【正文】 長(zhǎng)期處于高壓受力狀態(tài)，它除應(yīng)具有合理的工作阻力和可靠的工作特性外，還必須有足夠的抗壓，抗彎曲度，良好的密封性能，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并能適應(yīng)支架的工作要求。大采高液壓支架總體設(shè)計(jì)滿足配套設(shè)備要求，實(shí)現(xiàn)2．8～6．3 m調(diào)高比，支護(hù)強(qiáng)度在1MPa以上，總體受力狀態(tài)及雙扭線優(yōu)化合理，穩(wěn)定性好，可靠性高，對(duì)頂板、底板適應(yīng)能力強(qiáng)。5 大采高液壓支架主要部件選擇設(shè)計(jì)它主要是由金屬結(jié)構(gòu)件和液壓操控系統(tǒng)組成。 (413)式中： —工作面風(fēng)速（m/s）；—支架在采煤工作面的通風(fēng)斷面積（m2）；—采煤工作面所需風(fēng)量（m3/min）；；—通風(fēng)不均系數(shù)，一般取=；—保安規(guī)程允許的朝氣含量，一般取=1%；；—日產(chǎn)量（T）；—一分鐘產(chǎn)生一噸煤沼氣涌出量，一般取=14(/min)。根據(jù)煤安規(guī)程規(guī)定，工作面風(fēng)速應(yīng)小于5m/s。因此必須驗(yàn)算通風(fēng)斷面積。在過(guò)風(fēng)量一定時(shí)，采煤工作面的通風(fēng)斷面積不應(yīng)過(guò)小。故選立柱數(shù)目為2。+300+400) +200 =4924mm 立柱布置本支架采用雙伸縮立柱。頂梁長(zhǎng)度=(3540+3360+2652cos75176。選取采煤機(jī)型號(hào)為MG750/1910WD型交流電牽引采煤機(jī)，外形尺寸（長(zhǎng)寬高）（mm）為1715029502120，截深800 mm。圖4—6 支架工作方式比較圖 — 先推溜后移架工作方式（活塞桿處于收縮狀態(tài)） — 先移架后推溜工作方式（活塞桿處于伸出狀態(tài)）支架在工作面的相對(duì)位置關(guān)系如圖47所示。這是因?yàn)椴捎孟纫萍芎笸屏锏墓ぷ鞣绞綍r(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)。 頂梁長(zhǎng)度的確定 支架工作方式對(duì)頂梁長(zhǎng)度的影響 支架工作方式對(duì)頂梁長(zhǎng)度的影響很大，如圖4—6所示。圖4—4 液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)幾何圖作圖步驟如下：確定后連桿下鉸點(diǎn)O的位置，使它大體比底座略高,一般為200~250mm，太低安裝銷子困難，太高底座笨重；過(guò)O點(diǎn)作與底座底面平行的水平線H—H線；過(guò)O點(diǎn)作與H—H線相交為角的線；以O(shè)點(diǎn)為圓心，A為半徑，與上線交一點(diǎn)a，即為后連桿與掩護(hù)梁的上鉸點(diǎn)；過(guò)a點(diǎn)作與H—H線相交為P角的斜線，以a點(diǎn)為圓心,G為半徑腳一點(diǎn)，此點(diǎn)為掩護(hù)梁與頂梁的鉸點(diǎn)； 過(guò)點(diǎn)作與H—H線的平行線F—F線，則H—H線與F—F線的距離為，為液壓支架最高位置時(shí)的計(jì)算高度；以a點(diǎn)為圓心，~，在掩護(hù)梁上交一點(diǎn)b，為前連桿上鉸點(diǎn)的位置；過(guò)點(diǎn)作F—F線的垂線(認(rèn)為液壓支架在升降時(shí)，點(diǎn)近似在此直線上滑動(dòng))；在垂線上作液壓支架在最低位置時(shí)，頂梁與掩護(hù)梁的鉸點(diǎn)為；取中點(diǎn)為點(diǎn)，為液壓支架降到中間位置時(shí)掩護(hù)梁與頂梁的鉸點(diǎn)；1以O(shè)點(diǎn)為圓心，為半徑作圓弧；1以為圓心，掩護(hù)梁長(zhǎng)為半徑，交圓弧上一點(diǎn)，此點(diǎn)為液壓支架降到中間位置時(shí)，掩護(hù)梁與后連桿的鉸點(diǎn)；1以為圓心，掩護(hù)梁長(zhǎng)為半徑，交圓弧上一點(diǎn)， 此點(diǎn)為液壓支架降到最低位置時(shí)，掩護(hù)梁與后連桿的鉸點(diǎn)；1連接、。、=6000mm、=3500mm代入（4—7）==而支架在最高位置時(shí)的值為： （4—8）因此掩護(hù)梁的長(zhǎng)度為： （4—9）= =4081mm后連桿長(zhǎng)度為：=4081=2652mm （4—10）掩護(hù)梁長(zhǎng)度和后連桿長(zhǎng)度求出后取整數(shù)，再重新標(biāo)出、的角度，從而這幾個(gè)參數(shù)新算確定了。、=75176。已知= m，=取=58176。