液压支架毕业设计.doc

太原科技大学毕业设计（论文）目录摘要IVAbstractV第1章 液压支架概论- 1 -1.1国外主要产煤国家综采技术的发展趋势1- 1 -1.2我国综采技术的发展现状几存在的问题- 3 -1.3综采矿井生产环节的合理配套3- 5 -1.4液压支架的应用和意义4- 5 -1.5综采工作面的布置和循环工作过程9- 6 -1.6液压支架的组成5- 7 -1.7液压支架的工作原理- 8 -1.8液压支架的分类- 12 -第2章 液压支架整体结构设计- 15 -2.1支架主要尺寸的确定- 15 -2.1.1支架的高度7- 15 -2.1.2支架的伸缩比- 16 -2.1.3支架间距- 16 -2.1.4支架宽度- 16 -2.1.5底座长度- 16 -2.2支架四连杆机构的确定- 17 -2.2.1四连杆机构的作用10- 17 -2.2.2四连杆机构设计的要求- 17 -23四连杆机构的设计12- 18 -2.3.1掩护梁和后连杆长度的确定- 19 -2.3.2几何作图法作图过程- 20 -2.4顶梁结构设计- 22 -2.4.1基本概念- 22 -2.4.2顶梁分类- 22 -2.4.3对顶梁长度的影响- 23 -2.4.4顶梁断面形状- 25 -2.4.5顶梁参数的计算- 25 -2.5掩护梁结构的设计- 27 -2.5.1掩护梁的作用和用途- 27 -2.5.2掩护梁的结构型式- 27 -2.5.3掩护梁的参数确定- 27 -2.6底座结构设计- 28 -2.6.1底座设计要求- 28 -2.6.2底座的选型- 29 -2.7立柱的确定- 30 -2.7.1立柱布置- 30 -2.7.2立柱主要参数确定- 31 -2.8千斤顶的选择- 33 -第3章 液压支架的受力分析- 35 -3.1液压支架的支护性能与外载荷- 35 -3.2取顶梁为分离体进行受力分析13- 37 -3.2.1取顶梁为分离体进行受力分析如图3-3所示- 37 -3.2.2顶梁载荷分布- 39 -3.2.3支护强度- 40 -3.3取掩护梁为分离体进行受力分析- 41 -3.4液压支架的底座受力分析及计算- 42 -3.4.1底座为分离体进行受力分析- 42 -3.4.2液压支架底座接触比压计算- 43 -第4章 液压支架强度校核- 45 -4.1材料的选择- 45 -4.2 顶梁的强度校核- 46 -4.2.1画出顶梁结构简图、受力图、剪力图和弯矩图。- 47 -4.2.2按弯曲应力计算进行强度校核- 47 -4.2.3校核BB截面的剪切强度：- 49 -4.3 底座的强度校核- 50 -4.3.1画底座受力图- 50 -4.3.2 计算最大弯矩：- 50 -4.3.3画出危险截面如图：- 50 -4.3.4校核计算- 51 -4.3.5底座有限元分析- 51 -4.4前后连杆的校核- 52 -4.4.1前连杆的校核- 52 -4.4.2后连杆的校核- 52 -参考文献- 53 -致谢- 54 -附录- 55 -放顶煤液压支架设计摘要采煤综合机械化，是加速我国煤炭工业发展，大幅度提高劳动生产率，实现煤炭工业现代化的一项战略措施。综合机械化不仅产量大，效率高，成本低，而且能减轻笨重的体力劳动，改善作业环境，是煤炭工业技术的发展方向。液压支架是综合机械化采煤方法中最重要的设备之一。液压支架主要由以下几个基本部分组成：顶梁，掩护梁，四连杆机构，侧护板，底座，立柱和千斤顶等。设计要遵循支护性能好、强度高、移架速度快、安全可靠等原则。在这次放顶煤液压支架的设计过程中，主要以底座、主顶梁、尾梁和立柱等结构件的机械部分设计为重点，用普通设计步骤设计总体结构尺寸，再用Solidworks初绘总体架型检查配合尺寸，然后转化为并修改细节，最后对主要构件进行强度校核，并用有限元分析部分构件。