支撑掩护式液压支架毕业设计论文

前言煤炭是我国常规能源的主体，随着国民经济的发展，煤炭的需要量越来越打。为了加速我国煤炭工业的发展，必须实现综合机械化采煤。在综采工作面，液压支架是中国综采工作面最主要的技术装备之一，对于提高采煤效率，降低成本，改善作业环境，减少笨重的体力劳动具有举足轻重的作用，也是国产综采工作面装备中生产量最大的产品，正确、合理地设计液压支架，以适应不同地质条件的采煤工作面需要就成为十分重要的环节。液压支架是综采设备的重要组成部分，是综采工作面的支护设备。它的主要作用是有效地支撑和控制工作面的顶板，维护安全作业空间，隔离采空区，防止矸石进入回采工作面和推进输送机，推移工作面采运设备。它与采煤机配套使用，实现采煤综合机械化，可进一步改善和提高采煤和运输设备的效能，减轻煤矿工人的劳动强度，最大限度保障煤矿工人的生命安全。高产高效综采技术的核心是工作面综采设备，而液压支架工作是其工作面三大配套设备之一。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。1液压支架概述11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。而液压支架是一高压液体作为动力，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成综合机械化采煤设备，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。12液压支架的工作原理液压支架的主要动作有升架、降架、推移输送机和移架。这些动作是利用乳化液泵站提供的高压液体，通过液压控制不同功能的液压缸来完成的。每架支架的液压管路都与工作面主管路并联，形成各自独立的液压系统，如图11所示，其中液控单向阀和安全阀设在架内，操纵阀可设在本架或邻架内，前者为本架操作，后者为邻架操作。121支架升降支架的升降依靠立柱2的伸缩来实现，其工作过程如下1、初撑操纵阀8处于升柱位置，由泵站输送来的高压液体经液控单向阀6进入立柱的下腔，同时立柱的上腔排液，于是活柱和顶梁升起，支撑顶板。当顶梁接触顶板，立柱下腔的压力达到泵站的工作压力后，操纵阀置于中位，液控单向阀6关闭，从而立柱下腔液体被封闭，这就是支架的初撑阶段。2、承载支架初撑后，进入承载阶段。随着顶板的缓慢下沉，顶板对支架的压力不断增加，立柱下腔被封闭的液体压力将随之迅速升高，液压支架受到弹性压缩，并由于立柱缸壁的弹性变形而使缸径产生弹性扩张，这一过程就是支架的增阻过程。当下腔液体的压力超过安全阀5的动作压力时，高压液体经安全阀5泻出，立柱下缩，直至立柱下腔的液体压力小于安全阀的动作压力时，安全阀关闭，停止泄液，从而使立柱工作阻力保持恒定，这就是恒阻过程。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。3、卸载当操纵阀8处于降架位置时，高压液体进入立柱的上腔，同时打开液控单向阀6，立柱下腔排液，于是立柱卸载下降。1顶梁；2立柱；3输送机；4安全阀；5液控单向阀；6、7操纵阀；8乳化液泵；9推移液压缸；10底座；11后连杆；12前连杆；13掩护梁图11液压支架工作原理FIG11WORKINGPRINCIPLEOFHYDRAULICSUPPORT图12液压支架工作特性曲线FIG12LINEOFSUPPORTWORKCHARACTERISTIC由以上分析可以看出，支架工作时的支撑力变化可分为三个阶段，如图12，即开始升柱至单向阀关闭时的初撑增阻阶段，初撑后至安全阀开启前的增阻阶段，以及0TT安全阀出现脉动卸载时的恒阻阶段，这就是液压支架的阻力时间特性。它表明液压支2T架在低于额定工作阻力下工作时，具有增阻性，以保证支架对顶板的有效支撑作用，在达到额定工作阻力时，具有恒阻性；为使支架恒定在此最大支撑力，又具有可缩性，即支架在保持恒定工作阻力下，能随顶板下沉而下缩。增阻性主要取决于液控单向立柱的密封性能，恒阻性与可缩性主要由安全阀来实现，因此安全阀、液控单向阀和立柱是保证支架性能的三个重要元件。122支架移动和推移输送机支架和输送机的前移，由底座3上的推移液压缸4来完成。需要移架时，先降柱卸载，然后通过操纵阀使高压液体进入推移液压缸4的活塞杆腔，活塞腔回液，以输送机为支点，缸体前移，把整个支架拉向煤壁。需要推移输送机时，支架支撑顶板，高压液体进入推移活塞缸4的活塞腔，活塞杆腔回液，以支架为支点，活塞杆伸出，把输送机推向煤壁。13液压支架的分类液压支架按结构形式划分，可分为支撑式、掩护式和支撑掩护式三类。1、支撑式支架支撑式支架利用立柱与顶梁直接支撑和控制工作面的顶板。其特点是立柱多，支撑力大，切顶性能好；顶梁长，通风断面大，适用于中等稳定以上的顶板。支撑式支架有垛式和节式之分。（1）节式节式支架由24个框架组成，用导向机构互相联系，交替前进，（2）垛式整个支架为一整体结构，整体移动，通常有46根立柱，可以支撑坚硬与极坚硬的顶板。