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掩护式液压支架设计【4张CAD图纸+毕业论文】

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关键词：: 掩护式液压支架掩护式液压支架设计 cad 图纸毕业论文

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掩护式液压支架设计

77页 22000字数+论文说明书+4张CAD图纸【详情如下】

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摘要

本论文主要阐述了一般掩护式液压支架的设计过程。设计内容包括：选架型、总体设计、主要零部件的设计、主要零部件的校核和液压系统的设计。

由于该煤层厚度适中，选用掩护式液压支架。煤层厚度介于之间，煤层厚度变化较大，选用调高范围大且抗水平推力强且带护帮装置的掩护式支架。支架采用正四连杆机构，以改善支架受力状况。顶梁、掩护梁、底座均做成箱体结构；立柱采用双伸缩作用液压缸，以增加工作行程来满足支架调高范围的需要。推移千斤顶采用框架结构，以减少推溜力和增大移架力。为了提高移架速度，确保对顶板的及时支护，采用锥阀液压系统

关键词：液压支架液压四连杆机构采煤支架选型推溜移架

Abstract

The article mainly elaborated the general shield type hydraulic pressure support design process. The design content includes: Chooses, the system design, the main spare part design, the main spare part examination and the hydraulic system design.

Because this coal bed thickness is moderate, selects the shield type hydraulic pressure support. Coal bed thickness is situated between between the 2.5~3.8 rice, coal bed thickness change bigger, selects adjusts the high scope big also the anti- horizontal thrust is strong also the belt protects helps the equipment the shield type support. The support uses the four link motion gear, improves the support stress condition. The top-beam, caving shield, the foundation makes the packed in a box body structure; The column uses the double expansion and contraction function hydraulic cylinder, increases the power stroke to satisfy the support to adjust the high scope the need. Passes the hoisting jack to use the portal frame construction, reduces pushes slides the strength and increases moves a strength. In order to enhance moves a speed, guarantees is prompt to the roof support, uses the mushroom valve hydraulic system.

Key word: The hydraulic pressure support , hydraulic pressure , four-link mechanism , mining coal, support shaping push forwards the conveyer, advancing the powered support.

1 概述………………………………………………………………………………………5

1.1液压支架的组成和分类……………………………………………………………5

1.2液压支架的工作原理………………………………………………………………8

1.3液压支架的支护方式………………………………………………………………11

1.4支架选型的基本参数………………………………………………………………12

2 总体设计………………………………………………………………………………14

2.1选架型……………………………………………………………………………14

2.2液压支架基本参数的确定…………………………………………………………16

2.3采煤机、液压支架和输送机的配套………………………………………………19

2.4四连杆机构设计…………………………………………………………………21

2.5顶梁长度的确定…………………………………………………………………28

2.6立柱及柱窝位置的确定…………………………………………………………29

2.7平衡千斤顶位置的确定…………………………………………………33

2.8其它千斤顶位置的确定…………………………………………………36

3 支架的受力计算………………………………………………………………………39

3.1液压支架受力分析………………………………………………………39

3.2确定支架的支护强度……………………………………………………40

3.3底座接触比压计算………………………………………………………40

3.4支架支护效率……………………………………………………………40

4 液压支架的主要部件的设计………………………………………………………42

4.1前梁……………………………………………………………………………43

4.2主顶梁………………………………………………………………………………43

4.3掩护梁………………………………………………………………………………44

4.4前、后连杆…………………………………………………………………………45

4.5底座…………………………………………………………………………45

4.6立柱…………………………………………………………………………………46

4.7千斤顶………………………………………………………………………………47

5 主要零、部件的强度校核……………………………………………………………49

5.1校核的基本要求……………………………………………………………………49

5.2前梁的校核…………………………………………………………………………50

5.3主顶梁的校核………………………………………………………………………52

5.4掩护梁的强度校核…………………………………………………………………55

5.5底座强度校核………………………………………………………………………57

5.6销轴和耳座的强度校核……………………………………………………………59

5.7立柱强度校核………………………………………………………………………62

6 液压系统设计…………………………………………………………………………68

6.1液压支架的液压系统的简介………………………………………………………68

6.2液压支架的液压系统拟订…………………………………………………………69

6.3液压元件的选取……………………………………………………………………71

6.4液压控制系统………………………………………………………………………72

结束语………………………………………………………………………………………76

参考文献…………………………………………………………………………………77

1 概述

1.1 液压支架的组成和分类

1.1.1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和与围岩的作用关系—“般分为三大类，即支撑式、掩护式(图1-2)和支撑掩护式(图1-3) 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。

