薄煤层液压支架ZY3300-07-13结构设计课件

1、中 国 矿 业 大 学本科生毕业论文姓 名： 学 号： 21126 学 院： 专 业： 机械工程及自动化 论文题目： ZY3300-07-13液压支架结构设计 专 题： 指导教师： 职 称： 2014年6月 徐州中国矿业大学毕业设计任务书学院 应用技术学院 专业年级 机自（二）12-1班 学生姓名 任务下达日期：2014年 2月 24日毕业设计日期： 2014年 3月 10日至 2014年 5月 30日毕业设计题目：ZY3300-07-13液压支架结构设计毕业论文专题题目：毕业论文主要内容和要求：根据以下工作面条件进行液压支架的结构设计。工作面条件：煤层厚度0.8-1.2m，平均厚度1.0m。

2、煤层倾角15o-20o,平均17o。基本顶为II级，底板为II级。要求：完成液压支架的整体结构设计；进行部分结构件的结构设计。按毕业设计规范完成要求图纸量。翻译和毕业设计相关的外文文献不少于3000字。按毕业设计规范撰写设计说明书。院长签字： 指导教师签字：中国矿业大学毕业论文指导教师评阅书指导教师评语（基础理论及基本技能的掌握；独立解决实际问题的能力；研究内容的理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点；工作态度及工作量；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 指导教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业论文评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综

3、合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业论文评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业论文答辩及综合成绩答 辩 情 况提 出 问 题回 答 问 题正 确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩委员会评语及建议成绩：答辩委员会主任签字：

4、 年 月 日学院领导小组综合评定成绩：学院领导小组负责人： 年 月 日摘 要煤炭工业是国民经济重要的基础产业。我国薄煤层资源丰富，全国薄煤层的储量占全部可采储量的17.5%，分布面广，煤质好。但由于薄煤层采煤生产效率低，经济效益差，大部分煤矿不重视薄煤层的开采，造成许多薄煤层煤炭资源严重浪费。随着厚煤层及中厚煤层煤炭资源的逐渐减少，许多煤矿开始重视对薄煤层的开采工作。本次设计结合具体工作条件，并结合当前液压支架的发展情况及制造水平进行最大采高1.3m的薄煤层液压支架的设计，通过与以往支架的比较分析，选择两柱掩护式结构。并在传统薄煤层液压支架的基础上，增加了活动侧护板的设计，对传统薄煤层支架进行

5、了改进。在本次液压支架的设计过程中，使用SolidWorks软件进行液压支架进行三维建模，通过三维仿真运动来测量梁端距曲线以使支架的运动更加合理，因薄煤层支架空间有限，各结构件空间交错，故运用三维运动来检查支架各零部件的干涉情况，使支架各零部件的空间布置更加合理，同时，还可以通过SolidWorks对液压支架的重量进行检测，以控制支架的重量更加合理。在本次设计的过程中，在采用理论分析的同时，也结合了许多实际生产过程中的经验公式。关键词： 两柱掩护式； 双纽线； 支护强度； 工作阻力； SolidWorks； ABSTRACTCoal industry is an important basic

6、 industry of the national economy. China is rich in coal resources thin, thin seam reserves of the country accounted for 17.5% of the total recoverable reserves, wide distribution, coal quality is good. However, due to the thin seam mining low productivity, poor economic performance, most do not pay

7、 attention thin seam coal mining, resulting in a serious waste of many thin seams of coal resources. With the gradual reduction in thick seams and thick seams of coal resources, many mine mining work began to pay attention to the thin coal seams.This design combined with the specific working conditi

8、ons, combined with the current level of development and manufacturing were the largest hydraulic support for the design of thin seam mining height of 1.3m of hydraulic support. By comparing with the previous hydraulic support, select two columns shield structure. On the basis of the traditional thin

9、 seam hydraulic support, an increase of activity sideguard design, thin seams of traditional stents improved.The hydraulic support in the design process, the use of SolidWorks software for three-dimensional modeling of hydraulic support, through the three-dimensional simulation campaign to measure t

10、he beam end-distance curve to make the movement more reasonable hydraulic support, because of the limited space of this hydraulic support, the components interleaved, so the use of three-dimensional motion to check the interference of the various components of the hydraulic support, hydraulic suppor

11、t to make the space more reasonable arrangement of the various components, but also by the weight of hydraulic support SolidWorks for testing, in order to control the weight of support more reasonable.In this design process, using theoretical analysis, but also combines many empirical formula of the