2、掩护式支架掩护式支架利用立柱、短顶梁支撑顶板，利用掩护梁来防止岩石落入工作面。其特点是立柱少，切顶能力弱；顶梁短，控顶距小；由前后连杆和底座铰接构成的四连杆机构使抗水平力的能力增强，立柱不受横向力；而且使板前端的运动轨迹为近似平行于煤壁的双纽线，梁端距变化小；架间通过侧护板密封，掩护性能好；调高范围大，适用于松散破碎的不稳定或中等稳定的顶板。3、支撑掩护式支架支撑掩护式支架具有支撑式的顶梁和掩护式的掩护梁，它兼有切顶性能和防护作用，适于压力较大、易于冒落的中等稳定或稳定的顶板。根据使用条件，支撑掩护式支架的前、后排立柱可前倾或后倾，倾角大小也可不同。前、后立柱交叉布置的支架适用于薄煤层。14液压支架的设计141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求，必须大量生产综合机械化采煤设备，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求量是很大的。由于不同采煤工作面的顶板条件、煤层厚度、煤层倾角、煤层的物理机械性质等的不同，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。由于液压支架的类型很多，因此其设计工作量也是大的，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。142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，以便有效的控制顶板，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100左右；移架力按煤KN层厚度而定，薄煤层一般为100150，中厚煤层一般为150250，厚煤KN层一般为300400。KN3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，能够承受一定的不均匀载荷。10在满足强度条件下，尽可能减轻支架的重量。11要易于拆卸，结构简单。12液压元件要可靠。143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底板岩性和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，决定是够选用防滑防倒装置。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配套尺寸根据配套尺寸及支护方式来计算顶梁长度。144坚硬顶板的液压支架设计坚硬顶板工作面顶板不易冒落，直接顶或基本顶悬顶时间长。一但冒落，瞬间顶板压力显著增大，支架立柱安全阀来不及释放，立柱可能遭破坏。因此，对坚硬顶板液压支架设计的要求是1、根据直接顶和基本顶的岩性、分类级别、截高及配套设备，确定支护强度和工作阻力，支架要有足够切顶能力。2、应尽量减小掩护梁长度，增大掩护梁与水平夹角，减小掩护梁在水平线上的投影长度。如有的支架在低位状态时，掩护梁与垂线夹角仍有30左右，相当于一般支架在高0位状态时的掩护梁夹角。如果在工作高度时，掩护梁大部分都能被顶梁所遮盖是较为理想的。另外，掩护梁结构设计，除保证必要的强度和刚度之外，还要具有抗冲击能力。3、支架掩护梁间的密封可严些，顶梁架间密封要求不十分严格，因为顶梁间漏矸的可能性较小。4、支架立柱应设置大流量安全阀，以避免顶板冲击压力造成支架过载较大。为此，安全阀流量的选择应考虑立柱缸径、冲击载荷来压程度。对于有冲击载荷的顶板，如不采取顶板处理措施，立柱应安设置一大一小两个安全阀以确保支架的安全5、考虑冲击载荷影响，支架结构件安全系数应提高，至少应比通常支架安全系数提高20。6、应考虑支架可能承受的水平方向冲击力。支架结构件设计时，摩擦系数取值应考虑F03时水平力对支架强度的影响。15液压支架的选型151液压支架的选型原则液压支架的选型，其根本目的是使综采设备适应矿井和工作面条件，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、技术和设备条进行选择。1液压支架架型的选择首先要适合于顶板条件。2当煤层厚度超过15M，顶板有侧向推力或水平推力时，应选用抗扭能力强的支架，一般不宜选用支撑式支架。3当煤层厚度达到2528M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或双伸缩立柱的支架。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，应选用有抬底装置的支架或插腿掩护式支架。5煤层倾角10时，支架可不设防倒防滑装置；1525时，排头支架应设防滑装置，工作面中部输送机设防滑装置；25时，排头支架应设防倒防滑装置，工作面中部支架设底调千斤顶，工作面中部输送机设防滑装置。