放顶煤液压支架设计（优秀含全套CAD图纸+设计说明书）
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放顶煤
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放顶煤液压支架设计（优秀含全套CAD图）。放顶煤采煤方法，就是在开采煤层的底部，或在特厚煤层中部位置，布置采煤工作面，利用工作面矿山压力的作用或辅以爆破等方法，将顶煤破碎并促使其垮落，而后将垮落的顶煤由工作面后方或工作面支架前方放出。放顶煤采煤方法在很早以前就用于开采厚煤层。如我国以前使用过的高落式采煤法就属于这种采煤方法。在当时，放顶煤开采是不正规的，完全手工式的，而且煤炭损失特别大，长期以来受到严格限制。还有仓储式采煤法、仓房式采煤法也都属于早期的放顶煤开采方法。随着煤炭开采技术的发展，特别是煤矿支护设备的发展，放顶煤采煤法已经发展成为一种正规的采煤方法。
- 内容简介：
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1 引言 我国 煤炭储量十分丰富， 1979年世界能源会议估计我国煤炭资源为 15000亿吨，其中煤层厚度大于 0%左右。从采煤工艺看，我国 1972 年开始装备综合机械化采煤，至 1990年已经达到 当时对厚度在 5米的煤层多采用一次采全高工艺，特别是大采高支架，平均单产可超过 3 万吨，最高超过 6万吨，最高月产 142211吨。然而，对于厚度大于 5米的特厚煤层的开采，存在着产量低、效率低、劳动强度大、安全差等问题，尽管分层开采技术较为成熟，但其成本高、工序多，影响效率。 1 绪论 压 支架发展历史 历史地来看， 大约在四五十年前回采工作面还是采用木支柱 。随着刨煤机、钻削式和滚筒式采煤机等快速采煤机的使用 ,木支柱既不能对顶板提供足够大的阻力，其支设和回收亦难满足连续采煤的要求。于是，刚性木支柱被可压缩性摩擦和液压支柱所代替，并以支柱加铰接顶梁的结构形式支护回采工作面。 1954 年，英国研制出 垛 式支架。它主要由安装在矩形整体底座上的立柱和顶梁组成。几个月后，英国奥尔蒙德煤矿的低主煤层的整个工作面都装备了这种支架。这就是世界上首个装备液压支架的采煤工作面。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 于 1961 年在阿乐斯 掩护式支架。这种支架顶梁很短，仅 并与掩护梁铰接，单根朝前倾斜液压支柱连接着掩护梁和底座。当支架在其工作高度范围内升降时，顶梁顶点相对于煤壁作圆弧运动。这样，不仅影响了支架的承载能力，而且端面距变化很大，不利于顶板的维护。但比起 垛 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 。 为 了保持顶梁端点相对于煤壁作近似的直线运动，在 掩护式支架的基础上作了许多改进： 2 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。 1974 年，英国国家煤炭局实施的 “高科技采矿工程 ”推动了液压支架及采煤设备的进一步发展。这项工程要求在选择工作面综合采煤设备时，必须 采用最先进的设备和开采工艺，以提高煤炭产量和改善作业环境。 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。 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。 顶煤开采工艺及放顶煤液压支架 放顶煤采煤方法，就是在开采煤层的底部，或在特厚煤层中部位置，布置采煤工作面，利用工作面矿山压力的作用或辅以爆破等方法，将顶煤破碎并促使其垮落，而后将垮落的顶煤由工作面后方或工作面支架前方放出。放顶煤采煤方法在很早以前就用于开采厚煤层。如我国以前使用过的高落式采煤法就属于这种采煤方法。在当时，放顶煤开采是不正规的，完全手工式的，而且煤炭损失特别大，长期以来受到严格限制。还有仓储式采煤法、仓房式采煤法也都属于早期的放顶煤开 采方法。随着煤炭开采技术的发展，特别是煤矿支护设备的发展，放顶煤采煤法已经发展成为一种正规的采煤方法。 我国综采放顶煤开采开始于 1982年，是由郑州煤矿机械厂、煤炭科学研究 3 图 位双运输机放顶煤综采示意图 1 放煤口； 2 前输送机； 3 后输送机 总院北京开采所、沈阳煤研所共同研制的 14/28中位放顶煤支架在沈阳 局蒲河矿安装试验； 10 多年来得到了迅速的发展，截止到 1993年，已经在 13个省的 26个矿务局 59个工作面使用，达到了日产万吨，月产 31万吨，年产 253 万吨的生产水平，成为世 界上综采放顶煤开采技术发展最快、拥有放顶煤液压支架数量最多的国家。 实践证明，在特厚煤层开采中，采用放顶煤开采较分层开采等具有明显的优越性，主要有： （ 1）、煤层掘进量小，掘进费用低、缓和了采掘关系； （ 2）、减少了搬家倒面次数，节省了综采面设备搬迁、安装的工作量及费用； （ 3）、较分层开采减少了铺网工序、材料、工资及巷道维护费用等； （ 4）、对急斜厚煤层，较普通法开采的工作面产量提高 1 3倍； （ 5）、提高了煤炭的块炭率，增加煤炭的售价； （ 6）、减少了设备的运行费，特别是采煤机，相对减少了吨媒设备折旧费 或租赁费； （ 7）、有利于矿井的集中控制，实现减面、减人、提高工效的目的； （ 8)、提高劳动生产率，降低成本，比一般回采工效提高 2 5倍，经济效益十分显著，吨媒成本一般降低 8 20元 /吨。 基于上述原因，我国放顶媒液压支架从 1984 年至 1992年上半年已发展到 42套， 32个品种，占世界总数的 66。