【正文】 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。在厚煤層開(kāi)采中，為了增大支架對(duì)煤層厚度變化的適應(yīng)性，常需使支架的伸縮比較大。 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。工作面傾角大，采高大或者底板松軟時(shí)，宜取上限。因此，底座除了滿足一定的剛度和強(qiáng)度要求外，還要求對(duì)底板起伏不平的適應(yīng)性要強(qiáng)，對(duì)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。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(pán)型。 1. 鉸接式頂梁 鉸接頂梁的前段稱(chēng)為前梁，后段為主梁，一般簡(jiǎn)稱(chēng)頂梁。 故頂梁寬取 。 (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。 (2) 過(guò) O點(diǎn)作于底座地面平行的水平線 HH線。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(shì)，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。本次設(shè)計(jì)取底座長(zhǎng)。對(duì)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%。 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。 (11) 要易于拆卸，結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單。 2． 滯后支護(hù) 一般循環(huán)方式為：割煤一推溜一移架。合理的初撐力是防止直接頂過(guò)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。這類(lèi)支架適用于直接頂不穩(wěn)定或中等穩(wěn)定的煤層。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)。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。 工作面支護(hù)問(wèn)題始終是圍繞煤礦生產(chǎn)安全、質(zhì)量、效率的重要問(wèn)題。所謂傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，就是人們?cè)谠O(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(lái)選擇設(shè)計(jì) 參數(shù)，并借助一些手冊(cè)、圖表、經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)完成各種設(shè)計(jì)。 2． 支架液壓系統(tǒng)的閥類(lèi)使用的是乳化油，防銹蝕的要求很高，國(guó)外一直銅合金閥殼和高強(qiáng) 度不銹鋼閥芯，我國(guó)是 45 鋼加表面防腐處理。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(duì)于煤壁作圓弧運(yùn)動(dòng)。本論文主要闡述了一般掩護(hù)式液壓支架的設(shè)計(jì)過(guò)程。 1954 年英國(guó)首次研制出液壓支架， 從此，開(kāi)創(chuàng)了煤炭工業(yè)的新時(shí)代。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。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(guò)計(jì)算分析，對(duì)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。 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。立柱的支撐力間接作用于頂梁或直接作用于頂梁上。 在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)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 。這類(lèi)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。它包括初撐、承載增阻和恒阻三個(gè)階段。 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。 (8) 支架的穩(wěn)定性要好，底座最大比壓要小于規(guī)定值。 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。 ②表中 、 、 2分別為Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級(jí)老頂?shù)姆旨?jí)增壓系數(shù)；Ⅳ級(jí)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。 底座長(zhǎng)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。 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。 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(duì)于掩護(hù)式支支架 ,一般 A/G 的比值按以下范圍來(lái)?。? A/G=~,取 A/G=。 (12) 以 e’’’為圓心，掩護(hù)梁長(zhǎng) 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)。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(zhǎng)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。 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(yè) 共 65 頁(yè) （ 2） 將立柱的支撐力傳遞至頂板．并給予合理地分布，對(duì)支架后部接近采空區(qū)的頂板起切頂作用；對(duì)無(wú)立柱空間的頂板起支撐作用 。提高支架前端對(duì)頂板的支撐力。 （ 5） 便于人員操作行走。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。 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 36 頁(yè) 共 65 頁(yè) 240 cza DFP ??? MPa （ 45） 式中的 zF 按下式計(jì)算： ndmz n FF ?cos1?? kN （ 46） 式中 n? — 支架在最高位置時(shí)立柱傾角 度 ， 取 15na? 將數(shù)據(jù)代入公式得 zF 為： 5 0 615c o s2 2 9 1 0 ??? ?zF kN 由公式得安全閥的調(diào)整壓力為： 2 ????aP MPa Pa求出后，在選定一種動(dòng)作壓力與 Pa相近的標(biāo)準(zhǔn)安全閥。一般液壓缸的缸體長(zhǎng)度不應(yīng)大于內(nèi)徑的 20～ 30 倍。把支架的空間桿系結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化成平面桿系結(jié)構(gòu)。 