6对瓦斯涌出量大的工作面，应符合保安规程的要求，并优先选用通风断面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25M；中硬煤时，支架最大采高一般35M；硬煤时，支架最大采高5M。8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，煤层变化大，顶板的允许暴露面积在58M2，时间在20MIN以上时，暂不宜采用综采。152煤矿的实际条件某煤矿工作面具体情况1、煤层情况该工作面煤层稳定，厚度有一定变化，煤层厚度2338M,煤层倾角614，平均倾角11，煤层走向3560。2、煤层底板情况直接底为褐灰色砂岩，厚度2M，质均一，泥硅质胶结，成分以石英为主，近煤含之物化石。老底为青灰色中砂岩，厚度25M，泥硅质胶结。3、煤层顶板情况直接顶为类直接顶。老顶为级老顶。4、其它情况瓦斯（CH4）0279M3/MIN，CO20279M3/MIN，煤尘爆炸指数362。153支架架型的最后确定从架型的结构特点来看，由于架型的不同，支撑力分布和作用也不同；从顶板条件来看，由于直接顶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、采煤高度与承载的关系进行分析，使支架的支撑力能适应顶板载荷的要求表11适应不同类级顶板的架型和支护强度TAB11ADAPTIVEDIFFENTCAPOFROOFANDMODELHOLDINGSTRENGTH老顶级别直接顶类别12312312344采高25M时用支撑式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25M时用支撑掩护式1294132941629422942343（245）13343245163432343344134313441343164412441支护强度KN/M2支架采高M45394411353944116539539应结合深孔爆破，软化顶板等措施处理采空区注计算液压支架支护强度时的支护面积为支架中心距（顶梁长度移架后的梁端到煤壁之间的距离）。表中括号内的数字是掩护支架顶梁上的支护强度，表中所列的支护强度根据各矿实际情况可允许5的波动范围。表中支护强度栏内的13、16和2为老顶分级的增压系数，即、级来压强度与级来压强度的增压比值，系根据同类型顶板统计分析所得。级由于地质条件变化比较大，故只能给出最低值2，各局矿可以根据实际情况确定其适宜值。表中采高系数指的是最大采高，具体采高的支护强度可以根据表内的值用插值法确定。表中所列的架型、支护强度和顶板管理方法适用于缓倾斜煤层。根据工作面的煤层厚度及顶底板情况，选取支撑掩护式液压支架比较合适。2液压支架零部件设计21液压支架基本尺寸的确定211支架高度和伸缩比支架高度的确定原则，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，其最大和最小高度为（21MAXAXSHH1）（2AS2ININM2）式中支架最大高度，；MAXHM支架最小高度，；IN煤层最大厚度（最大采高），3800；MAXHM煤层最小厚度（最小采高），2300；IN考虑伪顶，煤皮冒落后，仍有可靠初撑力所需要的支撑力高度，一般2003001S；此次设计取200MM顶板最大下沉量，一般100200；此次设计取2002SMA移架时支架的最大可缩量；一般取50MM浮矸石，浮煤厚度；一般取50MM由题目已知支架的最大高度4MAXH支架最小高度2MINH支架伸缩比24MINAXH212支架中心间距支架间距就是指相邻支架中心线间的距离，按下式计算（2NCBB3）式中支架间距（支架中心距）B每架支架顶梁总宽度B相邻支架（或框架）顶梁之间的间隙C每架所包含的组架或框架数N由于支架推移千斤顶要与工作面的刮板输送机相连，而我国刮板输送机溜槽每节长度为15M，所以为配套，这里取B15M22四连杆机构的确定221、四连杆机构的作用1、通过四连杆机构，使支架顶梁端点的运动轨迹呈近似双曲线，从而使支架顶梁前端的端头离煤壁距离大大减小，提高了管理顶板的性能。2、能承受较大的水平力。222、四连杆机构的几何特征1、支架从最高高度降到最低高度时，如图21所示，顶梁端点运动轨迹的最大宽度，最好为30以下。70EM2、支架在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21所示，应满足以下要求支架在最高位置时，P，Q；支架在最低位置时，考虑矸石52O6O75O8便于下滑，以防矸石停留在掩护梁上，根据物理学摩擦理论可知，,如果按钢和TANPF矸石的摩擦系数为,即,求得；为了安全可靠在最低工作位置03FTAN03P167O时，应使为宜，而Q角主要考虑掩护梁底部距底板要有一定的距离，防止支架后25OP部冒落的岩石卡住后连杆，使支架不能降下来，一般取2530OQ图21四连杆机构几何特征FIG21FORERODSGEOMETRYFEATURELINE3、由图21可知，掩护梁与顶梁铰点和瞬时中心O之间的连线与水平线的夹角为EQ，设计时，要使范围内，主要原因是Q角直接影响附加力的数值大小。