【正文】 紀(jì)80年代初，20年來，得到了迅速發(fā)展。低位放頂煤液壓支架的放煤口位置低，尺寸大，而且是連續(xù)的，多為插板式。支架尾梁還可以擺動，提高頂煤的回收率。[1][4] 放頂煤液壓支架結(jié)構(gòu)的基本特點1 一般采用整體性，穩(wěn)定性及掩護(hù)性好的支撐掩護(hù)式和掩護(hù)式液壓支架。3 支架受上部頂板和頂煤放落時的動載影響較大，因此要求支架縱向和側(cè)向穩(wěn)定性較高。為使操作，行人等比較方便，支架高度一般為2~3m。 放頂煤液壓支架適用范圍1 煤層厚度一般為5~12m左右，或者厚度變化比較大。3 對于松軟和易碎裂煤層，厚度為5~8m左右時，可選用掩護(hù)式支架，采用天窗式結(jié)構(gòu)，如單輸送機放頂煤支架；對于煤層較大，煤質(zhì)較硬，但節(jié)理發(fā)育，易碎裂的煤層，可用支撐掩護(hù)式支架，采用插板式或天窗插板式等結(jié)構(gòu)。5 工作面傾角一般不大于300。、頂板，設(shè)計低位放頂煤液壓支架，通過尾梁的控制實現(xiàn)性能優(yōu)良的放頂煤要求。根據(jù)設(shè)計任務(wù)，本次設(shè)計的液壓支架的頂板為2類Ⅱ級，查《支護(hù)手冊》選用四柱支撐掩護(hù)式液壓支架。分別為中（反）四連桿放頂煤液壓支架﹑中(正)四連桿放頂煤液壓支架、后四連桿放頂煤液壓支架。2大插板使尾梁放煤機構(gòu)，其尾梁千斤頂可雙位安裝，既可支設(shè)在頂梁上，也可只設(shè)在底座上，一般狀態(tài)是只設(shè)在頂梁上。尾梁搬動有利于落煤，插板伸縮值大，放煤口調(diào)節(jié)靈活，對于大煤塊的破碎能力強，可顯著提高頂煤的采出率。 4頂梁相對較長，掩護(hù)空間較大，通風(fēng)斷面大，而且對頂板的反復(fù)支撐可使較穩(wěn)定的頂煤在礦壓作用下預(yù)先斷裂破碎，利于放煤。 6底座對底板比壓分配合理，前端比壓較小，能適應(yīng)軟底板條件，移架阻力小，有利于順利移架。[14]圖22 中四連桿低位放頂煤液壓支架（正向）通過比較，在放煤機構(gòu)相同的情況下，因為工作底板較軟，因此反向四連桿低位放頂煤液壓支架比正向四連桿低位放頂煤液壓支架更為適合所給的條件。 中四連桿低位放頂煤液壓支架（擺動式放煤支架） 擺動式放煤機構(gòu)如下圖所示，由放煤千斤頂、小插板千斤頂、放煤擺動板組成，主體是放煤擺動板。 在放煤擺動板內(nèi)裝有可伸縮的小插板，小插板前端設(shè)有用于插煤的齒條，齒條下部有耳坐，與插板千斤頂聯(lián)接。[22]圖23 擺動式放煤機構(gòu)圖24 后四連桿低位放頂煤液壓支架 中四連桿低位放頂煤液壓支架，它的掩護(hù)梁由鉸接在頂梁的平衡千斤頂或鉸接在底座上的千斤頂支撐。這種結(jié)構(gòu)能夠滿足放煤工藝，放煤口及工作空間的要求。 后四連桿低位放頂煤液壓支架，支架后部由掩護(hù)梁，前后連桿，底座，尾梁行成工作空間，用以放煤和布置后輸送機。向下轉(zhuǎn)動尾梁時收回插板進(jìn)行放煤，可視情況反復(fù)多次進(jìn)行放煤。綜合以上三種方案，本次設(shè)計選取后四連桿低位放頂煤液壓支架形式進(jìn)行設(shè)計。為了滿足對煤炭日益增長的需要，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。由于不同采煤工作面的頂?shù)装鍡l件、煤層厚度、煤層傾角、煤層的物理機械性質(zhì)等的不同，對液壓支架的要求也不同。因此，液壓支架的設(shè)計工作時很重要的。