毕业设计-本设计论文设计论文这类支撑掩护式液压支架.doc

河南理工大学2011毕业设计说明书（论文）
摘要
液压支架的出现，把回采工作面的支护技术从手工支护发展到机械化支护,它作为回采工作面的一种支护设备，在工作过程中能否取得良好的支护效果，取决于支架的架型，结构和相关参数。本课题主要讲述的是：首先对液压支架作了简单的概述；接着分析了液压支架的选型原则及题目的具体要求；然后根据这些设计准则与计算选型方法按照给定参数要求进行选型设计；接着对所选择的液压支架的液压系统各主要液压元器件进行了选型与设计，这其中底座和四连杆的设计是主要内容，而液压系统的基本回路的设计是液压系统设计的主要内容，它直接关系到液压支架是否能按要求工作，在完成本设计的过程中，利用理论分析的同时，也采用了许多实际经验，做到理论与实践相结合。
关键词 ：支撑掩护式支架 四连杆设计 底座
58

Abstract
Since hydraulic support appeared,the technology of support has been developed form manual support to mechanical support on the working face.The hydraulic support described is a part of the mining industry equipment in the mine, used for protection of working environment in the gallery. It works well or bad at work basing on its support mode, frame and some parameters. In the task,firstly, the optimal values of some parameters of the leading four-bar mechanism are determined by using Visual Basic. Secondly, ascertain the capability of hydraulic support. Nextly, the model is founded with the two-dimensional software, autoCAD， the three-dimensional software, and also do the Simulink, SimMechanics and simple analysis. Then on the base of mechanic model of support-surrounding, the mechanism and loads on the support is decided. The next work, with the condition of the design, the main mechanics of hydraulic support is analyzed and calculated by plane and spatial model. Finally, the under frame, top beam cave shield, wrists and hydraulic column are analyzed by calculation. And draw out all the process drawings. During the course of doing the paper, author not only analyses something theoretical, but also adopted a lot of actual experiences. Combining theory and practice. Therefore, the paper possesses theory and practical value, so it measures up the requiring of the nation to the undergraduate.
Key words: Shield support bracket Four-link design Base

目录
摘要 1
Abstract 2
前言 1
1.1国内外研究状况 2
1.1.1 国外概况 2
1.1.2国内概况 4
1.2技术特点及最新发展 4
1.2.1技术特点 4
1.2.2最新发展 5
1.3液压支架的组成和用途 6
1.3.1液压支架的组成 6
