液压支架支护和控制顶板....[精选]

1、摘 要为了有效地支撑保护和控制顶板，必须设计出不同类型和不同结构尺寸的液压支架。液压支架的设计工作是十分重要的，因为它能极大地提高劳动生产率，被广泛地应用于现代化矿山的机械化工作面。本文简单介绍了支撑式、掩护式和支撑掩护式液压支架的特点；概括地说明了掩护式液压支架的技术参数、结构特点、工作原理和应用范围；阐述了四连杆机构的优越性。首先，根据给定条件进行比较分析，选择一种比较合理的方案，然后，根据工作条件，选择并确定支架的主要参数及支架各部分结构。在支架受力分析中，主要分析顶梁、掩护梁、底座等的受力情况，并根据受力确定各部件的结构尺寸，对其进行了强度校核。本文设计的液压支架稳定性好、整体性强、安

2、全性高，符合安全生产的要求。关键词: 液压支架;结构;强度;掩护式abstractto protect and control crest plank effectively，we have to design hydraulic supports that belong to different types and different structure sizes. the design work of hydraulic support is very important. because it can raise labor productivity greatly, broadly

3、used in the modern mechanized mining face.this text simply introduces the characteristic of holding support, shield support and holding-shield support. it explains generally the technique parameters, the structure characteristics, work principle and applications of shield support. it also expounds t

4、he superiority of the four linkage bar. firstly, it compares and analyses according to the given conditions, selects a more reasonable program. then according to work conditions, this design chooses and decides supports main parameters and the structure of all the parts of support and then selects t

5、he appropriate hydraulic system that it fits the support. in the accepting-strength analysis of support, analysis mainly accepting-strength status of roof beam, covering beam and the base. structure sizes of all components is decided according to accepting-strength status, and its intensity is check

6、ed.the hydraulic supports this text designs whose stability is good, integrity is strong and security is high. it meets the requests of safe production.key words: support;structure;strength;shield 目录摘 要iabstractii第1章 绪论11.1 液压支架发展概况11.2 国内外支架的现状与国外的差距1 1.2.1国外液压支架的现状21.2.2国内液压支架的现状51中国液压支架和国外液压支架之间的

7、差距51.3 液压支架研发趋势5第2章 液压支架的使用及使用范围72.1 液压支架的种类72.2 液压支架的适用范围72.3 掩护式液压支架的种类及结构82.3.1 掩护式液压支架的种类82.3.2 掩护式液压支架的整体结构8第3章 液压支架的工作原理9液压支架的用途及适用原理93.1.1 液压支架的用途93.1.2 液压支架的动作原理及它的特性曲线形式9移架力大于推溜力的原因及实现方法113.2 液压支架部件工作原理及要求113.2.1 作用在顶梁和底座上的摩擦力的产生原因及方向113.2.2 立柱在支架工作过程中的作用及对性能的要求113.2.3 液控单向阀在立柱和推移千斤顶上的工作原理1

8、2第4章 设计方案13设计方案的拟订13主要技术经济指标134.3 主要计算步骤13第5章 液压支架的结构尺寸设计15液压支架设计的基本要求和基本参数15液压支架的设计目的15设计时对液压支架的基本要求155.1.3 设计液压支架必需的基本参数165.1.4 本文做的主要工作16液压支架的参数确定165.2.1 液压支架高度的确定165.2.2 支架伸缩比的确定17支架间距的确定175.2.4 支架宽度的确定185.2.5 底座宽度的确定18顶梁长度的确定18移架力和推溜力的确定195.2.8 支护强度和支架载荷的确定195.2.9 工作阻力和顶板覆盖率的确定205.2.10 初撑力的确定21

9、5.2.11 支架四连杆机构的确定21第6章 掩护式液压支架主要部件结构尺寸27立柱的设计276.1.1 支架立柱数的确定276.1.2 立柱类型的确定276.1.3 立柱的结构276.1.4 立柱技术参数的确定286.1.5 立柱的初撑力和泵站额定工作压力的确定296.1.6 安全阀压力和立柱工作阻力的确定296.1.7 立柱柱窝位置的确定306.2 千斤顶的设计346.2.1 千斤顶的结构346.2.2 各种千斤顶型号的确定34顶梁的设计34顶梁的作用及设计要求34顶梁的结构及形式346.4 底座的设计356.4.1 底座的作用及设计要求356.4.2 底座的结构形式356.5 掩护梁的设

10、计366.5.1 掩护梁的作用及设计要求366.5.2 掩护梁的结构形式366.6 前后连杆的设计366.6.1 前后连杆的作用及设计要求366.6.2 前后连杆的结构376.7 侧护板的设计376.7.1 顶梁侧护板的结构及作用376.7.2 掩护梁侧护板的结构及作用376.8 推移方式的设计376.9 护帮装置与防倒防滑装置的设计38第7章 液压系统的设计397.1 液压支架传动装置的基本要求397.2 液压支架的传动特点397.3 控制系统及液压组件407.4 液压系统原理图40第8章 液压支架受力分析428.1 支架支撑力分析428.2 顶梁受力分析438.3 前后连杆受力分析448.

