【導(dǎo)讀】全上可靠、是實(shí)現(xiàn)采煤綜合機(jī)械化和自動(dòng)化的主要體現(xiàn)。采用綜合機(jī)械化采煤方法是大幅度增加煤炭產(chǎn)量、提高經(jīng)濟(jì)效益的必由之路。日益增長(zhǎng)的需求，必須大量生產(chǎn)機(jī)械化采煤設(shè)備，迅速增加綜合機(jī)械化采煤工作面。了支頂掩護(hù)式液壓支架掩護(hù)梁、四連桿機(jī)構(gòu)及液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程。此次設(shè)計(jì)選用支頂掩護(hù)式液壓。壓力損失、發(fā)熱、效率等性能進(jìn)行了驗(yàn)算。畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們綜合運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)和實(shí)踐相結(jié)合的重要環(huán)節(jié)。識(shí)的一次全面檢驗(yàn)和應(yīng)用；而鞏固深化所學(xué)的理論知識(shí)，為即將走向工作崗位打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。立進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，數(shù)據(jù)處理，編寫(xiě)技術(shù)文件的工作能力。隨時(shí)準(zhǔn)備各種資料，為畢業(yè)設(shè)計(jì)做好充分的準(zhǔn)備。認(rèn)真計(jì)算和檢驗(yàn)，保證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。符合實(shí)際，更加完善完美。我想這與指導(dǎo)老師和領(lǐng)導(dǎo)的要求也是一致的。不過(guò)由于對(duì)一些實(shí)踐性知。識(shí)了解甚少，加上本次設(shè)計(jì)時(shí)間緊、任務(wù)重、圖紙多，很難百分之百的達(dá)到畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求。計(jì)能達(dá)到預(yù)期目的，各方面都有所提高。

　　

【正文】 前國(guó)內(nèi)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(yīng)中小煤礦工作面快速搬家的要求，中心距可采用 。 本次設(shè)計(jì)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(yùn)輸安裝和調(diào)高要求。支架頂梁一般裝有活動(dòng)側(cè)護(hù)板一般行程 170～ 200mm。當(dāng)支架中心距為 ，最小寬度一般 1400～1430mm，最大寬度一般 1570～ 1620mm。當(dāng)支架中心距為 ， 最小寬度一般 1650～ 1680mm，最大寬度一般 1850～ 1880mm。當(dāng)支架中心距為 ，如果帶有活動(dòng)側(cè)護(hù)板，最小寬度一般 1150～1180mm，最大寬度一般 1320～ 1350mm；如果不帶活動(dòng)側(cè)護(hù)板，則寬度一般取 1150～ 1200mm。 中國(guó)礦業(yè) 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 17 本次設(shè)計(jì)取支架頂梁的最小寬度為 1400 ㎜，最大寬度為 1570 ㎜，亦即頂梁側(cè)護(hù)板側(cè)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(jì)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(jù)支架形式，但目前主要根據(jù)刮板運(yùn)輸機(jī)油槽節(jié)長(zhǎng)度及槽幫上千斤頂連接的位置來(lái)確定。目前我國(guó)刮板運(yùn)輸機(jī)油槽每節(jié)長(zhǎng)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(zhǎng)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(shè)計(jì)支架的底座長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)考慮如下諸方面：支架對(duì)底板的接觸比壓要??；支架內(nèi)部應(yīng)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(hù)式支架的底座長(zhǎng)度取 倍的移架步距（一個(gè)移架步距為 ），即 左右，支撐掩護(hù)式支架的底座長(zhǎng)度取 4 倍的移架步距，即 左右。在這里取底座長(zhǎng)度為 。 頂梁長(zhǎng)度的確定 根據(jù)支架工作方式和設(shè)備配套尺寸來(lái)確定頂梁長(zhǎng)度 。 