1.3.2液压支架的用途 6
1.4液压支架的工作原理 7
1.4.1升柱 7
1.4.2降柱 7
1.4.3支架和输送机前移 7
1.5液压支架的承载结构件 8
1.5.1顶梁 8
1.5.2掩护梁 9
1.5.3前后连杆 9
1.5.4侧护板 9
1.5.5立柱 10
1.5.6千斤顶 10
1.6液压支架的控制元件 10
1.6.1安全阀 10
1.6.2液控单向阀 11
1.6.3操纵阀 11
1.6.4挡矸装置 11
1.6.5复位装置 11
1.7液压系统和辅助装置 11
1.7.1液压系统 11
1.7.2辅助装置 13
1.7.3 推移装置 13
1.7.4活动侧护板 13
1.7.5护帮装置 15
1.7.6 防倒防滑装置 15
2液压支架设计的基本要求 17
2.1液压支架设计目的、要求和设计支架必要的基本参数 17
2.1.1设计目的 17
2.1.2液压支架的基本要求 17
2.1.3设计液压支架必需的基本参数 18
2.1.4液压支架的选型 18
2.1.5 液压支架设计的原始条件 22
3顶梁、掩护梁、底座的分析 24
3.1液压支架的顶梁 24
3.1.1支撑式液压支架的顶梁结构 24
3.1.2掩护式液压支架的顶梁结构 25
3.1.3支撑掩护式液压支架的顶梁结构 26
3.1.4顶梁的断面形状 26
3.2液压支架的掩护梁 27
3.2.1掩护梁的结构 27
3.3液压支架的底座 28
3.3.1底座的结构型式 28
3.4液压支架的载荷分析 30
3.4.1液压支架的支撑力分布 30
3.4.2液压支架的支撑力与承载的关系 30
3.4.3 掩护式支架的特点和支撑力分布 30
3.4.4掩护式支架在不同的顶板条件下承载分析 30
3.5掩护梁、底座受力分析及计算 32
3.5.1掩护梁计算 32
3.5.2支架高度、支架间距、顶梁、底座长度及四连杆的确定 32
3.5.2顶梁的受力计算 40
3.5.3掩护梁的受力分析 42
3.5.4底座的受力分析 44
3.6强度校核 46
3.6.1掩护梁的强度计算与校核 46
3.6.2底座强度校核 52
3.6.3前后连杆强度校核 54
结束语 56
致谢 57
参考文献 58

前言
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。
本设计论文则设计层煤厚度在3.60米到3.05米，老顶级别为三级，直接顶类别为一类的支撑掩护式液压支架的设计。其架型特点支柱两排，每排1到2根。多呈倾斜布置，靠采空区一侧，装有掩护梁和四连杆机构。安的支撑力大，切顶性能好，防护性能好，结构稳定，这类支架适用于直接顶为中等稳定。老顶有明显或强烈周期来压。瓦斯含量较大的中厚或厚煤层中。因此本设计设计这类支撑掩护式液压支架。
1液压支架的相关概述
1.1国内外研究状况
1.1.1 国外概况
80年代以来，世界上主要采煤国家高产高效综采技术迅速发展，特别是在美国，大利亚，德国，英国和南非发展最快。综采工作面高产高效纪录不断刷新，综采装新技术层出不穷，尤其以德国和英国最为突出。现代科学技术的发展使得井下开采机械化和自动化水平不断提高，采用大功率、高可靠性、重型设备己经成为世界采方式的发展趋势，其中尤以美国、德国的高度集中化综采高产高效工作面为代表。着采掘技术的不断进步，大大提高了综采高产高效工作面的适应性。
采煤机近年来，采煤机的截割速度一直在增加。目前采煤机的截割速度一般在每0.2米~0.25米 。一些新研究开发出来的采煤机的截割速度达到了每秒0.4米~0.6。采用计算机人工智能控制的采煤机以及具备超前防护功能液压支架的应用，使长工作面的生产能力和效率持续得到改善。
内置式多功能徽处理机和控制系统的使用，是近几年在采煤机控制技术方面取得重大进步。微处理机的应用功能的增加使采煤机生产能力和性能大为改进。另外，工智能装置的采用，使采煤机增加了动态控制与故障处理能力。安装在采煤机上的算机人工智能系统，可根据煤层地质条件的实际变化情况，自动地改变采煤机的运状态参数。采煤机截割速度、截割滚筒和挡煤板的位置等可通过程序来进行控制。
而今，在采煤机的控制技术方面，普遍要求实现红外线监控，并具有图像/数字输系统。目前市场的发展趋势正在朝着图像/数字传输系统方向发展，以实现在地自动控制工作面采煤机作业。工作面液压支架 一些高产高效工作面液压支架设计使用寿命要大于5万个循。在设计和制造支架时，应用有限元分析法、动态与静态加载测试等研究分析手段验证其可靠性和稳定性。支架形式普遍采用二柱式，立柱的直径也增加到400毫米以上，大型支架立柱的直径在掩护支点至立柱柱窝间的中心距达到1.75米时，必须具有足够的支护强度。为满足采煤机截割深度大于1000毫米的要求，不仅需要增加支架顶梁的长度，也要求增加支架的支护强度，于是就有必要增加支架立柱的直径，以满足增加支撑力的要求。
