【正文】 后四連桿式支架在煤層硬度系數(shù) f=2 左右，層節(jié)理比較發(fā)育的緩斜厚煤層中使用取得很大成功，如在潞安礦務(wù)局五陽(yáng)煤礦、王莊煤礦和兗州礦務(wù)局興隆莊煤礦、鮑店煤礦。這種架型與設(shè)計(jì)先進(jìn)的過(guò)渡支架配合使用，創(chuàng)出了新水平，被廣泛推廣使用。如石炭井礦務(wù)局烏蘭礦將這種支架與過(guò)渡支架、端頭支 架配套使用，在傾角為 24176。的工作面上取得了成功。由此表明了后四連桿式放頂煤液壓支架在緩斜中硬煤層和傾斜厚煤層中均有良好的適應(yīng)性和使用前景。 2 液壓支架的整體結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) 支架高度、支架間距和底座長(zhǎng)度的確定 支架高度和支架的伸縮比 液壓支架的支架高度的確定原則：一般應(yīng)首先確定液壓支架所適用煤層的平均采高，根據(jù)所采煤層的煤層厚度，采區(qū)內(nèi)礦井的地質(zhì)條件的變化等因素來(lái)確定液壓支架的支架高度，按下式確定液壓支架的支架高度，即： 1mmH h S?? （ mm） ( 21 ) 2n n aH h S a ?? ? ? ? (mm) ( 22 ) 式中 ： mH — 液壓 支架最大高度 (mm)； nH — 液壓 支架最小高度 (mm)； 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 8 頁(yè) mh — 煤層的最大厚度 nh — 煤層的最小厚度 1S — 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200～ 300mm； 2S — 煤層頂板最大下沉量，一般取 100～ 200mm； a — 移架時(shí)液壓支架的最小可縮量，一般取 50mm； a? —— 浮矸石、浮煤的厚度，一般取 50mm； 本次設(shè)計(jì)給定支架最大高度 3800mm，最小高度 2200mm。 支架的伸縮比 支架的伸縮比是支架的最大結(jié)構(gòu)與最小結(jié)構(gòu)高度值之比 ，即： m inm ax HHm ? ( ) 支架的最大結(jié)構(gòu)高度與最小結(jié)構(gòu)高度之差為支架的調(diào)高范圍。調(diào)高范圍越大 ，支架的適用范圍越 廣 ，但過(guò)大的調(diào)高范圍會(huì)給支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)造成困難，使支架的可靠性降低。由于支架的使用壽命 要求較長(zhǎng) ，并可能被應(yīng)用在不同的采煤工作面上，所以支架應(yīng)具有較大的伸縮比。采用 雙伸縮立柱時(shí) ，支撐式液壓支架的伸縮比為 ，支撐掩護(hù)式液壓支架為 ，掩護(hù)式液壓支架可達(dá) 3。一般的范圍是 到 ，煤層較薄 時(shí)應(yīng)選取大值。但考慮應(yīng)盡量減輕重量而采用單伸縮油缸或帶機(jī)械 加長(zhǎng)桿來(lái)增加支架的調(diào)高范圍。一般常根據(jù)單位缸長(zhǎng)的行程 1K 來(lái)確定 ，當(dāng)單位缸長(zhǎng)行程 1K 時(shí)可采用單伸 縮。 經(jīng)計(jì)算， 支架的伸縮比 ??? HHm 。 () 1K —— 單位缸長(zhǎng)行程 ； maxL —— 活塞全部伸出時(shí)立柱的總長(zhǎng)度， mm； minL —— 活塞全部縮回時(shí)立柱的總長(zhǎng)度， mm； minmax LL ? —— 活塞行程， mm。 由支架的最大、最小結(jié)構(gòu)高 度， 可得活塞的行程為 1600mm， 而活塞全部縮回時(shí)立柱的總 長(zhǎng)， 暫用支架的最小高度 2200mm。由此 可以得到 1K ： 2 2 0 02 2 0 03 8 0 01 ???K 支柱應(yīng)采用雙伸縮立柱 ,但考慮制造 成本及低位放頂煤液壓支架的工作條件 ,選擇單伸縮 機(jī)械加長(zhǎng)立柱。 支架間距（支架中心距） 液壓支架的中心距一般等于工作面配套使用的刮板輸送機(jī)中一節(jié)溜槽的長(zhǎng)度。目前國(guó)內(nèi)外液壓支架中心距大部分采用 和 。大采高支架為提高穩(wěn)定性中心距可采用，輕型支架為適應(yīng)中小煤礦工作面快速搬家的要求，中心距可采用 。 而一般支架間距，則按下式計(jì)算： 3b nCBmc ?? ( ) 式中： cb —— 支架間距 (支架中心距 )， mm； mB —— 每架支架頂梁寬度， mm； 3C —— 相鄰支架 (或框架 )頂梁之間的間隙， mm； m in m inm ax1 L LLK ??中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 9 頁(yè) n—— 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 cb 要根據(jù)液壓支架的型式來(lái)定，但由于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，所以目前主要根據(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，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)塊位置在溜槽長(zhǎng)度的中間。