12、 actual production process .Keywords：two columns shield; lemniscate; supporting strength; working resistance; SolidWorks;目 录1 绪论11.1液压支架简介11.1.1液压支架的工作原理11.1.2液压支架的分类21.1.3液压支架的基本组成31.1.4液压支架的发展现状和发展趋势31.2薄煤层开采的重要意义51.3薄煤层开采技术现状及发展51.4薄煤层液压支架的结构特点62 液压支架设计方案论证72.1液压支架工作条件72.2液压支架设计方案72.2.1支架架型选择72.2

13、.2支架支撑高度82.2.3支架中心距和宽度82.2.4支架的工作方式92.2.5配套设备103 液压支架的结构设计103.1双纽线机构103.1.1双纽线机构的作用103.1.2双纽线机构的几何特征113.1.3双纽线机构的几何作图法123.1.4基于SolidWorks Motion的梁端距曲线模拟153.2顶梁163.2.1顶梁结构种类163.2.2顶梁结构设计193.3底座203.3.1底座结构种类203.3.2底座结构设计223.4掩护梁和前后连杆223.4.1掩护梁结构设计223.4.2前、后连杆结构设计233.5侧护板253.5.1侧护板的作用253.5.2侧护板的种类和选择25

14、3.6护帮装置273.7推移装置273.7.1推移装置的作用273.7.2推移装置的种类和选择273.8立柱和千斤顶303.8.1立柱的类型303.8.2立柱的结构313.8.3千斤顶的结构333.9液压支架三维模型334 液压支架具体参数确定364.1支架基本参数364.1.1底座的长度和宽度确定364.1.2顶梁的长度和宽度确定364.1.3支架的支护面积364.1.4支架的支护强度374.1.5支架的支护阻力384.1.6支架的初撑力384.1.7支架的推溜力和移架力384.2立柱技术参数384.2.1立柱缸径及杆径384.2.2立柱缸体壁厚及外径394.2.3泵站压力和立柱的初撑力40

15、4.2.4安全阀调定压力和立柱的工作阻力404.2.5立柱上下柱窝位置的确定414.2.6立柱的行程确定434.3千斤顶技术参数444.3.1平衡千斤顶的技术参数444.3.2推移千斤顶的技术参数494.3.3侧推千斤顶的技术参数515 液压支架受力分析515.1概述515.2液压支架受力分析525.2.1顶梁受力分析525.2.2掩护梁受力分析545.2.3底座受力分析555.3顶梁载荷分布565.4底座接触比压的计算575.5实际支护强度计算595.6支架支护效率计算595.7液压支架受力的影响因素606 液压支架的强度计算616.1液压支架设计时的强度条件616.2液压支架重要结构件的强

16、度校核626.2.1顶梁的强度校626.2.2底座的强度校核666.2.3掩护梁的强度校核696.2.4前连杆的强度校核716.2.5后连杆的强度校核726.3立柱的强度校核736.3.1油缸稳定性验算736.3.2活塞杆的强度验算756.3.3缸体强度验算766.4液压支架重要连接轴的强度校核77结 论79参考文献80英文原文81中文译文84致 谢89第 91 页中国矿业大学2014届本科生毕业设计1 绪论 在采煤工作面的煤炭生产过程中，为了防止冒落，维持一定空间，保证工人安全和各项工作正常进行，必须对顶板进行支护。而液压支架是以高压液体为动力，有液压元件和金属构件组成的支护和控制顶板的设备

17、，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好、强度大、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。1.1液压支架简介1.1.1液压支架的工作原理液压支架在工作过程，必须具备升、降、推、移四个基本动作，这些动作是利用泵站提供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1.1所示。 图1.1 液压支架工作原理

18、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乳化液泵站；11主供液管；12主回液管（1）升柱当需要液压支架上升支护顶板时，高压乳化液进入立柱的下活塞腔，另一腔回液，推动活塞上升，是与活塞杆相连的顶梁紧紧接触顶板。（2）降柱当需要降柱时，高压乳化液进入立柱的上活塞腔，另一腔回液，推动活塞下降，顶梁脱离接触接触顶板。（3）支架和输送机前移支架和输送机的前移都是由底座上的推移千斤顶来完成。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；当需要推移输送机时，支架支撑顶板后，高压液

