【文章內(nèi)容簡介】 1P 。 （ 6）、以 A 點為圓心，以 L 為半徑作圓，與該直線相交于 E1點，即為掩護梁、與頂梁的鉸點。 （ 7） 、 過 E1點作一條直線與水平線 H－ H 平行的 F－ F 直線，則 H－ H 線與 F－ F 線的距離為 h1，即為液壓支架最高位置的計算高度。 (8)、以 A 點為圓心，以 倍的 L 為半徑作圓，即為前連桿的上鉸點。 (9)、過 E1 點作 F－ F 線的垂線。假設(shè)在液壓支架升降過程中， E1 點近似在此直線上滑動。 (10)、在垂線上作液壓支架在最低位置時，頂梁與掩護梁的鉸點為 E3。 (11)、取 E1E3中點為 E2點，為液壓支架在降到中間位置時，掩護梁與頂梁的鉸點。 中國礦業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 14 頁 (12)、以 O 點為圓心，以 1L 為 半徑作圓弧。 (13)、以 E2點為圓心，以掩護梁長 L 為半徑作圓，與圓弧相交于 A1點，此點為液壓支架在降到中間位置時，掩護梁與后連桿的鉸點。 (14)、以 E3點為圓心，以掩護梁長 L 為半徑作圓，與圓弧相交于 A2點，此點為液壓支架在最高位置時，掩護梁與后連桿的鉸點。 (15)、以 A1點為圓心，以 倍的 L 為半徑作圓，與 E2A1相交于 B1點。以 A2點為圓心，以 倍的 L 為半徑作圓，與 E3A2相交于 B2點。即 B、 B B2三個點為液壓支架在三個位置時的前連桿的上鉸點。 (16)、連接 A1O、 A2O，為液壓支架 降到中間位置和最低位置時，后連桿的位置。 (17)、分別作 B B1和 B1 B2的垂直平分線交于 C 點，即為前連桿的下鉸點， BC 為前連桿的長度。 (18)、過點 C 向 H－ H 線作垂線，交于 D 點。則 AO、 AB、 BC、 CD 為液壓支架的四連桿機構(gòu)。 按以上步驟作圖，結(jié)果如圖 所示。 圖 液壓支架四連桿機構(gòu)作圖結(jié)果 最終確定四連桿機構(gòu)的各項尺寸為： AO = 1201 mm AB = 429 mm BC = 1481 mm CD = 342 mm 基于 SolidWorks Motion 的 梁端曲線模擬 根據(jù) 上述計算得到的四連桿機構(gòu)尺寸，在 SolidWorks 中建立簡單的機構(gòu)模型，如圖 所示。 中國礦業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 15 頁 圖 支架四連桿機構(gòu)簡化模型 給支架頂梁頂面加一線性馬達，運動距離為 1500mm，并設(shè)置頂梁前端面的 XY 方向位移圖解以及其運動軌跡，結(jié)果如圖 ,。 圖 頂梁前端面的 XY 方向位移圖解 圖 頂梁前端面運動軌跡 中國礦業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 16 頁 由圖 可知， 頂梁前端面雙紐線寬帶為 12541215=39mm，符合要求。 頂梁長度的確定 根據(jù)支架工作方式和設(shè)備配套尺寸來確定頂梁長度。 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。先移架后推溜的方式（及時支護）要求頂梁有較大長度；先推溜后移架方式（滯后支護）要求頂梁長度較小。這是因為采用先移架后推溜的工作方式時，支架要超前輸送機一個步距，以便采煤機過后，支架能及時前移，支護新暴露的頂板，做到及時支護，因此，先移架后推溜時頂梁長度要比先推溜后移架時的頂梁長度長一個移架步距，一般為 600mm。 本文所設(shè)計的支架要適應(yīng)各種復(fù)雜的頂板情況，采用先推溜后移架的方式，但在推溜之前，挑梁要伸出，起到即時支護的作用，挑梁伸出 的長度為 800mm。 頂梁參數(shù)的計算 所謂梁端距是指移架后頂梁端部至煤壁的距 離 ( C )，如圖 所 示。梁端距是考慮由于工作面底板起伏不平造成輸送機和采煤機的傾斜，以及采煤機割煤時垂直分力使搖臂和滾筒向支架傾斜，為避免割頂梁而留的安全距離。支架高度越大，梁端距也應(yīng)越大。 