TAN035YQ4、支架工作段要求曲线向前凸的一段，如图21所示的H段，其原因为当顶板来压时，立柱让压而下缩，使顶梁有前移的趋势防止岩石向后移动，又可以使作用在顶梁上的摩擦力指向老塘，同时底板阴止底座向后移；使整个支架产生顺时针转动的趋势，从而增加了前梁端部的支护力，防止顶梁前端顶板冒落又可以使底座前端比压减小，可防止啃底，有利移架，再则减少了水平力的合力，由于支架所承受的水平力由掩护梁来地克服，所以减轻了掩护梁的受力。从以上分析得知，为使支架受力合理和工作可靠，在设计四连杆机构的曲线运动轨迹时，应尽量使支架的工作段要取曲线向前凸的一段，所以当已知掩护和后连杆的长度后，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，进行作图计算就可以了，其掩护梁和后连杆构成的曲柄滑块机构如图23所示。图22掩护梁和后连杆构成的曲柄滑块机构FIG22AFTERTHEBEAMANDTHECOVEROFCONNECTINGASLIDERCRANKMECHANISM从图22可以看出，当掩护梁和后连杆已知，只要找到前连杆的长度和位置就可以了，其具体作法是顺时针转动后连杆，使支架最高位置时的点向下作近似直线运动，E在掩护梁上定有一点在运动中有一段近似圆弧轨迹。只要找到这个圆弧轨迹的曲率半径和曲率中心，就可以找到前连杆的位置和长度了。从这个观点出发，只要按支架在工作段，支架由高到低，在掩护梁上前连杆上铰点所作的运动轨迹上，任找几点，把掩护梁上前连杆上铰点连线的垂直平分线所交的点为前连杆的下铰点，这样四连杆机构就可以确定了图23掩护梁后连杆计算图FIG23COVERAFTERCONNECTINGRODCALCULATIONCHARTBEAM223、四连杆机构的几何作图法首先用解析法确定掩护梁和后连杆的长度，如图23所示。设G掩护梁长度，A后连杆长度，L2E点引垂线到后连杆下铰点之距，H1支架最高位置时的计算高度，H2支架最低位置时的计算高度。从几何关系可以列出如下两式（2112COSGPAQL4）（222SCO5）将（24）式和（25）式联立可得（221COSPAGQ6）说明支架计算高度为支架高度减去掩护梁上铰点之顶梁顶面之距和后连杆下铰点至底座底面之距。H140002503750M按四连杆机构的几何特征所要求的角度，选定；160OP；Q75；O2。O2Q45211CSCSQPGAOO8456207支架在最高位置时的值为111SINSINQAPGH因此掩护梁的长度为11SINSIN75I206I3294M取G2400M后连杆长度为GA072540136M取A1740M一般，02203A,取025L025406L图24液压支架四连杆机构的几何图FIG24HYDRAULICSUPPORT4LINKAGEMECHANISMOFGEOMETRICALFIG具体作图步骤如下1、确定后连杆下铰点O点的位置，使它大体比底座略高，一般为200250，考M虑太低安装销子困难，太高底座又笨重。2、过O点作水平线HH线与底座相平行。3、过O点作一条直线与水平线HH线相交其交角为。1Q4、以O点为圆心，以为半径作圆，与该直线相交于A点，即为后连杆与掩护梁的1L上铰点。5、过A点作一条直线与水平线HH线相交其交角为。1P6、以A点为圆心，以L为半径作圆，与该直线相交于点，即为掩护梁、与顶梁的E铰点。7、过点作一条直线与水平线HH平行的FF直线，则HH线与FF线的距离E为H，即为液压支架最高位置的计算高度。8、以A点为圆心，以025倍的L为半径作圆，即为前连杆的上铰点。9、过点作FF线的垂线。假设在液压支架升降过程中，点近似在此直线上滑E动。10、在垂线上作液压支架在最低位置时，顶梁与掩护梁的铰点为。11、取中点为点，为液压支架在降到中间位置时，掩护梁与顶梁的铰点。E12、以O点为圆心，以为半径作圆弧。1L13、以点为圆心，以掩护梁长L为半径作圆，与圆弧相交于点，此点为液压支EA架在降到中间位置时，掩护梁与后连杆的铰点。14、以点为圆心，以掩护梁长L为半径作圆，与圆弧相交于点，此点为液压支架在最高位置时，掩护梁与后连杆的铰点。15、。并以点为圆心，以025倍的L为半径作圆，与相交于点。以点AEABA为圆心，以025倍的L为半径作圆，与相交于点。即B、三个点为液压EA支架在三个位置时的前连杆的上铰点。16、连接O、O，为液压支架降到中间位置和最低位置时，后连杆的位置。17、分别作B和的垂直平分线交于C点，即为前连杆的下铰点，BC为前连杆的长度。18、过点C向HH线作垂线，交于D点。则AO、AB、BC、CD为液压支架的四连杆机构。按以上步骤作图，结果如图25所示。