推移 千斤頂?shù)脑O(shè)計(jì) 推移千斤頂選用框架推移方式，則其缸體內(nèi)徑為： 39。但機(jī)械加長(zhǎng)桿在安裝后就成為固定活塞桿，需要調(diào)節(jié)時(shí)裝拆比較困難。華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 37 頁(yè) 共 65 頁(yè) 因此在設(shè)計(jì)時(shí)，必須保證有一定的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。 立柱的設(shè)計(jì) 支護(hù)面積 支架的支護(hù)面積按下式計(jì)算： )( ??? LgbF cc mm （ 41） cF — 支護(hù)面積， mm； cB — 支架間距（支架中心距），一般為 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 34 頁(yè) 共 65 頁(yè) gL — 頂梁長(zhǎng)度 ?— 移架后頂梁前端點(diǎn)到煤壁的距離 (m )，一般 ? =+e 將各數(shù)值代入公式 （ 41） 得支架的支護(hù)面積為： )( ??cF ＝ 支護(hù)強(qiáng)度 支護(hù)強(qiáng)度的計(jì)算可借助表 ，首先按表 根據(jù)老頂級(jí)別和直接頂類(lèi)別確定支架架型，再根據(jù)老頂級(jí)別和采高確定支護(hù)強(qiáng)度。 (3) 多用于支撐掩護(hù)式、掩護(hù)式或垛式支架 。在頂梁下面焊有鑄鋼柱窩，柱窩兩側(cè)有孔，用鋼絲繩或銷(xiāo)軸把立柱和頂梁連接起來(lái)，掩護(hù)式支架和支撐掩護(hù)式支架在頂梁后華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 31 頁(yè) 共 65 頁(yè) 端有銷(xiāo)孔，通過(guò)銷(xiāo)軸 與掩護(hù)梁上的銷(xiāo)孔相連。 （ 3） 頂梁在支 撐狀態(tài)時(shí)，伸縮較困難，因而一般不用于整頂梁。 2. 頂梁 頂梁是支架主要承受頂板壓力的部件，并起切頂作用。 結(jié)論：后連桿長(zhǎng)度 A=1131mm 掩護(hù)梁長(zhǎng)度 G=2300mm 前連桿長(zhǎng)度 C=1585mm 前后連桿下鉸點(diǎn)底座投影距離 E=970mm 前連桿下鉸點(diǎn)高度 D=400mm 前連桿與掩護(hù)梁鉸點(diǎn)到后連桿與掩護(hù)梁鉸點(diǎn)長(zhǎng)度 B=500mm 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 26 頁(yè) 共 65 頁(yè) 頂梁 尺寸 的確定 根據(jù)支架工作方式和設(shè)備配套 尺寸來(lái)確定頂梁長(zhǎng)度 。 (5) 過(guò) a點(diǎn)作與 HH 線有夾角 1a（即 1P =53176。令 ： oa2 =A ； ab =B ； bc =C ； cd =D ； 2od=E ； 39。 2. 擋矸 鑒于組成四連桿機(jī)構(gòu)的掩護(hù)梁既是連接件，又是承載件，為了承受采空區(qū)內(nèi)破碎巖石所賦予的載荷，掩護(hù)梁一般做成整體箱形結(jié)構(gòu)，具有一定強(qiáng)度。 支架的調(diào)高范圍和伸縮比 支架高度的確定原則，應(yīng)根據(jù)所采煤層的厚度，采區(qū)范圍內(nèi)地質(zhì)條件的變化等因素來(lái)確定，其最大與最小高度為： 1ShH mm ?? （ 31） ??? ???? 2ShH nn （ 32） 取 mmH m 3500? ； mmH n 1500? mmhhHH m 2 9 4 04 0 01 6 03 5 0 0211 ??????? mmhhHH n 9 4 04 0 01 6 01 5 0 0212 ??????? 式中 mH — 支架最大高度 nH — 支架最小高度 1H — 支架最高位置時(shí)的計(jì)算高度 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 19 頁(yè) 共 65 頁(yè) 2H — 支架最低為之時(shí)的計(jì)算高度 1h — 掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)至頂梁頂面之距；取 160mm 2h — 后連桿下鉸點(diǎn)至底座底面之距；取 400mm mh — 煤層最大采高 nh — 煤層最小采高 S1 — 偽頂冒落 的最大厚度，一般取 ～ 2S — 頂板最大下沉量，一般取 100～ 200mm a — 移架時(shí)支架的最小可縮量，一般取 50mm ?a — 矸、浮煤厚度，一般取 50mm 支架的伸縮比指最大與最小支架高度之比值為： nmHHm? （ 33） 代入數(shù)據(jù)得 m=。選型時(shí)，要驗(yàn)算底座對(duì)底板的接觸比壓，其值要小于底板的允許比壓 (對(duì)于砂巖底板，允許比壓為 ～ ，軟底板為 左右 )。 2． 最大和最小采高 根據(jù)最大和最小采高，確定支架的最大和最小高度，以及支架的支護(hù)強(qiáng)度。 3． 復(fù)合支護(hù) — 般循環(huán)方式為：割煤一支架伸出伸縮梁一推溜一收伸縮梁一移架。當(dāng)升高到安全 閥 5的調(diào)定壓力時(shí)，安全閥打開(kāi)溢流，立柱下縮，液體壓力隨之降低。而且，采用堅(jiān)實(shí)的掩護(hù)梁以及側(cè)護(hù)板，將工作空間與采空區(qū)完全隔開(kāi)；并采用前后連桿連接掩護(hù)梁和底座，組成四連桿機(jī)構(gòu)，使梁端距幾乎不變，防止了架前漏矸。 液壓支架的組成和分類(lèi) 液壓支架的組成 液壓支架主要由承載結(jié)構(gòu)件、動(dòng)力油缸、控制元件、輔助裝置和工 作液體組成。由于采煤工作面的底頂板條件、煤層厚度、煤層的物理機(jī)械性質(zhì)等的不同，對(duì)液壓支架的要求也不同。 掩護(hù)式液壓支架的簡(jiǎn)單介紹 掩護(hù)式 液壓支架是以單排立柱為主要部件并帶有掩護(hù)梁的液壓支架。 優(yōu)化設(shè)計(jì)理論是現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論的核心內(nèi)容之一。 5． 美國(guó)的支架耐久性實(shí)驗(yàn)是 45000 次，我國(guó) 7000 次。 60 年代末和 70 年代初，隨著液壓支架在歐洲使用經(jīng)驗(yàn)的日益增加，支架結(jié)構(gòu)也發(fā)生了巨大變化。支架除了要有效的對(duì)頂板進(jìn)行有效支撐，還要實(shí)現(xiàn)升、降、推移四個(gè)步驟。 關(guān)鍵詞 ：液壓支架；頂梁；底座；立柱；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 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 2 頁(yè) 共 65 頁(yè) Abstract As the coal underground geological environment more plex, which requires coal in different environments with different to the hydraulic pressure article mainly elaborated the general shield type hydraulic pressure support design process. The design content includes: Chooses, the system design, the main spa