【文章內(nèi)容簡介】 腔回液。這時，支架以輸送機為支點前移。移架結(jié)束后，再把支架升起，使支架撐緊頂板。 支架的承載過程 支架的承載過程是指支架與頂板之間相互力學作用的過程。它包括初撐、承載增阻和恒阻三個 階段。 初撐階段 在升架過程中，當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，停止供液，液控單向閥 6立即關閉，這一過程為支架的初撐階段。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。 承載增阻階段 支架初撐結(jié)束后，隨著頂板的下沉，立柱下腔的液體壓力逐漸升高，支架對頂板的支撐力也隨之增大，呈現(xiàn)增阻狀態(tài)，這一過程為支架的承載增阻階段。 恒阻階段 隨著頂板壓力的進一步增加，立柱下腔的液體壓力越來越高。當升高到安全閥 5的調(diào)定壓力時，安全閥打開溢流，立柱下縮，液體壓力隨之降低。當降到 安全閥的調(diào)定壓力時，安全閥關閉。隨著頂板的繼續(xù)下沉，安全閥重復這一過程。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。此時，支架對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。 液壓支架的組成 液壓支架是綜采工作面支護設備，它的主要作用是支護采場頂板，維護安全作業(yè)空間，推移工作面采運設備。 支架的組成 液壓支架按其結(jié)構(gòu)特點和與圍巖的作用關系一般分為三大類，即支撐式、掩護式和支撐掩護式。根據(jù)支架各部件的功能和作用，其組成可分為 4個部分： 承載結(jié) 構(gòu)件，如頂梁、掩護梁、底座、連桿、尾梁等。其主要功能是承受和傳遞頂板和垮落巖石的載荷。 液壓油缸，包括立柱和各類千斤頂。其主要功能是實現(xiàn)支架的各種 第 14 頁 動作，產(chǎn)生液壓動力。 控制元部件，包括液壓系統(tǒng)操縱閥、單向閥、安全閥等各類閥，以及管路、液壓、電控元件。其主要功能是操作控制支架各液壓油缸動作及保證所需的工作特性。 輔助裝置，如推移裝置、護幫（或挑梁）裝置、伸縮梁（或插板）裝置、活動側(cè)護板、防倒防滑裝置、連接件、噴霧裝置等。這些裝置是為實現(xiàn)支架的某些動作或功能所必需的裝置。 液壓支架的支 護方式 綜采工作面的主要生產(chǎn)工序有采煤、移架和推溜。 3 個工序的不同組合順序，可形成液壓支架的 3種支護方式，從而決定工作面“三機”的不同配套關系。 即時支護 一般循環(huán)方式為：割煤 — 移架 — 推溜。即時支護的特點是，頂板暴露時間短，梁端距較小。適用于各種頂板條件，是目前應用最廣泛的支護方式。 滯后支護 一般循環(huán)方式為：割煤 — 推溜 — 移架。滯后支護的特點是，支護滯后時間較長，梁端距大，支架頂梁較短?？捎糜诜€(wěn)定、完整的頂板。 復合支護 一般循環(huán)方式為：割煤 — 支架伸出伸縮梁 — 推溜 — 收伸縮梁 — 移架。復合支護的特點 是，支護滯后時間短，但增加了反復支撐次數(shù)?？蛇m用于各種頂板條件，但支架操作次數(shù)增加，不能適應高產(chǎn)高效要求，目前應用較少。 采煤工作面液壓支架設計要求 為了滿足長臂工作面的生產(chǎn)要求對液壓支架提出了以下要求： 。具體有這些要求 ： 能適應頂板下沉、來壓及冒落的特性；能防支架前方與上方冒頂；不應出現(xiàn)陷底而影響性能與移架 。 。具體要求如下：有寬敞的工作空間；能很好的防矸、排矸；能良好的通風、照明、通訊、防塵、防火 。 。要求支架有足夠的調(diào)高范 圍；適應不平頂?shù)装?、臺階和斷層等條件；適應煤層傾角變化 。 。也就是說應保證正常移架、推溜；能與采煤、運輸?shù)裙に嚋蚀_配合；運輸，安裝，搬家方便；還得便于維修 。 第 15 頁 ，應該保證初期投資低、維修費用低。 本文所做的主要工作 畢業(yè)設計名稱： 掩護式液壓支架設計 參數(shù)如下： （ 1） 要求工作阻力 350t； （ 2）最小采高 ； （ 3） 最大采高 。 