机械毕业设计（论文）ZZ12540支撑掩护式液压支架设计【全套图纸】 .doc

1、内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书（毕业论文）题 目：支撑掩护式液压支架设计学生姓名：学 号：200540401317专 业：机械设计制造及自动化班 级：机20053班指导教师：ii内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）摘 要 本论文主要设计了普通型支撑掩护式液压支架。设计内容包括：总体设计、主要零部件的设计、主要零部件的校核和液压系统的设计。煤层厚度介于 2.73.8之间，煤层厚度变化较大，选用调高范围大且抗水平推力强且带护帮装置的支撑掩护式支架。支架采用四连杆机构，以改善支架受力状况。顶梁、掩护梁、底座均做成箱体结构；立柱采用双伸缩作用液压缸，以增加工作行程来满足支架调高范围的需要。推移

2、千斤顶采用框架结构，以减少推溜力和增大移架力。 为了提高移架速度，确保对顶板的及时支护，采用锥阀液压系统。全套图纸，加153893706关键词：液压支架；液压系统；四连杆机构；立柱 abstract the thesis is mainly for design of general shielded roof support. it covers overall design, main components design, and verification of main compontents and design of hydraulic system. the shielded ro

3、of support is selected for 2.7-3.8 of seam height. if the seam height varies a lot, it should select shielded roof support with wide adjustable height range and horizontal push resistant. the support uses the four-bar linkage, improves the support stress condition. the top-beam, caving shield, the f

4、oundation makes the packed in a box body structure; the post support uses the double expansion and contraction function hydraulic cylinder, increases the power stroke to satisfy the support to adjust the high scope the need. passes the hoisting jack to use the portal frame construction, reduces push

5、es slides the strength and increases moves a strength. in order to enhance moves a speed, guarantees is prompt to the roof, uses the mushroom valve hydraulic system. key word: roof support; hydraulic system; four-bar linkage; post support目 录摘 要iabstractii第一章 绪论11.1 液压支架的用途11.2 液压支架的分类11.3 液压支架的工作情况介

6、绍31.4 液压支架的设计依据4第二章 液压支架的结构及原理52.1 液压支架的组成52.2 液压支架的工作原理7第三章 液压支架整体结构尺寸的确定93.1 整体结构的确定93.1.1 支架高度和支架伸缩比93.1.2 支架间距93.1.3 底座长度103.2 四连杆机构的作用及几何特征103.2.1 四连杆机构的作用103.2.2 四连杆机构的几何特征103.2.3 掩护梁和四连杆长度的确定123.3 顶梁的确定163.3.1 配套采煤机和刮板输送机型号163.3.2 支架工作方式对支架顶梁长度的影响163.3.3 配套尺寸对顶梁长度的影响173.3.4 顶梁长度计算183.3.5 顶梁宽度

7、183.4 通风断面的验算18第四章 液压支架的部件设计204.1 顶梁204.2 掩护梁和四连杆结构214.2.1 掩护梁214.2.2 四连杆机构224.3 底座244.4 立柱264.4.1 立柱264.4.2 液压缸基本参数的确定274.4.3 液压缸的稳定性30第五章 液压支架受力分析与计算325.1 液压支架工作状态325.1.1 顶板状态325.1.2 液压支架的工作状态325.1.3 支架受力325.2 计算载荷的确定335.3 液压支架的受力分析335.3.1 取顶梁为分离体345.4 顶梁载荷分布375.5 底座接触比压计算385.5.1 底座载荷分布385.5.2 底座对

8、底板的平均比压395.5.3 底座接触比压395.6 支护效率41第六章 液压支架的强度设计436.1 液压支架在强度设计时的强度条件436.2 液压支架各结构件强度校核456.2.1 顶梁强度校核456.2.2 立柱强度校核496.2.3 底座强度校核52第七章 液压系统的设计567.1 液压系统567.2 立柱和千斤顶577.3 液压阀58结束语60参考文献61致 谢6262内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）第一章 绪论1.1 液压支架的用途液压支架是综采设备的重要组成部分。它能可靠而有效地支撑和控制工作面的顶板，隔离采空区，防止矸石进入回采工作面和推进输送机。它与采煤机配套使用，实