19、进入推移千斤顶下腔，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。支架的支撑力与时间的曲线，称为支架的工作特性曲线，如图1.2所示。图1.2 液压支架工作特性曲线支架立柱工作时，其支撑力随时间的变化过程可分为3个阶段，支架在升柱时，高压液体进入立柱下腔，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，支架的液控单向阀关闭，立柱下腔压力达到初撑力，此阶段为初撑阶段；支架初撑后，随顶板下沉，立柱下腔压力增加，直至增加到支架的安全阀调整压力；立柱下腔压力达到工作阻力，此阶段为增阻阶段；随顶板压力继续增加，立柱下腔压力超过支架的安全阀调整压力，安全阀打开而溢

20、流，；立柱下缩，使顶板压力缩小，立柱下腔压力降低，当低于安全阀的调整压力后，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变化，此阶段为恒阻阶段。1.1.2液压支架的分类液压支架按其对顶板的支护方式和结构特点不同，分为支撑式、掩护式和支撑掩护式三种基本架型。液压支架按适应工作面截高范围分为薄煤层支架、中厚煤层支架和大采高支架。根据液压支架在工作面的位置分工作面支架、过渡支架（排头支架）和端头支架。按适用采煤方法分一次采全高支架、放顶煤支架、铺网支架和充填支架。按控制方式分为本架控制支架、邻架控制支架和成组控制支架。按控制原理分液压直接控制支架、液压先导控制支架和电液控制支架

21、。不同用途的支架，其结构也有所不同。（1）支撑式支架支撑式支架的支柱顶住顶梁，没有掩护梁，又可以分为节式和垛式两种结构型式。支撑式支架支撑力相对较大，且结构简单，切顶性能好；但其稳定性差，护矸能力不够好，支架的空隙大，因此不太适合大采高支架的要求。（2）掩护式支架掩护式支架带有掩护梁，以单排立柱为主要的支撑部件，主要应用于周期来压不强烈的工作面。对于该种型式的支架，其优点较为突出：支撑力集中在顶梁部位且分布均匀，比支撑式支架大；调高范围较大；顶梁较短，控顶距离小；能承受较大的水平推力；对顶板反复支撑次数少，能带压移架；支架的结构比较简单，易于制造和维护。其缺点是：对于大采高的支架，可能需要很大

22、的立柱缸径和高强度的材料，对支架的空间要求比较高，加大了支架的中心距；此外，国内产品总体上生产能力偏低、使用寿命较短，还达不到国外产品的水平。在煤层开采过程中，针对煤层的赋存条件、顶板压力显现、和实际生产条件等，相应的选择合适的综采方式和架型。就目前情况而言，掩护式液压支架是大采高综采工作面选择的主流。（3）支撑掩护式支架对比液压支架的特性，由于掩护式液压支架具有两个支柱，而支撑掩护式液压支架具有四个支柱，故它们与地层的相互作用有很大的不同之处。掩护式支架的支柱相对于煤壁向前倾斜，从而产生了水平分力。该水平分力会作用在支架前端的直接顶上，使直接顶处于压紧状态从而达到相对稳定状态。相比而言，支撑

23、掩护式支架拥有四根支柱，它们相对于煤壁两两反向倾斜，产生的水平作用力相互抵消，从而无法在水平方向上使得直接顶处于稳定状态。对比可知，掩护式支架更适合用于铰接明显或松散破碎的直接顶地层中，不太适用于中等稳定及以上的顶板下工作。支撑掩护式液压支架的主要技术性能是：其垂直方向的支撑合力在顶梁后部，这意味着对于岩表突出的顶板，这种支架的切顶能力更强，效果更好；其立柱的倾斜度更小些，因此支撑效率更高；然而它与顶、底板的接触压力比较大，而且支架承压能力越大，对掩护支架造成的危害也就越大，因此顶梁及底座的接触压力都必须设置一定的限定值；此外，其调高范围也较小，对煤层厚度的适应能力相比掩护式支架更差些。1.1

24、.3液压支架的基本组成根据液压支架各部件的功能和作用，其组成可分为四部分：（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。其主要功能是操纵控制支架各液压缸动作及保证所需的工作特性。（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、联接件、喷雾装置等。这些装置是为了实现支架的某些动作或功能所必需的装置。1.1.4液压支架的发展现状和

