液压支架毕业设计论文.pdf

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2533m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Abstrac tThe artic le mainly elaborated the general shield type hydraulic pressure support design proc ess.The design c ontent inc ludes:Chooses,the system design,the main spare part design,the main spare part examination and the hydraulic system design.Bec ause this c oal bed thic kness is moderate,selec ts the shield type hydraulic pressure support.Coal bed t hic kness is situated bet ween bet ween the 2.53.8 ric e,c oal bed thic kness c hange bigger,selec ts adj usts t he high sc ope big also t he anti-horizontal thrust is strong also the belt protec ts helps the equipment the shield type support.The support uses the four link motion gear,improves the support stress c ondition.The top-beam,c aving shield,the foundation makes t he pac ked in a box body struc ture;The c olumn uses t he double expansion and c ontrac tion func tion hydraulic c ylinder,inc reases the power stroke to satisfy the support to adjust the high sc ope the need.Passes the hoisting jac k to use the portal f rame c onstruc tion,reduc es pushes slides the strength and inc reases moves a strength.I n order to enhanc e moves a speed,guar ant ees is prompt tot he roof support,uses t he mushroom valve hydraulic syst em.Key word:The hydraulic pressure support,hydraulic pressure,f our-link mec hanism,mining c oal,support shaping push f or war ds the c onveyer,advanc ing the powered support.目录1.1 液压支架的组成和分类.51.2 液 压 支 架 的 工 作 原理.81.3 液 压 支 架 的 支 护 方式.1 11.4 支 架 选 型 的 基 本 参数.1 22总体设计.142.1 142.2 液压支架基本参数的确定.1 62.3 采煤机、液压支架和输送机的配套.1 92.4四连杆机构设计.2125顶 梁 长 度 的 确定2 82.6 立柱及柱窝位置的确定.2 92.7 平衡千斤顶位置的确定.332.8 其它千斤顶位置的确定.363 支 架 的 受 力 计算.393.1 液压支架受力分析.393.2 确定支架的支护强度.403.3 底座接触比压计算.403.4 支架支护效率.404 液压支架的主要部件的设计.4 24.2 主顶梁.434.3 掩护梁.444.4 前、后连杆.454.5 底座.454.6 立柱.464.7千斤顶.475 主要零、部件的强度校核.4 95.1 校 核 的 基 本 要求.4 95.2 前 梁 的 校核.505.3 主 顶 梁 的 校核.525.4 掩 护 梁 的 强 度 校核.5 55.5 底 座 强 度 校核.5 75.6 销轴和耳座的强度校核.5 95.7 立 柱 强 度 校核.626 液 压 系 统 设计.686.1 液压支架的液压系统的简介.6 86.2 液压支架的液压系统拟订.6 96.3 液 压 元 件 的 选取.7 16.4 液 压 控 制 系统.72结束语.76参考文献.771 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一”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23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4m左右；立柱多，一般是46根，且垂 直支撑；支架后部设复位装置和挡肝装置。以平衡 水平推力和防止肝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；护肝能力差，肝石易窜入 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。图1-4支撑式支架结构形式(b)a一垛式支架b节式支架它的结构特点是：有一个较宽的掩护梁以挡住 采空区肝石进入作业空间，其掩护梁的上端与顶梁 较接，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3.0mm左右。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1-3）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 o4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。1.2 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实现完 成的。