支撑掩护液压支架设计

欢迎下载本文档参考使用，如果有疑问或者需要CAD图纸的请联系q1484406321前言综合机械化采煤是煤矿技术进步的标志，是煤矿增加产量、提高劳动效率、增加经济效益的重要手段。实践证明大力发展综合机械化采煤，研制和使用液压支架是十分关键的。我们60年代起支撑式液压支架，至今已能成批制造两柱掩护式和四柱支撑掩护式支架，这些系列化一般用于缓倾斜中厚煤层及厚煤层分层开采。至今，我国煤矿中使有的支架类型很多，按照支架采煤工作面安装位置来划分有端头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上所的位置的支架。目前使用的液压支架分为三类。即：支撑式液压支架、掩护式液压支架、支撑掩护式液压支架。从架型的结构特点来看，由于架型的不同，它的支撑力分布和作用也不同；从顶板条件来看，由于直接类别和老顶级别的不同，支架所承受的载荷也不同，所以为了在使用中合理地选择架型，要对支架的支撑力承载力的关系进行分析，使支架的支撑力能适应顶板载荷的要求。本设计论文则设计层煤厚度在3.60米到3.05米，老顶级别为三级，直接顶类别为一类的支撑掩护式液压支架的设计。其架型特点支柱两排，每排1到2根。多呈倾斜布置，靠采空区一侧，装有掩护梁和四连杆机构。安的支撑力大，切顶性能好，防护性能好，结构稳定，这类支架适用于直接顶为中等稳定。老顶有明显或强烈周期来压。瓦斯含量较大的中厚或厚煤层中。因此本设计设计这类支撑掩护式液压支架。1.液压支架的概述1.1液压支架的组成和用途1.1.1液压支架的组成液压支架由顶梁、底座、掩护梁、立柱、推移装置、操纵控制系统等主要部分组成。1.1.2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，必须对顶板进行支护。而液压支架是以高液体作为动力，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。液压支架与可弯曲输送机和采煤机组合机械化采煤设备，它的应用对增加采煤工作面产量、提高劳动生产率、降低成本、减轻工人的体力劳动和保证安全生产是不可缺少的有效措施，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。1.2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。1.2.1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，另一腔回液，推动活塞上升，使与活塞杆相连接的顶梁紧紧接触顶板。1.2.2降柱当需要降柱时，高压液进入立柱的活塞杆腔，另一腔回液，迫使活塞杆下降，于是顶梁脱离顶板。1.2.3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对活塞杆腔，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；当需要推输送机时，支架支撑顶板后，高压液进入推移千斤顶的活塞腔，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。支架的支撑力与时间的曲线，称为支架的工作特性曲线，如图1-1所示。 图1-1 支架的工作特性曲线Fig .1-1 line of support work characteristict0初撑阶段； t1增阻阶段； t2恒阻阶段；p1初撑力； p2工作阻力支架立柱工作时，其支撑力随时间的变化过程可分为三个阶段。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，支架的液控单向阀关闭，立柱下腔压力达到初撑力，此阶段为初撑力阶段t0；支架初撑力后，随顶板下沉，立柱下腔压力增加，直至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t1；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，使顶板压力减少，立柱下腔压力降低，当低于安全阀压力调整值后，安全阀停止溢流，这样在安全阀调整压力的限止下，压力曲线随时间呈波浪形变化，此阶段为恒阻阶段t2。