【正文】 煤壁；當需要輸送機時，支架支撐頂板后，高壓液體進入推移千斤頂活塞腔，另一腔回液，以支架為支點，使活塞桿伸出，把輸送機推向煤壁。為了滿足對煤炭日益增長的需求，必須大量生產(chǎn)綜合機械化采煤設備，迅速增加綜合機械化采煤工作面（簡稱綜采工作面）。 由于不同采煤工作面的頂板條 件、煤層厚度、煤層傾角、煤層的物理機械性質等的不同，對液壓支架的要求也不同。因此，液壓支架的設計工作是很重要的。 對液壓支架的基本要求 1．為了滿足采煤工藝及地質條件的要求，液壓支架要有足夠的初撐力和工作阻力，以便有效的控制頂板，保證合理的下沉量。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 至 250kN，厚煤層一般為 300kN～ 400kN。 4．排矸性能要好。 6．為了操作和生產(chǎn)的需要，要有足夠寬的人行道。 8．支架的穩(wěn)定性要好，底座最大比壓要小于規(guī)定值。 10．在滿足強度條件下，盡可能減輕支架的重量。 12．液壓元件要可靠。 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，以及支架的支護強度。 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 4 4．底板巖性和小時涌水量 根據(jù)底板巖性和小時涌水量驗算底板比壓。 6．煤層傾角 根據(jù)煤層傾角，決定是夠選用防滑防倒裝置。 8．配套尺寸 根據(jù)配套尺寸及支護方式來計算頂梁長度。 1． 支撐式支架利用立柱與頂梁直接支撐和控制工作面的頂板。 支撐式支架有垛式和節(jié)式之分。 2． 掩護式支架 掩護式支架利用立柱、短頂梁支撐頂板，利用掩護梁來防止巖石落入工作面。 3．支撐掩護式支架 支撐掩護式支架具有支撐式的頂梁和掩護式的掩護梁，它兼有切頂性能河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 5 和防護作用，適于壓力較大、易于冒落的中等穩(wěn)定或穩(wěn)定的頂板。前、后立柱交叉布置的支架適用于薄煤層。 2．承受頂板的壓力。 底座 用途： 1．為支架的其他結構件和工作機構提供安設的基礎。 3．將立柱和前后連桿傳遞的頂板壓力傳遞給底板。 2．掩護梁承受對支架的水平作用力及偏載扭矩。 活動側護板 用途： 1．與鄰架的頂梁、掩護梁和后連桿的固定側護板相貼，構成了指甲的擋矸屏障。 3．利用側推千斤頂可調(diào)整支架的橫向位置或防倒扶正支架。 液壓支架的液壓系統(tǒng) 液壓支架由不同數(shù)量的立柱和千斤頂組成，采用不同的操縱閥以實現(xiàn)升柱、降柱、移架、推溜等動作。 液壓支架傳動系統(tǒng)的基本要求 對于液壓支架的傳動裝置，應具有以下基本要求：采用結構比較簡單，設備外形尺寸小，能遠距離的傳送大的能量；能 承受較大載荷；沒有復雜的傳動機構；在爆炸危險和含塵的空氣里保證安全工作；動作迅速；操作調(diào)節(jié)簡單；過載及損壞保護簡單。 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 7 液壓支架的液壓傳動特點 液壓支架的液壓傳動，與其他機械的容積式液壓傳動有很大的區(qū)別，其特點如下： 工作液的壓力高（管路內(nèi)的壓力達 20～ 40MPa，立柱內(nèi)的壓力達 30～70MPa），流量大（ 30～ 150l/min）； 在液壓系統(tǒng)中，采用粘度低和容量大的液體為工作介質； 液壓缸、操縱閥，其他調(diào)節(jié)和控制裝置 等總的數(shù)量大（高壓泵 1～ 6 臺，液壓缸 300～ 1500 個，安全閥 150～ 300 個，還有同樣數(shù)量的液控單向閥）； 很長的液壓管路（ 200～ 300m剛性管， 500～ 3000m高壓軟管） 。 這些基本特點決定了液壓傳動元件以及整個系統(tǒng)在結構上的特點，即： 液壓支架是以單節(jié)支架為單元的，這就決定了液壓系統(tǒng)的構成，即工作面支架和端頭支架的液壓系統(tǒng)成為液壓支架的基本組成部分。其中每個部分都具有其獨立的功能，在改善液壓傳動或者制定新的方案時，一般都可以單獨的加以研究。 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 8 1． 液壓支架架型的選擇首先要適合于頂板條件。 3． 當煤層厚度達到 ～ ，需要選擇有護幫裝置的掩護式或支撐掩護式支架。 4． 應使支架對底板的比壓不超過底板允許的抗壓強度。 5． 煤層傾角＜ 10176?！?25176。時，排頭支架應設防倒防滑裝置，工作面中部支架設底調(diào)千斤頂，工作面中部輸送機設防滑裝置。 