11、4 顶梁载荷分布分析44第9章 液压支架强度校核469.1 液压支架在强度设计时的强度条件46立柱强度的验算479.2.1 油缸稳定性的验算479.2.2 活塞杆强度的验算499.2.3 油缸的最大挠度50缸体强度的验算519.3 顶梁强度的校核569.4 底板比压强度校核599.5 底座强度校核61结 论64致 谢65参考文献66附录167附录272第1章 绪论1.1 液压支架发展概况上个世纪五十年代前,在世界范围煤矿生产中,大多数采用木支柱、木顶梁或金属摩擦支柱和铰接顶梁来支护顶板。英国于1954年首次打破往常,研制出液压支架,第一次改变采煤格局。目前,由传统式液压支架为主体的地下综采设备

12、,已逐渐向程序控制式、遥控控制式和自动化控制方向发展。我国地大物博，特别是在煤炭资源方面,在20世纪60年代不同国家也相继研制了几种液压支架,但未受到推广和应用。同世纪70年代左右我国前后不断从英国、德国、波兰和前苏联等国家引进数十套的液压支架设备,经过使用、研究制造和积累总结经验,到80年代左右以后我国液压支架的研究制造及应用达得了迅速发展,不断研制和生产了zy系列、td系列和zz系列等二十多种不同规格和功能的液压支架。目前,大部分矿井和不同煤层结构多数进行综合机械化开采。今天随着计算机技术和自动化技术的普及应用和提高,为煤矿生产自动化和高效生产提供了新的出路。 国内外支架的现状与国外的差距

13、 国外液压支架的现状自80年代以来,世界上主要的煤炭开采国家开始递减,降低了生产效率,降低成本,实现矿山生产集中努力,积极开发和应用新技术,致力于高性能和高可靠性的新一代重型液压支架的发展。新流行的微型电动机或电磁铁驱动液压支架电液控制阀,位移传感器安装在推移千斤顶上,采煤机配备了红外线感应装置,立柱直径超过400毫米。为了减少割煤时,平均是。支架还使用800- 1000 mpa板的屈服强度，高强度,硬度和韧性、焊接性能和良好的冷热加工性能。增加了长壁开采面长度,为了适应快速移动框架的需要,在国外广泛应用于高压大流量乳液泵，额定压力为40 - 50 mpa,额定流量为400 - 500 l/m

14、in,在团体上可以实现快速移动,达到6-8 s /框架。美国是世界上最先进的煤炭开采的国家, 九十年代就使用50 mpa额定压力,额定流量478 l / min的乳化液泵站,为了实现支架快速推进,加快转移到6-8 s /架。美国使用的两大支柱支持高收益、高生产力的工作。支持平均工作阻力为6470 kn(9800 kn),增加普遍支持宽度、中心距1.75米,并逐步向2米发展,增加框架的宽度有利于减少面对数量,缩短运动时间,增加有效工作时间,从而增加产量。 国内液压支架的现状1964年由太原分公司和郑州煤电厂设计，然后开始了液压支架的国产化。在1984年,北京、沈阳、郑州在沈阳蒲河矿进行了我国国产

15、第一套液压支架工业测试,进而开发了各种低、中、高不同煤层采掘机器的生产,成功地在缓倾斜厚煤层和急倾斜厚煤层分层开采水平使用。1990年后,国内液压支架的得到全面发展,到1998年,全国88高产高效矿井已经完成,其中包括14矿石产量单工作面157200吨/月,原煤生产人员9.16 t /工作效率，机械化水平综采49.32%,已经达到了国际先进水平。(1)zz系列支撑式支架该支架坚固，强度高，切顶能力较强，易于操作。支持2000 -10000 kn的工作阻力,支架高度0.9 - m,通常面对当超过15倾斜的防滑装置。支架的结构特点是x、v安排、两头式、两列或四柱;整体顶梁,楔形或铰链类型,东扩之前

16、梁或梁。有两种类型的盖梁;单元的底部由整体和半钢分开。单面和双面选择设置边板,或没有侧板,侧板完全封闭或部分封闭,类型是直或铰链类型;本架或邻架操作。(2)zy系列掩护式支架支持该系列产品的高度高，长度短，相对成本低，操作灵活。支架的阻力是1800 - 6000 kn,支架高度是0.75 -3.8 m。其结构特点是由两个垂直的柱子,和个别有另一个支柱的盖梁代替平衡千斤顶。整个屋顶和铰链或楔形梁、前梁或伸缩梁;钢性铸铁分离基础;本架或邻架操作。2. 国内液压支架用于不同的采煤方法(1)倾斜厚煤层一次完全提升有超过10种大型高层支持,他们中的大多数是zy型支架,和几个zz类型支架高度为2 -5米的

17、高度,工作阻力为3200 -10000 kn。框架特点:铰链孔差距小,制造精度高,稳定性好,侧推力大,充分考虑防滑,调整机构,可以很好的保护帮助机构,通常有灵活的伸缩梁,实时的支持和帮助,多为本架操作。(2)倾斜薄煤层液压支架由于它的空间严格要求薄煤层，所以整体的顶梁尽可能地薄且长。长推杆;可以安排一个x模式;空间的宽度不少于500毫米的支架,从而确保行人安全;邻近支持操作。(3)大倾角煤层开采的总体高度液压支架倾角25到45液压支架是由于较大的初撑力和工作阻力的铰链孔间隙,制造精度要高,确保支架的稳定性。持有者应该有可靠的证据将防滑站单位,活动应该有一个更大的行程和侧护板推力, 支架与采煤机