用解析法來(lái)確定掩護(hù)梁和后連桿的長(zhǎng)度，如圖4—3所示：設(shè)：G—掩護(hù)梁長(zhǎng)度；A—后連桿長(zhǎng)度；—點(diǎn)垂直線到后連桿鉸點(diǎn)之距；—支架最高位置時(shí)的計(jì)算高度；—支架最低位置時(shí)的計(jì)算高度。確定掩護(hù)梁上鉸點(diǎn)至頂梁頂面之距（預(yù)確定為160mm），和后連桿下鉸點(diǎn)至底座底面之距（預(yù)確定為440mm）。從這個(gè)觀點(diǎn)出發(fā)，只要按支架在工作段，支架由高到低，在掩護(hù)梁的上鉸點(diǎn)所作的運(yùn)動(dòng)軌跡上，任找?guī)c(diǎn)（為作圖方便起見(jiàn)，可找出支架上高、中、低三個(gè)位置時(shí)上鉸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡上的三點(diǎn)），把掩護(hù)梁上前連桿上鉸點(diǎn)連線的垂直平分線所交的一點(diǎn)為前連桿的下鉸點(diǎn)。 四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)從圖4—2可以看出，當(dāng)掩護(hù)梁和后連桿已知，只要找到前連桿的長(zhǎng)度和位置就可以了。；（3）圖2—1可知，掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn)和瞬時(shí)中心之間的連線與水平線夾角為，設(shè)計(jì)時(shí)，要使tan≤，主要原因是角直接影響附加力的數(shù)值大小；（4）支架的工作段要取曲線向前凸的那一段，如圖2—1的h段，其原因?yàn)楫?dāng)頂板來(lái)壓時(shí)，立柱讓壓而下縮，使頂梁有前移的趨勢(shì)防止巖石向右移動(dòng)，又可以使作用在頂梁的摩擦力指向老塘，同時(shí)底板阻止底座向右移，使整個(gè)支架產(chǎn)生順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)，從而增加了前梁端部的支護(hù)力，防止頂梁前端頂板冒落又可以使底座前端比壓減小，可防止啃底，有利移架；再則減少了水平力的合力，由于支架所承受的水平力有掩護(hù)梁來(lái)克服，所以減輕了掩護(hù)梁的受力。為宜，而角主要考慮掩護(hù)梁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，使支架不能降下來(lái)，一般取Q≥25176。；支架在最低位置時(shí)，考慮矸石便于下滑，以防矸石停留在掩護(hù)梁上，根據(jù)物理學(xué)摩擦理論可知，則要求，如果按鋼和矸石的摩擦系數(shù)f=，可求得，則P=176。Q≤75176。其四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征如下：（1）支架從最高高度降到最低高度時(shí)，如圖4—1所示頂梁端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的最大寬度應(yīng)小于或等于70，最好為30以下；θ 圖4—1四連桿機(jī)構(gòu)幾何特征圖（2）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，為圖4—1所示，應(yīng)滿足如下要求：支架在最高位置時(shí)，P≤52176。首先，支架在工作過(guò)程當(dāng)中，四連桿機(jī)構(gòu)必須承受很大的內(nèi)力，從而導(dǎo)致支架結(jié)構(gòu)尺寸的加大和重量的增加；其次，由于四連桿機(jī)構(gòu)對(duì)頂板產(chǎn)生一個(gè)水平力（又稱水平支撐力），因此對(duì)支架的工作性能將產(chǎn)生不良影響。由于它處在隔離采空區(qū)的位置，故可以起到良好的擋矸作用；3．抵抗水平力 觀測(cè)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(gè)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；4．提高支架穩(wěn)定性 鑒于四連桿機(jī)構(gòu)將液壓支架連成一個(gè)重量較大的整體，在支架承載階段，其穩(wěn)定程度較高。 支架四連桿機(jī)構(gòu)的確定 四連桿機(jī)構(gòu)的作用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(dòng)，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。 支架底座長(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)底板的比壓要小，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。