【正文】 第 23 頁 共 65 頁 用解析法來確定掩護(hù)梁和后連桿的長度，如圖 33 所示。在結(jié)構(gòu)允許的條件下，掩護(hù)式液壓支架盡量取大些，支撐掩護(hù)式液壓支架盡量取小些。ab Iae?1 ； tan? =SL =U 圖 32四連桿機(jī)構(gòu)參數(shù)圖 確定掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)至頂梁頂面的距離和后連桿下鉸點(diǎn)至底座地面的距離。eb =F ； 1Jo =S ； 39。令 ： oa2 =A ； ab =B ； bc =C ； cd =D ； 2od=E ； 39。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。 圖 31四連桿機(jī)構(gòu)幾何特征 中厚煤層掩護(hù)式液壓支架總體設(shè)計分析及掩護(hù)梁設(shè)計 第 22 頁 共 65 頁 其原因?yàn)楫?dāng)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)。 4. 掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn)和瞬時中心 ? 之間的連線與水平線夾角為 ? ,設(shè)計時要滿足 ?? ，原因是θ角直接影響支架承受附加力的數(shù)值大小。 3. 后連桿與掩護(hù)梁的比值，掩護(hù)式支架為 I =～ ；支撐掩護(hù)式為 I = ～。 四連桿幾何特征 四連桿幾何特征 如下 ： 1. 支架高度在最大和最小范圍內(nèi)變化時，頂梁端點(diǎn)運(yùn)動軌跡的最大寬度 70e? mm，最好為 30mm 以下； 2. 支架在最高位置時和最低位置時，頂梁與掩護(hù)梁的夾角 P 和后連桿與底平面的夾角 Q，應(yīng)滿足如下要求： 支架在最高位置時， ooP 62~52? ， 即 ～ 弧度； ooQ 85~75? 即 ～ 弧度 ；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(hù)梁上，根據(jù)物理學(xué)摩擦理論可知，要求 WtgP? ，如果鋼和矸石的摩擦系數(shù) ?W ，則 ?? 。 四連桿機(jī)構(gòu)在具有以上諸作用的同時，也有一些缺點(diǎn)。 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(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。 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)破碎巖石所賦予的載荷，掩護(hù)梁一般做成整體箱形結(jié)構(gòu)，具有一定強(qiáng)度。 四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計 四連桿機(jī)構(gòu)的作用與缺點(diǎn) 1. 梁端護(hù)頂 鑒于四連桿機(jī)構(gòu)可使托梁鉸接點(diǎn)呈雙紐線運(yùn)動，故可選定雙紐線的近似直線部分作為托梁鉸接點(diǎn)適應(yīng)采高的變化范圍。通常，掩護(hù)式支架的底座長度職 倍的移架步距 (一個移架步距為 )，即 左右；支撐掩護(hù)式支架的底座長度取 4倍移架步距，即 左右 。 底座長度的確定 底座是將板壓力傳遞到底板和穩(wěn)固支架的部件。支架頂梁一般裝有活動側(cè)護(hù)板，側(cè)護(hù)板行程一般為 170～ 200mm。 支架寬度是指頂梁的最小和最大寬度 。 式支架外，支架間距一般為 。按下式計算： 3cmb B n C? ? ? （ 34） 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 。 支架的調(diào)高范圍和伸縮比 支架高度的確定原則，應(yīng)根據(jù)所采煤層的厚度，采區(qū)范圍內(nèi)地質(zhì)條件的變化等因素來確定，其最大與最小高度為： 1ShH mm ?? （ 31） ??? ???? 2ShH nn （ 32） 取 mmH m 3500? ； mmH n 1500? mmhhHH m 2 9 4 04 0 01 6 03 5 0 0211 ??????? mmhhHH n 9 4 04 0 01 6 01 5 0 0212 ??????? 式中 mH — 支架最大高度 nH — 支架最小高度 1H — 支架最高位置時的計算高度 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 19 頁 共 65 頁 2H — 支架最低為之時的計算高度 1h — 掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)至頂梁頂面之距；取 160mm 2h — 后連桿下鉸點(diǎn)至底座底面之距；取 400mm mh — 煤層最大采高 nh — 煤層最小采高 S1 — 偽頂冒落 的最大厚度，一般取 ～ 2S — 頂板最大下沉量，一般取 100～ 200mm a — 移架時支架的最小可縮量，一般取 50mm ?a — 矸、浮煤厚度，一般取 50mm 支架的伸縮比指最大與最小支架高度之比值為： nmHHm? （ 33） 代入數(shù)據(jù)得 m=。 