【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(shè)計(jì) 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(diǎn)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(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、對(duì)底板比壓小等特點(diǎn)。底座為整體式剛性底座，四連桿機(jī)構(gòu)鉸接在底座前部，有兩個(gè)球面柱窩與立柱缸底相連，底座中間布置有推移裝置，側(cè)面有拉后輸送機(jī)千斤頂固定耳座。在此根據(jù)自己設(shè)計(jì)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(jī)械廠標(biāo)準(zhǔn)（ Q/BM327— 82）表 41 選取比計(jì)算值大的標(biāo)準(zhǔn)值作為內(nèi)徑eD ，再選取配合尺寸。 3. 最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定 當(dāng)活柱全部伸出時(shí)，從活塞導(dǎo)向環(huán)中點(diǎn)到 導(dǎo)向套中點(diǎn)的距離稱為最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的 H，如圖 44 所示。 圖 44立柱導(dǎo)向長(zhǎng)度關(guān)系圖 1— 缸筒； 2— 活塞； 3— 導(dǎo)向環(huán)； 4— 距離套； 5— 導(dǎo)向套； 6— 缸蓋； 7— 活柱 4. 缸底厚度計(jì)算 掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架立柱的缸底，一般在缸內(nèi)做成平地，在缸外做成球面形，如圖 45 所示。此時(shí)，單伸縮立柱就難以滿足要求。同時(shí)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(hù)能力增大。對(duì) 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(hù)梁鉸點(diǎn)之距； 1F －支架支護(hù)阻力； q－支架最大支護(hù)強(qiáng)度； cF －支護(hù)面積； Lg－頂梁長(zhǎng)度； tp －支護(hù)工作阻力之和； 1h －頂梁和掩護(hù)梁鉸點(diǎn)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(shí)的傾角。推移千斤頂?shù)男谐膛c推移步距有關(guān)，當(dāng)推移步距為 600mm時(shí)，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(jì)算立柱上柱窩位置。 (2) 支撐方式：掩護(hù)式支架為傾斜布 置，這樣可克服一部分水平力，并能增大調(diào)高范圍。它除了要具有較高的承載能力外，還應(yīng)有較大的伸縮行程，以滿足支架工作高度的要求。 C取缸內(nèi)徑的 ～ 倍。取 Pa=40MPa。 xq （ 43） 代入數(shù)值得 1F =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： madd pnFD ?? c o s40 1?? cm （ 44） dD — 立柱缸體內(nèi)徑 1F — 支架承受的理論支護(hù)阻力 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 35 頁(yè) 共 65 頁(yè) xc qFF ??1 kN dn — 每架支架立柱數(shù)； ap — 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 )。 2. 底座寬度的確定 一般，中心距為 的掩護(hù)式或支撐掩護(hù)式支架底座可取 ～ 。 (3) 適用于支撐掩護(hù)式、掩護(hù)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(duì)于掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架，為便于側(cè)護(hù)板能自由伸縮，要在頂梁頂面上加焊一塊比側(cè)護(hù)板鋼板稍厚的鋼板，稱為頂板同時(shí)也增強(qiáng)了頂梁的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。 頂梁的結(jié)構(gòu)與斷面形狀選擇 各類頂梁都為箱式結(jié)構(gòu)，一般由鋼板焊接而成。 特點(diǎn)與適用條件： （ 1） 在整個(gè)控頂長(zhǎng)度內(nèi)，頂梁為一整體機(jī)構(gòu)，剛性大，承載能力較大。 頂梁的結(jié)構(gòu)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(cè)向力傳至底板。 中厚煤層掩護(hù)式液壓支架總體設(shè)計(jì)分析及掩護(hù)梁設(shè)計(jì) 第 28 頁(yè) 共 65 頁(yè) 頂梁寬度的決定，除用上式計(jì)算外，還要考慮到整體支架與一節(jié)溜槽長(zhǎng)度相匹配的問(wèn)題。 本次設(shè)計(jì) 采用及時(shí)支護(hù)方式。則 b、 b’ 、 b’’三點(diǎn)為液壓支架三個(gè)位置時(shí)，前連桿上的鉸點(diǎn)。 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 25 頁(yè) 共 65 頁(yè) (8) 過(guò) O點(diǎn)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(shè)計(jì)的四連桿機(jī)構(gòu) (1) 確定支架后連桿下鉸點(diǎn) O 點(diǎn)的位置， 類比確定該距離為 400mm。