工作面输送机 长壁工作面输送机不仅是运输煤炭的设备，也是采煤机运行的轨道。随着长壁采煤工作面长度的增加和煤炭产量的不断增长，工作面输送机的直径也不断增大。现阶段，高产长壁工作面输送机溜槽宽度通常为1342毫米，采用直径为423毫米双边链，总装机功率2220千瓦。这种输送机用于长度为300米的工作面，小时运输量可达到5000吨。为保证高产长壁工作面输送机达到这一运输能力，就必须满足输送机全载启动运行时有较高的启动电压和启动功率。高产高效矿井的重要标志反映为工作面产鱼、全员工效。由于地质条件和采煤方法不同，各主要采煤国家如美国、澳大利亚、德国、英国等国工作面产里不尽相同。然而，各国日产超过万t的工作面数里逐年增多，而且产盆纪录不断刷新。
美国长壁综采工作面的产里一直处于世界领先地位。1994年，在美国现有的长壁综采工作面中，有15%的工作面平均班产超过6000吨，相当于年产400多万t水平，月产最高达到万to澳大利亚近十多年来综采技术发展很快，长壁工作面数I成倍增长，相当部分工作面产童达到了300400万t。英国和德国是世界上综采技术装备最先进的国家，由于受其煤层赋存条件的限制，其高产高效工作面纪录不如美国和澳大利亚，但日产万t以上的工作面也相当多，19%年德国friedrich heinrich4矿1.5m薄煤层工作面也曾实现日产1.6万t。
近几年来，随着煤矿开采技术和设备的发展，各主要产煤发达国家工作面产鱼纪录不断刷新，煤矿生产高产高效的优势得到充分体现。有资料表明，美国、德国、澳大利亚等发达国家采用长壁综合机械化开采工艺，大功率、重型化采矿设备，工作面单产水平获得大幅度提高，平均月产已达到50万t。美国塞普路斯·二十英里矿1998年全矿井(一个综采面煤层厚度2.9-3m,埋藏深度335m，工作面尺寸259 X 5488m.)生产煤炭990万t.,月产商品煤 102万t，日产达到了43115t的水平。主要设备:EL3000型强力电牵引采煤机:截割电机2 X 600Kw，变频牵引电机2 X l00kw，总功率1426Kw;PF4型交叉侧卸重型刮板输送机:运输能力45oat/h,装机功率3 X 750kw，封底溜槽1750 X 1200 X 355mm, 42/46 X 146mm紧凑型圆环链，RB/CST软启动装置，中部槽过煤量预计15Mt;液压支架:DBT公司二柱掩护式支架，PM4红外线引动电液控制系统。工作面设备总功率达6400kw,设计生产能力达2500-3000t/ha 1998年，在德国费力特里西。海因里希矿区的杰兰德煤矿，工作面面长430m,煤层厚度2. 8m，用SL300艾柯夫采煤机、两柱掩护式支架，日产商品煤达20262t.
1.1.2国内概况
我国从1993年至今，己累计建成高产高效矿井超过120处〔2000年底统计)，原煤产量从16806万t提高到24246万t，在矿员1由318875人减到149246人，采面由平均 329.85个减少到230.46个，原煤全员工效从2. 509t/工提高到7. 736t/工，经济效益增长显著。
目前，国内中厚煤层一次采全高工作面采用国产设备已实现年产300万t以上;充州矿区高产高效综采放顶煤工作面成套设备及工艺的研制成功，使我国放顶煤开采技术的发展跨上了一个新台阶，充州矿区放顶煤工作面年产已达600多万to一次采全高工作面要实现年产300万t以上目标，国内仍以进口设备为主。神华集团榆家梁矿2002年引进德国艾柯夫公司生产的SL500型采煤机，当年5月投入使用不久，平均日产就达到2.5苏t, 7月最高日产达3.6万t,最高月产近40万t。山西晋城无烟煤矿业集团寺河矿2002年引进SL500型采煤机，当年8月投入使用，最高日产达2.6万t。
1.2技术特点及最新发展
1.2.1技术特点
高产高效矿井的核心就是工作面设备可靠性高、备用安全系数大，生产能力大。生产特征表现为生产高度集中化，形成一个矿井、一个采区、一个 (两个)采面的生产模式。
矿井生产系统极大简化，矿井的开拓、掘进、运输、通风、排水、供电变得更加简单，提高了生产的安全性，减少了大量巷道的掘进和维护，大幅度降低了生产成本。同时，矿井生产管理也更加科学化合理化。
矿井辅助配套装备技术得到发展和提高，如工作面顺槽巷道实现快速掘进和支护;矿井原煤运输实现长距离皮带化;材料、设备、人员运输通过柴油机胶轮车、齿轨或卡轨车可从地面或井底直接到达工作面现场;工作面设备实现快谏搬迁。
1.2.2最新发展
1为了适应生产能力和快速推进及减少搬家倒面的需要，工作面尺寸不断加大，工作面最大长度达400m以上，走向最大长度达4500m.
