【正文】 機(jī)構(gòu)的曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)軌跡時(shí)，應(yīng)盡量使支架的工作段要取雙紐線(xiàn)向前凸的那一段，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)，進(jìn)行作圖就可以了，其掩護(hù)梁和后連桿構(gòu)成的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)如圖 所示。 。～ 30176。為了安全可靠最低工作位置應(yīng)使 P≥ 25176?！?85176?！?62176。 四連桿機(jī)構(gòu) 尺寸設(shè)計(jì) 在設(shè)計(jì)四連桿機(jī)構(gòu)時(shí)，要根據(jù)四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征來(lái)確定。 四連桿機(jī)構(gòu)在具有以上諸作用的同時(shí)，也有一些缺點(diǎn)。這樣可使托梁鉸接點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)與煤壁接近于保持等距，當(dāng)梁端距處于允許值范圍之內(nèi)時(shí)，借此可以保證梁端頂板維護(hù)良好； （二） 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。 底座長(zhǎng)度的確定： 我的移步距取 800mm，那么得到底座長(zhǎng)是 2800mm。 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。因?yàn)樵谳斔蜋C(jī)向采空區(qū)方向歪斜，底版沿走向方向有下凹或運(yùn)輸機(jī)推移量不足時(shí)，采煤機(jī)的上滾筒和頂梁之間的距離就會(huì)減少，甚至相碰。我國(guó)綜采實(shí)踐認(rèn)為：梁端距的大小對(duì)支架前頂板的冒落情況有很大影響，尤其是破碎頂板，梁端距過(guò)大，會(huì)使頂板難以控制。生產(chǎn)實(shí)踐證明：決定支護(hù)效果的是頂梁前端到煤壁的距離，即梁端距越小，即使冒頂洞穴也不多。 支架間距 cb 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，我國(guó)刮板輸送機(jī)溜槽每節(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 。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。 取 1=200mmS ， 2 150S mm? ， 由 得 3200?mH ， 1400?nH 得， 3000?mh ， 1700?nh （二） 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。在選擇采煤機(jī)時(shí)著重考慮以下功率、牽引速度和技術(shù)先進(jìn)性與可靠性等因素，最終選定徐州中機(jī)礦山設(shè)備有限公司生產(chǎn)的MG180/420WDK 型采煤機(jī)。 10 根據(jù)工作面生產(chǎn)能力的要求以及采煤機(jī)、液壓支架和運(yùn)輸機(jī)的配套關(guān)系，參照國(guó)內(nèi)外工作面輸送機(jī)的技術(shù)參數(shù)以及該礦區(qū)近幾年綜采 “三機(jī)”配套成熟的經(jīng)驗(yàn)，最終選定SGZ764/264 型運(yùn)輸機(jī)。 為防止煤壁片幫，液壓支架增設(shè)二級(jí)護(hù)幫板，以增強(qiáng)對(duì)煤壁支護(hù)效果。初步確定工作阻力 為 3600KN，支護(hù)強(qiáng)度為 。根據(jù)采高的確定，中心距選 。如圖 所示： 9 圖 二柱支頂掩護(hù)式支架 采高的確定 支架最大高度選 ，根據(jù)雙伸縮立柱的伸縮比，支架的最低高度為 。支架的寬度應(yīng)與刮板輸送機(jī)中部槽長(zhǎng)度相一致，推移千斤頂?shù)男谐虘?yīng)比采煤機(jī)截深大 100— 200mm，支架沿工作面的移架速 度應(yīng)能跟上采煤機(jī)的工作牽引速度并能滿(mǎn)足生產(chǎn)指標(biāo)。 液壓支架的選型 液壓支架選型原則： 支護(hù)強(qiáng)度應(yīng)與工作面礦壓相適應(yīng)。 采煤機(jī)生產(chǎn)能力 (t／ h)=60(min／ h)采高 (m)截深 (m)采煤機(jī)牽引速度 (min／ m) 煤的密度 (t／ m3 )系數(shù) 刮板輸送機(jī)生產(chǎn)能力要高于采煤機(jī)的生產(chǎn)能力。 7 圖 液壓支架在工作面布置示意圖 1－采煤機(jī) ； 2－液壓支架 ； 3－傳送帶輸送機(jī) ； 4－轉(zhuǎn)載機(jī)； 5－刮板輸送機(jī)； 6－主進(jìn)液管 7－主回液管； 8－乳化液泵； 9－乳化液箱； 10－端頭支架； 11－單體液壓支柱； 8 2 工作面設(shè)備選型 工作面設(shè)備選型配套原則 生產(chǎn)能力配套 工作面生產(chǎn)能力取決于采煤機(jī)落煤能力，而刮板輸送機(jī)、液壓支架及運(yùn)輸巷運(yùn)輸 設(shè)備的運(yùn)輸能力要高于采煤機(jī)生產(chǎn)能力的 20％以上，要保證工作面高產(chǎn)，工作面運(yùn)輸設(shè)備的運(yùn)輸能力要大于采煤機(jī)的落煤能力，液壓支架的移架速度一定要滿(mǎn)足采煤機(jī)高產(chǎn)快速運(yùn)行的要求。