毕业论文-掩护式液压支架设计说明书

第1章概述11液压支架的发展历程液压支架的设计、制造和使用，从1854年英国研制成功了液压支架发展到现在，已经基本成熟，它已经形成了能适应各种不同煤矿地质条件的各类液压支架。从液压支架的形式来看，有支撑式液压支架发展到掩护式液压支架和支撑掩护式液压支架；从支架的质量来看，有轻型液压支架、中型液压支架和重型液压支架；从支撑高度来看，有薄煤层液压支架、中厚煤层液压支架和厚煤层液压支架，其中厚煤层液压支架又分厚煤层一次全采高液压支架、厚煤层分层开采液压支架和放顶煤液压支架；从用途来看，有端头液压支架和中间液压支架。所以从液压支架的现状来看，液压支架已经发展到一个完整的液压支架体系。从液压支架的体系设计来看，从过去的手工设计发展到全部计算机程序设计。总之，随着时代的发展和进步，液压支架设计、制造和使用，将越来越完善、安全、可靠。12液压支架的工作情况每个工作面一般由采煤机、液压支架、刮板输送机、转载机、乳化液压站和油管等主要设备组成。为了实现顶板即时支护，采用即时支护的方式。采煤机每切割一刀，液压支架依次完成降柱、移架、升柱和推溜四个主要动作过程。13液压支架的机构类型液压支架有许多类型。按围岩的相互作用和维护回采空间的方式，可分为支撑式、掩护式和支撑掩护式三类；按移架方式可分为整体自移式和迈步前移式两类；按使用地点不同可分为工作面支架和端头支架两类；工作面支架按煤层厚度和开采方法不同可分为铺联网支架和放顶煤液压支架。顶梁又称主梁，是支护顶板的直接承载部件，并为立柱、掩护梁及护顶装置提供联结点。它不但要求具有一定的强度和刚度，而且接触面积要大，并能适应顶板压力的变化。顶梁与顶板尽可能均匀接触，避免因局部接顶而造成顶梁集中受载，损坏支架其他构件。顶梁均设计成多腔室薄壁箱型结构，由上下盖板等钢板焊接而成。为了增强其结构的刚度，上下盖板之间设有加强筋板；顶梁前端呈滑撬状，以较少顶梁与顶板间的移动阻力。如图12所示，掩护式液压支架一般由顶梁、掩护梁、前后连杆、底座、立柱等主要结构件和前梁、侧护板、平衡千斤顶、前梁千斤顶、推移千斤顶等辅助结构件以及各种操纵阀、控制阀、动力液压缸等组成。图12支架组成结构1前梁2顶梁3立柱4掩护梁5前连杆6后连杆7底座8推移装置9平衡千斤顶10前梁千斤顶11护帮千斤顶12护帮装置掩护梁是组成液压支架四连杆机构的杆件之一。因此，掩护梁要求具有较高的强度和抗扭强度，其焊缝要求高标准、严要求以免开焊。掩护梁是由钢板焊接而成的箱型结构，它联结着顶梁、前后连杆以及底座，承载才空区矸石的作用载荷以及因顶梁受偏载作用而产生的扭转载荷，起着稳定支架重心并防止采空区矸石进入工作面的作用，既能保证支架前梁顶端与煤壁的间距基本恒定，又承担了支架在工作过程中的水平分力，以保证支架的工作稳定性，一般掩护梁也设计箱型结构。底座是钢板焊接的箱型结构，底座是将顶板载荷传递到底板及固定立柱和前后连杆的承载部件，也是组成支架四连杆机构的杆件之一，它与底板直接接触，将立柱传来的顶板压力传递给底板。底座的后部与前后连杆铰接，前端焊接有安装推移千斤顶的联结耳，推移千斤顶的另一端与工作面运输机连接，通过推移千斤顶的伸缩，实现推溜和移架行走动作。14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。如图11所示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，另一腔回来，推动活塞上升，使与活塞杆连接的顶梁紧紧接触顶板。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。3支架和输送机前移支架和输送机的前移，都是由于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；当需要输送机时，支架支撑顶板后，高压液体进入推移千斤顶活塞腔，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。图13液压支架工作原理图1顶梁2立柱3底座4推移千斤顶5安全阀6液控单向阀7、8操纵阀9输送机10乳化液泵11主供液路12主回液路15设计事项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。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100KN左右；移架力按煤层厚度而定，薄煤层一般为100KN150KN，中厚煤层一般为150KN至250KN，厚煤层一般为300KN400KN。