关键词：放顶煤液压支架，顶梁，四连杆机构，有限元Design of caving hydraulic supportAbstractThe comprehensive mechanization of coal mining is the acceleration coal industrial development of our country, raises labor productivity substantially , realizes the modern a strategic measure of coal industry. Synthesize mechanization not only output big, efficiency has low cost high and can alleviate heavy physical labor and improvement schoolwork environment, is the technology of coal industry develop direction. Hydraulic support is the one of comprehensive most important equipment in the mechanization method of coal mining. Hydraulic support major from some following basically partial compositions: Top beam, screens beam and 4 linkage mechanisms, side fender and base, prop. Design to follow protect performance good, strength is speed high, move rapid, safely reliable etc. principle. In this design process of caving hydraulic support, mainly in support of the base, the top beam, the beam and the column structure of the end of the mechanical part of the design focus, with the general design procedure to design the overall body size. The overall structure of the initial drawing with Solidworks to check with the size, and then transformed into and modify the details of the part of the CAD, at last major component of the strength check, and some elements of the FEM analysis.Keyword：caving hydraulic support，Crest beam，4 linkage mechanisms， FEM- 74 -第1章 液压支架概论1.1国外主要产煤国家综采技术的发展趋势1 综合机械化采煤是煤矿开采技术现代化的重要标志。80年代末以来，世界主要产煤国家高产高效综采技术迅速发展，特别是美国、澳大利亚、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，综采装备新技术层出不穷。均年产1454万t洗精煤，平均工效274t(工*d)，工作面搬家(包括设备安装)时间平均684人工/面。工作面平均长度240 m，最大长度335m。 1994年平均班产进一步提高，其中，前10个工作面年平均班产达到5998t洗精煤，相当于年产400万t以上的水平。沙莫罗克公司(SHAMR0CK)的被克佛克矿在123个小班中产煤166万t，相当于月产83万t;塞普路斯阿马克斯煤炭公司卡姆博兰德矿1995年6月达到月产洗精煤573万t的纪录，阿科煤炭公司的西皮庇矿1994年11月创造了日产4.5万t的世界纪录,当月产量50余万t。