【導讀】業(yè)現(xiàn)代化的一項戰(zhàn)略措施。綜合機械化不僅產(chǎn)量大，效率高，成本低，而且能減輕笨重。的體力勞動，改善作業(yè)環(huán)境，是煤炭工業(yè)技術的發(fā)展方向。方法中最重要的設備之一。設計、主要零部件的設計、主要零部件的校核和液壓系統(tǒng)的設計。由于該煤層厚度適中，選用掩護式液壓支架。厚度變化較大，選用調高范圍大且抗水平推力強且?guī)ёo幫裝置的掩護式支架。正四連桿機構，以改善支架受力狀況。頂梁、掩護梁、底座均做成箱體結構；立柱采用。雙伸縮作用液壓缸，以增加工作行程來滿足支架調高范圍的需要。推移千斤頂采用框架。結構，以減少推溜力和增大移架力。為了提高移架速度，確保對頂板的及時支護，采用

　　

【正文】 底板防止底座向后移，使整個支架產(chǎn)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。 從以上分析得知，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值減少。當已知掩護梁和后連桿的長度后，在設計時只要把掩護梁和后連桿簡化成曲柄滑塊機構，如圖 32 所示（實際上液壓支架四連桿機構屬雙搖桿機構） 河北工程大學畢業(yè)設計 16 圖 22掩護梁和后連桿構成曲柄滑塊機構 附加力對液壓支架受力的影響 ?tg 值的 大小對附加力影響很大， ?tg 值大，支架承受的附加力大，對支架受力不利。所以在優(yōu)化四連桿機構時，盡可能使 ?tg 值小些。為此，可以令支架由高到低時，頂梁前端運動軌跡近似直線為目標函數(shù)，從而可以使 ? 角變小， ?tg 值和附加力都變小。而且頂梁前端點運動軌跡的變化寬度也可以較小，有利支控頂板。 ?tg 值方向與摩擦力引起的附加力無關，而與立柱傾角引起的附加力有關，在立柱前傾時：當瞬心 點在下時， ?tg 值為正，附加力為負；當瞬心點在上時， ?tg 值為負，附加力為正。所以在優(yōu)化時，為減少附加力，盡可能使支架的工作段，在 ab 段。 兩點 之距對支架受力的影響 增加掩護梁上鉸點至頂梁面之距和后連桿下鉸點至底座底面之距，都可以使 ? 角減小，附加力減小，反之， ? 角增加，附加力也增加。 后連桿與掩護梁長度比值對支架受力的 影響 河北工程大學畢業(yè)設計 17 圖 23 四連桿示意圖 當夾角 3a 、 4a 和acab的比值不變，改變 ? 或 ? 不變延長后連桿長度等方法，來增加acab的比值，可以使 ? 角減小，附加力減小，對支架受力有利；當改變 3a 角使acab的比值增加，對 ? 角變化不大，所以適當增加acab的比值，可以減少掩護梁長度和對支架受力有利。 在掩護式支架和支撐掩護式支架中，后連桿和掩護梁長度的比值，關系到掩護梁的長度，對支架的重量和受力有著直接的影響，所以在設計時，應盡量在滿足支架工作需要情況下，縮短掩護梁長度，減輕支架重量，減少支架受力。 前后連桿上鉸點與掩護梁長度比值對支架受力影響 改變acab的比值，對 ? 角影響很大，如果這個比值適當，可使 ? 角減小， ?tg 值減小，附加力減小，掩護梁和前后連桿受力也減小。acab的比值一般在 ～ 之間比較合適。 河北工程大學畢業(yè)設計 18 液壓支架四連桿機構 的設計 掩護梁和后連桿長度的確定 掩護梁和后連桿距離的確定。用解析法來確定掩護梁和后連桿的長度，如圖 24所示。 H1H2GAP 1P 2Q 1 Q 2e39。 圖 24 掩護梁和后連桿計算圖 設： G掩護梁長度（ mm） A— 后連桿長度（ mm） 其中： P1 — 支架最高位置時，掩護梁與頂梁夾角 (度 ) P2— 支架最低位置時，掩護梁與頂梁夾角 (度 ) Q1 — 支架最高位置時，后連桿與底平面夾角（度） Q2— 支架最低位置時，后連桿與底平面夾角（度） 從幾何關系出發(fā)可以列出如下公式： 222211 c osc os c osc os LQAPG LQAPG ?? ?? 