7． 當煤層為軟煤時，支架最大采高一般 ≤；中硬煤時，支架最大采高一般 ≤；硬煤時，支架最大采高＜ 5m。 9． 斷層十分發(fā)育，煤層變化大，頂板的允許暴露面積在 5～ 8m2，時 間在 20min以上時，暫不宜采用綜采。在設計支架底座的長度時，應考慮如下方面：支架對底板的接觸比壓要?。恢Ъ軆?nèi)部應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。 因此，取底座長度為 2899 m 頂梁長度的確定 支架在工作面的相對位置如圖 所示： 1 3 4 圖 底座示意圖 2 耳座 3 立柱窩 4 底板 2 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 11 掩護式支架頂梁長度計算 頂梁長度 =[配套尺寸 +底座長度 + 1cosAQ? （ ） ][ 1G cos P? （ ） +300+e ]+掩護梁與頂梁鉸點至頂梁后端點之距（ mm） () 式中 配套尺寸 — 參考原煤炭部煤炭科學研究院編制的綜采設備配套圖冊確定； 底座長度 — 底座前端至后連桿下鉸點之距 e — 支架由高到低頂梁 前端點最大變化距離； 1Q 、 1P — 支架在最高位置時，分別為后連桿和掩護梁與水平面的夾角。 3 1 2 4 5 6 圖 支架在工作面的相對位置關系 1 頂梁 2 立柱 3 掩護梁 4 前連桿 5 后連桿 6 底座 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 12 立柱布置 目前國內(nèi)支撐式支架立柱數(shù)為 2~6 根，常用的為 4 根；掩護式支架為二柱；支撐掩護式支架為四柱。 ZY3200/14/32 型液壓支架選用單伸縮機械加長桿，如圖 所示。掩護式支架為傾斜布置，這樣可克服一部分水平力，并能增大調(diào)高范圍。 (支架在最低工作位置時 )，由于角度較大，可是調(diào)高范圍增加。支撐掩護式支架，根據(jù)結構要求呈傾斜或直立布置，一般立柱軸線與頂梁的垂直夾角小于 10176。 3．立柱間距 立柱間距指支撐式和支撐掩護式支架而言即前、后柱的間距。支撐式和支撐掩護式支架的立柱間距為 1~。 頂梁 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外，還要保證支護頂板的需要，如：有足夠的頂板覆蓋率；同時要求適應頂板的不平衡性，避免因局部應力而引起損壞。在鉸接護幫安裝 有護幫千斤頂，用來支撐靠近煤壁處的頂板，同時還可以使護幫上、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，構成封閉式棋盤形。支撐式支架后端焊有掛簾板，作為掛擋矸簾之用。 頂梁端面形狀和頂梁如 、 示 圖 頂梁斷面 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 14 底座 底座是將 頂板壓力傳遞到底板和穩(wěn)固支架的部件。 ZY3200/14/32 型 支架 的 底座結構選 用底分 式 剛性 底座，如圖 。同時底座后部重量大于前部，避免移架時啃底。在整體式底座后部中間去掉一塊鋼板，減少底座后部與底板的接觸面積，增加底座后部的比壓，同時有利于排矸。 立柱的結構由缸體、活塞、缸口和活塞桿等組成。一般用 27SiMn 無縫鋼管制成。 活塞是立柱的關鍵元件，對它的主要要求是保證密封性能良好，運動表面能承受外力的沖擊。用鋼制作活塞時，可在活塞上安裝導向環(huán)與缸體內(nèi)徑配合。在不承受橫向力或橫向力很小的情況下，可以用保護密封圈的尼龍擋圈兼做導向環(huán)。鼓型密封圈是兩個夾布 U型橡膠圈壓制而成的整體實心密封圈，它和兩個 L型防擠圈一起使用，適用于工作壓力 ～ ，在壓力小 于 時，可以不加擋圈。 鼓 型密封圈是一個 U型夾布橡膠圈和唇內(nèi)夾橡膠壓制而成的單向實心密封圈。工作壓力小于 時，可以不加擋圈。 活塞的軸向固定方式由三種：用螺帽加防松螺釘固定；用壓盤和螺釘固定；用半圓環(huán)加彈性擋圈固定。為防止在礦井條件下表面生銹和腐蝕，表面要鍍鉻，并要注意保護，防止外部硬傷。這種結構簡單，裝卸方便，但要求活塞桿外徑與缸體內(nèi)徑之間有比較大的空間，這種固定方式使用較多。當密封液體壓力較高時，可采用半圓環(huán)結構連接方式。 在設計支架時，應根據(jù)支架結構和配套要求合理選擇推移裝置的形式 ，并充分保證支架推移裝置對工作面條件和配套的適應性。 