2套设备趋于大功率、高可靠性的方向发展，并广泛应用新技术。主要表现有以下几个方面:
a采煤机的模块化设计技术使机器的维护和监测更加简便，可靠性更高。①交流变频调速或直流调速电牵引，牵引速度不断提高，最大牵引速度已达到35m/min;②大功率、高电压、大截深。采煤机总装机功率可达1500^V2004kw。现行1100v工作电压已不适应大功率采煤机的要求，美国目前常用电压为2300v，部分工作面开始使用4160v电压;英国、澳大利亚使用3300v电压;法国使用5000、电压:波兰使用6000v电压。采煤机截深达到1-1.2m;多电机驱动，横向布置，积木式结构，各单元之间没有机械动力传动，简单可靠;④采用光电和传感技术，可实现自动识别，滚筒自动导向，其实质是煤岩界面探测技术，它能自动识别煤岩界面，并据此自动调节滚筒截割高度;⑥煤尘控制和故障诊断系统。
b工作面刮板输送机最大工作长度可达到430m，最大槽宽达1200rnm,最大输送能力达5000tlb，最大功率超过2000kw.①结构上采用交叉侧卸式机头、整体铸造或组合焊接封底溜槽，减少了螺栓联接，提高了可靠性，使用寿命达到600-1200万t过煤量;②采用{D42mm. (D46mm大直径刮板链;③采用CST软启动技术或双速电机技术，大大改善了刮板运输机的工况、提高了输送机的可靠性，使链子和链轮的寿命加倍，④故障诊断和工况监测技术，可以连续监测输送机各部件的运行状态，进行故障诊断和报曹。顺槽转载机装机功率最大已达到525kw，具备自移功能。1顶槽胶带输送机普遍采用液粘差速或变频调速及多电机功率均衡驱动技术，输送能力达到2000-3500tlh,输送距离达到2000^--4000m,胶带运行速度不断提高，驱动功率超过2000kw>液压支架工作阻力达7000^-8000kN，个别达到11000kN，中心距1.75m，最大达2m，支架整机寿命大大提高。结构件材料越来越多地采用高强度钥材，例如屈服极限690MPa以上的钢板，支架的耐久性试验循环次数达50000次，寿命达14年以上;液压缸的密封材料均采用聚氨脂，使用寿命比橡胶密封圈能提高一倍以上。发达国家如美国、澳大利亚等国家普遍以两柱掩护式为主，并有87. 5%的工作面配备电液控制系统，配以大流盈控制系统，移架速度可达6-8x1架。
1.3液压支架的组成和用途
1.3.1液压支架的组成
液压支架由顶梁、底座、掩护梁、立柱、推移装置、操纵控制系统等主要部分组成。
1.3.2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。而液压支架是以高液体作为动力，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。
1.4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。
1.4.1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紧紧接触顶板。
1.4.2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。
1.4.3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对活塞杆腔，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；当需要推输送机时，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，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，如图所示。

图 支架的工作特性曲线
Fig .1-1 line of support work characteristic