25、发展趋势（1） 国外液压支架的发展概述1954年英国首次研制出垛式液压支架，紧接着法国研制的节式液压支架代替了木支架和金属摩擦支架，开辟了采煤工作面支护设备的技术革命。60年代前苏联研制并改进的OMKT型掩护式支架(具有四连杆机构)，解决了支架端距变化的问题，开辟了液压支架设计的新时代；70年代主要是“立即支护”方式；1980年前西德赫母夏特公司开发出G550- 22/60掩护式支架，最大高度为6m。为提高生产能力，降低生产成本，20世纪70年代中期，英国煤炭局首先提出研制电液控制液压支架。最先将电液控制液压支架用于长壁工作面的是澳大利亚的科里曼尔煤矿，该工作面由74架英国原道锑公司研制的四柱

26、垛式液压支架组成，于1981年投产。1983年底英国原道锑公司又为美国坎塞尔煤矿制造了两按钮式微机控制液压支架，1984年投产。1995年底英国原道锑公司又研制出全工作面集中电液控制系统。威斯特伐利亚贝考瑞特公司研制出更为先进的P-M3和P-M4电液控制系统。现在电液控制系统已经发展到综采全套设备可视化集成控制阶段。80年代以来，世界主要采煤国家一直围绕减面提产、减人提效、降低成本，为实现矿井集中生产而努力。他们积极开发和应用新技术，致力于高性能、高可靠性的新一代重型液压支架的研制。新型液压支架普遍具有微型电机或电磁铁驱动的电液控制阀，推移千斤顶装有位移传感器，采煤机装有红外线传感装置，立柱缸

27、径超过400mm，为减少割煤时间，一般采用0.8lm的截深，支架还采用屈服强度8001000MPa的钢板，既有较高的强度、硬度和韧性，又具有良好的冷焊性能。随着长壁工作面长度的不断增加，为适应快速移架的需要，国外还广泛采用高压大流量乳化液泵站，其额定压力为4050MPa，额定流量400500L/min，可实现工作面成组或成排快速移架，达到68s/架。（2） 国内液压支架的发展现状我国目前具有液压支架设计能力的单位主要有4家，即北京开采所、北京煤机厂、郑州煤机及沈阳煤研所。北京开采所支架设计水平代表了国内液压支架设计水平，目前已实现了液压支架设计CAD三维设计，并开发出了具有国际先进水平的液压支

28、架模拟仿真系统和支架参数优化设计软件系统。尽管我国液压支架设计水平与国外有一定的差距，但这一差距正在逐渐缩小。以前国内绝大部分支架所用板材均采用350MPa的16Mn钢板，焊接性能好，但强度低，支架较重。为了降低支架重量，国内从20世纪90年代中期开始研究高强度板的焊接工艺，经过几年的努力，现在对1000MPa级以下钢板的焊接工艺进行了系统的研究。第二是立柱千斤顶，2004年郑煤机制造360mm的立柱已在晋城大采高支架上成功应用。目前我国几个主要支架生产厂家已具备生产中400mm立柱的能力，两柱掩护式支架工作阻力可以达到l0000kN。目前我国液压支架控制系统有两种型式，即手动控制和电液控制，

29、其中绝大部分还是手动控制系统，只有神华、晋城等少数矿区进口的支架采用电液压控制系统。手动系统的流量一般为200400L/min，移架速度最快可达11s/架。我国从上世纪90年代中期开始研制电液控制系统，虽然做了大量的工作，但效果并不理想，阀的冲击的和稳定性等问题没有得到解决，因此没有完全实现在井下的推广和应用。最近几年我国的天玛公司与德国合作，引进德国玛坷公司的PM3技术已成功在充州、开滦矿区的支架上应用，并取得了较好的效果。（3） 液压支架的发展趋势随着科学技术的高速发展。新技术、新方法、新材料的不断应用，微机和计算机技术进一步普及，为液压支架的发展提供了有利的条件。目前，液压支架研究发展趋

30、势主要有以下几个：1. 液压支架的结构形式正朝着简单实用方向发展，如液压支架的架型明显地向两柱掩护式支架和四柱支撑式掩护式支架发展。2. 在已有支架设计与应用经验的基础上，将有限元和计算机辅助设计相结合，研究支架的智能化设计方法、结构与参数的优化，进一步提高支架的科学性、可靠性以及结构的优化性。其中在设计中应注意以下几个方面：提高液压支架的设计强度，加大支架的工作阻力，加大支架的设计强度系数，还有选材等方面；如何提高支架的移架速度；改进支架个别部件结构，加大联结件强度。3. 改进制造工艺，保证制造质量；对支架的阀类，从材料、热处理、加工条件和密封件入手，制定更严格的质量和抗腐蚀标准。4. 对不

