【正文】 調(diào)高范圍越大，支架適用范圍越廣，但過大的調(diào)高范圍給支架結構設計造成困難，可靠性降低。由于液壓支架的使用壽命要求較長，并可能被安裝在不同的采煤工作面，所以，支架應具有較大的伸縮比。在采用雙伸縮立柱時，；支撐掩護式支架為 ；掩護式支架可達 3。 至 ，煤層較薄時選大值。但考慮盡量減輕重量采用單伸縮油缸或帶機械加長桿來增加調(diào)高范圍。一般根據(jù)單位缸長行程來確定，當范圍內(nèi)可采用單伸縮。經(jīng)計算，該支架的伸縮比。 ( )——單位缸長行程；——活塞全部伸出時立柱的總長度，mm；——活塞全部縮回時立柱的總長度，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；而活塞全部縮回時立柱的總長，暫用支架的最小高度 1700mm。由此，可以得到：支柱應采用雙伸縮立柱，但考慮其制造成本及放頂煤液壓支架工作條件，選擇單伸縮機械加長立柱。（支架中心距）支架中心距一般等于工作面刮板輸送機一節(jié)溜槽的長度。，輕型支架為適應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)；整體自移式支架 n=1，整體邁步式支架n=2，節(jié)式邁步支架n=支架節(jié)數(shù)。支架間距bc要根據(jù)支架型式來確定，但由于每架支架的推移千斤頂都與工作面輸送機的一節(jié)溜槽相連，因此目前主要根據(jù)輸送機溜槽每節(jié)長度及槽幫上千斤頂聯(lián)結塊的位置來確定，、,千斤頂聯(lián)結塊位置在溜槽長度的中間，所以除節(jié)式和邁步式支架外。底座起將頂板壓力傳遞到底板和穩(wěn)定支架的作用。在設計支架底座的長度時，應考慮如下方面：支架對底板的接觸比壓要小；支架內(nèi)部應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。（）， ，支撐掩護式支架的底座長度取4倍的移架步距。本文設計支架為支撐掩護式，估取底座長度為2400mm，在結構設計中根據(jù)結構要求修改為3000mm。 四連桿機構的作用及其幾何作圖法設計通過四連桿機構，使支架頂梁端點的運動軌跡呈近似雙曲線，從而使支架頂梁前端的端頭離煤壁距離大大減小，提高了管理頂板的性能。能承受較大的水平力。支架從最高高度降到最低高度時，頂梁端點運動軌跡的最大寬度mm，最好為30mm以下 支架在最高位置時和最低位置時，頂梁與掩護梁的夾角P和后連桿與底平面的夾角Q，應滿足以下要求：支架在最高位置時，P≤ ～，Q≤ ～；支架在最低位置時，考慮矸石便于下滑，以防矸石停留在掩護梁上，根據(jù)物理學摩擦理論可知，,如果按鋼和矸石的摩擦系數(shù)為,即：,求得；為了安全可靠在最低工作位置時，應使為宜，而Q角主要考慮掩護梁底部距底板要有一定的距離，防止支架后部冒落的巖石卡住后連桿，使支架不能降下來，一般取，在特殊情況下需要角度較小時，可提高后連桿下鉸點的高度。掩護梁與頂梁鉸點E1和瞬時中心O之間的連線與水平線的夾角為θ，設計時，要使范圍內(nèi)，主要原因是θ角直接影響附加力Qy的數(shù)值大小。 四連桿機構幾何特征支架工作段要求曲線向前凸的一段，其原因為當頂板來壓時，立柱讓壓而下縮，使頂梁有向煤壁移動的趨勢，對于保持梁端頂板處于擠壓狀態(tài)有利，防止頂板產(chǎn)生離層或斷裂，又可以使作用在頂梁上的摩擦力指向采空區(qū)，同時使底板對底座的作用力向后移，底座前端比壓減少，可防止啃底，有利于移架，再則減少了水平力的合力，由于支架所承受的水平力由連桿來克服，所以減輕了掩護梁的受力。從以上分析得知，為使支架受力合理和工作可靠，在設計四連桿機構的曲線運動軌跡時，應盡量使支架的工作段要取曲線向前凸的一段，所以當已知掩護梁和后連桿的長度后，從這個觀點出發(fā)，在設計時，只要把掩護梁和后連桿簡化成曲柄滑塊機構，進行作圖計算就可以了。 掩護梁和后連桿構成的曲柄滑塊機構，當掩護梁和后連桿已知，只要找到前連桿的長度和位置就可以了，其具體作法是順時針轉(zhuǎn)動后連桿，使支架最高位置時的E1點向下作近似直線運動，在掩護梁上定有一點在運動中有一段近似圓弧軌跡。