梁端距是考慮由于工作面頂板起伏不平造成輸送機(jī)和采煤機(jī)的傾斜，以及采煤機(jī)割煤時(shí)垂直分力使搖臂和滾筒向液壓支架傾斜，為避免割到頂梁而留的安全距離。支架間距主要根據(jù)支架形式確定，但目前主要根據(jù)刮板輸送機(jī)溜槽每節(jié)長(zhǎng)度及槽幫上千斤頂連接的位置來(lái)確定，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。但是考慮盡量減輕支架重量，降低造價(jià)，可搞系列化，加強(qiáng)支架對(duì)頂?shù)装宓倪m應(yīng)性，降低伸縮比，盡量采用單伸縮油缸或帶機(jī)械加長(zhǎng)桿來(lái)增加調(diào)高范圍。支架的伸縮比液壓支架的使用壽命較長(zhǎng)，并可能被安裝在不同的采煤工作面，所以，支架應(yīng)具有較大的伸縮比。表3—3工作面設(shè)備配套匯總表設(shè)備名稱產(chǎn)地型號(hào)技術(shù)參數(shù)采煤機(jī)西安MG750/1910WD裝機(jī)功率為1910KW，供電電壓為3300V，液壓支架鄭州ZY8000/35/60工作阻力為8000KN，刮板輸送機(jī)張家口SGZ1000/3000運(yùn)輸能力為3000t/h，總裝機(jī)功率為3*1000kw，電壓等級(jí)為3300v轉(zhuǎn)載機(jī)張家口SZZ1350/525運(yùn)輸能力為4000t/h，總裝機(jī)功率為525kw，電壓等級(jí)為3300v破碎機(jī)張家口PCM400破碎能力為4000t/h，總裝機(jī)功率為400kw，電壓等級(jí)為3300v乳化液泵無(wú)錫煤機(jī)廠BRW400/，額定流量400L/min，數(shù)量為2臺(tái)帶式輸送機(jī)山西煤機(jī)廠SSJ1200/2*250功率為500KW，輸送帶寬度為1200mm，運(yùn)輸能力為1400t/h4 大采高液壓支架整體結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) 支架高度,支架間距,底座長(zhǎng)度的確定 支架的高度和支架的伸縮比支架高度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(lái)確定， 其最大與最小高度為： （41） （42）式中： ——支架最大高度（mm）；——支架最小高度（mm）；——煤層最大厚度（mm）；——煤層最小厚度（mm）；——考慮偽頂、煤皮冒落后仍有可能靠初撐力所需要的支撐高度，一般取200～300mm；——頂板最大下沉量，一般取100～200mm；——移架時(shí)支架的最小可縮量，一般取50mm；——浮矸石、浮煤厚度，一般取50mm。 刮板運(yùn)輸機(jī)選型刮板輸送機(jī)選型原則： 刮板輸送機(jī)應(yīng)能保證工作面落煤生產(chǎn)能力需要，；結(jié)構(gòu)形式一般與采煤機(jī)相配套，輸送機(jī)槽的結(jié)構(gòu)應(yīng)與工作外面底板條相適應(yīng)，并應(yīng)考慮與采煤機(jī)底板托架和行走機(jī)構(gòu)尺寸相匹配；輸送機(jī)鋪設(shè)長(zhǎng)度可根據(jù)刮板輸送機(jī)技術(shù)特征、輸送量、鏈速和工作面傾角等因素確定。國(guó)外采煤機(jī)一般開(kāi)機(jī)率在70—95%，而國(guó)產(chǎn)采煤機(jī)的開(kāi)機(jī)率在50%—60%左右。（3）技術(shù)先進(jìn)性與可靠性目前，國(guó)內(nèi)外采煤機(jī)的發(fā)展主流為交流電牽引采煤機(jī)。該面煤層硬度低，易于切割，但面內(nèi)斷層較多，煤層起伏及傾角變化較大，為保證遇斷層時(shí)具有足夠的切割巖石的能力，實(shí)現(xiàn)連續(xù)、高效回采，故該面應(yīng)選擇大功率采煤機(jī)。 采煤機(jī)選型采煤機(jī)的選型直接關(guān)系到安全高效能否實(shí)現(xiàn)。P==9581KN式中：P—支架工作阻力；Kp—?jiǎng)虞d系數(shù)()； s—支架的支護(hù)面積(㎡)；通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外架型分析、研究，結(jié)合該工作面開(kāi)采技術(shù)條件，最終選定支護(hù)強(qiáng)度為1Mpa的ZY10800/28/63型支架作為該工作面支架，能夠保證工作面支護(hù)強(qiáng)度。目前，國(guó)內(nèi)外確定支架支護(hù)強(qiáng)度和工作阻力，通常采用巖重倍數(shù)法和經(jīng)驗(yàn)類此法來(lái)估算。