1.3液压支架设计目的、要求和设计支架必要的基本参数1.3.1设计目的采用综合机械化采煤机械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设备，迅速综合机械化采煤工作面（简称综合工作面）。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板条件、煤层厚度、煤层倾角、煤层物理机械性质等的不同，对不同液压支架的需求也不同。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。由于液压支架的类很多，因此其设计工作量也是很大的，由此可见，研制和开发新型液压支架是必不可少的一个环节。1.3.2液压支架的基本要求1)为了满足采煤工艺及地制条件的要求，液压支架是有足够的初撑力和工作阻力，以便有效地控制顶板，保证合理的下沉量。2)液压支架要有足够的推溜力和移架力。推溜力一般力为100KN左右；移架力按煤层厚度而定，薄煤层一般为100KN150KN，中厚煤炭一般为150KN至250KN。厚煤层一般为300KN400KN。3)防止性能要好。4)排矸性能好。5)要求液压支架能保证采煤工作有足够的通风断面，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)调高范围要大，照明和通讯方便8)支架的稳定性要好，底座最大比压要小于规定值。9)要求支架有足够的刚度，能够承受一事实上不均匀载荷和冲击载荷。10)在满足强度条件下，尽可能减轻支架重量。11)要易于拆卸，结构要简单。12)液压元件要可靠1.3.3设计液压支架必需的基本参数1)顶板条件根据老顶和直接顶的分类，对支架进行选型。2)最大和最小采高 根据最大和最小采高，确定支架的最大和最小高度，以及支架的支护强度。3)瓦斯等级根据瓦斯等级，按保安规程规定，验算通风断面。4)底板岩性能及小时涌水量 根据底岩性和小时涌水量验算底板比压。5)工作面煤壁条件根据工作面煤壁条件，决定是否用护帮装置。6)煤层倾角根据煤层倾角，决定是否选用防滑装置7)井向罐笼尺寸根据井向罐笼尺寸，考虑支架的运输外形尺寸。8)配套尺寸根据配套尺寸及支护方式来计算顶梁长度。1.4液压支架的选型1.4.1液压支架的支撑力与承载关系支撑掩护式支架是为了改善上述两类支架的性能和对顶板的适应性而设计的。主体部分接近垛式，支架后部有四连杆机构和掩护梁，增强了支架的稳定性和防护性，提高了支架的支护和承载能力。所以，此种支架介于以上两种支架的中间状态，提高了适用范围，适用于顶板较坚硬，顶板压力较大或顶板破碎的各种煤层，其受力状况如图1-2所示 图1-2支撑掩护式支架的受力状况Fig.1-2 bracingcaving shield pressure1.4.2液压支架架型的分类按照液压支架在采煤工作面安装位置来划分 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上所有位置的支架。目前使用的液压支架在分三类即：支撑式、掩护式和支撑掩护式支架。1) 支撑式支架：支撑式支架的架型有垛式支架和节式支架两种型式。如图1-3，前梁较长，支柱较多并呈垂直分布，支架的稳定性由支柱的复位装置来保证。因此底座坚固定，它靠支柱和顶梁的支撑作用控制工作面的顶板，维护工作空间。顶板岩三石则在顶梁后部切断垮落。这类支架具有较大的支撑能力和良好的切顶性能，适用于顶板紧硬完整，周期压力明显或强烈，底板较硬的煤层。a b图1-3 a垛式 b节式Fig.1-3 acorduroy bdivisional2)掩护式支架：掩护式支架有插腿式和非插腿式两种型式。如图1-4所示顶梁较短，对顶板的作用力均匀；结构稳定，抵抗直接顶水平运动的能力强；防护性能好调高范围大，对煤层厚度变化适应性强；但整架工作阻力小，通风阻力大，工作空间小。这类支架适用于直接顶不稳定或中等稳定的煤层。