美国1994年共有80个长壁工作面，其中有70个工作面是电液控制的工作面，占875，使用两柱掩护式支架73套，四柱支撑掩护式支架7套，两柱掩护式支架占9125，支架工作阻力大部分在70008000 kN，最大的两柱掩护式支架工作阻力达到9800kN。普遍装备大功率电牵引重型采煤机组和大功率、大运量、高可靠性刮板输送机。 澳大利亚近10年来综采发展很快，综采工作面数量从1980年的3个增加到1994年的25个，井工效率达到1771t工。科迪尔克斯矿和巴波尼矿的综采工作面年产量已超过300万t。为使综采产量持续增长，近几年来澳大利亚采取了一系列措施，包括改革劳动制度，采用各种新设备、新技术，综采工作面优选世界各国最先进的重型高效装备，实现一井一面，集中化生产。 英国和德国是世界上综采技术装备最先进的国家，由于受其自然煤层赋存条件的限制，其高产高效工作面的纪录不如美国和澳大利亚，但世界著名的采煤机械公司主要集中在德国和英国。近年来，由于国际采矿业市场的不景气和激烈竞争，导致各公司的相互兼并，形成几个大跨国公司。为占领市场，各公司不断开发新技术、新产品。世界主要产煤国家技术经济指标见表ll。表1.1 1994年世界主要产煤国家技术经济指标随着采煤机功率加大，产量提高，工作面刮板输送机也发展成为大功率、高强度、高可靠性的运输设备。目前工作面刮板输送机最大工作长度已达335m,最大输送能力达3500t/h,最大功率1412kW，表1-2中列出了几种国外先进刮板输送机的技术特征。表1-2 几种国外先进刮板输送机的技术特征 先进瓜板输送机的主要特点是：整体铸造溜槽或组合焊接溜槽，减少了螺栓连接，提高了可靠的性。使用寿命达到6001200万t过煤量；采用38mm、42mm大直径刮板链；采用软启动技术，使用双缓液力偶合器或排水型偶合器，配有程序逻辑控制器控制水的流速。软启动大大提高了输送机的可靠性，使链子和链轮的寿命加倍；故障诊断和工况监测技术，可以以连续监测输送机各部件的运行状态，进行故障诊断和报警。 液压支架是综采工作面主要设备之一，近10年来主要的发展趋势是向两柱掩护式和四柱支撑掩护式架型发展，架型结构进一步完善，设计方法更先进，参数向高工作阻力、大中心距(175m、2m)发展，结构件材料越来越多地采用高强度钢材，例如屈服极限69MPa以上的钢板，支架的寿命和可靠性要求大大提高，有些公司要求支架的耐久性试验循环次数达5000次。支架的寿命达14年以上。 液压支架技术另一重大突破是控制系统，应用电液控制技术，采用电磁(或微电机)控制的先导阀先进可靠的压力和位移传感器，灵活自由编程的微处理机技术，红外遥感技术等现代科技成果，使液压支架的动作自动连续进行，移架速度大大提高，支架循环时间达到68入配合采煤机的煤岩识别系统等先进技术，可实现工作面自动控制。1.2我国综采技术的发展现状几存在的问题我国自1973年开始大规模引进德国、英国等国家的综采设备，经历了消化、吸收和改进提高的过程。到目前已形成了较完整的设计、制造和科研体系。先后研制试验成功经济型综采成套设备；薄煤层、中厚煤层和大采高综采成套设备，特厚煤层分层机械化铺网液压支架系列及成套设备和工艺；放顶煤液压支架系列及成套设备和工艺。1995年全国共有243个综采工工作面，统配煤矿综合机械化程度达到46.66%工作面平均工效25077t工，全国有65个年产百万吨以上的综采队，其中9个队年产达到200万t以上，2个队年产达到300万t以上，兖州南屯煤矿综二队1995年年产达到315万t，最高月产347万t，创出我国高产高效的最好纪录一、高产高效矿井建设取得重大成绩我国从1993年开始组织高产高效矿井建设，到1995年已建成56个高产高效矿井。在产量增加9.1的基础上，平均工效达到6.23工，提高2.9工。工作面平均个数由149个减到107，减少原煤生产人员7万人，实现了一井一面或一井两面的生产模式，向集约化生产迈出可喜的一步。高产高效工作面装备，因地制宜采取3种模式，第一种是全套引进国际先进装备，如神华集团大柳塔煤矿，全套引进德、英、美等国家先进装备，学习国处高产高效矿进的先进经验，走高起点、高投入、高产出、高效益的道路；第二种模式是引进与国产相结合，引进国外先进采煤机和刮板输送机等关键设备，配套国内先进设备，如兖州屯煤矿等；第三种模式是立足国内设备，优选各种国产先进设备，优化系统配套，实现高产高效，如铁法晓南煤矿试验成功国产日产7综采成套设备。