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 18 表 推移裝置的功能與主要連接型式 功 能 將輸送機推向煤壁，保證作業(yè)循環(huán) 將液壓支架拉向煤壁方向，及時支護頂板 框架或推桿與底座導向通道共同作為支架、輸送機移動時的導向，起一定的防滑作用 連接型式 直接連接 一端固定在支架底座（一般位于支架縱軸線上），另一端固定在輸送機或輸送機底托架上。這種方式減少了支架與輸送機之間的約束和影響、比較機動，但結構復雜 相鄰支架或支架節(jié)連接 這種方式一般用于節(jié)式或各種類型的組合邁步支架。少數(shù)為頂梁之間相連，稱為上移架機構。推輸送機千斤頂兩端分別同支架與輸送機相連，但數(shù)量可以減少，如 5~6m布置一個 推移桿的常用形 式有正拉式短推移桿和倒拉式長推移桿兩種。如圖 所示，結構簡單可靠，重量輕，被廣泛采用。支架移架速度應與采煤機截割牽引速度相適應。護幫千斤頂?shù)幕钊灰郝飞希b有液控單向 閥和安全閥，以保證護幫的初撐力和工作阻力。掩護梁上端與頂梁鉸接，下端通過前后連桿與底座鉸接，構成四連桿機構。 掩護梁上部設計了機械限位塊結構，當支架出現(xiàn)不正常工作狀況時，機械限河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 20 位起作用，頂梁與掩護梁的機械限位塊發(fā)生干涉作用，強制限位，防止支架呈現(xiàn)“放大炮”狀態(tài) ，避免頂梁過渡上仰，以保護平衡千斤頂、增強了支架的適應性和可靠性。 前、后連桿 ZY3200/14/32 型二柱掩護式液壓支架采用雙前連桿、整體后連桿式結構，前、后連桿均為箱形抗扭體，該箱形結構剛性好，強度高，能可靠地承受支架在工作過程中產(chǎn)生的扭轉力矩和水平載荷，保持支架的穩(wěn)定性。后連桿的防矸背板可有效防止采空區(qū)矸石竄入工作面。這樣可使托梁鉸接點運動時與煤壁接近于保持等距，當梁端距處于允許值范圍之內(nèi)時，借此可以保證梁端頂板維護良好。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。 4．提高支架穩(wěn)定性 鑒于四連桿機構將液壓支架連成一個重量較大的整體，在支架承載階段，其穩(wěn)定程度較高。首先，支架在工作過程當中，四連桿機構必須承受很大的內(nèi)力，從而導致支架結構尺寸的加大和河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 21 重量的增加；其次，由于四連桿機構對頂板產(chǎn)生一個水平力（又稱水平支撐力），因此對支架的工作性能將產(chǎn)生不良影響。 在最高位置時和最低位置時，頂梁與掩護梁的夾角 P 和后連桿與底平面的夾角 Q ，應滿足如下要求：支架在最高位置時， P ≤52176。Q ≤75176。；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梁上，根據(jù)物理學摩擦理論可知，要求 tanPW ，如果鋼和矸石的摩擦系數(shù)W =，則 P =176。為宜。一般取 Q ≥25176。在特殊情況下需要角度較小時，可提高后連桿下鉸點的高度。設計時，要使 ? 角滿足 tanθ ? 的范圍，其原因是 θ 角直接影響支架承受附加力 的數(shù)值大小。本設計鑒于各種方法的優(yōu)缺點，采用了計算機求解的方式來求解。同時，為有效的 控制 頂板，要求支架在某一高度時的 ? 角，恰好是頂梁前端點的雙紐線軌跡上的切線與頂梁垂線間的夾角。 四連桿機構的幾何特征，如圖 所示 。 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)論文 22 （ 2）后連桿與掩護梁的比值，掩護式支架為 I =~。 （ 3）前后連桿上絞點之距與掩護梁的比值為 I?1 ~。e 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 70e? mm以下 最好在 30mm以下 。 四連桿機構各部參數(shù)如圖 所示，圖中的 1H 為支架在最高位置時的計算高度。 ab =B 。 cd =D 。 39。 39。 1Jo =S 。Je =L 。 B IG?1 。為了簡化計算，對變量規(guī)定相應的步長如下： 1P 的步長為 ； 1Q 的步長為 弧度； 1I 的步長為 ； I 的步長，支撐掩護式為 。此處，步長也可根據(jù)精度自行確定不必遵循此規(guī)定。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，即：支架在最高和最低以及中間某一位置的三點。根據(jù)設計經(jīng)驗，當 ,e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