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机械毕业设计全套
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JX04-093@低位放顶煤液压支架的设计,机械毕业设计全套
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第 1 页 共 86 页 - 1 - 目 录 前 言 1 一、 绪 论 2 1.1 液压支架的作用及发展历史 2 1.1.1 液压支架的应用及意义 2 1.1.2 国外放顶煤液压支架 2 1.1.3 液压支架的发展动向 3 1.2 设计目的 4 1.3 设计要求 4 1.4 放顶煤液压支架的分类 5 1.5 低位放顶煤液压支架的特点 5 1.6 低位放顶煤液压支架的适应性 7 1.7 低位放顶煤液压支架的主要结构 7 1.7.1 低位放项煤支架主要部件设计要求 8 1.7.2 前粱的设计 9 1.7.2 顶 粱的设计 10 1.7.4 掩护梁的设计 11 1.7.5 底座的设计 12 1.7.6 四连杆机构的连杆设计 14 1.7.7 推移机构的设计 15 1.7.8 放煤口及放煤机构的设计 16 二、 液压支架的结构设计 18 2.1 液压支架的选型 18 2.1.1 液压支架结构类型的优选 18 2.1.2 液压支架的架形选择原则 19 2.1.3影响架形选择的因素 20 2.2 主要设计参数 21 2.3 液压支架的结构设计 23 2.3.1液压支架主要结构参数和形式的确定 23 2.3.2液压支架的总体布置 29 2.3.3支架的主要结构 30 2.3.4主要参数的确定 34 2.4拟定液压系统 39 三、 支架的强度计算 42 nts 第 2 页 共 86 页 - 2 - 3.1 支架 的工作状态 42 3.2 支架载荷的确定 42 3.3 支架受力分析 43 3.3.1各主要参数的影响 46 3.3.2各主要部件的强度校核 48 3.4 支架受力的影响因素 66 3.5 强度条件 67 四、 液压 支架 的使用 操作及维护 62 4.1 液压支架操作 69 4.2 液压支架操作维护要求 64 4.3 液压支架操作管理事项 70 五、 液压支架常见故障及其排除 72 5.1 结构件和连接销轴 72 5.2 液压系统及液压元件 72 5.3 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 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。 nts 第 3 页 共 86 页 - 3 - 关键词 ： 液压支架 支护 初撑力 ABSTRACT Hydraulic Support he hydraulic support is the key equipment in todays high production faces underground,it is important Standing 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 nts 第 4 页 共 86 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 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 nts 第 5 页 共 86 页 - 5 - 一、绪 论 1.1 液压支架的作用及发展历史 1.1.1 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，nts 第 6 页 共 86 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。 1.1.2 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 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。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 ：前苏联研制并投入使用的放顶煤液压支架主要有 KM-81Vnts 第 7 页 共 86 页 - 7 - 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。 1.1.3 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。 1.2 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，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，nts 第 8 页 共 86 页 - 8 - 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。 1.3 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 100 150KN,中厚煤层一般为 150 250KN,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。 1.4 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： nts 第 9 页 共 86 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1.5 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 FY280 l 4 28型，后四连杆式的有 ZFP 5200 17 32 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： nts 第 10 页 共 86 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 ZFPS5200 17 32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。 1.6 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 f 2 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nts 第 11 页 共 86 页 - 11 - 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 1 1 表 1 1 郑州煤机厂主要低位放顶煤液压支架技术特征 1.7 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。 1.7.1 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 nts 第 12 页 共 86 页 - 12 - 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 30 50，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。 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nts 第 13 页 共 86 页 - 13 - 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。 1.7.2 前粱的设计 （ 1） 伸缩式前梁 (图 1 1) 图 1 1 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 1 2）图 1 2 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nts 第 14 页 共 86 页 - 14 - 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 1-3 带测护板的前梁 1.7.3 顶梁的设计 (1）中四连杆结构的顶梁（图 1-4） 图 1-4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。 nts 第 15 页 共 86 页 - 15 - (2） 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。 1.7.4 掩护梁的设计 (1)中四连杆结构的掩护梁 (图 1-5) 图 1-5 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FY280 14 28 型支架，或连接掩护梁与底座，如 FY40 0-14 28 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，便于放煤，其强度要大而可靠。 (2)后四连杆结构的掩护梁 (图 1-6) nts 第 16 页 共 86 页 - 16 - 图 1-6 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 1 5m，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 1 3；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。 1.7.5 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。 nts 第 17 页 共 86 页 - 17 - 图 1-7 中四连杆结构的底座 (FY-280型 ) (2)后四连杯结构的底座（图 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 1-8 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。 1.7.6 四连杆机构的连杆设计 nts 第 18 页 共 86 页 - 18 - (1)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 1-9 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。多年nts 第 19 页 共 86 页 - 19 - 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。 1.7.7 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 1-10 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。 nts 第 20 页 共 86 页 - 20 - 图 1-11 短框架推移机构 1.7.8 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)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)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 1 2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，实现伸缩。nts 第 21 页 共 86 页 - 21 - 图 1-12 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。 nts 第 22 页 共 86 页 - 22 - 二、 液压支架的结构设计 2.1 液压支架的选型 2.1.1 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 2 1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 掩护式 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 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 支撑掩护式 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 支顶式 四柱 X型 顶梁合力调节范围大，伸缩比大，承载力高 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 2 2） 表 2 2支架类型评价（见下页） 要素 支架类型 支撑掩护 支撑式 nts 第 23 页 共 86 页 - 23 - 插底掩护式 一般掩护式 式 垛式 节式 支架围岩适应性 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 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 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： (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nts 第 24 页 共 86 页 - 24 - 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 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 错误 !未找到引用源。 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。 错误 !未找到引用源。 当煤层厚度达到 2.5m 2.8m 以上时，需选择带有护帮装置的掩护式或支承掩护式支架。 错误 !未找到引用源。 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。 错误 !未找到引用源。 假顶分层开采，应选用掩护式支架。 （ 2）煤层倾角 错误 !未找到引用源。 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 错误 !未找到引用源。 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。 错误 !未找到引用源。 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 50 N 0.3 Lp=25 50 N 0.3 Lp50 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 2 4 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 nts 第 27 页 共 86 页 - 27 - 板 主要指标 强度指数D1 3 3.17 7.112 12 无直接顶 ,岩层厚度在 2-5 米以上 , 6080 参考指标 直接顶初次垮落步距 l（ m） 8 9-18 19-25 25 2.支架架型和支护强度的确定 按 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 1 2 3 1 2 3 1 2 3 4 4 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 4m 294 343（ 245） 441（ 343） 539（ 441） 1.3 294 1.3 343(245) 1.3 441(343) 1.3 539(441) 1.6 294 1.6 343 1.6 441 1.6 539 2 294 2 343 2 441 2 539 应结合深孔爆破 ,软化顶板等 措施处理采空区 2.3 液压支架的结构设计 2.3.1 液压支架主要结构参数和形式的确定 nts 第 28 页 共 86 页 - 28 - 1. 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 Hmax Mmax 十 (200
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