当然，放顶煤开采也有急待解决的问题，主要是： （ 1）、煤尘大，比分层开采高出 1 3倍，甚至更高； （ 2）、回采率偏低，一般在 80左右，造成一定的煤炭损失； （ 3）、自然发火的问题尚未得到很好的解决； （ 4）、对 高瓦斯矿井，瓦斯涌出量大，有局部积聚的危险。 4 因此，煤炭工业部提出要有试点地进行，稳步发展的方针。然而有于放顶煤开采的优点十分突出，并对存在的问题逐步得到解决的同时，使这一新的特厚煤层的开采工艺从东北、西北迅速扩展到华北， 1992年初又推广到华东四个矿务局，并首先在兖州兴隆庄矿创出了月产 11万吨的好成绩（ 1994年月产已达 25 万吨），可以预计，今后将会更快地发展。 下面重点介绍放顶煤液压支架的特点及适应性。 1 放顶煤液压支架的分类 按与液压支架配套的输送机的台数，放顶煤液压支架可分类如下： 插底式 单输送机 不插底式 放顶煤液压支架 单铰接式 开天窗式 双输送机 四连杆式 前四连杆式 插板式 中四连杆式 后四连杆式 按放煤口位置，放顶煤液压支架可分类如下： 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） 下面重点介绍低位放顶煤液压支架的特点及适应性： 下面重点介绍低位放顶煤综采： 低位放顶煤综采的显著特征是支架的放煤口位置低、尺寸大。而且是连续的，多为插 5 板式，无脊背煤炭损失，支架的四连杆机构置于支架中间，后输送机置于支架拖板上或直接在底板上。低位放顶煤综采的主要优点为放煤在支架后下方，放煤效果好，煤尘小。后输送机外运煤炭顺利，一般不需清理后方浮煤。支架尾梁还可以摆动，以利提高顶煤的回收率。但低位放顶煤支架的 稳定性差，工作面端头的维护较困难。该类支架在窑街矿务局、兖州矿务局鲍店煤矿均取得高产、高效。低位放顶煤综采如图 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支架。这类支架有一个可以上下摆动的尾梁（摆动幅度在 45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，用以放煤和破碎大块顶煤，具有连续的放煤口。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梁上方的垮落，使顶煤破碎较为充分，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载能力差，支架的稳定性较差； (6)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 ，在矿压较小的急斜水平分段开采时比较适应，为使这种支架在缓斜长 壁 工作面发挥其优势，几年来作了如下的探索： (1)把四连杆的上 连 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 连 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 7/32 型支架尾梁端部向上摆动力可达到 500用效果良好 ； (4)后四连杆前连杆设计为 后连杆设计为 大了支架的 前、 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 6 架下滑。 前四连杆式支架和后四连杆式支架相比，前四连杆式支架稳定性及抗扭性较差，但其后部空间较大，且重量也轻。 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 杆 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 轴 ，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 平 ，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 24 的 工 作面上取得了成功。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。 煤工作面液压支架设计要求和设计必要的基本参数 煤工作面对液压支架的设计要求 为了满足长 壁 工作面的生产要求对液压支架提出了以下要求： 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 。 体要求如下：有宽敞的工作空间；能很好的防矸、排矸；能良好的通风、照明、通讯、防尘、防火 。 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 。 7 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 。 该保证初期投资低、维修费用低。 压支架设计的基本参数 根据老顶 1级 和直接顶的 分类 2。 根据最大 4500 和 最小采高 3500，确定支架的最大和最小高度，以及支架的支护强度。 根据瓦斯等级 按保安规程规定，验算通风断面。 根据底板岩性和小时涌水量验算底板比压。 根据工作面煤壁条件，决定是否用护帮装置。 根据煤层倾角 决定是否选用防倒防滑装置。 根据井筒罐笼尺寸，考虑支架的运输外形尺寸。 根据配 套尺寸及支护方式来计算顶梁长度 。 文做的主要工作 毕业设计名称： 放顶煤液压支架设计 参数如下： （ 1） 要求工作阻力 500t。 （ 2） 最大采高 小采高 （ 3） 急斜特厚煤层 , 瓦斯涌出量大 . 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、液压 立 柱的设计及支架液压 电液控制系统 统原理设计 。 