【正文】 的研究始于20世紀(jì)80年代初，20年來(lái)，得到了迅速發(fā)展。為適應(yīng)不同地質(zhì)和煤層條件的需要，出現(xiàn)了高、中、低放頂煤液壓支架并存的局面。低位放頂煤液壓支架的放煤口位置低，尺寸大，而且是連續(xù)的，多為插板式。無(wú)支架背煤煤炭損失，放煤在支架后方，放煤效果好，煤塵小，后輸送機(jī)外運(yùn)煤順利，一般不需要清理后放浮煤。支架尾梁還可以擺動(dòng)，提高頂煤的回收率。因此，低位放頂煤液壓支架一出現(xiàn)，即得到了用戶的認(rèn)可。[1][4] 放頂煤液壓支架結(jié)構(gòu)的基本特點(diǎn)1 一般采用整體性，穩(wěn)定性及掩護(hù)性好的支撐掩護(hù)式和掩護(hù)式液壓支架。2 有較寬敞，便于控制的放煤口以及松動(dòng)，破碎煤塊的輔助裝置。3 支架受上部頂板和頂煤放落時(shí)的動(dòng)載影響較大，因此要求支架縱向和側(cè)向穩(wěn)定性較高。4 支架調(diào)高范圍要求不嚴(yán)。為使操作，行人等比較方便，支架高度一般為2~3m。 放頂煤液壓支架的分類放頂煤液壓支架 放頂煤液壓支架使用條采用放頂煤綜采的4個(gè)重要條件是：地質(zhì)條件適應(yīng)性，液壓支架選型的正確性，采放工藝的合理性和工作面管理的嚴(yán)格性。 放頂煤液壓支架適用范圍1 煤層厚度一般為5~12m左右，或者厚度變化比較大。2 煤質(zhì)比較松軟，或節(jié)理發(fā)育，容易在礦壓作用下冒落的煤層。3 對(duì)于松軟和易碎裂煤層，厚度為5~8m左右時(shí)，可選用掩護(hù)式支架，采用天窗式結(jié)構(gòu)，如單輸送機(jī)放頂煤支架；對(duì)于煤層較大，煤質(zhì)較硬，但節(jié)理發(fā)育，易碎裂的煤層，可用支撐掩護(hù)式支架，采用插板式或天窗插板式等結(jié)構(gòu)。4 底板中等穩(wěn)定以下，可隨采隨冒。5 工作面傾角一般不大于300。第2章 支架的總體方案設(shè)計(jì) 根據(jù)已知采高5~12m、傾角8176。、頂板，設(shè)計(jì)低位放頂煤液壓支架，通過(guò)尾梁的控制實(shí)現(xiàn)性能優(yōu)良的放頂煤要求。 支架結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)低位放頂煤液壓支架常見(jiàn)的支撐方式有兩柱掩護(hù)式和四柱支撐掩護(hù)式。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，本次設(shè)計(jì)的液壓支架的頂板為2類Ⅱ級(jí)，查《支護(hù)手冊(cè)》選用四柱支撐掩護(hù)式液壓支架。 通過(guò)查閱相關(guān)資料，本次設(shè)計(jì)在以支撐掩護(hù)式為設(shè)計(jì)條件下設(shè)計(jì)了三種不同形式的結(jié)構(gòu)方案。分別為中（反）四連桿放頂煤液壓支架﹑中(正)四連桿放頂煤液壓支架、后四連桿放頂煤液壓支架。 中反四連桿放頂煤液壓支架1采用雙前連桿和單后連桿結(jié)構(gòu)的寬形反向四連桿機(jī)構(gòu)，布置在前后立柱之間，提高了支架的抗偏載能力和整體的穩(wěn)定性。2大插板使尾梁放煤機(jī)構(gòu)，其尾梁千斤頂可雙位安裝，既可支設(shè)在頂梁上，也可只設(shè)在底座上，一般狀態(tài)是只設(shè)在頂梁上。后部放頂煤空間大，為順利放煤創(chuàng)造了良好的作業(yè)環(huán)境，可充分發(fā)揮后部輸送機(jī)的運(yùn)輸能力，操作維修方便。尾梁搬動(dòng)有利于落煤，插板伸縮值大，放煤口調(diào)節(jié)靈活，對(duì)于大煤塊的破碎能力強(qiáng)，可顯著提高頂煤的采出率。 3支架為四柱支撐掩護(hù)式支架，后排立柱支撐在頂梁與四連桿機(jī)構(gòu)鉸接點(diǎn)的后端，可適應(yīng)外載之中作用變化，切頂能力強(qiáng)。 4頂梁相對(duì)較長(zhǎng)，掩護(hù)空間較大，通風(fēng)斷面大，而且對(duì)頂板的反復(fù)支撐可使較穩(wěn)定的頂煤在礦壓作用下預(yù)先斷裂破碎，利于放煤。 