a b c图1-4 a插腿式支架 b立柱支在掩护梁上非插腿式支架c立柱支在顶梁上非插腿式支架Fig.1-4 a support bleg pieceon support cleg piece on support3)支撑掩护式支架：支撑掩护式支架架型主要用：四柱支在顶梁上（如图1-5a，b所示）；二柱支在顶梁（如图1-5，c所示）一柱或二柱支在掩护梁上。支柱两排，每排1-2根，多呈倾斜布置，靠采空区一侧，装有掩护梁和四连杆机构。它的支撑力大，切顶性能好，防护性能好，结构稳定，但结构复杂，重量大，价贵，不便于运输。这类支架适用于直接顶为中等稳定或稳定，老顶有明显或强烈的周期来压，瓦斯储量较大的中厚或厚煤层中。 a b c图1-5 a四柱平行支在顶梁上支架，b四柱交叉支在顶梁两柱在掩护梁上支架c两柱在顶梁两柱支在掩护梁上支架1.4.3 液压支架选型原则液压支架的选型,其根本目的是使综采设备适矿井和工作面的条件,投产后能做到高产、高效、安全，并为矿井的集中生产、优化管理和最佳经济效益提供条件，因此必须根据矿井的煤层、地质、技术和设备条件进行选择。1)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直接选出架型。2)当煤层厚度超过2.5m时，顶板有侧向推力和水平推力时，应选用抗扭能力强支架一般不宜选用支撑式支架。3)当煤层厚度达到2.52.8mm以上时，需要选择有护帮装置的掩护式或支撑掩护式支架，煤层厚度变化大时，应选择调高范围较大的掩护式双伸缩立柱的支架。4)应使支架对底板的比压不超过底板允许的抗压强度。在底板较软条件下，应选用抬底装置的支架或插腿掩护式支架。5)煤层倾角10时，支架可不设倒滑装置1525度时，排头支架应设防倒防滑装置，工作面中部输送机设防滑装置，工作面中部支架设底调千斤顶，工作面中部输送机调防滑装置。6)对瓦斯涌出量大的工作面，应符合保安规程的要求，并优先选用通风面积大的支撑式或支撑掩护式支架。7)当煤层为软煤时，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；硬煤时，支架最大采高5m8)在同时允许选用几种架型时，应优先选用价格便宜的支架。9)断层十分发育，煤层变化过大，顶板的允许暴露58m,时间在20min以上时，暂不宜采用综采。10)特殊架型的选择可根据特殊架型中各节的适用条件进行选择。1.4.4 液压支架设计的原始条件1）老顶级别 （强烈） 0.350 N0.3 Lp=25502）直接顶类别 （稳定顶板）强度指数 D1 7.112直接顶初次垮落步距L1(m)=1925表中按下式计算：D1=*c1*c2（Mpa）岩石单向抗压强度（Mpa）；C1节理裂隙影响系数；C2分层厚度影响系数；C1取0.41；c2取0.32采高3.5m，液压支架支护强度 1.6*441 kN/（支架工作阻力），煤层厚度（m） 3.603.05 老顶级别 直接顶类别 表1-1适应不同类级顶板的架型和支护强度Tab 1-1 Adaptive diffent cap of roof and model holding strength老顶级别直接顶类别12312312344架型掩护式掩护式支撑式掩护式掩护式或支撑掩护式支撑式支撑掩护式支撑掩护式支撑或支撑掩护式支撑或支撑掩护式采高2.5m时用支撑式采高2.5m时用支撑掩护式支护强度KN/M支架采高m12941.32941.62942294应结合深孔爆破，软化顶板等措施处理采空区2343（245）1.3343(245)1.634323433441(343)1.3441(343)1.644124414539(441)1.3539(441)1.65392539注：（1）表中括号内数字系统掩护式支架顶梁上的支护强度。（2）1.3、1.6、2为增压系数。 2.