【正文】 重型支架，為適應(yīng)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。大傾角工作面支架，為適應(yīng)煤層傾角小于等于45度的工作面，設(shè)計一種新型的大傾角工作面支架。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，在滿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(yīng)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(yīng)不同煤層厚度的要求。提高結(jié)構(gòu)件鋼材的強度，采用優(yōu)質(zhì)鋼材，減輕液壓支架的質(zhì)量，設(shè)計時可先行進行技術(shù)經(jīng)濟比較，再選用合理的材質(zhì)。各種閥類的壓力等級加高，相應(yīng)的強度增高，使閥和油缸的體積減小，使液壓支架的質(zhì)量減輕。在采煤工作面的煤炭生產(chǎn)過程中，為了防止頂板冒落，維持一定的工作空間，保證工作人員安全和各項作業(yè)正常進行，必須對頂板進行支護。實踐表明液壓支架具有支護性能好、強度高、移架速度快 安全可靠等優(yōu)點。因此，液壓支架是技術(shù)上先進、經(jīng)濟上合理、安全上可靠，是實現(xiàn)采煤綜合機械化和自動化不可缺少的主要設(shè)備。 圖11 液壓支架的工作原理Fig .11 Hydraulic pressure support principle of work1) 升柱 當(dāng)需要支架上升支護頂板時，高壓乳化液進入立柱的活塞腔，另一腔回液，推動活塞上升，使與活塞桿相連接的頂梁緊緊接觸頂板。3) 支架和輸送機前移 支架和輸送機的前移，都是由底座上的推移千斤頂來完成的。按照液壓支架在采煤工作面安裝位置來劃分 有端頭液壓支架和中間液壓支架。中間液壓支架是安裝在除工作面端頭以外的采煤工作面上所有位置的支架。 支撐式支架支撐式支架的架型有垛式支架和節(jié)式支架兩種型式。因此底座堅固定，它靠支柱和頂梁的支撐作用控制工作面的頂板，維護工作空間。這類支架具有較大的支撐能力和良好的切頂性能，適用于頂板堅硬完整，周期壓力明顯或強烈，底板較硬的煤層。 b—divisiona掩護式支架有插腿式和非插腿式兩種型式。這類支架適用于直接頂不穩(wěn)定或中等穩(wěn)定的煤層。leg piece c－leg piece支撐掩護式支架架型主要用：四柱支在頂梁上；二柱支在頂梁；一柱或二柱支在掩護梁上。它的支撐力大，切頂性能好，防護性能好，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量大，價貴，不便于運輸。、要求和設(shè)計支架必要的基本參數(shù)采用綜合機械化采煤方法是大幅度增加煤炭產(chǎn)量、提高經(jīng)濟效益的必由之路。而每個綜采工作面平均需要安裝150臺液壓支架，可見對液壓支架的需要量是很大的。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。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)。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。2) 液壓支架要有足夠的推溜力和移架力。3) 防矸性能要好。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要求。7) 調(diào)高范圍要大，照明和通訊方便。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。11) 要易于拆卸，結(jié)構(gòu)要簡單。1).頂板條件根據(jù)老頂和直接頂?shù)姆诸悾瑢χЪ苓M行選型。3).瓦斯等級根據(jù)瓦斯等級，按保安規(guī)程規(guī)定，險算通風(fēng)斷面。5).工作面煤壁條件根據(jù)工作面煤壁條件，決定是否用護幫裝置。7).井筒罐籠尺寸根據(jù)井筒罐籠尺寸，考慮支架的運輸外形尺寸。4）支架間距所謂支架間距，就是相鄰兩支架中心之間的距離。支架間距bc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)刮板輸送機溜槽每節(jié)長度及槽幫上千斤頂連接塊的位置來確定， m，千斤頂連接位置在刮板槽槽幫中間，所以除節(jié)式和邁步式支架外，本設(shè)計取bc= m5）底座長度所謂底座，就是將頂板壓力傳遞到底板的穩(wěn)固支架的部件。