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 有 很大影響。先移架后推溜方式（ 又稱(chēng) 及時(shí)支護(hù) 方式 ）要求頂梁有較大長(zhǎng)度；先推溜后移架方式（ 又稱(chēng) 滯后支護(hù) 方式 ）要求頂梁長(zhǎng)度較小。這是因?yàn)椴捎孟纫萍芎笾袊?guó)礦業(yè) 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 18 推溜的工作方式時(shí)，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 600 mm 。這里，采用 滯后 支護(hù)方式。 頂梁長(zhǎng)度的計(jì)算 掩護(hù)式支架頂梁長(zhǎng)度計(jì)算 頂梁長(zhǎng)度 =[配套尺寸 +底座長(zhǎng)度 + 1cosAQ? （ ） ][ 1G cos P? （ ） +300+e ]+ 掩 護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn)至頂梁后端點(diǎn)之距（ mm） 式中 配套尺寸 — 參考原煤炭部煤炭科學(xué)研究院編制的綜采設(shè)備配套圖冊(cè)確定； 底座長(zhǎng)度 — 底座前端至后連桿下鉸點(diǎn)之距 e — 支架由高到低頂梁前端點(diǎn)最大變化距離； 1Q 、 1P — 支架在最高位置時(shí)，分別為后連桿和掩護(hù)梁與水平面的夾角。 2800634450 經(jīng)計(jì)算的支架頂梁長(zhǎng)度為 3000mm。 中國(guó)礦業(yè) 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 19 滿足采煤工藝及地質(zhì)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(fēng)端面。 從安全性考慮 ,要有足夠?qū)挼娜诵械馈? 調(diào)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(qiáng)度條件下 ,盡可能減輕支架重量。 1要易于拆卸 ,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 1液壓元件要可靠。 該型液壓支架的主要結(jié)構(gòu)包含頂梁、掩護(hù)梁、四連桿機(jī)構(gòu)、底座、立柱等，在此主要是 掩護(hù)梁、四連桿機(jī)構(gòu)和液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 掩護(hù)梁的設(shè)計(jì) 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)立柱傳遞給底座。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，完善了支架的掩護(hù)和擋矸性能。本設(shè)計(jì)選用 16Mn鋼，其最大承載壓強(qiáng)為 280MPa~350 MPa，該型鋼可焊性好，焊后無(wú)需熱處理，應(yīng)用最為普遍。 掩護(hù)梁為面板式箱形結(jié)構(gòu)件，為焊接箱式結(jié)構(gòu)。中間以四根主骨架為主體，在主骨中焊接四個(gè)連桿窩。在掩護(hù)梁梁兩側(cè)裝有側(cè)護(hù)板，通過(guò)梁身側(cè)面伸出的側(cè)推千斤頂軸和側(cè)護(hù)板上的四個(gè)軸套配合，利用 掩護(hù)梁背部的插槽和梁體側(cè)面的銷(xiāo)孔把側(cè)護(hù)板固定在梁體的合適位置，起到保護(hù)掩護(hù)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(guó)礦業(yè) 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 20 掩護(hù)梁的側(cè)面有折線型和直線型兩種。通常，插腿型掩護(hù)式支架掩護(hù)梁愛(ài)用折線型，可以增大通風(fēng)斷面。其它掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架多采用直線型，使得制造工藝簡(jiǎn)單。掩護(hù)梁一般做成整體，也有做成左右對(duì)分的。本設(shè)計(jì)掩護(hù)梁選用整體式，直線型。 掩護(hù)梁下部與前、后連桿相連，設(shè)有平衡千斤項(xiàng)的耳座。它的長(zhǎng)度較短，約 ，結(jié)構(gòu)緊湊，并有側(cè)護(hù)板，側(cè)護(hù)板的橫向?qū)挾?，要稍大于移架步?，這樣移架時(shí)能與不動(dòng)的鄰架間保持封閉。掩護(hù)粱是由鋼板焊成的箱體結(jié)構(gòu)，因與它相連的部件較多，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意互不干涉。由于掩護(hù)梁受力復(fù)雜，特別是彎扭和橫向載荷，設(shè)計(jì)時(shí)各斷面安全系數(shù)應(yīng)大于 。