毕业设计71液压支架设计

I 摘要： . 1 ABSTRACT： . 2 前言 . 3 第一章 液 压 支 架 概 论 . 4 第一节 液压支架的应用及意义 . 4 第二节 综采工作面的布置和循环工作过程 . 4 第三节 液压支架的组成及工作原理 . 5 一 液压支架的组成 . 5 二 液压支架的工作原理 . 6 第四节 液压支 架的分类 . 10 第五节 液压支架的发展动向 . 11 第二章 液压支架结参数和形式的确定 . 13 一 高度的确定 . 13 二 中心距和宽度的确定 . 13 三 梁端距和顶梁长度的确定 . 13 四 顶梁形式的选择 . 14 五 支架侧护板形式的选择 . 15 六 底座形式的选择 . 16 七 柱间距和筋板配置 . 17 八 推移装置的形式选择 . 18 第三章 液压系统的设计计算 . 20 第一节 乳化液泵站主要参数的确定 . 20 一 泵站压力的确定 . 20 二 泵站流量的确定 . 20 三 泵站电动机功率确定 . 21 四 乳化液箱 容积的确定 . 22 第二节 立柱缸主要尺寸的确定 . 23 一 液压缸工作压力的确定 . 23 二 液压缸内径和活塞杆直径 d的确定 . 23 三 压缸壁厚和外径的计算 . 24 四 液压缸工作行程的确定 . 25 五 缸盖厚度的确定 . 25 六 最小导向长度的确定 . 26 七 缸体长度的确定 . 27 第三节 液压元件的选择 . 27 第四节 管道尺寸的确定 . 28 第四章 系统的验算 . 29 第一节 压力损失的验算 . 29 一 验算泵到液压缸回路中的压力损失 . 29 II 2 管路系统总压力损失及压力效率 . 30 第二节 系统温升的验算 . 30 第五章 液压支架的使用和维护 . 33 第一节 液压支架的井下安装 . 33 第二节 液压支架的使用操作 . 34 第 三节 液压支架的维修与管理 . 35 结论 . 38 致 谢 . 39 参考文献 . 40 附录 1 : . 41 附录 2 . 50 1 摘要 ： 综合机械化采煤具有产量大 、效率高、成本低、改善作业环境、减轻笨重的体力劳动等优点，是煤炭工业回采工作面生产技术的发展方向。 随着机械化采煤技术的高速发展，各种类型的液 压支架正在我国各局、矿推广使用，并已获得了很好的效果。但是，液压支架是一种新技术，为了更好的掌握液压支架的结构和性能特点，并能够综合运用所学过的知识，初步掌握工程技人员应具备的查阅、设计计算、制图和编写技术文件等基本技能，本人以煤矿用二柱掩护式液压支架液压系统的设计为对象进行了相关的设计。 本设计主要针对液压支架的选型、布局、液压系统的负载、流量、功率、回路等的设计与计算以及多种标准件的选取等各方面展开工作，同时还对系统压力损失、发热、效率等性能进行了验算。 关键词 ： 液压支架；机械化；煤炭工业；液压系 统 2 Abstract： Mechanized coalmining has its large output, high efficiency and low cost. It can improve the working environment and reduce the heavy manual labour. So integrating with all these advantages of mechanized coalmining is the development direction of production technology of coal industry stope. With the high development of mechanized coalmining technology, various types of hydraulic supports are widely used in China, and it has been get very good results. However, hydraulic support is a new technology. In order to be better in mastering the structure and the performance characteristics