8 2 液压支架整体结构设计 架主要尺寸的确定 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 80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。 H （ 200 300） （ H （ 300 400） （ 式中： 支架最大高度（ ； 支架最小高度（ ； 最大采高（ ； 最小采高（ 。 本 设计最大 采高4500支架最大高度 4500 200 4700支架的最小高度 35003200高范围为 1500架的伸缩比系指其最大高度与最小高度之比值。即： 代入有关数据，得 m=32004700=9 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： 3 n C （ 式 中： 支架间距（支架中心距）； 每架支架顶梁总 宽 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 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 大采高支架为提高稳定性中心距可采用 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 本次设计 取 支架的中心距为 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 170 200中宽面顶梁一般为12001500式支架一般为 400600次设计取支架顶梁的最小宽 度为1380大宽度为 1550即顶梁侧护板侧推千斤顶的行程取 170 架四连杆机构的确定 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 10 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。 连杆机构设计的要求 度 在最大和最小范围内变化时，如图 梁端点运动轨迹的最大宽度e 应小于或等于 70好为 30 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 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 W ， 如果钢和矸石的摩擦系数 W = P =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。 护梁与顶梁铰点 e 和瞬时中心 。设计时，要使 角满足 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 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 11 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 30图 连杆机构几何特征图 护梁和后连杆构成曲柄滑块机构 12 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，采用了计算机求解的方式来求解。 在计算之前，先确定几个值。根据以往的设计经验，取顶梁与掩护梁的绞点至上顶板的距离为 400 要求双纽线的偏摆量 为 30后连杆下绞点至底座的距离为 900采用电算法。 为了减少附加力，必须使得 有较小值。同时，为有效的 控制 顶板，要求支架在某一高度时的 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近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，如图 示 。 （ 1）支架在最高位置时，1P5262 ，即： 度；1Q75 85即 支架在最低位置时，保证 P1 25。 （ 2）后 1 连杆与掩护梁的比值，掩护式支架为 I =撑掩护 式为 I = （ 3）前后连杆上绞点之距与掩护梁的比值为 I （ 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70e （ 5）支架在最高位置时的 应小于 优化设计中，对支撑掩护式支架最好应小于 四连杆机构各部参数如图 示，图中的1 ： A ; B ; C ; D ; 2 E ; G ; F ; 1S ; L ; A ; 13 1;= 连杆机构参数图 (1)后连杆与掩护梁长度的确定 如图 ，当支架在最高位置时的 护梁长度 111s i n s i I Q （ ） （ ） （ 后连杆长度为： A I G （ 前后连杆上绞点之距为 ： B I G1 （ 前连杆上绞点至掩护梁上绞点之距为： F G B （ 从 式 （ 式 （ 可求 出多组后连杆和掩护梁的尺寸。为了简化计算，对变量规定相应的步长如下：1撑掩护式为 上述四个变量各向前迈 出五步，经排列组合变得到 625组数据。 （ 2）后连杆下绞点至坐标原点之距为1E，如图 14 图 连杆机构几何关系 （ 3）前连杆长度及角度的确定 当支架高度变化时，掩护梁上绞点 ,e 的运动轨迹为近似双纽线，为使双纽线最大宽度和 角尽量小，可把 ,e 点的轨迹视为理想直线，当然实际上并非如此。但是，我们可以做到支架高度变化时，有三点在一条直线上，如图 ：支架在最高和最低以及中间某一位置的三点。当支架的最高和最低位置确定后，在直线上的最高和最低点就确定了。根据设计经验，当 ,e 点沿理想垂线由最高向最低运动时，后 连杆 与掩护梁的夹角由大于 90到小于 90 变化，在夹角变化过程中，一定有一位置使后连杆与掩护梁呈垂直状态，以这一特殊状态为所求的中间某一位置，来确定直线上中间某一位置的点。 