【正文】 平整等條件。頂梁前端呈滑撬式或圓弧形，以減少移架阻力。 底座的設計 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。 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構，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。底座為整體式剛性底座，四連桿機構鉸接在底座前部，有兩個球面柱窩與立柱缸底相連，底座中間布置有推移裝置，側面有拉后輸送機千斤頂固定耳座。在此根據(jù)自己設計支架的情況取 。 將各數(shù)值代入公式 44得立柱缸徑為： o 29 1040 ???? ?? ?dD cm 按北京煤礦機械廠標準（ Q/BM327— 82）表 41 選取比計算值大的標準值作為內徑eD ，再選取配合尺寸。 3. 最小導向長度的確定 當活柱全部伸出時，從活塞導向環(huán)中點到 導向套中點的距離稱為最小導向長度的 H，如圖 44 所示。 圖 44立柱導向長度關系圖 1— 缸筒； 2— 活塞； 3— 導向環(huán)； 4— 距離套； 5— 導向套； 6— 缸蓋； 7— 活柱 4. 缸底厚度計算 掩護式和支撐掩護式支架立柱的缸底，一般在缸內做成平地，在缸外做成球面形，如圖 45 所示。此時，單伸縮立柱就難以滿足要求。同時又與頂梁較短，立柱傾角較大可以使頂梁柱窩位置前移，是頂梁前端支護能力增大。對 A 取距，可算得 x 圖 46 頂梁受力分析 0AM?? 11 1 2 1c o s s in ( ) 03tt F LgF W h P x P h h?? ?? ? ? ? ? ? ??c os)(s in3 12111ttPhhPWhFLgFx ????? （ 48） 式中 x－立柱 上柱窩至頂梁和掩護梁鉸點之距； 1F －支架支護阻力； q－支架最大支護強度； cF －支護面積； Lg－頂梁長度； tp －支護工作阻力之和； 1h －頂梁和掩護梁鉸點至頂梁頂面之距； 2h －立柱上柱窩中心至頂梁頂面之距； ? －立柱在最高位置時的傾角。推移千斤頂?shù)男谐膛c推移步距有關，當推移步距為 600mm時，推移千斤頂?shù)男谐虨?700~750mm，按液壓缸行程系列表選用 700mm。所以，支架支撐力分布也為三 角形，以此計算立柱上柱窩位置。 (2) 支撐方式：掩護式支架為傾斜布 置，這樣可克服一部分水平力，并能增大調高范圍。它除了要具有較高的承載能力外，還應有較大的伸縮行程，以滿足支架工作高度的要求。 C取缸內徑的 ～ 倍。取 Pa=40MPa。 xq （ 43） 代入數(shù)值得 1F =2910kN 確定立柱的技術參數(shù) 立柱缸徑按下式進行計算： madd pnFD ?? c o s40 1?? cm （ 44） dD — 立柱缸體內徑 1F — 支架承受的理論支護阻力 華北科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 35 頁 共 65 頁 xc qFF ??1 kN dn — 每架支架立柱數(shù)； ap — 安全閥調整壓力， MPa，按產品樣本選取 (或參考同類支架選取 )。 2. 底座寬度的確定 一般，中心距為 的掩護式或支撐掩護式支架底座可取 ～ 。 (3) 適用于支撐掩護式、掩護式支架。 底座的選型 底座是將頂板壓力傳到底板和穩(wěn)固支架的部件。對于掩護式和支撐掩護式支架，為便于側護板能自由伸縮，要在頂梁頂面上加焊一塊比側護板鋼板稍厚的鋼板，稱為頂板同時也增強了頂梁的結構強度。 頂梁的結構與斷面形狀選擇 各類頂梁都為箱式結構，一般由鋼板焊接而成。 特點與適用條件： （ 1） 在整個控頂長度內，頂梁為一整體機構，剛性大，承載能力較大。 頂梁的結構形式 支架常用頂梁形式有 2種：整體頂梁和鉸接式頂梁。 4. 底座 底座是將支架承受的頂板壓力和側向力傳至底板。 中厚煤層掩護式液壓支架總體設計分析及掩護梁設計 第 28 頁 共 65 頁 頂梁寬度的決定，除用上式計算外，還要考慮到整體支架與一節(jié)溜槽長度相匹配的問題。 本次設計 采用及時支護方式。則 b、 b’ 、 b’’三點為液壓支架三個位置時，前連桿上的鉸點。 華北科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 25 頁 共 65 頁 (8) 過 O點作與 H— H線夾角為 2Q 的斜線。 