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)、轉(zhuǎn)載機(jī)、乳化液泵站和油管等主要設(shè)備組成。當(dāng)需要支架前移時(shí)，先 6 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(gè)支架拉向煤壁；當(dāng)需 要推輸送機(jī)時(shí)，支架支撐頂板后，高壓液進(jìn)入推移千斤頂?shù)幕钊唬硪磺换匾?，以支架為支點(diǎn)，使活塞桿伸出，把輸送機(jī)推向煤壁。增阻性主要取決于液控單向 立柱的密封性能，恒阻性與可縮性主要由安全閥來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此安全閥、液控單向閥和立柱是保證支架性能的三個(gè)重要元件。 圖 液壓支架工作特性曲線(xiàn) 由以上分析可以看出，支架工作時(shí)的支撐力變化可分為三個(gè)階段，如圖 ，即：開(kāi)始升柱至單向閥關(guān)閉時(shí)的初撐增阻階段 t0，初撐后至安全閥開(kāi)啟前的增阻階段 t1，以及安全閥出現(xiàn)脈動(dòng)卸載時(shí)的恒阻階段 t2，這就是液壓支架的阻力－時(shí)間特性。 PO192345681171210 5 圖 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 升柱和降柱 當(dāng)需要支架上升支護(hù)頂板 時(shí)，高壓乳化液及進(jìn)入立柱的活塞腔，另一腔回液，推動(dòng)活塞上升，使于活塞桿相連接的頂梁緊緊接觸頂板。 液壓支架的工作原理 液壓支架在工作過(guò)程中，必須具備升、降、推、移四個(gè)基本動(dòng)作，這些動(dòng)作是利用泵站供給的乳化液通過(guò)工作性質(zhì)不同的幾個(gè)液壓缸來(lái)完成的。 如尤蘭礦用電流控制的兩柱掩護(hù)式支架，在 1995 年 8 月 8 日創(chuàng)下澳大利亞有史以來(lái)日產(chǎn) 萬(wàn) t 的最高紀(jì)錄，班產(chǎn)一直保持在 5 000 t～ 6 000 t。 美國(guó)綜采工作面最高日產(chǎn)超 7 萬(wàn)t，最高工效 1 336 t/工 。 支架平均工作阻力 6 470 kN（最大為 9 800 kN，支架寬度普遍增大，中心距達(dá)到 m，并向 2 m 發(fā)展，增大架寬有利于減少工作面架數(shù) 、 縮短移架時(shí)間 、 增加有效工作時(shí)間和提高單產(chǎn) 。 美國(guó)是世界上最先進(jìn)的采 煤國(guó)家，早在 1990 年就已采用額定壓力 50 MPa、 額定流量 478 L/min 的乳化液泵站，以實(shí)現(xiàn)支架快速推進(jìn)，移架速度達(dá) 6 s/架 ～ 8 s/架 。 支架還采用屈服強(qiáng)度 800 MPa～ 1 000 MPa 的鋼板，既有較高的強(qiáng)度 、 硬度和韌性，又具有良好的冷焊性能 。 新型液壓支架普遍具有微型電機(jī)或電磁鐵驅(qū)動(dòng)的 電液控制閥，推移千斤頂裝有位移傳感器，采煤機(jī)裝有紅外線(xiàn)傳感裝置，立柱缸徑超 400 mm。 二柱掩護(hù)式液壓支架的工作阻力 780 t，架寬 m，采用 PM4 型紅外線(xiàn)電液控制系統(tǒng)，由采煤機(jī)微電腦遠(yuǎn)距離控 4 制，支架立柱直徑超過(guò) 400 mm，移架速度 10 組 /min。 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際統(tǒng)計(jì)，前移一組支架大約需 1 min。 現(xiàn)在國(guó)外的普通綜采工作面液壓支架已實(shí)現(xiàn)了微機(jī)紅外線(xiàn)電液自動(dòng)控制，可成組 、 成排地向前移架，額定供液壓力達(dá)到 40MPa，流量 300 L/min～ 450 L/min，供液管徑 100 mm～ 120 mm，移架速度超過(guò)了 10 組 /min。 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。由于液壓支架的類(lèi)型很多，因此其設(shè)計(jì)的工作量也是很大的，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(lèi)型和不同結(jié)構(gòu)尺寸的液壓支架。而每 3 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。 液壓支架設(shè)計(jì)目的、要求和設(shè)計(jì)支架的必要參數(shù) 采用綜合機(jī)械化采煤機(jī)械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 。 到目前為止，適于我國(guó)高產(chǎn)高效的國(guó)產(chǎn)液壓支架有 20 余種架型，其中用于緩傾斜中厚煤層和緩傾斜厚煤層的各占一半 。 20 世紀(jì) 80 年代以來(lái)，開(kāi)發(fā)了適用于堅(jiān)硬頂板的大噸位 TZ— 720 型支架，分層開(kāi)采自動(dòng)鋪聯(lián)網(wǎng)支架 、放頂煤液壓支架及大流量安全閥和操縱閥等 。 