国内几个著名高产高效工作面装备情况见下表表1-3 国内典型高产高效率综采工作面装备和生产情况二、机械化铺网分层开采和放顶煤技术达到世界先进水平2近年来，综采放顶煤技术在我国得发展和广泛普及，综采放机煤采煤法正在成为一种高产高效采煤方法，1995年全国65个综采百万吨创水平队中有23个是综采放顶煤队，占35.4，其中，年产200万以上的9个综采队中有6个是综采放顶煤队。目前全国已有70多个综采放顶煤工作面，并且，正以很快的速度在发展。我国放顶煤技术已达到世界领先水平。三、综采设备研制有了新的发展“八五”期间，适应高产高效工作面生产要求的大功率、高效综采设备有了较大发展。我国部分综采设备已开始出口美国、俄罗斯、印度和土耳其。研制成功MG2400-W型滚筒采煤机，液压牵引，装机功率2400KW、运输能力1500t/h，铺设长度250m，铸造槽帮，234双中链交叉侧卸机头，双行星减速器，双速电机驱动，传动，传动部可平行或垂直布置，过煤量200万t等特点。长家口煤机厂、西北煤机一厂等重点输送机厂分别与国际长壁公司和威斯特伐利亚公司等合作，开发槽宽1000mm，运输能力20002500t/h，功率2575kW，过煤量500万t以上的刮板输送机等设备，目前正处于试制阶段。四、我国综采技术发展中存在的问题（1）我国煤层赋存条件复杂，老矿井受生产系统制约，综采效率难以发挥。我国大部分矿井井型较小，生产系统不适应集中生产的要求。巷道断面小，支护质量差，掘进设备落后，进度慢，运输系统环节多，辅助运输落后。工作面长度、采煤机截深、采区长度等工作面参数都比较小。（2）职工队伍素质差，许多综采队以农民轮换工为主，文化基础差，队伍不稳定。管理水平低，管理模式落后，管理层次多，扯皮现象严重。（3）煤炭企业普遍经济效益较差，负担重，技术改造任务难度大，资金投入严重不中，以致发展后劲不足，一些矿井没有设备更新能力，机械给出现倒退局面。（4）小煤窑滥采滥挖现象严重。一方面造成对国有煤矿的市场冲击，成为影响综采发展的一个消极因素。（5）科研投入严重不足。科研单位创收成为主要目标，技术攻关力量不足，科研成果低水平循环现象严重。（6）由于受价格和基础工业水平的影响，我国煤机制造质量、产品性能和可靠性距世界先进水平还有较大差距。特别是采煤机、工作面输送机、液压支架电液控制技术、采区供电技术、工况监测和故障诊断技术及自动化技术等，与国际先进水平相比不存在较大差距1.3综采矿井生产环节的合理配套3综采矿井生产系统配套设备，除包括直接与综采工作面刮板输送机连接的顺槽转载机、破碎机及带式输送机外，还应包括提升设备、掘进及支护设备、工作面供电设备、通风排水设备等。要保证综采工作面设备效能的充分发挥，必须保还生产系统各环节具有足够的通过能力和适应能力。即要保证提升能力大于运输环节能力，运输环节能力大于工作面生产能力；要保证掘进速度、通风能力与供电能力适应广工作面实际需求。掘进速度跟不上综采工作面的推进速度是一个大问题。矿井的不合理布局必然导致巷道掘进量的增加。美国将主并、副井直接布置在可采煤田中不仅大大减少巷道掘进量(无岩巷掘进)，而且简化了运输系统。目前我国采掘严重失调的主要原因就是掘进机械化作业中，支护作业未能实现机械化，须尽快推广掘进支护“锚杆化”。锚杆支护技术的应用，不仅可以提高掘进速度，改善巷道支护质量，减少辅助作业时间，而且解决了综采工作面的端头支护问题。有的煤矿两个工作面共用一套运输系统，造成产运不相适应的矛盾。主运输系统的运输能力一般偏低，不能与高产高效综采工作面生产能力相匹配，故须对现有它运输设备进行改造。如皮带输送机应实现自移机尾、闭环控制张紧装置的功能。又如占有90以上的交流拖动提升应采用Pc控制技术。这些技术措施的实施，不仅提高了运输能力相提升能力，而巳会带来显著的经济效益。1.4液压支架的应用和意义4随着工业技术的不断发展，国民经济对煤炭需要量的日益增加，煤矿开采，特别是采煤工作面的生产技术面貌发生了巨大的变化。自1954年英国装备了世界上第一个液压支架工作面开始，采煤技术实现了综合机械化。综合机械化。