【正文】 （413）4）c點坐標根據(jù)圖42所示，支架在三個位置時四連桿機構(gòu)幾何關(guān)系確定后，c點就是以、這三點為圓的圓心。根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗，當點沿理想垂線由最高向最低運動時，后連桿與掩護梁的夾角由大于90到小于90變化，在夾角變化過程中，一定有一位置使后連桿與掩護梁呈垂直狀態(tài)，以這一特殊狀態(tài)為所求的中間某一位置，來確定直線上中間某一位置的點。但是，我們可以做到支架高度變化時，有三點在一條直線上，如圖42所示，即：支架在最高和最低以及中間某一位置的三點。此處，步長也可根據(jù)精度自行確定不必遵循此規(guī)定。為了簡化計算，對變量規(guī)定相應的步長如下：；；；的步長。 。 =。 =。 =。 =。四連桿機構(gòu)各部參數(shù)如圖41所示，圖中的為支架在最高位置時的計算高度。（4）點的運動軌跡呈近似雙紐線，支架由高到低雙紐線運動軌跡的最大寬度mm以下最好在30mm以下。支撐掩護式為I = ~。（1）支架在最高位置時，≤，即：弧度；≤~；支架在最底位置時，保證。所以，只要令支架由高到低變化時，頂梁前端點運動軌跡近似成直線為目標函數(shù)，這兩項要求都能滿足。為了減少附加力，必須使得有較小值。 四連桿機構(gòu)的設(shè)計四連桿機構(gòu)的設(shè)計的主要方法有：直接求解法、解析法、幾何作圖法等。3．掩護梁與頂梁鉸點和瞬時中心O之間的連線與水平線夾角為?！?0176。而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。為了安全可靠，最低工作位置應使≥25176?！?5176?！?2176。 四連桿機構(gòu)設(shè)計的要求，頂梁端點運動軌跡的最大寬度應小于或等于70mm，最好為30mm以下。四連桿機構(gòu)在具有以上諸作用的同時，也有一些缺點。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 鑒于組成四連桿機構(gòu)的掩護梁既是連接件，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，掩護梁一般做成整體箱形結(jié)構(gòu)，具有一定強度。 四連桿結(jié)構(gòu) 四連桿機構(gòu)的作用1．梁端護頂 鑒于四連桿機構(gòu)可使托梁鉸接點呈雙紐線運動，故可選定雙紐線的近似直線部分作為托梁鉸接點適應采高的變化范圍。推移桿結(jié)構(gòu)有長推桿或是由兩部分短推移桿組成。保證支架整體穩(wěn)定性的關(guān)鍵是在底座上鉸接四連桿機構(gòu)，在底座中間設(shè)置有推移裝置，側(cè)面設(shè)置拉后輸送機的千斤頂和推移桿。（5）底座 底座是將支架承受的頂板壓力和側(cè)向力傳至底板。頂梁裝有側(cè)護板，活動側(cè)裝有千斤頂和彈簧，防止架間漏煤、矸及調(diào)節(jié)支架間距。（3）頂梁 頂梁是支架主要承受頂板壓力的部件，并起切頂作用?！?176。與頂板保持良好的接觸，維護機道上方頂板。各部件設(shè)計的基本要求：（1）四連桿機構(gòu)應進行優(yōu)化設(shè)計，使支架梁端距變化小，支架受力狀態(tài)最佳，結(jié)構(gòu)上既滿足工作空間要求，又能承受足夠的縱向、橫向力及扭矩。寬度取1430mm。為提高橫向穩(wěn)定性和減小對底板比壓，—。通常，()，；支撐掩護式支架的底座長度取4倍移架步距。底座是將板壓力傳遞到底板和穩(wěn)固支架的部件。支架間距要根據(jù)支架型式來確定，但由于每架支架的推移千斤頂都與工作面輸送機的一節(jié)溜槽相連，因此目前主要根據(jù)輸送機溜槽每節(jié)長度及幫槽上千斤頂連結(jié)塊的位置來確定，,千斤頂連結(jié)塊位置在溜槽中長的中間，所以除節(jié)式和邁步式支架外。 所謂支架間距，就是相鄰兩支架中心線間的距離。②、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)本礦實際確定適宜值。老頂級別ⅠⅡⅢⅣ直接頂類別12312312344支架類型掩護式掩護式支撐式掩護式掩護或支撐掩護式支撐式支撐掩護式支撐掩護式掩護或支撐掩護式掩護或支撐掩護式支撐式支撐掩護式支架支護強度MPa采高m1應結(jié)合深孔爆破，軟化頂板等措施處理采空區(qū)2（）（）3（）（）4（）（）表21支架架型的選擇 注：①括號內(nèi)的數(shù)字是掩護式支架的支護強度。