【正文】 般 ≤；中硬煤時(shí)，支架最大采高一般≤；硬煤時(shí)，支架最大采高＜ 5m。 8． 在同時(shí)允許選用幾種架型時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用價(jià)格便宜的支架。 9． 斷層十分發(fā)育，煤層變化大，頂板的允許暴露面積在 5～ 8m2，時(shí)間在 20min以上時(shí)，暫不宜采用綜采。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 8 第 2 章 液壓支架的 整體 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 液壓支架的主要結(jié)構(gòu)的確定 已知參數(shù)： 煤層厚度 H=－ 2m，煤層傾角 13176。；頂設(shè)條件老頂 二 級(jí)，直接頂 別 二 級(jí)；底板平整， 無(wú)影向支架通過(guò)的斷層。 一、 支架高度 支架高度的確定原則，一般應(yīng)首先確定支架適用煤層的平均采高，應(yīng)根據(jù)所采煤層的厚度，采區(qū)范圍內(nèi)地質(zhì)條件的變化等因素來(lái)確定，然后確定支架高度對(duì)于大采高支架，按下式確定支架高度，即 ： 1mmH h S?? 2n n aH h S a ?? ? ? ? 式中 ： mH 支架最大高度 ； nH 支架最小高度 ； mh 煤層最大厚度 ； nh 煤層最小厚度 ；1S 考慮偽頂、煤皮冒落后仍有可靠初撐力所需要的支 撐高度，一般為 200～300mm； 2S 頂板最大下沉量，一般取 100～ 200mm； a 移架時(shí)支架的最小可縮量，一般取 50mm； a? 浮矸、浮煤厚度，一般取 50mm. 二、 支架 的伸縮比 支架的伸縮比指最大與最小支架高度之比值即： mnHm H? 支架的最大高度與最小高度之差為支架 的調(diào)高范圍。調(diào)高范圍越大，支架適用范圍越廣，但過(guò)大的調(diào)高范圍給支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)造成困難，可靠性降低。盡量采用單伸縮油缸或帶機(jī)械加長(zhǎng)桿來(lái)增加調(diào)高范圍。一般支架最大高度和最小高度的比值的范圍是 至 。 經(jīng)計(jì)算，該支架的伸縮比為： m=247。= 考慮盡量減輕支架重量，降低造價(jià)，可搞系列化，加強(qiáng)支架對(duì)頂?shù)装宓倪m應(yīng)性，降低伸縮比，盡量采用單伸縮油缸或機(jī)械加長(zhǎng)桿來(lái)增加調(diào)高范圍 。一般根據(jù)單位缸長(zhǎng)行程 1K 來(lái)確定，當(dāng) 1 ? ，可采用單伸縮立柱。 1 mnnLLK L?? (2 － 4) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 9 式中 ： 1K ? 單 位 缸 長(zhǎng) 行 程； mL ? 活 塞 全 部 伸 出 時(shí) 立 柱 的 總 長(zhǎng) 度； nL ? 活 塞 全 部 縮 回 時(shí) 立 柱 的 總 長(zhǎng) 度； mnLL??活 塞 行 程， 綜合考慮 本設(shè)計(jì)采用 雙 伸縮立柱。 三、 支架間距 支架間距就是指相鄰支架中心線間的距離，按下式計(jì)算 3ncBb mc ?? （ 2 5） 式中 ： cb —支架間距（支架中心距） ； mB —每架支架頂梁總 寬 度 ； 3c —相鄰支架（或框架）頂梁之間的間隙 ； n —每架所包含的組架或框架數(shù) 支架間距 cb 要根據(jù)支架型式來(lái)確定，但由于每架支 架的推移千斤頂都與工作 面輸送機(jī)的一節(jié)溜槽相連，因此目前主要根據(jù)輸送機(jī)溜槽每節(jié)長(zhǎng)度及幫槽上千斤頂聯(lián)結(jié)塊的位置來(lái)確定，我國(guó)刮板輸送機(jī)溜槽每節(jié)長(zhǎng)度為 ，千斤頂聯(lián)結(jié)塊位置在溜槽中長(zhǎng)的中間，所以除節(jié)式和邁步式支架外，支架間距一般為 . 支架寬度是指頂梁的最小和最大寬度。寬度的確定應(yīng)考慮支架的運(yùn)輸、安裝和調(diào)架要求。當(dāng)支架中心距為 時(shí)，最小寬度一般取 mm1430~1400 ,最大寬度一般取mm1600~1570 。