【正文】 一端通過框架與輸送機(jī)連接，另一端鉸接在支架底座前端的過橋上，形成用千斤頂?shù)睦ν埔戚斔蜋C(jī)，用千斤頂?shù)耐屏?，推力大，拉力小。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)推移千斤頂與底座的連接位置高于框架時(shí)，推移千斤頂能給移動(dòng)的底座以向上的分力；缺點(diǎn)是推移框架復(fù)雜，長度長，容易損壞。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)。 容積式液壓傳動(dòng)可最大限度的滿足這些要求，因此，所有液 壓支架均采用這種傳動(dòng)。為了滿足對(duì)煤炭日益增長的需求，必須大量生產(chǎn)綜合機(jī)械化采煤設(shè)備，迅速增加綜合機(jī)械化采煤工作面（簡(jiǎn)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(jī)械性質(zhì)等的不同，對(duì)液壓支架的要求也不同。因此 ，液壓支架的設(shè)計(jì)工作是很重要的。 對(duì)液壓支架的基本要求 (1) 為了滿足采煤工藝及地質(zhì)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 ～ 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?qū)挼娜诵械馈? (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(qiáng)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(hù)強(qiáng)度。 (4) 底板巖性和小時(shí)涌水量 根據(jù)底板巖性和小時(shí)涌水量驗(yàn)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(hù)方式來計(jì)算頂梁長度。一但冒落，瞬間頂板壓力顯著增大，支架立柱安全閥來不及釋放，立柱可能遭破 壞。 (2) 應(yīng)盡量減小掩護(hù)梁長度，增大掩護(hù)梁與水平夾角，減小掩護(hù)梁在水平線上的投影長度。如果在工作高度時(shí)，掩護(hù)梁大部分都能被頂梁所遮蓋是較為理想的。 (3) 支架掩護(hù)梁間的密封可嚴(yán)些，頂梁架間密封要求不十分嚴(yán)格，因?yàn)轫斄洪g漏矸的可能性較小。為此，安全閥流量的選擇應(yīng)考慮立柱缸徑、沖擊載荷來壓程度。 (6) 應(yīng)考慮支架可能承受的水平方向沖擊力。 液壓支架的設(shè)計(jì)動(dòng)向 21 世紀(jì)是以網(wǎng)絡(luò)信息為代表高科技迅猛發(fā)展的新時(shí)期，也是是煤礦以高效集約化生產(chǎn)為特征的新時(shí)期 ， 為了滿足高產(chǎn)綜采工作面生產(chǎn)發(fā)展的需要 ， 就煤炭綜采而言 ， 國外主要產(chǎn)煤國家從未停止過依靠更大的技術(shù)投入取得采煤更高經(jīng)濟(jì)效益的努力。液壓支架實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制后 ， 就可有效地克服上述缺點(diǎn) ， 實(shí)現(xiàn)對(duì)支架的電液控制 ，而且有多種控制方式可供選擇 ， 人員可在較安全的地方集中對(duì)整個(gè)工作面的支架進(jìn)行遠(yuǎn)程控制或程序控制。工作面的技術(shù) 設(shè)備又正在以迅猛之勢(shì)向前發(fā)展。 我國液壓支架經(jīng)過 20 多年的發(fā)展 ， 盡管取得了顯著成績 ， 在雙高礦井建設(shè)中出現(xiàn)過日產(chǎn)萬噸、甚至班產(chǎn)超萬噸的記錄 ， 但總體水平與世界先進(jìn)采煤國家仍存在一定差距。 今后 10 年 ， 我國的液壓支架將朝技術(shù)含量大、鋼板強(qiáng)度高、移架速度快 (6～ 8s/架 ) 和電液控制閥的方向發(fā)展 ， 對(duì)有破碎帶和斷層的工作面將加大支架的移架力 ， 盡量采用整體可靠推桿和抬底座機(jī)構(gòu) ， 并減少千斤頂?shù)臄?shù)量。 ZY 兩柱掩護(hù)式支架的比重將大大增加 ， 缸徑將增至Φ 360mm ， 端頭支架、輕放多用途支架將被廣泛使用。 中國礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 15 頁 作為一種回采工作面的支護(hù)設(shè)備，液壓支架的架型、結(jié)構(gòu)與相關(guān)參數(shù)，必須與回采工作面的頂、底板條件和煤層條件相適應(yīng)，才能取得良好的支護(hù)效果。即使對(duì)于緩傾斜中厚煤層的液壓支架，其結(jié)構(gòu)、性能與控制方式如何更適應(yīng)不同的生產(chǎn)條件，仍需不斷的改進(jìn)和研究。