31、稳定顶板、松软底板、地质构造较复杂等特殊条件，加大投入，研制大量的特殊支架，以适用不同的开采条件。5. 采用新型元件与材质，可减轻支架重量，提高支架性能和使用寿命。6. 结构上寻求克服四连杆的新型架型。7.快速支架电液控制系统的研制和投入，研究支架的遥控、程控控制和性能自动监控，为回采工作面的半自动化与自动化创造条件。1.2薄煤层开采的重要意义我国薄煤层资源丰富，分布广泛，据统计，1.3m以下的煤层可采储量约占全部可采储量的20%，全国薄煤层和极薄煤层可采储量分别占16.9%和2.8%。在一些地区薄煤层储量比重很大，如四川省为60%，山东省为54%，黑龙江省为51%，贵州省为37%。特别是南方

32、地区，薄煤层储量所占比重更大，而且薄煤层分布广，煤质好。西南片区基本以薄煤层为主，粗略统计，仅四川省和重庆市国有统配局煤矿就有薄煤层储量1.5亿吨以上，很多薄煤层煤质好，具有较高的开采价值，可开采年限长。长期以来，由于薄煤层开采高度低，工作面作业空间狭窄，工人劳动强度大，特别是煤层埋藏深，地质条件复杂，断层多，矿压大，造成薄煤层开采经济效益低下。同时，我国薄煤层开采工艺和技术装备较为落后，致使大量薄煤层煤炭资源处于搁置状态，缩短了矿井服务期限。特别是各矿区在投产初期从提高经济效益出发，优先开采中厚煤层和厚煤层，造成生产接续和资源平衡开采之间的矛盾日益突出。因此，薄煤层的开采显得更加迫切，且意义

33、重大。1.3薄煤层开采技术现状及发展我国薄煤层的开采经历了几个发展阶段。20世纪50年代薄煤层开采主要使用炮采工艺。60年代开始使用深截煤机掏槽，爆破落煤；70年代薄煤层机组得到较大发展，分别研制出不同类型的刨煤机，包括钢丝绳牵引刨煤机、全液压驱动刨煤机和刮斗刨煤机等。目前，我国薄煤层开采的机械化程度还比较低，大多还是采用炮采，产量低、事故多、工人的工作环境恶劣。薄煤层采煤机作为薄煤层开采机械，由于受其本身结构的限制，0.8已是其开采下限，而且维修、操作不便，工人需在极低的工作面条件下跟机作业。1974年研制成功BM-100型薄煤层滚筒采煤机。在20世纪8090年代，我国曾研制了多种型号的刨煤

34、机（包括滑行刨煤机和拖钩刨煤机），以解决薄煤层的开采问题，并在一些局矿的使用中取得了不俗的成绩。90年代，天府矿务局和徐州矿务局，分别从俄罗斯和乌克兰引进了螺旋钻采煤机，2003年新汶矿业集团也引进了2台三钻头的螺旋钻采煤机，用于薄与极薄煤层的开采，使一些用传统采煤工艺不能开采的薄煤层、极薄煤层得到有效开采利用。然而由于推广的力度不够大，以及用户对这种形式的采煤机种也有一个逐步认识的过程，因此国内使用刨煤机的工作面还不多。近年来，刨煤机技术的开发取得了很大的进展，国产刨煤机在一些局矿的成功使用以及采用德国DBT公司生产的刨煤机主机与国内设备配套使用，在我国铁法、晋城、西山等地取得的一些成功经验

35、，使国内同行对采用刨煤机开采薄煤层有了许多新的认识。经多年摸索和实践，我国已成功研制生产出多种多电机驱动、变频调速、大功率、无链牵引采煤机，与之配套的液压支架、工作面输送机等，形成了薄煤层综合机械化采煤技术。其中薄煤层采煤机主要型号有：MG-375AW，MG270/330BWD，MG2100/456-WD， MG-200/500BWD，MG-25O/550BWD，MGN132/316-DW，MG-240/300WD等，适应煤厚l-2m，有的机型将最小采高降到0.8m。1.4薄煤层液压支架的结构特点薄煤层液压支架的结构特点是：（1）伸缩比大立柱大多采用双伸缩立柱，薄煤层支架高度低，操作不太方便，

