【正文】 qh2 — 2q 所對應(yīng)的采高， m。在設(shè)計(jì)支架的底座長度時(shí)，應(yīng)考慮如下諸方面：支架對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、液壓控制裝置、推移裝置和其他輔助裝置；使于人員操作和行走；保證支架的穩(wěn)定性等。 2. 分體剛性式 特點(diǎn) 與適用條件： (1) 底座分左右兩部分，上部用過橋或相形結(jié)構(gòu)固定連接、這種底座在剛性、穩(wěn)定性和強(qiáng)度等方面基本與整體剛性底座相同。 （ 5） 便于人員操作行走。 圖 41閉式頂梁斷面 2. 開式頂梁 開式頂梁結(jié)構(gòu)如圖 42所示。提高支架前端對頂板的支撐力。前梁上不宜設(shè)置側(cè)護(hù)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 30 頁 共 65 頁 （ 2） 將立柱的支撐力傳遞至頂板．并給予合理地分布，對支架后部接近采空區(qū)的頂板起切頂作用；對無立柱空間的頂板起支撐作用 。頂梁裝有側(cè)護(hù)板，活動(dòng)側(cè)裝有千斤頂和彈簧，防止架間漏煤、矸，還可以起到調(diào)節(jié)支架間距的作用。頂梁的覆蓋率為頂梁面積與控制頂板面積比值的百分?jǐn)?shù)，即 %100jBcl Bl ））（（ ???? （ 36） 式中 B— 頂梁寬度； l— 頂梁長度； j— 架間距； c— 頂梁前端到煤壁的距離； 中等穩(wěn)定頂板 %85~75?? ； 一般 j 取 100~200mm。先移架后推溜方式（及時(shí)支護(hù)）要求頂梁有較大長度；先推溜后移架方式（滯后支護(hù)）要求頂梁長度較小。 (12) 以 e’’’為圓心，掩護(hù)梁長 ae’為半徑作弧，交與最前面圓弧上一點(diǎn) a’’，此點(diǎn)為支架降到最低位置時(shí)，掩護(hù)梁與后連桿的鉸點(diǎn)。 (6) 過 e‘點(diǎn)作 HH線的平行線 FF 線 ,則 HH 線與 FF 線的距離為 1H （ 設(shè)計(jì)要求為2940mm，實(shí)際作圖得 2948mm），為液壓支架最高位置時(shí)的計(jì)算高度。 按四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征要求，選定 1253 , 15PP??， 1278 , 18??由于支架型式不同，對于掩護(hù)式支支架 ,一般 A/G 的比值按以下范圍來取： A/G=~,取 A/G=。eb =F ； 1Jo =S ； 39。 4. 掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn)和瞬時(shí)中心 ? 之間的連線與水平線夾角為 ? ,設(shè)計(jì)時(shí)要滿足 ?? ，原因是θ角直接影響支架承受附加力的數(shù)值大小。 3. 抵抗水平力 觀測表明：綜采面給予支架的外載，不但有垂直于煤層頂板的分力，而且還有沿巖層層面指向采空區(qū)方向（或指向煤壁方向）的分力，這個(gè)水平推力由液壓支架的四連桿機(jī)構(gòu)承受，從而避免了立柱因承受水平分力而造成立柱彎曲變形。 底座長度的確定 底座是將板壓力傳遞到底板和穩(wěn)固支架的部件。按下式計(jì)算： 3cmb B n C? ? ? （ 34） 式 中 cb — 支架間距（支架中心距）； mB — 每架支架頂梁總長度； 3C — 相鄰支架（或框架）頂梁之間的間隙 ； n — 每架所包含的組架的組數(shù)或框架數(shù)，整體自移式 支 架 。 ②表中 、 、 2分別為Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級老頂?shù)姆旨壴鰤合禂?shù)；Ⅳ級老頂給出最低值 2，選用時(shí)可根據(jù)本礦實(shí)際確定適宜值。 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 2m和 20min 以下時(shí)，暫不宜采用液壓支架。 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。 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。 (8) 支架的穩(wěn)定性要好，底座最大比壓要小于規(guī)定值?？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。 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。隨著頂板的繼續(xù)下沉，安全閥重復(fù)這一過程。它包括初撐、承載增阻和恒阻三個(gè)階段。其缺點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量大，價(jià)格較貴。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。 表 21 液壓支架組成表 序 號 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 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 10 頁 共 65 頁 液壓支架的分類 按照液壓支架在采煤工作面安裝位置來劃分有端頭液壓支架和中間液壓支架。 