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。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。16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。17液压支架的主要结构和用途液压支架由以下六个主要部分组成顶梁、立柱、掩护梁和挡矸帘、底座、推移机构、操纵控制系统。一、顶梁用途1用于支撑维护控顶区的顶板。2承受顶板的压力。3将顶板载荷通过立柱、掩护梁、前后连杆经底座传到底板。二、底座用途1为支架的其他结构件和工作机构提供安设的基础。2与前后连杆和掩护梁一起组成四连杆机构。3将立柱和前后连杆传递的顶板压力传递给底板。三、掩护梁用途1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。2掩护梁承受对支架的水平作用力及偏载扭矩。3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能力。四、活动侧护板用途1与邻架的顶梁、掩护梁和后连杆的固定侧护板相贴，构成了指甲的挡矸屏障。2支架移架时起导向作用。3利用侧推千斤顶可调整支架的横向位置或防倒扶正支架。五、连杆前后连杆是四连杆机构中重要的运动和承载部件，与掩护梁和底座的一部分共同组成四连杆机构，使支架能承受围岩载荷、水平作用力和保持稳定。18液压支架的液压系统液压支架由不同数量的立柱和千斤顶组成，采用不同的操纵阀以实现升柱、降柱、移架、推溜等动作。虽然支架的液压缸（立柱和千斤顶）种类、数量很多，但其液压系统都是采用多执行元件的并联系统。一、液压支架传动系统的基本要求对于液压支架的传动装置，应具有以下基本要求采用结构比较简单，设备外形尺寸小，能远距离的传送大的能量；能承受较大载荷；没有复杂的传动机构；在爆炸危险和含尘的空气里保证安全工作；动作迅速；操作调节简单；过载及损坏保护简单。容积式液压传动可最大限度的满足这些要求，因此，所有液压支架均采用这种传动。二、液压支架的液压传动特点液压支架的液压传动，与其他机械的容积式液压传动有很大的区别，其特点如下工作液的压力高（管路内的压力达2040MPA，立柱内的压力达3070MPA），流量大（30150L/MIN）；在液压系统中，采用粘度低和容量大的液体为工作介质；液压缸、操纵阀，其他调节和控制装置等总的数量大（高压泵16台，液压缸3001500个，安全阀150300个，还有同样数量的液控单向阀）；很长的液压管路（200300M刚性管，5003000M高压软管）；泵液压缸传动系统的换算弹性模数较低；根据支架的数目改变液流的参数；所有支架在结构上都有着相同的液压缸、液压装置以及他们之间都有相同的连接方式（相同的液压系统）；每节支架都重复着相同的工序，这些工序的总和构成液压支架的基本工序；为了保证系统具有较高的容积效率，实现无故障作业以及工作人员的安全，液压系统的元件和部件要有好的密封性和可靠性。这些基本特点决定了液压传动元件以及整个系统在结构上的特点，即液压支架是以单节支架为单元的，这就决定了液压系统的构成，即工作面支架和端头支架的液压系统成为液压支架的基本组成部分。此外，可以把泵站、中心控制台和支架的液压管路等部分作为支架的公用液压系统。其中每个部分都具有其独立的功能，在改善液压传动或者制定新的方案时，一般都可以单独的加以研究。19液压支架的选型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机械加长杆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。第2章液压支架的整体结构设计21液压支架的主要结构的确定已知参数煤层厚度H152M，煤层倾角13；顶设条件老顶二级，直接顶别二级；底板平整，无影向支架通过的断层。一、支架高度支架高度的确定原则，一般应首先确定支架适用煤层的平均采高，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，然后确定支架高度对于大采高支架，按下式确定支架高度，即1MHHS2NA式中支架最大高度；支架最小高度；煤层最大厚度；煤层最小厚度；MHMHNH考虑伪顶、煤皮冒落后仍有可靠初撑力所需要的支撑高度，一般为1S200300MM；顶板最大下沉量，一般取100200MM；移架时支架的最2SA小可缩量，一般取50MM；浮矸、浮煤厚度，一般取50MMA二、支架的伸缩比支架的伸缩比指最大与最小支架高度之比值即MNH支架的最大高度与最小高度之差为支架的调高范围。