【正文】 體剛性底座相同。 1. 整體剛性式 特點(diǎn)及使用條件： (1) 底座用鋼板焊接成箱型結(jié)構(gòu)，底部封閉，具有整體性能、強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、對(duì)底板比壓小等特點(diǎn)。 （ 5） 便于人員操作行走。 底座的設(shè)計(jì) 底座功 能 底座功能 （ 1） 承受立柱與連桿等傳遞的頂板載荷，并傳遞給底板。 圖 41閉式頂梁斷面 2. 開(kāi)式頂梁 開(kāi)式頂梁結(jié)構(gòu)如圖 42所示。頂梁前端呈滑撬式或圓弧形，以減少移架阻力。提高支架前端對(duì)頂板的支撐力。 （ 2） 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，操作方便，造價(jià)低，用于頂板穩(wěn)定，平整等條件。前梁上不宜設(shè)置側(cè)護(hù)板。 特點(diǎn)與適用條件： （ 1） 俗稱(chēng)手套式梁，它的伏套在前梁外部，用伸縮千斤頂控制其伸縮。 中厚煤層掩護(hù)式液壓支架總體設(shè)計(jì)分析及掩護(hù)梁設(shè)計(jì) 第 30 頁(yè) 共 65 頁(yè) （ 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 。保證支架整體穩(wěn)定性的關(guān)鍵是在底座上鉸接四連桿機(jī)構(gòu)，在底座中間設(shè)置有推移裝置，側(cè)面設(shè)置拉后輸送機(jī)的千斤頂和推移桿。頂梁裝有側(cè)護(hù)板，活動(dòng)側(cè)裝有千斤頂和彈簧，防止架間漏煤、矸，還可以起到調(diào)節(jié)支架間距的作用。 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 29 頁(yè) 共 65 頁(yè) 第 4 章 液壓支架的主要部件的設(shè)計(jì) 支架主要部件的設(shè)計(jì)要求 各部件設(shè)計(jì)要求要滿(mǎn)足總體 配套的要求，就是應(yīng)滿(mǎn)足采煤機(jī)、雙輸送機(jī)和支架配套的空間要求。頂梁的覆蓋率為頂梁面積與控制頂板面積比值的百分?jǐn)?shù)，即 %100jBcl Bl ））（（ ???? （ 36） 式中 B— 頂梁寬度； l— 頂梁長(zhǎng)度； j— 架間距； c— 頂梁前端到煤壁的距離； 中等穩(wěn)定頂板 %85~75?? ； 一般 j 取 100~200mm。 采煤機(jī)： MXA300/，刮板輸送機(jī)： SGZ730/320。先移架后推溜方式（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。 (15) 分別作 bb? 和 bb?? 的垂直平分線，其交點(diǎn) c 即為前連桿下鉸點(diǎn)， bc為前連桿長(zhǎng)度（作圖后測(cè)得長(zhǎng)度為 1585mm）。 (12) 以 e’’’為圓心，掩護(hù)梁長(zhǎng) ae’為半徑作弧，交與最前面圓弧上一點(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)。 在垂線上作液壓支架在最低位置時(shí)（距 HH940mm），頂梁與掩護(hù)梁的鉸點(diǎn) e’’’。 (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 （ 設(shè)計(jì)要求為2940mm，實(shí)際作圖得 2948mm），為液壓支架最高位置時(shí)的計(jì)算高度。 (3) 過(guò) O點(diǎn)作與 HH 線夾角為 1Q 的斜線。 按四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征要求，選定 1253 , 15PP??， 1278 , 18??由于支架型式不同，對(duì)于掩護(hù)式支支架 ,一般 A/G 的比值按以下范圍來(lái)?。? A/G=~,取 A/G=。在結(jié)構(gòu)允許的條件下，掩護(hù)式液壓支架盡量取大些，支撐掩護(hù)式液壓支架盡量取小些。eb =F ； 1Jo =S ； 39。水平力的合力也相應(yīng)減小，所以減輕了掩護(hù)梁的外負(fù)荷。 4. 掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn)和瞬時(shí)中心 ? 之間的連線與水平線夾角為 ? ,設(shè)計(jì)時(shí)要滿(mǎn)足 ?? ，原因是θ角直接影響支架承受附加力的數(shù)值大小。 四連桿幾何特征 四連桿幾何特征 如下 ： 1. 