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 。因此液壓支架的設(shè)計(jì)工作是很重要的。立柱的支撐力間接作用于頂梁或直接作用于頂梁上。 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。 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。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)。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。 控制系統(tǒng)研究落后 西方主要產(chǎn)煤大國始終把支架控制系統(tǒng)作為提高整個(gè)綜采經(jīng)濟(jì)效益的重要方面來抓。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。并且，為適應(yīng)底板不平，底座采用分離鉸接式結(jié)構(gòu)；對于松軟底板，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。 1954 年英國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。立柱采用單伸縮液壓缸，前端帶有加長桿，以滿足支架最低及最高位置時(shí)的高度要求。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。 在研制液壓支架時(shí)，需要對支架進(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。當(dāng)支架在其工作高度范圍內(nèi)升降時(shí)，頂梁頂點(diǎn)相對于煤壁作圓弧運(yùn)動(dòng)。 1980 年起人們?nèi)〉昧藢ψ砸剖揭簤褐Ъ艿难兄瞥晒Σ⒅鸩礁倪M(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。 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，國外一直銅合金閥殼和高強(qiáng) 度不銹鋼閥芯，我國是 45 鋼加表面防腐處理。 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。所謂傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，就是人們在設(shè)計(jì)中總是遵循著一定的設(shè)計(jì)理論，憑借著設(shè)計(jì)者本身的經(jīng)驗(yàn)來選擇設(shè)計(jì) 參數(shù)，并借助一些手冊、圖表、經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來完成各種設(shè)計(jì)。目前，液壓支架研究發(fā)展可以從以下幾個(gè)方面著手： 1. 液壓支架的結(jié)構(gòu)形式正朝著簡單實(shí)用方向發(fā)展，如液壓支架的架型明顯地向兩柱掩護(hù)式支架和四柱支撐式掩護(hù)式支架發(fā)展。 工作面支護(hù)問題始終是圍繞煤礦生產(chǎn)安全、質(zhì)量、效率的重要問題。不插底式配通用型輸送機(jī)，底座前端對底板比壓大，使用較少。但由于頂梁短，立柱傾斜布置，故作業(yè)空間和通風(fēng)斷面小。通過對液壓支架結(jié)構(gòu)的分析，加深和鞏固機(jī)械原理的相關(guān)內(nèi)容；通過對液壓支架受力的分析和強(qiáng)度的校核，加深對專業(yè)基礎(chǔ)課理論力學(xué)和材料力學(xué)及專業(yè)課機(jī)械設(shè)計(jì)相關(guān)內(nèi)容的鞏固和理解。實(shí)踐表明，液壓支架具有支護(hù)性能好，強(qiáng)度高，移架速度快，安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。 目前使用的液壓支架分為三類，即：支撐式、掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式液壓支架。這類支架適用于直接頂不穩(wěn)定或中等穩(wěn)定的煤層。 升柱 ： 當(dāng)需要液壓支架上升支護(hù)頂板時(shí)，高壓乳化液進(jìn)入立柱的下活塞腔，另一腔回液，推動(dòng)活塞上升，是與活塞桿相連的頂梁緊緊接觸頂板。合理的初撐力是防止直接頂過早的因下沉而離層、減緩頂板下沉速度、增加其穩(wěn)定性和保證安全生產(chǎn)的關(guān)鍵。對于掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架，其初撐力和工作阻力的計(jì)算還要考慮到立柱傾角的影響因素。 2． 滯后支護(hù) 一般循環(huán)方式為：割煤一推溜一移架。 (3) 防矸性能要好。 (11) 要易于拆卸，結(jié)構(gòu)要簡單。 7． 