调高范围越大，支架适用范围越广，但过大的调高范围给支架结构设计造成困难，可靠性降低。尽量采用单伸缩油缸或带机械加长杆来增加调高范围。一般支架最大高度和最小高度的比值的范围是15至25。经计算，该支架的伸缩比为M2212183考虑尽量减轻支架重量，降低造价，可搞系列化，加强支架对顶底板的适应性，降低伸缩比，尽量采用单伸缩油缸或机械加长杆来增加调高范围。一般根据单位缸长行程来确定，当，可采用单伸缩立柱。1K107241MNLK式中；1单位缸长行程活塞全部伸出时立柱的总长度；，NL活塞全部缩回时立柱的总长度MNL活塞行程综合考虑本设计采用双伸缩立柱。三、支架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（25）3NCBBMC式中支架间距（支架中心距）；每架支架顶梁总宽度；CBM相邻支架（或框架）顶梁之间的间隙；3每架所包含的组架或框架数N支架间距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CB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联结块的位置来确定，我国刮板输送机溜槽每节长度为150M，千斤顶联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150M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。当支架中心距为时，最小宽度一般取,最大宽度一般取M51M1430。当支架中心距为时，最小宽度一般取，最大宽160577685度一般取。当支架中心距为时，如果顶梁带有活动侧护板，则8251最小宽度一般取，最大宽度一般取。取150MM105130CB四、底座长度底座是将顶板压力传递到地板和稳定支架的作用。在设计支架底座的长度时，应考虑如下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。通常，掩护式液压支架底座的长度取35倍的移架步距（一个移架步距为06M），即21M左右。22四连杆机构的设计一、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。二、要求图21四连杆机构1对支架在跳高范围内梁端距的大小有重要影响。四连杆机构应能控制顶梁与掩护梁铰接点运动轨迹呈双纽线、使其在支架调高范围内的偏差一般不大于70MM；2影响支架支撑效率。一般在支架工作工作高度范围内，四连杆机构瞬心距立柱的垂直距离越大越有利；3双纽线轨迹变化对支架垂直支撑力有重要影响；4双纽线轨迹影响连杆、掩护梁等连接部位的受力情况。通常认为轨迹曲线应向前偏摆，即支架由高位置降下时，轨迹曲线逐渐靠近煤壁；5为保证支架的稳定性，后连杆的水平夹角Q一般不超过85度，最小角度应以连杆机构与底板不干涉为准；6一般应尽可能加大掩护梁的背角。厚煤层支架取大值，薄煤层支架取小值。对支撑掩护式支架应加大背角。对坚硬难冒顶板的支架，掩护梁背角应尽可能大；7掩护梁长度与掩护梁上前、后连杆铰接点间距应保持一定的比例41161，这不仅对支架受力，而且对调高范围也有影响，一般凭经验选取三、几何特征O12图22四连杆机构特征图（1）支架在最高位置时，即弧度；即1P6508191Q857131148弧度；支架在最底位置时，保证。125（2）后连杆与掩护梁的比值，掩护式支架为I045061支撑掩护式为I061082。（3）前后连杆上绞点之距与掩护梁的比值为02203。I1（4）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EMM以下最好在30MM以下。70（5）支架在最高位置时的应小于035，在优化设计中，对掩护式支架最好TAN小于016，对支撑掩护式支架最好应小于02。四、四连杆机构的设计方法四连杆机构的设计的主要方法有几何作图法、优选法等。本设计鉴于各种方法的优缺点，采用了几何作图法求解的方式来求解。几何作图法按如下步骤进行1确定掩护梁上铰点至顶梁顶面的距离和后连杆下铰点至底座底面的距离，一般同类型支架用类比法来确定，关于这两个尺寸的大小和对支架受力的影响，后面进行专门研究。2掩护梁和后连杆长度的确定。用解析法来确定掩护梁和后连杆的长度。图23掩护梁和后连杆长度的确定设；G掩护梁长度；A后连杆长度；2LE点引垂线到后连杆下铰点的距离；1H支架最高位置时的计算高度。