t0—初撑阶段； t1—增阻阶段； t2—恒阻阶段；
p1—初撑力； p2—工作阻力
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。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，支架的液控单向阀关闭，立柱下腔压力达到初撑力，此阶段为初撑力阶段t0；支架初撑力后，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正压力，立柱下腔压力达到工作阻力。此阶段为增阻阶段t1；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，使顶板压力减少，立柱下腔压力降低，当低于安全阀压力调整值后，安全阀停止溢流，这样在安全阀调整压力的限止下，压力曲线随时间呈波浪形变化，此阶段为恒阻阶段t2。
1.5液压支架的承载结构件
1.5.1顶梁
直接与顶板相接触并承受顶板载荷的支架部分叫顶梁。支架通过顶梁实现支撑、管理顶板功能。顶梁一般由两种结构形式：一种为整体顶梁，这种顶梁的梁体较长，结构简单，能顺利通过顶板局部冒落凹坑，但对顶板台阶的适应能力差；另一种为分段顶梁，即顶梁分为前梁和后梁两部分，前梁又可分为伸缩式活动前梁、铰接式活动前梁或兼而有之的活动前梁。由于分段顶梁铰接处的纵向间隙和销轴可以允许各段之间相互有稍许扭转，因而比整体顶梁容易满足港督要求。
伸缩式活动前梁可在伸缩千斤顶的作用下向煤壁方向伸出和缩回，及时支护采煤机割煤后所暴露的顶板，实现立即支护。当采煤工作面出现较严重的片帮时，伸缩梁可直接插入煤壁进行支护。因此，在顶板破碎、片帮现象严重的工作能，多采用带伸缩式活动前梁的支架。
铰接式活动前梁又称摆梁，即在前梁千斤顶的作用下，可沿与顶梁铰接的铰接轴向上或向下摆动一定角度，以改善支架的接顶情况，从而可提高支架对靠近煤壁顶板的支撑能力。
1.5.2掩护梁
阻挡采空区冒落的干湿窜入工作面并承受采空区冒落矸石的载荷和承受顶板通过顶梁传递的水平推力的部件叫掩护梁。掩护梁是掩护式和支撑掩护式支架的特征部件之一。掩护梁与前后连杆、底座共同组成四连杆机构，承受支架的水平分力。当底板不平时，掩护梁还将承受扭转载荷。掩护梁一般做成箱式整体结构，也有做成左、右对分结构的。
1.5.3前后连杆
前后连杆只有掩护式和支撑掩护式支架才安设。前后连杆与掩护梁、底座组成的四连杆机构，即可承受支架的水平分力，又可使掩护梁的铰接点在支架的调高范围内做近似的直线运动，使支架的梁端距基本保持不变，从而提高了支架控制的可靠性。前后连杆一般采用箱形分体式结构，即左、右各一件。后连杆常常用钢板将两个箱形结构连接在一起。
底座
直接与底板相接触，承受立柱传来的顶板压力并将其传递至底板的部件叫底座。支架通过底座与推移装置相连，以实现自身前移和推移输送机前移。
1.5.4侧护板
目前生产的掩护式和支撑掩护式支架都具有较完善的侧护装置，不仅掩护梁两侧有侧护板，而且主梁或整体顶梁从前排立柱到顶梁后端的两侧也有侧护板。侧护板的作用是：
a.消除相邻支架掩护梁和顶梁之间的架间间隙，防止冒落矸石进入支护空间；
b.作为支架移架过程中的导向板；
c.防止支架降落后倾倒；
d.调整支架的间距。
支架工作时一侧的侧护板是固定的，另一侧为活动的。制造时，通常两侧侧护板做成对称的；安装时，可按需要将一侧侧护板用螺栓或销子固定在顶梁和掩护梁上。按侧护板和掩护梁或顶梁上板面关系，侧护板有上复式、埋伏式、抽出式和拆页式等几种结构型式。
液压支架的执行元件
执行元件包括立柱和各种千斤顶。
1.5.5立柱
支架上凡是支撑在顶梁（或掩护梁）和底座之间直接或间接承受顶板载荷、调节支护高度的液压缸称为立柱。立柱式液压支架的主要动力元件，可分为单伸缩和双伸缩两种。单伸缩立柱调高范围较小，但结构简单、成本低；双伸缩立柱则与之相反。有的立柱两端还有机械加长段。立柱两端一般采用球面结合形式与顶梁和底座铰接。