就是工作面采煤、运输和支护三大主要生产环节都是现机械化。也就是说，采用滚筒式或刨削式等采煤机械落煤与装煤；工作面重型可弯曲运输机，以及与之适应的顺槽转载机和可伸缩皮带运输机等运煤；自移式液压支架支护和管理顶板。这几种设备相互配合，组成了综合机械化采煤设备。液压支架是以高压液体为动力，由若干液压元件（油缸和阀件）与一些金属结构件组合而成的一种支撑和控制顶板的采煤工作面设备，能实现支撑、降落移架和推移运输机等一整套工序。液压支架技术上先进，经济上合理，安全上可靠，当前世界各国都在不断地提高采煤工作面的综合机械化水平。我国于1964年开始研制液压支架，到目前已经取得可较好的效果。1974年以来，从西德、英国、苏联和波兰等国引进了许多不同类型的液压支架。实践证明，液压支架具有强度高、支护性能好、移设速度快、安全可靠等优点，能使采煤工作面达到高产量、高回采率和高工效，能大大减轻劳动强度，降低成本和掘进率，实现安全生产。1.5综采工作面的布置和循环工作过程9综合机械化采煤设备在工作面的布置情况如图11所示，其中主要设备有：进行落煤和装煤工作的滚筒式采煤机1（也可用刨煤机）；完成工作面用煤工序的可弯曲刮板运输机5和顺槽运输设备（转载机4与可伸缩皮带运输机3），用于支护顶板的工作面支架2和端头支架10、11，设在下顺槽的乳化液泵站（包括乳化液8和乳化液箱9），以及由乳化液泵站引入工作面的主进管6和回液管7等。各种综采工作面的布置方式基本相同，只是设备和使用条件的不同略有差异。上述各种设备在回采工作面中，按一定的生产工艺流程协调的进行工作，发挥着各自的效能。综采工作面的生产过程比较单一，只有采煤、移架、推溜三项主要工序，而这三项工序的组合，可以是采煤移架推溜也可以是采煤推溜移架。前者随采煤机后紧接移架，及时支护顶板，称及时支护方式。后者推溜后在移架，称滞后支护方式，现在以采用先移架，后推溜工作方式的总采面为例，说明他的循环工作过程（见图11）：A-A断面表示采煤机截割前状态，此时，运煤机紧靠煤壁，移架装置处于伸出状态，支架相对于运输机退后一个步距。B-B断面表示采煤机截割后状态，这时支架顶梁端与煤壁之间的顶板裸露，需要及时支护。C-C断面表示采移架后状态，采煤机截割后接着把支架移至紧靠运输机的位置，并升柱撑紧，以便及时支护新暴露的顶板，移架步距一般600mm，它必须与采煤机的截割深度相配合。D-D断面表示推移运输机后状态，随着采煤机的不断截割前进，滞后采煤机约1012m左右，把运输机推至煤壁前的新机道上。由此可知，这个综采工作面的回采工艺流程是采煤、移架和推溜。沿工作面全长，每完成一个流程，即采煤机 割一刀，液压支架和工作面运输机前进一次，称为一个循环。综采工作面的生产过程，就是按此循环工作不断进行的过程。 1.6液压支架的组成5图12为液压支架的一种典型结构，它由顶梁（包括前梁1和主梁2）、支柱5、掩护梁4、底座8、推移装置9、阀件、管路系统、连接部件及各种附属装置等组成。顶梁和底座通过数根支柱支撑在顶底板之间，构成一个可以活动的承载构件，支护顶板，维护工作空间。综合各种类型液压支架的结构它的组成可归结为承载结构件、动力油缸、控制操纵元件、辅助装置和工作液体五部分。（一）承载结构件：包括顶梁、掩护梁和底座等。1.顶梁：直接与顶板（包括镁锭、分层假顶等）相接触，并承受顶板岩石载荷的支架部件叫顶梁。它也为支柱、掩护梁和挡矸装置等提供连接点。3.底座：直接和底板（包括分层煤底等）相接触，传递顶板压力到底板的支架部件叫底座。底座除为支柱、掩护梁提供连接点外，还要安设千斤顶等部件。（二）动力油缸：包括支柱和各种千斤顶1.支柱：支架上凡是支撑在顶梁（或掩护梁）和底座只间，直接和间接承受顶板载荷的主要油缸叫支柱。支柱是支架的主要承载部件，支架的支撑力和支撑高度，主要取决于支柱的结构和性能。2.千斤顶：支架上除支柱以外的各种油缸都叫千斤顶，如前梁千斤顶、推移千斤顶、调架千斤顶，还有平衡、复位、侧推和护帮千斤顶，完成着推移运输机、移设支架和支架的调整等各项动作。（三）控制操纵元件：包括控制阀（即液控单向阀和安全阀）、操纵阀等各种阀件和管件。这些元件是保证支架获得足够的支撑力、良好的工作特性以及实现预定动作所需的液压元件，它的种类和数量，随支架结构和动作要求的不同而异。