9、现采煤综合机械化，解决机械化采煤工作中顶板管理落后于采煤工作的矛盾，进一步改善和提高采煤和运输设备的效能，减轻煤矿工人的劳动强度，最大限度保障煤矿工人的生命安全。 液压支架作为煤矿综采机械化采煤设备（液压支架、可弯曲输送机和采煤机）的重要组成设备之一;在生产过程中，液压支架的性能的好坏将直接影响煤矿生产的质量,特别是生产过程中对人员的安全保障问题是极为重要的。因此，性能优良的液压支架技术上先进、经济上合理、安全上可靠，是实现采煤综合机械化和自动化不可缺少的主要设备。1.2 液压支架的分类液压支架的种类很多，分类的依据和方法各不相同。 按支架与围岩的相互作用关系分：可分为支撑式、掩护式和支撑掩护

10、式三大类。 支撑式液压支架是一个在底座上放置几根立柱支撑顶梁，通过顶梁支撑顶板的简单结构基础上发展起来的，它是世界上发展最早的液压支架。典型的支撑式液压支架，其顶梁较长，立柱较多，靠支撑作用维护一定的工作空间，而顶板岩石则在顶梁后部切断垮落。架厚的挡矸帘只起着碎矸石从采空区涌入工作面的作用。这种类型的支架具有较大的支撑能力和良好的切顶性能，因此适用于顶板坚硬完整，基本顶周期压力明显或强烈，底板较坚硬的煤层。 掩护式液压支架 掩护式液压支架是利用立柱、顶梁与掩护梁支护顶板和防止岩石落入工作面。这类支架的顶梁较短，多数支架的立柱只有一排，一般仅有12根，多呈倾斜布置，与掩护梁连接或直接连接在顶梁上

11、。这类支架的支撑力小，但掩护性能和稳定性较好，调高范围大，对破碎顶板的适应性较强，适应于支护部稳定或中等稳定的松散破碎顶板。 支撑掩护式支架 支撑掩护式支架是支撑式支架和掩护式支架相结合的一种架型，以支撑为主，但同时又具有掩护作用。这种支架采用了支撑式支架双排立柱支撑顶梁的结构形式，保证了支撑式支架支撑力大，切顶性能好，工作空间宽敞的优点，采用了掩护式支架坚固的掩护梁以及侧护板将工作面与采空区完全隔离开的结构形式，保留了掩护式支架防护性能好，结构稳定的长处。因此，支撑掩护式支架适用于直接顶中等稳定或稳定，基本顶周期来压明显或强烈瓦斯涌出量较大的煤层。 按支架移动方式分：整体自移式液压支架，迈步

12、移动式液压支架。 根据使用地点分：液压支架按使用地点的不同可分为工作面支架和端头支架两类。1.3 液压支架的工作情况介绍 图11 综采工作面图11所示为液压支架在工作面的布置示意图。每个工作面一般由采煤机、液压支架、刮板输送机、转载机、乳化液压站和油管等主要设备组成。为了实现顶板即时支护，采用即时支护的方式。采煤机每切割一刀，液压支架依次完成降柱、移架、升柱和推溜四个主要动作过程。随着采煤机割煤的继续，工作面液压支架不断重复上述四个主要动作过程。从而对顶板进行即时支护，防止顶板冒落，保持一定的作业空间，确保综采工作面人员和设备的安全，实现顶板管理及采煤作业过程机械化，提高采煤工作效率。1.4

13、液压支架的设计依据支架参数：支撑高度：2.5/4.0(m)；有效工作阻力和初撑力：9600/ 7990(kn)。顶压、煤层高度（即厚度）、煤层倾斜度、顶板性质，底板强度及平整性、瓦斯含量、年产量等。1.顶压：顶压是设计支架承载能力的依据，承载能力安全系数一般取1.2。2.煤层高度：它与支架设计的最大支撑高度有关。若是中厚煤层（1.335m），或较薄的厚煤层（3.54.5），一次采全高；或较厚的厚煤层（4.5m以上），分层开采，设计支架的最大支撑高度应大于采高。若厚煤层采用放顶煤开采方式，则支架设计的最大支撑高度只许大于采高即可。3煤层倾斜度：煤层倾斜角度过大时，支架应设置防滑防倒装置。4顶板性