5反向四連桿機(jī)構(gòu)經(jīng)過(guò)總體參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)，連桿力較小，是一般正向四連桿機(jī)構(gòu)連桿力的50%～70%，支架的結(jié)構(gòu)可靠性高。 6底座對(duì)底板比壓分配合理，前端比壓較小，能適應(yīng)軟底板條件，移架阻力小，有利于順利移架。[14]圖21 中四連桿低位放頂煤液壓支架（反向） 中正四連桿低位放頂煤液壓支架 從實(shí)踐及全國(guó)許多綜放工作面生產(chǎn)實(shí)踐證明，四柱正向四連桿支撐掩護(hù)式放頂煤支架在與圍巖的相互作用中，普遍存在前后排立柱受力不均衡現(xiàn)象，一般表現(xiàn)為前排立柱受力大，后排立柱受力小，甚至出現(xiàn)后排立柱受拉的現(xiàn)象，在這種工況下，支架的支護(hù)能力不能有效發(fā)揮，有效支護(hù)強(qiáng)度大幅度減小，底座前端對(duì)底板比壓增大，支架的力學(xué)特性惡化，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響工作面的正常生產(chǎn)和安全。[14]圖22 中四連桿低位放頂煤液壓支架（正向）通過(guò)比較，在放煤機(jī)構(gòu)相同的情況下，因?yàn)楣ぷ鞯装遢^軟，因此反向四連桿低位放頂煤液壓支架比正向四連桿低位放頂煤液壓支架更為適合所給的條件。因此這里選擇反向四連桿低位放頂煤液壓支架機(jī)構(gòu)。 中四連桿低位放頂煤液壓支架（擺動(dòng)式放煤支架） 擺動(dòng)式放煤機(jī)構(gòu)如下圖所示，由放煤千斤頂、小插板千斤頂、放煤擺動(dòng)板組成，主體是放煤擺動(dòng)板。放煤擺動(dòng)板內(nèi)部有軌道，用以安裝小插板，上端鉸接在掩護(hù)梁放煤口上沿，在中、下部由兩個(gè)一端固定在底座上的放煤千斤頂推拉，使放煤擺動(dòng)板上、下擺動(dòng)，與掩護(hù)梁形成一定的角度，用于破碎頂煤和打開(kāi)整個(gè)窗口。 在放煤擺動(dòng)板內(nèi)裝有可伸縮的小插板，小插板前端設(shè)有用于插煤的齒條，齒條下部有耳坐，與插板千斤頂聯(lián)接。在插板千斤頂作用下，插板伸出或收回，用于啟閉局部窗口。[22]圖23 擺動(dòng)式放煤機(jī)構(gòu)圖24 后四連桿低位放頂煤液壓支架 中四連桿低位放頂煤液壓支架，它的掩護(hù)梁由鉸接在頂梁的平衡千斤頂或鉸接在底座上的千斤頂支撐。掩護(hù)梁下部有可伸縮插板，放煤時(shí)收回插板，利用千斤頂?shù)纳炜s調(diào)整放煤口進(jìn)行放煤，放煤后伸出插板擋住矸石流入后輸送機(jī)內(nèi)。這種結(jié)構(gòu)能夠滿足放煤工藝，放煤口及工作空間的要求。從支架整體設(shè)計(jì)看，其橫向穩(wěn)定性差，極易將千斤頂及其支座損壞。 后四連桿低位放頂煤液壓支架，支架后部由掩護(hù)梁，前后連桿，底座，尾梁行成工作空間，用以放煤和布置后輸送機(jī)。由尾梁及其千斤頂組成放煤機(jī)構(gòu)，操縱鉸接在掩護(hù)梁上的尾梁千斤頂，可使尾梁向上轉(zhuǎn)動(dòng)，以松動(dòng)頂煤或擋矸。向下轉(zhuǎn)動(dòng)尾梁時(shí)收回插板進(jìn)行放煤，可視情況反復(fù)多次進(jìn)行放煤。這種架型穩(wěn)定性好，有利于放煤，放煤口大，操作方便。綜合以上三種方案，本次設(shè)計(jì)選取后四連桿低位放頂煤液壓支架形式進(jìn)行設(shè)計(jì)。第3章 液壓支架的整體結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) 液壓支架設(shè)計(jì)的基本要求和基本參數(shù)采用綜合機(jī)械化采煤方法是大幅度增加煤炭產(chǎn)量、提高經(jīng)濟(jì)效益的必由之路。為了滿足對(duì)煤炭日益增長(zhǎng)的需要，必須大量生產(chǎn)綜合機(jī)械化 采煤設(shè)備，迅速增加綜合機(jī)械化采煤工作面。而每個(gè)綜采工作面平均需要安裝150臺(tái)液壓支架，可見(jiàn)對(duì)液壓支架的需求量是很大的。由于不同采煤工作面的頂?shù)装鍡l件、煤層厚度、煤層傾角、煤層的物理機(jī)械性質(zhì)等的不同，對(duì)液壓支架的要求也不同。