如图1-5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1-5液压支架工作原理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1 0-乳化液泵U-主供液管12-主回液管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1-6所示：支架立柱工作时，其支撑力随时间的变化过程 可分为三个阶段厂初撑阶段；三-增阻阶段；一恒阻阶段；4-初撑 力；P2-工作阻力(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(1.1)兀P=D 2PhnX103 KNc 4图1-6支架的工作特性曲线式中 D-支架立柱的缸径，m；区一泵站的工作压力，M Pa；n-支架立柱的数量。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1(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j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P=D 2P nX103 KN4(1.2)式中PJ-支架安全阀的调定压力MPa；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Pq=x l O-3 M PaF(1.3)式中 f一支架的支护面积，m,。1.3、液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即时支护一般循环方式为：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复合支护一般循环方式为：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。1.4 支架选型的基本参数1.4.1 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 100KN 左右；移架力按煤层厚度而定，薄煤 为 100KN 150KN，中厚煤层一般为150KN-250KN,厚煤层一般为300KN400KN。3.防砰性能要好。4.排肝性能要好。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O11.要易于拆卸，结构要简单。12.液压元件要可靠。1.4.2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。给定参数：老顶I级直接顶2级2.最大和最小米高根据最大和最小米高，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：2533m3.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8。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2.1 液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2-1是根据国 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252.8m（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1。15。时，应 设防滑和调架装置，当倾角超过工8。时，应同时具有 防滑防倒装置。给定煤层倾角8。，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，允许比压为 1.96 216M Pa,软底板为0S8MPa左右）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2-1老顶级别II II I II V直接顶级1 2 31 2 312 3 44别支架类型掩掩支掩掩掩及支支支支撑式采高护护撑护护护指撑指撑小于式式式式式 式指掩目或2.5m 时或 支撑 掩护式9式支 指W9 由支 撑 掩 护 式支撑掩护式米高大于2.5m 时支架支护强度mpaa采高12340.2940.343(0.245)0.441(0.343)0.539(0.441)1.3x0.2941.3x0.343(0.245)1.3x0.441(0.343)1.3x0.539(0.441)1.6x0.2941.6x0.3431.6x0.4411.6x0.539)2x0.294)2x0.3432x0.441)2x0.539应结合 深孔爆 破,软化顶 板 等措施 处理采 空区单 体 支 柱 支采高1230.1470.2450.3431.3x0.1471.3x0.2451.3x0.3431.6x0.1 471.6x0.2451.6x0.343按采空 区处理 方法确 定护强度注：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 据本矿情况允许有土 5%的波动范围。表中1.3、1.6、2分别为II、III、IV级老顶的分级增压系数；IV级老顶只给 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58m2和20m Jn以下时，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。2.2 液压支架参数的确定2.2.1 支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：q=KH/X10-5MPa(2.1)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米|Wj,m一顶板岩石密度，一般为 05 0.7M Pa放顶煤支架的支护强度一般为050.7MPa 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。p=qF X103KN(2.2)式中F支架的支护面积，m2可按下式计算F=(L+C)(B+K)=(L+C)A m2(2.3)式中 l一支架顶梁长度,mC两端星巨，mB一支架顶梁宽度，m间距，mA一支架中心距，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P总为KN(2.4)总支撑式支架的77=100%、支撑掩护式和掩护式支架取 7=80%左右。