【文章內(nèi)容簡介】 板，保證合理的下沉量。 (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。 (3) 防矸性能要好。 (4) 排矸性能好。 (5) 要求液壓支架能保證采煤工作面有足夠的通風(fēng)面積，從而保證人員呼吸、稀釋有害氣體等安全方面的要求。 (6) 為了操作和生產(chǎn)的需要，要有足夠?qū)挼娜诵械馈? (7) 調(diào)高范圍要大，照明和通訊方便。 (8) 支架的穩(wěn)定性要好，底座最大比壓要小于規(guī)定值。 (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。 (10) 滿足強度條件下，盡可能減輕支架重量。 (11) 要易于拆卸，結(jié)構(gòu)要簡單。 (12) 液壓元件要可靠。 液壓支架 設(shè)計的基本參數(shù) 1． 頂板條件 根據(jù)老頂和直接頂?shù)姆诸?，對支架進(jìn)行選型。 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)強度。 3． 瓦斯等級 根據(jù)瓦斯等級，按《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，驗算通風(fēng)斷面。 4． 底板巖性及小時涌水量 根據(jù)底板巖性及小時涌水量驗算地板比壓。 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。 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)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。 7． 井向罐籠尺寸 根據(jù)井向罐籠尺寸考慮支架的運輸外形尺寸。 8． 配套尺寸 根據(jù)配套尺寸及支護(hù)方式來計算頂梁長度。 中厚煤層掩護(hù)式液壓支架總體設(shè)計分析及掩護(hù)梁設(shè)計 第 16 頁 共 65 頁 第 3 章 液壓 支架總體結(jié) 構(gòu)設(shè)計 液壓支架的選型 設(shè)計的原始條件 煤層厚度： H＝ ～ ；頂設(shè)條件老頂 II 級、直接頂 II級，底板平整，無影響支架通過的斷層。工作面配套設(shè)備：采煤 機 MXA300/，刮板輸送機 SGZ－ 730/320。煤層傾斜角小于 15度，支護(hù)強度、底板抗壓強度、泵站壓力、安全閥調(diào)定壓力 40MPa。 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。當(dāng)煤層厚度大于 ～ （軟煤取下限，硬煤取上限 ） 時，應(yīng)選用抗水平推力強且?guī)ёo(hù)幫裝置的掩護(hù)式或支撐掩護(hù)式支架。當(dāng)煤層厚度變化較大時，應(yīng)選用調(diào)高范圍大的支架。 2. 煤層傾角 煤層傾角主要影響支架的穩(wěn)定性，傾角大時易發(fā)生傾倒、下滑象。當(dāng)煤層傾角大于10? ～ 15? 時，應(yīng)設(shè)防滑和調(diào)架裝置，當(dāng)傾角超過 18? 時，應(yīng)同時具有防滑防倒裝置。 3. 底板性質(zhì) 底板承受支架的全部載荷，對支架的底板影響較大，底板的軟硬和平整性，基本上決定了支架底座的結(jié)構(gòu)和支承面積。選型時，要驗算底座對底板的接觸比壓，其值要小于底板的允許比壓 (對于砂巖底板，允許比壓為 ～ ，軟底板為 左右 )。 4. 瓦斯涌出量 對于瓦斯涌出量大的工作面，支架的通風(fēng)斷面應(yīng)滿足通風(fēng)的要求，選型時要進(jìn)行驗算。 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間分別在 5～ 8 2m和 20min 以下時，暫不宜采用液壓支架。 6. 設(shè)備成本 在滿足要求的前提下，應(yīng)選用價格便宜的支架。 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 17 頁 共 65 頁 支架架型的確定 從架型的結(jié)構(gòu)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。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。 根據(jù)煤層厚度 ～ ，屬于中厚煤層。支架的適應(yīng)高度為 ～ 老頂 II級、直接頂 II級，底板平整，無影響支架通過的斷層，根據(jù)表 31初步選定為掩護(hù)式兩柱液壓支架。 表 31支架架型的選擇 注：①括號內(nèi)的數(shù)字是掩護(hù)式支架的支護(hù)強度。表中所列支護(hù)強度在選用時，可根據(jù)本 礦情況老頂級別 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 直接頂類別 1 2 3 1 2 3 1 2 3 4 4 支架類型 掩護(hù)式 掩護(hù)式 支撐式 掩護(hù)式 掩護(hù)或支撐掩護(hù)式 支 撐 式 支撐掩護(hù)式 支撐掩護(hù)式 掩護(hù)或支撐掩護(hù)式 掩護(hù)或支撐掩護(hù)式 支撐式 采高小于 時 支撐掩 護(hù)式 采高大于 時 支架支護(hù)強度 MPa 采高m 1 ? ? 2? 0.249 應(yīng)結(jié)合深孔爆破，軟化頂板等措施處理采空區(qū) 2 （ ） ? （ ） ? 2? 0.343 3 （ ） ? （ ） ? 2? 0.441 4 （ ） ? （ ） ? 2? 0.539 中厚煤層掩護(hù)式液壓支架總體設(shè)計分析及掩護(hù)梁設(shè)計 第 18 頁 共 65 頁 允許有 5%? 的波動范圍。 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，選用時可根據(jù)本礦實際確定適宜值。 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(zhì)有關(guān)。較大的初撐力可以使支架較快地達(dá)到工作阻力，防止頂板過早的離層，增加頂板的穩(wěn)定性。對于不穩(wěn)定和中等穩(wěn)定頂板，為了維護(hù)機道上方的頂板，應(yīng)取較高的初撐力，約為工作阻力的80%。 