【正文】 體剛性底座相同。 1. 整體剛性式 特點及使用條件： (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、強度高、穩(wěn)定性好、對底板比壓小等特點。 （ 5） 便于人員操作行走。 底座的設(shè)計 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. 開式頂梁 開式頂梁結(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。提高支架前端對頂板的支撐力。 （ 2） 結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，操作方便，造價低，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。 特點與適用條件： （ 1） 俗稱手套式梁，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)計分析及掩護(hù)梁設(shè)計 第 30 頁 共 65 頁 （ 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 。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)置拉后輸送機的千斤頂和推移桿。頂梁裝有側(cè)護(hù)板，活動側(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（論文） 第 29 頁 共 65 頁 第 4 章 液壓支架的主要部件的設(shè)計 支架主要部件的設(shè)計要求 各部件設(shè)計要求要滿足總體 配套的要求，就是應(yīng)滿足采煤機、雙輸送機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： MXA300/，刮板輸送機： SGZ730/320。先移架后推溜方式（及時支護(hù)）要求頂梁有較大長度；先推溜后移架方式（滯后支護(hù)）要求頂梁長度較小。 (15) 分別作 bb? 和 bb?? 的垂直平分線，其交點 c 即為前連桿下鉸點， bc為前連桿長度（作圖后測得長度為 1585mm）。 (12) 以 e’’’為圓心，掩護(hù)梁長 ae’為半徑作弧，交與最前面圓弧上一點 a’’，此點為支架降到最低位置時，掩護(hù)梁與后連桿的鉸點。 在垂線上作液壓支架在最低位置時（距 HH940mm），頂梁與掩護(hù)梁的鉸點 e’’’。 (6) 過 e‘點作 HH線的平行線 FF 線 ,則 HH 線與 FF 線的距離為 1H （ 設(shè)計要求為2940mm，實際作圖得 2948mm），為液壓支架最高位置時的計算高度。 (3) 過 O點作與 HH 線夾角為 1Q 的斜線。 按四連桿機構(gòu)的幾何特征要求，選定 1253 , 15PP??， 1278 , 18??由于支架型式不同，對于掩護(hù)式支支架 ,一般 A/G 的比值按以下范圍來?。? 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)梁與頂梁鉸點和瞬時中心 ? 之間的連線與水平線夾角為 ? ,設(shè)計時要滿足 ?? ，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，頂梁端點運動軌跡的最大寬度 70e? mm，最好為 30mm 以下； 2. 支架在最高位置時和最低位置時，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)滿足如下要求： 支架在最高位置時， ooP 62~52? ， 即 ～ 弧度； ooQ 85~75? 即 ～ 弧度 ；支架在最低位置時，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，這個水平推力由液壓支架的四連桿機構(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。 四連桿機構(gòu)的設(shè)計 四連桿機構(gòu)的作用與缺點 1. 梁端護(hù)頂 鑒于四連桿機構(gòu)可使托梁鉸接點呈雙紐線運動，故可選定雙紐線的近似直線部分作為托梁鉸接點適應(yīng)采高的變化范圍。 底座長度的確定 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級老頂?shù)姆旨壴鰤合禂?shù)；Ⅳ級老頂給出最低值 2，選用時可根據(jù)本礦實際確定適宜值。 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間分別在 5～ 8 2m和 20min 以下時，暫不宜采用液壓支架。當(dāng)煤層傾角大于10? ～ 15? 時，應(yīng)設(shè)防滑和調(diào)架裝置，當(dāng)傾角超過 18? 時，應(yīng)同時具有防滑防倒裝置。 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)方式來計算頂梁長度。 4． 底板巖性及小時涌水量 根據(jù)底板巖性及小時涌水量驗算地板比壓。 (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?？蛇m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)的特點是，支護(hù)滯后時間較長，梁端距大 ，支架頂梁較短。 1． 即時支護(hù) — 般循環(huán)方式為：割煤一移架一推溜，工作面“三機”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間。隨著頂板的繼續(xù)下沉，安全閥重復(fù)這一過程。 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； 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（論文） 第 13 頁 共 65 頁 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，支架對頂板的支撐力也隨之增大，呈現(xiàn)增阻狀態(tài)，這一過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階段。 降柱 ： 當(dāng)需要降柱時，高壓乳化液進(jìn)入立柱的上活塞腔，另一腔回液，推動活塞下降，頂梁脫離接觸接觸頂板。