36、立柱很少采用带机械加长段结构。为满足大伸缩比的要求，特别是掩护式液压支架，立柱倾角较大，在低位状态工作时，支护效率较低。（2）人行通道困难对于薄煤层支架，如何设置人行通道是十分重要的。在瓦斯含量大、对通风有特殊要求的综采工作面，大多设计成双人行通道。支撑掩护式支架的前立柱前留有人行通道，在前、后柱间再设计一个人行通道，二柱掩护式支架立柱前后各设一通道这样有利于通风，便于行人。对于通风没有特殊要求的综采工作面，大多设计成二柱掩护式液压支架，在柱前设置人行通道。（3）梁体薄薄煤层支架由于其伸缩比大，且最低高度很低，所以结构件设计既要满足强度要求，又要截面高度尺寸尽可能小。为此，结构件大多采用高强度

37、钢板、箱形结构，顶梁前部有的设计成板式结构，甚至是几层弹簧钢板叠加。（4）结构交叉布置薄煤层支架由于其最低位置的高度十分低，结构件除了尽量薄之外，结构件间尽量采用空间交错布置，所以，前连杆大多设计成单连杆，后连杆设计成双连杆，在最低位置时，前、后连杆可以侧投影重叠而不干涉，底座设计成分底座、活连接，左右底座中间为推移机构布置的空间；对于两柱掩护式支架，平衡千斤顶和推移液压缸采取交错布置，以满足最大重合度。由于柱前大多为人行通道，所以薄煤层支架推杆前部大多设计成板式，厚度为5070mm。人行通道最小要求宽0.6m，净高0.4m。（5）简化结构薄煤层支架结构要尽量简单，以减少事故，顶梁可设计成整梁

38、，适当加宽顶梁宽度，一般可不设置活动侧护板。（6）提高控制系统自动化薄煤层工作面行人困难，所以操作系统最好实现成组控制、自动控制或邻架控制，以减轻工人体力劳动和提高安全程度、工作效率及产量。2 液压支架设计方案论证2.1液压支架工作条件工作面煤层厚度0.8-1.2m，平均厚度1.0m，煤层厚度稳定，结构复杂，煤质良好。煤层倾角15o-20o,平均17o。密度为1.65t/m3。煤层直接顶板为4.0-5.0m粉砂岩，硬度f=3.0左右属于1类顶板。基本顶为II级。底板为II级。2.2液压支架设计方案2.2.1支架架型选择液压支架选型必须考虑的主要地质和采矿条件是：直接顶稳定性类型；基本顶级别及相

39、应的矿压显现参数（初次和周期来压步距，来压时载荷，直接顶厚度）；底板类别及相应的力学参数；截高、煤层强度、节理方向、煤层厚度变化；煤层倾角和工作面推进方向；瓦斯等级和必要的通风断面等。（1） 液压支架选型要素已知地质和采矿条件，进行液压支架结构选型时，必须考虑支架力学特征和对围岩的适应性，作出模糊评价，进一步考虑不同架型和结构的支架围岩力学相互作用、支撑力矩、底板比压等特点，掩护式和支撑掩护式支架的围岩适应性进行比较的结果见表2.1。表2.1 不同结构液压支架的力学特性支架架型结构特性主要力学特征对围岩适应性的评价掩护式支掩式二柱支掩掩护式支架支撑力较小，底板比压均匀，主动水平力较大基本顶I、

40、II级岩层组合支顶式二柱支顶掩护式支架承载力大，稳定性好，底座尖端比压较大，对顶板的主动水平力大，前端支撑力大适应直接顶1、2、3类，基本顶I、II、III级，底板II类以上。I类底板需限制支架对底板尖端比压支撑掩护式支顶支掩四柱支顶支掩式稳定性好，抗水平力强，比压均匀，但支撑能力利用率低主要适应2、3类直接顶，II、III级基本顶支顶式四柱X型顶梁合力调节范围大，伸缩比大，承载力高主要适于薄煤层四柱支撑掩护式承载力大，切顶能力强，比压较均匀主要适于2、3、4类直接顶，II、III、IV级基本顶，底板类别不限（2） 液压支架选型建议对于具体条件下的液压支架选型，必须考虑该条件的直接顶类型、基本