of hydraulic support, the author makes a relevant design with “the research of the tow-setted hydraulic shield support in coal mine”. According to this, it can help the author to grasp the basic skills on consulting, counting, mapping and compiling preliminarily, which should be known by the engineers and technicians. This project is mainly aimed at the design and calculation of sample and layout on hydraulic support, and the load, flow, power and loops on hydraulic system. Then, in accordance with the selection of many standard parts and others, the author sets off his work. At the same time, the performances of systematic loss, fever and efficiency are checked carefully. Key words: hydraulic support； mechanized； coal industry； hydraulic system 3 前言 综合机械化采煤具有产量大 、效率高、成本低、改善作业环境、减轻笨重的体力劳动等优点，是煤炭工业回采工作面生产技术的发展方向。 随着机械化采煤技术的高速发展，各种类型的液压支架正在我国各局、矿推广使用，并已获得了很好的效果。但是，液压支架是一种新技术，为了更好的掌 握液压支架的结构和性能特点，并能够综合运用所学过的知识，初步掌握工程技人员应具备的查阅、设计计算、制图和编写技术文件等基本技能，本人以煤矿用二柱掩护式液压支架液压系统的设计为对象进行了相关的设计。 本设计主要针对液压支架的选型、布局、液压系统的负载、流量、功率、回路等的设计与计算以及多种标准件的选取等各方面展开工作，同时还对系统压力损失、发热、效率等性能进行了验算。 在设计过程中，由于水平有限，本设计也必然存在诸多不足与漏洞，希望各位老师及读者提出宝贵意见。 编者 2007年 5月 21日 4 第一章 液 压 支 架 概 论 第一节 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，特别是采媒工作面的生产技术面貌发生了巨大变化。自 1945 年英国装备了世界上第一个液压装置开始，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，采用滚筒式或刨消式等采煤机械落媒与装媒；工作面重型可弯曲运输机，以及与之适应的顺槽传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（油缸和阀件）与一些金属结构件组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的提高采煤工作面的机械化水平。 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 年以来以德国、英国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，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，能使采煤工作面得到高采量、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。 