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)。 2 液壓支架要有足夠的的推溜力和移架力。3 放矸性能要好。5 要求液壓支架能保證采煤工作面有足夠的通風(fēng)斷面，從而保證人員呼吸、稀釋有害氣體等安全方面的的要求。7 調(diào)高范圍大，照明和通信方便。9 要去支架有足夠的剛度，能夠承受一定的不均勻載荷和沖擊載荷。11 要易于拆卸，結(jié)構(gòu)簡單。 支架高度支架高度的確定原則，一般應(yīng)首先確定支架適用煤層的平均采高，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，然后確定支架高度對于大采高支架，按下式確定計算高度，即： 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初撐力所需要的支撐高度，一般取mm； ——頂板最大下沉量，一般取mm； ——移架時支架的最小可縮量，一般mm； ——浮矸石、浮煤厚度，一般取mm。 支架的伸縮比支架的伸縮比是指支架的最大與最小高度值之比，即： 支架的最大高度與最小高度之差為支架的調(diào)高范圍。由于液壓支架的使用壽命要求較長，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。 至 ，煤層較薄時選大值。一般根據(jù)單位缸長行程來確定，當(dāng)范圍內(nèi)可采用單伸縮。由支架的最大、最小高度，可得活塞的行程為 1500mm；而活塞全部縮回時立柱的總長，暫用支架的最小高度 1700mm。 支架間距的確定支架中心距一般等于工作面刮板輸送機一節(jié)溜槽的長度。而一般支架間距，按下式計算：式中 ——支架間距(支架中心距)，mm； ——每架支架頂梁寬度，mm； ——相鄰支架(或框架)頂梁之間的間隙，mm； ——每架所包含的組架的組數(shù)或框架數(shù)；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)長度及槽幫上千斤頂聯(lián)結(jié)塊的位置來確定，、,千斤頂聯(lián)結(jié)塊位置在溜槽長度的中間，所以除節(jié)式和邁步式支架外。在設(shè)計支架底座的長度時，應(yīng)考慮如下方面：支架對底板的接觸比壓要小；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；保證支架保持穩(wěn)定性。本文設(shè)計支架為支撐掩護(hù)式，估取底座長度為2400mm。同時為了防止當(dāng)采煤機向支架內(nèi)傾斜時，采煤機滾筒不截割頂梁，又考慮到采煤機截割時，不一定把煤壁截割成一個平面，所以在設(shè)計時，要求頂梁前端距煤壁最小距離為300mm，這個距離叫空頂距。一般為135～150mm，也是為了防止采煤機截割煤壁不齊，給推移輸送機留有一定距離。 頂梁的長度計算掩護(hù)式與支撐掩護(hù)式液壓支架頂梁長度計算公式：式中 配套尺寸——參考原煤炭部煤炭科學(xué)研究院編制的綜采設(shè)備配套圖冊確定； 底座長度——底座前端至連桿下鉸點的距離； e——支架由高到低頂梁前端點最大變化距離； ——如圖所示，支架在最高位置時，分別為后連桿和掩護(hù)梁與水平面的夾角。 頂梁寬度，本次設(shè)計取支架頂梁的最小寬度為1420mm,最大寬度為1590mm,選取雙側(cè)活動側(cè)護(hù)板，亦即頂梁側(cè)護(hù)板側(cè)推千斤頂?shù)男谐倘?70mm?！?