41、顶级别、底板类型。对各种典型围岩结构组合，从有利于改善支架与围岩适应性方面，MT554-1996采煤工作面顶板分类的附件中提出了液压支架选型的建议，见表2.2。表2.2 围岩类型与支架选型建议直接顶类别基本顶来压级别底板类别液压支架121234II、II支掩掩护式轻型支顶掩护式III、II支顶掩护式支掩掩护式I、III、II支顶掩护式支掩掩护式IIII、II支顶掩护式支掩掩护式I、II、IIII、II支撑掩护式支顶掩护式II、IIIIII、IV支撑掩护式支顶掩护式IVIII、IV强力支撑掩护式（短顶梁，大流量安全阀） 根据本次设计液压支架的工作条件，参照表2.2最终选定液压支架的架型为两柱支顶

42、掩护式。2.2.2支架支撑高度由煤层的厚度、运输条件及当前液压支架发展的现状，确定煤层的平均截高，从而确定支架的高度。支架最大结构高度 支架最小结构高度 式中、煤层最大、最小截高，；考虑伪顶冒落的最大厚度，对于薄煤层支架取；顶板的最大下沉量，对于薄煤层支架取。综合考虑本次设计液压支架的工作条件，最终选取该液压支架的结构高度。最大结构高度为；最小结构高度为 。支架的最大结构高度和最小结构高度之比称为液压支架的伸缩比。所以，该支架的伸缩比为。2.2.3支架中心距和宽度液压支架中心距一般等于工作面一节溜槽的长度。目前，液压支架中心距大部分采用1.5m。大采高支架为提高稳定性中心距可采用1.75m，轻

43、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1.25m。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170200mm。当支架中心距为1.5m时，最小宽度一般取14001430mm，最大宽度一般取15701600mm。当支架中心距为1.75m时，最小宽度一般取16501680mm，最大宽度一般取18501880mm。当支架中心距为1.25m时，如果顶梁带有活动侧护板，则最小宽度取11501180mm，最大宽度取13201350mm；如果顶梁不带活动侧护板，则宽度一般取11501200mm。本次设计取液压支架中

44、心距为1.5m。为了使支架对不同顶板有更强的适应性，本支架顶梁带有单侧活动侧护板，选取支架宽度为14001600mm。2.2.4支架的工作方式综采工作面的主要生产工序有采煤、移架和推溜。三个工序的不同组合顺序，可形成液压支架的三种支护方式，从而决定工作面“三机”的不同配套关系。（1） 即时支护一般循环方式为：割煤移架推溜。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：割煤推溜移架。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） 复合支护一般循环方式为：割煤支架伸出伸缩梁推溜

45、收回伸缩梁移架。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。支架工作方式对顶梁长度影响很大，如图2.1所示，即时支护要求顶梁有较大长度；滞后支护要求顶梁长度较短。这是因为采用即时支护的支护方式时，支架要超前输送机一个步距，以便采煤机过后，支架能即时前移，支控新暴露的顶板，做到即时支护。因此，即时支护石顶梁长度要比滞后支护时的顶梁长度长一个步距。图2.1 支架工作方式比较 本次设计顶梁为整体顶梁，没有伸缩梁和护帮板，故为了不使顶板暴露时间过长，采用即时支护的工作方式。2.2.5配套设备本次设计液压支架选取的

46、配套设备为：采煤机：MG 160/360-WD刮板输送机：SGZ 630/220具体配套尺寸见图2.2图2.2 液压知己配套设备尺寸3 液压支架的结构设计3.1双纽线机构双纽线机构又称为支架四连杆机构，是液压支架的掩护梁与支架底座之间用前、后连杆联接形成的四连杆机构。如图3.1所示，支架升、降时，顶梁前端可沿双纽线移动，使梁端距变化较小。双纽线机构对液压支架的运动起着至关重要的作用，因此，对液压支架的研究往往离不开对双纽线的认识和研究。3.1.1双纽线机构的作用双纽线机构的作用主要有以下两点：（1）采用四连杆机构来保证支架的纵向和横向稳定性，承受并传递外载荷以及保持支架的整体刚度。（2）当支架

47、高度从高到低变化时，借助双纽线机构使支架梁端距运动轨迹呈近似双纽线，从而使支架顶梁的前端点与煤壁间的距离的变化大大减小，提高了管理顶板的性能。3.1.2双纽线机构的几何特征（1） 支架从最高高度降到最低高度时，如图3.1所示，顶梁端点运动轨迹的最大宽度mm，最好为30mm以下。图3.1 双纽线机构的几何特征（2） 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3.1所示，应满足以下要求：支架在最高位置时，；支架在最低位置时，考虑矸石便于下滑，以防矸石停留在掩护梁上，根据物理学摩擦理论可知，其中f为钢和矸石的静摩擦系数，一般为0.150.3。若取，则，求得，设计