2.2.2 初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%。2.2.3 移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100150KN；中等厚度煤层支架为150300KN；厚 煤层为300400KN o推溜力一,般为100150KN.2.2.4 支架调高范围 支架最大结构高度H ma x=Mma x+S1=3+03=4.1m(2.5)支架最小结构高度H min=M mjn-S2=25-02=23m(2.6)式中 M ma x M mjn煤层最大、最小米iWI 一伪顶冒落的最大厚度，一般取 0 2 0 3mS2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、底座下的浮肝、煤 层厚度之和，一般取025035m 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H 4 J.K=1.7823(2.7)上值的大小反映了支架对煤层厚度变化的适应 能力，其值越大，说明支架适应煤层厚度变化的能力越强，采用单伸缩立柱，Ks值一般为1.6左右。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K.值一般为2.5左右。薄煤层厚 度可达3mo由于&=1.78又考虑到煤层厚度较,初 选双伸缩立柱。2.2.5 中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15m.大采高支 架为提高稳定性中心距可采用1.75m,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 125m o 因此设计中预取1.5m。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 170 200mm。当支架中心距为15m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125m时，如果顶梁带有活动侧护板，则最小宽度一般取1150 1180mm，最大宽度一般取工3201350mm,如果顶梁不带活动侧 护板，则一般取U501200mm。2.2.6 底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3.5 倍的移架步距一个移架步距为。.6m,即左右；支 撑掩护式支架的底座长度取4倍的移架步距，即 2.4m左右o2.3 采煤机、液压支架和输送机的配套2.3.1 采煤机、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C小于150 250mm。采机底托架应有足够的高度，以保证过煤高度E 250 400mm。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F=B+e+G+x(2.8)式中e煤壁与输送机铲板之间的距离。E=100 200mm,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 200 400mm。从前柱到梁端的距离L为L=F-B-D-x(2.9)支架工作时的最小支撑高度H为H=A+C+t(2.10)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2.3.2其他附属设备的配 套煤层倾角大于1。时，采用链牵引的采煤机应设 置防滑装置；当倾角大于16。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10。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 YY 4410/23/42北京煤机厂米煤机 2MG 2X200刮板运输机：SGZ-764/264配套图如下图(2-1)图2-12.4四连杆机构设计2.4.1 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。1.支架高度在最大和最小范围内变化时，顶梁 端点运动轨迹的最大宽度 e 70mm，最好为 30mm 以下;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，应满足如 下要求：支架在最高位置时，P 52 62,Q W,如果刚和肝石的摩擦系数W=03,贝睚=16.7。，为了安 全可靠，最低工作位置应使P25。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 Q 2 25。35。,在特殊情况下需要角度较小时，可提高后 连杆下钦点的高度；3.掩护梁与顶梁较点和瞬心中心间的只限于水 平线夹角出满足吗”。35。原因是6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 段为支架工作段，如图22所示的h段。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。2.4.2用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：Private Sub Command1_aic k()Dim hi,h2 As Double算高度Dim p1 As Double时，顶梁与掩护梁夹角Dim q1 As Double 时，后连杆与底座平面夹角Dim i As Double比值Dim i1 As Double的比值Dim g As DoubleDim a As DoubleDim b As Double之距支架最高，最低计支架在最高位置支架在最高位置后连杆与掩护梁的前后连杆上钱点之距与掩护梁掩护梁长度后连杆长度*前后连杆上校点Dim f As Double点之距前连杆上较点至掩护梁上较Dim b1,b2,b3 As DoubleDim c As Double 前连杆长度Dim d As Double 前连杆下较点高度Dim e As Double 前后连赶下钦点在底座上的投影距离Dim a1,q2,o1,I As DoubleDim s As Doublehi=Val(Text I.Text)h2=Val(Text2.Text)For p1=0.91 To 1.08 Step 0.034For