图25液压支架四连杆机构的作图结果FIG25HYDRAULICSUPPORT4LINKAGEMECHANISMOFMAPPINGRESULTS23顶梁的设计231顶梁结构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外，还要保证支护顶板的需要，如有足够的顶板覆盖率；同时要求适应顶板的不平衡性，避免因局部应力而引起损坏。1护帮；2后梁；3尾梁；4护帮千斤顶；5前梁伸缩千斤顶图26顶梁的结构型式FIG26BRACINGCAVINGSHIELDCONSTRUCTION本支架采用刚性顶梁带铰接式护帮，如上图26E所示，顶梁由前、后梁铰接。在铰接护帮安装有护帮千斤顶4，用来支撑靠近煤壁处的顶板，同时还可以使护帮上、下摆角，适应顶板起伏变化和增加顶梁前端的支撑能力。各类顶梁都为箱式结构，一般有钢板焊接而成。为加强结构的刚度，在上下盖板之间焊有加强筋板，构成封闭式棋盘形。顶梁前端呈滑撬式或圆弧形，以减少移架阻力。支撑式支架后端焊有挂帘板，作为挂挡矸帘之用。在顶梁下焊有铸钢柱窝，柱窝两侧有孔，用钢丝绳或销轴把立柱和顶梁连接起来。顶梁端面和形状如图27、28所示图27顶梁断面FIG27BEAMSECTION图28顶梁外形FIG28BEAMAPPEARANCE232顶梁尺寸所受影响1支架工作方式对支架顶梁长度的影响先移架后推溜方式（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的长度有直接关系。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个垂直平面，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应留有一定距离，一般为135150MM左右，也是为了采煤机截割煤壁不齐，给推移输送机留有一定距离。除此而外，所有配套设备包括采煤机和输送机，均要在顶梁掩护下工作，以此来计算顶梁长度。233顶梁尺寸确定1）顶梁长度配套尺寸底座长度掩护梁与顶梁铰1COSAQ1COS30GP点至顶梁后端点之距（MM）采煤机型号选用MGX300W刮板输送机选用SGDW730/320配套尺寸6306807303502390MM底座长度2600MM顶梁长度LG239026001740XCOS752400XCOS603003940MMOO2）顶梁宽度顶梁宽度根据支架间距和架型来定，架间间隙为02M左右。其中宽面顶梁一般为1215M。本次设计取宽度为13M稳定顶板覆盖率值为6070，对破碎顶板，覆盖率指应达到8595。3顶梁面积AALGB27代入公式（27）得A374013004862M4支护面积FCFCBLG282式中FC支护面积2MLG顶梁长度3740MM,移架后顶梁前端点到煤壁的距离M,一般03B支架间距（支架中心距），一般为15M代入公式28得FC150037403006062M5顶板覆盖率A/FC10029式中顶板覆盖率顶梁面积2MFC支护面积代入式（29）得486/606100801024掩护梁的设计241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。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2400MM。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1300MM。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。25立柱的设计251立柱的布置（1）立柱数目前国内支撑式支架立柱为26，常用为4；掩护式支架为二柱；支撑掩护式支架为四柱式。这里我们取四柱式。（2）支撑方式由于这时支撑掩护式液压支架，所以只介绍与其相关的，根据结构要求呈倾斜或垂直布置，一般立柱与顶梁垂线夹角小于10，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。支撑式支架和支撑掩护式支架的立柱间距为115M。本支架立柱间距选12M。252立柱柱窝位置的确定（1）求得柱窝合力作用点液压支架立柱上柱窝位置的确定原则，从理论上分析，要使顶梁支撑力分布与顶板载荷分布一致。但顶板载荷复杂，分布规律因支架顶梁与顶板的接触情况而异。为简化计算，假定顶梁与顶板均匀接触，载荷沿顶梁长度方向按线性规律变化，沿支架宽度方向均布。把支架的空间杆系结构，简化成平面杆系结构。同时为偏于安全，可以认为顶梁前端载荷为零，载荷沿顶梁长度方向向后越来越大呈三角形分布，并按集中载荷计算。所以，支架支撑力分布也为三角形，以此计算立柱上柱窝位置。此时认为支架顶梁承受集中载荷在顶梁1/3处，取顶梁为分离体，受力情况如图68所示。