1）1当支架在最高位置 时 的计算高度为1H，此时1 11c o P（ ）（ 1 1 1s i F P （ ） （ 2）2支架在最低位置时的计算高度为2H，此时2 22c o P （ ）（ 15 2 2 2s i n s i P （ ） + A （ Q）（ 根据四连杆机构的几何特征要求， 支架降到最低位置时，2 2 5 3 0Q 为计算方便2 25Q ，即 度。 根据几何关系2 2212212c o sa r c t a nc o A Q （ ）（ ）（ 3）3 当支架的掩护梁与后连杆成垂直位置时，根据几何关系，33c o P（ ）（ 3 3 3s i n s i P A Q （ ） （ ）（ 式中 132 2 21a r c t a n a r c t a A E （ ）（ 332（ 4） 根据图 支架在三个位置时四连杆机构几何关系确定后， 1b、2b、3圆 的圆心。所以，1 2 3cb cb 为前连杆的长度。因此，可以用圆的方程求得前连杆长度。即： 2211x x y y （ ） （ ） （ 上式中cx、以按下列方程联立求得 : 2 2 2 21 1 3 3c c c cx x y y x x y y （ ） （ ） （ ） （ ） （ 2 2 2 23 3 2 2c c c cx x y y x x y y （ ） （ ） （ ） （ ） （ 由式（ 式（ ： 2 2 2 2 2 2 2 23 1 3 1 2 3 2 3 2 3 3 13 1 2 3 3 1 2 3( ) ( ) ( ) ( )2 ( ) ( ) ( ) ( )cx x y y y y x x y y y x y y y y x x （ 16 2 2 2 2 2 2 2 22 3 2 3 3 1 2 1 3 1 2 33 1 2 3 3 1 2 3( ) ( ) ( ) ( )2 ( ) ( ) ( ) ( )cx x y y x x x x y y x x y y y y x x （ 令 : 2 2 2 23 1 3 1M x x y y （ N 2 2 2 22 3 2 3x x y y （ T 3 1 2 3 3 1 2 32 ( ) ( ) ( ) ( )x x y y y y x x （ 把 式 （ 式 （ 入 式 (得： 2 3 3 1( ) ( )c M y y N y （ 3 1 2 3( ) ( )c N x x M x （ 连杆 的 长度和角度就可以确定了。 （ 4）前连杆下绞点 的 高度 连杆机构的底座长度 E。 当前连杆 的长度为： 1 x（ 按上述方法可求出很多组四连杆机构，并非所有的值都可以用，故要优选。优选的方法 是给定约束条件，对所计算出的各组值进行筛选，最终选出一组最优的值来。 其 约束条件 是 根据 四连杆机构的几何体特征要求 ， 以及支架的 结构关系，通过 对国内外现有支架的调查统计 ， 得出的 约束条件如下 ： （ 1）前后连杆的比值范围 根据现有资料的调查统计，前后连杆的比值 （ 2）前连杆的高度不宜过大，一般应使 15 （ 3） 般应使 E （ 4）对掩护式支架应使 的值 U ；对支撑掩护式支架 02U. 的值按下面的方法进行计算。 如图 支架在最高位置时的几何关系。 （ 1） 17 4x= 11c o Q（ 41 Q （ （ 2）2, ),0)E（ 3）1 111 （ （ 4）2 45245 （ 由于 c 、 此，111以11 61161 （ 同理直线1164264 （ 联立（ （ ： 1 1 1 2 4 4612K x y K x K （ 6 1 6 1 1y K ( x x ) y （ 18 图 心位置图 令： 6 6S H y（ 则： （ 为了能 计算 和看出优选的一组值的 及双纽线的凸弧段长度，要求打印出顶梁前端的坐标值画出双纽线轨迹来。 （ 1）四连杆机构的方程 19 图 连杆机构方程图 从图 知，在任一个4d 点的 x 坐标值应满足下列方程 44c o s c o s c o E B P C （ B 点的 y 坐标值应满足下列方程 4s i n s i n s i B C D 4P （ 由式（ ： 44s i n s i ns i n A Q B P （ 将式（ 入式（ ： 442442c o s c o ss i n s i E B B P （ 将式（ 理得： 2 2 2 2 244 4 4442 c o s2 s i n c o s 2 2 c o ss i n 2 s i n 2 0A B D C E A E Q P E B A B B Q B D ( 20 令： 4 24s i n 1 42 2 c o B A B Q ( 42 s i n 2J A B Q B D ( 2 2 2 2 2 442 c o s 2 s i B D C E A E Q A D Q (将式 (式（ 入式（ 得： 210R Z K J Z (则式（ 变成以 Z 为变量之方程，得： 2 2 2 2 2 222K R K R K J R (不合题意之根已舍去。 当 2 2 2 2 2 2 0K R K J R J 时，式（ 有意义。 在图 e 点任一位置时之坐标 x,y 可写成： 44c o s c o Q G P ( 44s i n s i Q G P ( 其中， 4 241a r c t a n 式（ 式（ 是液压支架四连杆机构的曲线方程。 根据四连杆机构的几何特征要求，支架由高到低，4Q=85 25,即： 以在4果在这个变化范围内按间隔 以算出 x,y 值表， y 的变化相当于支架计算高度的变化，则 以 e 值为支架高度变化范围内，相应的凸弧段的长度为支架的结构高度有高到低时， x 值渐增所对应的 y 值相减，即： 凸弧段长度 h h h大 小式中， 21 大h 支架最大高度所对应的 y 值； 支架由高到低， x 值渐增，增加到极限位置所对应的 y 值。 