【導讀】全上可靠、是實現(xiàn)采煤綜合機械化和自動化的主要體現(xiàn)。采用綜合機械化采煤方法是大幅度增加煤炭產量、提高經濟效益的必由之路。日益增長的需求，必須大量生產機械化采煤設備，迅速增加綜合機械化采煤工作面。了支頂掩護式液壓支架掩護梁、四連桿機構及液壓系統(tǒng)的設計過程。此次設計選用支頂掩護式液壓。壓力損失、發(fā)熱、效率等性能進行了驗算。畢業(yè)設計是我們綜合運用所學的理論知識和實踐相結合的重要環(huán)節(jié)。識的一次全面檢驗和應用；而鞏固深化所學的理論知識，為即將走向工作崗位打下堅實的基礎。立進行設計計算，數(shù)據處理，編寫技術文件的工作能力。隨時準備各種資料，為畢業(yè)設計做好充分的準備。認真計算和檢驗，保證計算結果的準確性。符合實際，更加完善完美。我想這與指導老師和領導的要求也是一致的。不過由于對一些實踐性知。識了解甚少，加上本次設計時間緊、任務重、圖紙多，很難百分之百的達到畢業(yè)設計的要求。計能達到預期目的，各方面都有所提高。

　　

【正文】 前國內外液壓支架中心距大部分采用 。大采高支架為促高穩(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高要求。支架頂梁一般裝有活動側護板一般行程 170～ 200mm。當支架中心距為 ，最小寬度一般 1400～1430mm，最大寬度一般 1570～ 1620mm。當支架中心距為 ， 最小寬度一般 1650～ 1680mm，最大寬度一般 1850～ 1880mm。當支架中心距為 ，如果帶有活動側護板，最小寬度一般 1150～1180mm，最大寬度一般 1320～ 1350mm；如果不帶活動側護板，則寬度一般取 1150～ 1200mm。 中國礦業(yè) 大學畢業(yè)設計（論文）說明書 17 本次設計取支架頂梁的最小寬度為 1400 ㎜，最大寬度為 1570 ㎜，亦即頂梁側護板側推千斤頂?shù)男谐倘?170 ㎜。 支架間距 所謂支架間距，就是相鄰兩架中心間的距離，按如下公式計算： b = B + nC 式中 b— 支架間距 B— 每架支架頂梁總寬度 C— 相鄰支架頂梁間的間隙 n— 每架所包含的組架或框架數(shù)，總體自移式支架 n＝ 1，整體逐步式支架 n＝ 2，節(jié)式組合邁步支架 n＝支架節(jié)數(shù)。支架間距 b 主要根據支架形式，但目前主要根據刮板運輸機油槽節(jié)長度及槽幫上千斤頂連接的位置來確定。目前我國刮板運輸機油槽每節(jié)長度為 ,千斤頂連接位置在刮板槽中間，所以除節(jié)式和邁步式支架外，支架間距一般為 。 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??；支架內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 倍的移架步距（一個移架步距為 ），即 左右，支撐掩護式支架的底座長度取 4 倍的移架步距，即 左右。在這里取底座長度為 。 頂梁長度的確定 根據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中國礦業(yè) 大學畢業(yè)設計（論文）說明書 18 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。 頂梁長度的計算 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） 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。 2800634450 經計算的支架頂梁長度為 3000mm。 中國礦業(yè) 大學畢業(yè)設計（論文）說明書 19 滿足采煤工藝及地質條件的要求 ,要有足夠的初承力和工作阻力 ,以便有效的控制頂板 ,保證其合理的下沉量。 要有足夠的推溜力和移架力。推溜力一般為 10 噸左右 ,移架力按煤層厚度而定 ,薄煤層一般為 10～ 15 噸 ,中厚煤層一般為 15～ 25 噸 ,厚煤層一般為 30～ 40 噸。 