為了有效的支護(hù)和控制頂板，必須設(shè)計(jì)出不同類型和不同結(jié)構(gòu)尺寸的液壓支架。因此，液壓支架的設(shè)計(jì)工作時(shí)很重要的。由于液壓支架的類型很多，因此其設(shè)計(jì)工作量也是很大的。由此可見(jiàn)，研制和開(kāi)發(fā)新型液壓支架是必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。1 為了滿足采煤工藝及地質(zhì)條件的要求，液壓支架要有足夠的初撐力和工作阻力，以便有效地控制頂板，保證合理的的下沉量。 2 液壓支架要有足夠的的推溜力和移架力。推溜力一般為100kN；移架力按煤層厚度而定，薄煤層一般為100～150kN，中厚煤層一般為150～250kN厚煤層一般為300～400kN。3 放矸性能要好。4 排矸性能要好。5 要求液壓支架能保證采煤工作面有足夠的通風(fēng)斷面，從而保證人員呼吸、稀釋有害氣體等安全方面的的要求。6 為了操作和生產(chǎn)的需要，要有足夠的人行道。7 調(diào)高范圍大，照明和通信方便。8 支架的穩(wěn)定性要好，底座最大比壓要小于規(guī)定值。9 要去支架有足夠的剛度，能夠承受一定的不均勻載荷和沖擊載荷。10 在滿足強(qiáng)度的條件下，盡可能減輕支架的重量。11 要易于拆卸，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。12 液壓元件要可靠。 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，按下式確定計(jì)算高度，即： 式中 ——支架最大高度,mm； ——支架最小高度, mm； ——煤層最大厚度, mm； ——煤層最小厚度, mm； ——考慮偽頂、煤皮冒落后仍有可能初撐力所需要的支撐高度，一般取mm； ——頂板最大下沉量，一般取mm； ——移架時(shí)支架的最小可縮量，一般mm； ——浮矸石、浮煤厚度，一般取mm。 本次設(shè)計(jì)給定支架最大高度3000mm，最小高度1600mm。 支架的伸縮比支架的伸縮比是指支架的最大與最小高度值之比，即： 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。由于液壓支架的使用壽命要求較長(zhǎng)，并可能被安裝在不同的采煤工作面，所以，支架應(yīng)具有較大的伸縮比。在采用雙伸縮立柱時(shí)，；支撐掩護(hù)式支架為 ；掩護(hù)式支架可達(dá) 3。 至 ，煤層較薄時(shí)選大值。但考慮盡量減輕重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。一般根據(jù)單位缸長(zhǎng)行程來(lái)確定，當(dāng)范圍內(nèi)可采用單伸縮。由公式（31）得 式中 ——單位缸長(zhǎng)行程； ——活塞全部伸出時(shí)立柱的總長(zhǎng)度，mm； ——活塞全部縮回時(shí)立柱的總長(zhǎng)度，mm； ——活塞行程，mm。由支架的最大、最小高度，可得活塞的行程為 1500mm；而活塞全部縮回時(shí)立柱的總長(zhǎng)，暫用支架的最小高度 1700mm。由（32）得：支柱應(yīng)采用雙伸縮立柱，但考慮其制造成本及放頂煤液壓支架工作條件，選擇單伸縮機(jī)械加長(zhǎng)立柱。 支架間距的確定支架中心距一般等于工作面刮板輸送機(jī)一節(jié)溜槽的長(zhǎng)度。，輕型支架為適應(yīng)中小煤礦工作面快速搬家的要求。而一般支架間距，按下式計(jì)算：式中 ——支架間距(支架中心距)，mm； ——每架支架頂梁寬度，mm； ——相鄰支架(或框架)頂梁之間的間隙，mm； ——每架所包含的組架的組數(shù)或框架數(shù)；支架間距要根據(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)度及槽幫上千斤頂聯(lián)結(jié)塊的位置來(lái)確定，、,千斤頂聯(lián)結(jié)塊位置在溜槽長(zhǎng)度的中間，所以除節(jié)式和邁步式支架外。 底座長(zhǎng)度的確定底座起將頂板壓力傳遞到底板和穩(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)底板的接觸比壓要小；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；保證支架保持穩(wěn)定性。