第二节 综采工作面的布置和循环工作过程 综合机械化采煤设备在工作面的布置情况如 图 1 1 所示，其中主要设备有：进行落煤和装煤工作的滚筒式采煤机 1（也可用刨煤机）；完成工作面用煤工序的可弯曲刮板运输机 5 和顺槽运输设备（转载机 4 与可 伸缩皮带运输机 3），用于支护顶板的工作面支架 2 和端头支架 10、 11，设在下顺槽的乳化液泵站（包括乳化液 8 和乳化液箱 9），以及由乳化液泵站引入工作面的主进管 6 和回液管 7 等。各种综采工作面的布置方式基本相同，只是设备和使用条件的不同略有差异。 上述各种设备在回采工作面中，按一定的生产工艺流程协调的进行工作，发挥着各自的效能。综采工作面的生产过程比较单一，只有采煤、移架、推溜三项主要工序，而这三项工序的组合，可以是采煤移架推溜也可以是采煤推溜移架。前者随采煤机后紧接移架，及时支护顶板，称及时支护方式。后者 推溜后在移架，称滞后支护方式，现在以采用先移架，后推溜工作方式的总采面为例，说明他的循环工作过程（ 见图 11）： 5 A-A 断面表示采煤机截割前状态，此时，运煤机紧靠煤壁，移架装置处于伸出状态，支架相对于运输机退后一个步距。 B-B 断面表示采煤机截割后状态，这时支架顶梁端与煤壁之间的顶板裸露，需要及时支护。 C-C 断面表示采移架后状态，采煤机截割后接着把支架移至紧靠运输机的位置，并升柱撑紧，以便及时支护新暴露的顶板，移架步距一般 600mm，它必须与采煤机的截割深度相配合。 D-D 断面表示推移运输机后状态， 随着采煤机的不断截割前进，滞后采煤机约 1012m 左右，把运输机推至煤壁前的新机道上。 由此可知，这个综采工作面的回采工艺流程是采煤、移架和推溜。沿工作面全长，每完成一个流程，即采煤机 割一刀，液压支架和工作面运输机前进一次，称为一个循环。综采工作面的生产过程，就是按此循环工作不断进行的过程。 第三节 液压支架的组成及工作原理 一 液压支架的组成 图 1 2 为液压支架的一种典型结构，它由顶梁（包括前梁 1 和主梁 2）、支柱 5、掩护梁 4、底座 8、推移装置 9、阀件、管路系统、连接部件及各种附属装置等组成。顶梁和底座通过数根支柱支撑在顶底板之间，构成一个可以活动的承载构件，支护顶板，维护工作空间。综合各种类型液压支架的结构它的组成可归结为承载结构件、动力油缸、控制操纵元件、辅助装置和工作液体五部分。 （一）承载结构件：包括顶梁、掩护梁和底座等。 1.顶梁：直接与顶板（包括镁锭、分层假顶等）相接触，并承受顶板岩石载荷的支架部件叫顶梁。它也为支柱、掩护梁和挡矸装置等提供连接点。顶梁除整体结构形式外，一般由若干段组成，接它对顶板的支护作用和位置，可分为主梁、前梁和尾梁。如果顶梁在前后支柱间铰接也可称为前梁和后梁。掩 护梁上部直接于顶梁铰接，下部直接或简接（通过连杆机构）与底座铰接。 3.底座：直接和底板（包括分层煤底等）相接触，传递顶板压力到底板的支架部件叫底座。底座除为支柱、掩护梁提供连接点外，还要安设千斤顶等部件。 （二）动力油缸：包括支柱和各种千斤顶 1.支柱：支架上凡是支撑在顶梁（或掩护梁）和底座只间，直接和间接承受顶板载荷的主要油缸叫支柱。支柱是支架的主要承载部件，支架的支撑力和支撑高度，主要取决于支柱的结构和性能。 2.千斤顶：支架上除支柱以外的各种油缸都叫千斤顶，如前梁千斤顶、推移千斤顶、调架千斤顶，还有 平衡、复位、侧推和护帮千斤顶，完成着推移运输机、移设支架和支架 6 的调整等各项动作。 （三）控制操纵元件：包括控制阀（即液控单向阀和安全阀）、操纵阀等各种阀件和管件。这些元件是保证支架获得足够的支撑力、良好的工作特性以及实现预定动作所需的液压元件，它的种类和数量，随支架结构和动作要求的不同而异。 （四）辅助装置：支架上除上述三项构件以外的其它构件，都可归入辅助装置，它包括推移装置、复位装置、挡矸装置、护帮装置、防倒防滑装置、照明和其它附属装置等。 （五）工作液体：这时传递泵站能量，使液压支架能有效工作 的工作介质。液压支架的工作液体是乳化液。 二 液压支架的工作原理 （一）液压支架自动移设的原理：液压支架以高压液体为动力，通过各种动力油缸的伸缩，使支架完成升起、降落、行走和推移运输机等各种动作，以便支架随工作面不断推进而反复支撑、前移和调整。 图 1 3 是一个最简单的液压支架的工作系统示意图。下面按支架降柱、移架、升柱和推溜的工作过程分别加以叙述。 1.