【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(hù)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(xué)院畢業(yè)設(shè)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(qiáng)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(gòu)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?，與前梁千斤頂?shù)耐评ζヅ洹? 頂梁設(shè)計 頂梁的功能 頂梁是支架的主要承載結(jié)構(gòu)件之一，它有以下主要功能： （ 1） 支撐維護(hù)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(fù)支撐頂煤。 )＋ 300+65]+100=2910mm 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)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(hù)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(hù)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(hù)梁與頂梁的鉸點。 設(shè)： G — 掩護(hù)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(hù)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(dāng)支架中心距為中厚煤層掩護(hù)式液壓支架總體設(shè)計分析及掩護(hù)梁設(shè)計 第 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(hù)強(qiáng)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(hù)式 掩護(hù)式 支撐式 掩護(hù)式 掩護(hù)或支撐掩護(hù)式 支 撐 式 支撐掩護(hù)式 支撐掩護(hù)式 掩護(hù)或支撐掩護(hù)式 掩護(hù)或支撐掩護(hù)式 支撐式 采高小于 時 支撐掩 護(hù)式 采高大于 時 支架支護(hù)強(qiáng)度 MPa 采高m 1 ? ? 2? 0.249 應(yīng)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(hù)式液壓支架總體設(shè)計分析及掩護(hù)梁設(shè)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(fēng)斷面應(yīng)滿足通風(fēng)的要求，選型時要進(jìn)行驗算。煤層傾斜角小于 15度，支護(hù)強(qiáng)度、底板抗壓強(qiáng)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(fēng)斷面。 (7) 調(diào)高范圍要大，照明和通訊方便。 復(fù)合支護(hù)的特點是：支護(hù)滯后時間短，但增加了反復(fù)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(hù)方式，從而決定工作面“三機(jī)”的不同配套關(guān)系。當(dāng)降到安全閥的調(diào)定壓力時，安全閥關(guān)閉。 圖 22 支撐掩護(hù)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(hù)梁上的支架 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 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(xué)作用的過程。 圖 21 掩護(hù)式液壓支架的類型 (a) 插腿式支架 (b) 立柱在掩護(hù)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(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 11 頁 共 65 頁 支撐掩護(hù)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(xì)見表 21。為了適應(yīng)這一發(fā)展趨勢，我們應(yīng)立足變傳統(tǒng)的、僵化的、 單純的畢業(yè)設(shè)計為培養(yǎng)主動學(xué)習(xí)、提高創(chuàng)新能力、樹立團(tuán)結(jié)協(xié)作精神、強(qiáng)化計算機(jī)運用等多維兼容性畢業(yè)設(shè)計 ，同時通過完成畢業(yè)設(shè)計，鍛煉學(xué)生解決實際工程問題的能力。為了有效的支 護(hù)和控制頂板，必須設(shè)計出不同類型和不同結(jié)構(gòu)尺寸的液壓支架。底座，前后連桿和掩護(hù)梁形成四連桿機(jī)構(gòu)，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(qiáng)烈的采煤工作面。 4． 對不穩(wěn)定頂板、松軟底版、地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)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(jìn)優(yōu)化設(shè)計研究和應(yīng)用的主要因素有三個方面：即近代科學(xué)技術(shù)與生產(chǎn)需要最適宜的方案、計劃與信息；電子計算機(jī)技術(shù)和最優(yōu)化計算方法的發(fā)展相互促進(jìn)，使優(yōu)化設(shè)計有了可能；現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計要求高速度、高質(zhì)量地完成設(shè)計任務(wù)，優(yōu)化才能保證這一任務(wù)的完成。其設(shè)計的圖紙和有關(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(shù)質(zhì)量水平的支架在國內(nèi)一般礦井勉強(qiáng)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(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。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(jī)械化的 變革，電液控制系統(tǒng)使井下采煤實現(xiàn)由機(jī)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)。長頂梁、二 柱、四柱以及多柱四連桿機(jī)構(gòu)的液壓支架相繼問世。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。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的距離。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。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)。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)。 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(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)。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。 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(jī)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。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。 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。 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。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)。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(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。 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。 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（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(hù)的特點是，支護(hù)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(hù)方式來計算頂梁長度。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。 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(jī)構(gòu)的設(shè)計 四連桿機(jī)構(gòu)的作用與缺點 1. 梁端護(hù)頂 鑒于四連桿機(jī)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。 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 ?? 。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。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。 (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(hù)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(jī)： MXA300/，刮板輸送機(jī)： SGZ730/320。 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(jī)、雙輸送機(jī)和支架配套的空間要求。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。 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(gòu)簡單，重量輕，操作方便，造價低，用于頂板穩(wěn)定，