18、道之间的障碍应该安装踏板或扶手。这种支架更像一个“zy”型掩护支架，多为邻架操作。(4)厚,重,倾斜煤层分层护板为zz支持类型、zy类型和垛式,有铺顶网和铺底网的区别,可以使用架前和架后联网的方式,机械或手工操作,手动联网又可分横向和纵向两个方面。这种支撑的特点是工作阻力略大，盖梁和底座有足够的空间，便于使用。为多为本架操作。（5）煤层液压支架a煤的顶部顶部的煤支架可分为高、中、低煤位。高位天花板高为1.5 - 3.5米,工作阻力2000 -5600 kn,为邻架操作,也可用于倾斜,倾斜特厚水平煤层的开采。b. 顶煤座的中间位置此类型为双运输机式,可用于坡度较小和倾斜较大特厚煤层水平分层采煤。

19、掩护梁开天窗,天窗有插板和回转式两种。四立柱可全部支在顶梁上,或将其中两柱支在顶梁、另两柱支在掩护梁上。连杆型式有单铰接和四连杆两种。c. 低位放顶煤支架下层的煤被放置在掩护梁的下方，后方的传送带被直接放置在底板的背面或底座的背面。由于煤口的开口，后煤的无损失，恢复相对较高。小煤尘、大型煤口,不容易堵塞,根据要求,降低煤风一侧的烟尘，可在一侧的工作面各安装了4个喷头支架放煤或移架时,本架支架或者相邻支架的喷雾自动打开灭尘。（6） 难采煤层液压支架a .三软煤层液压支架该类液压支架要求底座面积尽量大并具备抬底座功能,采用底座半封闭或全封闭以减少底板比压。顶梁应该具有立即支护功能,扩展梁或可伸缩的

20、梁和梁侧护板的支架应在整个封闭的状态,多为邻架操作。b.两个硬煤层液压支持zz的支架类型多,要求工作阻力大,切削力大,整体顶梁,楔和铰接梁挑梁,掩护梁应尽可能短、水平角大、底座为半刚性分离、安全阀应该有足够的流量以抵抗顶板冲击的影响。邻架或本架操作。中国液压支架和国外液压支架之间的差距液压支架在中国经过30年的发展,虽然取得了显著的结果,出现在矿山的建设结合,日产一万吨产量的记录,甚至超此记录,但整体水平和先进采煤国家仍然存在一定的差距。在支架架型功能上我国和国外没有差别,特别是在一些特厚煤层上放置支架,铺网支持,强烈支持的两个硬煤层,但国内液压支架技术含量相对较低,电动液压控制阀可靠性偏差,

21、 常用16mn钢,最好的屈服极限为700 mpa,液压系统压力低于在35 mpa,200 l / min内流动, 供液管,回液管，最快的移动速度是10 - 12 s /架(井下实际应用超过20s以上有时,工作阻力相对较低 液压支架研发趋势随着科学技术的快速发展，新技术、新方法、新材料的不断应用、计算机和计算机技术的普及，为液压支架的开发提供了有利的条件。目前，液压支架研究的发展可从几个方面进行:(1)液压支架的结构简单、实用的方向发展,如液压支架显然向两柱类型支架和四大支柱支撑掩护式类型发展。(2)在已有支架类型的基础上,现有的支架设计和应用经验,结合有限的计算机辅助设计、智能设计方法的研究,

22、结构和参数优化,进一步让支架科学性、可靠性和优化结构过渡。设计中应注意以下几个方面:a提高液压支架的设计力量,增加支架的工作阻力,增加支架的设计强度系数和材料选择;b如何提高支架的移动速度,c提高支架的各个部分的结构,增加联结件的强度。(3)改善生产过程,确保生产质量;对阀门支架的类型,从材料、热处理、加工条件和密封部件,严格的质量和防腐制定严格的标准。(4)不稳定顶板,软层和复杂的地质构造和其他特殊条件下,增加投资,开发大量的特殊支架,应用不同的开采条件。(5)新组件和材料可以减少支架的重量,提高支架的性能和使用寿命。(6)试图克服结构的新型框架四个链接。(7)支持电动液压控制系统和投入，远

23、程控制、可编程控制和性能的自动监测,为实现采矿工作面半自动化和自动化创造条件。未来10年,我国液压支架将转向技术,高强度钢材,加快移架速度(6 - 8 s /框架)和电动液压控制阀的方向发展,对有一个工作面断层和断裂带将增加支持的力量,尽可能全面可靠的推杆和基础机制,并减少千斤顶的数量。此外,将会有普遍使用高压和大容量乳化泵站额定在400 l / min,以适应快速移架的需要；系统采用环形或双向供液,保证支架有足够的压力以达到初撑力,满足使用压力，力图支架接顶位置准确。zy两柱掩护式支架的比重将大大增加,缸径将增至,端头支架，轻放多用途支架将被广泛使用。第2章 液压支架的使用及使用范围2.1

