【正文】 40bt PFD ?? ? 移 mm （ 49） 式中 移F — 推移千斤頂?shù)囊萍芰?。為簡化計算，假定頂梁與頂板均勻接觸，載荷沿頂梁長度方向按線性規(guī)律變化，沿支架寬度方向均布。目前，在國內(nèi)外一些大高度的新型支架上日益采用伸縮式立柱。缸體的外形長度還要考慮到兩端端蓋的厚度。一般要求滿足下式。bp 為 30 MPa，代入公式得立柱初撐力為： 4 10tbDPP??? ?? ? 4 23 30 12 46 .34 10tP k N?? ? ?? 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 eD 和支架承受的理論支護阻力 mF1 來確定。由于實際最大采高不一定正好和表 所列采高相同，所以要用插值法重新計算。 華北科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 33 頁 共 65 頁 圖 43 底座 底座參數(shù)的確定 1. 底座長度的確定 底座是將頂板壓力傳遞到底板和穩(wěn)固支架的部件。 (4) 使用于地板比較松軟，采高與傾角較大以及頂板穩(wěn)定或頂板來壓較強烈等條件 。 （ 4） 有一定的擋矸與排矸能力。 按頂糧的斷面形狀，還可以把頂梁分成如下結(jié)構形式： 1. 閉式頂梁 閉式頂梁為頂梁上、下蓋板與筋板焊接成封閉型，如圖 41 所示。一般上翹 1～ 3176。對于分體梁，也要提高伸縮梁千斤頂?shù)耐评Γc前梁千斤頂?shù)耐评ζヅ洹? 頂梁設計 頂梁的功能 頂梁是支架的主要承載結(jié)構件之一，它有以下主要功能： （ 1） 支撐維護和覆蓋頂板，為工作面創(chuàng)造安全的工作空 間 。它可多次反復支撐頂煤。 )＋ 300+65]+100=2910mm 華北科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 27 頁 共 65 頁 圖 35配套尺寸圖 頂梁 寬度 計算 頂梁不僅必須滿足支架的工作阻力的要求，還要使頂梁覆蓋住頂板，以減少矸石的冒落。 支架工作方式對頂梁長度的影響 支架工作方式對支架頂梁長度 有 很大影響。 (11) 以 e’’為圓心，掩護梁長 ae’（ 即 G 得長度為 2300mm） 為半徑作弧，交與前面圓弧上一點 a’，此點為液壓支架降到中間某一位置時，掩護梁與后連桿的鉸點。） 的斜線，以 a點為圓 心，以 G（ 2300mm）為半徑作圓弧交此斜線于一點 e‘ ，此點為掩護梁與頂梁的鉸點。 設： G — 掩護梁的長度； A — 后連桿的長度； 2L — e’點引垂線到后連桿下鉸點 的距離； 1H — 支架最高位置時的計算高度； 2H — 支架最低位置時的計算高度。ae =G ； 39。前后連桿上絞點之距與掩護梁的比值為 I?1 ～ 。由于它處在隔離采空區(qū)的位置，故可以起到良好的擋矸作用 。 當支架中心距為中厚煤層掩護式液壓支架總體設計分析及掩護梁設計 第 20 頁 共 65 頁 時，最小寬度一般取 1400～ 1430mm， 最大寬度一般取 1570～ 1600mm。 支架間距和寬度的確定 所謂支架間距，就是相鄰兩支架中心線間的距離。表中所列支護強度在選用時，可根據(jù)本 礦情況老頂級別 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 直接頂類別 1 2 3 1 2 3 1 2 3 4 4 支架類型 掩護式 掩護式 支撐式 掩護式 掩護或支撐掩護式 支 撐 式 支撐掩護式 支撐掩護式 掩護或支撐掩護式 掩護或支撐掩護式 支撐式 采高小于 時 支撐掩 護式 采高大于 時 支架支護強度 MPa 采高m 1 ? ? 2? 0.249 應結(jié)合深孔爆破，軟化頂板等措施處理采空區(qū) 2 （ ） ? （ ） ? 2? 0.343 3 （ ） ? （ ） ? 2? 0.441 4 （ ） ? （ ） ? 2? 0.539 中厚煤層掩護式液壓支架總體設計分析及掩護梁設計 第 18 頁 共 65 頁 允許有 5%? 的波動范圍。 4. 瓦斯涌出量 對于瓦斯涌出量大的工作面，支架的通風斷面應滿足通風的要求，選型時要進行驗算。煤層傾斜角小于 15度，支護強度、底板抗壓強度、泵站壓力、安全閥調(diào)定壓力 40MPa。 3． 瓦斯等級 根據(jù)瓦斯等級，按《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，驗算通風斷面。 (7) 調(diào)高范圍要大，照明和通訊方便。 復合支護的特點是：支護滯后時間短，但增加了反復支撐次數(shù)。 3 個工序的不同組合順序，可形成液壓支架的 3 種支護方式，從而決定工作面“三機”的不同配套關系。當降到安全閥的調(diào)定壓力時，安全閥關閉。 圖 22 支撐掩護式液壓支架的類型 (a) 四柱平行支在頂梁上的支架 (b) 四柱交叉支在頂梁上的支架 (c) 兩支柱支在頂梁上，兩柱支在掩護梁上的支架 中厚煤層掩護式液壓支架總體設計分析及掩護梁設計 第 12 頁 共 65 頁 支架的承載過程 支架的承載過程是指支架與頂板之間相互力學作用的過程。 圖 21 掩護式液壓支架的類型 (a) 插腿式支架 (b) 立柱在掩護梁上非插腿式支架 (c) 立柱在頂梁上非插腿式支架 華北科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 11 頁 共 65 頁 支撐掩護式液壓支架適用范圍很廣，可用于各種頂板條件，尤其用于中等穩(wěn)定以上的頂板條件。頂板巖石則在頂梁后部切斷垮落。詳細見表 21。為了適應這一發(fā)展趨勢，我們應立足變傳統(tǒng)的、僵化的、 單純的畢業(yè)設計為培養(yǎng)主動學習、提高創(chuàng)新能力、樹立團結(jié)協(xié)作精神、強化計算機運用等多維兼容性畢業(yè)設計 ，同時通過完成畢業(yè)設計，鍛煉學生解決實際工程問題的能力。為了有效的支 護和控制頂板，必須設計出不同類型和不同結(jié)構尺寸的液壓支架。底座，前后連桿和掩護梁形成四連桿機構，以保持穩(wěn)定的梁端距和承受水平推力。一般用于直接頂中等穩(wěn)定以下，頂板周期來壓不強烈的采煤工作面。 4． 對不穩(wěn)定頂板、松軟底版、地質(zhì)構造較復雜等特殊條件，加大投入，研制大量的特殊支架，以適用不同的開采條件。近年來促進優(yōu)化設計研究和應用的主要因素有三個方面：即近代科學技術與生產(chǎn)需要最適宜的方案、計劃與信息；電子計算機技術和最優(yōu)化計算方法的發(fā)展相互促進，使優(yōu)化設計有了可能；現(xiàn)代產(chǎn)品設計要求高速度、高質(zhì)量地完成設計任務，優(yōu)化才能保證這一任務的完成。其設計的圖紙和有關參數(shù)，可以提供于數(shù)控機床和光電跟蹤切割機加工零件時使用，大大提高了零件的加工精度和制造 質(zhì)量，節(jié)省了人工放樣，加工的工時，消除一手工操作所產(chǎn)生的誤差。 以上這樣技術質(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爭力的，綜采工程技術人員普遍認為目前我過支架的工藝水平尚未達到 1979 年引進的 100套支架的技術水平，可想落后人家遠不止 30a。綜采使煤中厚煤層掩護式液壓支架總體設計分析及掩護梁設計 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，也可稱為采煤技術的第二次改朝換代的重大改革，是煤礦 21 世紀的高新技術。長頂梁、二 柱、四柱以及多柱四連桿機構的液壓支架相繼問世。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)構形式支護回采工作面。支架采用四連桿機構，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。設計內(nèi)容包括：選架型、總體設計、主要零部件的設計、主要零部件的校核 。本設計主要從支架的工作原理這手，然后進行總體結(jié)構設計以及校核。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。到 20 世紀 90年代初，人們尋找到適合礦區(qū)資源條件的先進采煤方法，采用了放頂煤技術。 3． 國外密封材料的壽命大于 5a，我國只有 2a 左右。 根據(jù)以上資料不難看出，在 21 世紀以煤炭集約化生產(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)。這種半經(jīng)驗、半理論的傳統(tǒng)設計方法常常帶有一定的盲目性，使得所做的設計很難達到客觀存在的最優(yōu)方案。 2． 