【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 可使托梁鉸接點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)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(shí)，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(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 施加 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。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(cè)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 會(huì)產(chǎn)生沿巖層 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。 4．提高支架穩(wěn)定性 鑒于四連桿機(jī)構(gòu)將液壓支架連成一個(gè)重量較大的整體，在支架承載 階段，其穩(wěn)定程度較高。 15 四連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求 ，如圖 所示，頂梁端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的最大寬度 e 應(yīng)小于或等于 70mm，最好為 30mm以下。 ，頂梁與掩護(hù)梁的夾角 P 和后連桿與底平面的夾角 Q ，如圖 所示，應(yīng)滿足如下要求：支架在最高位置時(shí)，P ≤52176。～ 62176。， Q ≤75176。～ 85176。；支架在最低位置時(shí)，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 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(yīng)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(shí)，可提高后連桿下鉸點(diǎn)的高度。 中可知，掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn) e? 和瞬時(shí)中心 O 之間的連線與水平線夾角為 ? 。設(shè)計(jì)時(shí)，要使 ? 角滿足 tan ?? 的范圍，其原因是 ?角直接影響支架承受附加力的數(shù)值大小。 ，如圖 所示的 h 段。 其原因?yàn)楫?dāng)頂板來(lái)壓時(shí)，立柱 隨之下降 ，使頂梁有向前移的趨勢(shì)，可防止巖石向后移動(dòng)，又可以使作用在頂梁上的摩擦力指向采空區(qū)。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。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。 16 圖 四 連桿機(jī)構(gòu)幾何特征圖 從以上分析可知，為使支架受力合理和工作可靠，在設(shè)計(jì)四連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)軌跡時(shí)，應(yīng)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(dāng)已知掩護(hù)梁和后連桿的長(zhǎng)度后，在設(shè)計(jì)時(shí)只要把掩護(hù)梁和后連桿簡(jiǎn)化成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，運(yùn)用作圖法就可以了，如圖 所示 。 四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)的主要方法有：直接求解法、解析法、幾何作圖法等。本設(shè)計(jì)根據(jù)液壓支架尺寸關(guān)系采用幾何作圖法進(jìn)行計(jì)算，如 圖 所示 。 