14、质：顶板的性质影响架型选择。一般情况下，稳定顶板选用支撑式支架；中等稳定顶板选用支撑掩护式支架；不稳定顶板选用掩护式支架。5底板强度及平整性：它与移架的顺利与否有关。因此涉及到支架底座的结构形式、底座作用于底板合力的位置（即与支架架型和支架整体结构布局有关）和推移千斤顶设置形式等。6瓦斯含量：若瓦斯含量大，必须考虑支架的通风断面也要大。7年产量：年产量涉及到采煤机的开采能力和运输机的运输能力（即选择适当型号的采煤机和运输机），因此设计支架的几何参数也应与之相应配套。第二章 液压支架的结构及原理2.1 液压支架的组成液压支架一般有结构件、执行元件、控制元件和辅助装置四大部分组成。 承载结构件 顶

15、梁直接与顶板相接触并承受顶板载荷的支架部分叫顶梁。支架通过顶梁实现支撑、管理顶板功能。顶梁一般由两种结构形式：一种为整体顶梁，另一种为分段顶梁。 掩护梁阻挡采空区冒落的干湿窜入工作面并承受采空区冒落矸石的载荷和承受顶板通过顶梁传递的水平推力的部件叫掩护梁。掩护梁是掩护式和支撑掩护式支架的特征部件之一。 前后连杆前后连杆只有掩护式和支撑掩护式支架才安设。前后连杆与掩护梁、底座组成的四连杆机构，即可承受支架的水平分力，又可使掩护梁的铰接点在支架的调高范围内做近似的直线运动，使支架的梁端距基本保持不变，从而提高了支架控制的可靠性。 底座直接与底板相接触，承受立柱传来的顶板压力并将其传递至底板的部件叫

16、底座。支架通过底座与推移装置相连，以实现自身前移和推移输送机前移。侧护板侧护板的作用是：a.消除相邻支架掩护梁和顶梁之间的架间间隙，防止冒落矸石进入支护空间；b.作为支架移架过程中的导向板；c.防止支架降落后倾倒；d.调整支架的间距。 执行元件执行元件包括立柱和各种千斤顶。当支架设置防倒防滑装置时，还设有各种防倒、防滑千斤顶和调架千斤顶。 控制元件液压支架的液压系统中所使用的控制元件主要有两大类：压力控制阀和方向控制阀。压力控制阀主要有安全阀；方向控制阀主要有液控单向阀、操纵阀等。 辅助装置辅助装置包括推移装置、挡矸装置、复位装置、护帮装置、防倒防滑装置等。 推移装置推移装置是实现支架自身前移

17、和刮板输送机前移的装置，由连接头、框架、推移千斤顶组成。 挡矸装置挡矸装置由悬挂在顶梁后端的挡矸帘或挡矸板构成，其作用是防止矸石从采空区涌入工作面。 复位装置复位装置是支撑式支架的特征装置。安设复位装置的目的就是为了使支架立柱保持在垂直于顶板的正确位置，使支架的结构稳定，具有抵抗顶板水平分力的能力。 护帮装置设护帮装置的目的在于防止煤壁片帮或在片帮时互帮板起到遮蔽作用，避免砸伤工作人员或损坏设备。护帮装置安设在支架顶梁前端，由护帮板和护帮千斤顶组成。 防倒防滑装置在煤层倾角较大（一般在15以上）时，支架需加设防倒防滑装置，以免支架降落或前移时倾倒或下滑。防滑装置一般安设在两相邻支架的底座侧面，

18、防倒装置一般安设在两相邻支架的顶梁侧面。2.2 液压支架的工作原理 图1-1 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操纵阀液压支架在工作过程中，必须具备升、降、推、移四个基本动作，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几个液压缸来完成。如图1-1所示。 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。使活塞杆相连接的顶梁紧紧接触顶板。 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。 支架和输送机前移支架和输送机的前移，都是由底座上的推移千斤顶来完成的。当需要