只要找到這個圓弧軌跡的曲率半徑和曲率中心，就可以找到前連桿的位置和長度了。從這個觀點出發(fā)，只要按支架在工作段，支架由高到低，在掩護梁上前連桿上鉸點所作的運動軌跡上，任找?guī)c，把掩護梁上前連桿上鉸點連線的垂直平分線所交的點為前連桿的下鉸點，這樣四連桿機構就可以確定了。掩護梁上絞點與頂梁頂面之距根據(jù)支架最大高度確定,一般支架取150～200mm，重型支架取210～260mm。本文取150mm。后連桿下鉸點與底座底面之距根據(jù)支架最小高度確定，薄煤層支架取150～250mm，中厚煤層支架取250～450mm，大采高支架取450～600mm。本文取450mm。首先用解析法確定掩護梁和后連桿的長度?！谧o梁長度；——后連桿長度；——過E1點的垂直線到后連桿下鉸點之距；——支架最高位置時的計算高度；mm ——支架最低位置時的計算高度；mm　從幾何關系可以列出: ( ) ( )將以上兩式聯(lián)立解得： ( )按四連桿機構的幾何特征所要求的角度，選定：； 。； 。 掩護梁和后連桿計算示意圖 支架在最高位置時的值為： ( )因此掩護梁的長度為： mm?。?mm后連桿長度為： mm?。簃m一般， 故取：mm根據(jù)掩護梁長度和后連桿長度重新計算出： ； 。 ； 。 液壓支架四連桿機構幾何關系圖作圖步驟如下：（1）、確定后連桿下鉸點O點的位置，使它大體比底座略高，一般為200～250mm，考慮太低安裝銷子困難，太高底座又笨重。根據(jù)支架結構取450mm。（2）、過O點作水平線H－H線與底座相平行。（3）、過O點作一條直線與水平線H－H線相交其交角為。（4）、以O點為圓心，以L1為半徑作圓，與該直線相交于A點，即為后連桿與掩護梁的上鉸點。（5）、過A點作一條直線與水平線H－H線相交其交角為。（6）、以A點為圓心，以L為半徑作圓，與該直線相交于E1點，即為掩護梁、與頂梁的鉸點。（7）、過E1點作一條直線與水平線H－H平行的F－F直線，則H－H線與F－F線的距離為h1，即為液壓支架最高位置的計算高度。(8)、以A點為圓心，即為前連桿的上鉸點。(9)、過E1點作F－F線的垂線。假設在液壓支架升降過程中，E1點近似在此直線上滑動。(10)、在垂線上作液壓支架在最低位置時，頂梁與掩護梁的鉸點為E3。(11)、取E1E3中點為E2點，為液壓支架在降到中間位置時，掩護梁與頂梁的鉸點。(12)、以O點為圓心，以為半徑作圓弧。(13)、以E2點為圓心，以掩護梁長L為半徑作圓，與圓弧相交于A1點，此點為液壓支架在降到中間位置時，掩護梁與后連桿的鉸點。(14)、以E3點為圓心，以掩護梁長L為半徑作圓，與圓弧相交于A2點，此點為液壓支架在最高位置時，掩護梁與后連桿的鉸點。(15)、以A1點為圓心，與E2A1相交于B1點。以A2點為圓心，與E3A2相交于B2點。即B、BB2三個點為液壓支架在三個位置時的前連桿的上鉸點。(16)、連接A1O、A2O，為液壓支架降到中間位置和最低位置時，后連桿的位置。(17)、分別作B B1和B1 B2的垂直平分線交于C點，即為前連桿的下鉸點，BC為前連桿的長度。(18)、過點C向H－H線作垂線，交于D點。則AO、AB、BC、CD為液壓支架的四連桿機構。按以上步驟作圖。 液壓支架四連桿機構作圖結果最終確定四連桿機構的各項尺寸為：AO = 1201 mm AB = 429 mmBC = 1481 mm CD = 342 mm Motion的梁端曲線模擬根據(jù)上述計算得到的四連桿機構尺寸，在SolidWorks中建立簡單的機構模型。 支架四連桿機構簡化模型給支架頂梁頂面加一線性馬達，運動距離為1500mm，并設置頂梁前端面的XY方向位移圖解以及其運動軌跡，,。 頂梁前端面的XY方向位移圖解 頂梁前端面運動軌跡，頂梁前端面雙紐線寬帶為12541215=39mm，符合要求。根據(jù)支架工作方式和設備配套尺寸來確定頂梁長度。支架工作方式對支架頂梁長度有很大影響。先移架后推溜的方式（及時支護）要求頂梁有較大長度；先推溜后移架方式（滯后支護）要求頂梁長度較小。這是因為采用先移架后推溜的工作方式時，支架要超前輸送機一個步距，以便采煤機過后，支架能及時前移，支護新暴露的頂板，做到及時支護，因此，先移架后推溜時頂梁長度要比先推溜后移架時的頂梁長度長一個移架步距，一般為600mm。 