從大采高支架使用的穩(wěn)定性和配合采煤機(jī)牽引速度實(shí)現(xiàn)快速采煤考慮。根據(jù)雙伸縮立柱的伸縮比。如圖3—2所示：圖3—2二柱掩護(hù)式支架—。 架型的確定該工作面煤質(zhì)較松軟(f=～)，頂板中等穩(wěn)定，底板巖性較軟，且工作面內(nèi)發(fā)育斷層較少，煤層起伏變化不大大。支架的初撐力和工作阻力要適應(yīng)直接頂和基本頂巖層移動(dòng)產(chǎn)生的壓力，將空頂區(qū)的頂板移近量控制到最小程度；支架結(jié)構(gòu)應(yīng)與煤層賦存條件相適應(yīng)；支護(hù)斷面應(yīng)與通風(fēng)要求相適應(yīng)，保證足夠風(fēng)量，且風(fēng)速不能超過(guò)規(guī)定值；液壓支架應(yīng)與采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)等設(shè)備相匹配。綜合機(jī)械化采煤是將工作面的落煤、裝煤、運(yùn)煤、支護(hù)的各個(gè)環(huán)節(jié)有機(jī)的聯(lián)系在一起，使各個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)機(jī)械化的過(guò)程，各設(shè)備之間的合理匹配，將使效率顯著提高，勞動(dòng)條件將有很大改善。(三)空間配套 從安全角度出發(fā)，支架前柱到煤壁的無(wú)立柱空間寬度越小越好。 液壓支架生產(chǎn)能力的確定，為了保證工作面采煤機(jī)連續(xù)截煤，整個(gè)工作面支架的移機(jī)速度應(yīng)大干采煤機(jī)連續(xù)截煤的平均截煤牽引速度。采煤機(jī)生產(chǎn)能力選擇，采煤機(jī)的生產(chǎn)能力的決定是依據(jù)工作面的年產(chǎn)量及每小時(shí)生產(chǎn)能力而確定的。3 大采高工作面概況及設(shè)備選型 工作面總體來(lái)壓情況圖3—1大采高工作面總體來(lái)壓規(guī)律表3—1頂板跨落來(lái)壓特征可以看出，在第1關(guān)鍵層(20m處)斷裂、垮落后，工作面來(lái)壓明顯增加，導(dǎo)致支架初撐力不足，斷裂線向煤壁方向移動(dòng)，同時(shí)破斷角增大，工作面壓力顯現(xiàn)明顯。雖然支架的液壓缸（立柱和千斤頂）種類、數(shù)量很多，但其液壓系統(tǒng)都是采用多執(zhí)行元件的并聯(lián)系統(tǒng)。（8）配套尺寸 根據(jù)配套尺寸及支護(hù)方式來(lái)計(jì)算頂梁長(zhǎng)度。（6）煤層傾角 根據(jù)煤層傾角，決定是否選用防倒防滑裝置。（4）底板巖性及小時(shí)涌水量 根據(jù)底板巖性及小時(shí)涌水量驗(yàn)算底板比壓。（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。由于液壓支架的類型很多，因此其設(shè)計(jì)工作量也是很大的，由此可見(jiàn)，研制和開(kāi)發(fā)新型液壓支架是必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。為了有效的支護(hù)和控制頂板，必須設(shè)計(jì)出不同類型和不同結(jié)構(gòu)尺寸的液壓支架。而且每個(gè)綜采工作面平均需要安裝150臺(tái)液壓支架，可見(jiàn)對(duì)液壓支架的需要量是很大的。 設(shè)計(jì)目的采用綜合機(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。復(fù)合支護(hù)的特點(diǎn)是，支護(hù)滯后時(shí)間短，但增加了反復(fù)支撐次數(shù)?？捎糜诜€(wěn)定、完整的頂板。滯后支護(hù)一般循環(huán)方式為：割煤—推溜—移架。即時(shí)支護(hù)的特點(diǎn)是，頂板暴露時(shí)間短，梁端距較小。3個(gè)工序的不同組合順序，可形成液壓支架的3種支護(hù)方式，從而決定工作面“三機(jī)”的不同配套關(guān)系。從而對(duì)頂板進(jìn)行及時(shí)支護(hù)，防止頂板冒落，保持一定的作業(yè)空間，確保綜采工作面人員和設(shè)備的安全，實(shí)現(xiàn)頂板管理及采煤作業(yè)過(guò)程機(jī)械化，提高采煤工作效率。此時(shí)，推溜千斤頂?shù)幕钊麠U又處于伸出狀態(tài)（DD截面），以便完成下一個(gè)動(dòng)作過(guò)程。支架支撐頂板后，以其為支點(diǎn)操作推溜千斤頂。此時(shí)，推溜千斤頂活塞桿處于伸出狀態(tài)，端間距為零，輸送機(jī)緊靠煤壁。采煤機(jī)每切割一刀，液壓支架依次完成降柱、移架、升柱和推溜四個(gè)主要?jiǎng)幼鬟^(guò)程。每個(gè)工作面一般由滾筒采煤機(jī)、液壓支架、刮板輸送機(jī)、