液压支架的整体结构尺寸设计2.1液压支架基本技术参数的确定2.1.1支护高度支架高度确定原则，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，其最大与最小高度为： S1 (mm) (2-1) （mm） (2-2)式中： -支架最大高度，mm-支架最小高度， mm-煤层最大高度， =3.60 m-煤层最小高度， =3.05mS1-考虑伪项煤冒落时，仍有可靠支撑力所需要的支撑高度，一般采取200-300mm，S1取250 mm，S2-顶板最大下沉量是，一般取100200 mm，S2取100 mm，a- 移架时支架的最小可缩量，一般取50 mm，-浮矸石、俘煤厚度，一般取50 mm，由式21可得3600250=3850 mm由式22可得30501005050=2850mm所以取：=3850mm=2850mm2.1.2支架间距所谓支架间距，就是相邻两支架中心之间的距离。用bc表示。支架间距bc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，因此目前主要根据刮板输送机溜槽每节长度及槽帮上千斤顶连接块的位置来确定，我国刮板运输机溜槽每节长度为1.5 m，千斤顶连接位置在刮板槽槽帮中间，所以除节式和迈步式支架外，支架间距一般为1.5米，本设计取bc=1.5 m。2.1.3底座长度所谓底座，就是将顶板压力传递到底板的稳固支架的部件。在设计支架的底座长度时，应考虑以下几个方面：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，即2.1m左右；支撑掩护式支架对底座长度取4倍的移架步距，即2.4m左右。本次设计底座为2.4m。2.1.4支护强度本次设计中支撑掩护式支架的支护强度可用插入法求得，按下式计算： （2-3）式中：支架名义支护强度。（KN/m2）采高所对应的支护强度，见表11采高所对应的支护强度，见表11对应的采高(m),见表11对应的采高(m),见表11支架的结构高度，在，之间。对应最大结构高度=3.85m时=3m =705.6KN/m2=4m =862.4KN/m2将各数据代入式（23）得采高最大时支架支护强度=705.6(862.4-705.6)=838.88KN/m22.2液压支架四连杆机构的确定2.2.1四连杆机构的作用四连杆机构是掩护式支架和支撑掩护式支架的最重要的部件之一。其作用概括起来主要有两个：一是支架由高到低变化时，借助四连杆机构的顶梁前端的运动轨迹呈近似双纽线，从而使支架顶梁前端点于煤壁间距离的变化大大减少，提高了管理顶板的性能；二是使支架能承受较大的水平力。下面通过四连杆机构动作过程的几何特征进一步阐述其作用。这些几何特征是四连杆机构动作过程的必然结果。1）支架高度在最大和最小范围内变化时，如图21所示，顶梁端点运动轨迹的最大宽度e应小于或等于70mm，最好在30mm以下。2）支架在最高位置和最低位置时,顶梁与掩护梁的夹角P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=520620,Q=750850;支架在最底位置时,为有利矸石下滑,防止矸石停留在掩护梁上,根据物理学摩擦理论可知,要求tgPW,如果纲和矸石的摩擦系数W=0.3,则P=16.70.而Q角主要考虑后连杆底部距底板要有一顶距离,防止支架后部冒落岩石卡住后连杆，使支架不能下降，一般去Q=250300，在特殊情况下需要角度较小时，可提高后连杆下绞点的高度。3）从图2-1可知掩护梁与顶梁绞点e和瞬时中心O之间的连线与水平的夹角Q。设计时，要使Q角满足tgQ的范围，其原因是角直接影响支架承受附加力的数值大小。 图2-1四连杆机构几何特征Fig.2-1fore rods geometry featureline4）顶梁前端点晕运动轨迹双钮线向前凸的一段为支架最佳工作段，如图2-1所示的h段。其原因是顶板来压时，立柱让下缩，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少，防止啃底，有利移架。水平力的合力也相应减少，所以减轻了掩护梁外负载。 2.2.2优化过程目标函数的确定根据附加力对液压支架受力影响的分析，为减少附加力，必须使U=TAN(THETA)有较小值。同时，为有效地支控顶板，要求支架由高到低变化时，顶梁前端点与煤壁距离的变化要小。而支架在某一高度时的THETA角，恰好是顶梁前端点的双纽线轨迹上的切线与顶梁垂线间的夹角。所以，只要令支架由高到低变化时，顶梁前端点运动轨迹似成直线为目标函数，这两项要求都能满足。