24、液压支架的种类按液压支架在采煤工作面的安装位置来划分，液压支架分端头液压支架和中间液压支架。端头液压支架简称端头支架，专门安装在每个采煤工作面的两端。中间液压支架是安装在除工作面两端以外的采煤工作面上所有位置的支架。中间液压支架按结构形式与顶板结构形式来划分，可分为3种基本类型，即：支撑式，掩护式和支撑掩护式液压支架。支撑式液压支架又有垛式和节式之分。掩护式液压支架又有插腿式和非插腿式之分。支撑掩护式液压支架又有四柱支在顶梁上，一柱或两柱支在掩护梁上之分。2.2 液压支架的适用范围（1）支撑式液压支架支撑式液压支架有垛式和节式之分。垛式支架的作用好象一堆木垛，所以它称为垛式液压支架。垛式支架一

25、般具有很长的顶梁。立柱的支撑能力通过顶梁完全作用于支撑顶板。垛式支架支撑力大，切顶性能好，稳定性较好，工作空间比较大，容易满足通风的要求。垛式支架由于较宽又长，移架时顶板暴露的面积较大，再直接顶比较破碎的顶板条件下使用很困难。所以垛式支架仅适用顶板较坚硬和稳定的煤层。（2）掩护式液压支架掩护式液压支架没有支撑部件只有掩护部件，立柱的承载能力完全用以承受掩护梁上的载荷（冒落的矸石），所以称为掩护式支架。掩护式支架适用顶板特软，特破碎的煤层。（3）支撑掩护式液压支架支撑掩护式液压支架它的顶梁很长（与垛式支架相似），掩护梁很短，4根立柱组成垛式结构。这类支架对顶板的控制主要通过顶梁来支撑顶板，掩护梁

26、只隔绝支架后面冒落的矸石，所以称为支撑掩护式液压支架，实质上它是加强挡矸装置的垛式支架。 掩护式液压支架的种类及结构 掩护式液压支架的种类掩护液压支架分为：（1）掩护梁与底座直接铰接的支架，支架升降时梁端运动轨迹为圆弧。这种支架结构简单，但梁端距变化大，易造成近煤壁顶板冒落，故只适用于调高范围小的支架，如放顶煤支架等。（2）掩护梁通过前、后连杆与底座铰接构成四连杆机构的支架，升降时顶梁运动轨迹为近似平行于煤壁的双纽线，梁端距小。这种支架应用最多。这种支架又分为立柱上端支撑在掩护梁上（掩护式）和立柱上端支撑在顶梁上（支顶式）的两种结构。支顶式掩护支架的顶梁与掩护梁间必设一平衡千斤顶，以保证结构稳

27、定。在立柱工作阻力相同的条件下其支撑力较支掩式掩护支架大些。掩护式支架不仅有掩护梁，且架间通过侧护板相互挤紧，故掩护性能好，但立柱少，切顶能力弱。因顶梁较短，控顶距较小，故支护强度并不小，对顶板重复支撑次数也较少。通风断面小。因采用连杆机构，抗水平的能力强，使立柱不受横向力。这种支架适用于不稳定顶板和中等稳定的直接顶（1、2类），或周期来压缓和的老顶等矿压条件。 掩护式液压支架的整体结构掩护式液压支架的结构主要由顶梁、掩护梁、侧护板、底座、前后连杆、立柱、平衡千斤顶、推移千斤顶、侧推千斤顶、操纵阀、控制阀等组成。第3章 液压支架的工作原理 液压支架的用途在采煤工作面的煤炭生产中，为防止顶板冒落

28、，维持一定空间，保证工人安全和各项作业正常进行，必须对顶板进行支护。而液压支架是以高压液体作为动力，由液压组件与金属构件组成的支护和控制顶板的设备，它能实现支撑、切顶、移架和推移输送机等一整套工序。实践表明，液压支架具有支护性能好、强度大、移架速度快、安全可靠等优点。液压支架与可弯曲输送机和采煤机组成综合机械化采煤设备，它的应用对增加采煤工作面产量、提高劳动生产率、降低成本、减轻工人体力劳动和保证安全生产是不可缺少的有效措施。因此液压支架是技术上先进、经济上合理、安全上可靠的实现的采煤综合机械化和自动化不可缺少的主要设备。 液压支架的动作原理及它的特性曲线形式液压支架在工作过程中，必须具备升、

29、降、推、移4个基本动作，这些动作是利用泵站供给的高压乳化液通过工作性质不同的的几个液压缸来完成的。其工作原理如图3-1所示： 图3-1液压支架工作原理1-输送机；2推移千斤顶；3立柱；4安全阀；5液控单向阀；6操纵阀（1）升柱。当需要支架上升支护顶板时，高压乳化液进入立柱的活塞腔，另一腔回液，推动活塞上升，使与活塞相连接的顶梁紧密接触顶板。（2）降柱。当需要降柱时，高压液进入立柱的活塞杆腔，另一腔回液，迫使活塞杆下降，于是顶梁脱离顶板。（3）支架和输送机前移。支架和输送机前移，都是由底座上的推移千斤顶来完成的。当支架前移时，先降柱卸载，然后高压液进入推移千斤顶的活塞杆腔，另一腔回液，以输送机为