（四）辅助装置：支架上除上述三项构件以外的其它构件，都可归入辅助装置，它包括推移装置、复位装置、挡矸装置、护帮装置、防倒防滑装置、照明和其它附属装置等。（五）工作液体：这时传递泵站能量，使液压支架能有效工作的工作介质。液压支架的工作液体是乳化液。1.7液压支架的工作原理（一）液压支架自动移设的原理：液压支架以高压液体为动力，通过各种动力油缸的伸缩，使支架完成升起、降落、行走和推移运输机等各种动作，以便支架随工作面不断推进而反复支撑、前移和调整。图13是一个最简单的液压支架的工作系统示意图。下面按支架降柱、移架、升柱和推溜的工作过程分别加以叙述。1.降柱：当旋转式操纵阀转到降柱位置，打开供液阀时，高压液体由主进液管经操纵阀和油管，进入支柱活塞杆腔，同时也进入液控单向阀的控制管路，打开液控单向阀，支柱活塞腔的油液经油管、液控单向阀和操纵阀，流回主回液管，支柱卸载下降。2.移架：液压支架卸载后，操纵阀转到移架位置，打开供液阀时，高压液体由主进液管经操纵阀和油管进入到推压千斤顶的活塞杆腔，同时也进入液控油路，打开液控单向阀，而活塞腔的油液经油管、液控单向阀和操纵阀流回主回液管，推移千斤顶收缩，以运输机为支点，拉架前移。运输机靠相邻的推移千斤顶来固定，千斤顶由液控单项阀紧锁。3升柱:液压支架移到新的位置后，应及时升柱，以支撑新暴露的顶板。操纵阀转到升柱位置，打开供液阀，高压液体由主进液管进入，经操纵阀到液控单向阀，进入到推移千斤顶的活塞杆腔，支柱活塞矸腔的油液，同时也进入液控油路，经油管和操纵阀流回主回液管，活塞和顶梁升起，支撑顶板。4.推移运输机:当液压支架前移并重新支撑后，操纵阀转到推移位置，打开供液阀时，高压液体由主进液管经操纵阀、液控单向阀进入到推压千斤顶的活塞杆腔，活塞杆腔的油液经油管和操纵阀流回主回液管，推移千斤顶的活塞杆伸出，以液压支架为支点，把运输机推移到新的工作位置。在实际生产中，对于具体支架的动作，根据该支架的结构和需要来确定。3. （二）液压支架的支撑承载能力：液压支架的支撑承载能力是指液压支架与顶板之间相互力学原理，它包括初撑增阻、承载增阻和恒阻三个工作阶段。1. 初撑增阻阶段：在升柱过程中，从顶梁接触顶板起，至支柱活塞腔的油液压力达到泵站的工作压力时，松开手把，停止供液，液控单向阀立即关闭，阀球封闭了支柱活塞腔的油液，这就是支架的初撑阶段。此时支柱和支架对顶板产生的支撑力称为初撑力。支柱初撑力：支架初撑力：式中：泵站的工作压力（公斤/l厘米2）D支柱缸体径经（厘米）n每架支架的支柱数支撑效率（垜式支架1）支架初撑力的大小，取决于泵站的工作压力，支架支柱数和支柱缸体的内径以及架型等。实际上支柱初撑后，活塞腔的油液压力由于阻力损失、操作情况和阀的灵敏度等原因，往往低于泵站工作压力。2. 承载增阻阶段：支架初撑后，随顶板的下沉，支柱活塞腔被封闭的油液受到压缩，油液压力继续升高，呈现承载增阻状态。这时由于支柱缸径增大，油液被压缩而体积缩小，即使乳化液没有任何漏损，安全阀并未动作卸载，支柱总长度也降缩短。这个缩短量可用下式计算：式中：支柱由初撑力起到达工作阻力时，支柱内压力得增值（公斤/l厘米2）乳化液的体积压缩系数，近似取水的压缩系数0.0000475支柱内壁压缩液柱的高度（厘米）钢材的弹性系数（公斤/l厘米2）刚才的泊松比 0.28D支柱缸体外径（厘米）d支柱缸体内径（厘米）这个缩短量是有弹性的，如果作用在支柱上的载荷，反过来从工作阻力减小到初撑力时，支柱仍会恢复到原来的长度。因此，这个支柱长度上的缩短量，称为支柱的弹性可缩量。根据开滦局井下实测，在各种不同的初撑力、工作阻力喝才高的情况下，MZ-1928型支柱的弹性可缩量在610mm范围内。这个弹性可缩量会使支柱工作还未达到工作阻力之前，就造成顶板的下沉，有可能使岩石离层，对顶板管理是不利的。经试验证明，减小支柱的弹性可缩量，对改善顶板管理起着重要的作用。具体措施是，使用高压乳化液泵，提高支柱初撑力；改善单向阀的质量，要能及时关闭也路；注意操作方法，使支柱下腔尽可能达到泵站的工作压力。3. 恒阻阶段：支架承载后，如果完全支撑住顶板，不允许顶板下沉，需要有强大的支撑力。