防煤性能要好。 排煤性能要好。 要求有足夠的通風端面。 從安全性考慮 ,要有足夠寬的人行道。 調節(jié)范圍要大 ,照明、通訊方便。 支架要求有足夠的剛度 ,能夠承受一定的不均衡載荷和沖擊載荷。 支架穩(wěn)定性好 ,底座最大比壓小于規(guī)定值。 在滿足強度條件下 ,盡可能減輕支架重量。 1要易于拆卸 ,結構簡單。 1液壓元件要可靠。 該型液壓支架的主要結構包含頂梁、掩護梁、四連桿機構、底座、立柱等，在此主要是 掩護梁、四連桿機構和液壓系統(tǒng)的設計。 掩護梁的設計 掩護梁承受頂梁部分載荷和掩護梁背部載荷并通過立柱傳遞給底座。掩護梁和頂梁（包括活動側護板）一起，構成了支架完善的支撐和掩護體，完善了支架的掩護和擋矸性能。本設計選用 16Mn鋼，其最大承載壓強為 280MPa~350 MPa，該型鋼可焊性好，焊后無需熱處理，應用最為普遍。 掩護梁為面板式箱形結構件，為焊接箱式結構。中間以四根主骨架為主體，在主骨中焊接四個連桿窩。在掩護梁梁兩側裝有側護板，通過梁身側面伸出的側推千斤頂軸和側護板上的四個軸套配合，利用 掩護梁背部的插槽和梁體側面的銷孔把側護板固定在梁體的合適位置，起到保護掩護梁梁體，保證作業(yè)空間的作用。頂板采用的鋼板厚度為 30mm，筋板厚度為 60mm。 中國礦業(yè) 大學畢業(yè)設計（論文）說明書 20 掩護梁的側面有折線型和直線型兩種。通常，插腿型掩護式支架掩護梁愛用折線型，可以增大通風斷面。其它掩護式和支撐掩護式支架多采用直線型，使得制造工藝簡單。掩護梁一般做成整體，也有做成左右對分的。本設計掩護梁選用整體式，直線型。 掩護梁下部與前、后連桿相連，設有平衡千斤項的耳座。它的長度較短，約 ，結構緊湊，并有側護板，側護板的橫向寬度，要稍大于移架步距 ，這樣移架時能與不動的鄰架間保持封閉。掩護粱是由鋼板焊成的箱體結構，因與它相連的部件較多，在結構設計時應注意互不干涉。由于掩護梁受力復雜，特別是彎扭和橫向載荷，設計時各斷面安全系數(shù)應大于 。在梁體還應設有吊裝孔，以利梁體的維護安裝。 圖 31 掩護梁三維建模線框圖 1— 鉸接耳 2— 側推千斤頂軸 3— 銷孔 4— 加強筋板 5— 頂板 6— 定軸銷孔 7— 主骨架 8— 連接軸孔 9— 平衡千斤頂連接耳 掩護梁護 板的設計 目前生產的支撐掩護式支架都有完善的側護裝置，不僅掩護梁兩側有側護板，而且主梁或整體頂梁從前排立柱到頂梁后的兩側也有側護板。支架工作時，一側的側護板是固定的，另一側則為活動的。制造時，通過兩側側護板對稱，總裝時可按需要將一側用螺栓或銷子固定在頂梁和掩護梁上。 側護板的作用 1) 消除相鄰支架掩護梁和頂梁之間的架間間隙，防止冒落矸石進入支護空間； 2) 作為支架移架過程中的導向板； 中國礦業(yè) 大學畢業(yè)設計（論文）說明書 21 3) 防止支架降落后傾倒； 4) 調整支架的間距； 以上幾點是緊密相連的，要想得到良好的防矸效果，側護板必須同時具 有導向、防倒和調架等功能，否則將因支架不平行、傾倒或間距加大而出現(xiàn)架間空隙，影響防矸效果。 側護板的結構型式 按側護板與掩護梁或頂梁上板面的關系，側板有上復式、埋伏式、抽出式和折頁式等幾種型式。 上復式側護板結構簡單，使用廣泛。缺點是活動側護板特別是頂梁活動側護板在支架承載時不能調節(jié)，且容易被大塊巖石壓住或卡住。 埋伏式側護板是在頂梁或掩護梁的上板面加焊幾條鋼板，使側護板的水平板面比頂梁或掩護梁承載面低。它改善了側護板的受力情況和活動側護板的調節(jié)性能。它的結構不復雜，目前頂梁側護板多采用這種型式。 抽 出式側護板的水平板面嵌入頂梁滑槽內，正常情況下，活動側護板調節(jié)性能較好，但是，當支架承受偏載或窄滑槽內堵塞粉塵時，調節(jié)也很困難。同時，結構也比較復雜。 折頁式活動側護板的調節(jié)性能較好，不受支架承載的影響。缺點是它會造成架間三角帶，常填滿碎矸，防塵效果差。 3．活動側護板的控制方式 活動側護板的控制方式有彈簧式、液壓式和混合式等三種。 