圖 掩護(hù)梁和后梁桿構(gòu)成曲 柄滑塊機(jī) 構(gòu) 17 圖 液 壓支架尺寸關(guān)系 掩護(hù)梁和后連桿長(zhǎng)度的確定 用解析法來(lái)確定掩護(hù)梁和后連桿的長(zhǎng)度，如圖 所示 。 圖 掩護(hù)梁和后連桿計(jì)算圖 設(shè)： G——掩護(hù)梁長(zhǎng)度（ mm） 。 A——后連桿長(zhǎng)度（ mm） 。 其中： P1——支架最高位置時(shí)，掩護(hù)梁與頂梁夾角 (度 )。 18 P2——支架最低位置 時(shí)，掩護(hù)梁與頂梁夾角 (度 )。 Q1——支架最高位置時(shí)，后連桿與底平面夾角（度） 。 Q2——支架最低位置時(shí)，后連桿與底平面夾角（度） 。 按四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征要求，選定 oo 75,52 11 ?? QP ，由于支架型式不同，對(duì)于掩護(hù)式支架 ,一般 A/G 的比值按以下范圍來(lái)?。? A/G=~,取 A/G=。 支架在最高位置時(shí)有 111 s ins in QAPGH ?? 式（ ） H1=3200mm 因此掩護(hù)梁長(zhǎng)度為 111 s in)./(s in QGAp HG ?? 式（ ） 后連桿長(zhǎng)度為 A=G(A/G) = mm 取整得 G=1885mm A=1162mm 幾何作圖法作圖過(guò)程 用幾何作圖法確定四連桿機(jī)構(gòu)的各部尺寸，具體作法如圖 所示。 具體作圖步驟如下： 1. 確定后連桿下鉸點(diǎn) O 點(diǎn)的位置，使它比底座面略高 900mm。 2. 過(guò) O 點(diǎn)作與底座面平行的水平線 H—H 線。 3. 過(guò) O 點(diǎn)作與 H—H 線的夾角為 Q1 的斜線。 4. 在此斜線截取線段 oa ， oa 長(zhǎng)度等于 A=1936mm,a 點(diǎn)為支架在最高位置時(shí)后連桿與掩護(hù)梁的鉸點(diǎn)。 5. 過(guò) a 點(diǎn)作與 H—H 線有交角 P1 的斜線，以 a 點(diǎn)為圓心，以 G 點(diǎn)為半徑 19 作弧交斜線一點(diǎn) E,此點(diǎn)為掩護(hù)梁與頂梁的鉸點(diǎn)。 6. 過(guò) E 點(diǎn)作 H—H 線的平行線，則 HH 線與 F—F 線的距離為 H1，為液壓支架的最高位置時(shí)的計(jì)算高度。 7. 以 a 點(diǎn)為圓心，以 = 圓整為 734mm 長(zhǎng)度為半徑作弧，在掩護(hù)梁上交一點(diǎn) b,為前連桿上鉸點(diǎn)的位置。 8. 作點(diǎn) E2 距 E 點(diǎn) 1500mm,此為支架在最低位置時(shí)，頂梁與掩護(hù)梁的鉸點(diǎn)。 9. 以 E2 點(diǎn)為圓心，掩護(hù)梁長(zhǎng) ae 為半徑，以 o 為圓心，作 oa 為半徑圓弧 .相交于 a2 點(diǎn)， oa2 的長(zhǎng)度等于 A， a2 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)。 10. 以 a2 為圓心以 長(zhǎng)度為半徑作弧，在掩護(hù)梁上交一點(diǎn) b2，為支架在最低位置時(shí)前連桿上鉸點(diǎn)的位置。 11. 取 ee 2 線之間一點(diǎn) e1 為液壓支架降到此高度時(shí)掩護(hù)梁 與頂梁鉸點(diǎn)。 12. 以 O 為圓心， oa 為半徑圓弧。 13)以 e1 點(diǎn)為圓心，掩護(hù)梁長(zhǎng) ae 為半徑作弧，交前圓弧上一點(diǎn) a1，以點(diǎn)為液壓支架降到中間某一位置時(shí)，掩護(hù)梁與后連桿的鉸點(diǎn)。 14. 以 ea 1 連線，并以 a1 點(diǎn)為圓心，以 長(zhǎng)度為半徑作弧，交 ae 1上一點(diǎn) b1 點(diǎn)。則 b， b1,b2 三點(diǎn)為液壓支架在三個(gè)位置時(shí) ，前連桿上鉸點(diǎn)。 15. 由 b， b1,b2 三點(diǎn)確定的圓心 C，為前連桿下鉸點(diǎn)位置。 16. 