聯(lián)立兩式可得： 1212 c osc os c osc os PPGA ??? 河北工程大學畢業(yè)設計 19 按四連桿機構幾何特征要求，選定 P P Q Q2 代入上式可以求得GA的比值，由于支架形式不同，一般GA的比值按以下范圍來取。 掩護式液壓支架： GA=～ 支撐掩護式液壓支架： GA=～ 支架最高位置時的計算高度為： 111 s ins in QAPGH ?? 根據(jù) GA 的比值和式 57可以求得掩護梁的長度 G和后連桿長度 A，經(jīng)過取整后計算出2121 PP ，， 的角度，確定這幾個參數(shù) 。 由已知參數(shù)計算： H1=Hm200230=50002001000=3800mm 設定： P1=60176。 P2=25176。 Q1=80176。 Q2=32176。 由式 56可得： 1212 c os Qc os Q c os Pc os p?GA = ??? ?? cos 80cos 32 cos 60cos 25 將 H P Q A= 代入式 57 可得： 3800=Gsin60176。 +176。 G=2590mm A==1580mm 幾何作圖法作圖過程 用幾何作圖法確定四連桿機構的各部尺寸，具體作法如圖 39所示。 具體作圖步驟如下： 1)確定后連桿下鉸點 O點的位置，使它比底座面略高 200 2)過 O 點作與底座面平行的水平線 H— H 線。 3)過 O 點作與 H— H線的夾角為 Q1的斜線。 河北工程大學畢業(yè)設計 20 4)在此斜線截取線段 oa ， oa 長度等于 A,a點為支架在最高位置時后連桿與掩護梁的鉸點。 5)過 a 點作與 H— H線有交角 P1的斜線，以 a 點為圓心，以 G點為半徑作弧交些斜線一點 e′此點為掩護梁與頂梁的鉸點。 6)過 e′點作 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的計算高度。 7)以 a 點為圓心，以 長度為半徑作弧，在掩護梁上交一點 b,為前連桿上鉸點的位置。 8)過 O 點作與 H— H線夾角為 Q2的斜線。 9)在此斜線上截取線段 oa 〞 . oa 〞的長度等于 A， a〞點為支架降到最低位置時，掩護梁與后連桿的鉸點。 10)過 a〞點作與 H— H線有交角 P2的斜線，以 a〞點為圓心， 以 G為半徑作弧交些斜線一點 e〞，此點為支架在最低位置時，頂梁與掩護梁的鉸點。 11)以 a〞為圓心以 長度為半徑作弧，在掩護梁上交一點 b〞，為支架在最低位置時前連桿上鉸點的位置。 12)取 ee 〞線之間一點 e〞為液壓支架降到此高度時掩護梁與頂梁鉸點。 13)以 O為圓心， oa 為半徑圓弧。 14)以 e〞點為圓心，掩護梁長 ae ˊ為半徑作弧，交前圓弧上一點 aˊ，以點為液壓支架降到中間某一 位置時，掩護梁與后連桿的鉸點。 15)以 ea ˊ連線，并以 aˊ點為圓心， ab 長為半徑作弧，交 ae 〞上一點 bˊ點。則b， bˊ ,b〞三點為液壓支架在三個位置時 ，前連桿上鉸點。 16)由 b， bˊ ,b〞三點確定的圓心 C，為前連桿下鉸點位置。 17)過 C點 H－ H 線作垂線，交點 d，則線段 oa ,ab ,bc ,cd ,和 do 為液壓支架四連桿機構。 18)按以上初步求出的四連桿機構的幾何尺寸，再用幾何作圖法畫出液壓支架掩護梁與頂梁鉸點 eˊ的運動軌跡，只要逐步變化四連桿機構的幾何尺寸，便可以畫出不同的曲線，再按四連桿機構的幾何特征進行校核，最終選出較優(yōu)的四連桿機構尺寸。 