降柱：当旋转式操纵阀转到降柱位置，打开供液阀时，高压液体由主进液管经操纵阀和油管，进入支柱活塞杆腔，同时也进入液控单向阀的控制管路，打开液控单向阀，支柱活塞 腔的油液经油管、液控单向阀和操纵阀，流回主回液管，支柱卸载下降。 2.移架：液压支架卸载后，操纵阀转到移架位置，打开供液阀时，高压液体由主进液管经操纵阀和油管进入到推压千斤顶的活塞杆腔，同时也进入液控油路，打开液控单向阀，而活塞腔的油液经油管、液控单向阀和操纵阀流回主回液管，推移千斤顶收缩， 7 以运输机为支点，拉架前移。运输机靠相邻的推移千斤顶来固定，千斤顶由液控单项阀紧锁。 3.升柱 :液压支架移到新的位置后，应及时升柱，以支撑新暴露的顶板。操纵阀转到 升柱位置，打 开供液阀，高压液体由主进液管进入，经操纵阀到 液控单向阀， 进入到推 移 千斤顶的活塞杆腔，支柱活塞矸腔的油液，同时也进入液控油路，经油管和操纵阀流 回主回液管，活塞和顶梁升起，支撑顶板。 4.推移运输机 :当液压支架前移并重新支撑后，操纵阀转到推移位置，打开供液阀时，高压液体由主进液管经操纵阀、液控单向阀进入到推压千斤顶的活塞杆腔，活塞杆腔的油液经油管和操纵阀流回主回液管，推移千斤顶的活塞杆伸出，以液压支架为支点，把运输机推移到新的工作位置。 在实际生产中，对于具体支架的动作，根据该支架的结构和需要来确定。 （二）液压支架的支撑承载能力：液压支架的支撑承载 能力是指液压支架与顶板之间相互力学原理，它包括初撑增阻、承载增阻和恒阻三个工作阶段。 1. 初撑增阻阶段：在升柱过程中，从顶梁接触顶板起，至支柱活塞腔的油液压力达到泵站的工作压力时，松开手把，停止供液，液控单向阀立即关闭，阀球封闭了支柱活塞腔的油液，这就是支架的初撑阶段。此时支柱和支架对顶板产生的支撑力称为初撑力。 支柱初撑力： 2 ()4 1 0 0 0cbDfP 吨支架初撑力：c ()cF n f 吨bP泵 站的工作压力（公斤 /l 厘米 2） 8 D支柱缸体径经（厘米） n每架支架的支柱数 支撑效率（垜式支架 1） 支架初撑力的大小，取决于泵站的工作压力，支架支柱数和支柱缸体的内径以及架型等。实际上支柱初撑后，活塞腔的油液压力由于阻力损失、操作情况和阀的灵敏度等原因，往往低于泵站工作压力。 2. 承载增阻阶段：支架初撑后，随顶板的下沉，支柱活塞腔被封闭的油液受到压缩，油液压力继续升高，呈现承载增阻状态。这时 由于支柱缸径增大，油液被压缩而体积缩小，即使乳化液没有任何漏损，安全阀并未动作卸载，支柱总长度也降缩短。这个缩短量可用下式计算： 22222d ( ) ( )dDl P l ED 厘 米 式中： P 支柱由初撑力起到达工作阻力时，支柱内压力得增值（公斤 /l 厘米 2） 乳化液的体积压缩系数，近似取水的压缩系数 0.0000475 l 支柱内壁压缩液柱的高度（厘米） E 钢材的弹性系数 82.1 10E （公斤 /l 厘米 2） 刚才的泊松比 0.28 D支柱缸体外径（厘米） d支柱缸体内径（厘米） 这个缩短量是有弹性的，如果作用在支柱上的载荷，反过来从工作阻力减小到初撑力时，支柱仍会恢复到原来的长度。因此，这个 支柱长度上的缩短量，称为支柱的弹性可缩量。 根据开滦局井下实测，在各种不同的初撑力、工作阻力喝才高的情况下， MZ-1928型支柱的弹性可缩量在 6 10mm 范围内。这个弹性可缩量会使支柱工作还未达到工作阻力之前，就造成顶板的下沉，有可能使岩石离层，对顶板管理是不利的。经试验证明，减小支柱的弹性可缩量，对改善顶板管理起着重要的作用。具体措施是，使用高压乳化液泵，提高支柱初撑力；改善单向阀的质量，要能及时关闭也路；注意操作方法，使支柱下腔尽可能达到泵站的工作压力。 3. 恒阻阶段：支架承载后，如果完全支撑住顶板， 不允许顶板下沉，需要有强大的支撑力。在实际生产中，由于顶板压力有时相当巨大，想设计出能抗住巨大顶板压力，而一点也不让压的支架是及困难的，实际上也没有这种必要。 都使支架能随顶板下沉时，有一定的可缩量，但又保持一定的支撑力不敢于使顶板任意下沉而造成破坏冒落。要求支架即具有一定的支撑力，又具有可缩性。液压支架的这种特性，是由支柱的安全阀来控制的。