【正文】 度方向均布。一般立柱軸線與頂梁的垂線夾角小于（支架在最低工作位置時(shí)），由于角度較大，可是調(diào)高范圍增加。目前，在國(guó)內(nèi)外一些大高度的新型支架上日益采用伸縮式立柱。在厚煤層開采中，為了增大支架對(duì)煤層厚度變化的適應(yīng)性，常需使支架的伸縮比較大。缸體的外形長(zhǎng)度還要考慮到兩端端蓋的厚度。為了保證導(dǎo)向長(zhǎng)度，過分增大導(dǎo)向套長(zhǎng)度和活塞寬度都是不適宜的，最好在活塞上不裝一個(gè)距離套，距離套的寬度有所需要的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度決定。一般要求滿足下式。2. 立柱工作阻力按下式進(jìn)行計(jì)算： kN （47） 將各數(shù)值代入公式得立柱工作阻力為：kN表42支架工作阻力數(shù)值圓整標(biāo)準(zhǔn)（MT16987）（KN）12001600200024002800320036004000440048005200560064007200800090001000012000查表42圓整取支架工作阻力為3200kN，則P2=1600kN。取泵站額定工作壓力( MPa)減去從泵站到支架沿程壓力損失后的值為30 MPa，代入公式得立柱初撐力為： 安全閥壓力與立柱工作阻力的確定1. 安全閥壓力安全閥的調(diào)整壓力，按選定后的立柱缸體內(nèi)徑和支架承受的理論支護(hù)阻力來(lái)確定。 （43）代入數(shù)值得=2910kN 確定立柱的技術(shù)參數(shù)立柱缸徑按下式進(jìn)行計(jì)算： cm （44）—立柱缸體內(nèi)徑—支架承受的理論支護(hù)阻力 kN—每架支架立柱數(shù)；—安全閥調(diào)整壓力，MPa，按產(chǎn)品樣本選取(或參考同類支架選取)。 立柱的設(shè)計(jì) 支護(hù)面積支架的支護(hù)面積按下式計(jì)算：mm （41）—支護(hù)面積，mm；—支架間距（支架中心距），—頂梁長(zhǎng)度 —移架后頂梁前端點(diǎn)到煤壁的距離()，一般=+將各數(shù)值代入公式（41）得支架的支護(hù)面積為：＝ 支護(hù)強(qiáng)度，再根據(jù)老頂級(jí)別和采高確定支護(hù)強(qiáng)度。通常，掩護(hù)式支架的底座長(zhǎng)度取3．5倍的移架步距(一個(gè)移架步距為0．6m)，；支撐掩護(hù)式支架的底座長(zhǎng)度取4倍的移架步距。該底座整體性強(qiáng)，穩(wěn)定性好，與底板接觸面積大，比壓小。 (2) 排矸性能好，有利于保證推移裝置正常工作。 (2) 排矸性能差，容易堵卡，損壞推移機(jī)構(gòu)部件。（6）與工作面輸送機(jī)等組成交替前移的支撐點(diǎn)，防止支架與運(yùn)送機(jī)下滑。（2）是整個(gè)支架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，整體性的基礎(chǔ)。開式頂梁的特點(diǎn)：可減輕頂梁重量，增加頂梁的抗彎強(qiáng)度。支撐式支架后端焊有掛簾板，作為掛擋矸簾之用。本次設(shè)計(jì)選取頂梁型式為：整體式頂梁，長(zhǎng)度為2910mm。（3）可設(shè)置全長(zhǎng)側(cè)護(hù)板，有利于提高頂板覆蓋率，改善支護(hù)效果，減少架間漏矸。為順利移架，前梁間一般要留有100～150mm間隙，從而增加了破碎頂板漏矸的可能性。（2）支撐面積大，對(duì)端面積頂板的支撐接頂性能好，因而適用于頂板中中等穩(wěn)定以下的掩護(hù)式或支撐掩護(hù)式支架。（3）為護(hù)幫、防倒裝置等提供依托。5. 推移裝置此機(jī)構(gòu)關(guān)系到支架能否正常推移，由千斤頂和推移桿組成。3. 掩護(hù)梁受扭力和橫向載荷力大，是十分重要的部件。各部件設(shè)計(jì)的基本要求：1. 四連桿機(jī)構(gòu) 對(duì)其應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使支架梁端距變化小，支架受力狀態(tài)最佳，結(jié)構(gòu)上既滿足工作空間要求，又能承受足夠的縱向、橫向力及扭矩。如果給定和j值，可以求出B值，即 （37）取，ε =79% 、 j=200mm。查綜采設(shè)備手冊(cè)得三機(jī)配套尺寸為：配套尺寸=671+1553=2224mm代入相關(guān)數(shù)據(jù)得：頂梁長(zhǎng)度=[2224+2100+1131cos(78176。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)過后，支架能及時(shí)前移，支控新暴露的頂板，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)度要長(zhǎng)一個(gè)步距，一般為600 mm 。 (16) 過c點(diǎn)向HH作垂線，交與點(diǎn)d，則線段Oa、ab、bc、cd和dO為液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)（cd長(zhǎng)度為400mm）。(13) 連接e’’a’ 、e’’’a’’，并以a’點(diǎn)位圓心，ab長(zhǎng)為半徑作圓弧，交a’’e’’’上于b’點(diǎn)；以a’’點(diǎn)位圓心，ab長(zhǎng)為半徑作弧，交與a’’e’’’上于b’’點(diǎn)。 (9) 取e’e’’’線中間某點(diǎn)e’’，為液壓支架降到此高度時(shí)掩護(hù)梁與頂梁的鉸點(diǎn)（液壓支架由高到低變化時(shí)，頂梁前端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡為近似雙紐線，中間這一點(diǎn)的位置直接影響頂梁前端活動(dòng)軌跡的形狀、變化寬度等）。 (7) 以a為圓心，（575mm）長(zhǎng)度為半徑作?。ā谘谧o(hù)梁上交與一點(diǎn)b，為前連桿上鉸點(diǎn)的位置。 (4) 在此斜線上截取線段oa,oa長(zhǎng)度等于A（1131mm），a點(diǎn)即為后連桿與掩護(hù)梁的鉸點(diǎn)。支架在最高位置時(shí)有： （35）因此掩護(hù)梁長(zhǎng)度為： = 后連桿長(zhǎng)度為：A=G(A/G) = 取整得：G=2300 A=11313．幾何作圖作圖過程用幾何做圖法確定四連桿機(jī)構(gòu)的各部分尺寸，具體作圖如圖34所示。因此，由類比法取鉸點(diǎn)至頂梁頂面的距離為160mm，后連桿下鉸點(diǎn)至底座地面的距離為400mm。 四連桿機(jī)構(gòu)各部尺寸的確定1. 四連桿機(jī)構(gòu)各部參數(shù)四連桿機(jī)構(gòu)各部參數(shù)如圖32所示，圖中的為支架在最高位置時(shí)的計(jì)算高度。5. 應(yīng)取頂梁前端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡雙紐線向前凸的一段為支架工作段，如圖31所示的h段。為了安全可靠，最低工作位置應(yīng)使。4. 提高支架穩(wěn)定性鑒于四連桿機(jī)構(gòu)將液壓支架連成一個(gè)重量較大的整體，在支架承載階段，其穩(wěn)定程度較高。這樣可使托梁鉸接點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)與煤壁接近于保持等距，當(dāng)梁端距處于允許值范圍之內(nèi)時(shí)，借此可以保證梁端頂板維護(hù)良好。 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： （34）式中 —支架間距（支架中心距）； —每架支架頂梁總長(zhǎng)度； —相鄰支架（或框架）頂梁之間的間隙； —每架所包含的組架的組數(shù)或框架數(shù)，整體自移式支架。 液壓支架要有足夠的推溜力和移架力。②、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?！?，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?？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(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、tt2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)這一過程。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。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。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)。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(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)際上是沒有競(jìng)爭(zhēng)力的，綜采工程技術(shù)人員普遍認(rèn)為目前我過支架的工藝水平尚未達(dá)到1979年引進(jìn)的100套支架的技術(shù)水平，可想落后人家遠(yuǎn)不止30a。20世紀(jì)90年代開始，為了提高移架速度滿足工作面高產(chǎn)、高效發(fā)展的需求，我國(guó)在加大常規(guī)手控操縱閥的流量方面取得進(jìn)展，加上綜合措施，也實(shí)現(xiàn)了平均移架速度小于12s/架的成績(jī)。其設(shè)計(jì)的圖紙和有關(guān)參數(shù)，可以提供于數(shù)控機(jī)床和光電跟蹤切割機(jī)加工零件時(shí)使用，大大提高了零件的加工精度和制造