对A取距，可算1F得X图29顶梁受力分析FIG29AFTERLOCKLIBERATIONPRESSURE0AM（2112COSSIN03GTTFLFWHPXH9）COSIN31211TTPHHFLGX式中X立柱上柱窝至顶梁和掩护梁铰点之距；支架支护阻力；1FQ支架最大支护强度；支护面积；CFLG顶梁长度；支护工作阻力之和；TP顶梁和掩护梁铰点至顶梁顶面之距；1H立柱上柱窝中心至顶梁顶面之距；2立柱在最高位置时的倾角。由前面的计算可知道Q862KN/5230KNLG374MW03606M22M1FCF45272KN025M025M8TPFZH2H代入取整得X1200MM（2）前后柱窝位置确定根据支撑力分布与顶板载荷相一致原则以及前后立柱间行人的要求，分配如下图210柱窝位置确定FIG210COLUMNNESTLOCATED26支架部件的总体布置及性能参数的确定261支架的各部件的布置根据前面四连杆设计，掩护梁、顶梁等设计，最终确定各部件的总体布置如图211所示图211支架部件的总体布置FIG211BRACKETCOMPONENTOFTHEOVERALLLAYOUT262液压支架性能参数的确定1）支护强度支护强度是液压支架的一个重要参数，由于实际最大采高不一定正好和表25所列采高相同，所以要用插值法重新计算KN/21011212MQXHHQ2M当支架最大采高为时，支架应有的支护强度（KN/）XQ2在架型选择表25中与低于但与之相邻的采高相对应的支护强度1在架型选择表25中与高于但与之相邻的采高相对应的支护强度2所对应的采高1QH所对应的采高211212MQXHHQ166X441（166X539166X441）（）X348862KN/22）支架的理论支护阻力F1F1FC（2XQ11）式中F1支架的理论支护阻力，KNFC支护面积支护强度KN/XQ2M支架在最高处的理论支护阻力为F16068625230（KN）27底座的设计271底座结构的确定底座是将顶板压力传递到底板和稳固支架的部件。因此，底座除了满足一定的刚度和强度外，还要求对底板起伏不平的适应性要强，对底板接触比压小，要有足够的空间能安装立柱、液压控制装置、推移装置和其他辅助装置，要便于人员行走；能起一定的挡矸排矸作用；要有一定的重量，以保证支架的稳定性。支撑掩护式支架底座结构选用底分式刚性底座，如图29。底座前端制成滑撬形，以减小支架的移架阻力。同时底座后部重量大于前部，避免移架时啃底。底座与立柱之间连接处用铸钢球面柱窝接触，以避免因立柱偏斜受偏载，并用限位板和销轴限位，防止立柱脱出柱窝。在整体式底座后部中间去掉一块钢板，减少底座后部与底板的接触面积，增加底座后部的比压，同时有利于排矸。图212底分式底座FIG212BOTTOMFRACTIONBASE272底座尺寸的确定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；便于人员操作和行走；保证支架的稳定性等。并根据图211最终确定底座长度为2600MM，底座宽度为1400MM。28立柱的设计281立柱的结构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。立柱的结构由缸体、活塞、缸口和活塞杆等组成。如210图示图213立柱结构FIG213MASTSTRUCTURE1缸体缸体是立柱的承压部件。一般用27SIMN无缝钢管制成。缸体内表面是活塞的密封表面，所以要求很高的加工精度。它的配合精度为H7H92活塞活塞是立柱的关键元件，对它的主要要求是保证密封性能良好，运动表面能承受外力的冲击。活塞可以套在活柱上，或直接焊接在活柱上。用钢制作活塞时，可在活塞上安装导向环与缸体内径配合。导向环多用塑料制品，也有用铜合金制成。在不承受横向力或横向力很小的情况下，可以用保护密封圈的尼龙挡圈兼做导向环。活塞靠密封圈密封，密封圈有O型、Y型、U型、V型、鼓型、蕾型等。鼓型密封圈是两个夹布U型橡胶圈压制而成的整体实心密封圈，它和两个L型防挤圈一起使用，适用于工作压力196588MPA，在压力小于245MPA时，可以不加挡圈。它可用于各种活塞上的双向密封。蕾型密封圈是一个U型夹布橡胶圈和唇内夹橡胶压制而成的单向实心密封圈。它适用于装入各种液压活塞头和导向套上，为单向密封。工作压力小于588MPA时，可以不加挡圈。以上两种密封圈的使用，简化了活塞结构，装配方便，但密封圈本身加工较复杂。活塞的轴向固定方式由三种用螺帽加防松螺钉固定；用压盘和螺钉固定；用半圆环加弹性挡圈固定。活柱和活塞杆是立柱传递机械力的重要零件，它要能承受压力和弯曲等载荷作用，必须耐磨和耐腐蚀，可用27SIMN或45号钢制成。为防止在矿井条件下表面生锈和腐蚀，表面要镀铬，并要注意保护，防止外部硬伤。（3）缸口缸口用钢丝挡圈固定，是在导向套外侧装有钢丝挡圈，内侧装有密封圈和防尘圈。这种结构简单，装卸方便，但要求活塞杆外径与缸体内径之间有比较大的空间，这种固定方式使用较多。固定钢丝和钢丝挡圈的连接方式，不能耐高压。当密封液体压力较高时，可采用半圆环结构连接方式。282液压支架的初撑力初撑力的大小对支架的支护性能和成本都有很大影响。