彈簧式控制的活動側護板靠彈簧力使之伸出與鄰架固定側護板靠緊，不能自由縮回。彈簧力通過導向桿使活動側板平行伸出。僅靠彈簧伸出其活動側護板的支架不具備調架功能，防倒效果也不夠好。 這是因為彈簧力如果太大，將引起移架困難。為了保證架間無間隙而移架又太困難，必須限制彈簧力的大小。所以，現(xiàn)在僅靠彈簧控制的活動側護板使用不多。 全液壓控制的活動側護板，能保證實現(xiàn)防矸、導向、防倒和調架等功能。但是它的液壓控制系統(tǒng)比較復雜，所以，具有全液壓控制的活動側護板的支架目前使用還不多。 現(xiàn)在使用較多的是混合控制的活動側護板，它即有彈簧伸出機構，也有側推千斤頂控制其伸縮?；旌鲜降男阅芤蚱鋫韧魄Ы镯斒欠窬哂幸簤烘i緊回路而不同。 如果側推千斤頂無液壓鎖緊回路，它只能實現(xiàn)簡單的伸縮，不能將活動側護板閉鎖在適當位 置。側推千斤頂不操作處于浮動狀態(tài)，千斤頂無支撐力，還是完全靠彈簧力控制活動側護板。所以它的防矸防倒效果與彈簧式差不多。不過，它可利用側推千斤頂進行調架。這種混合控制方式在降架移架過程中應同時操縱側推千斤頂。 如果側推千斤頂有液壓鎖緊回路，它的防矸防倒效果較好，液壓控制系統(tǒng)也不太復雜，它有兩中國礦業(yè) 大學畢業(yè)設計（論文）說明書 22 種工作方式：一為支架承載時側推千斤頂處于浮動狀態(tài)，支架降移時其下方的側推千斤頂處于閉鎖狀態(tài)；另一種為支架承載時側推千斤頂處于閉鎖狀態(tài)，支架降移時其上方的側推千斤頂解除閉鎖成為浮動狀態(tài)。 支架的側板易損壞，其主要的損壞形式 有： 1. 側護板導向桿耳座與彈簧筒耳座易脫落； 2. 導向桿和彈簧筒彎曲變形； 3. 側護板的側板彎曲變形； 4. 側護板和上板焊縫開裂。為此，要求側護板的耳座結構采用嵌入式，并使導向桿和彈簧筒能插入側板內。另外，可在上板的側板間焊加強筋，如圖所示。 現(xiàn)根據常用側護板形式各自特點，本設計選用直角式雙側活動側護板。 圖 32 直角式雙側可調的活動側護板 圖 33 側護板三維建模線框圖 四連桿機構設計的要求 支架高度在最大和最小范圍內變化時 ， 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。 支架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，根據物理學摩擦理論可知，要求 tanPW ，如中國礦業(yè) 大學畢業(yè)設計（論文）說明書 23 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。 從圖 34 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。 e1hθPQoe= 30 圖 34 四連桿機構幾何特征圖 應取頂梁 前端點運動軌跡雙扭線向前凸的一段為支架工作段，如圖 34 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)。同時底板阻力底座向后移，使整個支架產生順時針轉動的趨勢，從而增加了頂梁前端的支護力，防止頂梁前端上方頂板毛落，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)，在設計時只要把掩護梁和后連桿簡化成曲柄滑塊機構，運用作圖法就可以了，如圖 35。 e 圖 35 掩護梁和后連桿構成曲柄滑塊機構 中國礦業(yè) 大學畢業(yè)設計（論文）說明書 24 四連桿機構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。 下鉸點至底座底面之距。 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 200m，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。 從幾何關系可以列出如下兩式 : 211 c o sc o s LQAPG ?? 222 c o sc o s LQAPG