過(guò) C 點(diǎn) H－ H 線作垂線，交點(diǎn) d，則線段 oa ,ab ,bc ,cd ,和 do 為液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)。 17. 按以上初步求出的四連桿機(jī)構(gòu)的幾何尺寸，再用幾何作圖法畫出液壓 20 支架掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn) e1 的運(yùn)動(dòng)軌跡，只要逐步變化四連桿機(jī)構(gòu)的幾何尺寸，便可以畫出不同 的曲線，再按四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征進(jìn)行校核，最終選出較優(yōu)的四連桿機(jī)構(gòu)尺寸。 圖 液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)的幾何作圖法 結(jié)論：后連桿長(zhǎng)度 A=1162mm 掩護(hù)梁長(zhǎng)度 G=1885mm 前連桿長(zhǎng)度 C=1348mm 前后連桿下鉸點(diǎn)底座投影距離 E=692mm 前后連桿下鉸點(diǎn)垂直距離 D=452mm 頂梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 基本概念 頂梁是與頂板直接接觸的構(gòu)件，除滿足一定的剛度和強(qiáng)度要求以外，還要保證支護(hù)頂板的需要。 頂梁作用是支護(hù)頂板一定面積的直接承載部件，并為 立柱、掩護(hù)梁、 21 護(hù)頂裝置等提供必要的連接點(diǎn)。 頂梁分類 支架常用頂梁形式有三種：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，后段稱為主梁，一般簡(jiǎn)稱頂梁。 整體頂梁 整體頂梁，如 圖 所示 的 特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性好；頂梁對(duì)頂板載荷的平衡能力較強(qiáng)；前端支撐力較大；可以設(shè)置全長(zhǎng)側(cè)護(hù)板，有利于提高頂板覆蓋率，改善支護(hù)效果，減少架間漏矸。為改善接頂效果和補(bǔ)償焊接變形，整體頂梁前 端（ 800～ 1000mm） , 一般 上翹 1～ ?3 。 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 圖 整體頂梁 圖 鉸接頂梁 1. 前梁； 2. 前梁千斤頂； 3. 頂梁 22 動(dòng)，對(duì)不平頂板的適應(yīng)性較強(qiáng)。運(yùn)輸時(shí)可以將前梁放下與頂梁垂直，以減少運(yùn)輸尺寸。前梁千斤頂必須有足夠的支撐力的聯(lián)接強(qiáng)度。前梁上不宜設(shè)置側(cè)護(hù)板。為了順利移架，前梁間一般要留有 100～ 500mm 間隙，從而增加了破碎頂板漏矸的可能性。 楔形頂梁 楔形結(jié)構(gòu)梁如圖 所示。楔形梁 1 和后梁 4 通過(guò)銷軸鉸接，而千斤頂鉸接于頂梁上。 楔形結(jié)構(gòu)梁利用構(gòu)件間摩擦自鎖原理，通過(guò)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(shí)保持為一個(gè) 整體，如同整體剛性頂梁，這樣，該梁宜具有整體剛性頂梁前端支護(hù)力大的優(yōu)點(diǎn)。由于楔形梁 1 與后梁 4 為鉸接結(jié)構(gòu)，當(dāng)操作楔形梁千斤頂伸出或縮回時(shí)帶動(dòng)楔形塊前后移動(dòng)，從而使楔形梁 1 繞鉸軸上下擺動(dòng)，其擺動(dòng)范圍取決于楔形塊的行程和楔角的大小。由于擺動(dòng)范圍較鉸接頂梁小，因而該梁不具有鉸接頂梁的靈活性。此外，在運(yùn)輸時(shí)楔形梁 1可以放到下垂位置，縮短了運(yùn)輸尺寸，從而方便運(yùn)輸和安裝。 現(xiàn)根據(jù)常用液壓支架頂梁形式各自特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用整體頂梁。 