在梁體還應(yīng)設(shè)有吊裝孔，以利梁體的維護(hù)安裝。 圖 31 掩護(hù)梁三維建模線框圖 1— 鉸接耳 2— 側(cè)推千斤頂軸 3— 銷(xiāo)孔 4— 加強(qiáng)筋板 5— 頂板 6— 定軸銷(xiāo)孔 7— 主骨架 8— 連接軸孔 9— 平衡千斤頂連接耳 掩護(hù)梁護(hù) 板的設(shè)計(jì) 目前生產(chǎn)的支撐掩護(hù)式支架都有完善的側(cè)護(hù)裝置，不僅掩護(hù)梁兩側(cè)有側(cè)護(hù)板，而且主梁或整體頂梁從前排立柱到頂梁后的兩側(cè)也有側(cè)護(hù)板。支架工作時(shí)，一側(cè)的側(cè)護(hù)板是固定的，另一側(cè)則為活動(dòng)的。制造時(shí)，通過(guò)兩側(cè)側(cè)護(hù)板對(duì)稱(chēng)，總裝時(shí)可按需要將一側(cè)用螺栓或銷(xiāo)子固定在頂梁和掩護(hù)梁上。 側(cè)護(hù)板的作用 1) 消除相鄰支架掩護(hù)梁和頂梁之間的架間間隙，防止冒落矸石進(jìn)入支護(hù)空間； 2) 作為支架移架過(guò)程中的導(dǎo)向板； 中國(guó)礦業(yè) 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 21 3) 防止支架降落后傾倒； 4) 調(diào)整支架的間距； 以上幾點(diǎn)是緊密相連的，要想得到良好的防矸效果，側(cè)護(hù)板必須同時(shí)具 有導(dǎo)向、防倒和調(diào)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(cè)護(hù)板的結(jié)構(gòu)型式 按側(cè)護(hù)板與掩護(hù)梁或頂梁上板面的關(guān)系，側(cè)板有上復(fù)式、埋伏式、抽出式和折頁(yè)式等幾種型式。 上復(fù)式側(cè)護(hù)板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用廣泛。缺點(diǎn)是活動(dòng)側(cè)護(hù)板特別是頂梁活動(dòng)側(cè)護(hù)板在支架承載時(shí)不能調(diào)節(jié)，且容易被大塊巖石壓住或卡住。 埋伏式側(cè)護(hù)板是在頂梁或掩護(hù)梁的上板面加焊幾條鋼板，使側(cè)護(hù)板的水平板面比頂梁或掩護(hù)梁承載面低。它改善了側(cè)護(hù)板的受力情況和活動(dòng)側(cè)護(hù)板的調(diào)節(jié)性能。它的結(jié)構(gòu)不復(fù)雜，目前頂梁側(cè)護(hù)板多采用這種型式。 抽 出式側(cè)護(hù)板的水平板面嵌入頂梁滑槽內(nèi)，正常情況下，活動(dòng)側(cè)護(hù)板調(diào)節(jié)性能較好，但是，當(dāng)支架承受偏載或窄滑槽內(nèi)堵塞粉塵時(shí)，調(diào)節(jié)也很困難。同時(shí)，結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜。 折頁(yè)式活動(dòng)側(cè)護(hù)板的調(diào)節(jié)性能較好，不受支架承載的影響。缺點(diǎn)是它會(huì)造成架間三角帶，常填滿碎矸，防塵效果差。 3．活動(dòng)側(cè)護(hù)板的控制方式 活動(dòng)側(cè)護(hù)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(dòng)側(cè)護(hù)板靠彈簧力使之伸出與鄰架固定側(cè)護(hù)板靠緊，不能自由縮回。彈簧力通過(guò)導(dǎo)向桿使活動(dòng)側(cè)板平行伸出。僅靠彈簧伸出其活動(dòng)側(cè)護(hù)板的支架不具備調(diào)架功能，防倒效果也不夠好。 這是因?yàn)閺椈闪θ绻?，將引起移架困難。為了保證架間無(wú)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(dòng)側(cè)護(hù)板使用不多。 全液壓控制的活動(dòng)側(cè)護(hù)板，能保證實(shí)現(xiàn)防矸、導(dǎo)向、防倒和調(diào)架等功能。但是它的液壓控制系統(tǒng)比較復(fù)雜，所以，具有全液壓控制的活動(dòng)側(cè)護(hù)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(dòng)側(cè)護(hù)板，它即有彈簧伸出機(jī)構(gòu)，也有側(cè)推千斤頂控制其伸縮?；旌鲜降男阅芤蚱鋫?cè)推千斤頂是否具有液壓鎖緊回路而不同。 如果側(cè)推千斤頂無(wú)液壓鎖緊回路，它只能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的伸縮，不能將活動(dòng)側(cè)護(hù)板閉鎖在適當(dāng)位 置。側(cè)推千斤頂不操作處于浮動(dòng)狀態(tài)，千斤頂無(wú)支撐力，還是完全靠彈簧力控制活動(dòng)側(cè)護(hù)板。所以它的防矸防倒效果與彈簧式差不多。不過(guò)，它可利用側(cè)推千斤頂進(jìn)行調(diào)架。