图1-2 掩护式液压支架结构图1-3 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。

1.1.2液压支架的分类及特点

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1-4 a）和节式支架（图1-4 b）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，其长度多在左右；立柱多，一般是根，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。

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。

此种支架在现阶段的综采工作面的生产时都已基本不再采用。

2 掩护式支架（如图1-2）

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。

1-操纵阀、2-双向锁、3-平衡千斤顶、4-双向锁、5-侧护板千斤顶、6-护帮千斤顶、7-立柱千斤顶、8-液控阀、9-推移千斤顶

油液经油管回到油箱，侧护板千斤顶伸出；操纵手柄，使三位四通阀处于右位，侧护板千斤顶的活塞腔接低压油液回油，侧护板千斤顶被收回。

(5) 推溜与移架

操纵手柄，使三位四通阀处于右位，推移千斤顶的活塞腔接低压油液回油，使推移千斤顶的缸体推动支架前移。

结束语

经过近三个月的毕业设计，我系统的熟悉并亲自实践了液压支架的设计。由于以前没有接触过此类设计，在设计过程中遇到了许多困难，包括设计理念、思想、思路和设计方法等很多方面，不过在自己的艰苦探索和老师的悉心指导下，终于一步步克服了这些困难，正是在这样不断的探索中，学到了许多宝贵的知识和许多设计思想。

在这次设计中，我们系统地练习运用了大学四年中所学的基础课程和专业知识。本次设计运用了机械原理、机械设计、机械制造、理论力学、材料力学、液压传动、机械制图等一系列知识，通过理论和实践的结合，使我对所学知识有了更近一步的认识和理解。

通过这次对液压支架的设计，使我不仅对液压支架有了更深的了解，还在运用所学知识及查阅相关资料方面有了很大程度上的提高。我们即将踏上自己的工作岗位，这次设计也算是工作之前的一次热身，使自己理解了哪方面还有些不足，哪些方面还需要加强，为我们更好的适用工作环境作好了准备。

本次设计总体来说任务很重,其中有大量的计算分析与强度的校核,以及结构的设计,查一些资料来获取一些经验值。本次设计对我今后的学习和工作打下了一个良好的基础。对我的成长起到了巨大的促进作用。