本次設計主要工作如下：四連桿機構(gòu)的設計、各個結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設計、各結(jié)構(gòu)件的受力分析及強度校核及支架 發(fā)展趨勢。 第 二章 液壓支架整體結(jié)構(gòu)尺寸設計 支架的高度和支架的伸縮比 一般應首先確定支架適用煤層的平均采高，然后確定支架高度。 由于我國急斜煤層煤層厚度都比較大，煤層厚度在 20～ 80m之間，所以按厚煤層高度的確定原則來確定該放頂煤液壓支架的高度。 max maxH =M ＋（ 200～ 300） （ 21） min minH =M －（ 300～ 400） （ 22） 式中： maxH —— 支架最大高度（ mm） ； minH —— 支架最小高度（ mm） ； maxM —— 最大采高（ mm） ； minM —— 最小采高（ mm） 。 本 設計最大 采高 maxM ＝ 4500mm,取支架最大高度 maxH ＝ 4500＋ 200＝ 4700mm 本 設計最小 采高 minM ＝ 2800mm,取支架最小高度 minH ＝ 2800－ 300＝ 2500mm 支架 最大高度 與最小高度之差為支架的調(diào)高范圍。 支架的伸縮比指其最大高度與最小高度之比值。即： 第 16 頁 maxminHm=H (23) 代入有關數(shù)據(jù)，得 m=25004700 = 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： c m 3b =B +n C? （ 24） 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 n =1；整體邁步式支架 n =2；節(jié)式邁步支架 ， n =支架節(jié)數(shù)。 支架間距 cb 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)溜槽相連，因此目前主要根據(jù)輸送機溜槽每節(jié)長度及幫槽上千斤頂連結(jié)塊的位置來確定，我國刮板輸送機溜槽每節(jié)長度為 ,千斤頂連結(jié)塊位置在溜槽中長的中間，所以除節(jié)式和邁步式支架外，支架間距一般為 。 大采高支架為提高穩(wěn)定性中 心距可采用 ,輕型支架為適應中小煤礦工作面快速搬家的要求，中心距可采用 。 本次設計 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)護板，側(cè)護板行程一般為170mm～ 200mm。本次設計取支架頂梁的最小寬度為 1400mm,最大寬度為1570mm,亦即頂梁側(cè)護板側(cè)推千斤頂?shù)男谐倘?170mm。 底座長度的確定 底座是將頂板壓力傳遞到底板和穩(wěn)固支架的部件。在設計支架的底座長度時，應考慮如下諸方面：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；便于人員操作和行走；保證支架的穩(wěn)定性等。通常掩護式支架的底座長度取 倍的 第 17 頁 移架步距（一個移架步距為 ），即 ，支撐掩護式支架的底座長度取 4倍的移架步距，即 。在這里取底座長度為 。 頂梁長度的確定 根據(jù)支架工作方式和設備配套尺寸來確定頂梁長度 。 支架工作方式對支架頂梁長度的影響 支架工作方式對支架頂梁長度 有 很大影響。先移架后推溜方式（ 又稱 及時支護 方式 ）要求頂梁有較 大長度；先推溜后移架方式（ 又稱 滯后支護 方式 ）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，支控新暴露的頂板，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要長一個步距，一般為 600 mm 。這里，采用 滯后 支護方式。 