所以除節(jié)式和邁步式支架外，支架間距一般為 。本文取 。 底座長(zhǎng)度 底座能夠?qū)㈨敯鍓毫鬟f到底板并且能夠穩(wěn)定支架。所以在設(shè)計(jì)支架底座的長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)考慮以下的幾個(gè)方面：液壓支架對(duì)底板的接觸比壓要??；支架的內(nèi)部應(yīng)該有足夠的工作空間以便于安裝立柱、液壓控制裝置、推移裝置和其他輔助裝置等；便于工作人員操作和行走；要保證支架能夠保持穩(wěn)定性。 一般掩護(hù)式支架的底座長(zhǎng)度取 倍的移架步距，一個(gè)移架步距為 ，即底座長(zhǎng)度為 ，支撐掩護(hù)式支架的底座長(zhǎng)度取 4 倍的移架步距，即底座長(zhǎng)度為 。 本次設(shè)計(jì)低位放頂 煤支架為支撐掩護(hù)式，估取底座長(zhǎng)度為 結(jié)構(gòu)要求修改為 2800mm。 四連桿機(jī)構(gòu)的作用及幾何作圖法的設(shè)計(jì) 四連桿機(jī)構(gòu)的作用 通過(guò)四連桿機(jī)構(gòu)，能使支架頂梁端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡近似雙曲線，而使支架頂梁前端的端頭離煤壁的距離大大減小，大大提高了管理頂板的性能。 能夠承受較大的水平力。 四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征 支架從最大結(jié)構(gòu)高度降到最小結(jié)構(gòu)高度時(shí)，如圖 所示，頂梁端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的最大寬度 70e ? mm ，最好為 30mm 以下 支架在最大結(jié)構(gòu)位置時(shí)和最小結(jié)構(gòu)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)滿足以下要求，如圖 所示： 支架在最大結(jié)構(gòu)位置時(shí)， P≤ 52o ～ 62o ， Q≤ 75o ～ 85o ；支架在最小 結(jié)構(gòu)位置時(shí)，考慮便于矸石下滑，防止矸石停留在掩護(hù)梁，根據(jù)摩擦理論可知， tanPf? ,假設(shè) 鋼和矸石的摩擦系數(shù) 取 ? ,即： tan ? ,求得 ? ；為了安全可靠在最低工作位置時(shí)，應(yīng)使 25oP? 為宜，而角 Q主要考慮掩護(hù)梁 的 底部距底板要有一定的距離， 以 防止支架后部冒落的巖石卡住后連桿，使支架 不 能 正常下降 ，一般取 25 ~ 30ooQ? 。在特殊情況下需要小角度的 Q 時(shí)，可以提高后連桿下鉸點(diǎn)的高度 由圖 可知，掩護(hù)梁與頂梁 的 鉸點(diǎn) 1E 和瞬時(shí)中心 O 之間的連線與水平線 之間的夾角為 Q， 在進(jìn)行 設(shè)計(jì)時(shí)，要使 tan ?? ， 其 主要原因是 Q角直接影響附加力 yQ 數(shù)值 的大小。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 10 頁(yè) 圖 21 四連桿機(jī)構(gòu)幾何特征 支架 的 工作段要求 運(yùn)動(dòng) 曲線向前凸的一段，如圖 所示的 h 段，其原因 是： 當(dāng)頂板來(lái)壓時(shí)，立柱讓壓 產(chǎn)生 下縮，使頂梁有 向煤壁 的趨勢(shì)防止巖石向后移動(dòng) 。對(duì)于保持梁端的頂板處于有利的擠壓狀態(tài)，以防止頂板產(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)底板 相對(duì)于 底座 的作用力向后，底座前端的作用力向后移 ，從而增加了前梁端部的支護(hù)力，防止頂梁前端頂板冒落又可以使底座前端比壓減小，有利移架，可防止啃底， 更是 減少了水平力的合力 。 由于支架所承受的水平力由 連桿 克服，所以減輕了掩護(hù)梁的受力。 從以上分析得知，為使支架的受力合理和工作可靠，在設(shè)計(jì)四連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)軌跡曲線時(shí)，應(yīng)使支架工作段盡量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)考慮，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)侯，把掩護(hù)梁和后連桿機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，進(jìn)行作圖計(jì)算。掩護(hù)梁和后連桿構(gòu)成的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)如圖 2。 2 所示。 