通常，；支撐掩護式支架對底座長度取4倍的移架步距。（2）、2為增壓系數(shù)3四連桿機構(gòu)的設(shè)計四連桿機構(gòu)是掩護式支架和支撐掩護式支架的最重要部件之一。下面通過四連桿機構(gòu)動作過程的幾何特征進一步闡述其作用。1）支架高度在最大和最小范圍內(nèi)變化時，如圖31所示，頂梁端點運動軌跡的最大寬度e應(yīng)小于或等于70mm，最好在30mm以下。支架在最底位置時,為有利矸石下滑,防止矸石停留在掩護梁上,根據(jù)物理學(xué)摩擦理論可知,要求tgP＞W(wǎng),如果綱和矸石的摩擦系數(shù)W=,則P=,防止支架后部冒落巖石卡住后連桿，使支架不能下降，一般去Q=250～300，在特殊情況下需要角度較小時，可提高后連桿下絞點的高度。設(shè)計時，要使Q角滿足tgQ的范圍，其原因是Ｑ角直接影響支架承受附加力的數(shù)值大小。其原因是頂板來壓時，立柱讓下縮，使頂梁有向前移的趨勢，可防止巖石向后移動，又可以使作用在頂梁上的摩擦力指向采空區(qū)。水平力的合力也相應(yīng)減少，所以減輕了掩護梁外負載。當(dāng)已知掩護梁和后連桿的長度后，在設(shè)計時只要把掩護梁和后連桿簡化成曲柄滑塊機構(gòu)，如圖32所示（實際上液壓支架四連桿機構(gòu)屬雙搖桿機構(gòu)）圖32掩護梁和后連桿構(gòu)成曲柄滑塊機構(gòu) Shields Liang Hehou the connecting rod constitution crank slideorganization由于掩護式和支掩式液壓支架有四連桿機構(gòu)，所以使支架在承載過程中承受附加力，附加力越大，對支架受力越不力。液壓支架實際受載情況很復(fù)雜，為簡單計算，把支架簡化成一個平面桿系結(jié)構(gòu)。圖33頂梁分離受力分析 Topbeam separation stress analysis圖34掩護梁分離受力分析 Shields Liang to separate the stress analysis取 (31) 取 (32) 取 。由上式有： (34) 將該式變成通式為: (35) 立柱向后傾時，立柱的工作阻力取+；瞬心O點在頂梁和掩護梁鉸點水平線以下的取+；摩擦力向后取+。將上通式分解如下： (36) 式中 ——支架立柱工作阻力的垂直分力， ——支架承受的附加力。（1） 立柱傾角對附加力的影響 圖35立柱后傾的頂梁分離受力分析 Column to after topbeam separation stress analysis當(dāng)瞬心在下、立柱后傾時，由受力分析可看出,當(dāng)瞬心在下時，立柱向后傾，附加力為正，立柱前傾，附加力為負。（2） 摩擦力對附加力的影響圖36 頂梁前端雙紐線軌跡 Front end topbeam two Niu line path如圖36所示，當(dāng)支架由高到低頂梁前端的運動軌跡由a向b點運動時，瞬心點在下，值為正，且由大到小，一直到b為0 ；在這一段內(nèi)，當(dāng)支架在承受讓壓過程中，頂梁有向前運動的趨勢，從而使頂板給頂梁的摩擦力方向向后，摩擦力為正，附加力為正。 由以上分析可知：摩擦力引起的附加力都為正，附加力的大小與角的正負無關(guān)，與角的大小有關(guān)，角大附加力就大，反之則小。所以在優(yōu)化四連桿機構(gòu)時，盡可能使值小些。而且頂梁前端點運動軌跡的變化寬度也可以較小，有利支控頂板。所以在優(yōu)化時，為減少附加力，盡可能使支架的工作段，在ab段。圖37 四連桿示意圖 Four connecting rods schematic drawings當(dāng)夾角、和的比值不變，改變或不變延長后連桿長度等方法，來增加的比值，可以使角減小，附加力減小，對支架受力有利；當(dāng)改變角使的比值增加，對角變化不大，所以適當(dāng)增加的比值，可以減少掩護梁長度和對支架受力有利。前后連桿上鉸點與掩護梁長度比值對支架受力影響改變的比值，對角影響很大，如果這個比值適當(dāng)，可使角減小，值減小，附加力減小，掩護梁和前后連桿受力也減小。 用解析法來確定掩護梁和后連桿的長度，如圖38所示。