四连杆机构的几何特征四连杆机构的几何特征如下图所示。1)支架在最高位置时：P1=0.91- 1.08弧度；Q1=1.31- 1.48弧度。（2）后连杆与掩护梁的比值，支撑掩护式支架为I=0.61- 0.82.（3）前后连杆上铰点之距与掩护梁的比值为I1=0.22-0.3.（4）e点的运动轨迹呈近似双纽线，支架由高到低双纽线运动轨迹的最大宽度e70mm最好在30mm以下。（5）支架在最高位置时的TAN(THETA)的值应小于0.35，在优化设计中，对支撑掩护式支架最好应小于0.2。2.2.3四连杆机构各部尺寸的计算1）后连杆与掩护梁长度的确定当支架在最高位置时的H1值确定后，掩护梁长度G为：G=H1/（SIN（P1）+I*SIN（Q1）；后连杆长度为：A=I*G；前,后连杆上铰点之距为:B=I1*G;前连杆上铰点至掩护梁上铰点之矩为:F=G-B;对各变量规定相应的步长:P1的步长为0.034弧度;Q1的步长为0.034弧度;I1的步长为0.02弧度;I的步长为0.042弧度;2）后连杆下铰点至坐标原点之距 E1=G*COS(P1)-A*COS(Q1);3）前连杆长度及角度的确定 为使顶梁上铰点的运动轨迹最大宽度和THETA角尽量小,我们将支架在最高和最低点以及后连杆与掩护梁成90度角时顶梁上铰点的坐标定在一条垂直的直线上。（下面B1，B2，B3分别为此3点对应的前连杆与掩护梁的铰点，C为前连杆下铰点）（a）B1点坐标：X1=F * COS（P1） Y1=H1-F*SIN（P1）（b）B2点坐标：X2=F*COS（P2） Y2=B*SIN（P2）+A*SIN（Q2） 其中， Q2=0.436 P2由几何关系求出。（c）B3点坐标：X3=F*COS（P3） Y3=B*SIN（P3）+A*SIN（Q3） 其中P3=Q3=（d）C点坐标：Xc=（M*（Y2-Y3）-N*（Y3-Y1）/T Yc=（N*（X3-X1）-M*（X2-X3）/T 其中，M=X32-X12+Y32-Y12N=X22-X32+Y22-Y32T=2（X3-X1）（Y2-Y3）-(Y3-Y1)(X2-X3)4）前连杆下铰点的高度D和前、后连杆下铰点在底座上的投影距离： D=Yc E=E1-Xc2.2.4四连杆机构的优选1）前，后连杆的比值范围：C/A=0.9-1.2。2）前连杆的高度： DH1/5。3）E的长度： EH1/4.5。4）TAN（THETA）0.2。TAN（THETA）=S/L=U。其中，L=X6 S=H1-Y6X6，Y6为掩护梁速度瞬心的坐标，通过几何关系可求出2.2.5求掩护梁上铰点轨迹坐标 X=-A*COS（Q4）+G*COS（P4） Y= A*SIN（Q4）+G*SIN(P4) 其中Q4为后连杆与底座夹角，P4为掩护梁与顶梁夹角。 P4=arcCOS（Z）； Z= J=2ABsinQ4-2BD K=2EB+2ABcosQ4 R=A2+B2+D2-C2+E2+2AEcosQ4-2ADsinQ42.2.6C语言程序编制程序框图2.2.7源程序#include#includemain()Double h1,h2,p1,q1,i,i1,g,a,b,f,e1,x1,y1,q2,p2,x2,y2,p3,q3,x3,y3,m,n,t,xc,yc,c,o,d,e,x4,y4,x5,y5,k1,c1,k2,x6,y6,l,s,u,xx,xi,q4,k,j,r,ex,z,p4,x,y;scanf(%lf,%lf,&h1,&h2); /*输入h1,h2*/ for(p1=0.91;p1=1.08;p1=p1+0.034) /*设p1,q1,i,i1*/ for(q1=1.31;q1=1.48;q1=q1+0.034) for(i=0.61;i=0.82;i=i+0.042) for(i1=0.22;i10.3;i1=i1+0.02)g=h1/(sin(p1)+i*sin(q1); /*计算g,a,b,f*/a=i*g;b=i1*g;f=g-b;e1=g*cos(p1)-a*cos(q1); /*计算b1,b2,b3,c点坐标*/x1=f*cos(p1);y1=h1-f*sin(p1);q2=0.436;p2=atan(sqrt(fabs(g*g-(e1+a*cos(q2)*(e1+a*cos(q2)/(e1+a*cos(q2);x2=f*cos(p2);y2=b*sin(p2)+a*sin(q2);p3=3.14/2-atan(a/g)-atan(e1/sqrt(g*g+a*a-e1*e1);q3=3.14/2-p3;x3=f*cos(p3);y3=b*sin(p3)+a*sin(q3);m=x3*x3-x1*x1+y3*y3-y1*y1;n=x2*x2-x3*x3+y2*y2-y3*y3;t=2*(x3-x1)*(y2-y3)-(y3-y1)*(x2-x3);xc=(m*(y2-y3)-n*(y3-y1)/t;yc=(n*(x3-x1)-m*(x2-x3)/t;c=sqrt(x1-xc)*(x1-xc)+(y1-yc)*(y1-yc); /*计算c,d,e*/o=c/a;if(o1.2)continue;d=yc;e=e1-xc;x4=e1+a*cos(q1); /*计算a1,q2,q1点坐标*/y4=a*sin(q1);x5=e1;y5=0;k1=(y1-yc)/(x1-xc);c1=atan(k1);k2=(y4-y5)/(x4-x5);x6=(k1*x1-y1-k2*x4+y4)/(k1-k2);y6=k1*(x6-x1)+y1;l=x6; /*计算l,s*/s=h1-y6;u=s/l;if(u0.2|u0.2*h1|eh1/4.5)continue;printf(u=%f,q1=%f,a=%f,b=%f,c=%f,d=%f,e=%f,f=%fn,g=%f,p1=%f,c1=%f,l=%f,s=%fn,u,q1,a,b,c,d,e,f,g,p1,c1,l,s); xx=0; xi=3; for(q4=1.48;q4=0.436;q4=q4-0.0348)x1=a*cos(q4);k=2*e*b+2*a*b*cos(q4);j=2*a*b*sin(q4)-2*b*d;r=a*a+b*b+d*d-c*c+e*e+2*a*e*cos(q4)-2*a*d*sin(q4);if(k*k*r*r-(k*k+j*j)*(r*r-j*j)=h1|yxx) xx=x; if(xxi) xi=x; 操作过程及结果 启动tc程序， 输入3.5，2.5 按回车键 ，经比较取用下划线行数据 u=0.196169,q1=1.378000,a=1.515680,b=0.546639,c=1.432839,d=0.663708,e=0.700078,f=1.938082 ,g=2.484721,p1=0.944000,c1=1.084333,l=1.782039,s=0.349582 x=1.167751,y=3.496170,x1=0.293980 x=1.176549,y=3.439717,x1=0.345536 x=1.182178,y=3.381463,x1=0.396673 x=1.185252,y=3.321268,x1=0.447329 x=1.186288,y=3.258985,x1=0.497445 x=1.185733,y=3.194455,x1=0.546957 x=1.183978,y=3.127503,x1=0.595808 x=1.181370,y=3.057941,x1=0.643937 x=1.178220,y=2.985555,x1=0.691286 x=1.174811,y=2.910102,x1=0.737798 x=1.171406,y=2.831302,x1=0.783417 x=1.168250,y=2.748822,x1=0.828087 x=1.165573,y=2.662261,x1=0.871754 x=1.163599,y=2.571124,x1=0.914366 ex=0.022689 ex=0.022689 ex=0.022689 ex=0.022689 2.3液压支架配套设备和顶梁参数的确定2.3.1采煤机和运输机型号的确定根据配套尺寸关系，在设计中选用采煤机和运输机型号为： 采煤机：MLS3PH-170型 运输机：SGWD-180PB型1）配套尺寸.