當(dāng)支 架中心距為 時(shí)，最小寬度一般取 mm1680~1650 ，最大寬度一般取 mm1880~1850 。當(dāng)支架中心距為 時(shí)，如果頂梁帶有活動(dòng)側(cè)護(hù)板，則最小寬度一般取 mm1180~1150 ，最大寬度一般取 mm1350~1320 。 取 cb =150 mm 四、 底座長(zhǎng)度 底座是將頂板壓力傳遞到地板和穩(wěn)定支架 的作用。在設(shè)計(jì)支架底座的長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)考慮如下方面：支架對(duì)底板的接觸比壓要??；支架內(nèi)部應(yīng)有足夠的空間用于安裝立柱、液壓控制裝置、推移裝置和其他輔助裝置；便于人員操作和行走；保證支架的穩(wěn)定性。通常，掩護(hù)式液壓支架底座的長(zhǎng)度取 倍的移架步距（一個(gè)移架步距為 ），即 左右。 四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 一、作用 1．梁端護(hù)頂 ： 鑒于四連桿機(jī)構(gòu)可使托梁鉸接點(diǎn)呈雙紐線運(yùn)動(dòng)，故可選定雙紐內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 10 線的近似直線部分作為托梁鉸接點(diǎn)適應(yīng)采高的變化范圍。這樣可使托梁鉸接點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)與煤壁接近于保持等距，當(dāng)梁端距處于允許值范圍之內(nèi)時(shí)，借 此可以保證梁端頂板維護(hù)良好。 2．擋矸 鑒于組成四連桿機(jī)構(gòu)的掩護(hù)梁既是連接件，又是承載件，為了承受采空區(qū)內(nèi)破碎巖石所賦予的載荷，掩護(hù)梁一般做成整體箱形結(jié)構(gòu)，具有一定強(qiáng)度。由于它處在隔離采空區(qū)的位置，故可以起到良好的擋矸作用。 3．抵抗水平力 觀測(cè)表明：綜采面給予支架的外載，不但有垂直于煤層頂板的分力，而且還有沿巖層層面指向采空區(qū)方向（或指向煤壁方向）的分力，這個(gè)水平推力由液壓支架的四連桿機(jī)構(gòu)承受，從而避免了立柱因承受水平分力而造成立柱彎曲變形。 4．提高支架穩(wěn)定性 鑒于四連桿機(jī)構(gòu)將液壓支架連成一個(gè)重量 較大的整體，在支架承載階段，其穩(wěn)定程度較高。 四連桿機(jī)構(gòu)在具有以上諸作用的同時(shí)，也有一些缺點(diǎn)。首先，支架在工作過(guò)程當(dāng)中，四連桿機(jī)構(gòu)必須承受很大的內(nèi)力，從而導(dǎo)致支架結(jié)構(gòu)尺寸的加大和重量的增加；其次，由于四連桿機(jī)構(gòu)對(duì)頂板產(chǎn)生一個(gè)水平力（又稱水平支撐力），因此對(duì)支架的工作性能將產(chǎn)生不良影響。 二、 要求 圖 2－ 1 四連桿機(jī)構(gòu) 1．對(duì)支架在跳高范圍內(nèi)梁端距的大小有重要影響。四連桿機(jī)構(gòu)應(yīng)能控制頂梁與掩護(hù)梁鉸接點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡 (呈雙紐線 )、使其在支架調(diào)高范圍內(nèi)的 偏差一般不大于 70mm； 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 11 2．影響支架支撐效率。一般在支架工作工作高度范圍內(nèi)，四連桿機(jī)構(gòu)瞬心距立柱的垂直距離越大越有利； 3．雙紐線軌跡變化對(duì)支架垂直支撐力有重要影響； 4．雙紐線軌跡影響連桿、掩護(hù)梁等連接部位的受力情況。通常認(rèn)為軌跡曲線應(yīng)向前偏擺，即支架由高位置降下時(shí)，軌跡曲線逐漸靠近煤壁； 5．為保證支架的穩(wěn)定性，后連桿的水平夾角 Q 一般不超過(guò) 85 度，最小角度應(yīng)以連桿機(jī)構(gòu)與底板不干涉為準(zhǔn)； 6．一般應(yīng)盡可能加大掩護(hù)梁的背角。厚煤層支架取大值，薄煤層支架取小值。