参考文献

1 武同振、赵宏珠、吴国华，液压支架配套图集[M]，北京：中国农业大学出版社，1993，Pg261~268。

2 丁绍南，液压支架设计[M]，世界图书出版社，1996，Pg43~243。

3 《液压支架图册》

4 刘延俊，液压与气压传动[M]，机械工业出版社，1999，Pg141~191。

5 蔡春源主编，机电液设计手册：中册[M]，沈阳，东北大学出版社，1997，Pg65~137。

6 程居山，矿山机械[M]，机械工业出版社，1995，Pg165~206。

7 吴宗泽，罗圣国，机械工业设计手册[M]，高等教育出版社，1999，Pg29~54。

8 雷天觉主编，新编液压工程手册[M]，北京，机械工业出版社，1996，Pg203~251。

9 吴相宪王正为黄玉堂主编《实用机械设计手册》.中国矿业大学出版社，1997

10 林建业主编.《液压传动设计手册》.上海人民出版社， 1995

11 李玉琳主编.《液压元件与系统设计》.北京航空航天大学出版社，2002

12 雷中范主编.《液压传到系统》.机械工业出版社， 1989

13 陆元章主编.《现代机械设备设计手册》.机械工业出版社，1996

14 蔡春源主编.《机电液设备手册》.机械工业出版社，1990

15 濮良贵纪名刚主编.《机械设计》.第七版.高等教育出版社，2001

16 孙恒陈作模主编.《机械原理》.第六版.高等教育出版社，2000

内容简介：: - - 摘要本论文主要阐述了一般掩护式液压支架的设计过程。设计内容包括：选架型、总体设计、主要零部件的设计、主要零部件的校核和液压系统的设计。由于该煤层厚度适中，选用掩护式液压支架。煤层厚度介于间，煤层厚度变化较大，选用调高范围大且抗水平推力强且带护帮装置的掩护式支架。支架采用正四连杆机构，以改善支架受力状况。顶梁、掩护梁、底座均做成箱体结构；立柱采用双伸缩作用液压缸，以增加工作行程来满足支架调高范围的需要。推移千斤顶采用框架结构，以减少推溜力和增大移架力。为了提高移架速度，确保对顶板的及时支护，采用锥阀液压系统。关键词：液压支架液压四连杆机构采煤支架选型推溜移架 - - he is is .8 is in a to to to a In to a is to - - 目录 1 概述 5 压支架的组成和分类 5 压支架的工作原理 8 压支架的支护方式 11 架选型的基本参数 12 2 总体设计 14 架型 14 压支架基本参数的确定 16 煤机、液压支架和输送机的配套 19 连杆机构设计 21 梁长度的确定 28 柱及柱窝位置的确定 29 衡千斤顶位置的确定 33 它千斤顶位置的确定 36 3 支架的受力计算 39 压支架受力分析 39 定支架的支护强度 40 座接触比压计算 40 架支护效率 40 4 液压支架的主要部件的设计 42 梁 43 顶梁 43 护梁 44 、后连杆 45 座 45 柱 46 斤顶 47 5 主要零、部件的强度校核 49 核的基本要求 49 梁的校核 50 顶梁的校核 52 护梁的强度校核 55 座强度校核 57 轴和耳座的强度校核 59 柱强度校核 62 - - 6 液压系统设计 68 压支架的液压系统的简介 68 压支架的液压系统拟订 69 压元件的选取 71 压控制系统 72 结束语 76 参考文献 77 - - 1 概述液压支架的组成和分类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和与围岩的作用关系 “般分为三大类，即支撑式、掩护式 (图 1支撑掩护式 (图 1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。图 1护式液压支架结构图 1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。 - - 压支架的分类及特点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 1-4 a）和节式支架（图 1-4 b）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。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。此种支架在现阶段的综采工作面的生产时都已基本不再采用。 2 掩护式支架（如图 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。 - - (a) (b) 图 1撑式支架结构形式 a 垛式支架 b 节式支架它的结构特点是：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、瓦斯含量少的破碎顶板条件。 3 支撑掩护式支架（如图 1 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。