作圖步驟如下： 圖 34 采用幾何作圖 法設計的四連桿機構 (1) 確定支架后連桿下鉸點 O 點的位置， 類比確定該距離為 400mm。ab Iae?1 ； tan? =SL =U 圖 32四連桿機構參數(shù)圖 確定掩護梁上鉸點至頂梁頂面的距離和后連桿下鉸點至底座地面的距離。 圖 31四連桿機構幾何特征 中厚煤層掩護式液壓支架總體設計分析及掩護梁設計 第 22 頁 共 65 頁 其原因為當頂板來壓時，立柱讓壓下縮，使頂梁有向前移的趨勢，可防止巖石 向后移動，又可以使作用在頂梁上的摩擦力指向采空區(qū)。 四連桿機構在具有以上諸作用的同時，也有一些缺點。通常，掩護式支架的底座長度職 倍的移架步距 (一個移架步距為 )，即 左右；支撐掩護式支架的底座長度取 4倍移架步距，即 左右 。 式支架外，支架間距一般為 。較大的初撐力可以使支架較快地達到工作阻力，防止頂板過早的離層，增加頂板的穩(wěn)定性。 華北科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 17 頁 共 65 頁 支架架型的確定 從架型的結構特點來看，由于架型的不同，它的支撐力分布和作用也不同；從頂板條件來看，由于直接頂類別和老頂級別的不同，支架所承受的載荷也不同。當煤層厚度變化較大時，應選用調高范圍大的支架。 華北科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 15 頁 共 65 頁 6． 煤層傾角 根據(jù)煤層傾角決定是否選用防滑裝置。 (10) 滿足強度條件下，盡可能減輕支架重量。 (2) 液壓支架要有足夠的推溜力和移架力 ，推溜力一般為 100kN 左右，移架力按煤層厚度而定，薄煤層一般為 100kN～ 150kN，中厚煤層一般為 150kN～ 250kN，后煤層一般為 300kN～ 400kN。適用于各種頂板條件，是目前應用最廣泛的支護方式。此時，支架對頂板的支撐力稱為工作阻力，它是由支架安全閥的調定壓力決定的。 初撐力的大小取決于泵站的工作壓力 ， 立柱缸徑和立柱的數(shù)量。具體分類方法及及型式如圖 22 所示 液壓支架的工作原理 支架升降和推移 液壓支架在工作過程，必須具備升、降、推、移四個基本動作，這些動作是利用泵站提供的高壓乳化液通過工作性質不同的幾個液壓缸來完成的 ，如圖 23 所示 。如圖 21所示，其頂梁較短，對頂班的作用力均勻；結構穩(wěn)定，抵抗直接頂水平運動能力強；防護性能好，調高范圍大，對煤層厚度變化適應性強；但整架工作阻力小，通風阻力小，工作空間小。中間液壓支架是安裝在除工作面端頭以外的采煤工作面上所有位置的支架。而液壓支架是以高壓液體為動力，有液壓元件和金屬構件組 成的支護和控制頂板設備，能實現(xiàn)支撐、切頂、移架和推移輸送機等一整套工序。 通過對液壓支架的理論學習，完成液壓支架的設計工作，加深對液壓支架工作原理、工作性能、工作環(huán)境及其結構的認識和了解。 掩護式支架的支護 性 能 ：支撐力小，切頂性能差，但由于頂梁短，支撐力集中在靠近煤壁的頂板上，所以支護強度較大且均勻，掩護性能好，能承受較大的水平推力，對頂板反復支撐的次數(shù)少，能帶壓移架。插底式配專門的下部帶托架的輸送機，支架底座前部較長，伸入輸送機下部，對地板比壓小，是不穩(wěn)定頂板和軟地板工作面的主要架型。 7． 快速支架電液控制系統(tǒng)的研制和投入，研究支架的遙控、程控控制和性能自動監(jiān)控，為回采工作面的半自動化與自動化創(chuàng)造條件。 液壓支架研究發(fā)展趨勢 隨著科學技術的高速發(fā)展，新技術、新方法、新材料的不斷應用，微機和計算機技術進一步普及，為液壓支架的發(fā)展提供了有利的條件。 我國包括支架在內的眾多產品設計，仍然是以傳統(tǒng)設計為主。因此，現(xiàn)在美、德、英、日等基本上全是可編程電液控制，波蘭除了電液控制以外，都是液壓多芯管先導控制。我國基本長期使用16Mn，屈服極限 350MPa 左右，近年來只有少數(shù)支架構造的部分材料用高強度鋼板。這項工程要求在選擇工作面綜合采煤設備時，必須采用最先進的設備和開采工藝，以提高煤炭產量和改善作業(yè)環(huán)境。這種支架頂梁很短，并與掩護梁鉸接，單根朝前傾斜液壓支柱連接著掩護梁和底座。 整個液壓支架的設計都源于煤層厚度這一初始條件，這很好的說明了不同煤層需要不同的液壓支架，于是液壓支架的更新?lián)Q代對于提高采煤效率和增加井下安全性顯得十分重要。