30、支点，缸体前移，把整个支架拉向煤壁；当需要推输送机时，支架支撑顶板后，高压液进入推移千斤顶的活塞腔，另一腔回液，以支架为支点，使活塞杆伸出，把输送机推向煤壁。支架的支撑力与时间的曲线，称为支架的工作特性曲线，如图3-2所示： 图3-2支架的工作特性曲线 t0-初撑阶段；t1增阻阶段；t2恒阻阶段；p2初撑力；p1工作阻力支架立柱工作时，其支撑力随时间的变化过程可分为3个阶段：支架在升柱时，高压液进入立柱下腔，立柱升起顶梁接触顶板，立柱下腔压力增加，当增加到泵站工作压力时，泵站自动卸载，支架的液控单向阀关闭，立柱下腔压力达到初撑力，此阶段为初撑阶段t0；支架初撑后，随顶板下沉，立柱的下腔压力增加

31、，直至增加到支架的安全阀调正压力；立柱下腔压力达到工作阻力，此阶段为增阻阶段为t1；随着顶板压力继续增加，立柱下腔压力超过支架的安全阀调正压力，安全阀打开而溢流，立柱下缩，使顶板压力减小，立柱下腔压力降低，当低于安全阀压力调正值后，安全阀停止溢流，这样在安全阀调正压力的限制下，压力曲线随时间成波浪形变化，此阶段为恒阻阶段t2。移架力大于推溜力的原因及实现方法由于移动液压支架所需的力大于推输送机所需的力，又因为如果推输送机力过大，能把输送机的槽帮推坏，所以移架力要大于推溜力。要实现移架力大于推溜力，有两类方法，第一类方法是用推移千斤顶的结构来实现；第二类方法是用两种不同等级的工作压力，移架时，用

32、较高的工作压力，推溜时，用较低的工作压力。3.2 液压支架部件工作原理及要求 作用在顶梁和底座上的摩擦力的产生原因及方向顶梁和底座上的摩擦力的产生有两种情况：第一种情况是，当支架前移时，顶板对顶梁和底座之间产生摩擦，从而产生摩擦力，它的大小与顶板对顶梁的作用力和支架底座对底板的作用力及它们的摩擦系数有关，它们的方向与支架的运动方向相反；第二种情况是，由于掩护式液压支架和支撑掩护式液压支架有四连杆机构，使顶梁前端的运动轨迹成纽线，所以当支架在承载让压过程中，顶梁载荷作用在顶梁上产生摩擦力，摩擦力的大小与顶板载荷和顶板与顶梁的摩擦系数有关，它们的方向与双纽线的轨迹有关，当双纽线轨迹向前凸时，顶板在

33、承载让压过程中，顶板向前运动，摩擦力方向向后，反之，则向前。 立柱在支架工作过程中的作用及对性能的要求立柱是支架的承压构件，它长期处于高压受力状态，因而除应具有合理的工作阻力和可靠的工作特性外，还必须有足够的抗压、抗弯强度，良好的密封性能，结构要简单，并能适应支架的工作要求。 液控单向阀在立柱和推移千斤顶上的工作原理（1）液控单向阀在立柱上的工作原理立柱上的液控单向阀，利用该阀的闭锁原理来控制立柱下腔的工作状态。立柱初撑时，它使工作液体进入立柱下腔产生初撑力；立柱承载时，它可以封闭下腔的工作液体，产生与工作阻力相应的压力；立柱卸载时可以使下腔液体排出。（2）液控单向阀在推移千斤顶上的工作原理在

34、推移千斤顶上的液控单向阀，也是利用该阀的闭锁原理，来控制推移千斤顶活塞腔的工作状态，以直接推移方式为例，如图3-3所示：图3-3推移千斤顶液压系统图 1推移千斤顶； 2液控单向阀缸体与支架底座铰接，活塞杆与输送机铰接，当推输送机时，它可以使工作液体进入活塞腔，产生推输送机力，当推移千斤顶液压系统不操作，采煤机在输送机上工作时，可以封闭活塞腔的工作液体，防止输送机与液压支架发生相对运动；在移架时，高压液进入活塞杆腔，同时打开液控单向阀，使活塞腔液体排出，但由于左、右邻架液压系统没有操作，使左、右邻架保持缩紧状态，防止输送机被支架拉回。第4章 设计方案预设计一种掩护式液压支架，为安全生产提供条件，

35、方案如图4-1所示： 方案1 方案2 方案3图4-1掩护式液压支架结构简图方案1掩护梁与底座直接铰接，不带四连杆机构，支架升降时梁端运动轨迹为圆弧，这种支架的结构简单，但梁端距变化大，易造成近煤壁顶板冒落；方案2与方案3都带有四连杆机构，这种支架掩护梁通过前、后连杆与底座铰接，升降时梁端的运动轨迹为近似平行煤壁的双纽线，梁端距变化较小，但方案3支顶式掩护支架较方案2支掩式掩护支架在立柱工作阻力相同的条件下其支撑力大些。经过以上分析，方案3比较合理，所以采用方案3。主要技术经济指标是：煤层厚度：2.6m 煤层倾角：4.3 主要计算步骤主要计算步骤：（1）支架的结构设计方案的拟定。（2）四连杆机构

