；2P-工作阻力（ 1）初撑阶段支架在升柱时，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，支架的夜控单向阀关闭，立柱下腔压力达到初撑力，此阶段为初撑阶段0t，此时支架对顶板的支撑力为初撑力。支撑式支架的初撑力为 32 104 nPDP bc KN (2-1) pp 1p 2tt 0 t 1 t 2图 2-5 支架的工作特性曲线式中 D -支架立柱的缸径， m ；图 2-4 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 nts掩护式液压支架机械结构设计 13 bP-泵站的工作压力， MPa ； n -支架立柱的数量。由上式可知，支架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。合理的初撑力是防止直接顶过早的因下沉而离层、减缓顶板下沉速度、增加其稳定性和保证安全生产的关键。一般采用提高泵站工作压力的办法来提高初撑力，以免立柱的缸径过大。（ 2）承载增阻阶段支架初撑后，随顶板下沉，立柱下腔压力增加，直到增加到支架的安全阀调正压力，立柱下腔压力达到工作阻力。此阶段为增阻阶段1t。（ 3）恒阻阶段随着顶板压力继续增加，使立柱下腔压力超过支架的安全阀压力调正值时，安全阀打开而溢流，立柱下缩，使顶板压力减小，立柱下腔压力降低，当低于安全阀压力调整之后，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2t。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。支撑式支架的工作组力为 32 104 nPDP a KN (2-2) 式中 aP-支架安全阀的调定压力 MPa ；支架的工作阻力标志着支架的最大承载能力。对于掩护式和支撑掩护式支架，其初撑力和工作阻力的计算还要考虑到立柱倾角的影响因素。支架的工作阻力是支架的一个重要参数，它表示支架支撑力的大小。但是，由于支架的顶梁长短和间距大小不同，所以并不能完全反映支架对顶板的支撑能力。因此，常用单位支护面积顶板上所受支架工作阻力值的大小，即支护强度来表示支架的支护性能。即 310 FPq MPa (2-3) 式中： F 支架的支护面积， 2m nts掩护式液压支架机械结构设计 14 2.6 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 即时支护般循环方式为：割煤一移架一推溜，工作面“三机”的配套关系。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：割煤一推溜一移架。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 复合支护般循环方式为：割煤一支架伸出伸缩梁一推溜一收伸缩梁一移架。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。 nts掩护式液压支架机械结构设计 15 第三章液压支架的整体结构设计 3. 1 支架基本参数的确定 3.1.1 支架高度支架的高度由工作面的厚度及地质条件的变化等因素决定，考虑通风、运输、行人的要求以及一定的富余系数，本课题任务书中已经确定了支架的最低高度 Hmin=2m，最高支护高度 Hmax=4m。 3.1.2 支架伸缩比支架的伸缩比是指最大和最小支架高度之比值，即： 220004000m inm a x HHm m 反映支架对煤层厚度的适应能力，采用单伸缩立柱 m 值一般为 1.6 左右；若进一步提高伸缩比，需采用带机械加长杆的立柱或双伸缩立柱， m值一般为 2.5左右。 3.1.3 支架间距所谓支架间距，就是相邻两支架中心线间的距离。确定支架中心距时，应考虑到下列几个方面的因素：（ 1）顶板允许暴露的面积。（ 2）运输机溜槽的长度。支架中心距一般等于工作面一节溜槽长度，以便配套。目前国内外液压支架中心距大部分采用 1.5m。大采高支架为提高稳定性中心距可采用1.75m，轻型支架中心距可采用 1.25m；（ 3）支架的稳定性。一般支架中心距大，支架稳定性好。本研究课题任务书中规定中心距为 1.75m. 3.1.4 支架宽度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 170 200mm。当支架中心距为1.5m 时，最小宽度一般取 1400 1430mm，最大宽度一般取 1570 1600mm。当支架中心距为 1.75m 时，最小宽度一般取 1650 1680mm，最大宽度一般取 1850 1880mm。当支架中心距为 1.25m时，如果顶梁带有活动侧护板，则最小宽度取 1150 l 180 mm最大nts掩护式液压支架机械结构设计 16 宽度取 1320 1350mm；如果顶梁不带活动侧护板，则宽度一般取 1150 l 200mm26。