圖 液壓支架尺寸關(guān)系 （ 1） 掩護式與支撐掩護式支架頂梁長度的計算 頂梁長度 =[配套尺寸 +底座長度 +A*cos（ Q1） ][G*cos（ P1） +300+e]+掩護梁與頂梁鉸接點至頂梁后端點之距（ mm） 式中： 配套尺寸 — — 670+435+764+210=2079mm（ MG200/475W 采煤機配套尺寸，詳見圖） 底座長度 —— 底座前端至后連桿下鉸點之距 2400mm e—— 支架由高到低頂梁前端點最大變化距離 39mm Q1， P1—— 支架在最高位置時，分別為后連桿和掩護梁與水平面的夾角 故頂梁長度為： 2 0 9 7 2 4 0 0 1 2 0 1 c o s 7 0 1 7 1 6 c o s 5 9 3 0 0 3 9 2 0 0 3 8 8 2? ? ? ? ? ? ? ? ? 取為 4000mm。 中國礦業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 17 頁 圖 MG200/475W 型采煤機配套尺寸 （ 2）頂梁寬度： 由于取中心距為 ，有活動側(cè)護板頂梁寬度取值范圍為 ~ ，本次設(shè)計取支架頂梁的最小寬度為 1420mm,最大寬度為 1590mm,選取單側(cè)活動側(cè)護板，亦即頂梁側(cè)護板側(cè)推千斤頂?shù)男谐倘?170mm。 頂梁寬度根據(jù)支架間距和架型來定，架間間隙為 左右。其中寬面頂梁一般為 ～ m。 這里取 頂梁 寬度為： 1390mm（不包括活動側(cè)護板）。 （ 3）頂梁覆蓋率 δ 頂板覆蓋率按下式計算： 100%( ) ( )1500 4000( 4000 300) (1500 0)93%BLL b B k? ???? ? ???? ? ?? ( ) 式中： ? —— 頂梁覆蓋率 ； B —— 頂梁寬度（包括側(cè)護板伸出寬度） ， mm； L —— 頂梁總長度 ， mm； b —— 梁端距 ， mm； k —— 相鄰頂梁間間隙 。 穩(wěn)定頂板覆蓋率 δ值要求為 60～ 70%，對于中等穩(wěn)定頂板覆蓋率 δ 值要求為 75～ 85%，對于破碎頂板， 覆蓋率 δ 指應(yīng)達到 85～ 95%。 中國礦業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 18 頁 此設(shè)計的頂梁覆蓋率： 93%?? 立柱位置的確定 立柱數(shù) 目前國內(nèi)支撐式支架立柱為 2～ 6，常用為 4；掩護式支架為 2 柱；支撐掩護式為 4 柱式。該液壓支架采用單伸縮機械加長立柱，為支撐掩護式，故立柱數(shù)目取為 4。 支撐方式 本設(shè)計為支撐掩護式支架，根據(jù)結(jié)構(gòu)要求呈傾斜或垂直布置，一般立柱與頂梁垂線夾角小于 10 ，由于夾角較小，有效支撐能力較大。故前排立柱取 5?? ，后排立柱垂直布置。 立柱間距 指對支撐式和支撐掩護式支架而言前、后柱的間距。立柱間距的選擇原則為：有利于操作、行人和部件合理布置。支撐式支架和支撐掩護式支架的立柱間距為 1～ 。本支架立柱間距選 1m。 通風(fēng)斷面的驗算 采煤工作面的過風(fēng)量有一定要求。在過風(fēng)量一定時，采煤工作面的通風(fēng)斷面積不應(yīng)過小。但在工作面中安裝液壓支架后，通風(fēng)斷面積明顯減小。因此必須驗算通風(fēng)斷面積。一般按工作面允許風(fēng)速進行驗算。根據(jù)安 全 規(guī)程規(guī)定，工作面風(fēng)速應(yīng)小于 5m/s。 采煤工作面風(fēng)速 計算按下式進行。 1 60QV A? ? ( ) 式中 V — — 工作面風(fēng)速 ， m/s； 1A — — 支架在采煤工作面的通風(fēng)斷面積 ， mm2； Q — — 采煤工作面所需風(fēng)量 ， m3/min zcqQKQ C?? ( ) K — — 通風(fēng)不均系數(shù)，一般取 K = qC — — 安全 規(guī)程允許的 瓦斯 含量，一般取 qC =1% 24 60tz TqQ ? ? ( ) T — — 日產(chǎn)量 ， t ； tq — — 每 分鐘 生 產(chǎn)一噸煤 的 沼氣涌出量，一般取 ? ?314 m / mintq ? 計算： 21 12Am? , 2300Tt? 則有 ： 32 3 0 0 1 4 2 2 . 4 ( m / m in )2 4 6 0 2 4 6 0tz TqQ ?? ? ??? 32 2 . 4 1 . 5 3 3 6 0 ( m / m i n )0 . 0 1zc qQKQ C ? ?? ? ? ? ?13360 4 . 6 7 m / s6 0 6 0 1 2cQV A? ? ??? 5m/sV＜ ，合乎安全規(guī)程規(guī)定。 