移架力和推溜力 液壓支架要有足夠的推溜力和移架力。較大的初撐力可以使支架較快地達(dá)到工作阻力，防止頂板過早的離層，增加頂板的穩(wěn)定性。 ②表中 、 、 2分別為Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級老頂?shù)姆旨壴鰤合禂?shù)；Ⅳ級老頂給出最低值 2，選用時可根據(jù)本礦實(shí)際確定適宜值。 表 31支架架型的選擇 注：①括號內(nèi)的數(shù)字是掩護(hù)式支架的支護(hù)強(qiáng)度。 根據(jù)煤層厚度 ～ ，屬于中厚煤層。 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 17 頁 共 65 頁 支架架型的確定 從架型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來看，由于架型的不同，它的支撐力分布和作用也不同；從頂板條件來看，由于直接頂類別和老頂級別的不同，支架所承受的載荷也不同。 5. 地質(zhì)構(gòu)造 地質(zhì)構(gòu)造十分復(fù)雜，煤層厚度變化又較大，頂板允許暴露面積和時間分別在 5～ 8 2m和 20min 以下時，暫不宜采用液壓支架。選型時，要驗(yàn)算底座對底板的接觸比壓，其值要小于底板的允許比壓 (對于砂巖底板，允許比壓為 ～ ，軟底板為 左右 )。當(dāng)煤層傾角大于10? ～ 15? 時，應(yīng)設(shè)防滑和調(diào)架裝置，當(dāng)傾角超過 18? 時，應(yīng)同時具有防滑防倒裝置。當(dāng)煤層厚度變化較大時，應(yīng)選用調(diào)高范圍大的支架。 影響選 架型的因素 1. 煤層厚度 煤層厚度不但直接影響到支架的高度和工作阻力，而且還影響到支架的穩(wěn)定性。工作面配套設(shè)備：采煤 機(jī) MXA300/，刮板輸送機(jī) SGZ－ 730/320。 8． 配套尺寸 根據(jù)配套尺寸及支護(hù)方式來計算頂梁長度。 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 15 頁 共 65 頁 6． 煤層傾角 根據(jù)煤層傾角決定是否選用防滑裝置。 4． 底板巖性及小時涌水量 根據(jù)底板巖性及小時涌水量驗(yàn)算地板比壓。 2． 最大和最小采高 根據(jù)最大和最小采高，確定支架的最大和最小高度，以及支架的支護(hù)強(qiáng)度。 (12) 液壓元件要可靠。 (10) 滿足強(qiáng)度條件下，盡可能減輕支架重量。 (8) 支架的穩(wěn)定性要好，底座最大比壓要小于規(guī)定值。 (6) 為了操作和生產(chǎn)的需要，要有足夠?qū)挼娜诵械馈? (4) 排矸性能好。 (2) 液壓支架要有足夠的推溜力和移架力 ，推溜力一般為 100kN 左右，移架力按煤層厚度而定，薄煤層一般為 100kN～ 150kN，中厚煤層一般為 150kN～ 250kN，后煤層一般為 300kN～ 400kN。可適用于各種頂板條件，但支架操作次數(shù)增加，不能適應(yīng)高產(chǎn)高效要求，目前應(yīng)用較少。 3． 復(fù)合支護(hù) — 般循環(huán)方式為：割煤一支架伸出伸縮梁一推溜一收伸縮梁一移架。滯后支護(hù)的特點(diǎn)是，支護(hù)滯后時間較長，梁端距大 ，支架頂梁較短。適用于各種頂板條件，是目前應(yīng)用最廣泛的支護(hù)方式。 1． 即時支護(hù) — 般循環(huán)方式為：割煤一移架一推溜，工作面“三機(jī)”的配套關(guān)系。 液壓支架 的支護(hù)方式 綜采工作面的主要生產(chǎn)工序有采煤、移架和推溜。 曲線上的 t0、 t t2 分別表示支架的初撐 、 增阻和恒阻階段的時間。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。隨著頂板的繼續(xù)下沉，安全閥重復(fù)這一過程。當(dāng)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。 圖 23 液壓支架工作原理 1頂梁； 2立柱； 3底座； 4推移千斤頂； 5安全閥； 6液控單向閥； 8操縱閥； 9輸送機(jī)； 10乳化液泵； 11主供液管； 12主回液管 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 13 頁 共 65 頁 2. 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。 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。它包括初撐、承載增阻和恒阻三個階段。當(dāng)需要支架前移時，先降柱卸載，然后高壓液進(jìn)入推移千斤頂?shù)幕钊麠U腔，另一腔回液，以輸送機(jī)為支點(diǎn)，缸體前移，把整個支架拉向煤壁；當(dāng)需要推移輸送機(jī)時，支架支撐頂板后，高壓液進(jìn)入推移千斤頂下腔，另一腔回液，以支架為支點(diǎn)，使活塞桿伸出，把輸送機(jī)推向煤壁。 