q1=1.31 To 1.48 Step 0.034For i=0.61 To 0.82 Step 0.042For i1=0.22 To 0.3 Step 0.02 g=h1/(Sin(p1)+i*Sin(q1)a=i*gb=i1*gf=g-be1=g*Cos(p1)-a*Cos(q1)X1=f*Cos(p1)Y1=h1-f*Sin(p1)q2=0.436p2=Atn(Sqr(Abs(g*g-(e1+a*Cos(q2)八 2)/(e1+a*Cos(q2)X2=f*Cos(p2)Y2=b*Sin(p2)+a*Sin(q2)p3=3.1 4/2-At n(a/g)-At n(e1/Sqr(g*g+a*a-e1*e1)q3=3.1 4/2-p3x3=f*Cos(p3)y3=b*Sin(p3)+a*Sin(q3)m=x3*x3-X1*X1+y3*y3-Y1*Y1n=X2*X2-x3*x3+Y2*Y2-y3*y3t=2*(x3-X1)*(Y2-y3)-(y3-Y1)*(X2-x3)xc=(m*(Y2-y3)-n*(y3-Y1)/tyc=(n*(x3-X1)-m*(X2-x3)/tc=Sqr(X1-xc)A 2+(Y1-yc)八 2)o=c/aI f o 0.9 And o 1.2 Thend=yce=e1-xcx4=e1+a*Cos(q1)y4=a*Sin(q1)x5=e1y5=0k1=(Y1-yc)/(X1-xc)c 1=At n(k1)k2=(y4-y5)/(x4-x5)x6=(k1*X1-Y1-k2*x4+y4)/(k1-k2)y6=k1*(x6-X1)+Y1I=x6s=hi-y6u=s/II f u 0 And d h1/5 And e-C(2.1 1)式中e人行道宽度不小于0.6ma立柱倾角H支架高度顶梁全长 L=b+Z此外应注意采用及时支护方式，即先移架后推溜，因此要求顶梁有较大长度2.6 立柱及柱窝位置的确定1.立柱数2根2.支护方式支护时立柱均前倾立柱在最低位置时与顶梁 垂线的夹角最大18。3.立柱间距立柱间距的选取原则为：有利于操作，行人和部件的和理布置。前后两排立柱间距一般取4.立柱的设计(1)支护面积支架的支护面积按下式计算：Fc 二年(Lg+V)(2.12)式中：Fc支护面积(m2)bc顶梁宽度，取1.5mLg顶梁长度V移架后顶梁前端点到煤壁的距 离,取0.3m故：Fc=15x(356+032)=3.63m2(2)支护强度支护强度的计算可借助于查表。首先按表根据 老顶级别和直接顶类别确定支架架型，再根据名顶 级别和采高确定支护强度。由于实际最大采高不一 定正好和表中所列采高相同，所以要用插值法重新 计算。Qx=q+(q2-q)Hm-h2r KN/m2(2.13)式中：qx当支架最大采高为H.时，支架应 有的支护强度(KN/m2)；%在架型选择表中低于H.但与之相 邻的采高相对应的支护强度(KN公)；q2在架型选择表中高于取但 与之相邻的采高相对应的支护强度(KN/m2)；%所对应的采高(m)；%-q2所对应的采高(m)代入数据得：2 4-2q=13x 343+(L3X441-13X343)3-2=496.B6KN/m2立柱参数的确定：假设立柱的倾角小于15。，现取倾角为6。则D=J 4QF1=15 211cm（2.14）V处dPa 8s的式中：D一立柱内径（5）心一理论支护阻力（KN）队一每跟立柱数以一立柱最大倾角（。）P 安全阀的调整压力，取YF1B型P=40MPa按照国家标准选取比计算直大的标准值作为 内径，选取立柱的基本参数为：缸体内径：160mm活柱外径：140mm工作阻力：980KN额定工作压力：50.7MPa推荐选用钢材：194X22钢材规格：159x 20由支架的 H ma x=4200mm H min=2300mm由国家标准选取立柱行程800mm。5.立柱的初撑力和泵站的额定工作压力 立柱的初撑力4x 10(2.15)取35乂以作为泵站的额定工作压力，考虑到从泵 站到支架的压力损失，根究一般的经验315MP,的泵 站乳化液到支架的压力一般为 24 25MPa。但对于只 考虑支架的设计来说一般都把泵站压力做为计算 初撑力的压力。,162=-X 315=633KN4X10安全阀的调整压力和立柱的实际工作压力安全阀的调整压力=32 518MPa加e(2.16)式中：Fz=-=653.49KNNd cosa n N dens a n由Pa用安全阀的调整压力为40MPa,则立柱的工 作阻力P2：P2=Fa=804KN4x 106.立柱柱窝位置的确定（1）上柱窝位置的确定确定的原则：根据支撑力分布与顶板载荷相一直 的原则，通过受力分析计算，确定柱窝合力 作用点的位置。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5。取顶梁为分离体，受 力情况如图：图2-5对A点有 Ma=OF,H TW+Pt 8S/(L010+x)+PQ 8S%口 坊)+cosf Z2-x-Pt2 sina2 0一口)一 FJg/3=0其中 F1=2708.651KNW=03 P.j-?t2=1980KN=200mm Lg=3560mm则有 X=314.76mm耳5 X=340mm则由立柱的倾角和两立柱间的距离可以确定各个柱窝的位置。支架整体尺寸结构图如下所示：图2-62.7平衡千斤顶位置的确定掩护式支架中平衡千斤顶的推力和拉力计算，平衡千斤顶位置应按如下方法计算确定：2.7.1 平衡千斤顶安装位置的确定原则为了保证支架工作的可靠性，支架的支撑力分 布（包括立柱的支撑力和平衡力千斤顶的推力和拉 力等），必须适应顶板载荷分布。当立柱的上、下 柱窝位置确定后，就可以根据顶板载荷分布来确定 平衡千斤顶的位置，现按两种情况进行分析。当顶梁前端出现空顶时，顶梁后端载荷加大，顶板载荷合力作用点位置后移，此时平衡千斤顶受 拉，为使支架支撑力分布适应顶板载荷分布，假设 合力作用点位置在顶梁后端027倍顶梁长度出来 进行计算。当顶梁后端出现空顶时，顶梁前端载荷加大，顶板载荷合力作用点位置后移，此时平衡千斤顶受 推，为使支架支撑力分布适应顶板载荷分布，假设 合力作用点位置在顶梁后端0.35倍顶梁长度处进 行计算。2.7.2 平衡千斤顶在顶梁上位置的确定取顶梁和掩护梁为分离体(如图2-7示)m0=o(2.17)FXW n+Q)PtC 0 S%+L2+L3)-Pt sii%(hx+h6-h2)-%(x-L3)=0取顶梁为分离体为：EMa=0FX-Ps sii6r2L2-P8 cosa2%一乩）一 Pt si1al%一兀）Pt 8S%回+L2）FjW 1=0图2-7式中已一平衡千斤顶的推力、拉力（推力取“+”、拉力取“一”）w顶梁与掩护梁之间的摩擦系数，