支架高度在最大和最小范圍內(nèi)變化時(shí)，頂梁端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的最大寬度 70e? mm，最好為 30mm 以下； 2. 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)足如下要求： 支架在最高位置時(shí)， ooP 62~52? ， 即 ～ 弧度； ooQ 85~75? 即 ～ 弧度 ；支架在最低位置時(shí)，為有利于矸石下滑，防止矸石停留在掩護(hù)梁上，根據(jù)物理學(xué)摩擦理論可知，要求 WtgP? ，如果鋼和矸石的摩擦系數(shù) ?W ，則 ?? 。 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。 四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 四連桿機(jī)構(gòu)的作用與缺點(diǎn) 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。 底座長(zhǎng)度的確定 底座是將板壓力傳遞到底板和穩(wěn)固支架的部件。 支架寬度是指頂梁的最小和最大寬度 。按下式計(jì)算： 3cmb B n C? ? ? （ 34） 式 中 cb — 支架間距（支架中心距）； mB — 每架支架頂梁總長(zhǎng)度； 3C — 相鄰支架（或框架）頂梁之間的間隙 ； n — 每架所包含的組架的組數(shù)或框架數(shù)，整體自移式 支 架 。 移架力和推溜力 液壓支架要有足夠的推溜力和移架力。 ②表中 、 、 2分別為Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級(jí)老頂?shù)姆旨?jí)增壓系數(shù)；Ⅳ級(jí)老頂給出最低值 2，選用時(shí)可根據(jù)本礦實(shí)際確定適宜值。 根據(jù)煤層厚度 ～ ，屬于中厚煤層。 5. 地質(zhì)構(gòu)造 地質(zhì)構(gòu)造十分復(fù)雜，煤層厚度變化又較大，頂板允許暴露面積和時(shí)間分別在 5～ 8 2m和 20min 以下時(shí)，暫不宜采用液壓支架。當(dāng)煤層傾角大于10? ～ 15? 時(shí)，應(yīng)設(shè)防滑和調(diào)架裝置，當(dāng)傾角超過(guò) 18? 時(shí)，應(yīng)同時(shí)具有防滑防倒裝置。 影響選 架型的因素 1. 煤層厚度 煤層厚度不但直接影響到支架的高度和工作阻力，而且還影響到支架的穩(wěn)定性。 8． 配套尺寸 根據(jù)配套尺寸及支護(hù)方式來(lái)計(jì)算頂梁長(zhǎng)度。 4． 底板巖性及小時(shí)涌水量 根據(jù)底板巖性及小時(shí)涌水量驗(yàn)算地板比壓。 (12) 液壓元件要可靠。 (8) 支架的穩(wěn)定性要好，底座最大比壓要小于規(guī)定值。 (4) 排矸性能好。可適用于各種頂板條件，但支架操作次數(shù)增加，不能適應(yīng)高產(chǎn)高效要求，目前應(yīng)用較少。滯后支護(hù)的特點(diǎn)是，支護(hù)滯后時(shí)間較長(zhǎng)，梁端距大 ，支架頂梁較短。 1． 即時(shí)支護(hù) — 般循環(huán)方式為：割煤一移架一推溜，工作面“三機(jī)”的配套關(guān)系。 曲線上的 t0、 t t2 分別表示支架的初撐 、 增阻和恒阻階段的時(shí)間。隨著頂板的繼續(xù)下沉，安全閥重復(fù)這一過(guò)程。 圖 23 液壓支架工作原理 1頂梁； 2立柱； 3底座； 4推移千斤頂； 5安全閥； 6液控單向閥； 8操縱閥； 9輸送機(jī)； 10乳化液泵； 11主供液管； 12主回液管 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 13 頁(yè) 共 65 頁(yè) 2. 承載增阻階段 支架初撐結(jié)束后，隨著頂板的下沉，立柱下腔的液體壓力逐漸升高，支架對(duì)頂板的支撐力也隨之增大，呈現(xiàn)增阻狀態(tài)，這一過(guò)程為支架的承載增阻階段。它包括初撐、承載增阻和恒阻三個(gè)階段。 降柱 ： 當(dāng)需要降柱時(shí)，高壓乳化液進(jìn)入立柱的上活塞腔，另一腔回液，推動(dòng)活塞下降，頂梁脫離接觸接觸頂板。其缺點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量大，價(jià)格較貴。 3. 支撐掩護(hù)式液壓支架 支撐 掩護(hù)式液壓支架是在支撐式 液壓支架和掩護(hù)式 液壓支架的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種架型。