本文所設計的支架要適應各種復雜的頂板情況，采用先推溜后移架的方式，但在推溜之前，挑梁要伸出，起到即時支護的作用，挑梁伸出的長度為800mm。所謂梁端距是指移架后頂梁端部至煤壁的距離( C )。梁端距是考慮由于工作面底板起伏不平造成輸送機和采煤機的傾斜，以及采煤機割煤時垂直分力使搖臂和滾筒向支架傾斜，為避免割頂梁而留的安全距離。支架高度越大，梁端距也應越大。 液壓支架尺寸關系（1）掩護式與支撐掩護式支架頂梁長度的計算頂梁長度=[配套尺寸+底座長度+A*cos（Q1）][G*cos（P1）+300+e]+掩護梁與頂梁鉸接點至頂梁后端點之距（mm）式中：配套尺寸——670+435+764+210=2079mm（MG200/475W采煤機配套尺寸，）底座長度——底座前端至后連桿下鉸點之距 2400mme——支架由高到低頂梁前端點最大變化距離 39mmQ1，P1——支架在最高位置時，分別為后連桿和掩護梁與水平面的夾角故頂梁長度為：取為4000mm。 MG200/475W型采煤機配套尺寸（2）頂梁寬度：，本次設計取支架頂梁的最小寬度為1420mm,最大寬度為1590mm,選取單側(cè)活動側(cè)護板，亦即頂梁側(cè)護板側(cè)推千斤頂?shù)男谐倘?70mm。頂梁寬度根據(jù)支架間距和架型來定?！?m。這里取頂梁寬度為：1390mm（不包括活動側(cè)護板）。（3）頂梁覆蓋率δ頂板覆蓋率按下式計算： ( )式中： ——頂梁覆蓋率；——頂梁寬度（包括側(cè)護板伸出寬度），mm；——頂梁總長度，mm；——梁端距，mm；——相鄰頂梁間間隙。穩(wěn)定頂板覆蓋率δ值要求為60～70%，對于中等穩(wěn)定頂板覆蓋率δ值要求為75～85%，對于破碎頂板，覆蓋率δ指應達到85～95%。此設計的頂梁覆蓋率：目前國內(nèi)支撐式支架立柱為2～6，常用為4；掩護式支架為2柱；支撐掩護式為4柱式。該液壓支架采用單伸縮機械加長立柱，為支撐掩護式，故立柱數(shù)目取為4。本設計為支撐掩護式支架，根據(jù)結構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。指對支撐式和支撐掩護式支架而言前、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式支架的立柱間距為1～。本支架立柱間距選1m。采煤工作面的過風量有一定要求。在過風量一定時，采煤工作面的通風斷面積不應過小。但在工作面中安裝液壓支架后，通風斷面積明顯減小。因此必須驗算通風斷面積。一般按工作面允許風速進行驗算。根據(jù)安全規(guī)程規(guī)定，工作面風速應小于5m/s。采煤工作面風速計算按下式進行。 ( )式中 ——工作面風速，m/s； ——支架在采煤工作面的通風斷面積，mm2； ——采煤工作面所需風量，m3/min ( )——通風不均系數(shù)，一般取=——安全規(guī)程允許的瓦斯含量，一般取=1% ( )——日產(chǎn)量，；——每分鐘生產(chǎn)一噸煤的沼氣涌出量，一般取計算：, 則有： ，合乎安全規(guī)程規(guī)定。3 液壓支架的部件結構設計 液壓支架各個部件的結構形式與工作面的頂?shù)装鍡l件和支架結構形式有關，選擇時根據(jù)支架的結構和工作面頂?shù)装鍡l件，對各個部件的結構進行分析，最后擇優(yōu)選擇。本文所設計液壓支架為支撐掩護式后四連桿低位放頂煤液壓支架。 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度要求外，還要保證支護頂板的需要，如：足夠的頂板覆蓋率；同時要適應頂板的不平整性，避免因局部應力而引起損壞。（1）用于支撐、維護和覆蓋頂板，為工作面創(chuàng)造安全的工作空間；（2）將立柱的支撐力傳遞至頂板，并給予合理地分布；對支架后部接近采空區(qū)的頂板起切頂作用；對無立柱空間的頂板起支撐作用；（3）為護幫、防倒裝置等提供依托；（4）將頂板載荷通過立柱經(jīng)底座傳到底板。支架常用頂梁形式有3種：整體頂梁、鉸接頂梁和楔形結構頂梁。鉸接頂梁的前段稱為前梁，后段為