20 世紀(jì) 70 年代末 80 年代初我國(guó)分三次大規(guī)模引進(jìn)國(guó)外支架，尤其是第三批引進(jìn)了當(dāng)時(shí)西方國(guó)家較為先進(jìn)的綜采設(shè)備共 100 套，其中液壓支架主要以二柱掩護(hù)式和四柱掩護(hù)式為主，支架的參數(shù)和性能比以往支架有了明顯的提高 。 1970 年在山西大同首次全工作面裝備了 TZ— 140 型垛式液壓支架 。 我國(guó)液壓支架的發(fā)展歷程經(jīng)歷了下列幾個(gè)階段 。 20 世紀(jì) 50 年代英國(guó)研制的垛式支架和法國(guó)研制的節(jié)式支架代替了木支架 、 金屬摩擦支架，開(kāi)辟了采煤工作面支護(hù)設(shè)備的技術(shù)革命； 60 年代前蘇聯(lián)研制并改進(jìn)的 OMKT 型掩護(hù)式支架（具有四連桿機(jī)構(gòu)），解決了支架梁端距變化大的問(wèn)題，開(kāi)辟了液壓支架設(shè)計(jì)的新時(shí)代；70 年代主要是 “ 立即支護(hù) ” 方式； 80 年代以來(lái)，為提高生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本，液壓支架在液壓性能和自動(dòng)化程度方面有了大幅度提高，如美國(guó) 、 澳大利亞的大部分長(zhǎng)壁工作面都采用了電液控制技術(shù)，可對(duì)液壓支架的各種動(dòng)作功能進(jìn)行多種方式的程序控制和性能監(jiān)測(cè) 。通過(guò)此次設(shè)計(jì)，能夠更好的梳理所學(xué)的知識(shí)，基本掌握機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)在機(jī)械設(shè)計(jì)方面的工作方法，同時(shí)提高獨(dú)立為完成工作的能力，為以后的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。綜上所述，大力發(fā)展綜采機(jī)械化采煤，研制和使用液壓支架式十分關(guān)鍵的。它使支架的支撐、切頂、移架和輸送機(jī)推移等工序全部實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化。普通機(jī)械化采煤采用金屬支架加鉸接頂梁；高檔普通機(jī)械化采用單位液壓支架加鉸接頂梁。 普通機(jī)械化采煤工作面的配套設(shè)備，有采煤機(jī)、可彎曲刮板輸送機(jī)和支護(hù)設(shè)備。端頭液壓支架簡(jiǎn)稱(chēng)端頭支架，專(zhuān)門(mén)安裝在每個(gè)采煤工作面的兩端。 采煤綜合機(jī)械化，是加速我國(guó)煤炭工業(yè)發(fā)展，大幅度提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，實(shí)現(xiàn)煤炭工業(yè)現(xiàn)代化的一項(xiàng)戰(zhàn)略措施。實(shí)現(xiàn)以信息技術(shù)和機(jī)電一體化技術(shù)為核心的綜合自動(dòng)化、以清潔生產(chǎn)和潔凈煤技術(shù)為基礎(chǔ)的潔凈化、以大企業(yè)集團(tuán)和多元 化經(jīng)營(yíng)為特征的集約化，即實(shí)現(xiàn)高效、安全、潔凈、結(jié)構(gòu)優(yōu)化，已成為新時(shí)期我國(guó)煤炭工業(yè)發(fā)展的方向。據(jù)國(guó)際能源署預(yù)測(cè)，從 20xx 到2020 年，一次商品能源需求年增長(zhǎng) ％， 2020 年我國(guó)煤炭需求量將超過(guò) 25 億 t，煤炭工業(yè)將有一個(gè)很大的發(fā)展。 液壓支架頂梁強(qiáng)度計(jì)算 ................................................ 31 強(qiáng)度條件 ..................................................... 35 頂梁強(qiáng)度校核 ................................................. 36 結(jié) 論 ..................................................................... 41 參考文獻(xiàn) ................................................................... 42 致謝 ....................................................................... 43 附錄 (一 )三維模型 ........................................................... 44 附錄 (二 )專(zhuān)業(yè)翻譯 ........................................................... 47 7 1 前言 煤炭是我國(guó)的主要能源，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中，具有重要的戰(zhàn)略地位。 1液壓支架的概述 ................