【正文】 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。經(jīng)計(jì)算，該支架的伸縮比。 ( )——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。由此，可以得到：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。（支架中心距）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)；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(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?。恢Ъ軆?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，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中根據(jù)結(jié)構(gòu)要求修改為3000mm。 四連桿機(jī)構(gòu)的作用及其幾何作圖法設(shè)計(jì)通過(guò)四連桿機(jī)構(gòu)，使支架頂梁端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)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(shí)，頂梁端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的最大寬度mm，最好為30mm以下 支架在最高位置時(shí)和最低位置時(shí)，頂梁與掩護(hù)梁的夾角P和后連桿與底平面的夾角Q，應(yīng)滿(mǎn)足以下要求：支架在最高位置時(shí)，P≤ ～，Q≤ ～；支架在最低位置時(shí)，考慮矸石便于下滑，以防矸石停留在掩護(hù)梁上，根據(jù)物理學(xué)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(shí)，應(yīng)使為宜，而Q角主要考慮掩護(hù)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(lái)，一般取，在特殊情況下需要角度較小時(shí)，可提高后連桿下鉸點(diǎn)的高度。掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn)E1和瞬時(shí)中心O之間的連線與水平線的夾角為θ，設(shè)計(jì)時(shí)，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(jī)構(gòu)幾何特征支架工作段要求曲線向前凸的一段，其原因?yàn)楫?dāng)頂板來(lái)壓時(shí)，立柱讓壓而下縮，使頂梁有向煤壁移動(dòng)的趨勢(shì)，對(duì)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(shí)使底板對(duì)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(lái)克服，所以減輕了掩護(hù)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(shè)計(jì)四連桿機(jī)構(gòu)的曲線運(yùn)動(dòng)軌跡時(shí)，應(yīng)盡量使支架的工作段要取曲線向前凸的一段，所以當(dāng)已知掩護(hù)梁和后連桿的長(zhǎng)度后，從這個(gè)觀點(diǎn)出發(fā)，在設(shè)計(jì)時(shí)，只要把掩護(hù)梁和后連桿簡(jiǎn)化成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，進(jìn)行作圖計(jì)算就可以了。 掩護(hù)梁和后連桿構(gòu)成的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，當(dāng)掩護(hù)梁和后連桿已知，只要找到前連桿的長(zhǎng)度和位置就可以了，其具體作法是順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)后連桿，使支架最高位置時(shí)的E1點(diǎn)向下作近似直線運(yùn)動(dòng)，在掩護(hù)梁上定有一點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)中有一段近似圓弧軌跡。只要找到這個(gè)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(zhǎng)度了。從這個(gè)觀點(diǎn)出發(fā)，只要按支架在工作段，支架由高到低，在掩護(hù)梁上前連桿上鉸點(diǎn)所作的運(yùn)動(dòng)軌跡上，任找?guī)c(diǎn)，把掩護(hù)梁上前連桿上鉸點(diǎn)連線的垂直平分線所交的點(diǎn)為前連桿的下鉸點(diǎn)，這樣四連桿機(jī)構(gòu)就可以確定了。