井向罐籠尺寸 根據(jù)井向罐籠尺寸考慮支架的運(yùn)輸外形尺寸。 2. 煤層傾角 煤層傾角主要影響支架的穩(wěn)定性，傾角大時(shí)易發(fā)生傾倒、下滑象。所以，為了在使用中合理地選擇架型，要對支架的支撐力、采煤高度與承載的關(guān)系進(jìn)行分析，使支架的支撐力能適應(yīng)頂板載荷的要求。對于不穩(wěn)定和中等穩(wěn)定頂板，為了維護(hù)機(jī)道上方的頂板，應(yīng)取較高的初撐力，約為工作阻力的80%。 本次設(shè)計(jì) 取 支架的中心距為 。本次設(shè)計(jì)取底座長。首先，支架在工作過程當(dāng)中，四連桿機(jī)構(gòu)必須承受很大的內(nèi)力，從而導(dǎo)致支架結(jié)構(gòu)尺寸的加大和重量的增加；其次，華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 21 頁 共 65 頁 由于四連桿機(jī)構(gòu)對頂板產(chǎn)生一個(gè) 水平力（又稱水平支撐力），因此對支架的工作性能將產(chǎn)生不良影響 。同時(shí)底板阻止底座向后移，使整個(gè)支架產(chǎn)生順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢，從而增加了頂梁前端的支護(hù)力，防止頂梁前端上方頂板冒落，并且使底座前端比壓減小，防止啃底，有利移架。一般同一類型的支架采用歐冠類比法來 確定。 (2) 過 O點(diǎn)作于底座地面平行的水平線 HH線。在此斜線上截取線段 oa 〞 . oa 〞的長度等于 A， a?? 點(diǎn)為支架降到最低位置時(shí)，掩護(hù)梁與后連桿的鉸點(diǎn)。 (14) 連接 a’O、 a’’O，為液壓支架降到中間某一位置和最低位置時(shí)后連桿的位置。 頂梁長度計(jì)算 掩護(hù)式支架頂梁長度計(jì)算 (如圖 35)： 頂梁長 度 =[配套尺寸 +底座長度 +Acos（ 1Q ） ]? [Gcos（ 1P ） +300+e]+掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn)至 頂梁后端點(diǎn)之距（ mm） 配套尺寸 — 參考原煤炭部煤炭科學(xué)研究院編制的綜采設(shè)備配套圖冊確定； 底座長度 — 底座前端至后連桿下鉸點(diǎn)之距，支架底座長度可取 2100mm； e— 支架由高到低頂梁前端點(diǎn)最大變 化距離，根據(jù)范圍可取 20mm； 1Q 、 1P — 支架在最高位置時(shí)，分別為后連桿和掩護(hù)梁與水平面的夾角； A、 G— 分別為后連桿和掩護(hù)梁長度。 故頂梁寬取 。 它既要有足夠的強(qiáng)度和剛度，又應(yīng)滿足底板比壓不超限。 1. 鉸接式頂梁 鉸接頂梁的前段稱為前梁，后段為主梁，一般簡稱頂梁。頂梁對頂板載荷的平衡能力較強(qiáng)。為加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的剛度，在上下蓋板之間焊有加強(qiáng)筋板，構(gòu)成封閉式棋盤型。 鑒于以上比對，本次設(shè)計(jì)選取開式頂梁。因此，底座除了滿足一定的剛度和強(qiáng)度要求外，還要求對底板起伏不平的適應(yīng)性要強(qiáng)，對底板接觸比壓要小，要有足夠的空間能安裝立柱、液壓裝置、 推移裝置和其它輔助裝置，要便于人員操作行走；能起一定的擋 矸 排 矸 作用；要有一定的重量，以保證支架的穩(wěn)定性等。 本次設(shè)計(jì)采用圖 43 示的底座結(jié)構(gòu)。工作面傾角大，采高大或者底板松軟時(shí)，宜取上限。其中， Y 1F B型 ap =40 MPa； Y 2F 型 ap =30~60 MPa； m? — 立柱最大傾角 (度 )， (支架降到 最低工作位置時(shí)， m? 角最大 )。 2. 立柱工作阻力 2P 按下式進(jìn)行計(jì)算： ae PDP 10422 ??? ? kN （ 47） 將各數(shù)值代入公式得立柱工作阻力 2P 為： 6 6 140104 22 ?????P kN 表 42 支架工作阻力數(shù)值圓整標(biāo)準(zhǔn)（ MT16987）（ KN） 1200 1600 2020 2400 2800 3200 3600 4000 4400 4800 5200 5600 6400 7200 8000 9000 10000 12020 查表 42圓整取支架工作阻力為 3200kN，則 P2=1600kN。為了保證導(dǎo)向長度，過分增大導(dǎo)向套長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)向長度決定。在厚煤層開采中，為了增大支架對煤層厚度變化的適應(yīng)性，常需使支架的伸縮比較大。一般立柱軸線與頂梁 的垂線夾角小于 ?30 （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 。此時(shí)認(rèn)為支架頂梁承受集中載荷 1F 在頂梁 1/3 處，取頂梁為分離體，受力情況如圖 46 所示。 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 41 頁 共 65 頁 表 43 推移千斤頂缸