19、支架前移时，先降柱卸载，然后高压液体进入千斤顶的活塞杆腔，另一腔回液，以输送机的为支点，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1-2所示。支架立柱工作时，其支撑力随时间的变化过程可以分为三个阶段。支架升柱时，此阶段为初撑阶段t；此时支架的初撑力为： p=d pn（kn） （1.1） 式中 d支架立柱的缸径，m； p泵站的工作阻力，mpa； n支架立柱的数量。立柱收缩，此阶段为恒阻阶段t，此时支架的工作阻力为 p= d pn（kn），

20、 （1.2） 式中 p支架安全阀的调定压力，mpa； 其它符号意义同前。支架的工作阻力标志着支架的最大承载能力。第三章 液压支架整体结构尺寸的确定为了满足采煤工艺及地质条件的要求，液压支架要有足够的初撑力和工作阻力，以便有效的控制顶板，保证合理的下沉量。液压支架要有足够的推溜力和移架力。推溜力一般为100kn左右；移架力按煤层厚度而定，薄煤层一般为100kn150kn，中煤层一般为150kn至250kn，厚煤层一般为300kn400kn。防矸性能要好；排矸性能要好；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；为了操作和生产的需要，要有足够宽的人

21、行道；调高范围要大，照明和通讯方便；支架的稳定性要好，底座最大比压要小于规定值；要求支架有足够的刚度，能承受一定的不均匀载荷和冲击载荷。3.1 整体结构的确定3.1.1 支架高度和支架伸缩比 已知设计条件已给出支架的最大支撑高度和最小支撑高度分别为4.0，2.5。由上一章分析和计算知支架的伸缩比是最大与最小高度之比值即：m = h / h = 4.0/2.5= 1.6 (3.1)3.1.2 支架间距所谓支架间距，就是相邻两支架中心线间的距离，按下式计算 b=b+nc (3.2)式中 b支架间距（支架中心距），b每架支架顶梁的总宽度，c相邻支架（或框架）顶梁之间的间隙， n 每架所包含的组架或框

22、架数，整体自移式支架n = 1；整体迈步式支架n = 2。 支架间距b要根据支架型式来确定，但由于每架支架的推移千斤顶都与工作面输送机的一节溜槽相连，因此目前主要根据输送机溜槽每节长度及槽帮上千斤顶连接块的位置来确定，我国刮板输送机溜槽每节长度为1.5m，千斤顶连接块位置在溜槽中长的中间,所以除节式和迈步式支架外，支架中心距一般为1.5m。3.1.3 底座长度底座是将顶板压力传递到底版和稳固支架的部件。在设计支架的底座长度时，应考虑如下诸方面：支架对顶板的接触比压要小；支架内部应有足够的空间用于安装立柱、液压控制装置、推移装置和其他辅助装置；便于人员操作和行走；保证支架的稳定性等。通常支撑掩护

23、式支架的底座长度取4倍的移架步距（一个移架步距为0.6m），即2.4m左右。取底座长度：2.4m。支架底座宽度一般为1.41.6 m。取底座宽度：1.43 m。3.2 四连杆机构的作用及几何特征3.2.1 四连杆机构的作用 四连杆机构是掩护式支架和支撑掩护式支架的重要部件之一。其作用概括起来主要有两个，其一是当支架由高到低的变化时，借助四连杆机构使支架顶梁前端点的运动轨迹呈近似双纽线，从而使支架顶梁前端点与煤壁间距离的变化大大减小，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。3.2.2 四连杆机构的几何特征支架高度在最大和最小范围变化时，如图 3-2所示，顶梁前端点运动轨迹的最大宽度

24、e应大于或等于70mm，最好为30mm以下。 图 3-2 四连杆的几何特征图支架在最高位置时和最低位置时，顶梁与掩护梁的夹角p和后连杆与底平面的夹角q，应满足如下要求：支架在最高位置时，p 52 62，q 75 85；支架在最低位置时，为有利于矸石下滑，阻止矸石停留在掩护梁上，一般取q 25 30，在特殊情况下需要角度较小时，可提高后连杆下铰点的高度。从图3-3可知，掩护梁与顶梁铰点和瞬时中心之间的连线与水平线的夹角为，设计时要使a角满足tg0.35的范围，其原因为角直接影响支架承受附加力的数值的大小。 图 3-3 四连杆的几何特征 应取顶梁前端点运动轨迹双纽线向前凸的一段为支架的工作段。其原