2支架最低位置时的计算高度从几何关系出发可以列出如下两式（26）112COSGPAQL（27）2将式（26）和式（27）联立可得（28）21COSAPGQ以上关系式说明支架计算高度为支架高度减去掩护梁上铰点至顶梁顶面的距离和后连杆下铰点至底座地面的距离。按四连杆机构几何特征要求，选定代入式（28），可求得的比值。122P、AG由于支架型式不同，一般的比值按一下范围来取。AG掩护式液压支架045061支撑掩护式液压支架061082支架最高位置时的计算高度为（29）111SINIHGPAQ根据的比值和式（29）可以求得掩护梁的长度G和后连杆长度A，经过取整后，AG再重新计算出的角度，这几个参数就确定了。122PQ、3几何作图法作图过程。用几何作图法确定四连杆机构的各部分尺寸，具体操作法如下A图24液压支架四连杆机构的几何作图法作图步骤如下1）确定后连杆下铰点O点的位置，使它大体比底座底面略高200250MM。2）过O点作与底座底面平行的水平线HH线。3）过O点作于HH线的夹角为Q1的斜线。4）在此斜线上截取线段OA,OA长度等于A，A点即为后连杆与掩护梁的铰点。5）过A点作于HH线有交角的斜线，以A点为圆心，以G半径作弧交此斜线与一点，此点为掩护梁与顶梁的铰点。/E6）过点作HH线的平行线FF线，则HH线与FF线的距离为，为液压支架/1H最高位置时的计算高度。7）以A点为圆心，以（02203）G长度为半径作弧，在掩护梁上交与一点B，为前连杆上铰点的位置。8）过点作FF线的垂线（认为液压支架由高到低变化时，点在此直线上滑动）/E/E。9）在垂线上作液压支架在最低位置时，顶梁与掩护梁的铰点。/10取线中间某一点，为液压支架降到此高度时掩护梁与顶梁的铰点（液/E/E压支架由高到低变化时，顶梁前端点运动轨迹为近似双纽线，中间这一点的位置直接影响顶梁前端点运动轨迹的形状、变化宽度等）。11以O点为圆心，OA为半径作圆弧。12以点为圆心，掩护梁长为半径作弧，交最前面圆弧上一点,此点为液/E/AE/A压支架降到中间某一位置时，掩护梁与后连杆的铰点。13以点为圆心，掩护梁长为半径作弧，交最前面圆弧上一点,此点为/支架降到最低位置时，掩护梁与后连杆的铰点。14连接、，并以点为圆心，AB长为半径，交上于点，以/EA/A/AE/B点为圆心，AB长为半径做圆弧，交上一点。则三点为液压支架在三/A/BE/B、个位置时，前连杆的上铰点。15连接，为液压支架降到中间某一位置和最低位置时后连杆的位置。/AO、16分别作垂直平分线，其交点C即为前连杆下铰点,BC为前连杆的长度。/B和17过C点作向HH线作垂线，交于点D，则线段为液压支架OABCDO、和四连杆机构。23顶梁长度的确定一、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影响最大，见图25所示。图25支架工作方式从图25中可以看出，先移架后推溜方式又称即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淄的工作方式时，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，支护新暴露的顶板，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。当采用即时支护方式时一般大采高支架梁端距应取350480MM，中厚煤层支架梁端距应取280340MM薄煤层支架梁端距应取200300MM。顶梁长度受支架型式、配套采煤机截深滚筒宽度、刮板输送机尺寸、配套关系及立柱缸径、通道要求、底座长度、支护方式等因素的制约。二、顶梁长度计算的有关因素设备配套尺寸与支架顶架长度有直接关系。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，这个距项叫空顶距。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，以此来计算顶梁长度。四、顶梁长度的计算掩护式支架顶梁长度计算顶梁长度配套尺寸底座长度300掩护梁与顶梁1COSAQ（1GCOSP（E铰点至顶梁后端点之距（MM）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；、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。1QP配套尺寸8002002407303602330MM。经计算可得顶梁长3237MM。