在顶板压力增大时，支柱活塞腔被封闭的油液压力就迅速升高，当压力值超过安全阀的动作压力时，支柱活塞腔的高压液体经安全阀泄出，支柱降缩，支柱活塞 9 腔的液体压力减小，这就是支 架的“让压” 特性；当压力小于安全阀的动作压力时，安全阀又关闭，停止卸液，支柱活塞腔的液体又被封闭，支架恢复正常工作。由于安全阀动作压力的限制，支柱呈现出恒阻特性，此时支柱和支架承受的最大载荷称为工作阻力。 支柱工作阻力： 2za()4 1 0 0 0DfP 吨 支架工作阻力： zz()F n f 吨式中： aP安全阀的动作压力（公斤 /厘米 2） 支架的工作阻力取决于安全阀的动作压力、支架支柱数、支柱缸体内径和 架型等。 安全阀使支柱具有恒定的设计工作阻力，同时又使支柱在承受大于设计工作阻力的顶板压力时，可随顶板的下沉而下缩，这就是液压支架的恒 阻性和可缩性。未防止安全阀频繁动作而失效，应使支架的工作阻力 大于正常的顶板压力，也就是说，在工作生产过程中，支架还没有达到设计工作阻力之前，就已前移到新的支撑位置。 工作阻力时液压支架的一个基本参数，用来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，并不能完全反应支架对顶板的支撑力，因此常采用表示单位面积顶板上所受支架工作阻力值大小的支护强度参数，来比较支架的 支护性能。 支架支护强度： 22 (FW A 吨 米 ）式中： A支架的支护面积（米 2） 由上可知，支柱或支架工作时，其支撑力随 时间的变化是，支架升起，顶梁开始接触顶板至液控单向阀关闭时的初撑增阻阶段 to，初撑结束至安全阀卸载前的承载增阻阶段 t1 和安全阀出现重复卸载时的恒定阶段 t2。这种变化过程反应了支架的支撑力和时间之间的关系（图 1 4）。 图中虚线表示，有些支架的支柱并未达到额定的工作阻力值就已降柱前移，支架前移后按原过程重新支撑。 上述工作过程表明：液压支架在额定工作阻力值 以下工作时，具有增阻性，以保证支架顶板的有效支撑作用；当支架支撑力超过额定工作阻力值时，支架随顶板下沉而下缩，使支架保持恒定的工作阻力，即具有可缩性和恒阻性。支架本身的增阻性取决于液控单向阀和支柱的密封性能，可缩性和恒阻性则由安全阀的溢流性能决定。因此，液控安全阀、单向阀、支柱这三个部件，是保证支架性能的关键元件。 通过上述，对液压支架的工结构和工作原理的分析，可初步确定液压支 架 10 附图 -1 液压系统原理图 液压系统的原理图。祥见附图 -1。 第四节 液压支架的分类 一、按支架和围岩的相互作用，液压支架可分为支撑式、掩护式和支撑掩护式三类。 （一）支撑式支架： 图 1 5 是一种典型的支撑式支架，它有较长的顶梁，较多的支柱，并呈垂直布置，支架的稳定性由支柱的复位机构来保证，因此有坚固的箱式底座。它靠支柱与顶梁的支撑作用，控制工作面的顶板，维护工作空间，而顶板岩石则在顶梁后部切断跨落。这种类型的支架具有交大的支撑能力和良好的切顶性能，因此适应于顶板坚硬完整，周期压力明显或强烈，底板也较硬的煤层中。 （二）掩护式支架： 图 1 6 是掩护式支架的典型结构之一，它的顶梁较短，支柱一排，一般仅 1 2 根，多呈倾斜布置与掩护梁连接或直接与顶梁相连接。它靠支柱和顶梁支撑顶板，而掩护梁只与冒落矸石相接触，防止矸石涌入工作面，以维护一定的工作空间。这种类型的支架，有良好的防矸掩护性能，主要适用于顶板中等稳定和破碎，底板也较软的煤层中。 （三）支撑掩护式支架：支撑掩护式支架是介于支撑式和掩护式之间的一种架型。它的特点是，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 （见图 1 2）。这类支架靠 支撑和掩护作用来维护工作空间，兼有支撑式和掩护式支架的优点，适用于顶板稳定和中等稳定，有较明显的周期压力，底板中等稳定 11 的煤层中。 支撑式、掩护式和支撑掩护式等三类支架中，对照采煤工艺对支架的要求来看，掩护式支架具有很多特点和较广的适 用范围。虽然掩护式支架单位工作面长度上的支撑能力不如其余两种，但由于控顶距小单位面积上的支撑力较大，能对顶板进行有效的支撑；还有有效的挡矸装置，能更好的适应破碎顶板的支护需要；支架本身为一定的运动机构，抗水平力性能好，且便于支架前移；支架的结构和液压系数简单，操作简便，管理维修 容易；支架调高范围较大，对煤层厚度变化的适应性强。