在实际生产中，由于顶板压力有时相当巨大，想设计出能抗住巨大顶板压力，而一点也不让压的支架是及困难的，实际上也没有这种必要。 都使支架能随顶板下沉时，有一定的可缩量，但又保持一定的支撑力不敢于使顶板任意下沉而造成破坏冒落。要求支架即具有一定的支撑力，又具有可缩性。液压支架的这种特性，是由支柱的安全阀来控制的。在顶板压力增大时，支柱活塞腔被封闭的油液压力就迅速升高，当压力值超过安全阀的动作压力时，支柱活塞腔的高压液体经安全阀泄出，支柱降缩，支柱活塞腔的液体压力减小，这就是支架的“让压” 特性；当压力小于安全阀的动作压力时，安全阀又关闭，停止卸液，支柱活塞腔的液体又被封闭，支架恢复正常工作。由于安全阀动作压力的限制，支柱呈现出恒阻特性，此时支柱和支架承受的最大载荷称为工作阻力。支柱工作阻力： 支架工作阻力： 式中：安全阀的动作压力（公斤/厘米2）支架的工作阻力取决于安全阀的动作压力、支架支柱数、支柱缸体内径和架型等。安全阀使支柱具有恒定的设计工作阻力，同时又使支柱在承受大于设计工作阻力的顶板压力时，可随顶板的下沉而下缩，这就是液压支架的恒阻性和可缩性。未防止安全阀频繁动作而失效，应使支架的工作阻力大于正常的顶板压力，也就是说，在工作生产过程中，支架还没有达到设计工作阻力之前，就已前移到新的支撑位置。工作阻力是液压支架的一个基本参数，用来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，并不能完全反应支架对顶板的支撑力，因此常采用表示单位面积顶板上所受支架工作阻力值大小的支护强度参数，来比较支架的支护性能。图1.4 支架的支撑承载过程支架支护强度： 式中：A支架的支护面积（米2）由上可知，支柱或支架工作时，其支撑力随时间的变化是，支架升起，顶梁开始接触顶板至液控单向阀关闭时的初撑增阻阶段to，初撑结束至安全阀卸载前的承载增阻阶段t1和安全阀出现重复卸载时的恒定阶段t2。这种变化过程反应了支架的支撑力和时间之间的关系（图14）。图中虚线表示，有些支架的支柱并未达到额定的工作阻力值就已降柱前移，支架前移后按原过程重新支撑。上述工作过程表明：液压支架在额定工作阻力值以下工作时，具有增阻性，以保证支架顶板的有效支撑作用；当支架支撑力超过额定工作阻力值时，支架随顶板下沉而下缩，使支架保持恒定的工作阻力，即具有可缩性和恒阻性。支架本身的增阻性取决于液控单向阀和支柱的密封性能，可缩性和恒阻性则由安全阀的溢流性能决定。因此，液控安全阀、单向阀、支柱这三个部件，是保证支架性能的关键元件。通过上述，对液压支架的工结构和工作原理的分析，可初步确定液压支架。1.8液压支架的分类一、按支架和围岩的相互作用，液压支架可分为支撑式、掩护式和支撑掩护式三类。图1.5 支撑式支架（一）支撑式支架：图15是一种典型的支撑式支架，它有较长的顶梁，较多的支柱，并呈垂直布置，支架的稳定性由支柱的复位机构来保证，因此有坚固的箱式底座。它靠支柱与顶梁的支撑作用，控制工作面的顶板，维护工作空间，而顶板岩石则在顶梁后部切断跨落。这种类型的支架具有交大的支撑能力和良好的切顶性能，因此适应于顶板坚硬完整，周期压力明显或强烈，底板也较硬的煤层中。（二）掩护式支架：图16是掩护式支架的典型结构之一，它的顶梁较短，支柱一排，一般仅12根，多呈倾斜布置与掩护梁连接或直接与顶梁相连接。它靠支柱和顶梁支撑顶板，而掩护梁只与冒落矸石相接触，防止矸石涌入工作面，以维护一定的工作空间。这种类型的支架，有良好的防矸掩护性能，主要适用于顶板中等稳定和破碎，底板也较软的煤层中。（三）支撑掩护式支架：支撑掩护式支架是介于支撑式和掩护式之间的一种架型。它的特点是，支柱两排，每排12根，多呈倾斜布置，靠采空区一侧，装有掩护梁和四连杆机构（见图12）。这类支架靠支撑和掩护作用来维护工作空间，兼有支撑式和掩护式支架的优点，适用于顶板稳定和中等稳定，有较明显的周期压力，底板中等稳定的煤层中。支撑式、掩护式和支撑掩护式等三类支架中，对照采煤工艺对支架的要求来看，掩护式支架具有很多特点和较广的适用范围。