48、中一般可取。而Q角主要考虑掩护梁底部距底板要有一定的距离，防止支架后部冒落的岩石卡住后连杆，使支架不能降下来，一般取，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。（3）由图3.1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，设计时，要使满足范围内，主要原因是角直接影响支架承受附加力的数值大小。（4）应取顶梁前端点运动轨迹双纽线向前凸的一段为支架的工作段，如图2.1所示的h段。其原因是当顶板来压时，立柱被压下缩，使顶梁有向前移动的趋势，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，使整个支架产生顺时针转动的趋势，从而增加了顶梁前端

49、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。由以上分析可知，为使支架受力合理且工作可靠，在设计双纽线机构的曲线运动轨迹时，应尽量使支架工作在曲线向前凸的一段，所以，当已知掩护梁和后连杆的长度时，从这个观点出发，设计时，只要把掩护梁和后连杆简化为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3.2所示。由图3.2可以看出，当掩护梁和后连杆已知，只要得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e点向下作近似直线运动，在掩护梁上必有一点在运动中有一段近似

50、圆弧轨迹，因此，只要找到这个圆弧轨迹的曲率半径和曲率中心，就可以确定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，在掩护梁的上铰点所做的运动轨迹上任找几点（为作图方便起见，可找出支架上高、中、低三个位置时上铰点运动轨迹上的三点），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，这样双纽线机构就可以确定了。图3.2 掩护梁和后连杆构成的曲柄滑块机构3.1.3双纽线机构的几何作图法双纽线机构设计的几何作图法可按如下步骤进行。（1） 确定掩护梁上绞点与顶梁顶面之距和后连杆下铰点与底座底面之距掩护梁上绞点与顶梁顶面之距根据支架最大高度确定,一般支架取15020

51、0mm，重型支架取210260mm。本文薄煤层支架应尽量小，取125mm。后连杆下铰点与底座底面之距根据支架最小高度确定，薄煤层支架取150250mm，中厚煤层支架取250450mm，大采高支架取450600mm。本文所设计支架最低高度为700mm，已接近为极薄煤层，故取125mm。（2） 掩护梁和后连杆长度确定用解析法来确定掩护梁及后连杆的长度，如图3.3所示。设 G掩护梁长度，mm； A后连杆长度，mm； L2点引垂线到后连杆下铰点之距，mm； H1支架最高位置时的计算高度，mm； H2支架最低位置时的计算高度，mm； 图3.3 掩护梁与后连杆长度的确定从几何关系可以列出以下两式： （3-

52、1） （3-2） 将式（3-1）和（3-2）联立可得： （3-3）按双纽线机构的几何特征要求，选定：，；，。由上述各值，可以求得：一般情况，掩护式支架的；故符合要求。支架在最高位置时的计算高度为： （3-4）根据的值和式（3-4）可以求得掩护梁长度G和后连杆长度A：掩护梁长度为：后连杆长度为：薄煤层液压支架为了防止冒落岩石砸坏掩护梁，可以减少后连杆长度与掩护梁长度的比值，从而可以减少后连杆与掩护梁铰点处至后连杆下铰点的距离，所以，应该适当增大掩护梁长度，减小后连杆长度。综合考虑后本设计取后连杆长度；后连杆长度；后连杆与掩护梁的长度比值。 根据所取掩护梁和后连杆长度，重新计算出各角度为：，；，。

53、（3） 双纽线机构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尺寸，作图步骤如下：1 确定后连杆下铰点O点的位置，由上文可知，O点距底面距离为125mm。2 过O点作与底面平行的水平线H-H。3 过O点作与H-H线成夹角为的斜线。4 以O点为圆心，以A为半径作圆，与该直线相交于a点，即为后连杆与掩护梁的上铰点。5 过a点作一条与水平线H-H夹角为直线。6 以a点为圆心，以G为半径作圆，与该直线相交于点，即为掩护梁、与顶梁的铰点。7 过点作一条直线与水平线H-H平行的直线F-F，则H-H线与F-F线的距离为H1，即为液压支架在最高位置的计算高度。8 去掩护梁上前后连杆的距离，取，以a点为圆心，以为半径作圆，即为前连杆的上铰点。9 过点作F-F线的垂线（认为液压支架由