這類(lèi)支架具有較大的支撐能力和良好的穩(wěn)定性能，適用于頂板堅(jiān)硬完整，周期壓力明顯或強(qiáng)烈，地板較硬的煤層。 1. 支撐式液壓支架 支撐是液壓支架的架型有垛式支架和節(jié)式支架兩種形式。 表 21 液壓支架組成表 序 號(hào) 部 件 功 能 舉 例 1 承載結(jié)構(gòu)件 承受并傳遞頂板載荷作用的結(jié)構(gòu)件 頂梁、掩護(hù)梁、底座、連桿 2 動(dòng)力油缸 用液體作介質(zhì)可以主動(dòng)產(chǎn)生作用力，實(shí)現(xiàn)各種動(dòng)作的油缸 立柱、各類(lèi)千斤頂 3 控制元部件 操縱、控制支架各個(gè)動(dòng)力油缸動(dòng)作及保證所需工作特性的液壓（電氣）元部件 操縱閥、單向閥、安全閥及管路、液壓（電控）元件 4 輔助裝置 不直接承受頂板載荷，而實(shí)現(xiàn)支架某些動(dòng)作或功能所必須的裝置 推移裝置、護(hù)幫裝置、活動(dòng)側(cè)護(hù)板、防倒、防滑裝置 5 工作液體 傳遞能量的工作液壓介質(zhì) 乳化液 中厚煤層掩護(hù)式液壓支架總體設(shè)計(jì)分析及掩護(hù)梁設(shè)計(jì) 第 10 頁(yè) 共 65 頁(yè) 液壓支架的分類(lèi) 按照液壓支架在采煤工作面安裝位置來(lái)劃分有端頭液壓支架和中間液壓支架。液壓支架與可彎曲輸送機(jī)組成綜合機(jī)械化采煤設(shè)備，它的應(yīng)用對(duì)增加采煤工作面的產(chǎn)量、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、降低成本、減輕工人的體力勞動(dòng)和保證安全生產(chǎn)是不可缺少的有效措施。 在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，以我們的主動(dòng)學(xué)習(xí)為主，教師適時(shí)指導(dǎo)為輔 ， 將素質(zhì)教育也畢業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)相融合，從根本上提高畢業(yè)設(shè)計(jì)的質(zhì)量和水平 。同樣通過(guò)對(duì)液壓支架的設(shè)計(jì)，能夠更 好的認(rèn)識(shí)國(guó)內(nèi)外液壓支架的發(fā)展趨勢(shì)和發(fā)現(xiàn)目前煤礦液壓支架主要存在的問(wèn)中厚煤層掩護(hù)式液壓支架總體設(shè)計(jì)分析及掩護(hù)梁設(shè)計(jì) 第 8 頁(yè) 共 65 頁(yè) 題，從而為以后更深認(rèn)的了解和設(shè)計(jì)液壓支架打下良好的基礎(chǔ)。因此液壓支架的設(shè)計(jì)工作是很重要的。 本課題的研究目的和意義 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。立柱的支撐力間接作用于頂梁或直接作用于頂梁上。 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 7 頁(yè) 共 65 頁(yè) 支頂掩護(hù)式支架立柱支撐在頂梁上。 根據(jù)立柱布置和支架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，掩護(hù)式支架分為支掩掩護(hù)式支架和支頂掩護(hù)式支架兩種。目前，國(guó)外高產(chǎn)高效綜采工作面正向“設(shè)備重型化、工作面大型化”的方向發(fā)展，我國(guó)許多大型煤炭能源集團(tuán)公司也正在發(fā)展超大型綜采工作面，液壓支架全部進(jìn)口，對(duì)企業(yè)的發(fā)展極為不利。 5． 新 型元件與材質(zhì)，可減輕支架重量，提高支架性能和使用壽命。 2． 在已有支架設(shè)計(jì)與應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，研究支架 的智能中厚煤層掩護(hù)式液壓支架總體設(shè)計(jì)分析及掩護(hù)梁設(shè)計(jì) 第 6 頁(yè) 共 65 頁(yè) 化設(shè)計(jì)方法、結(jié)構(gòu)與參數(shù)的優(yōu)化，進(jìn)一步提高支架的科學(xué)性、可靠性以及結(jié)構(gòu)的優(yōu)化性。所謂的優(yōu)化，就是在多種 因素條件尋求使人最滿(mǎn)意、最適應(yīng)的一組參數(shù)。這種半經(jīng)驗(yàn)、半理論的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法常常帶有一定的盲目性，使得所做的設(shè)計(jì)很難達(dá)到客觀存在的最優(yōu)方案。