移架力和推溜力 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,厚煤層一般為300kN～ 400kN。 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 — 支架最高位置時的計算高度 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 19 頁 共 65 頁 2H — 支架最低為之時的計算高度 1h — 掩護(hù)梁上鉸點至頂梁頂面之距；取 160mm 2h — 后連桿下鉸點至底座底面之距；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=。 支架間距和寬度的確定 所謂支架間距，就是相鄰兩支架中心線間的距離。按下式計算： 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 。 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 。 式支架外，支架間距一般為 。 本次設(shè)計 取 支架的中心距為 。 支架寬度是指頂梁的最小和最大寬度 。 寬度的確定應(yīng)考慮支架的運輸安裝和調(diào)架要求 。支架頂梁一般裝有活動側(cè)護(hù)板，側(cè)護(hù)板行程一般為 170～ 200mm。 當(dāng)支架中心距為中厚煤層掩護(hù)式液壓支架總體設(shè)計分析及掩護(hù)梁設(shè)計 第 20 頁 共 65 頁 時，最小寬度一般取 1400～ 1430mm， 最大寬度一般取 1570～ 1600mm。 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。在設(shè)計支架的底座長度時，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。通常，掩護(hù)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(hù)式支架的底座長度取 4倍移架步距，即 左右 。本次設(shè)計取底座長。 四連桿機構(gòu)的設(shè)計 四連桿機構(gòu)的作用與缺點 1. 梁端護(hù)頂 鑒于四連桿機構(gòu)可使托梁鉸接點呈雙紐線運動，故可選定雙紐線的近似直線部分作為托梁鉸接點適應(yīng)采高的變化范圍。這樣可使托梁鉸接點運動時與煤壁接近于保持等距，當(dāng)梁端距處于允許值范圍之內(nèi)時，借此可以保證梁端頂板維護(hù)良好。 2. 擋矸 鑒于組成四連桿機構(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)，具有一定強度。由于它處在隔離采空區(qū)的位置，故可以起到良好的擋矸作用 。 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，這個水平推力由液壓支架的四連桿機構(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。 4. 提高支架穩(wěn)定性 鑒于四連桿機構(gòu)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。 四連桿機構(gòu)在具有以上諸作用的同時，也有一些缺點。首先，支架在工作過程當(dāng)中，四連桿機構(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（論文） 第 21 頁 共 65 頁 由于四連桿機構(gòu)對頂板產(chǎn)生一個 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 。 四連桿幾何特征 四連桿幾何特征 如下 ： 1. 支架高度在最大和最小范圍內(nèi)變化時，頂梁端點運動軌跡的最大寬度 70e? mm，最好為 30mm 以下； 2. 支架在最高位置時和最低位置時，頂梁與掩護(hù)梁的夾角 P 和后連桿與底平面的夾角 Q，應(yīng)滿足如下要求： 支架在最高位置時， ooP 62~52? ， 即 ～ 弧度； ooQ 85~75? 即 ～ 弧度 ；支架在最低位置時，為有利于矸石下滑，防止矸石停留在掩護(hù)梁上，根據(jù)物理學(xué)摩擦理論可知，要求 WtgP? ，如果鋼和矸石的摩擦系數(shù) ?W ，則 ?? 。為了安全可靠，最低工作位置應(yīng)使 ??25p 。 3. 后連桿與掩護(hù)梁的比值，掩護(hù)式支架為 I =～ ；支撐掩護(hù)式為 I = ～。前后連桿上絞點之距與掩護(hù)梁的比值為 I?1 ～ 。 4. 掩護(hù)梁與頂梁鉸點和瞬時中心 ? 之間的連線與水平線夾角為 ? ,設(shè)計時要滿足 ?? ，原因是θ角直接影響支架承受附加力的數(shù)值大小。 5. 應(yīng)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 31 所示的 h段。 圖 31四連桿機構(gòu)幾何特征 中厚煤層掩護(hù)式液壓支架總體設(shè)計分析及掩護(hù)梁設(shè)計 第 22 頁 共 65 頁 其原因為當(dāng)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)。同時底板阻止底座向后移，使整個支架產(chǎn)生順時針轉(zhuǎn)動的趨勢，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。水平力的合力也相應(yīng)減小，所以減輕了掩護(hù)梁的外負(fù)荷。 四連桿機構(gòu)各部尺寸的 確定 1. 四連桿機構(gòu)各 部參數(shù) 四連桿機構(gòu)各 部參數(shù) 如圖 32 所示 ，圖中的 1H 為支架在最高位置時的計算高度。令 ： oa2 =A ； ab =B ； bc =C ； cd =D ； 2od=E ； 39。ae =G ； 39。eb =F ； 1Jo =S ； 39。Je =L ； A IG? ； 39。ab Iae?1 ； tan? =SL =U 圖 32四連桿機構(gòu)參數(shù)圖 確定掩護(hù)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。一般同一類型的支架采用歐冠類比法來 確定。在結(jié)構(gòu)允許的條件下，掩護(hù)式液壓支架盡量取大些，支撐掩護(hù)式液壓支架盡量取小些。