中國礦業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 19 頁 3 液壓支架的部件結(jié)構(gòu)設(shè)計 液壓支架各個部件的結(jié)構(gòu)形式與工作面的頂?shù)装鍡l件和支架結(jié)構(gòu)形式有關(guān)，選擇時根據(jù)支架的結(jié)構(gòu)和工作面頂?shù)装鍡l件，對各個部件的結(jié)構(gòu)進行分析，最后擇優(yōu)選擇。 本文所設(shè)計液壓支架為支撐掩護式后四連桿低位放頂煤液壓支架。 頂梁 頂梁是工作面頂板直接接觸的部件，除要滿足一定的剛度和強度要求外，還要保 證支護頂板的需要，如：足夠的頂板覆蓋率；同時要適應(yīng)頂板的不平整性，避免因局部應(yīng)力而引起損壞。 用途 （ 1）用于支撐、維護和覆蓋頂板，為工作面創(chuàng)造安全的工作空間； （ 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； （ 3）為護幫、防倒裝置等提供依托； （ 4） 將頂板載荷通過立柱經(jīng)底座傳到底板。 結(jié)構(gòu)形式 支架常用頂梁形式有 3 種：整體頂梁、鉸接 頂 梁和楔形結(jié)構(gòu)頂梁。鉸接頂梁的前段稱為前梁，后段為主梁，一般簡稱頂梁。 （ 1）．整體 頂梁 整體頂梁的特點是：結(jié)構(gòu)簡單，可靠性好；頂梁對頂板載荷的平衡能力較強；前端 支撐力較大；可設(shè)置全長側(cè)護板，有利于提高頂板覆蓋 率，改善支護效果，減少 支 架間漏矸。簡單的整體剛性頂梁的結(jié)構(gòu)外形如 圖 所示。 整體剛性頂梁為寬面板式箱形結(jié)構(gòu)件。為改善接頂效果和補償焊接變形，整體頂梁前端 (800～ 1000mm)，一般上翹 1~3 。 圖 整體頂梁 （ 2）．鉸接式頂梁 鉸接式頂梁如圖 所示。在前梁千斤頂?shù)耐评?，前梁可以上下擺動，對不平頂板的適應(yīng)性強。運輸時可 以將前梁放下與頂梁垂直，以減小運輸尺寸。前梁千斤頂必須有足夠的支撐力和連接強度，前梁上不宜設(shè)置側(cè)護板。為順利移架，前梁間一般要留有 100～ 中國礦業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 20 頁 150mm 間隙，從而增加了破碎頂板漏矸的可能性。 1前梁； 2前梁千斤頂； 3頂梁 。 圖 鉸接 式頂梁結(jié)構(gòu) 鉸接前梁與頂梁如下圖 ： 圖 (a) 鉸接前梁 圖 (b) 鉸接頂梁 （ 3）．楔形結(jié)構(gòu)梁 楔形結(jié)構(gòu)梁如圖 所示。楔形梁 1 和后梁 4 通過銷軸鉸接，楔形梁的楔臂與頂粱間夾有楔塊 2，楔塊 2 后端與楔形千斤頂鉸接，而千斤頂 則鉸接于頂梁上。 楔形結(jié)構(gòu)梁利用構(gòu)件間 的 摩擦自鎖原理，通過楔塊 2 與楔形梁 1 和頂梁 4 之間的摩擦作用，使楔形梁 楔塊 2 和后梁 4 在受載時保持為 —個整體，如同整體剛性頂梁。這樣，該梁就具有整體剛 性 頂梁前端支護力大的優(yōu)點。由于楔形梁 1 與后梁 4 為鉸接結(jié)構(gòu)，令操作楔形梁千斤頂伸出或縮回時帶動楔塊前后移動，從而使楔形梁 1 繞 銷 軸上下擺動，其擺動范圍取決于楔塊的行程和楔角的大小。由于擺動范圍較鉸接頂梁小，因 此這種頂 梁又具有鉸接頂梁的靈活性。此外，在運輸時，楔形梁 1 可以放到下垂位置，縮短了運輸尺寸，從而方便運輸和安裝。 1． 1楔形梁 ； 2楔塊 ； 3楔形梁斤頂 ； 4后梁 。 圖 楔形結(jié)構(gòu)梁 本文所設(shè)計的液壓支架，為 了 要適應(yīng)復(fù)雜的頂板情況，所以采用鉸接式頂梁。而前梁則采用挑梁的型式，以起到即時支護的作用 ， 結(jié)構(gòu)如圖 。 中國礦業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 第 21 頁 圖 本文支架頂梁 立柱 立柱是支架的承壓構(gòu)件，它長期處于高壓受力狀態(tài)，它除應(yīng)具有合理的工作阻力和可靠的工作特性外，還必須有足夠的抗壓、抗彎強度，良好的密封性能，結(jié)構(gòu)要簡單，并能適應(yīng)支架的工作要求。 立柱按動作方式，可分為單作用和雙作用；按支架種類，可分為活塞式和活柱式；按伸 縮方式，可分為單伸縮和雙伸縮。 本支架在 設(shè)計中采 用 了單 伸縮式 機械加長 立柱 ， 該立柱結(jié)構(gòu) 簡圖 如