煤炭科學(xué)研究總院北京開采研究所對(duì)支架力學(xué)持性進(jìn)行了深入的研究，提出了液壓支架三維力學(xué)模型的計(jì)算方法 ，克服了傳統(tǒng)平面力系計(jì)算方法的缺陷，提出了液壓支架總體結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，開發(fā)出液壓支架設(shè)計(jì)計(jì)算通用軟件系統(tǒng)，并廣泛應(yīng)用，使我國液壓支架設(shè)計(jì)計(jì)算提高到一個(gè)新水平。把有限元方法成功地用于液壓支架的研究，建立了液壓支架整體有限元模型，開發(fā)出 SSTS 液壓支架模擬試驗(yàn)計(jì)算機(jī)仿真軟件系統(tǒng)，大大提高了液壓支架設(shè)計(jì)的可靠性，廣泛應(yīng)用于液壓支架設(shè)計(jì)研究，達(dá)到國際先進(jìn)水平， 為我國液壓支架打入國際市場(chǎng)發(fā)揮了重要作用。我們已先后制定液壓支 架系列技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 17 項(xiàng)，成為國際上液壓支架標(biāo)準(zhǔn)較完善的國家之一，促進(jìn)了液壓支架技術(shù)的發(fā)展。開發(fā)了 CAD 工作站和微機(jī) CAD系統(tǒng)，建成了較完整的液壓支架數(shù)據(jù)庫和通用件國庫，并正在逐步實(shí)現(xiàn)支架設(shè)計(jì) CAD 化。根據(jù)我國國情研制的全液壓手動(dòng)控制快速移架系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，使支架降、移、升速度大幅度提高，由過去的 20～ 30s/架 ，提高到 9～ 12s/架 。新型高可靠性支架，反向四連桿高產(chǎn)高效低位放頂煤支架，適應(yīng)中小煤礦的單一煤層開采用輕型支架和輕型單擺桿放頂煤支架均取得成功。 (2) 研究特殊煤層使用的液壓支架，以適應(yīng)不同的開采條件。 (4) 研究 支架的遙控、程序控制和性能自動(dòng)監(jiān)測(cè)，為回采工作面的半自動(dòng)化與自動(dòng)化創(chuàng)造條件。 2 液壓支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 液壓支架基本尺寸的確定 支架高度和伸縮比 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確定，其最大和最小高度為： 1m a xm a x SMH ?? mm 2m inm in SMH ?? mm 式中 maxH — 支架最大高度， 5000m ax ?H mm ； minH — 支架最小高度 3000m in?H mm ； maxM — 煤層最大截度， mm ； minM — 煤層最小截度， mm ； S1 — 考慮偽頂冒落的最大厚度，對(duì)于大采高支架取 200～ 400mm，對(duì)于中厚煤層支架取 200～ 300mm，對(duì)于薄煤層支架取 100～ 200mm，本支架取 300mm； S2 — 考慮周期來壓時(shí)的下沉量、移架時(shí)支架的下降量和頂梁上、底 板下的浮矸之和，對(duì)于大采高支架取 500～ 900mm，對(duì)于中厚煤層支架取 300～400mm，對(duì)于薄煤層支架取 150～ 250mm，本支架取 600mm； maxM = maxH S1 = 5000 300 = 4700mm 。 支架伸縮比 0050 00m inm a x ??? HHK s 中國礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 17 頁 一般 KS≤ 范圍內(nèi)采用單伸縮立柱， 所以應(yīng)采用單伸縮立柱。目前液壓支架中心距大部分采用 ，大采高支架為提高穩(wěn)定性中心距可采用 。 支架的寬度 支架的寬度應(yīng)考慮支架的運(yùn)輸，安裝和調(diào)架要求，支架頂梁上裝有活動(dòng)側(cè)護(hù)板，側(cè)護(hù)板的行程一般為 170～ 200mm ，取 170mm . 支架的最小寬度，一般為 1650～ 1680mm ，取 1650mm ； 支架的最大寬度，一般為 1850～ 1880mm ，取 1820mm 。在設(shè)計(jì)支架底座的長度時(shí)，應(yīng)考慮如下方面：支架對(duì)底板的接觸比壓要??；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。 確定四連桿機(jī)構(gòu)和 掩護(hù)梁長度 四連桿機(jī)構(gòu)的作用 (1) 通過四連桿機(jī)構(gòu)，使支架頂梁端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡呈近似雙曲線，從而使支架頂梁前端的端頭離煤壁距離大大減小，提高了管理頂板的性能。 四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征 (1) 支架從最高高度降到最低高度時(shí)，如圖 2－ 1 所示，頂梁端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的最大寬度 70e ? mm ，最好為 30mm 以下。 