1.5.6千斤顶
液压支架中除立柱以外的液压缸均称为千斤顶，依其功能分别为前梁千斤顶、推移千斤顶、侧推千斤顶、平衡千斤顶、护帮千斤顶和复位千斤顶等。由于前梁千斤顶也承受由铰接前梁传递的部分顶板载荷，所以结构与立柱基本相同，只是长度和行程较短，也有人称它为短柱。平衡千斤顶是掩护式支架独有的，其两端分别与掩护梁和顶梁铰接，主要用于改善顶梁的界定接顶状况，改变顶梁的载荷分布。
当支架设置防倒防滑装置时，还设有各种防倒、防滑千斤顶和调架千斤顶。
1.6液压支架的控制元件
液压支架的液压系统中所使用的控制元件主要有两大类：压力控制阀和方向控制阀。压力控制阀主要有安全阀；方向控制阀主要有液控单向阀、操纵阀等。
1.6.1安全阀
安全阀是支架液压控制系统中限定液体压力的元件。它的作用是保证液压支架具有可缩性和恒阻性。立柱和千斤顶用的安全阀，可按照立柱和千斤顶的额定工作阻力来调整开启压力。当立柱和千斤顶工作腔内的液体压力在外载荷作用下超过额定工作阻力，即超过安全阀的调定压力时，工作腔内的压力液可通过安全阀释放，达到卸压目的。卸载以后，工作腔内的压力低于调定压力时，安全阀自动关闭。在此过程中，可使立柱和千斤顶保持恒定的工作阻力，避免立柱、千斤顶过载损坏。
1.6.2液控单向阀
液控单向阀是液压支架的重要元件之一。它的作用是闭锁立柱或千斤顶的某一腔中的液体，使之承受外载产生的增加阻力，使立柱或千斤顶获得额定工作阻力。液控单向阀往往和安全阀组合在一起，组成控制阀。
1.6.3操纵阀
在支架液压控制系统中用来使液压缸换向，实现支架各个动作换向（分配）阀，习惯上称为操纵阀。操纵阀有转阀和滑阀二种类型。。
1.6.4挡矸装置
挡矸装置由悬挂在顶梁后端的挡矸帘或挡矸板构成，其作用是防止矸石从采空区涌入工作面。
1.6.5复位装置
复位装置是支撑式支架的特征装置。这是由于支撑式支架的顶梁、前后立柱和底座恰好形成四杆双曲柄机构，因而支架的结构是不稳定的，在侧向力的作用下，容易发生立柱倾斜现象。安设复位装置的目的就是为了使支架立柱保持在垂直于顶板的正确位置，使支架的结构稳定，具有抵抗顶板水平分力的能力。
1.7液压系统和辅助装置
1.7.1液压系统
该型式制假液压系统采用本架控制。有两种供液压力（高压32MPa，低压15MPa）,立柱、平衡千斤顶的下腔用高压，其余缸、腔用低压。在操纵阀上加了一块配液板6，通过其中的二个单向阀可使升柱时高、低压同时供液，以加快升架速度。而初撑力则有32MPa的压力提供，故初撑力大，能有效地防止顶板离层。

图 支架液压系统
1——平衡千斤顶8的操纵阀； 2——立柱7的操纵阀； 3——推移千斤顶
4——侧推千斤顶10的操纵阀； 5——配液板； 6——单向阀
7——立柱； 8——平衡千斤顶； 9——推移千斤顶； 10——侧推千斤顶
为使系统简化，在推溜油路上不设液控单向阀。但为了避免移架时输送机被往回拉，操作时应将相邻支架的推移千斤顶的操纵阀置于推溜阀位上。
平衡千斤顶两腔的油路上都有控制阀，即都可能成为承载腔，它推顶梁或拉顶梁，可以调节支撑力的作用位置，以适用不同的顶板。
所有安全阀的整定压力为38MPa，以便维修时调整和备件管理。
侧推千斤顶两腔油路上都有节流孔，使行程较短的侧推千斤顶动作较平稳。总回液管路上的单向阀7起背压作用，使支架动作平稳。
该支架的动作又升架、降架、前梁升降、平衡千斤顶推拉、推溜、移架和侧护板伸出与缩回。
1.7.2辅助装置
支架的辅助装置是指不直接承受顶板载荷，但又实现支架各种动作或功能所不可缺上的机构或构件。
1.7.3 推移装置