24支护面积支架的支护面积按下式计算M2KBCLFC式中支架支护面积（M2）；支架顶梁的长度（M）；CF梁端距（M），一般取028034M；B支架宽度（M）；C架间距（M）；（3237035）（15515）1094（M2）KCFQ441KN/M2第3章液压支架部件结构支架的主要结构ZY4800/22/42掩护式液压支架主要由金属结构件、液压元件二大部分组成。金属结构件有顶梁、掩护梁、前连杆、后连杆、底座、推杆及侧护板等。液压元件主要有立柱、各种千斤顶、液压控制元件（操纵阀、单向阀、安全阀等）、液压辅助元件（胶管、弯头、三通等）等。31顶梁一、用途1用于支撑维护控顶区的顶板。2承受顶梁的压力。3将顶板载荷通过立柱、掩护梁、前后连杆经底座传到底板。二、结构形式顶梁的结构形式见表31。如表31所示，支架常用顶梁形式有3种整体顶梁、铰接项梁和楔形结构顶梁。铰接顶梁的前段称为前梁，后段为主梁，一般简称顶梁。表31顶梁的结构形式整体刚性顶梁前后铰接顶梁带回转梁带伸缩顶梁带回转梁直接式回转梁四连杆式回转梁刚性顶梁带内伸顶梁外伸式内伸式前后铰接式直接式回转梁四连杆式回转梁1整体顶梁整体顶梁的特点是结构简单，可靠性好；顶梁对顶板载荷的平衡能力较强；前端文撑力较大；可设置全长侧护板，有利于提高顶板覆盖率，改善支护效果，减少架间漏矸。简单的整体刚性顶梁的结构外形如下图所示。图31A为掩护式支架的整体刚性顶梁，图31B为支撑掩护式的整体刚性顶梁，整体刚性顶梁为宽面板式箱形结构件。为改善接顶效果和补偿焊接变形，整体顶梁前端8001000MM。A掩护式支架整体顶梁B支撑掩护式刚性整体顶梁图31整体顶梁结构2铰接式顶梁铰接式顶梁如图32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强。运输时可以将前梁放下与顶梁垂直，以减小运输尺寸。前梁千斤顶必须有足够的支撑力和连接强度，前梁上不宜设置侧护板。为顺利移架，前梁间一般要留有100150MM间隙，从而增加了破碎顶板漏矸的可能性。图32铰接式顶梁结构1前梁；2前梁千斤顶；3顶梁铰接前梁图33A与顶梁33B如下图A铰接前梁B铰接顶梁图33铰接前梁与顶梁结构3楔形结构梁楔形结构梁如图34所示。楔形梁1和后梁4通过销轴铰接，楔形梁的楔臂与顶粱间夹有楔块2，楔块2后端与楔形千斤顶铰接，而千斤顶则铰接于顶梁上。图34楔形结构梁1楔形梁2楔块3楔形梁斤顶4后梁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在受载时保持为个整体，如同整体刚性顶梁。这样，该梁就具有整体刚件顶梁前端支护力大的优点。由于楔形梁1与后梁4为铰接结构，今操作楔形梁千斤顶伸出或缩回时带动楔块前后移动，从而使楔形梁1绕铰轴上下摆动，其摆动范围取决于楔块的行程和楔角的大小。由于摆动范围较铰接顶梁小，因而该梁又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。综上所述，结合这次设计的实际，选择了整体式顶梁。三、顶梁结构和断面形状各类顶梁都为箱式结构，一般由钢板焊接而成。为加强结构的刚度，在上下盖板之间焊有加强筋板，构成封闭式棋盘型。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，作为挂矸帘之用。在顶梁下面焊有铸钢柱窝，柱窝两侧有孔，用钢丝绳或销轴把立柱和顶梁连接起来，掩护式支架和支撑掩护式支架在顶梁后端有销孔，通过销轴与掩护梁上的销孔相连。按顶梁的断面形状，还可以把顶梁分成如下结构形式1闭式顶梁闭式顶梁为顶梁上、下盖板与筋板焊接成封闭型，如图35所示。一种为立筋凸出型，如图35A所示，增加了焊接强度；另一种为立筋凹下，焊接后使顶梁平整，但焊接强度如前一种，如图35B。图35顶梁闭式立筋型式2开式顶梁开式顶梁结构如图36所示。图36顶梁开式立筋型式开式顶梁的特点，可减轻顶梁重量，增强顶梁的抗弯强度。对于掩护式和支撑掩护式支架，为便于侧护板能自由伸缩，要在顶梁顶面上加焊一块比侧护板稍厚的钢板，称为顶板，如图37中A，同时也增强了顶梁的结构强度。图37顶梁断面32顶梁侧护板支架侧护板装置一般由侧护板、弹簧筒、侧推千斤顶、导向杆和连接销轴等组成。一、主要作用1挡矸。可改善顶梁与掩护梁的护顶、防矸性能，隔离控顶区与采空区、防止冒落矸石窜入工作面，减少冒矸形成的粉尘；2导向。在支架移架时起导向作用；3防倒、调架。活动侧护板增强了支架侧向稳定性，其上设置的弹簧与千斤顶都起防倒与调架作用。二、支架侧护板形式的选择支梁侧护板装置一般由侧护板、弹簧简、侧护千斤顶、导向杆和连接销轴等组成。