（）， ，支撐掩護(hù)式支架的底座長(zhǎng)度取4倍的移架步距。本文設(shè)計(jì)支架為支撐掩護(hù)式，估取底座長(zhǎng)度為2400mm。 頂梁長(zhǎng)度的確定支架頂梁的長(zhǎng)度與配套尺寸有直接關(guān)系。同時(shí)為了防止當(dāng)采煤機(jī)向支架內(nèi)傾斜時(shí)，采煤機(jī)滾筒不截割頂梁，又考慮到采煤機(jī)截割時(shí)，不一定把煤壁截割成一個(gè)平面，所以在設(shè)計(jì)時(shí)，要求頂梁前端距煤壁最小距離為300mm，這個(gè)距離叫空頂距。另外，在輸送機(jī)鏟煤板前也留有一定的距離。一般為135～150mm，也是為了防止采煤機(jī)截割煤壁不齊，給推移輸送機(jī)留有一定距離。除此以外，所有配套設(shè)備包括采煤機(jī)和輸送機(jī)，均要在頂梁掩護(hù)下工作，以此來(lái)計(jì)算頂梁長(zhǎng)度。 頂梁的長(zhǎng)度計(jì)算掩護(hù)式與支撐掩護(hù)式液壓支架頂梁長(zhǎng)度計(jì)算公式：式中 配套尺寸——參考原煤炭部煤炭科學(xué)研究院編制的綜采設(shè)備配套圖冊(cè)確定； 底座長(zhǎng)度——底座前端至連桿下鉸點(diǎn)的距離； e——支架由高到低頂梁前端點(diǎn)最大變化距離； ——如圖所示，支架在最高位置時(shí)，分別為后連桿和掩護(hù)梁與水平面的夾角。本次設(shè)計(jì)選用的配套采煤機(jī)為MG150/380—WD 配套尺寸圖配套尺寸=（630+173+1130）mm=1933mm頂梁長(zhǎng)度=（1933+2400+160030052+150）=3492mm取3600mm。 頂梁寬度，本次設(shè)計(jì)取支架頂梁的最小寬度為1420mm,最大寬度為1590mm,選取雙側(cè)活動(dòng)側(cè)護(hù)板，亦即頂梁側(cè)護(hù)板側(cè)推千斤頂?shù)男谐倘?70mm。頂梁寬度根據(jù)支架間距和架型來(lái)定?！＿@里取頂梁寬度為：1380mm（不包括活動(dòng)側(cè)護(hù)板）。 頂梁覆蓋率頂板覆蓋率按下式計(jì)算：式中： ——頂梁覆蓋率； ——頂梁寬度（包括側(cè)護(hù)板伸出寬度），mm； ——頂梁總長(zhǎng)度，mm； ——梁端距，mm； ——相鄰頂梁間間隙。對(duì)于穩(wěn)定頂板覆蓋率δ值要求為60～70%，對(duì)于中等穩(wěn)定頂板覆蓋率δ值要求為75～85%，對(duì)于破碎頂板，覆蓋率δ指應(yīng)達(dá)到85～95%。此設(shè)計(jì)的頂梁覆蓋率： 支架立柱數(shù)的確定目前國(guó)內(nèi)支撐式液壓支架立柱數(shù)為2～6根，常用為4根；掩護(hù)式液壓支架為2根；支撐掩護(hù)式液壓支架為4根。本次設(shè)計(jì)考慮設(shè)計(jì)任務(wù)書給定的條件查支護(hù)手冊(cè)，選定支護(hù)方式為支撐掩護(hù)式，故立柱數(shù)目為4 支撐方式 本設(shè)計(jì)為支撐掩護(hù)式支架，根據(jù)結(jié)構(gòu)要求呈傾斜或垂直布置，一般立柱與頂梁垂線夾角小于，由于夾角較小，有效支撐能力較大。故前排立柱取，后排立柱垂直布置。 立柱間距立柱間距指對(duì)支撐式和支撐掩護(hù)式支架而言前、后柱的間距。立柱間距的選擇原則為：有利于操作、行人和部件合理布置。支撐式支架和支撐掩護(hù)式支架的立柱間距為1～。本支架立柱間距選1m。 立柱柱窩位置的確定對(duì)于支撐掩護(hù)式液壓支架的柱窩位置確定，根據(jù)支撐力分布與頂板載荷相一致的原則，通過(guò)受力分析計(jì)算，確定柱窩合力作用點(diǎn)位置。根據(jù)前后連桿間行人的要求，對(duì)支撐掩護(hù)式液壓支架還要考慮立柱傾角的要求，分配前，后柱窩位置。第4章 液壓支架的部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 頂梁頂梁是工作面頂板直接接觸的部件，除要滿足一定的剛度和強(qiáng)度要求外，還要保證支護(hù)頂板