支架推移装置是实现支架自身前移和输送机前推的装置。一般由推移千斤顶、推杆或框架等到相传力杆件以及连接头等部件组成。其中推移千斤顶型式有普通式、差动式和浮动活塞式。普通式推移千斤顶通常是外供液普通活塞式双作用油缸；差动式推移千斤顶则利用交替单向阀的油路系统，使其减小推输送机力；浮动活塞式推移千斤顶的活塞可在活塞杆上滑动（保持密封），使活塞杆腔（上腔）供液时拉力与普通千斤顶相同。但在活塞腔供液时，使压力的作用面积仅为活塞杆断面，从而减小了推输送机力。
推移装置的结构型式：
⑴ 直接式，采用普通式或差动千斤顶，千斤顶的两端直接通过连接头，销轴分别与输送机和支架底座相连。支架移动时必须有专门的导向装置，而不能直接用千斤顶导向。这种推移装置可用于底座上专门导向装置的插腿式等支架，目前应用较少。
⑵ 平面短推杆式，通过推杆，千斤顶分别与输送机、支架相连，千斤顶多采用浮动活塞式，以减小推溜力。由于平面短推杆式与千斤顶位于同一轴线，故受力较好，同时，用推杆作导向装置，抗弯强度高，导向性能好。这种推移装置，由于推、拉力合理，导向简单、可靠、应用广泛。
⑶ 反拉长框架式，即用框架来改变千斤顶推拉力的作用方向，用千斤顶推力移支架，用拉力推输送机，在相同千斤顶条件下，移架力最大。一般用高强度圆钢制成框架，作为支架底座的导向装置。框架的一端与千斤顶缸底相连，另一端与输送机相连。由于框架长。框架的抗弯性能差，易变形，装卸不方面，不宜再短底座上采用，重量较大，成本较高。这种推移装置只需用普通千斤顶，推拉力合理，应用较广。所以ZY2500/13/32型液压支架选用此种推移装置。
1.7.4活动侧护板
⑴ 直角式活动侧板

图6-2直角式活动侧板

特点：① 挡矸，密封性能好。
② 活动侧护板的接触面积大，导向性好。
③ 可以调架，有利于支架的稳定性。
④ 结构较复杂、折装较困难。
适用条件：① 几乎所有的支撑掩护式支架都可采用。
② 既可用于顶梁，也适用于掩护梁与后连杆。
⑵ 折页式活动侧板
特点：a、挡矸、密封性差、易形成矸石漏斗。
b、移架时导向性能差。
c、结构简单、拆装更换比较方便。
适用条件：a、主要用于顶板比较稳定或坚硬顶板条件的支撑掩护式支架。
b、只能用于顶梁。
由上述活动侧板的特点和适用条件可选择：直角式活动侧板。
⑶ 侧护板尺寸确定
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，要保证相邻两架间侧护板不脱离接触。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，加宽的长度一般为从顶梁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100 mm，即相当于700 mm。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。
顶梁和掩护梁侧护板的顶面宽度，与活动侧护板的行程有关。由两台相邻支架的架间距离确定。
1.7.5护帮装置
一般情况下，当采高大于2.5m时支架都应配置护帮装置。护帮装置设在定量前端或伸缩梁的前部。使用时将护帮板推出，支托在煤壁上，起到护帮、防止片帮以及遮挡片帮煤的作用。护帮装置的基本型式有下垂式和普通翻转式。下垂式：仅有护帮板、千斤顶、限位挡块等主要部件组成，结构简单。但护帮板由垂直位置起向煤壁的摆动值一般较小，因此适应性差，一般用于采高2.5～3.5m，片帮不十分严重的工作面。普通翻转式除具有下垂式特点外，摆动值大，可回转180°，因此对梁端距变化与煤壁片帮程度的适应性强。适用于顶板比较稳定条件，使用较多。所以选用此种方式的护帮。
1.7.6 防倒防滑装置
当工作面倾角大于15°时，必须考虑液压支架的防倒、防滑问题。支架的防倒防滑措施很多，除了采煤工艺措施（伪斜）、移架顺序、及支架本身的稳定性之外，需要附加一些防倒防滑装置。
当倾角小于25°时，多在工作面下排头支架上安设有效的防倒防滑装置；而倾角大于25°时，除了在排头支架采用防倒防滑装置以外，还要根据倾角的大小、支架型式等因素。在液压支架上也要按设防倒防滑装置。