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实现完成的。如图 1 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接触顶板。 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。 - - 图 1压支架工作原理 1 2 3 4 5 6 7 、 8 9 10 11 12 3. 支架和输送机前移支架和运输机的前移，都是由底座上的推移千斤顶来完成的。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；当需要推运输机时，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，是活塞杆伸出，把运输机推向煤壁。支架的支撑力与时间曲线，称为支架的工作特性曲线，如图 1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 0 1 2（ 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 ( - - 图 1架的工作特性曲线式中 D m ； n 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 a (式中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 (式中 F 支架的支护面积， 2m 。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。架选型的基本参数对液压支架的基本要求 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。推溜力一般为右；移架力按煤层厚度而定，薄煤层一般为 50100 ,中厚煤层一般为50150 ,厚煤层一般为 00300 。 3. 防矸性能要好。 4. 排矸性能要好。 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，能够承受一定得不均匀载荷和冲击载荷。 10. 满足强度条件下，尽可能的减轻支架重量。 11. 要易于拆卸，结构要简单。 12. 液压元件要可靠。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。给定参数：老顶 I 级直接顶 2 级 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。给定煤层厚度： 3. 瓦斯等级根据瓦斯等级，按保安规程规定，验算通风断面。给定条件：瓦斯等级 1 级 4. 底板岩性及小时涌水量根据底板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，决定是否选用防倒防滑装置。给定条件：煤层倾角 7. 井筒罐笼尺寸根据井筒罐笼尺寸，考虑支架的运输外形尺寸。 8. 配套尺寸据配套尺寸及支护方式来计算定量长度。 - - 2 液压支架的总体设计压支架的选型正确选择液压支架的架型，对于提高综采工作面的产量和效率，充分发挥综采设计的效能，实现高产高效，是一个很重要的因素。在具体选择架型时，首先要考虑煤层的顶板条件。表 2根据国内外液压支架的使用经验，提出了各种顶板条件下适用的架型，它是选择支架的主要依据 . 由于给定参数中顶底版性质：老顶 I 级、直接顶 2 级，底板平整，无影响支架通过的断层，初步选择为掩护式支架。 1 煤层厚度煤层厚度不但直接影响到支架的高度和工作阻力，而且还影响到支架的稳定性。当煤层厚度大于软煤层下限，硬煤层上限 )时，应选用抗水平推力强且带护帮装置的掩护式或支撑掩护式支架。当煤层厚度变化较大时，应选用调高范围大的支架。因此本次设计应选用抗水平推力强且带护帮装置的掩护式支架。 2 煤层倾角煤层倾角主要影响支架的稳定性、倾角大时易发生倾倒下滑等现象。当煤层倾角大于 1015o 时，应设防滑和调架装置，当倾角超过 18o 时，应同时具有防滑防倒装置。给定煤层倾角不用设置防滑和调架装置。 3 底板性质底板承受支架的全部载荷，对支架的底座影响较大，底板的软硬和平整性，基本上决定了支架地做的结构和支撑面积。选型时，要验算底座对底板的接触比压，其值要小于底板允许比压（对于砂岩底板，软底板为右） 4 瓦斯涌出量 - - 对于瓦斯涌出量大的工作面，支架的通风断面应满足通风的要求，选型时要进行验算。表 2顶级别 I V 直接顶级别 1 2 3 1 2 3 1 2 3 4 4 支架类型掩护式掩护式支撑式掩护式掩护式或支撑掩护式掩护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支撑式采高小于支撑掩护式采高大于支架支护强度1 2 3 4 2 2 2 2 结合深孔爆破，软化顶板等措施处理采空区单体支柱支护强度采高 1 2 3. 