36、的设计。 （3）初撑力和工作阻力的确定。（4）结构尺寸设计。（5）各主要部件的设计。 （6）主要部件强度的校核。（7）绘制相应设计内容的技术图纸。第5章 液压支架的结构尺寸设计液压支架的设计目的采用综合机械化采煤方法是大幅度增加煤炭产量、提高经济效益的必由之路。为了满足对煤炭增长的需要，必须大量生产综合机械化采煤设备，迅速增加综合机械化采煤工作面（简称综采工作面）。而每个综采工作面平均需要安装150台液压支架，可见对液压支架的需要量是很大的。由于不同采煤工作面的顶底板条件、煤层厚度、煤层倾角、煤层物理机械性质等的不同，对液压支架的要求也不同。为了有效地支护和控制顶板，必须设计出不同类型和不同结

37、构尺寸的液压支架。因此，液压支架的设计工作是很重要的。由于液压支架的类型很多，因此其设计工作量也是很大的。由此可见，研制和开发新型液压支架是必不可少的一个环节。设计时对液压支架的基本要求（1）满足对采煤工艺及地质条件的要求，液压支架要有足够的的初撑力和工作阻力，以便有效地控制顶板。（2）液压支架要有足够的推溜力和移架力。推溜力一般为100kn；移架力按煤层厚度而定，薄煤层一般为100150kn，中厚煤层一般为150250kn，厚煤层一般为300400kn。（3）防矸性能好。（4）排矸性能好。（5）要求液压支架能保证采煤工作面有足够的通风断面，从而保证人员呼吸、稀释有害气体等安全方面的要求。（6

38、）为了操作和生产的需要，要有足够宽的人行道。（7）调高范围要大，照明和通信要方便。（8）支架的稳定性要好，底座最大比压要小于规定值。（9）要求液压支架要有足够的刚度，能够承受一定不均匀载荷和冲击载荷。（10）在满足强度条件下，尽可能能减轻支架重量。（11）要易于拆卸，结构要简单。 设计液压支架必需的基本参数（1）最大和最小采高。根据最大和最小采高，确定支架的最大和最小高度，以及支架的支护强度。（2）工作面煤壁条件。根据工作面煤壁条件，决定是否用护帮装置。（3）煤层倾角。根据煤层倾角，决定是否选用防倒防滑装置。（4）配套尺寸。根据配套尺寸及支护方式来计算顶梁长度。 本文做的主要工作本文的主要工作

39、是根据实际条件：煤层厚度2.6m，煤层倾角15，设计一种掩护式液压支架，以保证安全生产的需要。 液压支架高度的确定根据所采煤层的厚度，采区范围内地质条件并能满足配套设施，如采煤机、输送机的高度要求和保证采煤人员有足够的空间等因素确定，其最大与最小高度为： 再根据支架最大、最小高度系列,确定支架的最大、最小高度为：。式中 支架的最大高度； 支架最小高度；煤层最大厚度（最大采高）；煤层最小厚度（最小采高）； 考虑伪顶，煤皮冒落后仍有可靠的初撑力所需要的支撑高度，一般取，这里取； 顶板最大下沉量，一般取，这里取； 移架时支架的最小可伸缩量，一般取； 浮矸，浮煤厚度，一般取； 支架伸缩比的确定支架的伸

40、缩比指支架最大与最小高度之比，即 由于液压支架的使用寿命较长，并可能并安装在不同采高的采煤工作面，所以支架应具有较大的伸缩比。在采用双伸缩立柱时，垛式支架的伸缩比为；支撑掩护式液压支架为；掩护式液压支架可达。一般范围为。支架间距的确定目前主要根据输送机中部槽每节长度及槽帮上千斤顶连接块的位置来确定。我国刮板输送机中部槽每节长度为，千斤顶连接块位置在中部槽中间位置，支架间距一般为，我国规定支架标准中心距为。 支架宽度的确定包括侧护板在内的顶梁宽度1.6m（下限为侧护板收缩时的运输宽度，为支架正常工作的宽度，为支架调架时侧护板伸出后的最大宽度）。支架底座宽度为1.2m，为了提高横向稳定性和减小对底

41、板比压，厚煤层可加大到左右。取支架底座宽度为1.4m。 底座宽度的确定通常，掩护式液压支架的底座长度取移架步距的倍，（一个步距为）即，考虑到较长的底座可以增加支架的稳定性，取 m。顶梁长度的确定考虑到支顶式掩护支架在立柱相同阻力条件下，其支撑力较支掩式大，故选用支顶式掩护支架。支顶式掩护支架顶梁长度：式中 输送机溜槽铲煤板端到煤壁的距离，一般为0.15m，这里取；包括铲煤板在内的输送机中部槽的宽度； 推移步距，及时支护时等于采煤机的截深，滞后时为零； 立柱上支点的水平投影至底座前端距离，一般为，这里取； 梁端距，一般为，最大不超过，这里取；顶梁前段长度，及时支护的支架一般为；顶梁后段长度，应尽