掩護(hù)梁上絞點(diǎn)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(diǎn)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(hù)梁和后連桿的長(zhǎng)度?！谧o(hù)梁長(zhǎng)度；——后連桿長(zhǎng)度；——過(guò)E1點(diǎn)的垂直線到后連桿下鉸點(diǎn)之距；——支架最高位置時(shí)的計(jì)算高度；mm ——支架最低位置時(shí)的計(jì)算高度；mm　從幾何關(guān)系可以列出: ( ) ( )將以上兩式聯(lián)立解得： ( )按四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征所要求的角度，選定：； 。； 。 掩護(hù)梁和后連桿計(jì)算示意圖 支架在最高位置時(shí)的值為： ( )因此掩護(hù)梁的長(zhǎng)度為： mm?。?mm后連桿長(zhǎng)度為： mm取：mm一般， 故?。簃m根據(jù)掩護(hù)梁長(zhǎng)度和后連桿長(zhǎng)度重新計(jì)算出： ； 。 ； 。 液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)幾何關(guān)系圖作圖步驟如下：（1）、確定后連桿下鉸點(diǎn)O點(diǎn)的位置，使它大體比底座略高，一般為200～250mm，考慮太低安裝銷(xiāo)子困難，太高底座又笨重。根據(jù)支架結(jié)構(gòu)取450mm。（2）、過(guò)O點(diǎn)作水平線H－H線與底座相平行。（3）、過(guò)O點(diǎn)作一條直線與水平線H－H線相交其交角為。（4）、以O(shè)點(diǎn)為圓心，以L1為半徑作圓，與該直線相交于A點(diǎn)，即為后連桿與掩護(hù)梁的上鉸點(diǎn)。（5）、過(guò)A點(diǎn)作一條直線與水平線H－H線相交其交角為。（6）、以A點(diǎn)為圓心，以L為半徑作圓，與該直線相交于E1點(diǎn)，即為掩護(hù)梁、與頂梁的鉸點(diǎn)。（7）、過(guò)E1點(diǎn)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(jì)算高度。(8)、以A點(diǎn)為圓心，即為前連桿的上鉸點(diǎn)。(9)、過(guò)E1點(diǎn)作F－F線的垂線。假設(shè)在液壓支架升降過(guò)程中，E1點(diǎn)近似在此直線上滑動(dòng)。(10)、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)為E3。(11)、取E1E3中點(diǎn)為E2點(diǎn)，為液壓支架在降到中間位置時(shí)，掩護(hù)梁與頂梁的鉸點(diǎn)。(12)、以O(shè)點(diǎn)為圓心，以為半徑作圓弧。(13)、以E2點(diǎn)為圓心，以掩護(hù)梁長(zhǎng)L為半徑作圓，與圓弧相交于A1點(diǎn)，此點(diǎn)為液壓支架在降到中間位置時(shí)，掩護(hù)梁與后連桿的鉸點(diǎn)。(14)、以E3點(diǎn)為圓心，以掩護(hù)梁長(zhǎng)L為半徑作圓，與圓弧相交于A2點(diǎn)，此點(diǎn)為液壓支架在最高位置時(shí)，掩護(hù)梁與后連桿的鉸點(diǎn)。(15)、以A1點(diǎn)為圓心，與E2A1相交于B1點(diǎn)。以A2點(diǎn)為圓心，與E3A2相交于B2點(diǎn)。即B、BB2三個(gè)點(diǎn)為液壓支架在三個(gè)位置時(shí)的前連桿的上鉸點(diǎn)。(16)、連接A1O、A2O，為液壓支架降到中間位置和最低位置時(shí)，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(diǎn)，即為前連桿的下鉸點(diǎn)，BC為前連桿的長(zhǎng)度。(18)、過(guò)點(diǎn)C向H－H線作垂線，交于D點(diǎn)。則AO、AB、BC、CD為液壓支架的四連桿機(jī)構(gòu)。按以上步驟作圖。 液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)作圖結(jié)果最終確定四連桿機(jī)構(gòu)的各項(xiàng)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(jì)算得到的四連桿機(jī)構(gòu)尺寸，在SolidWorks中建立簡(jiǎn)單的機(jī)構(gòu)模型。 支架四連桿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化模型給支架頂梁頂面加一線性馬達(dá)，運(yùn)動(dòng)距離為1500mm，并設(shè)置頂梁前端面的XY方向位移圖解以及其運(yùn)動(dòng)軌跡，,。 頂梁前端面的XY方向位移圖解 頂梁前端面運(yùn)動(dòng)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(shè)備配套尺寸來(lái)確定頂梁長(zhǎng)度。支架工作方式對(duì)支架頂梁長(zhǎng)度有很大影響。先移架后推溜的方式（及時(shí)支護(hù)）要求頂梁有較大長(zhǎng)度；先推溜后移架方式（滯后支護(hù)）要求頂梁長(zhǎng)度較小。