梁长度的确定 架工作方式对顶梁长度的影响 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（及时支护）要求顶梁有较大长度；先推溜后移架方式（滞后支 护）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 本次设计 采用及时支护方式。 梁长度计算 11c o sc o s 3 0 0 e 顶 梁 长 度 配 套 尺 寸 底 座 长 度 (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。 急斜特厚煤层放顶煤综采 选用 的 配套设备如下： 采煤机为 W 型； 前 输送机为 64/264 型 ； 后输送机为 。 经过计算得该支架的顶梁长度为 5237图 示 。 22 图 梁长度示意图 23 3 放顶煤液压支架主要结构设计 此类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能好； (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（伸缩式和挑梁式）、顶梁、掩护梁、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。 架主要部件的设计要求 各部件设计要求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，为适应急斜特厚煤层分段开采，支架本身采用中四连杆机构 1，增加了支架的纵向稳定性，并使梁端距变化较小，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，应使顶梁 较长，以利顶煤在矿压作用下能较好的压碎。 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）前梁由前梁千斤顶控制，可上下摆动 15，与顶板保持良好的接触，维护机道上方顶板。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 3 5，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。 （ 4）掩护梁受扭力和横向载荷力大，是十分重要的部件。 1 液压支架中，凡四连杆机构和顶梁与底座铰接的顶梁四连杆机构，简称为中四连杆机构。 24 （ 5）底座 底座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 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。 （ 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。 梁的设计 图 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联接，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 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，可以保证导杆与侧护板的连接强度。 25 座的设计 图 四连杆机构的底座 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柱缸底相连，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突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。 护梁和连杆的设计 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。掩护梁有直线型、折线型两种。这里选择直线型掩护梁，结构强度高，其工艺性较好。 所有连杆均为箱式结构件，用以克服顶板指向采空区的水平力，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。 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尾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，纵向长度根据架型、配套设备不同而异。 本设计采用 中四连杆机构的放煤机构设计 26 图 杆机构 a 长推杆 b 短推杆 图 框架机构推移机构 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，调整放煤口进行放煤，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。从支架整体看，其横 向稳定性较差。 本设计采用中四连杆机构的放煤机构，结构如图 27 图 四连杆放煤顶煤支架 该支架是六柱低位放顶煤支架，四根立柱支撑顶梁，两根支撑掩护粱。四连杆机构铰接在顶梁和底座上，并布置在立柱外侧，增加了垂直于工作面的稳定性，梁端变化小，后部工作空间大，操作方便。两根后立柱控制掩护梁摆动放煤，在掩护梁体内由千斤顶控制插板的伸缩，来控制放煤和挡矸，保证放煤工作顺利进行。顶梁前部铰接一带有挑梁的前梁。 压系统的设计 压系统的特点 低位放顶煤支架的液压系统有如下特点： （ 1）采用介质为 5： 95的水包油乳化液； （ 2）各类阀和管路系统可选择流量为 125L/ 200L/ （ 3）泵站的压力和流量可根据
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