采空区处理方法确定注：括号内的数字是掩护式支架的支护强度。表中所列支护强度在选用时，可根据本矿情况允许有 5%的波动范围。 - - 表中 2 分别为老顶的分级增压系数；老顶只给出最低值 2，选用时可根据本矿实际确定适宜值。 5 地质构造地质构造十分复杂，煤层厚度变化又较大，顶板允许暴露面积和时间分别在 258m 和 20下时，暂不宜采用液压支架。 6 设备成本在满足要求的前提下，应选用价格便宜的支架。此外，对于特定的开采要求，应选用特种支架。压支架参数的确定护强度和工作阻力支护强度取决于顶板性质和煤层厚度。支护强度可根据下列公式估算： M P 10 （式中 K 作用与支架上的顶板岩石系数，一般取 58 。顶板条件好、周起来压不明显时取下限，否则取上限； H 采高， m 顶板岩石密度，一般为放顶煤支架的支护强度一般为支架工作阻力 P 应满足顶板支护强度的要求，即支架工作阻力由支护强度和支护面积所决定。 10 （式中 F 支架的支护面积， 2m 可按下式计算 1( ) ( ) ( )F L C B K L C A 2m(式中 L 支架顶梁长度 ,m C 两端距 , m - - B 支架顶梁宽度， m 1K 架间距 , m A 支架中心距 , m 对于支撑式支架，支架立柱的总工作组力等于支架工作阻力。对于掩护式和支撑掩护式支架，由于受到立柱倾角的影响，支架工作阻力小于支架立柱的总工作阻力。工作阻力与支架立柱的总工作阻力的比值，称为支架的支撑效率，所以支架立柱的总工作阻力总总（支撑式支架的 =100% 、支撑掩护式和掩护式支架取 80% 左右。撑力初撑力的大小是相对与支架的工作阻力而言，并与顶板的性质有关。较大的初撑力可以使支架较快地达到工作阻力，防止顶板过早的离层，增加顶板的稳定性。对于不稳定和中等稳定顶板，为了维护机道上方的顶板，应取较高的初撑力，约为工作阻力的 80%；对于稳定顶板，初撑力不宜过大，一般不低于工作阻力的 60%，对于周期来压强烈的顶板，为了避免大面积的垮落对工作面的动载威胁，应取较高的初撑力，约为工作阻力的 75%。架力与推溜力移架力与支架结构、吨位、支撑高度、顶板状况是否带压移架等因素有关。一般薄煤层支架的一架力为 100 150中等厚度煤层支架为150 300厚煤层为 300 400推溜力一般为 100 150 架调高范围支架最大结构高度 a xm a x ( - - 支架最小结构高度 i nm i n (式中煤层最大、最小采高 1S 伪顶冒落的最大厚度，一般取 2S 顶板周期来压时的最大下沉量、移架使支架的下降量和顶梁上、底座下的浮矸、煤层厚度之和，一般取确定支架的最低高度时还应考虑到井下的允许运输高度。支架的伸缩比 a x （值越大，说明支架适应煤层厚度变化的能力越强，采用单伸缩立柱，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，其右。薄煤层厚度可达由于选双伸缩立柱。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大采高支架为提高稳定性中心距可采用轻型支架为适应中小煤矿工作面快速搬家的要求，中心距可采用因此设计中预取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70 。当支架中心距为，最小宽度一般取 400 ,最 - - 大宽度一般取 570 。当支架中心距为，最小宽度一般取650 ，最大宽度一般取 850 。当支架中心距为，如果顶梁带有活动侧护板，则最小宽度一般取 150 ，最大宽度一般取 320 ，如果顶梁不带活动侧护板，则一般取 150 。座宽度底座是将顶板压力传递到底板和稳固支架的部件。在设计支架的底座长度时，应考虑如下诸方面：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；使于人员操作和行走，保证支架的稳定性等。通常，掩护式支架的底座长度取的移架步距一个移架步距为即右；支撑掩护式支架的底座长度取 4 倍的移架步距，即右。煤机、液压支架和输送机的配套煤机、液压支架和输送机的配套综采工作面采煤机、液压支架和输送机之间在性能参数、结构参数、空间尺寸及相互连接等方面，有着严格的配套要求，以保证综采工作面的最大生产能力和安全生产的要求。（ 1）生产能力的配套采煤机是综采工作面的主要生产设备，综采工作面的生产能力主要取决于采煤机的落煤能力。因此，为保证采煤机生产能力的发挥，工作面输送机的生产能力要大于采煤机的生产能力，液压支架移架的速度应大于采煤机的牵引速度。通常与采煤机配套的工作面输送机，液压支架、平巷转载机、可伸缩皮带机等设备，其生产能力要按采煤机生产能力的 120%计算。