and after rod map設(shè)： G掩護梁長度（mm）A— 后連桿長度（mm）其中：P1 —支架最高位置時，掩護梁與頂梁夾角(度)P2—支架最低位置時，掩護梁與頂梁夾角(度)Q1 —支架最高位置時，后連桿與底平面夾角（度）Q2—支架最低位置時，后連桿與底平面夾角（度） 按四連桿機構(gòu)的幾何特征要求，選定，由于支架型式不同，對于掩護式支支架,一般A/G的比值按以下范圍來?。篈/G=~,取A/G=。 具體作圖步驟如下：1)確定后連桿下鉸點O點的位置，使它比底座面略高2002)過O點作與底座面平行的水平線H—H線。4)在此斜線截取線段，長度等于A,a點為支架在最高位置時后連桿與掩護梁的鉸點。6)過e′點作H—H線的平行線，則HH線與F—F線的距離為H1，為液壓支架的最高位置時的計算高度。8)過O點作與H—H線夾角為Q2的斜線。10)過a〞點作與H—H線有交角P2的斜線，以a〞點為圓心，以G為半徑作弧交些斜線一點e〞，此點為支架在最低位置時，頂梁與掩護梁的鉸點。12)取〞線之間一點e〞為液壓支架降到此高度時掩護梁與頂梁鉸點。14)以e〞點為圓心，掩護梁長ˊ為半徑作弧，交前圓弧上一點aˊ，以點為液壓支架降到中間某一位置時，掩護梁與后連桿的鉸點。則b， bˊ,b〞三點為液壓支架在三個位置時 ，前連桿上鉸點。17)過C點H－H線作垂線，交點d，則線段,和為液壓支架四連桿機構(gòu)。圖39 液壓支架四連桿機構(gòu)的幾何作圖法Fig .39 hydropost fore rod is geometry同時，為有效地支控頂板，要求支架由高到低變化時，頂梁前端點與煤壁距離的變化要小。所以，只要令支架由高到低變化時，頂梁前端點運動軌跡似成直線為目標函數(shù)，這兩項要求都能滿足。支架在最高位置時：P1= ；Q1= 。圖310 四連桿機構(gòu)幾何特征圖 Four link motion gears geometry characteristic chart支架在最高位置時的TAN(THETA)，在優(yōu)化設(shè)計中。前連桿上鉸點至掩護梁之矩為:F=GB。(3)前連桿長度及角度的確定 為使頂梁上鉸點的運動軌跡最大寬度和THETA角盡量小,我們將支架在最高和最低以及后連桿與掩護梁成90度角時頂梁上鉸點的坐標定在一條垂直的直線上。B3點坐標：X3=F*COS（P3） Y3=B*SIN（P3）+A*SIN（Q3）其中P3=Q3=C點坐標：XC=（M*（Y2Y3）N*（Y3Y1））/T YC=（N*（X3X1）M*（X2X3））/T 其中，M=X3*X3X1*X1+Y3*Y3Y1*Y1N=X2*X2X3*X3+Y2*Y2Y3*Y3T=2[（X3X1）（Y2Y3）(Y3Y1)(X2X3)] (4)前連桿下鉸點的高度D和前，后連桿下鉸點在底座上的投影距離： D=YC E=E1XC、四連桿機構(gòu)的優(yōu)選前，后連桿的比值范圍：C/A=。E的長度:EH1/。TAN（THETA）=S/L其中，L=X6 S=H1Y6X6，Y6為掩護梁在頂點速度瞬心的坐標，通過幾何關(guān)系可求出、求掩護梁上鉸點軌跡坐標 X=A*COS（Q4）+G*COS（P4） Y=A*SIN（Q4）+G*SIN(P4) 其中，Q4為后連桿與底座夾角，P4為掩護梁與頂梁夾角。float o,u,c1,q3,q4,k,j,r,z,x,y,e1,x1,y1,p2,x2,y2,p3,x3,y3,m,n,t,k1,k2,x6,y6。scanf(%f,%f,amp。h2)。p1=。q1=。i=。i1。/*計算g,a,b,f*/ a=i*g。 f=gb。/*計算b1,b2,b3,c點坐標*/ x1=f*cos(p1)。 q2=。 if(gg0) gg=*gg。 x2=f*cos(p2)。 p3=(a/g)atan(e1/sqrt(g*g+a*ae1*e1))。 x3=f*cos(p3)。 m=x3*x3x1*x1+y3*y3y1*y1。 t=*((x3x1)*(y2y3)(y3y1)*(x2x3))。 yc=(n*(x3x1)m*(x2x3))/t。/*計算c,d,e*/ o=c/a。 d=yc。 x4=e1+a*cos(q1)。 x5=e1。 k1=(y1yc)/(x1xc)。 k2=(y4y5)/(x4x5)。 y6=k1*(x6x1)+y1。 /*計算l,s*/ s=h1y6。 if(u||u||d*h1||eh1/) continue。 xx=0。 for(q4=。q4=) {x1=a*cos(q4)。 j=*a*b*sin(q4)*b*d。 if((k*k*r*r(k*k+j*j)*(r*rj*j))) {ex=xxxi。continue。 p4=acos(z)。