所以，掩护式支架在使用中已取的良好的经济效果，使用范围正在扩大。 二、按移动方式，液压支架可分为整体自移式和迈进式两类。 （一）整体自移式：支架成整体结构，因而整体移动。掩护式，和部分支撑式支架，均采用这种移架方式。 （二）迈进式：迈进式支架又可分为交互前移式和提步前移式两种。 1.交互前移式支架，是利用主副架护为着力点交互推拉前移的方式，架间安装推移千斤顶和导向装置。一般节式支架常用这种移架方式。 2.提步前移式支架，是采取顶梁不大量下降，提腿跨步的方式。 例如，苏 2M-81 型支撑掩护式支架，移架时沿着支撑柱顶板的临架顶梁推移。还有一种是滑行顶梁式支架，移架时本架顶梁在内部滑移。 三、根据使用地点的不同，液压支架又可分为工作面支架和端头支架两类。 上述各类支架均为工作面支架，用来支护工作面的顶板。端头支架，则用在工作面两端与顺槽的连接处，由于此处的机械设备较多，需要占有的工作空间大，同时又是人员的安全出口，要求端头支架能很好的和各设备相配合，达到有效的支护悬露面积较大的顶板。因此，端头支架在结构上具有特殊性 。 第五节 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，它的结构形势已达数百种。每种支架的支柱从 1 根导 8 根，支撑力从 50 吨到 800 吨，支架适应煤层厚度的范围由 0.6 米到 5 米，也以至更厚的煤层， 12 适应煤层倾角由 0到 45，甚至 70左右。在缓倾斜薄及中后煤层中，液压支架已获得广泛的应用，但是由于煤层赋存条件复杂，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范围仍受到限制。 为了改进支架的支护性能，提高它对不同矿山地质条件的适应 性，扩大使用范围，延长使用寿命，目前液压支架有下列几方面的发展动向： 1.大力发展掩护式和支撑掩护式支架，对其它形式的支架，应用逐渐减少。 1976年国际采矿设备展览会展出的 89种液压支架中，有 80是掩护式支架，这些支架的主要特点是：采用四连杆机构，使梁端和煤壁之间的距离基本保持恒定；支柱支在顶梁上，提高了支架的工作阻力；顶梁和掩护梁铰接，取消了两者间易被矸石堵赛的三角区；掩护梁和顶梁的主梁部分均装设侧护板，提高了支架的防护能力；采用整体自移式，便于支架操作和实现自动控制。 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地配合。近几年来，国外正在研制一次截深 1.5米左右或一次采高 5.5 米的液压支架。同时，为扩大支架适应的高度范围，广泛采用双伸缩式支柱。 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 300公斤 /厘米 2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，进一步改善操纵条件，支架控制正在向自动控制方向发展。目前，分组程序已开始 使用，全工作面的自动控制还处在研究阶段。 13 第二章 液压支架结参数和形式的确定 本 章介绍液压支架结构参数的确定和架型的选取，而 对 液压支架受力分析、优化设计、可靠性等内容将不做介绍。 一 高度的确定 一般首先确定支架适用煤层的平均采高，然后确定支架高度。支架的最大高度与最小高度的之差为支架的调高范围。调高范围越大，支架的适用范围越广，但过大的调高范围会给支架结构设计造成困难，可靠性降低。 该参数以给出，取支架高度（米）： 2.0 3.8 二 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 1.5 m。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般家的要求，中心距可采用 1.25m。 本设计中也取中心距（米）： 1.5m 支架宽度是指，顶梁的最大和最小宽度。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，侧护板一般行程为 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。 