所以，為了在使用中合理地選擇架型，要對支架的支撐力、采煤高度與承載的關(guān)系進行分析，使支架的支撐力能適應頂板載荷的要求。 (6) 地質(zhì)構(gòu)造地質(zhì)構(gòu)造十分復雜，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和20min以下時，暫不宜采用液壓支架。(4) 瓦斯涌出量對于瓦斯涌出量大的工作面，支架的通風斷面應滿足通風的要求，選型時要進行驗算。 (3) 底板性質(zhì)底板承受支架的全部載荷，對支架的底板影響較大，底板的軟硬和平整性，基本上決定了支架底座的結(jié)構(gòu)和支承面積?！ㄜ浢喝∠孪?，硬煤取上限）時，應選用抗水平推力強且?guī)ёo幫裝置的掩護式或支撐掩護式支架。當煤層傾角大于10—15時，應設(shè)防滑和調(diào)架裝置，當傾角超過18時，應同時具有防滑防倒裝置。頂梁和頂板的靜摩擦系數(shù)W，—；按不同支護高度時各部件最大受力值進行強度校核。 為了設(shè)計計算方便，要對支架的外載荷和支架本身進行簡化，概述如下：把支架簡化成一個平面桿系結(jié)構(gòu)。垂直于頂梁的力由支架的工作阻力來平衡。由液壓支架的工作狀態(tài)知，支架承受的外載荷是頂板下沉形成的。工作面配套設(shè)備：采煤機，刮板輸送機SGZ(W)－764/400。頂設(shè)條件老頂II級、直接頂1類， MPa，工作阻力2000KN，推溜力100KN，移架力200KN，泵站壓力32MP。11. 要易于拆卸，結(jié)構(gòu)要簡單。9. 要求支架有足夠的剛度，能夠承受一定的不均勻載荷和沖擊載荷。7. 調(diào)高范圍要大，照明和通訊方便。5. 要求液壓支架能保證采煤工作面有足夠的通風斷面，從而保證人員呼吸、稀釋有毒氣體等安全方面的要求。3. 防矸性能要好。2. 液壓支架要有足夠的推溜力和移架力。 特種液壓支架特種液壓支架是為滿足某些特殊要求而發(fā)展起來的液壓支架，在結(jié)構(gòu)型式仍屬于上述某種基本架型。也可倒八字形布置和交叉布置。它的主要缺點是：結(jié)構(gòu)復雜，成本較高。支撐掩護式支架的頂梁由前梁與主梁構(gòu)成，四根立柱支撐在頂梁和立柱之間，掩護梁的上端與頂梁鉸接，下端用連桿與底座相連。 支撐掩護式支架支撐掩護式支架是在吸收了支撐式和掩護式兩種支架優(yōu)點的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種支架。支撐式支架的支護性能是：支撐力大，且作用點在支架后部，故切頂性能好；對頂板重復支撐的次數(shù)多，容易把本來完整的頂板壓碎；抗水平載荷的能力差，穩(wěn)定性差；護矸能力差，矸石易竄入工作空間；支架的工作空間和通風斷面大。支撐式支架的結(jié)構(gòu)特點是：頂梁較長，其長度多在4左右；而且立柱多，一般4—6根，且垂直支撐；支架后部設(shè)復位裝置和擋矸裝置。節(jié)式支架由2—3個框節(jié)組成，移架時，各節(jié)之間互為支點交替前移，輸送機用與支架相連的推移千斤頂推移。 支撐式支架支撐式支架是出現(xiàn)最早的一種架型，按其結(jié)構(gòu)和動作方式的不同，支撐式支架又分為垛式支架和節(jié)式支架兩種結(jié)構(gòu)型式。但由于頂梁短，立柱傾斜布置，故作業(yè)空間和通風斷面小。通常頂梁較短。掩護式支架的立柱較少，除少數(shù)掩護式支架1根立柱外，一般都是一排2根立柱。底座、前后連桿和掩護梁形成四連桿機構(gòu)，以保持穩(wěn)定的梁端距和承受水平推力。即 (21)式中 —支架的支護面積， 液壓支架的類型和結(jié)構(gòu)液壓支架按其對頂板的支護方式和結(jié)構(gòu)特點的不同，分為支撐式、掩護式和支撐掩護式三種基本架型。但是，由于支架的頂梁長短和間距大小不同，所以并不能完全反映支架對頂板的支撐能力。通常液控單向閥和安全閥組合在一起，稱為控制閥。上述工作過程表明：支架在達到額定工作阻力以前具有增阻性，以保證支架對頂板有效的支撐作用；當支架達到額定工作阻力以后，支架能隨頂板的下沉而下縮，即具有可縮性和恒阻性，支架的工作特性決定于立柱、液控單向閥、安全閥和操縱閥的性能和密封的好壞。對于掩護式和支撐掩護式支架，其初撐力和工作阻力的計算還要考慮到立柱傾角的影響因素。由于安全閥的作用，支架的支撐力維持在某一恒定數(shù)值上，這是支架的恒阻階段。當降到安全閥的調(diào)定壓力時，安全閥關(guān)閉。(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。