42、量减小，以减轻支架重量。掩护式支架的人行道在立柱前方，故支架前移后，立柱缸体外径至电缆槽外侧之距离不小于0.6m。由于顶梁承受顶板载荷通常按三角形分布假设，故约为，一般为。顶梁全长一般为3.3m。这种支架的底座长度一般为2.5m，前段长度约为整段长度的一半，在立柱不与前连杆下铰接点干涉的原则下，尽量减小中段长度。移架力和推溜力的确定移架阻力与架型、吨位、支撑高度，顶板状况、是否带压移架等因素有关。垛式支架一般为100kn左右；掩护式和支撑掩护式支架为250300kn；支撑高度以上支架可达450kn，这里初步取250kn。通常m长的一节溜槽对应一架支架，推溜力为150kn左右，厚煤层支架接近20

43、0kn，这里初步取150kn，推移千斤顶与采煤机截深相适应，一般为。 支护强度和支架载荷的确定支护强度：mpa 并根据支护强度系列值圆整为式中 采高，m； 顶板岩石密度，一般取； 顶板岩石厚度系数，一般取48；顶板条件较好，周期来压不明显时，取低值，否则取高值；这里取8。支架载荷r为： kn式中 支架的支护面积，。按下式计算（图5-1） 图5-1支护面积 式中 支架顶梁长度，m； 梁端距，m； 顶梁宽度，m； 相邻顶梁间的间隙，m； 支架中心距，m。 工作阻力和顶板覆盖率的确定支架工作阻力为： kn再根据支架立柱工作阻力系列值选取kn则单个立柱工作阻力为： kn式中 单个立柱工作阻力；立柱个数

44、。顶板覆盖率为：对于中等稳定的顶板，顶板覆盖率值为7585，所求数值满足顶板覆盖率要求。 初撑力的确定较大的初撑力可在支架初撑阶段迅速压实支架上下的浮煤、碎矸、使支架尽快发挥作用，减小顶板的早期变形，离层和煤壁片帮。初撑力的大小是相对工作阻力而言的，并与顶板类级有关。对于不稳定和中等稳定的顶板，为了维护好机道上方顶板，应取较高初撑力，约为工作阻力的80，因此初步确定支架初撑力为3200kn，单个立柱初撑力为1600kn。 支架四连杆机构的确定1. 四连杆机构的作用四连杆机构是掩护式液压支架和支撑掩护式液压支架的最重要的部件之一。其作用概括起来主要有两个：其一是当支架由高到低变化时，借助四连杆机

45、构使支架顶梁前端点的运动轨迹近似双纽线，从而使支架顶梁前端点与煤壁间距离的变化大大减少，提高了管理顶板的性能；其二是使支架能承受较大的水平力。2. 四连杆机构设计的要求（1）支架高度在最大和最小范围内变化时，如图5-2所示，顶梁端点运动轨迹的最大宽度应小于或等于，最好在以下。 图5-2 四连杆机构几何特征（2）支架在最高位置和最低位置时，顶梁与掩护梁的夹角和后连杆与底平面的夹角，如图5-2所示，应满足如下要求：支架在最高位置时；支架在最底位置时，为了有利于矸石下滑，防止矸石停留在掩护梁上，根据物理学摩擦理论可知，要求，如果钢和矸石的摩擦系数安全可靠，最低工作位置应使一定距离，防止支架后部冒落岩

46、石卡住后连杆，使支架不能下降。一般取在特殊情况下需要较小角度时，可提高后连杆下铰点的高度。（3）从图5-2可知，掩护梁与铰点和瞬时中心点之间的连线与水平夹角为。设计时，要使角满足的范围，其原因是角直接影响支架承受附加力的数值大小。（4）应取顶梁前端运动轨迹双纽线向前凸的一段为支架工作段，如图5-2所示的段。其原因为顶板来压时，立柱让压下缩，使顶梁有向前移的趋势，可防止岩石向后移动，又可以使作用在顶梁上的摩擦力指向采空区。同时，底板阻止底座向后移，使整个支架产生顺时针转动的趋势，从而增加了顶梁前端的支护力，防止顶梁前端上方顶板冒落，并使底座前端比压减少，防止啃底，有利于移架。水平的合力也相应的减

47、少，所以减轻了掩护梁外的负荷。从以上分析得知，为使支架受力合理和工作可靠，在设计四连杆机构的运动轨迹时，应尽量使值减少，取双纽线向前凸的一段为支架工作段。所以，当已知掩护梁和后连杆的长度后，从这个观点出发，在设计时只要把掩护梁和后连杆简化成曲柄滑块机构，运用作图法就可以了，如图5-3所示（实际上液压支架四连杆机构属双摇杆机构）。 图5-3掩护梁和后连杆构成曲柄滑块机构3. 液压支架四连杆机构的优缺点液压支架四连杆机构的优缺点如下：（1）四连杆机构的优点为支架顶梁前端点与煤壁间距离变化大大减少和承受较大的水平力。 （2）四连杆机构的缺点是由于有四连杆机构，使支架产生附加力，降低了支架的承载能力。

48、4.四连杆机构的作图法几何作图法来设计四连杆机构：（1）确定掩护梁上铰点至顶梁顶面和后连杆下铰点至底座底面的距离。用同类型支架模拟法确定距离分别为和。（2）掩护梁和后连杆长度的确定。掩护梁长度应略大于，取掩护梁长度。取在最高位置时后连杆与底座底面的夹角。掩护式支架后连杆与掩护梁长度的比值一般在之间，这里取，则有：后连杆长度。掩护梁上铰点到后连杆下铰点的垂直距离：（3）几何作图法过程。用几何作图法确定四连杆机构的各部分尺寸，具体作法如图5-4所示：图5-4 液压支架四连杆机构的几何作图法作图步骤如下：确定后连杆下铰点的位置，使它大体比底座略高0.25m。（1）过点作与底面平行的水平线h-h线。（