较大的初撑力能使支架较快达到工作阻力，减慢顶板的早期下沉速度，增加顶板的稳定性。但对乳化液泵站和液压元件的耐压要求提高。一般取初撑力为（0608）倍的工作阻力。283确定立柱和千斤顶2831立柱的尺寸立柱采用双伸缩液压缸立柱的缸体内径212COS140PANFDM式中F支架承受的理论支护阻力，F5230；KNN每架支架立柱数，N4；PA安全阀调整压力，PA40；MPA立柱最大倾角，（支架降到最低位置时角最大），。8COS140ANFD8352X205M参考表23取一级缸/柱径200/190；二级缸/柱径160/130；公称承载力1400KN表21双伸缩立柱缸、柱径匹配关系TAB21DUALTELESCOPICCOLUMNCYLINDER,COLUMNDIAMETERMATCHINGRELATIONS序号一级缸/柱径M二级缸/柱径M公称承载力（）KN1280/260220/20526002250/240200220180/16018004200/190160170140/12011006160/150120/1058002832安全阀调正压力安全阀的调整压力213COS402DNFPA式中F支架承受的理论总载荷力，F5230；KNN每架支架立柱数，N4；D级缸内径，D200。MCOS402DNFPA8135242MP2833立柱的工作阻力立柱的工作阻力21432104AZPDF3241318KN2834立柱的初撑力立柱的初撑力32104BPDF式中一级缸内径，D200；DM泵站压力，PB315。PBMPA32110453F900KN2835钢筒壁厚缸筒材料采用27SIMN无缝钢管屈服极限；835S2M安全系数取；N允用应力S28534172NM缸筒内壁厚度21613402APD42794M本次设计取10MM。2836最大工作行程和最小导向长度最大工作行程MINAXL立柱最大极限位置立柱最小极限位置MINML35084COS0AX12MIN194MINAX圆整取2000MML由于本次设计取双伸缩立柱，则需分配行程一级缸行程L1100MM1二级缸行程L900MM12最小导向长度立柱的最小导向长度，是指当活塞杆全部外伸时，从活塞支撑面中点到导向套滑动面中点的距离如图46所示。若导向长度太小，将使立柱因间隙引起的初始绕度增大，从而影响立柱的稳定性。最小导向长度H应满足20DL式中L立柱的最大工作行程D缸筒内径一级缸最小导向长度MH15201二级缸最小导向长度69图214导向长度FIG214LENGTHGUIDE一级缸导向套滑动面长度106DA90取M14MA50二级缸导向套滑动面长度2016DA30取78A10一级缸活塞宽度DB0162取MMB160二级缸活塞宽度B016取9B14029推移千斤顶的设计A直接连接方式的千斤顶直接连接方式的推移千斤顶，结构简单，但移架力小于推溜力，一般由于支撑式支架，掩护式支架基本不采用。B框架连接方式的推移千斤顶框架连接方式的推移千斤顶如图34所示。由于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。1推移千斤顶2活塞杆与支架连接处3输送机图215框架推移千斤顶FIG215FRAMEWORKGOESJACK动作原理当缸体后腔进液，前腔回液，活塞杆伸出而移架；当缸体前腔进液，后腔回液，缸体前移通过框架而移架，由于缸体后腔面积达，所以，框架连接可以使移架力大于推溜力。框架结构为钢管焊接型式。C浮动活塞式推移千斤顶浮动活塞式推移千斤顶的方式，也可以使移架力大于推溜力。推溜如图35中的B、C所示，活塞腔进液，活塞杆腔回液，由于活塞空套在活塞杆上，活塞推到前方，活塞杆在压力作用下推溜，由于活塞杆面积小，推溜力小。移架时，如图35中D所示，活塞杆腔进液，活塞腔回液，缸体前移而移架，由于活塞杆腔环形面积大于活塞杆面积，所以移架力大于推溜力。从结构上来看，浮动活塞式千斤顶相对于框架式千斤顶要简单，制造成本低，所以此次设计中推移千斤顶应选浮动活塞式千斤顶。为了推移千斤顶上、下、左、右滑动，在支架底座上焊有导向槽，缸体上焊有导向板。而对于浮动式活塞千斤顶，由于缸体铰接在底座上，只要在活塞杆的端部按有导向装置，就可以防止活塞杆受偏载而弯曲。图216浮动活塞式推移千斤顶动作原理FIG216FLOATINGONTHEPISTONMOVESPRINCIPLE本此设计选用框架连接方式推移千斤顶291推移千斤顶的尺寸移架力与支架结构、质量、煤层厚度、顶板性质等有关。一般厚煤层支架的为移架力300400，取移架力为400；KNKN移架千斤顶采用单伸缩液压缸移架千斤顶的缸体内径40FDPBM式中F移架力，F400；KN泵站压力，PB315；PBMAPFD40531119M按表取整得D125MM并选取柱径D70MM表22千斤顶缸、杆径匹配关系TAB22JACKCYLINDERRODDIAMETERMATCHINGRELATIONS序号缸径M柱径M1140852125703100704804556345移架力32104BPDF3251386KN式中D缸筒内径，D125MPA液压泵压力PA315MPA推溜力F32104BPD32251753260KN292推移千斤顶的行程移架千斤顶的行程与推移步距的关，推移步距为600，所以移架千斤顶的行程一M般为700750。