若取侧护板行程为 180mm，则可选支架宽度为： 最小宽度： 1410mm； 最大宽度： 1590mm。 三 梁端距和顶梁长度的确定 所谓梁端距是指移架后顶梁端部至煤壁的距离（nL），如 图 2-1所示。梁端距是考虑由于工作面顶板起伏不平造成的运输机和采煤机的倾斜，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。支架高度越大，梁端距也应越大。 当 采用即时支护时，一般大采高支架梁端距应取 350 480mm，中厚煤层支架梁端距应取 280 340mm；薄煤层支架梁端距应取 200 300mm。 现取梁端距： mmln 300图 2-1 液压支架尺寸关系 14 顶梁长度受支架形式、配套采煤截深、刮板输送机尺寸、配套关系及立柱缸径、通道要求、底座长度、支护形式等的制约。 )(01513 dmEA Cllxlll 当采用及时支护方式时：dC=0 现根据 支护面积、支架最大宽度得： ml 767.259.1 4.413 四 顶梁形式的选择 支架常用顶梁形式有三种：整体顶梁、铰接顶梁和楔形结构顶梁。铰接顶梁的前段称为前梁，后段称为主梁，一般简称顶梁。 1. 整体顶梁 整体顶梁（ 图 2-2）的特点是：结构简单、 可靠性好；顶梁对顶板载荷的平衡能力较强；前端支撑力较大；可以设置全长侧护板，有利于提高顶板覆盖率，改善支护效果，减少架间漏矸。为改善接顶效果和补偿焊接变形，整体顶梁前端（ 800 100mm） , 一般上翘 1 3 。 2. 铰接式顶梁 图 2-2 整体顶梁 铰接式顶梁如图 2-3 所示。在前梁千斤顶的推拉下，前梁可以上下摆动，对不平顶板 的适应性较强。运输时可以将前梁放下与顶梁垂直，以减少运输尺寸。前梁千斤顶必须有足够的支撑力的联接强度。前 梁上不宜设置侧护板。为了顺 图 2-3 铰接顶梁 利 移架，前梁间 一般要留有 1. 前梁； 2. 前梁千斤顶； 3. 顶梁 100 500mm 间隙，从而增加了破碎顶板漏矸的可能性。 3. 楔形顶梁 楔形结构梁如图 2-4 所示。楔形梁 1 和后梁 4 通过销轴铰接，而千斤顶铰接 于顶梁上。 楔形结构 梁利用构件间摩擦自锁原理，通过楔块 2 与楔形梁 1和顶梁 4 之间的摩擦作用，使楔形梁 1、楔块 2 和后梁 4 在受载时保持为一个 整体，如同整体刚性顶梁，这样，该 图 2-4 楔形结构梁 梁 宜 具有整体刚性顶梁前端支护力 1. 楔形梁； 2. 楔块； 3. 楔形梁千斤顶； 4. 后梁 大的优点。由于楔形梁 1 与后梁 4 为铰接结构，当操作楔形梁千斤顶伸出或缩回时带动楔形块前后移动，从而使楔形梁 1 绕铰轴上下摆动，其摆动范围取决于楔形块的行程和 15 楔角的大小。由于摆动范围较铰接顶梁小，因而该梁不具有铰接顶梁的灵活性。此外，在运输时楔形梁 1 可以放到下垂位置，缩短了运输尺寸，从而方便运输和安装。 现根据常用液压支架顶梁形式各自特点，本设计采用整体顶梁。 五 支架侧护板形式的选择 支架侧护板装置 一般由侧护板、弹簧筒、侧护板千斤顶、导向杆和连接销轴等组成。 支架常用的活侧护板的形式有三种 , 即直角式单侧活动式侧护板，直角式双侧可活动侧护板和折页式单侧活动侧护板。 1. 直角式单侧活动侧护板 直角式单侧活动侧护板如 图 2-5 所示，一侧为固定侧护板，一侧为活动侧护板。固定侧护板即是梁的边筋板，可以增加梁体强度，减轻支架重量。直角式单侧活动侧护板适用于工作面倾角较小（ 15 度以下）的缓倾斜煤层或水平煤层，具有挡矸密封性好和导向性好的特点。 2. 直角双侧可调的活动侧护板 直 角 双 侧 可 调的 活动 侧 护 板 如 图 2-6 图 2 -5 直角式单侧活动侧护板 所示，可以根据工作面倾角方向，调整 一侧固定，另一侧活动，适应性强，可以用于各种支架。 3. 折页式活动侧护板 折页式活动侧护板如 图 2-7所示，它的主要特点是结构简单，千斤顶可以布 置在梁体的外侧，便于拆装和维修。但挡矸、密封 性差，易形成矸石漏泄，且移架时导向性差。主要用于顶板比较稳定或坚硬条件的支撑掩护式支架， 且只能安装于顶梁。 顶梁侧护板高度一般选取 250mm 500mm，薄煤层支架取下限，大采高支架取上 图 2-7 折页式活动侧护板 图 2-6 直角式双侧可调的活动侧护板 1. 