頂梁長(zhǎng)度的影響 因素 1)支架工作方式對(duì)支架頂梁 長(zhǎng)度的影響 支架工作方式對(duì)支架頂梁長(zhǎng)度的影響很大，從液壓支架的工作原理可以看出，先移架后推溜方式（又稱及時(shí)支護(hù)方式）要求頂梁有較大長(zhǎng)度； 圖 楔形結(jié)構(gòu)梁 1楔形梁； 2楔塊； 3楔形梁千斤頂； 4后梁 23 先推溜后移架方式（又稱滯后支護(hù)方式）要求頂梁長(zhǎng)度較短。這是因?yàn)椴捎孟纫萍芎笸屏锏墓ぷ鞣绞?，支架要超前輸送機(jī)一個(gè)步距，以便采煤機(jī)過(guò)后，支架能及時(shí)前移，支控新暴露的頂板，做到及時(shí)支護(hù)。因此，先移架后推溜時(shí)頂梁長(zhǎng)度要比先推溜后移架時(shí)的頂梁長(zhǎng)度要長(zhǎng)一個(gè)步距，一般為600mm。 2)配套尺寸對(duì)頂梁長(zhǎng)度的影響 設(shè)備配套尺寸與支架頂梁長(zhǎng)度有直接關(guān)系。為了防止當(dāng)采煤機(jī)向支架內(nèi)傾斜時(shí)，采煤機(jī) 滾筒不截割頂梁，同時(shí)考慮到采煤機(jī)截割時(shí)，不一定把煤壁截割成一垂直平面，所以在設(shè)計(jì)時(shí)，要求頂梁前端距煤壁最小距離（梁端距）為 T=300mm，這個(gè)距離叫空頂距。另外在輸送機(jī)鏟煤板前也留有一定距離。一般為 E=100～ 150mm 左右，也是為了防止采煤機(jī)截割煤壁不齊，給推移輸送機(jī)留有一定的距離。除此而外，所有配套設(shè)備包括采煤機(jī)和輸送機(jī)，均要在頂梁掩護(hù)之下工作，在此來(lái)計(jì)算頂梁長(zhǎng)度 ，其配套尺寸如圖 所示 。 工作面無(wú)立柱空間寬度： R=B+E+W+X+d/2 式中： B 為截深 mm； W 為工作面輸送機(jī)總寬度 mm； X 為支架前柱與 電纜槽之間的距離， mm； 根據(jù)配套尺寸關(guān)系，在設(shè)計(jì)中選用采煤機(jī)和運(yùn)輸機(jī)型號(hào)為： 采煤機(jī)： MGD150/NW 型； 前輸送機(jī)： SGZ764/264 型； 后輸送機(jī)： SGW40T 型； 配套尺寸與采煤機(jī)截深、輸送機(jī)寬度等有關(guān)。 配套尺寸 =800+150+764+352=2066mm 式（ ） 24 圖 配套尺寸 頂梁參數(shù)的計(jì)算 頂梁長(zhǎng)度 L=[配套尺寸＋底座長(zhǎng)度＋ AcosQ1]－ [GcosP1＋ 300＋ e] 式（ ） 式中： 配套尺寸為 2066mm。 底座長(zhǎng)度為 2675 mm。 P1=52。 Q1=75。 代入公式（ 29）中得 頂梁長(zhǎng)度 L=[2066+2675+1162cos75]－ [1885cos52 +300+30] =≈3158mm 頂梁寬度根據(jù)支架間距和架型來(lái)定，架間間隙為 。其中寬面頂一般為 ～ ,節(jié)式支架一般為 ～ ,此處取 1500mm。 25 A A=LB 式（ ） 式中： L—頂梁長(zhǎng)度 mm； B—頂梁寬度 mm； 代入公式（ 210）得 A=31581500= m2 Fc Fc = Bc(L＋ Δ) 式（ ） 式中： Fc—支護(hù)面積 m2 ； Δ—移架后頂梁前端點(diǎn)到煤壁的距離 m,一般 Δ=300mm； Bc—支架間距（支架中心距），一般為 1500mm； 代入公式 (212)得： Fc = 1500(3412＋ 300)= 板覆蓋率 δ δ=A/Fc100% 式（ ） 式中： δ—頂板覆蓋率 A—頂梁面積 m2 Fc—支護(hù)面積 m2 代入式中得 : δ=100%=% F1 F1=Fcqx 式（ ） 式中 : F1—支架的理論支護(hù)阻力， KN Fc—支護(hù)面積 m2 qx —支護(hù)強(qiáng)度 查表得 343KN/M2 26 掩護(hù)梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 掩護(hù)梁的作用和用途 掩護(hù)梁是支架的掩護(hù)構(gòu)件，它有承受冒落矸石的載荷和頂板通過(guò)頂梁傳遞的水平載荷引起的彎矩，掩護(hù)梁的用途，掩護(hù)梁承受頂梁部分載荷和掩護(hù)梁背部載荷并通過(guò)前后連桿傳遞給底座。掩護(hù)梁承受對(duì)支架的水平作用力及偏載扭矩。掩護(hù)梁和頂梁（包括活動(dòng)側(cè)護(hù)板）一起，構(gòu)成了支架完善的支撐和掩護(hù)體