虽然掩护式支架单位工作面长度上的支撑能力不如其余两种，但由于控顶距小单位面积上的支撑力较大，能对顶板进行有效的支撑；还有有效的挡矸装置，能更好的适应破碎顶板的支护需要；支架本身为一定的运动机构，抗水平力性能好，且便于支架前移；支架的结构和液压系数简单，操作简便，管理维修容易；支架调高范围较大，对煤层厚度变化的适应性强。所以，掩护式支架在使用中已取的良好的经济效果，使用范围正在扩大。二、按移动方式，液压支架可分为整体自移式和迈进式两类。（一）整体自移式：支架成整体结构，因而整体移动。掩护式，和部分支撑式支架，均采用这种移架方式。图1.6 掩护式支架（二）迈进式：迈进式支架又可分为交互前移式和提步前移式两种。1.交互前移式支架，是利用主副架护为着力点交互推拉前移的方式，架间安装推移千斤顶和导向装置。一般节式支架常用这种移架方式。2.提步前移式支架，是采取顶梁不大量下降，提腿跨步的方式。例如，苏2M-81型支撑掩护式支架，移架时沿着支撑柱顶板的临架顶梁推移。还有一种是滑行顶梁式支架，移架时本架顶梁在内部滑移。三、根据使用地点的不同，液压支架又可分为工作面支架和端头支架两类。上述各类支架均为工作面支架，用来支护工作面的顶板。端头支架，则用在工作面两端与顺槽的连接处，由于此处的机械设备较多，需要占有的工作空间大，同时又是人员的安全出口，要求端头支架能很好的和各设备相配合，达到有效的支护悬露面积较大的顶板。因此，端头支架在结构上具有特殊性。1.9采煤工作面对液压支架的设计要求 为了满足长臂工作面的生产要求对液压支架提出了以下要求：1.能有效的控制顶板。具体有这些要求：能适应顶板下沉、来压及冒落的特性；能防支架前方与上方冒顶；不应出现陷底而影响性能与移架。2.保证安全的工作空间。具体要求如下：有宽敞的工作空间；能很好的防矸、排矸；能良好的通风、照明、通讯、防尘、防火。3.应该适应煤层地址条件变化。要求支架有足够的调高范围；适应不平顶底板、台阶和断层等条件；适应煤层倾角变化。4.能够保证正常的生产循环。也就是说应保证正常移架、推溜；能与采煤、运输等工艺准确配合；运输，安装，搬家方便；还得便于维修。5.最后对于投资者来说，应该保证初期投资低、维修费用低。本文做的主要工作：毕业设计名称：放顶煤液压支架设计。参数如下：（1）要求工作阻力500t；（2）最大采高4.5m。本次设计主要工作如下：四连杆机构的设计、主要结构件的结构设计、液压支架整体受力分析、各主要结构件的受力分析及强度校核。第2章 液压支架整体结构设计2.1支架主要尺寸的确定2.1.1支架的高度7一般首先确定支架适用煤层的平均采高，然后确定支架高度。支架的最大高度与最小高度的之差为支架的调高范围。调高范围越大，支架的适用范围越广，但过大的调高范围会给支架结构设计造成困难，可靠性降低。 (mm) (2-1) (mm) (2-2)式中：支架最大高度（mm）； 支架最小高度（mm）； 最大采高（mm）； 最小采高（mm）；S1考虑伪顶冒落的最大厚度。大采高支架取200400 mm，中厚煤层支架取200300mm，薄煤层支架取100200mm；S2考虑周期来压时的下沉量、移架时支架的下降量和顶梁上、底板下的浮矸之和。薄煤层支架取150250mm，中厚煤层支架取300400mm。本设计最大采高4500mm,取支架最大高度:45002004700mm （2-3）由于此次设计对最小采高无具体限制，并且放顶煤液压支架的调高范围无需太大，取支架的调高范围为1500mm,则支架的最小高度:470015003200mm （2-4）确定支架的最小高度时还应考虑井下的允许运输高度。2.1.2支架的伸缩比支架的伸缩比系指其最大高度与最小高度之比值。即： （2-5）Ks反映支架对煤层厚度的适应能力，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，Ks值一般为2.5左右。2.1.3支架间距所谓支架间距，就是相邻两支架中心之间的距离。用bc表示。支架间距bc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送机的一节溜槽相连，因此目前主要根据刮板输送机溜槽每节长度及槽帮上千斤顶连接块的位置来确定，我国刮板运输机溜槽每节长度通常为1.5 m，千斤顶连接位置在刮