⑴ 防倒装置 有斜拉式和平拉式两种。斜拉式是由斜拉式千斤顶和圆环链组成。千斤顶的一端与需要防倒防滑的支架的顶梁相连，千斤顶另一端与上方的支架底座前下部相连，靠千斤顶的拉力起防倒作用。这种斜拉式防倒装置多用于掩护式和支撑掩护式支架工作面的排头支架。
⑵ 防滑装置 有兜角式、底调式和底推式几种型式。兜角式防滑装置的防滑千斤顶安装在排头支架的底座下侧，同千斤顶相连的圆环链通过导链筒与第三架底座后部的铰接座相连。当排头架降架后，收缩防滑千斤顶，即可将排头架底座后部往倾斜上方调整。
底调式防滑装置是将相邻支架的底座通过十字连接头与底调千斤顶相连，利用千斤顶的推拉力防止底座下滑，并可调整架间距离。
底推式防滑装置一般安设在底座的后下侧，由底推千斤顶和推杆组成，同邻架底座不连接，支架降架后，推出防滑千斤顶，顶往下方支架的底座，便可将本架底座上调，由于推底座的后部，效果较好，得到广泛应用，大多用于工作面支架。所以选用底推式防滑装置。
在此简要介绍我所设计的液压支架的特点：
1.二立柱倾斜支撑在顶梁上，属于直接支撑的掩护式支架。工作阻力和初撑力大，初撑力与工作阻力之比高达83%，支护强度和支撑效率均较高。
2.整体刚性底座，增加了支架的稳定性，降低了对底板的比压。
3.采用四连杆机构，梁端距变化小，其变化量仅为70mm。
4.顶梁、掩护梁和后连杆的两侧都有侧护板，使支架互相靠拢，防止矸石窜入工作空间。正常情况下靠每个推力为17.5KN的弹簧筒将侧护板推出；当煤层倾角较大，出现下滑需要调架时，侧推千斤顶伸出，将下滑的支架上推（每个千斤顶推力为57KN）。支架两侧的侧护板都是活动的，但在工作面工作时则一侧活动，另一侧固定。一般沿工作面倾斜方向上方的侧护板是固定的，下方是活动的。
5.当工作面倾角大于15°时，应增设防倒防滑装置，下排头支架要设防倒防滑千斤顶，工作面支架底座前部设调架千斤顶，工作面输送机设防滑千斤顶。
6.采用框架式推移装置，使移架力大于推溜力。
2液压支架设计的基本要求
2.1液压支架设计目的、要求和设计支架必要的基本参数
2.1.1设计目的
采用综合机械化采煤机械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要，必须大量生产综合机械化设备，迅速综合机械化采煤工作面（简称综合工作面）。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要量是很大的。
由于不同采煤工作面的顶板条件、煤层厚度、煤层倾角、煤层物理机械性质等的不同，对不同液压支架的需求也不同。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的液压支架。因此，液压支架的设计工作是很重要的。由于液压支架的类很多，因此其设计工作量也是很大的，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。
2.1.2液压支架的基本要求
1为了满足采煤工艺及地制条件的要求，液压支架是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。推溜力一般力为100KN左右；移架力按煤层厚度而定，薄煤层一般为100KN～150KN，中厚煤炭一般为150KN至250KN。厚煤层一般为300KN～400KN。
3防止性能要好。
4排矸性能好。
5要求液压支架能保证采煤工作有足够的通风断面，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，能够承受一事实上不均匀载荷和冲击载荷。
10在满足强度条件下，尽可能减轻支架重量。
11要易于拆卸，结构要简单。
12液压元件要可靠
2.1.3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)底板岩性能及小时涌