配套图的确定配套尺寸的确定，由图2-6可知配套尺寸： E=650377730352=2109（mm）2)液压支架配套关系图,如图2-6所示。图2-6 液压支架配套关系图Fig.2-6 hydraulic pressuremap2.3.2顶梁的确定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以外，还要保证支护顶板的需要。1)顶梁的作用及用途顶梁作用是支护顶板一定面积的直接承载部件，并为立柱、掩护梁、护顶装置等提供必要的连接点。用途：a.用于支撑维护控顶区的顶板。b.承受顶板的压力。c.将顶板载荷通过立柱、掩护梁、前后连杆经底座传到底板。2)顶梁的结构型式的确定 支撑掩护式支架的顶梁较长 ，为了改善顶梁的接顶状况，增大梁端支撑力，这类支架采用分段组合式顶梁，它有以下几种组合型式：a)铰接前梁的刚性顶梁 铰接前梁的刚性顶梁，如图27 a所示，该结构顶梁分前后梁并铰接，在铰接前梁设有前梁千斤顶，支撑靠近煤壁处的顶板，同时还可以调整前梁的上下摆角，以适应顶板不平的变化。b)伸缩前探梁的刚性顶梁伸缩前探梁的刚性顶梁，如图27 b所示，该结构前梁有伸缩千斤顶使它伸缩，因此及时伸出支护刚暴露的顶板，从而可使顶梁长度减小，也可使用前梁千斤顶和伸缩千斤顶，使前梁即可伸缩又可以上下摆动。a b图27 支撑掩护式顶梁的结构形式Fig.2-7 bracing caving shield construction1前梁 2后梁 3前梁千斤顶 4前梁伸缩千斤顶 以上二种顶梁型式比较，本设计选用铰接前梁的刚性顶梁的结构型式。2.3.3对顶梁长度的影响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的影响很大，从液压支架的工作原理可以看出，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）要求顶梁长度较短。这是因为采用先移架后推溜的工作方式，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600mm。2)配套尺寸对顶梁长度的影响设备配套尺寸与支架顶梁长度有直接关系。为了防止当采煤机向支架内倾斜时，采煤机滚筒不截割顶梁，同时考虑到采煤机截割时，不一定把煤壁截割成一垂直平面，所以在设计时，要求顶梁前端距煤壁最小距离为300mm，这个距离叫空顶距。另外在输送机铲煤板前也留有一定距离。一般为135150mm左右，也是为了防止采煤机截割煤壁不齐，给推移输送机留有一定的距离。除此而外，所有配套设备包括采煤机和输送机，均要在顶梁掩护之下工作，在此来计算顶梁长度。2.3.4顶梁主要尺寸的确定1)顶梁长度Lg 顶梁长度=配套尺寸底座长度AcosQ1GcosP1300e (2-10)式中：配套尺寸为 2109 mm，底座长度为 2400 mm，P1=540Q1=790代入公式（2-10）中得Lg=210924001515 cos7902485cos540300=3037.4mm取整为3037mm2)顶梁面积AA=LgB (2-11)式中： Lg顶梁长度mm,B-顶梁宽度mm,在本次设计中顶梁宽度为1500mm,代入公式（2-11）得A=30371500=4.55 m23)支护面积FcFc = Bc(Lg)m2 (2-12)式中：Fc支护面积 m2 ， 移架后顶梁前端点到煤壁的距离 m,一般=0.3Bc支架间距（支架中心距），一般为1.5m代入公式(2-12)得：Fc = 1500(3037300)=5.00 m24)支架的理论支护阻力F1F1=Fcq （213）式中: F1支架的理论支护阻力，KN Fc支护面积 m2q支护强度 KN/M2支架在最高处的理论支护阻力为：F1=5.00838.88=4194.4（KN）5)顶板覆盖率=A/Fc100% (2-14)式中： 顶板覆盖率A 顶梁面积 m2Fc支护面积 m2代入式（214）得=4.55/5.00100%=91.10%6)顶梁其它有关尺寸的确定确定立柱上绞点，前梁千斤顶绞点、前后梁绞点、掩护梁与顶梁绞点位置（包括水平方向和垂直方向）各尺寸如图2-8所示图2-8 支架结构尺寸总图Fig.2-8 hydropostgeometry map2.4掩护梁的结构及参数的确定2.4.1掩护梁的作用和用途掩护梁是支架的掩护构件，它有承受冒落矸石的载荷和顶板通过顶梁传递的水平载荷引起的弯矩，掩护梁的用途，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。