支架常用的活动侧护板形式有3种，即直角式单侧活动侧护板、直角式双侧可调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38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上作面倾角较小（以下）的缓倾斜煤层或水平煤层，具有挡矸密封性好15和导向性好的特点。图38直角式单侧活动侧护板2直角式双侧可调的活动侧护板直角式双侧可调的活动侧护板如图39所示，可根据工作面倾角方向，调整一侧固定另一侧活动，适应性强，可用于各种支架图39直角式双侧可调的活动侧护板3折页式活动侧护板折页式活动侧护板如图310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。图310折页式活动侧护板1活动上侧护板；2活动上侧护板；3顶杆；4千斤顶；5固定侧护板顶梁侧护板高度一般取250500MM，薄煤层支架取下限，大采高支架取上限。掩护梁侧护板和后连杆侧护板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100200MM搭接量的原则确定。综上所述，结合这次设计的实际，直角式单侧活动侧护板。33底座形式的选择底座是将顶板压力传递到底板和稳定支架的部件，除了满足一定的刚度和强度外，还要求对底板接触比压要小，其主要作用包括1）为立柱、液压控制装置、推移装置及其他辅助装置给以合理安装位置；2）给工作人员创造良好的工作环境；3）具有一定的排矸挡矸作用；4）保证了支架的稳定性。底座的结构形式可分为整体式和分体式，分体式底座由左右两部分组成，排矸性能好，对底板起伏不平的适应性强，但与底板接触面积小。整体式底座是用钢板焊接成的箱式结构，整体性强，稳定性好，强度高，不易变形，与底板接触面积大，比压小，但底座中部排矸性能稍差。本支架底座为整体式底座，前端过桥，后部箱形结构把左右两部分连为一体，具有很高的强度和刚度。一、结构形式及特点支架底座常用形式有3种，即整体刚性底座、底分式刚性底座和铰接分体底座。1整体刚性底座整体刚性底座如图311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的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311整体刚性底座2底分式刚性底座底分式刚性底座如图312所示。底座底板是中分式的，中挡维移机构直接落在煤层底板上，前立柱柱窝前有过桥，小挡后部上方为箱形结构。由于底分式刚性底座中挡底板分体，推移装置处的浮煤、碎矸可随支架移架从后端排到采空区，不需要人工情理适应高产高效要求，但减少了底座接底面积，增大了对底板的比压，目前，高产高效工作面液压支架一般均采用分体刚性底座。图312底分式刚性底座3铰接分体式底座图313铰接分体式底座如图313所示，铰接分体底座分为左右相对独立的两部分，从中档处铰接，左右底座在垂直方向可相对错动，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，但支架的整体刚性有所降低。根据以上的分析，结合这次设计的实际，采用整体式刚性底座。二、柱间距和筋扳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。柱间距与各部件筋板配置关系如图314所示。图314柱间距与各部件筋板配置关系三、推移装置的形式选择推移装置的要求是1以较小的力推移输送机80200KN。以较大的力拉移支架150500KN。2为适应支架和输送机可能出现的相对位置变化，推移装置前部在推科过程十平和垂直方向能有一定的摆动范围。3工作中推移千斤顶不承受侧向力，而是让推移杆或框架承受，以保证工作的可靠性。4在拉架过程中推移装置和支架底座之间应缸有较好的导向性能。推移装置由推移杆、推移千斤顶和连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。短推移杆短推移杆一般结构如图315所示，是由钢板组焊而成的箱形结构件，结构简单可靠，重量轻，被广泛应用。图315短推移杆长推移杆长推移杆常用形式有框架式、整体箱式和铰接式。一般框架式长推移杆结构如图316所示，它由前后两段组成，前段为箱式结构，后段为双杆式结构和导向块。当推移千斤顶缸径超过4140MM时，双杆式结构强度难以保证，可靠性下降。框架式长推移杆适用于中型以下的支架。图316长推移杆整体箱式长推移杆，一般是由钢板组焊而成的整体箱式结构件，如图317所示。它的结构简单、可靠性好、防止支架和输送机下滑的性能好，但在工作面难以更换，因此，必须保证其有足够大的安全系数。整体箱式长推移杆在多种高效工作面使用，未发现损坏。