ab Iae?1 ； tan? =SL =U 圖 32四連桿機(jī)構(gòu)參數(shù)圖 確定掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)至頂梁頂面的距離和后連桿下鉸點(diǎn)至底座地面的距離。 圖 31四連桿機(jī)構(gòu)幾何特征 中厚煤層掩護(hù)式液壓支架總體設(shè)計(jì)分析及掩護(hù)梁設(shè)計(jì) 第 22 頁(yè) 共 65 頁(yè) 其原因?yàn)楫?dāng)頂板來(lái)壓時(shí)，立柱讓壓下縮，使頂梁有向前移的趨勢(shì)，可防止巖石 向后移動(dòng)，又可以使作用在頂梁上的摩擦力指向采空區(qū)。 四連桿機(jī)構(gòu)在具有以上諸作用的同時(shí)，也有一些缺點(diǎn)。通常，掩護(hù)式支架的底座長(zhǎng)度職 倍的移架步距 (一個(gè)移架步距為 )，即 左右；支撐掩護(hù)式支架的底座長(zhǎng)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(dá)到工作阻力，防止頂板過(guò)早的離層，增加頂板的穩(wěn)定性。 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 17 頁(yè) 共 65 頁(yè) 支架架型的確定 從架型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來(lái)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(lái)看，由于直接頂類別和老頂級(jí)別的不同，支架所承受的載荷也不同。當(dāng)煤層厚度變化較大時(shí)，應(yīng)選用調(diào)高范圍大的支架。 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 15 頁(yè) 共 65 頁(yè) 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(qiáng)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(yīng)用最廣泛的支護(hù)方式。此時(shí)，支架對(duì)頂板的支撐力稱為工作阻力，它是由支架安全閥的調(diào)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(guò)程，必須具備升、降、推、移四個(gè)基本動(dòng)作，這些動(dòng)作是利用泵站提供的高壓乳化液通過(guò)工作性質(zhì)不同的幾個(gè)液壓缸來(lái)完成的 ，如圖 23 所示 。如圖 21所示，其頂梁較短，對(duì)頂班的作用力均勻；結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，抵抗直接頂水平運(yùn)動(dòng)能力強(qiáng)；防護(hù)性能好，調(diào)高范圍大，對(duì)煤層厚度變化適應(yīng)性強(qiáng)；但整架工作阻力小，通風(fēng)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(dòng)力，有液壓元件和金屬構(gòu)件組 成的支護(hù)和控制頂板設(shè)備，能實(shí)現(xiàn)支撐、切頂、移架和推移輸送機(jī)等一整套工序。 通過(guò)對(duì)液壓支架的理論學(xué)習(xí)，完成液壓支架的設(shè)計(jì)工作，加深對(duì)液壓支架工作原理、工作性能、工作環(huán)境及其結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)和了解。 掩護(hù)式支架的支護(hù) 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(hù)強(qiáng)度較大且均勻，掩護(hù)性能好，能承受較大的水平推力，對(duì)頂板反復(fù)支撐的次數(shù)少，能帶壓移架。插底式配專門(mén)的下部帶托架的輸送機(jī)，支架底座前部較長(zhǎng)，伸入輸送機(jī)下部，對(duì)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(dòng)監(jiān)控，為回采工作面的半自動(dòng)化與自動(dòng)化創(chuàng)造條件。 液壓支架研究發(fā)展趨勢(shì) 隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，新技術(shù)、新方法、新材料的不斷應(yīng)用，微機(jī)和計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)一步普及，為液壓支架的發(fā)展提供了有利的條件。 我國(guó)包括支架在內(nèi)的眾多產(chǎn)品設(shè)計(jì)，仍然是以傳統(tǒng)設(shè)計(jì)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(dǎo)控制。我國(guó)基本長(zhǎng)期使用16Mn，屈服極限 350MPa 左右，近年來(lái)只有少數(shù)支架構(gòu)造的部分材料用高強(qiáng)度鋼板。這項(xiàng)工程要求在選擇工作面綜合采煤設(shè)備時(shí)，必須采用最先進(jìn)的設(shè)備和開(kāi)采工藝，以提高煤炭產(chǎn)量和改善作業(yè)環(huán)境。這種支架頂梁很短，并與掩護(hù)梁鉸接，單根朝前傾斜液壓支柱連接著掩護(hù)梁和底座。 整個(gè)液壓支架的設(shè)計(jì)都源于煤層厚度這一初始條件，這很好的說(shuō)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(duì)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(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 1 頁(yè) 共 65 頁(yè) 掩護(hù)式液壓支架設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 摘要 由于地下煤層的地質(zhì)環(huán)境比較復(fù)雜，這就要求在不同的煤層環(huán)境中使用不同的與之適應(yīng)的液壓支架。