掩护梁承受对支架的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。2.4.2掩护梁的结构型式掩护梁的结构为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。有的支架在掩护梁上焊有立柱柱窝。活动侧护板装在掩护梁的两侧。从侧面看掩护梁，其形状有直线型、折线型。如图2-9所示。图2-9 掩护梁结构型式Fig.2-9 caving lock piece mechanism method1顶梁；2掩护梁；3立柱；4前连杆；5后连杆；6底座；7限位千斤顶梁的结构型式折线型相对直线型支架端面大，结构强度高，但工艺性差。所以很少采用，从掩护梁的宽度方向来分，可分为整体式和对分式两种。对分式结构尺寸小，易于加工、运输和安装，但结构强度差。所以本次设计采用的是整体式、直线型。2.4.3掩护梁的参数确定1）掩护梁的长度G 掩护梁就是两铰点的距离，由前面的四连杆机构可得知，掩护梁长度为2485mm。2）掩护梁宽度By本设计掩护梁宽度与顶梁宽度相同，所以掩护梁宽度为1500mm。3）掩护梁上前后连杆铰点位置通过比较，可确定前后连杆铰点位置（水平和垂直方向）具体尺寸可以通过图28中掩护梁部分所知。2.5立柱及主要参数的确定立柱是支架的承压构件，它长期处于高压受力状态，它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。2.5.1立柱布置1)立柱数目前过内支撑式支架立柱数为26根，常用为4根；掩护式支架为2柱；支撑掩护式支架为4柱。2)支撑方式支撑式支架立柱为垂直布置。掩护式支架为倾斜布置，这样可克服一部分水平力，并能增大调高范围。一般立柱轴线与顶梁的垂线夹角小于300（支架在最低位置时），由于角度较大，可使调高范围增加。同时由于顶梁较短，立柱倾角加大可以使顶梁柱窝位置前移，使顶梁前端支护能力增大。支撑掩护式支架，根据结构要求呈倾斜或直立布置，一般立柱轴线与顶梁垂线夹角小于100（支架在最高位置时），由于夹角较小，有效支撑能力较大。3)立柱间距立柱间距指支撑式和支撑掩护式支架而言即前、后柱的间距。立柱间距的选择原则为有利于操作、行人和部件合理布置。支撑式和支撑掩护式支架的立柱间距为11.5m。4)立柱类型立柱按动作方式，分为单作用和双作用；按结构分类，分为活塞式和活柱式；按伸缩方式分为单身缩和双伸缩，如图2-10所示a b c d e f图2-10 立柱类型Fig.2-10 coal sortinga 单作用活塞式；b单作用柱塞式；c双作用活塞式；d、e、f双伸式2.5.2立柱主要参数确定1)立柱缸体内径和活塞外径a.立柱缸体内径的确定D= （2-15）式中： D立柱缸体内径mm F1支架承受的理论支护阻力KN nd每架支架立柱数Pa安全阀的正压力，pa=40mpam 立柱最大倾角（度）代入公式（2-15）得Dd=184mm查表取整为200mm。2).立柱初撑力和工作阻力a.初撑力P1= KN （2-16）式中： 立柱初撑力 KN Pe 泵站压力 P=35(Mpa)代入公式（2-16）得 =3.14/4200235=1099.0（KN）b.立柱工作阻力= （2-17）式中： 立柱工作阻力， KNPa 安全阀调整压力，取Pa=40Mpa，代入公式（2-17）得：=3.14/200240=1256(KN)2.6千斤顶的技术参数确定框架连接方式推移千斤顶，动作原理如图2-11所示, 由于掩护式和支撑掩护式支架重量较大,为了提高移架力,就要增加缸径或提高供液压力。如果采用直接推移方式，在提高移架力的同时，推溜力也将增加，这样有可能把溜槽推坏，为了解决这个问题，就要设计成移架力大于推