華北科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 1 頁 共 65 頁 掩護式液壓支架設計說明書 摘要 由于地下煤層的地質環(huán)境比較復雜，這就要求在不同的煤層環(huán)境中使用不同的與之適應的液壓支架。頂梁掩護梁、底座都做成箱體 結構用鋼板焊接而成。 50 年代末，為 開采煤層厚超過 2m的松散和破碎頂板條件下的褐煤，前蘇聯(lián)開始研制掩護式液壓支架，并 于 展出了 OMKT 型掩護式支架。 1974 年，英國國家煤炭局實施的 “ 高科技采礦工程 ” 推動了液壓支架及采煤設備的進一步發(fā)展。 國內支架的現(xiàn)狀與國外的差距 制造技術水平落后 1． 德國支架結構材料 ST52，屈服極限 500Mpa，前蘇聯(lián)的更高。 20 世紀 60 年代采用手動直接操作系統(tǒng)； 20 世紀 70 年代初即開始重視液壓支架液壓先導控制的研究； 20世紀 70 年代中后期廣泛采用液壓多芯管先導控制系統(tǒng)； 20世紀80 年代西方國家開始大力著手電液先導程序控制的研究和使用。所有這些，都是由于國外發(fā)達國家計算機及計算機技術的高度普及和大型結構分析有限元軟件的推廣應用的結果。在傳統(tǒng)設計中是把設計變量當作常量來看待，而在優(yōu)化設計中是將設計變量當作隨機變量來對待。 6． 結構上尋求克服四連桿的新型架型。 支掩掩護式支架立柱通過掩護梁對頂板進行間接支撐，支架的支撐效率低，頂梁短，控頂距小；多數(shù)在頂梁與掩護梁之間設有平衡千斤頂，少數(shù) 支架只設機械限位裝置；頂梁后部與掩護梁構成“三角帶”易卡進矸石 ，影響頂梁擺動，故一般在頂梁后端掛有擋板，作業(yè)空間狹窄，通風面積??；采用 整體剛性底座；支架有插底式和不插底式兩種形式。掩護式支架的立柱較少，且為傾斜布置，以增加支架的調高范圍；支架的兩側有活動側護板，可以把架間密封；通常頂梁較短，一般為 mm 左右。由于液壓支架的類型很多，因此其設計工作量也是很大的，由此可見，研制和開發(fā)新型液壓支架是必不可少的一個環(huán)節(jié)。 華北科技學院畢業(yè)設計（論文） 第 9 頁 共 65 頁 第 2 章 液壓支架 的 概述 液壓支架的 作用 在采煤工作面的煤炭生產過程中，為了防止頂板冒落，維持一定的工作空間，保證工作面安全和各項作業(yè)的順利進行，必須對頂板進行支護。端頭液壓支架簡稱端頭支架，專門安裝在每個采煤工作面的兩端。 2. 掩護式液壓支架 掩護式液壓支架有插腿式和非插腿式兩種形式。不同結構形式的支撐掩護式液壓支架，其主要區(qū)別是立柱的布置方 式不同。如圖 24所示 圖 24 支架的工作特性曲線 1. 初撐階段 在升架過程中，當支架的頂梁接觸頂板 ，直到立柱下腔的液體壓力逐漸上 升到泵站工作壓力時，停止供液，液控單向閥 6立即關閉，這一過程為支架的初撐階段 。由于安全閥的作用，支架的支撐力維持在某一恒定數(shù)值上，這是支架的恒阻階段。即時支護的特點是，頂板暴露時間短，梁端距較小。 液壓支架 設計 的 基本要求和參數(shù) 中厚煤層掩護式液壓支架總體設計分析及掩護梁設計 第 14 頁 共 65 頁 液壓支架 設計的基本要求 液壓支架設計的基本要求 如下 ： (1) 為了滿足采煤工藝及地質條件的要求，液壓支架要有足夠的初撐力和工作阻力，以使有效地控制頂板，保證合理的下沉量。 (9) 要求支架有足夠的剛度，能承受事實上不均衡載荷 和沖擊載荷。 5． 工作面煤壁條件 根據(jù)工作面煤壁條件決定是否用護幫裝置。當煤層厚度大于 ～ （軟煤取下限，硬煤取上限 ） 時，應選用抗水平推力強且?guī)ёo幫裝置的掩護式或支撐掩護式支架。 6. 設備成本 在滿足要求的前提下，應選用價格便宜的支架。 液壓支架基本參數(shù)的確定 初撐力 初撐力的大小是相對于支架的工作阻力而言的，并與頂板的性質有關。 支架間距 bc 要根據(jù)支架型式來確定，但由于每架支架的推移千斤頂都與工作面輸送機的一節(jié)溜槽 。在設計支架的底座長度時，應考慮如下諸方面：支架對底板的接觸比壓要小；支架內部應有足夠的空間用于安裝立柱，液壓控制控制裝置、推移裝置和其他輔助裝置；使于人員操作相行走，保證支架的穩(wěn)定性等。 4. 提高支架穩(wěn)定性 鑒于四連桿機構將液壓支架連成一個重量較大的整體，在支架承載階段，其穩(wěn)定程度較高。 5. 應取頂梁前端點運動軌跡雙紐線向前凸的一段為支架工作段，如圖