(1) 初撐階段 在升架過程中，當支架的頂梁接觸頂板，直到立柱下腔的液體壓力逐漸上升到泵站工作壓力時，停止供液，液控單向閥6立即關(guān)閉，這一過程為支架的初撐階段。當操縱閥處于降柱位置時，工作液體進入立柱的上腔，同時打開液控單向閥，立柱下腔回液，支架下降。若將操縱閥置于推溜位置，高壓液體進入推移千斤頂后腔即活塞腔，前腔即活塞桿腔回液，這時輸送機以支架為支點被推向煤壁。這時，支架以輸送機為支點前移。圖21 液壓支架工作原理1—頂梁；2—立柱；3—推移千斤頂；4—安全閥；5—單向筏； 7—操縱閥；支架的前移和推移輸送機是通過操縱閥和推移千斤頂3來進行的。2液壓支架基本理論分析 液壓支架的工作原理液壓支架在工作過程中，不僅要可靠的支撐頂板，維護一定的安全工作空間，而且要隨工作面的推進，進行移架和推移輸送機。為了適應這一發(fā)展趨勢，我們應立足變傳統(tǒng)的、僵化的、單純的畢業(yè)設(shè)計為培養(yǎng)主動學習、提高創(chuàng)新能力、樹立團結(jié)協(xié)作精神、強化計算機運用等多維兼容性畢業(yè)設(shè)計。通過自己獨立地完成指定的課程設(shè)計任務，提高理論聯(lián)系實際、分析問題和解決問題的能力，學會查閱參考書和工具書的方法，提高編寫技術(shù)文件的能力，進一步加強設(shè)計計算和制圖等基本技能的訓練，為畢業(yè)后成為一名出色的機械工程師打好基礎(chǔ)。通過對液壓支架結(jié)構(gòu)的分析，加深和鞏固機械原理的相關(guān)內(nèi)容；通過對液壓支架受力的分析和強度的校核，加深對專業(yè)基礎(chǔ)課理論力學和材料力學及專業(yè)課機械設(shè)計相關(guān)內(nèi)容的鞏固和理解。由于液壓支架的類型很多，因此其設(shè)計工作量也是很大的，由此可見，研制和開發(fā)新型液壓支架是必不可少的一個環(huán)節(jié)。為了有效的支護和控制頂板，必須設(shè)計出不同類型和不同結(jié)構(gòu)尺寸的液壓支架。為了滿足對煤炭增長的日益需要，必須大量生產(chǎn)綜合機械化采煤設(shè)備，迅速增加綜合機械化采煤工作面。兩柱掩護式支架的比重將大大增加，缸的直徑將增生360mm，端頭支架、輕放多用途支架將被廣泛使用。今后，我國的液壓支架的設(shè)計將朝技術(shù)含量大、鋼板強度高、移架速度快(6—8s／架)和電液控制閥的方向發(fā)展，對有破碎帶和斷層的工作面將加大支架的移架力，盡量采用整體可靠推桿和拾底座機構(gòu)，并減少于斤頂?shù)臄?shù)量。但在控制元件和控制系統(tǒng)方面，與先進國家的產(chǎn)品相比還有較大差距。在支架架型功能上我國與國外相差無兒，存些地方特別是特厚煤層用的放頂煤支架、鋪網(wǎng)支架、兩硬煤層的強力支架、端頭支架還有獨到之處．但國產(chǎn)液壓支架技術(shù)含量偏低，電液控制閥可靠性差，所用鋼材的耐壓能力一般為16MPa，最好的屈服極限才700MPa，液壓系統(tǒng)壓力在35MPa以下，流量在200L／min以內(nèi)，供液管直徑25—32mm，回液管直徑25—50mm，最快移架速度為10—12s／架(井下實際應用有時在20s以上)，工作阻力更是相對較低。使閥和油缸的體積減小，能適應無人采煤工作面的需要，設(shè)計遠程操作的新型全自動液壓支架。各種閥類的壓力等級加高．相應的強度增高液壓支架的質(zhì)量減輕。提高結(jié)構(gòu)性鋼材的強度，采用優(yōu)質(zhì)鋼材，減輕液壓支架的質(zhì)量，設(shè)計時可先進行技術(shù)經(jīng)濟比較，再選用合理的材質(zhì)。為了減輕支架質(zhì)量，降低成本，提高對煤層厚度變化和頂?shù)装鍡l件的適應性，使液壓支架的危險性變小，對同一型號設(shè)計成系列化，適應不同煤層厚度的要求。對液壓支架各部件進行受力分析和優(yōu)化設(shè)計，使結(jié)構(gòu)緊湊，使?jié)M足強度條件和配套的條件下，底座及頂梁盡量短些，使液壓支架輕型化。為適應煤層傾角小于等于的工作面，設(shè)計一種新型的大傾角工作面支架。為了加快綜采速度和無人采煤工作面的需要，設(shè)計一種能適應井上操作，既安全又可靠的新型端頭液壓支架。為適應頂板壓力特大的需要，還可將工作阻力設(shè)計成較大的液壓支架。為適應水采工作面的支護需要，設(shè)計一種水采工作面液壓支架。設(shè)計一種回采率高，夾矸少的放頂煤液壓支架。3)適用特種條件下的液壓支架(1)特厚煤層一次采全高液壓支架。日前國外正在設(shè)計一種前連桿帶油缸的液壓支架，油缸為雙作用單伸縮，上下腔都帶安全閥，當頂板水平