如图318所示，铰接式长推移杆一般由前后两段箱式结构件组成，中间通过十字连接头铰接，可以上、下、左、右摆动。它解决了整体箱式长推杆不便更换的缺点，兼有短推移杆和长推移杆的双重特点。图317整体箱式长推移杆图318铰接式长推移杆34掩护梁掩护梁上部与顶梁铰接，下部与前后连杆相连，经前后连杆与底座连为一个整体，是支架的主要连接和掩护部件，其主要作用包括1）承受顶板给支架的水平分力和侧向力，增强支架的抗扭性能；2）掩护梁与前后连杆、底座形成四连杆机构，保证梁端距变化不大。3）阻挡后部落煤前窜，维护工作空间。另外，由于掩护梁承受的弯距和扭矩较大，工作状况恶劣，所以掩护梁必须具有足够的强度和刚度。本支架的掩护梁为整体箱形断面结构，用钢板拼焊而成，为保证掩护梁有足够的强度，在它与顶梁、前后连杆部件都有加强板，在相应的危险断面和危险焊缝处也都有加强板。掩护梁也设计有可活动侧护板，其作用和功能和顶梁侧护相同。前、后连杆上下分别与掩护梁与底座铰接，共同形成四连杆机构。第4章液压支架部件参数的确定41掩护梁及后连杆液压支架在最高位置时，掩护梁与水平面夹角,158P后连杆与水平面夹角；7Q在最低位置时，；226,8P由几何关系得41COS50287AG4211INIHPQ联立式（41）和式（42）求得掩护梁G2704MM；后连杆A1623MM根据几何作图法得前连杆长1628MM；掩护梁上两个铰点距离620MM；前连杆下铰点至底面665MM42立柱的技术参数立柱的缸体内径按下式进行计算CM140NPCOSDDAMFD式中立柱缸体内径（CM）；支架承受的理论支护阻力（KN）；D1每架支架立柱数，2根；安全阀调正压力（MPA），按产品样本选取。这里选择NA40MPA的安全阀；立柱最大倾角,支架降到最低工作位置时，角最大2YFB10；本支架中，4825KN，2，40MPA，10NAPA则有279（CM）140NPCOSDDAMFD408253COS1则立柱额定工作压力394（MPA）12284DPDA额本支架选双伸缩立柱，尺寸如下外缸内径280MM；中缸外径260MM；中缸内径210MM；活柱外径190MM。43立柱的初撑力和实际压力一、初撑力KN43BDPDP1042式中泵站额定工作压力MPA，这里取315MPA。BPBP则有1938KN53140283142BDP二、实际压力取安全阀的调整压力40MPA。立柱的工作阻力2462（KN）；228400DADP12078P液压支架的设计和使用经验表明，初撑力与工作阻力间应满足一定关系，即P103507P2。掩护式液压支架取P107P2左右为宜。44立柱柱窝位置的确定确定原则；1根据支撑力分布与顶板载荷相一致的原则，通过受力分析计算，确定著我合力作用点的位置。2根据前后立柱间行人及初撑力的均匀分布的要求，初步确定前后立柱间的距离为1010MM。3考虑到支撑效率，立柱的倾角不宜太大，最高位置时立柱倾角不小于。取顶梁为分离体，受力情况如图5对A点取距；0AM112COSIN03GTTFLFWHPH1121SI3COGTTLFPX式中；XM立柱上柱窝至顶梁和掩护梁铰点的距离，；1F支架支护阻力，KN；GL顶梁长度（不包括顶梁与掩护梁铰点至顶梁后端的距离），M立柱工作阻力，KN；TP顶梁和掩护梁铰点至顶梁顶面的距离，M；1H立柱上柱窝中心至顶梁顶面的距离，M；2立柱在最高位置时的倾角，（）。其中4825KN；W03；。1F1204HM327GLM则有X1014M。45推移千斤顶的参数确定推移千斤顶采用平面短杆式推移方式，其缸体内径为40TBFDP移式中推移千斤顶缸体内径CM；泵站额定工作压力MPA；TD/推移千斤顶的移架力，在薄煤层中100150KN；中厚煤层中F移F移150250KN；厚煤层中300400KN。移移取200KN；315MPA。经计算求得89CM移/BPTD由以上计算出来的推移千斤顶缸体内径，再按千斤顶公称承载力与内径匹配关系选取缸径为100MM,杆径70MM,推力245KN,拉力127KN的千斤顶。缸体和活塞杆的材料80/85圆钢。缸体尺寸为12114。推移千斤顶的行程与推移步距有关，当推移步距为600MM时，推移千斤顶的行程为700750MM,按规定取700MM或750MM。46平衡千斤顶的参数确定平衡千斤顶铰接于顶梁与掩护梁之间。1平衡千斤顶的拉力计算或（KN）推40CAPD2拉40CCAPDDP平衡千斤顶的拉力，按作用在立柱上铰点到掩护梁后端这部分面积上的高度为支架最大采高的岩石重量来计算。