圖 22 掩護(hù)梁和后連桿構(gòu)成的曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 11 頁(yè) 從圖 可看出，當(dāng)掩護(hù)梁和后連桿長(zhǎng)度已知，只需找到前連桿的長(zhǎng)度和位置就可以，具體作法是先順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)后連桿，使支架在支架的最高位置時(shí) 1E 點(diǎn)向下作近似直線運(yùn)動(dòng)，在掩護(hù)梁上有一點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)中有一段近似圓弧軌跡。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。從這個(gè)觀點(diǎn)考慮，按支架在工作時(shí)的支架由高到低的順序，在掩護(hù)梁上的前連桿上鉸點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡上，任找?guī)赘? 點(diǎn)，能夠把掩護(hù)梁的前連桿上鉸點(diǎn)連線的垂直平分的線段所交的點(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。 四連桿機(jī)構(gòu)的幾何作圖法 確定掩護(hù)梁的上絞點(diǎn)與頂梁頂面的距離和后連桿的下鉸點(diǎn)與底座底面的距離 掩護(hù)梁的上鉸點(diǎn) 與頂梁頂面之間的距離根據(jù)支架的最大高度確定，一般支架取150~200mm，重型支架取 210~260mm，本次設(shè)計(jì)取 150mm。 后連桿的下鉸點(diǎn)與底座地面之間的距離根據(jù)支架的最小高度確定，薄煤層中支架取150~250mm，中厚煤層中支架取 250~450mm，大采高的支架取 450~600mm，本次設(shè)計(jì)中取 450mm。 掩護(hù)梁與后連桿長(zhǎng)度的確定 首先用解析法確定掩護(hù)梁和后連桿的長(zhǎng)度，如圖 所示 L — 掩護(hù)梁長(zhǎng)度 ； 1L — 后連桿長(zhǎng)度； 2L — 1E 點(diǎn)垂直線到后連桿下鉸點(diǎn)之距； 1h — 支架最高位置時(shí)的計(jì)算高度； 3 2 0 06 0 03 8 0 01 ???h mm 2h — 支架最低位置時(shí)的計(jì)算高度； 1 6 0 06 0 02 2 0 02 ???h mm 從幾何關(guān)系可以列出 : 2111 c o sc o s LQLPL ?? （ ） 2212 c o sc o s LQLPL ?? （ ） 將以上兩式聯(lián)立解得： ? ? ? ?12121 c osc osc osc os PPLL ??? （ ） 按四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征所要求的角度， 選定： 01 59?P 。 01 70?Q 02 28?P 。 02 30?Q 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 12 頁(yè) 圖 23 掩護(hù)梁和后連桿計(jì)算示意圖 ? ? ? ?12121 c osc osc osc os PPLL ??? = ? ? ? ?0000 70c o s30c o s59c o s28c o s ?? = 支架在最高位置時(shí)的值為： 1111 s ins in QLPLh ?? 因此掩護(hù)梁的長(zhǎng)度為： ? ?? ?1111 s ins in QLLPhL ?? = ? ?00 70s in3200 ? = mm 取： L = 2112 mm 后連桿長(zhǎng)度為： ? ?LLLL 11 ? ?? = mm ?。?14781 ?L mm 一般， ? ?LL ~39。 ? 故?。?5282 1 39。 ???L mm 根據(jù)掩護(hù)梁長(zhǎng)度 L 和后連桿長(zhǎng)度 1L 重新計(jì)算出： 01 59?P 。 01 70?Q 02 25?P 。 02 26?Q 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 13 頁(yè) 圖 24 液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)幾何關(guān)系圖 幾何作圖法作圖過(guò)程 作圖步驟： （ 1） 、先確定后連桿的下鉸點(diǎn) O 點(diǎn)的位置，使它大體上比底座略高，一般范圍為 200~250mm，考慮位置太低安裝銷子困難，位置太高時(shí)底座又笨重。本次根據(jù)支架結(jié)構(gòu)取 450mm。 （ 2）、過(guò) O 點(diǎn)作水平線 H— H 線使與底座相平行。 （ 3）、過(guò) O 點(diǎn)作一直線與水平線 H— H 線相交，使兩條直線的夾角角度為 1Q 。 （ 4）、以 O 點(diǎn)為圓心，以 1L 長(zhǎng)度為半徑作圓，與上步所繪直線相交于 A 點(diǎn)， 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，使兩線夾角角度為 1P 。 （ 6）、以 A 點(diǎn)為圓心， L 長(zhǎng)度為半徑作圓，與上步所繪直線相交于 1E ， 1E 點(diǎn)為掩護(hù)梁與頂梁的鉸點(diǎn)。 （ 7）、過(guò) 1E 點(diǎn)作一直線與水平線 H