頂梁長度計算 掩護式支架頂梁長度計算 頂梁長度 =[配套尺寸 +底座長度 + 1cosAQ? （ ） ][ 1G cos P? （ ） +300+e ]+掩護梁與頂梁鉸點至頂梁后端點之距（ mm） (25) 式中 配套尺寸 —參考原煤炭部煤炭科學研究院編制的綜采設備配套圖冊確定； 底座長度 —底座前端至后連桿下鉸點之距 e —支架由高到低頂梁前端點最大變化距離； 1Q 、 1P —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。 第 18 頁 2800634450 經(jīng)計算的 支架頂梁長度為 3000mm. 四連桿機構(gòu)的確定 四連桿機構(gòu)的作用 1．梁端護頂 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良好。 2．擋矸 鑒于組成四連桿機構(gòu)的掩護梁既是連接件，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。 第 19 頁 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，支架在工作過程當中，四連桿機構(gòu)必須承受很大的內(nèi)力，從而導致支架結(jié)構(gòu)尺寸的加大和重量的增加；其次，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。 四連桿機構(gòu)設計的要求 高度 在最大和最小范圍內(nèi)變化時，如圖 21所示，頂梁端點運動軌跡的最大寬度 e 應小于或等于 70mm，最好為 30mm以下。 在最高位置時和最低位置時，頂梁與掩護梁的夾角 P 和后連桿與底平面的夾角 Q ，如圖 21所示，應滿足如下要求：支架在最高位置時，P ≤52176?！?62176。， Q ≤75176?！?85176。；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梁上，根據(jù)物理學摩擦理論可知，要求 tanPW ，如果鋼和矸石的摩擦系數(shù) W =，則 P =176。為了安全可靠，最低工作位置應使P ≥25176。為宜。而 Q 角主要考慮后連桿底部距底板要有一定距離，防止支架后部冒落巖石卡住后連桿，使支架不能下降。一般取 Q ≥25176?！?30176。，在特殊情況下需要角度較小時，可提高后連桿下鉸點的高度。 21中可知，掩護梁與頂梁鉸點 e? 和瞬時中心 O之間的連線與水平線夾角為 ? 。設計時，要使 ? 角滿足 tanθ ? 的范圍，其原因是 θ 角直接影響支架承受附加力的數(shù)值大小。 ，如圖 21所示的 h 段。其原因為當頂板來壓時，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減小，所以減輕了掩護梁的外負荷。 從以上分析可知，為使支架受力合理和工作可靠，在設計四連桿機構(gòu)的運動軌跡時，應盡量使 e 值減小，取雙扭線向前凸的一段為支架工作段。所以，當已知掩護梁和后連桿的長度后，從這個觀點出發(fā)，在設計時只要把掩 第 20 頁 護梁和后連桿簡化成曲柄滑塊機構(gòu)，運用作圖法就可以了，如圖 22。 四連桿機構(gòu)的設計 四連桿機構(gòu)的設計的主要方法 有：直接求解法、解析法、幾何作圖法等。本設計鑒于各種方法的優(yōu)缺點，采用了 幾何作圖法 的方式來求解。 。 一般按同類型支架用類比法來確定。取掩護梁上鉸點至頂梁頂面之距為200mm，取后連桿下鉸點至底座底面之距為 240mm。 用解析法來確定掩護梁和后連桿的長度。如圖 23所示 e1hθPQoe= 30圖 21 四連桿機構(gòu)幾何特征圖 e 圖 22 掩護梁和后連桿構(gòu)成曲柄滑塊機構(gòu) 第 21 頁 圖 23 掩護梁和后連桿 計算圖 其中： Ｇ一掩護梁長度， Ａ－后連桿長度， 2L — 39。e 點引垂線到后連桿下鉸點之距， 1H 一支架最高位置時的計算高度， 2H 一支架最低位置時的計算高度。 從幾何關系可以列出如下兩式 : 211 c o sc o s LQAPG