M取行程为750。其主要技术参数为移架力386KN推溜力260KN内径125M行程750MM活塞杆直径70210侧护板的设计2101侧护板的种类1）顶梁和掩护梁的侧护板有两种一种是一侧固定另一侧活动的侧护板。由于固定侧护板与梁体焊接在一起，可节省原梁体的侧板，既节省材料又可加固梁体。在设计时，根据左右工作面来确定左侧或右侧为或活动侧护板。一般沿倾斜方向的上方为固定侧护板，下方为活动侧护板。活动侧护板通过弹簧筒和侧推千斤顶与梁体连接，以保证活动侧护板与邻架的固定侧护板靠紧。但当改换工作面开采方向时，活动侧护板便位于倾斜方向的上方，对调架、防倒等带来不便，所以很少采用。另一种是两侧皆为活动侧护板。这种侧护板可以适应工作面开采方向变化的要求，有利于防倒和调架。2102侧护装置的作用1消除相邻支架掩护梁和顶梁间的间间隙，防止冒落矸石进入支护空间；2作为支架移架的倾倒；3防止支架的倾倒；4调整支架间距2103侧护板的结构和型式侧护板的结构型式如图212所示。通常采用两种类型。一种是侧护板在顶梁的外侧。这种类型侧护板又有三种型式，图212A，顶梁上无顶板，侧护板易被冒落矸石压住，影响侧护板的伸缩；图212B、C，在顶梁上加设顶板，克服了以上的缺点，但支架承受偏载时，侧护板装置受力很大。另一种是铰接式侧护板，如图216D、所示。它克服了以上两种侧护板的缺点，但由于架间侧护板造成三角带容易填入碎矸，影响架间密封效果。图216侧护板结构的形式FIG216SIDEARMORPLATESTRUCTUREOFTHEFORM选择两侧皆为活动侧护板。这种侧护板可以适应工作面开采方向变化的要求，有利于防倒和调架。2104侧护板尺寸的确定顶梁侧护板的侧向宽度，按支架升降高度和推移步距来确定。即考虑到当一架升起，另一架降柱时，要保证相邻两架侧护板不脱离接触。同时考虑到支架降柱后要前移，为防止顶梁后部侧护板脱离接触，顶梁侧护板后部要加宽，加宽的长度一般为顶架后部起大于一个步距，即大于600MM。掩护梁侧护板的侧面宽度，主要考虑移架步距，一般比一个步距大100MM，即相当700MM。当一架固定，另一架前移时，两架之间能封闭，同时又考虑到降架前移时，原不动的掩护梁侧护板下部不致脱开。所以，掩护梁侧护板下部要加宽。3液压支架的受力分析31液压支架的工作阻力假设掩护梁上没有负载，其摩擦系数为。03F液压支架在最高位置时，每根立柱的工作阻力为1314BPZF取顶梁和掩护梁为隔离体，忽略顶梁与掩护梁的铰点到顶梁之间的距离，并作出瞬时中心O，求得在第四象限中，如图31所示。O24图31顶梁和掩护梁的隔离体FIG31TOPBEAMANDCOVERTHEISOLATIONBEAM液压支架的工作阻力为TGPPTGFPBBBBA2121SINSICOS1式中摩擦系数，；F03F、两根立柱的工用阻力，；BPKN2X2X13182636ZF直线OE与不平线的交角，6；前立柱与竖直线的交角，4；11后立柱与竖直线的交角，422TGPPTGFPBBBBA2121SINSICOS164SI3I646342630TT5467KN的作用位置为AP1122COSCSBBASLLPM式中前立柱上柱窝到顶梁与掩护梁的铰点的距离，1900；1L1LM后立柱上柱窝到顶梁与掩护梁的铰点的距离，700；222211COSCOSBBAPLPLSO4CS6370463905471250M32液压支架前连杆的受力前连杆的受力为DBDBCDCPPP21COSCOSSIN1INAPFKN式中前连杆与水平线的交角，45；CCO后连杆与水平线的交角，63DDDBBCCPPP21COSCOSSIN1DAFPINOOO634CS2634CS24563SIN1546703SIN63COS63OO1228KN结果中的“”号，表示前连杆的受力方向与图中的方向相反，即前连杆受拉力作用。33液压支架后连杆的受力后连杆的受力为CBCBCDPPP21COSCOSSIN1INAPFKN式中前连杆与水平线的交角，45；CCO后连杆与水平线的交角，63DDCBCBCPPP21COSCOSSIN1AFINOOO45CS26345CS26345SIN1OOIN073377KN4主要零部件校核41立柱强度的校核411油缸的稳定性验算本设计采用双伸缩油缸，在双伸缩油缸的稳定性验算时，假定中缸和活柱全部伸出，立柱在承受最大同心载荷情况下进行验算，其方法是把活柱和中缸的当量惯性矩相当于单伸缩中活柱的惯性矩来计算，再用单伸缩求油缸稳定性的方法。其稳定条件（4MKPJP12/11）式中油缸稳定性极限力1KPN油缸最大工作阻力，；MK活柱与中缸的当量惯性矩。12J稳定条件适用范围（412280LPJXM2