在結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)方面，也比較普遍地采用大型的結(jié)構(gòu)靜動(dòng)力有限元分析軟件，模擬支架在煤礦井下的實(shí)際受載工況或在實(shí)驗(yàn)室中支架樣機(jī)強(qiáng)度試驗(yàn)有關(guān)工況，通過(guò)計(jì)算分析，對(duì)整個(gè)支架各部位的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行比較準(zhǔn)確和全面的了解。 根據(jù)以上資料不難看出，在 21 世紀(jì)以煤炭集約化生產(chǎn)為特征的新時(shí)代，為了滿(mǎn)足高產(chǎn)、高效綜采工作面的需要，必須抓緊研制和推廣電液系統(tǒng)。 控制系統(tǒng)研究落后 西方主要產(chǎn)煤大國(guó)始終把支架控制系統(tǒng)作為提高整個(gè)綜采經(jīng)濟(jì)效益的重要方面來(lái)抓。 3． 國(guó)外密封材料的壽命大于 5a，我國(guó)只有 2a 左右。目前，以液壓支架為主體的地下綜采設(shè)備，已逐步向程控、遙控和自動(dòng)化方向發(fā)展。到 20 世紀(jì) 90年代初，人們尋找到適合礦區(qū)資源條件的先進(jìn)采煤方法，采用了放頂煤技術(shù)。并且，為適應(yīng)底板不平，底座采用分離鉸接式結(jié)構(gòu)；對(duì)于松軟底板，為減小底板比壓，采用接觸面積較大的底座；為防止碎矸竄入采區(qū)，采用了各種防竄矸的掩護(hù)裝置。這樣，不僅影響了支架的承載能力，而且端面距變化很大，不利于頂板的維護(hù)。 1954 年英國(guó)首次研制出液壓支架， 從此，開(kāi)創(chuàng)了煤炭工業(yè)的新時(shí)代。本設(shè)計(jì)主要從支架的工作原理這手，然后進(jìn)行總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及校核。立柱采用單伸縮液壓缸，前端帶有加長(zhǎng)桿，以滿(mǎn)足支架最低及最高位置時(shí)的高度要求。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：選架型、總體設(shè)計(jì)、主要零部件的設(shè)計(jì)、主要零部件的校核 。本論文主要闡述了一般掩護(hù)式液壓支架的設(shè)計(jì)過(guò)程。支架采用四連桿機(jī)構(gòu)，改善支架的受力狀況，縮小支架的升降過(guò)程中頂梁前端前后移動(dòng)的距離。 在研制液壓支架時(shí)，需要對(duì)支架進(jìn)行生產(chǎn)試驗(yàn)和分析研究，確定合理的液壓支架受力參數(shù)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)，以及選定液壓支架最佳方案等方面綜合性的科學(xué)技術(shù)問(wèn)題。于是，剛性木支柱被可壓縮性摩擦和液壓支柱所代替，并以支柱加鉸接頂梁的結(jié)構(gòu)形式支護(hù)回采工作面。當(dāng)支架在其工作高度范圍內(nèi)升降時(shí)，頂梁頂點(diǎn)相對(duì)于煤壁作圓弧運(yùn)動(dòng)。長(zhǎng)頂梁、二 柱、四柱以及多柱四連桿機(jī)構(gòu)的液壓支架相繼問(wèn)世。 1980 年起人們?nèi)〉昧藢?duì)自移式液壓支架的研制成功并逐步改進(jìn)完善，進(jìn)而普遍推廣使用，使回采工作面采煤過(guò)程中的落煤、裝煤、運(yùn)煤和支 護(hù)控頂?shù)裙ば蛉繉?shí)現(xiàn)綜合機(jī)械化，煤礦取得了較大綜合效益。綜采使煤中厚煤層掩護(hù)式液壓支架總體設(shè)計(jì)分析及掩護(hù)梁設(shè)計(jì) 第 4 頁(yè) 共 65 頁(yè) 礦實(shí)現(xiàn)了由手工操作向機(jī)械化的 變革，電液控制系統(tǒng)使井下采煤實(shí)現(xiàn)由機(jī)械化向自動(dòng)化的革命，也可稱(chēng)為采煤技術(shù)的第二次改朝換代的重大改革，是煤礦 21 世紀(jì)的高新技術(shù)。 2． 支架液壓系統(tǒng)的閥類(lèi)使用的是乳化油，防銹蝕的要求很高，國(guó)外一直銅合金閥殼和高強(qiáng) 度不銹鋼閥芯，我國(guó)是 45 鋼加表面防腐處理。 以上這樣技術(shù)質(zhì)量水平的支架在國(guó)內(nèi)一般礦井勉強(qiáng)可以使用，但在國(guó)內(nèi)高產(chǎn)、高效工作面及國(guó)際上是沒(méi)有競(jìng)