這是因?yàn)椴捎孟纫萍芎笸屏锏墓ぷ鞣绞綍r(shí)，支架要超前輸送機(jī)一個(gè)步距，以便采煤機(jī)過(guò)后，支架能及時(shí)前移，支護(hù)新暴露的頂板，做到及時(shí)支護(hù)，因此，先移架后推溜時(shí)頂梁長(zhǎng)度要比先推溜后移架時(shí)的頂梁長(zhǎng)度長(zhǎng)一個(gè)移架步距，一般為600mm。 本文所設(shè)計(jì)的支架要適應(yīng)各種復(fù)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(shí)支護(hù)的作用，挑梁伸出的長(zhǎng)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(jī)和采煤機(jī)的傾斜，以及采煤機(jī)割煤時(shí)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(yīng)越大。 液壓支架尺寸關(guān)系（1）掩護(hù)式與支撐掩護(hù)式支架頂梁長(zhǎng)度的計(jì)算頂梁長(zhǎng)度=[配套尺寸+底座長(zhǎng)度+A*cos（Q1）][G*cos（P1）+300+e]+掩護(hù)梁與頂梁鉸接點(diǎn)至頂梁后端點(diǎn)之距（mm）式中：配套尺寸——670+435+764+210=2079mm（MG200/475W采煤機(jī)配套尺寸，）底座長(zhǎng)度——底座前端至后連桿下鉸點(diǎn)之距 2400mme——支架由高到低頂梁前端點(diǎn)最大變化距離 39mmQ1，P1——支架在最高位置時(shí)，分別為后連桿和掩護(hù)梁與水平面的夾角故頂梁長(zhǎng)度為：取為4000mm。 MG200/475W型采煤機(jī)配套尺寸（2）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,選取單側(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?！?m。這里取頂梁寬度為：1390mm（不包括活動(dòng)側(cè)護(hù)板）。（3）頂梁覆蓋率δ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。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：目前國(guó)內(nèi)支撐式支架立柱為2～6，常用為4；掩護(hù)式支架為2柱；支撐掩護(hù)式為4柱式。該液壓支架采用單伸縮機(jī)械加長(zhǎng)立柱，為支撐掩護(hù)式，故立柱數(shù)目取為4。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。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。采煤工作面的過(guò)風(fēng)量有一定要求。在過(guò)風(fēng)量一定時(shí)，采煤工作面的通風(fēng)斷面積不應(yīng)過(guò)小。但在工作面中安裝液壓支架后，通風(fēng)斷面積明顯減小。因此必須驗(yàn)算通風(fēng)斷面積。一般按工作面允許風(fēng)速進(jìn)行驗(yàn)算。根據(jù)安全規(guī)程規(guī)定，工作面風(fēng)速應(yīng)小于5m/s。采煤工作面風(fēng)速計(jì)算按下式進(jìn)行。 ( )式中 ——工作面風(fēng)速，m/s； ——支架在采煤工作面的通風(fēng)斷面積，mm2； ——采煤工作面所需風(fēng)量，m3/min ( )——通風(fēng)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(jì)算：, 則有： ，合乎安全規(guī)程規(guī)定。3 液壓支架的部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 液壓支架各個(gè)部件的結(jié)構(gòu)形式與工作面的頂?shù)装鍡l件和支架結(jié)構(gòu)形式有關(guān)，選擇時(shí)根據(jù)支架的結(jié)構(gòu)和工作面頂?shù)装鍡l件，對(duì)各個(gè)部件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，最后擇優(yōu)選擇。本文所設(shè)計(jì)液壓支架為支撐掩護(hù)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(mǎn)足一定的剛度和強(qiáng)度要求外，還要保證支護(hù)頂板的需要，如：足夠的頂板覆蓋率；同時(shí)要適應(yīng)頂板的不平整性，避免因局部應(yīng)力而引起損壞。（1）用于支撐、維護(hù)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(duì)支架后部接近采空區(qū)的頂板起切頂作用；對(duì)無(wú)立柱空間的頂板起支撐作用；（3）為護(hù)幫、防倒裝置等提供依托；（4）將頂板載荷通過(guò)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(jié)構(gòu)頂梁。鉸接頂梁的前段稱(chēng)為前梁，后段為