頂梁掩護(hù)梁、底座都做成箱體 結(jié)構(gòu)用鋼板焊接而成。 50 年代末，為 開(kāi)采煤層厚超過(guò) 2m的松散和破碎頂板條件下的褐煤，前蘇聯(lián)開(kāi)始研制掩護(hù)式液壓支架，并 于 展出了 OMKT 型掩護(hù)式支架。 1974 年，英國(guó)國(guó)家煤炭局實(shí)施的 “ 高科技采礦工程 ” 推動(dòng)了液壓支架及采煤設(shè)備的進(jìn)一步發(fā)展。 國(guó)內(nèi)支架的現(xiàn)狀與國(guó)外的差距 制造技術(shù)水平落后 1． 德國(guó)支架結(jié)構(gòu)材料 ST52，屈服極限 500Mpa，前蘇聯(lián)的更高。 20 世紀(jì) 60 年代采用手動(dòng)直接操作系統(tǒng)； 20 世紀(jì) 70 年代初即開(kāi)始重視液壓支架液壓先導(dǎo)控制的研究； 20世紀(jì) 70 年代中后期廣泛采用液壓多芯管先導(dǎo)控制系統(tǒng)； 20世紀(jì)80 年代西方國(guó)家開(kāi)始大力著手電液先導(dǎo)程序控制的研究和使用。所有這些，都是由于國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家計(jì)算機(jī)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的高度普及和大型結(jié)構(gòu)分析有限元軟件的推廣應(yīng)用的結(jié)果。在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中是把設(shè)計(jì)變量當(dāng)作常量來(lái)看待，而在優(yōu)化設(shè)計(jì)中是將設(shè)計(jì)變量當(dāng)作隨機(jī)變量來(lái)對(duì)待。 6． 結(jié)構(gòu)上尋求克服四連桿的新型架型。 支掩掩護(hù)式支架立柱通過(guò)掩護(hù)梁對(duì)頂板進(jìn)行間接支撐，支架的支撐效率低，頂梁短，控頂距??；多數(shù)在頂梁與掩護(hù)梁之間設(shè)有平衡千斤頂，少數(shù) 支架只設(shè)機(jī)械限位裝置；頂梁后部與掩護(hù)梁構(gòu)成“三角帶”易卡進(jìn)矸石 ，影響頂梁擺動(dòng)，故一般在頂梁后端掛有擋板，作業(yè)空間狹窄，通風(fēng)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(hù)式支架的立柱較少，且為傾斜布置，以增加支架的調(diào)高范圍；支架的兩側(cè)有活動(dòng)側(cè)護(hù)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(shè)計(jì)工作量也是很大的，由此可見(jiàn)，研制和開(kāi)發(fā)新型液壓支架是必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 9 頁(yè) 共 65 頁(yè) 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(chǎn)過(guò)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(xiàng)作業(yè)的順利進(jìn)行，必須對(duì)頂板進(jìn)行支護(hù)。端頭液壓支架簡(jiǎn)稱端頭支架，專門(mén)安裝在每個(gè)采煤工作面的兩端。 2. 掩護(hù)式液壓支架 掩護(hù)式液壓支架有插腿式和非插腿式兩種形式。不同結(jié)構(gòu)形式的支撐掩護(hù)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(guò)程中，當(dāng)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(shí)，停止供液，液控單向閥 6立即關(guān)閉，這一過(guò)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(shí)支護(hù)的特點(diǎn)是，頂板暴露時(shí)間短，梁端距較小。 液壓支架 設(shè)計(jì) 的 基本要求和參數(shù) 中厚煤層掩護(hù)式液壓支架總體設(shè)計(jì)分析及掩護(hù)梁設(shè)計(jì) 第 14 頁(yè) 共 65 頁(yè) 液壓支架 設(shè)計(jì)的基本要求 液壓支架設(shè)計(jì)的基本要求 如下 ： (1) 為了滿足采煤工藝及地質(zhì)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(shí)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(hù)幫裝置。當(dāng)煤層厚度大于 ～ （軟煤取下限，硬煤取上限 ） 時(shí)，應(yīng)選用抗水平推力強(qiáng)且?guī)ёo(hù)幫裝置的掩護(hù)式或支撐掩護(hù)式支架。 6. 設(shè)備成本 在滿足要求的前提下，應(yīng)選用價(jià)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(duì)于支架的工作阻力而言的，并與頂板的性質(zhì)有關(guān)。 支架間距 bc 要根據(jù)支架型式來(lái)確定，但由于每架支架的推移千斤頂都與工作面輸送機(jī)的一節(jié)溜槽 。在設(shè)計(jì)支架的底座長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)考慮如下諸方面：支架對(duì)底板的接觸比壓要小；支架內(nèi)部應(yīng)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(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。 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