49、2）作与h-h线的夹角为的斜线。（3）在斜线上截取线段，长度等于a，点即为后连杆与掩护梁的铰点。（4）过点作与h-h线有交角的斜线，以点为圆心，以g为半径作弧交此斜线于一点，此点为掩护梁与顶梁的铰点。（5）过点作h-h线的并行线f-f线，则h-h线与f-f线的距离为，为液压支架最高位置时的计算高度。（6）以点为圆心，以，即为半径作弧，在掩护梁上交于一点，为前连杆上铰点的位置。（7）过点作f-f线的垂线（认为液压支架由高到低变化时，点在此直线上滑动）。（8）在垂线上作液压支架最低位置时，顶梁与掩护梁的铰点。（9）取线中间某一点，为液压支架降到此高度时掩护梁与顶梁的铰点（液压支架由高到低变化时，顶

50、梁前端点的运动轨迹为近似双纽线，中间这一点的位置直接影响顶梁前端运动轨迹的形状，变化宽度等）。（10）以点为圆心，为半径作圆弧。（11）以点为圆心，掩护梁长为半径作弧，交最前面圆弧上一点，此点为液压支架降到中间某一位置时掩护梁与后连杆的铰点。（12）以点为圆心，掩护梁长为半径作弧，交最前面圆弧一点，此点为液压支架降到最低位置时，掩护梁与后连杆的铰点。（13）接、，并以点为圆心，长为半径作弧，交上于，以点为圆心，长为半径作弧，交上一点。则、三点为液压支架在三个位置时，前连杆的上铰点。（14）连接、，为液压支架降到中间某一位置和最底位置时后连杆的位置。（15）分别作和的垂直平分线，其交点即为前连杆

51、下铰点，为前连杆的长度。（16）过点作h-h线作垂线，交于点，则线段、和 液压支架四连杆机构。（17）在弧上任取5个点，、，并以之为圆心，长度为半径画圆交弧于、。（18）连结、并延长至长度等于处，记下各点。（19）连结各个点依据图中尺寸求得：，m因此可以满足要求。第6章 掩护式液压支架主要部件结构尺寸 支架立柱数的确定目前，国内掩护式液压支架立柱数为2根。 立柱类型的确定为扩大支架的调高范围，适应煤层厚度的变化，在伸缩方式上，本设计采用双伸缩立柱。 立柱的结构液压支架的立柱实际是一种液压缸。主要由活塞、缸体、缸盖和活塞杆等部分组成。由于立柱承受顶板载荷较大，而迫降力较少，故活柱多采用空心结构，

52、以便增大活柱直径，保证足够的刚度和强度。（1）缸体：缸体是立柱的承压部件，一般用27simn无缝钢管制成。缸体内表面是活塞的密封表面，所以要求很高的加工精度。北京煤矿机械厂用镗滚压复合加工缸体内表面。（2）活塞：活塞是油缸的关键组件，对它的主要要求是保证密封性能良好，运动面能承受外力的冲击和振动等。活塞与缸体内径的配合精度一般为h9/f9,粗糙度为。用钢制作活塞时，可在活塞上安装导向环，与缸体内径配合。导向环多数用塑料制品，也有的用铜合金制成。活塞上主要靠安装密封圈来密封。活塞的轴向固定采用卡箍与卡键固定在活塞上圆环内的固定方式。（3）活柱：活柱是立柱传递机械力的重要零件，它能承受压力，弯曲等

53、载荷的作用，必须耐磨和耐腐蚀，用27simn无缝钢管制成。活柱与导向套的配合精度为h9/f9,表面粗糙度为，为了防止在矿井条件下表面生锈和腐蚀，表面要先镀铜后镀铬，并要注意保护防止外部硬伤。（4）缸口：缸口是缸体上活塞杆上伸出外面的端部，装有密封圈，导向套和缸盖等主要零件。缸盖和缸体相连接，保证环形腔密封和承压。导向套为活柱伸缩时起导向作用，导向套与活柱表面既要紧密接触又要动作灵活，同时要承受住外部载荷最对活柱产生的横向压力、弯曲、振动等的影响，导向套材料通常为聚甲醛或铜合金，导向套内表面与活柱的配合精度一般采用h9/f9。 立柱技术参数的确定立柱缸体内径按下式计算：式中 立柱缸体内径,m； 支架承受的理论支护阻力，kn； 每架支架的支柱数； 安全阀调正压力，一般选取mpa； 立柱最大倾角（支架降到最低位置时，角最大），。然后再按立柱缸体内径标准表选取比计算值大的作为内径。选得为；再按此内径查立柱配合关系表选取其配套尺寸： 表6-1 立柱外缸、中缸内外径、活柱外径配合关系表外缸内径/m中缸外径/m中缸内径/m活柱外径/m工作阻力/kn1960泵站压力/mp