河北工程大學畢業(yè)設計 21 圖 25 液壓支架四連桿機構的幾何作圖法 結論：后連桿長度 A=1580mm 掩護梁長度 G=2590mm 前連桿長度 C=1600mm 前后連桿下鉸點底座投影距離 E=600mm 前連桿下鉸點高度 D=1500mm 液壓支架頂梁結構設計 頂梁的基本概念 和作用 頂梁是與頂板直接接觸的構件，除滿足一定的剛度和強度要求以外，還要保證支護頂板的需要。 頂梁作用是支護頂板一定面積的直接承載部件，并為立柱、掩護梁、護頂裝置等提供必要的連接點。 用途： 。 。 、掩護梁、前后連桿經(jīng)底座傳到底板。 河北工程大學畢業(yè)設計 22 頂梁的結構形式 1．支撐式液壓支架的頂梁結構 支撐 式液壓支架頂梁結構形式如圖 26所示。如圖 a所示為整體剛性頂梁。頂梁為一整體，剛性大，承載能力較好，但對頂板適應性差。 如圖 b， c 所示為鉸接式頂梁，由前梁和后梁組成，分別由前、后排立柱支撐。其中， b 為全鉸式，它能適應支架頂梁上方前后頂板的變化，但當頂板出現(xiàn)凹坑時，頂梁易成人字形，影響支撐效果和切頂性能。半餃式頂梁如圖 c 所示，它克服了全鉸式的缺點，當中部頂板出現(xiàn)凸起時，使前、后梁向上翹；當頂板出現(xiàn)凹坑時，由于鉸接點下部有平整碰頭阻止，支架頂梁仍保持平整位置。 如圖 d所示為剛性頂梁帶鉸接式前梁 ，頂梁由前、后梁鉸接，在鉸接前梁處安裝有前梁千斤頂，用來支撐靠近煤壁處的頂板，同時還可以使前梁上下擺角適應頂板起伏變化和增加頂梁前端的支撐能力。 為了使冒落的頂板矸石滑向采空區(qū)，保護擋矸簾，還可以增設尾梁，如圖 e所示。 如圖 f所示為不帶伸縮前梁的剛性頂梁，伸縮千斤頂式頂梁伸縮，由于前梁可以及時伸出支護暴露的頂板，從而允許固定頂梁減小長度，也可以用前梁千斤頂和伸縮千斤頂配合使用，使前梁既可以伸縮，也可以上下擺動。 2．掩護式液壓支架的頂梁結構 掩護式液壓支架的頂梁結構型式如圖 27 所示 圖 26支撐式液壓支架的頂梁類型 1前梁； 2后梁； 3尾梁； 4前梁千斤頂； 5前梁伸縮千斤頂 2 河北工程大學畢業(yè)設計 23 如圖 a所示為平衡頂梁頂 梁較短，與其下部的的掩護梁鉸接。因為它能在頂板凹凸變化時自取平衡，所以叫平衡式頂梁，頂梁鉸接點前、后側面的比例接近于 2： 1（按載荷分布近似三角形設計）。這種頂梁后部和掩護梁形成三角區(qū)，易被冒落矸石堵住，影響支護效果。為此，在頂梁后部加設擋矸板。 如圖 b所示為潛入式頂梁，頂梁后端為扇形結構，掩護梁可潛入扇形結構內，消除三角區(qū)。 如圖 c所示為鉸接式頂梁，頂梁為整體結構，頂梁后端直接與掩護梁鉸接，取消三角區(qū)，立柱直接支撐在頂梁上。平衡千斤頂調節(jié)頂梁的接觸面積。 如圖 d所示為帶前梁的鉸接式頂梁，由前 梁千斤頂調節(jié)前梁角度，可以提高前梁前端的支撐能力，改善前梁前端的支控效果。 本設計采用鉸接式頂梁。 如圖 e所示為帶伸縮前梁的鉸接式頂梁，可及時支護頂板，減少頂板的暴露時間 。 鉸接式頂梁加伸縮和擺動前梁，為如圖 d、 e 所示兩種型式的結合型，由前梁千斤頂調節(jié)前梁角度，并在前梁內加伸縮前探梁。 3．支撐掩護式液壓支架的頂梁結構 由于支撐掩護式液壓支架的結構介于支撐式和掩護式液壓支架之間，所以，支撐掩護式液壓支架的頂梁結構可采用前述諸種型式，但應根據(jù)頂板條件來選取。 圖 27 掩護式液壓支架定量的類型 1頂梁； 2前梁； 3后梁； 4掩護梁； 5立柱； 6限位千斤頂； 7前梁千斤頂 8平衡千斤頂 河北工程大學畢業(yè)設計 24 對頂梁長度的影響 1)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）要求頂梁長度較短。