本研究课题任务书中规定中心距为 1650-1850mm. 3.1.5 底座长度底座是将顶板压力传递到顶板和稳固支架的部件。在支架底座长度设计时要考虑以下几方面：支架度底座的接触比压要小；支架内部应有足够的空间用于安装立柱、液压控制装置、推移装置和其它辅助装置；便于人员操纵和行走；保证支架的稳定性等。通常，掩护式液压支架的底座长度取移架步距的 3.5倍（一个移架步距为 0.6m），及 2.1m左右 ,故取底座长度为 2.1m. 3.1.6 顶梁长度顶梁是支护顶板的直接承载部件，其长度取决于必要的作业空间和通风断面要求，还与支护方式有关。如图 3-1所示，顶梁长度由三部分尺寸组成 15，即： L b n u 图 3.1 液压支架尺寸关系式中 b 顶梁前部尺寸； n 顶梁上前、后排立柱柱窝之间的距离； u 顶梁上后柱窝中心到铰接点的距离，取 550mm。顶梁前部尺寸为： cH tgadyb 运输机铲煤板端至煤壁距离，一般为 50 100 mm,取 50mm； y 包括铲煤板和电线槽在内的运输机宽度，经查表取 980mm； nts掩护式液压支架机械结构设计 17 d 推移步距 650mm； a 底座前柱窝中心到底座前端的距离，一般为 500-800mm，取 500mm； H 支架的最低高度， 2000mm；支架最低位置时立柱的倾角， 8 ； c 梁端距，梁端距是考虑由于工作面顶板起伏不平造成输送机和采煤机的倾斜，以及采煤机割煤时垂直分力使摇臂和滚筒向支架倾斜，为避免割顶梁而留的安全距离，一般为 250-350mm,取 300mm。 5 0 9 8 0 6 5 0 2 0 0 0 8 3 0 0 1 0 9 9b t g m m o 9 0 0 2 0 0 0 8 1 1 8 1n t g m m o 1 0 9 9 1 1 8 1 5 5 0 2 8 3 0L b n u m m 由此确定分体顶梁刚性液压支架的顶梁长度为 2830mm。 3.1.7 支架工作阻力支架的工作阻力定为 7500kN ，采用二柱支撑，因此每根立柱的工作阻力为kNF 3750275001 。 4.1 四连杆机构设计四连杆机构是支撑掩护式支架最重要的部件之一。其作用概括起来有两个，其一是当支架又高到低变化时，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，从而使支架顶梁的取端点与煤壁间的距离的变化大大减小，提高了管理顶板的性能；其二是使顶板承受较大的水平力。 1支架高度在最大和最小范围内变化时，顶梁端点运动最大轨迹的最大宽度 E 应小于或等于 70毫米，最好为 30毫米以下。如图 5-1所示： 2支架在最高和最低位置时，顶梁与掩护梁的夹角为 P 和后连杆与低平面的夹角为 Q，如图 4-1所示，应满足如下要求 : 支架在最高位置时， P 52 62， Q 75 85 ;支架在最低位置时有利于矸石的下滑，防止矸石停留在掩护梁上，根据物理学摩擦理论可知，要求 tanP w,如果钢和矸石的摩擦系数 W=0.3，则 P=16.7。为了安全可靠，最低工作位置应是 P 25。而 Q一般取 Q 25 30 3从图 5-1可知，掩护梁与顶梁的饺点 e 和瞬时中心 O之间的连 nts掩护式液压支架机械结构设计 18 线与水平面的夹角为其范围要为 tg 0.35。图 5-1 四连杆机构的几何特征 4 应取顶端梁前端点运动轨迹双纽线向前凸的一段为支架工作段，如图 5-1 的 h段。其原因是当顶板来压时，立柱让压下缩使顶梁有向前移的趋势，可防止岩石向后移图 5-2 掩护梁和后连杆构成曲柄滑块机构有可以时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，使整个支架产生向顺时针转到的趋势，从而增加了顶梁前端的支护力，防止顶梁前端底板冒落，并且使底座前端比压减小，防止啃底。水平的合力也相应的减小，所以减小了掩护梁的外载荷。以上可知当知道掩护梁和后连杆的长度后，只要把掩护梁和后连杆简化成曲柄滑块机构就可以了，如图 5-2所示： 4.1.1 掩护梁和后连杆长度的确定 nts掩护式液压支架机械结构设计 19 确定掩护梁上铰点至顶梁顶面的距离和后连杆下铰点至底座地面的距离。一般同一类型的支架采用欧冠类比法来确定。在结构允许的条件下，掩护式液压支架尽量取大些，支撑掩护式液压支架尽量取小些。因此，由类比法取铰点至顶梁顶面的距离为 200mm，后连杆下铰点至底座地面的距离为 280mm（类比支架为中煤北京煤机厂生产的 QY240-10/26型掩护式液压支架）。 2掩护梁和后连杆距离的确定。用解析法来确定掩护梁和后连杆的长度，如图 5-3所示。 H1H2GAP 1P 2Q 1 Q 2e设： G 掩护梁的长度； A 后连杆的长度； L2 e点引垂线到

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