（ 2）性能配套综采工作面“三机”性能配套，主要通过设备结构参数的配套来实现， - - 以解决设备性能间互相制约的问题。如采煤机的摇臂长度应大于输送积机尾的长度，这样才能保证采煤机割煤到输送积机尾底座端部。（ 3）几何关系的配套为便于司机观察和操作，并考虑顶板下沉量的影响，适应顶底板起伏以及煤层变化、机身调斜等情况，使采煤机沿工作面顺利通过，要求支架顶梁和采煤机工作面之间留有足够的空间，该空间高度 C 称为过机高度，一般 50 。采机底托架应有足够的高度，以保证过煤高度 00250 。从安全角度考虑， F 应愈小愈好，但却受到机器结构参数等因素的约束，由图可知 (式中 e 煤壁与输送机铲板之间的距离。 00100 ，以防止采煤机滚筒在输送机弯曲段切割铲煤； x 立柱倾斜时的水平增距； G 输送机宽度，由铲煤机宽度 f,输送机中部溜槽宽度 S 、电缆槽和导向槽宽度 a 及前柱与电缆槽间的距离 b 组成；其它符号的意义同前为避免由于输送机偏斜时采煤机截割顶梁、支架梁端与煤壁间应留有00 。从前柱到梁端的距离 L 为 L F B D x (支架工作时的最小支撑高度 H 为 H A C t (其中 t 顶梁厚度 A 采煤机机面高度，为采煤机机身高度、输送机高度和底托架高度和 - - 他附属设备的配套煤层倾角大于 10o 时，采用链牵引的采煤机应设置防滑装置；当倾角大于16o 时应安装防滑绞车，输送机应设置防滑锚固装置，支架也应有防倒防滑和调架装置；而对于大采高工作面设备，煤层倾角大于 10o 时，即应设防滑装置。落煤块度过大时，工作面转载机上应设置破碎装置。本设计采用配套液压支架 42/23/4410北京煤机厂采煤机 20022 刮板运输机： 264/764配套图如下图（ 2 图 2四连杆机构设计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部件之一。其作用概括起来主要有两个：其一是当支架由高到低变化时，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，从而使支架顶梁前端点与煤壁间距离的变化大大减小，提高了管理顶板的性能；其二是使支架能承受较大的水 - - 平力。为了掌握四连杆机构的设计方法，必须正确理解四连杆机构的作用。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。这些特征是四连杆动作过程的必然结果。梁端点运动轨迹的最大宽度70e ，最好为下；梁与掩护梁的夹角 p 和后连杆与底平面的夹角 Q ，应满足如下要求：支架在最高位置时， 252 ， 575 ；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，如果刚和矸石的摩擦系数，则，为了安全可靠，最低工作位置应使 5 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525 ,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； , 。原因是角直接影响支架承受附加力的数值大小。图 2 2 所示的 h 段。 - - 图 2 2 所示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。同时底板防止底座向后移，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。优选设计法设计四连杆机构目标函数的确定：令支架由高到低时，顶梁前端运动轨迹近似呈斜线；这样比用直线作为目标函数的双纽线的上半部分要长。四连杆机构的设计通过程序来计算和验证，程序编制如下所示： s 支架最高，最低计算高度 s 支架在最高位置时，顶梁与掩护梁夹角 s 支架在最高位置时，后连杆与底座平面夹角 i 后连杆与掩护梁的比值 s 前后连杆上铰点之距与掩护梁的比值 g 掩护梁长度 a 后连杆长度 - - b 前后连杆上铰点之距 f 前连杆上铰点至掩护梁上铰点之距 s im c 前连杆长度 d 前连杆下铰点高度 e 前后连赶下铰点在底座上的投影距离 l im s o or o or i = o or o g = (+ i * a = i * g b = g f = g - b g * - a * f * - - f * bs(g * g - ( a * 2) / ( a * ) f * b * + a * 2 - a / g) - g * g + a * a - 2 - p3 f * b * + a * m = Y1 n = y3 t = 2 * ( * ( - ( * ( (m * ( - n * ( / t (n * ( - m * ( / t c = 2 + ( 2) o = c / a If o nd o 0 d 4 梁强度校核前梁受力情况假定前梁千斤顶缸体内径先按下表标准取为 125表 50 63 80 100 110 125 140 (145) 200 (210) 220 (230) 250 则前梁千斤顶的支撑力为： 2 2 30 . 