取顶梁和掩护梁为分离体，对瞬心O点取矩列平衡方程式即MO0得（KN）而（KN）BSPYLRBLHPY式中作用在立柱上铰点到掩护梁后端这部分面积上，高度为支架最大采高Y的岩石重量；S力PC至瞬心O点的距离；B立柱至瞬心O点的距离；H支架的最大采高；B支架宽度；L岩体的计算长度；R岩体容重R26KN/；3M再取顶梁为分离体，对G点去矩列平衡方程式，即MG0得（KG）DEPL拉式中平衡千斤顶拉力（取负），推力（取正）；拉E立柱到顶梁后铰点的距离；D平衡千斤顶到顶梁后铰点的距离。426841526418（KN）；RBLHPY85（KN）；158（KN）；BSL036158P拉DEL5401682平衡千斤顶的推力计算平衡千斤顶的推力,假设支架支撑合力作用点分顶梁前后段长度为21,用这个比例关系计算平衡千斤顶的推力即K代入支架在最高位置时，取顶梁为分离体3LX对G点取矩求出的公式，即DEPLLY3推D平衡千斤顶到顶梁后铰点的距离；E立柱到顶梁后铰点的距离；L顶梁总长度；669（KN）DEPLLY3推54106832713平衡千斤顶的缸径计算146（CM）推40CADP6310由以上计算出来的平衡千斤顶缸体内径，再按千斤顶公称承载力与内径匹配关系选取缸径为160MM,杆径100MM,推力637KN,拉力382KN的千斤顶。第五章液压支架的受力分析51液压支架工作状态1顶板状态在采煤工作面中，当煤被采空后，就会出现一定的空间，由于受上部岩层压力，出现高离和裂缝，如果不及时支护，顶板就要冒落，不支护的时间越长，危险就越大。而顶板冒落实是有一定的过程的，一般可分为三个阶段开始时顶板处于无压状态，此时顶板较完整，而且没有下沉，成为无压状态；但经一定时间后，顶板就会下沉，通常称为老顶来压，此时顶板并不破裂，而且这种下沉是由一定的周期性的，所以成为老顶板来压状态；如果不及时支护，顶板就会破裂而冒落，此时叫冒落状态。2液压支架的工作状态支架在这三种状态下式如何工作的呢只要看支架的实际工作情况就可以知道，开始支架以初撑力支撑顶板，此时为无压状态；当周期来压时，顶板下沉，使立柱下腔压力增加，当增加到大于安全阀调整压力时，安全阀打开，使立柱下腔压力下降，称为立柱让压状态，使支架以工作阻力支护顶板；如果继续来压，就要不断让压，所以立柱要有一定的向下行程，如没有向下行程，称为压死状态，这是在设计和使用中必须注意避免的现象；当支架前移后，此时顶板处于无支护状态，顶板就要冒落，这就是液压支架在工作过程中的三种状态。3支架受力液压支架在工作面受力是由于顶板下沉，同时又有向采空区浅载移动的趋势，使顶梁受合力和底座受底板反力，其中顶板合力的垂直分力由支架工作阻力来克服，F所以我在计算支架的工作载荷时按支架的工作阻力来确定。52计算载荷的确定液压支架实际受载荷情况很复杂，顶梁和底座上的载荷既非集中载荷，又非均匀载荷，分布规律随着支架与顶底板的接触情况而变化，为简化计算，作如下规定1把支架简化成一个平面杆系结构，同时为偏于安全，按集中载荷进行计算。2金属结构件按材料力学上的直梁理论来计算。3顶梁、底座与顶底板认为均匀接触，载荷沿支架长度方向按线性规律，沿支架宽度方向为均匀分布。4通过分析和计算可知，掩护梁上矸石的作用力，只能使支架实际支护阻力降低，所以在进行强度计算时不计，使掩护梁偏于安全。5立柱和短柱按最大工作阻力来计算。6作用在顶梁上水平力的产生有两种情况一种是由于支架在承载让压时，由于顶梁前端运动轨迹为双纽线，所以顶梁与底板有产生位移的趋势，水平力为顶梁合力与静摩擦系数的乘积，其方向与顶梁产生位移方向趋势相反；另一种是由于顶板向采空区方向移动，使支架顶梁受一指向老塘的水平力，最大水平力值与上相通。顶梁与顶板的静摩擦系数，目前国内一般取0203。F7支架各部件受力，按不同支护高度时受力最大值进行强度校核。8各结构件的强度校核，除按理论支护阻力校核危险断面外，还要按液压支架形式试验技术规范的各种加载方式，以及支架的额定工作阻力逐一校核，超过额定工作阻力10的超载试验，将由安全系数来保证。53液压支架的受力分析支架的受力分析与计算，是按理论力学中一物体受几个力作用下处于平衡状态时，所受的合力矩之和为零的原理来进行分析和计算得。所以当支架支撑后在处于平衡状态时，取整体或某一部件为分离体也处于平衡状态，其合力和合力矩为零。即满足静力平衡的充分必要条件为，各力在X轴上的投影之和为零，各力在Y轴上的投影之和为零，各力对某点取矩之和为零，下面根据这一理论对支架进行受力分析和计算。据此把支架简化为平面杆系进行受力分析和计算。整体受力如图51所示。图中PT和P8为已知，需求、及作用点位置。1FR21AFW图51顶梁支架受力如图52所示。各力对A点取矩，可写出F1作用点的位置X的表达式8282121212SINCOSCOSSINKTTPALHP