這是因為采用先移架后推溜的工作方式，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 600mm。 2)配套尺寸對頂梁長度的影響 設備配套尺寸與支架頂梁長度有直接關系。為了防止當采煤機向支架內傾斜時，采煤機滾筒不截割頂梁，同時考慮到采煤機截割時，不一定把煤壁截割成一垂直平面，所以在設計時，要求頂梁前端距煤壁最小距離為 300mm，這個距離叫空頂距。另外在輸送機鏟煤板前也留有一定距離。一般為 135～ 150mm 左右，也是為了防止采煤機截割煤壁不齊，給推移輸送機留有一定的距離。除此而外，所有配套設備包括采煤機和輸送機，均要在頂梁掩護之下工作，在此來計算頂梁長度。 頂梁的斷面形狀 各類頂梁都為箱式結構，一般由鋼板焊接而成。為加強結構的剛度，在上下蓋板之間焊有加強筋板，構成封閉式棋盤型頂梁。頂梁前端呈滑撬 式或圓弧形，移減少移架阻力。支撐式液壓支架后焊接有掛簾板，作為掛擋矸簾用。在頂梁下面含有鑄鋼柱窩，柱窩兩側有孔，孔用鋼絲繩或銷軸不立柱和頂梁連接起來。掩護式液壓支架和支撐掩護式液壓支架在頂梁后端有銷孔，通過銷軸與掩護梁上的銷孔相連。按頂梁的斷面形狀，還可以把頂梁分成如下結構式： 1）閉式頂梁 頂梁上下蓋板與筋板焊接成封閉型，如圖 (28)所示： 河北工程大學畢業(yè)設計 25 圖 28頂梁筋板焊接圖 2）開式頂梁 開式頂梁結構如圖所示其特點為減輕頂梁重量，曾強頂梁抗彎強度。如圖 (29)所示： 圖 29開式頂梁結構圖 對于掩護式 和支撐掩護式支架，為便于側護板自由伸縮，要在頂梁頂面上加焊一塊比側護板稍厚的鋼板，稱為頂板，如圖（ 210）所示： 圖 210 頂梁斷面 根據(jù)上述頂梁各種型式我選擇封閉焊頂板的型式，如圖上圖所示。 頂梁長度的計算 掩護式與支撐掩護式頂梁長度的計算公式為 頂梁長度＝ [配套尺寸＋底座長度＋ 1cosAQ]－ [ 1cos 300G P e??]＋掩護梁與頂梁鉸點至頂梁后端點之距（ mm） 式中： 底座長度 — 底座前端至后連桿下鉸點之距； e— 支架又高到低頂梁前端點最大變化距離； Q P1— 支架在最高位置時，分別為后連桿與掩護梁與水平面的夾角。 采煤機選用 MLS3170 型；輸送機采用 DGWD180 型；配套尺寸由圖冊得為 2173mm。底座長度 =2800mm， e=30mm，掩護梁與頂梁鉸點至頂梁后端點之距 =100mm。 其它參數(shù)可從上述中得： 1)頂梁長度 =(2173+2800+1580cos25176。 )（ 2590cos60+300+e） +100=4310 綜上所述圓整得到頂梁長度 =4300mm。 2)頂 梁面積 A 河北工程大學畢業(yè)設計 26 A=LgB 式中： Lg— 頂梁長度 mm, B頂梁寬度 mm,在本次設計中頂梁寬度為 1500mm, 代入公式（ 211）得 A=43001500=6450000mm2= 3)支護面積 Fc Fc = Bc(Lg＋ Δ)m 2 (41) 式中： Fc— 支護面積 m2 ， Δ — 移架后頂梁前端點到煤壁的距離 m,一般 Δ= Bc— 支架間距（支架中心距），一般為 代入公式 (41)得： Fc = 1500(4300＋ 330)=6900000mm2 = 4)支架的理論支護阻力 F1 ]2[ F1=Fcqx 式中 : F1— 支架的理論支護阻力， KN Fc— 支護面積 m2 qx — 支護強度 KN/M2 支架在最高處的理論支護阻力為： F1=490= (KN) 5)頂板覆蓋率δ δ=A/Fc100% 式中： δ — 頂板覆蓋率 A— 頂梁面積 m2 Fc— 支護面積 m2 代入式 中 得 δ= 100%= % 河北工程大學畢業(yè)設計 27 頂梁寬度和底 座寬度的確定 cb — 頂梁寬度，取 。