降柱 ： 當(dāng)需要降柱時，高壓乳化液進(jìn)入立柱的上活塞腔，另一腔回液，推動活塞下降，頂梁脫離接觸接觸頂板。具體分類方法及及型式如圖 22 所示 液壓支架的工作原理 支架升降和推移 液壓支架在工作過程，必須具備升、降、推、移四個基本動作，這些動作是利用泵站提供的高壓乳化液通過工作性質(zhì)不同的幾個液壓缸來完成的 ，如圖 23 所示 。其缺點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量大，價格較貴。而且，采用堅(jiān)實(shí)的掩護(hù)梁以及側(cè)護(hù)板，將工作空間與采空區(qū)完全隔開；并采用前后連桿連接掩護(hù)梁和底座，組成四連桿機(jī)構(gòu)，使梁端距幾乎不變，防止了架前漏矸。 3. 支撐掩護(hù)式液壓支架 支撐 掩護(hù)式液壓支架是在支撐式 液壓支架和掩護(hù)式 液壓支架的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種架型。如圖 21所示，其頂梁較短，對頂班的作用力均勻；結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，抵抗直接頂水平運(yùn)動能力強(qiáng)；防護(hù)性能好，調(diào)高范圍大，對煤層厚度變化適應(yīng)性強(qiáng)；但整架工作阻力小，通風(fēng)阻力小，工作空間小。這類支架具有較大的支撐能力和良好的穩(wěn)定性能，適用于頂板堅(jiān)硬完整，周期壓力明顯或強(qiáng)烈，地板較硬的煤層。因此底座較堅(jiān)固，它靠支柱和頂梁的支撐作 用控制工作面頂板，維護(hù)工作空間。 1. 支撐式液壓支架 支撐是液壓支架的架型有垛式支架和節(jié)式支架兩種形式。中間液壓支架是安裝在除工作面端頭以外的采煤工作面上所有位置的支架。 表 21 液壓支架組成表 序 號 部 件 功 能 舉 例 1 承載結(jié)構(gòu)件 承受并傳遞頂板載荷作用的結(jié)構(gòu)件 頂梁、掩護(hù)梁、底座、連桿 2 動力油缸 用液體作介質(zhì)可以主動產(chǎn)生作用力，實(shí)現(xiàn)各種動作的油缸 立柱、各類千斤頂 3 控制元部件 操縱、控制支架各個動力油缸動作及保證所需工作特性的液壓（電氣）元部件 操縱閥、單向閥、安全閥及管路、液壓（電控）元件 4 輔助裝置 不直接承受頂板載荷，而實(shí)現(xiàn)支架某些動作或功能所必須的裝置 推移裝置、護(hù)幫裝置、活動側(cè)護(hù)板、防倒、防滑裝置 5 工作液體 傳遞能量的工作液壓介質(zhì) 乳化液 中厚煤層掩護(hù)式液壓支架總體設(shè)計分析及掩護(hù)梁設(shè)計 第 10 頁 共 65 頁 液壓支架的分類 按照液壓支架在采煤工作面安裝位置來劃分有端頭液壓支架和中間液壓支架。 液壓支架的組成和分類 液壓支架的組成 液壓支架主要由承載結(jié)構(gòu)件、動力油缸、控制元件、輔助裝置和工 作液體組成。液壓支架與可彎曲輸送機(jī)組成綜合機(jī)械化采煤設(shè)備，它的應(yīng)用對增加采煤工作面的產(chǎn)量、提高勞動生產(chǎn)率、降低成本、減輕工人的體力勞動和保證安全生產(chǎn)是不可缺少的有效措施。而液壓支架是以高壓液體為動力，有液壓元件和金屬構(gòu)件組 成的支護(hù)和控制頂板設(shè)備，能實(shí)現(xiàn)支撐、切頂、移架和推移輸送機(jī)等一整套工序。 在整個畢業(yè)設(shè)計的過程中，以我們的主動學(xué)習(xí)為主，教師適時指導(dǎo)為輔 ， 將素質(zhì)教育也畢業(yè)設(shè)計教學(xué)相融合，從根本上提高畢業(yè)設(shè)計的質(zhì)量和水平 。 現(xiàn)代社會對人才提出了更高的要求，作為一名當(dāng)代大學(xué)畢業(yè)生，不僅打好堅(jiān)實(shí)的專業(yè)知識，還應(yīng)具備工程技術(shù)人才應(yīng)有的綜合素質(zhì)。同樣通過對液壓支架的設(shè)計，能夠更 好的認(rèn)識國內(nèi)外液壓支架的發(fā)展趨勢和發(fā)現(xiàn)目前煤礦液壓支架主要存在的問中厚煤層掩護(hù)式液壓支架總體設(shè)計分析及掩護(hù)梁設(shè)計 第 8 頁 共 65 頁 題，從而為以后更深認(rèn)的了解和設(shè)計液壓支架打下良好的基礎(chǔ)。 通過對液壓支架的理論學(xué)習(xí)，完成液壓支架的設(shè)計工作，加深對液壓支架工作原理、工作性能、工作環(huán)境及其結(jié)構(gòu)的認(rèn)識和了解。因此液壓支架的設(shè)計工作是很重要的。由于采煤工作面的底頂板條件、煤層厚度、煤層的物理機(jī)械性質(zhì)等的不同，對液壓支架的要求也不同。 本課題的研究目的和意義 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。 掩護(hù)式支架的支護(hù) 性 能 ：支撐力小，切頂性能差，但由于頂梁短，支撐力集中在靠近煤壁的頂板上，所以支護(hù)強(qiáng)度較大且均勻，掩護(hù)性能好，能承受較大的水平推力，對頂板反復(fù)支撐的次數(shù)少，能帶壓移架。立柱的支撐力間接作用