對(duì)支撐掩護(hù)式支架應(yīng)加大背角。對(duì)堅(jiān)硬難冒頂板的支 架，掩護(hù)梁背角應(yīng)盡可能大； 7．掩護(hù)梁長(zhǎng)度與掩護(hù)梁上前、后連桿鉸接點(diǎn)間距應(yīng)保持一定的比例 (4： 1～ 16：1)，這不 僅對(duì)支架受力，而且對(duì)調(diào)高范圍也有影響，一般憑經(jīng)驗(yàn)選取 三、 幾何特征 θO 1O 2＇ 圖 2.－ 2 四連桿機(jī)構(gòu)特征圖 （ 1）支架在最高位置時(shí)， 1P ≤ ?? 62~52 ，即： ~ 弧度； 1Q ≤ ?? 85~75 即～ ；支架在最 底 位置時(shí)，保證 P?1 ?25 。 （ 2）后連桿與掩護(hù)梁的比值，掩護(hù)式支架為 I =~。支撐掩護(hù)式為 I = ~。 （ 3）前 后連桿上絞點(diǎn)之距與掩護(hù)梁的比值為 I?1 ～ 。 （ 4） 39。e 點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡呈近似雙紐線，支架由高到低雙紐線運(yùn)動(dòng)軌跡的最大寬度70e? mm以下 最好在 30mm以下 。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 12 （ 5）支架在最高位置時(shí)的 tan? 應(yīng)小于 ，在優(yōu)化設(shè)計(jì)中， 對(duì)掩護(hù)式支架最好小于 ， 對(duì)支撐掩護(hù)式支架最好應(yīng)小于 。 四、 四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法 四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)的主要 方法有：幾何作圖法、優(yōu)選法等。本設(shè)計(jì)鑒于各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，采用了幾何作圖法求解的方式來(lái)求解。 幾何作圖法按如下步驟進(jìn)行： (1)確定掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)至頂梁頂面的距離和后連桿下鉸點(diǎn)至底座底面的距離，一般同類型支架用類比法來(lái)確定，關(guān)于這兩個(gè)尺寸的大小和對(duì)支架受力的影響，后面進(jìn)行專門研究。 (2)掩護(hù)梁和后連桿長(zhǎng)度的確定。 用解析法來(lái)確定掩護(hù)梁和后連桿的長(zhǎng)度。 ＇ 圖 2－ 3掩護(hù)梁和后連桿長(zhǎng)度的確定 設(shè) G?掩 護(hù) 梁 長(zhǎng) 度； A ?后 連 桿 長(zhǎng) 度 ； 2Le? ＇ 點(diǎn) 引 垂 線 到 后 連 桿 下 鉸 點(diǎn) 的 距 離； 1H ? 支 架 最 高 位 置 時(shí) 的 計(jì) 算 高 度； 2H ? 支 架 最 低 位 置 時(shí) 的 計(jì) 算 高 度。 從幾何關(guān)系出發(fā)可以列出如下兩式： 1 1 2c os c osG P A Q L?? （ 2 6） 2 2 2c os c osG P A Q L?? （ 2 7） 將式（ 2 6）和式（ 2 7）聯(lián)立可得 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 13 21cos coscos cosA P PG Q Q?? ? （ 2 8） 以上關(guān)系式說(shuō)明支架計(jì)算高度為支架高度減去掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)至頂梁頂面的距離 和后連桿下鉸點(diǎn)至底座地面的距離。 按四連 桿機(jī)構(gòu)幾何特征要求，選定 1 2 1 2P P Q Q、 、 、 代入式（ 2 8），可求得 AG的比值。由于支架型式不同，一般 AG的比值按一下范圍來(lái)取。 掩護(hù)式液壓支架： AG=～ 支撐掩護(hù)式液壓支架： AG =～ 支架最高位置時(shí)的計(jì)算高度為： 1 1 1si n si nH G P A Q?? （ 2 9） 根據(jù) AG 的比值和式（ 2 9）可以求得掩護(hù)梁的長(zhǎng)度 G 和后連桿長(zhǎng)度 A，經(jīng)過(guò)取整后，再重新計(jì)算出 1 2 1 2P P Q Q、 、 、 的角度，這幾個(gè)參數(shù)就確定了。 (3)幾何作圖法作圖過(guò)程。用幾何作圖法確定四連桿機(jī)構(gòu)的各部分尺寸，具體操作法如下： ＇＇＇＇＇＇＇＇＇＇a ＇＇α 圖 2－ 4 液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)的幾何作圖法 作圖步驟如下： 1） 確定后連桿下鉸點(diǎn) O點(diǎn)的位置，使它大體比底座底面略高 200～ 250mm。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 14 2） 過(guò) O點(diǎn)作與底座底面平行的水平線 HH線。 3） 過(guò) O點(diǎn)作于 HH線的夾角為 Q1的斜線。 4） 在此斜線上截取線段 oa,oa長(zhǎng)度等于 A， a點(diǎn)即為后連桿與掩護(hù)梁的鉸點(diǎn)。 5） 過(guò) a點(diǎn)作于 HH線有交角 ? 的斜線，以 a點(diǎn)為圓心，以 G半徑作弧交此斜線與一點(diǎn) /e ，此 點(diǎn)為掩護(hù)梁與頂梁的鉸 點(diǎn)。 6） 過(guò) /e 點(diǎn)作 HH線的平行線 FF線，則 HH線與 FF線的距離為 1H ，為液壓支架最高位置時(shí)的計(jì)算高度。 7） 以 a點(diǎn)為圓心，以（ ～ ） G長(zhǎng)度為半徑作弧，在掩護(hù)梁上交與一點(diǎn) b，為前連桿上鉸點(diǎn)的位置。 8） 過(guò) /e 點(diǎn)作 FF線的垂線（認(rèn)為液壓支架由高到低變化時(shí)， /e 點(diǎn)在此直線上滑動(dòng)）。 9） 在 垂線上作液壓支架在最低位置時(shí)，頂梁與掩護(hù)梁的鉸點(diǎn) ///e 。 10) 取 / ///ee 線中間某一點(diǎn) //e ，為液壓支架降到此高度時(shí)掩護(hù)梁與頂梁的鉸點(diǎn)（ 液壓支架由高到低變化時(shí)，頂梁前端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡為近似雙紐線，中間這一點(diǎn)的位置直接影響頂梁前端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的形狀、變化寬度等 ）。 11) 以 O點(diǎn)為圓心， Oa為半徑作圓弧。 12) 以 //e 點(diǎn)為 圓心， 掩護(hù)梁長(zhǎng) /ae 為半徑作弧， 交最前面圓弧上一點(diǎn) /a ,此點(diǎn)為液壓支架降到中間某一位置時(shí)，掩護(hù)梁與后連桿的鉸點(diǎn)。 13) 以 ///e 點(diǎn)為圓心，掩護(hù)梁長(zhǎng) /ae 為半徑作弧，交最前面圓弧上一點(diǎn) //a ,此點(diǎn)為支架降到最低位置時(shí)，掩護(hù)梁與后連桿的鉸點(diǎn)。 14) 連接 // /ea、 /// //ea，并以 /a 點(diǎn)為圓心 ， ab長(zhǎng)為半徑，交 // ///ae 上于 /b 點(diǎn) ，以 //a 點(diǎn)為圓心， ab長(zhǎng)為半徑做圓弧，交 // ///be 上一點(diǎn)。則 / //b b b、 、 三點(diǎn)為液壓 支架在三個(gè)位置時(shí)，前連桿的上鉸點(diǎn)。 15) 連接 / //aO a O、 ， 為液壓支架降到中間某一位置和最低位置時(shí)后連桿的位置。 16) 分別作 / / //bb bb和 垂直平分線，其交點(diǎn) c即為前連桿下鉸點(diǎn) ,bc為前連桿的長(zhǎng)度。 17) 過(guò) c點(diǎn)作向 HH線作垂線，交于點(diǎn) d， 則線段 Oa ab bc c d dO、 、 、 和為液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 15 頂梁長(zhǎng)度的確定 一、 支架工作方式對(duì)支架頂梁長(zhǎng)度的影響 支架 工作方式對(duì)支架頂梁 長(zhǎng)度影響最大， 見(jiàn)圖 所示。 圖 2－ 5 支架工作方式