其缺點是：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量大，價格較貴。 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)展起來的一種架型。這類支架具有較大的支撐能力和良好的穩(wěn)定性能，適用于頂板堅硬完整，周期壓力明顯或強烈，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 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 動力油缸 用液體作介質(zhì)可以主動產(chǎn)生作用力，實現(xiàn)各種動作的油缸 立柱、各類千斤頂 3 控制元部件 操縱、控制支架各個動力油缸動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，而實現(xiàn)支架某些動作或功能所必須的裝置 推移裝置、護(hù)幫裝置、活動側(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)計分析及掩護(hù)梁設(shè)計 第 10 頁 共 65 頁 液壓支架的分類 按照液壓支架在采煤工作面安裝位置來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組成綜合機械化采煤設(shè)備，它的應(yīng)用對增加采煤工作面的產(chǎn)量、提高勞動生產(chǎn)率、降低成本、減輕工人的體力勞動和保證安全生產(chǎn)是不可缺少的有效措施。 在整個畢業(yè)設(shè)計的過程中，以我們的主動學(xué)習(xí)為主，教師適時指導(dǎo)為輔 ， 將素質(zhì)教育也畢業(yè)設(shè)計教學(xué)相融合，從根本上提高畢業(yè)設(shè)計的質(zhì)量和水平 。同樣通過對液壓支架的設(shè)計，能夠更 好的認(rèn)識國內(nèi)外液壓支架的發(fā)展趨勢和發(fā)現(xiàn)目前煤礦液壓支架主要存在的問中厚煤層掩護(hù)式液壓支架總體設(shè)計分析及掩護(hù)梁設(shè)計 第 8 頁 共 65 頁 題，從而為以后更深認(rèn)的了解和設(shè)計液壓支架打下良好的基礎(chǔ)。因此液壓支架的設(shè)計工作是很重要的。 本課題的研究目的和意義 采用綜合機械 化采煤方法 是大幅度增加煤炭產(chǎn)量、提高經(jīng)濟效益的必由之路。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（論文） 第 7 頁 共 65 頁 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，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)計與應(yīng)用經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合計算機輔助設(shè)計，研究支架 的智能中厚煤層掩護(hù)式液壓支架總體設(shè)計分析及掩護(hù)梁設(shè)計 第 6 頁 共 65 頁 化設(shè)計方法、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意、最適應(yīng)的一組參數(shù)。這種半經(jīng)驗、半理論的傳統(tǒng)設(shè)計方法常常帶有一定的盲目性，使得所做的設(shè)計很難達(dá)到客觀存在的最優(yōu)方案。在結(jié)構(gòu)的強度設(shè)計方面，也比較普遍地采用大型的結(jié)構(gòu)靜動力有限元分析軟件，模擬支架在煤礦井下的實際受載工況或在實驗室中支架樣機強度試驗有關(guān)工況，通過計算分析，對整個支架各部位的結(jié)構(gòu)強度進(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)為特征的新時代，為了滿足高產(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)煤大國始終把支架控制系統(tǒng)作為提高整個綜采經(jīng)濟效益的重要方面來抓。 3． 國外密封材料的壽命大于 5a，我國只有 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 年英國首次研制出液壓支架， 從此，開創(chuàng)了煤炭工業(yè)的新時代。本設(shè)計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)計以及校核。立柱采用單伸縮液壓缸，前端帶有加長桿，以滿足支架最低及最高位置時的高度要求。設(shè)計內(nèi)容包括：選架型、總體設(shè)計、主要零部件的設(shè)計、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)計過程。支架采用四連桿機構(gòu)，改善支架的受力狀況，縮小支架的升降過程中頂梁前端前后移動的距離。 在研制液壓支架時，需要對支架進(jìn)行生產(chǎn)試驗和分析研究，確定合理的液壓支架受力參數(shù)、運動參數(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，頂梁頂點相對于煤壁作圓弧運動。長頂梁、二 柱、四柱以及多柱四連桿機構(gòu)的液壓支架相繼問世。 1980 年起人們?nèi)〉昧藢ψ砸剖揭簤褐Ъ艿难兄瞥晒Σ⒅鸩礁倪M(jìn)完善，進(jìn)而普遍推廣使用，使回采工作面采煤過程中的落煤、裝煤、運煤和支 護(hù)控頂?shù)裙ば蛉繉崿F(xiàn)綜合機械化，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)計分析及掩護(hù)梁設(shè)計 第 4 頁 共 65 頁 礦實現(xiàn)了由手工操作向機械化的 變革，電液控制系統(tǒng)使井下采煤實現(xiàn)由機械化向自動化的革命，也可稱為采煤技術(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)的閥類使用的是乳化油，防銹蝕的要求很高，國外一直銅合金閥殼和高強 度不銹鋼閥芯，我國是 45 鋼加表面防腐處理。 以上這樣技術(shù)質(zhì)量水平的支架在國內(nèi)一般礦井勉強可以使用，但在國內(nèi)高產(chǎn)、高效工作面及國際上是沒有競