這種混合控制方式在降架移架過(guò)程中應(yīng)同時(shí)操縱側(cè)推千斤頂。 如果側(cè)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(fù)雜，它有兩中國(guó)礦業(yè) 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 22 種工作方式：一為支架承載時(shí)側(cè)推千斤頂處于浮動(dòng)狀態(tài)，支架降移時(shí)其下方的側(cè)推千斤頂處于閉鎖狀態(tài)；另一種為支架承載時(shí)側(cè)推千斤頂處于閉鎖狀態(tài)，支架降移時(shí)其上方的側(cè)推千斤頂解除閉鎖成為浮動(dòng)狀態(tài)。 支架的側(cè)板易損壞，其主要的損壞形式 有： 1. 側(cè)護(hù)板導(dǎo)向桿耳座與彈簧筒耳座易脫落； 2. 導(dǎo)向桿和彈簧筒彎曲變形； 3. 側(cè)護(hù)板的側(cè)板彎曲變形； 4. 側(cè)護(hù)板和上板焊縫開(kāi)裂。為此，要求側(cè)護(hù)板的耳座結(jié)構(gòu)采用嵌入式，并使導(dǎo)向桿和彈簧筒能插入側(cè)板內(nèi)。另外，可在上板的側(cè)板間焊加強(qiáng)筋，如圖所示。 現(xiàn)根據(jù)常用側(cè)護(hù)板形式各自特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)選用直角式雙側(cè)活動(dòng)側(cè)護(hù)板。 圖 32 直角式雙側(cè)可調(diào)的活動(dòng)側(cè)護(hù)板 圖 33 側(cè)護(hù)板三維建模線框圖 四連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求 支架高度在最大和最小范圍內(nèi)變化時(shí) ， 如圖 21 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。 支架在最高位置時(shí)和最低位置時(shí)，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 21 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 ，如中國(guó)礦業(yè) 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 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(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。 從圖 34 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 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(jī)構(gòu)幾何特征圖 應(yīng)取頂梁 前端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)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?yàn)楫?dāng)頂板來(lái)壓時(shí)，立柱讓壓下縮，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)底板阻力底座向后移，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(yīng)減小，所以減輕了掩護(hù)梁的外負(fù)荷。 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，從這個(gè)觀點(diǎn)出發(fā)，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 35。 e 圖 35 掩護(hù)梁和后連桿構(gòu)成曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 中國(guó)礦業(yè) 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 24 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)鑒于各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，采用了 幾何作圖法 的方式來(lái)求解。 下鉸點(diǎn)至底座底面之距。 一般按同類(lèi)型支架用類(lèi)比法來(lái)確定。取掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)至頂梁頂面之距為 200m，取后連桿下鉸點(diǎn)至底座底面之距為 240mm。 用解析法來(lái)確定掩護(hù)梁和后連桿的長(zhǎng)度。 從幾何關(guān)系可以列出如下兩式 : 211 c o sc o s LQAPG ?? 222 c o sc o s LQAPG