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 25 ~ 30ooQ? 。 圖 21 四連桿機(jī)構(gòu)幾何特征圖 (4) 支架工作段要求曲線向前凸的一段，如圖 2－ 1 所示的 h 段，其原因?yàn)楫?dāng)頂板來壓時(shí)，立柱讓壓而下縮，使頂梁有前移的趨勢(shì)防止巖石向后移動(dòng)，又可以使作用在頂梁上的摩擦力指向老塘，同時(shí)底板 阻 止底座向后移；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由掩護(hù)梁來克服，所以減輕了掩護(hù)梁的受力。 BACD OE39。只要找到這個(gè)圓弧軌跡的曲率半徑和曲率中心，就可以找到前連桿的位置和長度了。 L — 掩護(hù)梁長度； 中國礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 20 頁 1L — 后連桿長度； 2L — E’點(diǎn)垂直線到后連桿下鉸點(diǎn)之距； 1h — 支架最高位置時(shí)的計(jì)算高度； 1h = 5000 – 500 = 4500 mm 2h — 支架最低位置時(shí)的計(jì)算 高度； 2h = 3000 – 500 = 2500 mm 從幾何關(guān)系可以列出 2111 c o sc o s LQLPL ?? 2212 c o sc o s LQLPL ?? 將以上兩式聯(lián)立解得 12121 c o sc o s c o sc o s PPLL ??? L2P2Q 2h2h1P1Q 1LL1FAA39。39。 圖23 掩護(hù)梁和后連桿計(jì)算圖 中國礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 21 頁 按四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征所要求的角度， 選定 oP 601 ? ； oQ 801 ? ； oP 252 ? ； oQ 402 ? 。L1La圖 24 四連桿幾何作圖法原理圖 (1) 確定后連桿下鉸點(diǎn) O 點(diǎn)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，太高底座又笨重。 (3) 過 O 點(diǎn)作一條直線與水平線 H－ H 線相交其交角為 1Q 。 (5) 過 A 點(diǎn)作一條直線與水平線 H－ H 線相交其交角為 1P 。 (7) 過 E’點(diǎn)作一條直線與水平線 H－ H 平行的 F－ F 直線，則 H－ H 線與F－ F 線的距離為 h，即為液壓支架最高位置的計(jì)算高度。 (9) 過 E’點(diǎn)作 F－ F 線的垂線。 中國礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 23 頁 (10) 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 E’’’。 (12) 以 O 點(diǎn)為圓心，以 1L 為半徑作圓弧。 (14) 以 E’’’點(diǎn)為圓心，以掩護(hù)梁長 L 為半徑作圓，與圓弧相交于 A’’點(diǎn)，此點(diǎn)為液壓支架在最高位置時(shí)，掩護(hù)梁與后連桿的鉸點(diǎn)。以 A’’點(diǎn)為圓心，以 倍的 L 為半徑作圓，與 E’’’A’’相交于 B’’點(diǎn)。 (16) 連接 A’O、 A’’O，為液壓支架降到中間位置和最低位置時(shí)，后連桿的位置。 (18) 過點(diǎn) C 向 H－ H 線作垂線，交于 D 點(diǎn)。 按以上步驟作圖，結(jié)果如圖 25 所示 HP1аOCDHQ1HA39。B39。A39。BE39。39。39。F859980183520xx7282910圖 25 四連桿機(jī)構(gòu)的作圖結(jié)果 中國礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 24 頁 確定頂梁的長度 頂梁長度： ? ? ? ?eCPGQALBL ?????? 111 c o sc o s 式中 B— 液壓支架的配套尺寸； 液 壓 支架 的配 套設(shè) 備有 ： MG － 750/1910WD 型 采煤 機(jī) ，SGZ1000/2700 型刮板輸送機(jī)。 24258002501000240135 ??????B A— 后連桿長度， A = 20xx mm ； G— 掩護(hù)梁長度， G = 2910 mm ； e— 支架由高到低頂梁前端最大位移量， 50e? mm ； C— 梁端距， 圖 26 液壓支架與配套設(shè)備的關(guān)系圖 中國礦業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 25 頁 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支架傾斜，為避免割頂梁而留的安全距。 由前面知， oQ 801 ? ； 1P — 液壓支架在最高位置時(shí)，掩護(hù)梁與水平面的夾角。