在已有支架設計與應用經(jīng)驗的基礎上，結(jié)合計算機輔助設計，研究支架 的智能中厚煤層掩護式液壓支架總體設計分析及掩護梁設計 第 6 頁 共 65 頁 化設計方法、結(jié)構與參數(shù)的優(yōu)化，進一步提高支架的科學性、可靠性以及結(jié)構的優(yōu)化性。目前，國外高產(chǎn)高效綜采工作面正向“設備重型化、工作面大型化”的方向發(fā)展，我國許多大型煤炭能源集團公司也正在發(fā)展超大型綜采工作面，液壓支架全部進口，對企業(yè)的發(fā)展極為不利。 華北科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 7 頁 共 65 頁 支頂掩護式支架立柱支撐在頂梁上。 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。同樣通過對液壓支架的設計，能夠更 好的認識國內(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式液壓支架總體設計分析及掩護梁設計 第 8 頁 共 65 頁 題，從而為以后更深認的了解和設計液壓支架打下良好的基礎。液壓支架與可彎曲輸送機組成綜合機械化采煤設備，它的應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。 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。 3. 支撐掩護式液壓支架 支撐 掩護式液壓支架是在支撐式 液壓支架和掩護式 液壓支架的基礎上發(fā)展起來的一種架型。 降柱 ： 當需要降柱時，高壓乳化液進入立柱的上活塞腔，另一腔回液，推動活塞下降，頂梁脫離接觸接觸頂板。 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 華北科技學院畢業(yè)設計（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。 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。滯后支護的特點是，支護滯后時間較長，梁端距大 ，支架頂梁較短。 (4) 排矸性能好。 (12) 液壓元件要可靠。 8． 配套尺寸 根據(jù)配套尺寸及支護方式來計算頂梁長度。當煤層傾角大于10? ～ 15? 時，應設防滑和調(diào)架裝置，當傾角超過 18? 時，應同時具有防滑防倒裝置。 根據(jù)煤層厚度 ～ ，屬于中厚煤層。 移架力和推溜力 液壓支架要有足夠的推溜力和移架力。 支架寬度是指頂梁的最小和最大寬度 。 四連桿機構的設計 四連桿機構的作用與缺點 1. 梁端護頂 鑒于四連桿機構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采高的變化范圍。 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，頂梁與掩護梁的夾角 P 和后連桿與底平面的夾角 Q，應滿足如下要求： 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梁上，根據(jù)物理學摩擦理論可知，要求 WtgP? ，如果鋼和矸石的摩擦系數(shù) ?W ，則 ?? 。水平力的合力也相應減小，所以減輕了掩護梁的外負荷。在結(jié)構允許的條件下，掩護式液壓支架盡量取大些，支撐掩護式液壓支架盡量取小些。 (3) 過 O點作與 HH 線夾角為 1Q 的斜線。 在垂線上作液壓支架在最低位置時（距 HH940mm），頂梁與掩護梁的鉸點 e’’’。 (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）。 采煤機： MXA300/，刮板輸送機： SGZ730/320。 華北科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 29 頁 共 65 頁 第 4 章 液壓支架的主要部件的設計 支架主要部件的設計要求 各部件設計要求要滿足總體 配套的要求，就是應滿足采煤機、雙輸送機和支架配套的空間要求。保證支架整體穩(wěn)定性的關鍵是在底座上鉸接四連桿機構，在底座中間設置有推移裝置，側(cè)面設置拉后輸送機的千斤頂和推移桿。 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。 （ 2） 結(jié)構簡單，重量輕，操作方便，造價低，用于頂板穩(wěn)定，