1 2 5 2 5 . 5 1 044 （图 5 - 前梁前端受一集中载荷 P，其受力图如上图所示：前端集中载荷为： 301200 在断面的弯矩为： 30 前梁做成变断面箱形结构，面如下图所示：图 5面前梁强度计算 (1) 形心位置各板件的计算数据如下表所示：表 5号 1 2 3 4 5 数量面积形心位置惯性矩 1 138 16 9 340 1 123 0 2 74 220 4 48 9 1024 结构件的形心位置为： F n )( （ - - 31621 3 8 8 (2) 惯性矩 )( 2 （ = )63 4 02) 3 22 + )442202)2310 22 + )81 0 2 54 2 =53790 4(3) 弯曲应力 JM y c )38( （ =53790)0 5 2/ (4) 安全系数钢板材料选取 1625 3 4 3 3 5 /N c m （顶梁强度校核主顶梁受力情况假设前梁失去作用，主顶梁受一集中载荷，其受力图如下图所示：由上面求出离铰接点 1661大弯矩为 1 6 0 1 . 4 c o s 8 ( 2 . 6 5 4 1 . 6 6 1 )o - - 图 5顶梁受力情况图主顶梁做成等断面箱式结构，在最大弯矩处的断面如下图所示：图 5 主顶梁强度计算（ 1）形心位置各板件计算数据如下表所示：结构件的形心位置为： ()（ - - 表 5号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 数量 268 2 1 166 2 804 1 2) 惯性矩 )( 2 （ )12) 22 ) 6 84) 0 4 82 22 ) 4 72) 1 0 72 22 ) 1 4 2 454584 (3) 弯曲应力 J yM c )22( （ 5 4 5 8 4 ) 7 46 2/33496 - - (4) 安全系数钢板材料选取 1623 4 3 3 5 /s N 0 2 4 9 63 4 3 3 5 护梁强度校核掩护梁受力情况由前面已经求出在掩护梁上前后连杆的销轴处受力为受力图如下图所示：图 5护梁受力图最大弯矩发生在前连杆处，其值为：最大弯矩处的断面表示如下图所示：图 5 - 掩护梁强度计算 (1) 形心位置各板件记算数据如下表所示：表 5号 1 2 3 4 5 数量 1 1 1 4 2 50 175 18 39 ny 4 27 构件的形心位置： F n )( （ = 23941817515015627392 7 (2) 惯性矩 2 ( ) n n n F y y （ )22 )22 )2 (3) 弯曲应力 JM y c)30( 51 4 1 6 . 7 1 0 ( 3 0 1 0 . 2 3 )8 9 7 7 3 . 323 1 1 9 8 . 7 6 /N - - (4) 安全系数钢板材料选取 23 4 3 3 5 /s N c m 34335 1 . 13 1 1 9 8 . 7 6 底座强度校核底座受力情况底座受力如下图所示：图 5中立柱的压力以及前后连杆的拉力或压力在前面已经算出由 0M 得： 1 1 6 0 1 . 4 c o s 8 (1 1 0 0 1 5 8 7 ) 1 6 0 1 . 4 s i n 8 2 0 0 1 6 0 1 . 4 c o s 4 1 5 8 7o o 1 6 0 1 . 4 s i n 4 2 0 0 2 7 2 5 . 9 s i n 3 8 9 7 0 2 7 2 5 . 9 c o s 3 8o o o 3300/50059c o 0 83 3 0 0/ 3 9 3 5 73 3 0 0/) 9 9 8 4 2 7 8 8 3 4 12 5 3 5 2 3 5 7 6 1 0 8 5( 最大弯矩发生在前柱窝处，最大弯矩为： m a x - - 最大弯矩处截面如下图所示：图 5 底座强度校核 (1) 形心位置各板件的计算数据列于下表：表 5号 1 2 3 数量 2 6 1 nF 3 270 nY nJ 0 结构件形心的位置： )( =2 70936812 12 (2) 惯性矩 )( 2 = ) 4 76) 22 - - )0 2 41 0 1 1 1 3 (3) 弯曲应力 JM y c )35( = 51 0 4 7 . 5毕业设计总结经过近三个月的毕业设计，我系统的熟悉并亲自实践了液压支架的设计。由于以前没有接触过此类设计，在设计过程中遇到了许多困难，包括设计理念、思想、思路和设计方法等很多方面，不过在自己的艰苦探索和老师的悉心指导下，终于一步步克服了这些困难，正是在这样不断的探索中，学到了许多宝贵的知识和许多设计思想。本次设计的主要思路是：先总体设计，再分

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