頂梁覆蓋率頂板覆蓋率按下式計算：式中： ——頂梁覆蓋率； ——頂梁寬度（包括側(cè)護(hù)板伸出寬度），mm； ——頂梁總長度，mm； ——梁端距，mm； ——相鄰頂梁間間隙。此設(shè)計的頂梁覆蓋率： 支架立柱數(shù)的確定目前國內(nèi)支撐式液壓支架立柱數(shù)為2～6根，常用為4根；掩護(hù)式液壓支架為2根；支撐掩護(hù)式液壓支架為4根。故前排立柱取，后排立柱垂直布置。立柱間距的選擇原則為：有利于操作、行人和部件合理布置。本支架立柱間距選1m。根據(jù)前后連桿間行人的要求，對支撐掩護(hù)式液壓支架還要考慮立柱傾角的要求，分配前，后柱窩位置。支架常用頂梁形式有3種：整體頂梁、鉸接頂梁和楔形結(jié)構(gòu)頂梁。運輸時可以將前梁放下與頂梁垂直，以減小運輸尺寸。為順利移架，前梁間一般要留有100～150mm間隙，從而增加了破碎頂板漏矸的可能性。 立柱立柱是支架的承壓構(gòu)件，它長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、抗彎強度，良好的密封性能，結(jié)構(gòu)要簡單，并能適應(yīng)支架的工作要求。本次設(shè)計采用單伸縮機械加長立柱。掩護(hù)梁采用整體箱形鋼板焊接結(jié)構(gòu)，在掩護(hù)梁上端與頂梁鉸接，下部焊有與前后連桿鉸接的耳座。配置單向活動側(cè)護(hù)板，減少架間漏矸和防止大采高支架橫向傾倒?；顒觽?cè)護(hù)板裝在掩護(hù)梁的一側(cè)。 四連桿機構(gòu)由于考慮放頂煤后鉸接插板擺動千斤頂?shù)母缮鎲栴}，本次設(shè)計前后四連桿都采用單獨鉸接。2 能承受較大的水平力。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)滿足以下要求：支架在最高位置時，~，～；支架在最低位置時，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，,如果按鋼和矸石的摩擦系數(shù)為,即：,求得；為了安全可靠在最低工作位置時，應(yīng)使為宜，而Q角主要考慮掩護(hù)梁底部距底板要有一定的距離，防止支架后部冒落的巖石卡住后連桿，使支架不能降下來，一般取，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。本文取250mm。本文取450mm。圖中： ——掩護(hù)梁長度； ——后連桿長度； ——過E1點的垂直線到后連桿下鉸點之距； ——支架最高位置時的計算高度；mm ——支架最低位置時的計算高度；mm從幾何關(guān)系可以列出: (41) (42)Y由（41）、（42）聯(lián)立解得： (43)按四連桿機構(gòu)的幾何特征所要求的角度，選定：圖41 掩護(hù)梁和后連桿計算示意圖將數(shù)據(jù)代入（43）得： 支架在最高位置時的值為：因此掩護(hù)梁的長度為：?。篖=1600 mm后連桿長度為：一般， 故?。簃m根據(jù)掩護(hù)梁長度和后連桿長度重新計算出：圖42 液壓支架四連桿機構(gòu)幾何關(guān)系圖作圖步驟如下： (1) 確定后連桿下鉸點O點的位置，使它大體比底座略高，一般為200～250mm，考慮太低安裝銷子困難，太高底座又笨重。 (2) 過O點作水平線H－H線與底座相平行。 (4) 以O(shè)點為圓心，以L1為半徑作圓，與該直線相交于A點，即為后連桿與掩護(hù)梁的上鉸點。 (6) 以A點為圓心，以L為半徑作圓，與該直線相交于E1點，即為掩護(hù)梁、與頂梁的鉸點。 (8) 以A點為圓心，即為前連桿的上鉸點。假設(shè)在液壓支架升降過程中，E1點近似在此直線上滑動。 (11) 取E1E3中點為E2點，為液壓支架在降到中間位置時，掩護(hù)梁與頂梁的鉸點。 (13) 以E2點為圓心，以掩護(hù)梁長L為半徑作圓，與圓弧相交于A1點，此點為液壓支架在降到中間位置時，掩護(hù)梁與后連桿的鉸點。 (15) 以A1點為圓心，與E2A1相交于B1點。即B、BB2三個點為液壓支架在三個位置時的前連桿的上鉸點。 (17) 分別作B B1和B1 B2的垂直平分線交于C點，即為前連桿的下鉸點，BC為前連桿的長度。則AO、AB、BC、CD為液支架的的四連桿機構(gòu)。通過比較和對本次設(shè)計任務(wù)的環(huán)境適應(yīng)性分析，最終決定本次設(shè)計采用整體式剛性底座，它的整體性剛度和強度好，底座接觸面積大，有利于減小對底板的比壓。支架常用的活動側(cè)護(hù)板形式有3種，即直角式單側(cè)活動側(cè)護(hù)板、直角式雙側(cè)活動側(cè)護(hù)板和折頁式單側(cè)活動側(cè)護(hù)板。 千斤頂 推移千斤頂推移千斤頂按連接方式分有直接連接方式、框架連接方式和浮動活塞式。 側(cè)推千斤頂作用：側(cè)推千斤頂伸出時，使活動側(cè)護(hù)板外移，可密閉架間間隙，起到防矸、導(dǎo)向、防倒和調(diào)架的作用；側(cè)推千斤頂縮回時，使活動側(cè)護(hù)板縮回，可以減少移駕阻力。 前梁千斤頂前梁千斤頂?shù)母左w用圓柱銷固定在主梁下的耳座上，活塞桿與前梁相連。挑梁可以使前梁上下擺動，加大前梁端部的支撐力。護(hù)幫千斤頂?shù)母左w用銷軸固定在前梁上，活塞桿固定在護(hù)幫板上。在千斤頂活塞腔油路上加液控單向閥鎖緊，并加安全閥進(jìn)行保護(hù)。 后推移輸送機千斤頂后推移千斤頂主要用于放頂煤開采后輸送機的調(diào)整，跟推移千斤頂類似，只是不需要較大的拉架力。由于這兩種放煤機夠都有自己配套的支架結(jié)構(gòu)形式，本次設(shè)計采用了支撐掩護(hù)式液壓支架的結(jié)構(gòu)，因此這里設(shè)計成在掩護(hù)梁后鉸接一個插板的放煤結(jié)構(gòu)。 2．伸出插板阻擋矸石進(jìn)入后部運輸機；同時在插板下部外表面焊接有耳座，用于連接插板擺動千斤頂，以實現(xiàn)插板的擺動，有利于放煤。第5章 液壓支架受力分析支護(hù)強度是指支架對單位面積頂板提供的工作阻力。式中 —— 支架頂梁長度，mm； —— 梁端距，mm； —— 支架頂梁寬度，mm； —— 相鄰支架頂梁間隙，mm。較大的初撐力能使支架較快達(dá)到工作阻力，減緩頂板的早期下沉速度，增加頂板的穩(wěn)定性。一般取初撐力為倍的工作阻力。一般薄煤層支架的移架力為100～150 kN；中厚煤層支架為150～300 kN；厚煤層支架為300～400 kN。 根據(jù)設(shè)計要求：取移架力為300kN，推溜力為150kN。 本支架中，=4000kN，=4，=40MPa， = 10176。將數(shù)據(jù)代入（53）式得：圓整，取mm。因此，取泵站壓力為32MPa。將數(shù)據(jù)代入（55）、（56）得:即 取40MPa合理立柱工作阻力按下式進(jìn)行計算： （57）將數(shù)據(jù)代入（57）式得： 液壓支架立柱強度驗算表52 液壓支架立柱已知參數(shù)初撐力1005工作阻力1256油缸外徑245活柱外徑180油缸內(nèi)徑200活柱內(nèi)徑150續(xù)表加長