支架底座寬度一般是 ~。為提高橫向穩(wěn)定性減少對底板的比壓，厚煤層支架可達 ，放頂煤支架為 ~，底座中間安裝推移裝置的橫向寬度，與推移裝置的結構和千斤頂缸徑有關，一般為 ~。本設計取 。 液壓支架掩護梁結構設計 掩護梁的作用和用途 掩護梁是支架的掩護構件，它有承受冒落矸石的載荷和頂板通過頂梁傳遞的水平載荷引起的彎矩，掩護梁的用途，掩護梁承受頂梁部分載 荷和掩護梁背部載荷并通過前后連桿傳遞給底座。掩護梁承受對支架的水平作用力及偏載扭矩。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。 掩護梁的結構型式 掩護梁的結構為鋼板焊接的箱式結構，在掩護梁上端與頂梁鉸接，下部焊有與前、后連桿鉸接的耳座。有的支架在掩護梁上焊有立柱柱窩?；顒觽茸o板裝在掩護梁的兩側。 從側面看掩護梁，其形狀有直線型、折線型。如圖 211 所示。 圖 211 掩護梁結構型式 1— 頂梁； 2— 掩護梁； 3— 立柱； 4— 前連桿； 5— 后連桿 ； 6— 底座； 7— 限位千斤頂梁的結構型式 折線型相對直線型支架端面大，結構強度高，但工藝性差。所以很少采用，從掩護梁的寬度方向來分，可分為整體式和對分式兩種。對分式結構尺寸小，易于加工、運輸和安裝，但結構強度差。所以本次設計采用的是整體式、直線型。 河北工程大學畢業(yè)設計 28 掩護梁的參數(shù)確定 1）掩護梁的長度 G 掩護梁就是兩鉸點的距離，由前面的四連桿機構可得知，掩護梁長度為 2550mm。 2）掩護梁寬度 By 本設計掩護梁寬度與頂梁寬度相同，所以掩護梁寬度為 1500mm。 3）掩護梁上前后連桿鉸點位置 前連 桿距后連桿鉸點的距離為 =570mm. 液壓支架 側護板 結構設計 側護板的種類 頂梁和掩護梁的側護板有兩種： 一種是一側固定另一側活動的側護板。在設計時，根據(jù)左右工作面來確定左側或右側為活動側護板。一般燕傾斜方向的上方為固定側護板，下方為活動側護板?；顒觽茸o板通過彈簧筒和側推千斤頂與頂梁連接，以保證活動側護板與鄰架的固定側護板靠緊。但當改換工作面開采方向時，活動側護板便位于傾斜方向的上方，給調架、防倒等帶來不便，所以很少采用。 另一種時兩側皆為活動側護板。這種側護板可以適應工作面開 采方向變化的要求，有利于防倒和調架。 本設計取兩側皆為活動側護板的類型。 側護板的結構形式 。 一種是側護板在頂梁外側。這種類型側護板又有三種形式，如圖 212a 所示，頂梁上無頂板，側護板易被冒落的矸石卡住，影響側護板的伸縮；如圖 212b、 c 所示，在頂梁上加設頂板，克服了以上的缺點，但支架承受偏載時，側護板裝置受力很大。 圖 212 側護板的結構型式 河北工程大學畢業(yè)設計 29 另一種時鉸接式側護板，如圖 212d 所示。他克服了以上兩種側護板的缺點，但由于架間側護板造成的三角帶容易填入矸石，影響架間密封效果（根據(jù)上述側護板各種型式我選擇頂梁 上加設頂板的型式，如圖 b）。 側護板尺寸的確定 頂梁側護板的側向寬度，按支架升降高度和推移步距來確定。即：考慮到當一架升起，另一架降柱時，要保證相鄰兩架側護板不脫離接觸。同時考慮到支架降柱后要前移，為防止頂梁后部側護板脫離接觸，頂梁側護板后部要加寬，加寬的長度一般為頂架后部起大于一個步距，即大于 600mm。 掩護梁側護板的側面寬度，主要考慮移架步距，一般比一個步距大 100mm，即相當700mm。當一架固定，另一架前移時，兩架之間能封閉，同時又考慮到降架前移時，原不動的掩護梁側護板下部不致脫開。所 以，掩護梁側護板下部要加寬。 頂梁和掩護梁側護板的頂面寬度，與活動側護板的行程有關。由兩臺相鄰支架的架間距離來確定。 頂梁和掩護梁側護板的連接，在考慮動作靈活可靠的情況下，應盡量減少間隙，加強密封