活动上侧护板； 2. 活动下侧护板； 3. 顶杆； 4. 顶板； 5. 固定侧护板 限。掩护梁 侧护板的后连杆高度一般根据支架最大高度时，侧护板水平尺寸等于移架步距加 100 200mm 搭接量的尺寸确定。 支架的侧板易损坏，其主要的损坏形 图 2-8 侧护板机构 式有： 1. 侧护板导向杆耳座与弹簧筒耳座 16 易脱落； 2. 导向杆和弹簧筒弯曲变形； 3. 侧护板的侧板弯曲变形； 4. 侧护板和上板焊缝开裂。为此，要求侧护板的耳座结构采用嵌入式，并使导向杆和弹簧筒能插入侧板内。另外，可在上板的侧板间焊加强筋，如 图 2-8 所示。 现根据常用侧护板形式各自特点，本设计选 用直角式单侧活动侧护板。 六 底座形式的选择 支架底座常用形式 3 种，即整体刚性底座、底分式刚性底座和铰接分体底座。 a) 整体刚性底座 整体刚性底座如 图 2-9 所示，中挡前部一般有一 高度 50100mm 小箱形结构，中挡 后部上方为箱形结构、推移千斤顶 一般安装在箱形体之下。整体刚性 底座立柱柱窝前一般要设计一过 桥，以提高底座的整体刚性和抗扭 能力。整体刚性底座的整体刚度和 强度好，底座接底面积大，有利于 减小对底 板的比压，但中挡推移机 构处易积存浮煤碎矸，清理较困难， 一般用于软底板条 件下工作面支架。 图 2-9 整体刚性底座 b) 底分式刚性底座 底分式刚性底座如 图 2-10 所示。底座底板是中分式的，中档推移机构直接落 在煤层底板上，前立柱柱窝前有过桥，中档后部上方为箱形结构。由于底分式刚性底座中档底板分体，推移装置处的浮煤、碎矸可以随支架移架从后端排到采空区，不需要人工清理，适应高产高效要求，但是减少了底座接底面积，增大了对 顶板的比压。 图 2-10 底分式刚性底座 图 2-11 铰接分体底座 目前高产高效工作面液压 支架一般均采用分体刚性底座。 c) 铰接分体式底座 如 图 2-11 所示，铰接分体式底座分为左右相对独立的两部分，从中挡处 17 铰接，左右底座在垂直方向可以相对错动，无刚性约束。这种底座对底板不平的适应性好，减少了底座的扭转和偏载载荷，但是支架的整体刚性有所降低。波兰支架采用铰接分体底座的较多，我国 ZY3600/17/35K 支架等也是采用这种铰接分体式底座。目前这种底座结构以较少采用。 根据常用底座的各自特点，本设计中选用整体刚性底座。 七 柱间距和筋板配置 支架柱间距是指，两排立柱间的距离。柱间距和筋板配置要考虑支 架的中心距、立柱缸径、推移装置的宽度等因素。合理确定柱间距和筋板配置，是支架结构设计的重要任务。柱间距和各部件筋板配置关系如 图 2-12 所示。根据经验， 推荐五种柱间距和筋板配置方案列于 表 2-1 中 。 图 2-12 柱间距与 各部件筋板间配置关系 表 2-1 柱间距和筋板配置推荐尺寸 单位 :（ mm） 参数 方案 1 方案 2 方案 3 方案 4 方案 5 d 850 820 770 720 720 d1 810 780 740 690 690 C 1310 1280 1280 1280 1355 C1 1350 1290 1190 1110 1110 B1 400 360 320 320 320 B2 390 350 310 310 310 B3 330 290 270 270 270 B4 320 280 260 260 260 B5 340 300 270 260 260 18 B6 430 390 360 390 330 H7 360 320 290 290 290 B8 350 310 280 280 280 BC 350 350 350 330 330 BW 1400 1382 1300 1300 1300 A 1368 1368 1368 1368 1368 适运条件 180320BLDD 180280BLDD 180250BLDD 160200BLDD 160200BLDD 注： LD -立柱缸径； BD -推移千斤顶缸径。 参照上表，可以选方案 3 的推荐尺寸用以本设计。 八 推移装置的形式选择 推移装置由推移杆、推移千斤顶和接头等主要零部件组 成，其中推移杆是决定推移装置形式和性能的关键部件。推移杆的常用形式有正拉式短推移杆和倒拉式长推移杆两种。 1. 短推移杆 短推移杆一般结