25、因是当顶板来压时，立柱让压下缩，使支架有向前移的趋势，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的转动趋势，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，并且使底座前端比压减小，防止啃底，有利于移架。水平力的合力也相应减小，所以减轻了掩护梁的外载荷。 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，应尽量是e值减小，取双纽线向前凸的一段为支架的工作段。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3-4所示（实际上液压支架

26、四连杆机构属双摇杆机构）。图 3-4 掩护梁和后连杆构成曲柄滑块机构3.2.3 掩护梁和四连杆长度的确定 一、掩护梁和四连杆的性能要求由于掩护梁与底座间构成一个双摇杆四杆机件。所以掩护梁的长度设计首先应满足一定的运动条件，其次是要尽量获得良好的受力状态。它们可归结为以下设计要求：（1）应满足采高范围要求；（2）支架升降过程中的梁端距的变动量 70100mm；（3）掩护梁的速度瞬心与铰点a的连线与水平线的夹角应小于，如图3-10，最大不能超过，以限制支架支撑力的波动量小于%。（4）掩护梁总长不要大于两摇杆在掩护梁上铰接点距离的4倍，即。（5）掩护梁的倾角不宜太小，支架在最低位置时，应大于，一般取

27、左右，以免被矸石压死，难于移架；支架在最高位置时，可达，以减少堆积在掩护梁上的矸石，提高支撑效率，减小移架阻力。（6）掩护梁与前摇杆的夹角，以免出现死角。（7）前、后摇杆都向采空区倾斜，前摇杆与水平面夹角的最大值，后摇杆与水平面夹角的最大值，一般取，这样支架整体受力比较合理，其结构尺寸也较紧凑。 用解析法来确定掩护梁和后连杆的长度，如图35所示。qgahh 图35掩护梁和后连杆计算图可设：g为掩护梁长度； a为后连杆的长度；为点引垂线到后连杆下铰点之距； 为支架最高位置时的计算高度；为支架最低位置时的计算高度；从几何关系可以列出如下两式：利用和估计g、a和，用如下解析法：（如图3-7） (3.

28、3) (3.4)联立上述后两式可得： (3.5)说明：支架计算高度为支架高度减去掩护梁上铰点之顶梁面之距和后连杆铰点至底座底面之距。按四连杆机构和掩护梁的几何特征要求，选定代入上式，分别取上述四者值经过调整，可求出两者之间的比值为0.7。符合支撑掩护式支架的0.610.82支架在最高位置的计算高度为： = gsinp1 + asinq1; (3.6)根据的值,由式（3-8）就可以求出掩护梁的长度g2127mm和后连杆长度a1419mm。二、四连杆机构的尺寸设计图样法直观、简单，但只要涉及试凑的问题往往都比较麻烦，因此常将它与解析法合用，再加一定的经验和类比，问题的解总是可以找到的。作图过程如下

29、：（1）选顶梁与掩护梁的铰接点拟作顶梁前端点，它的高度变化范围就好似支架的调高范围，它在调高范围内的水平偏移量就是梁端距变化量。等到四连杆机构的尺寸确定之后，再考虑顶梁和立柱，于是支架的基本结构就定出来了。（2）根据支架的调高范围，作m-m垂线，在m-m线上标出顶梁与掩护梁的铰接点的最高位置a1和最低位置。并在m-m线上取q点，使q= =3000mm，q= =2000mm，和为最大采高和最小采高。在q点作m-m垂线x-x。 deq 图4-6 四连杆机构作图图4-10 四连杆机构作图（3）在和点作水平线和斜线，使斜线与水平线的交角为，在斜线上取长l，得c1、c2点，它们是掩护梁与后摇杆的铰接点。

30、在x-x线上作qd=1000mm，d点是后摇杆与底座的铰接点。连接cd就是后摇杆，现在再根据作图情况验算角和角，调整各值，直到基本满意为止。（4） 在ac线上找一点b，使ac，再利用以往的设计经验，取=1328mm，=1419mm。b点是前摇杆与掩护梁的铰接点，b点的运动轨迹应是一段圆弧，其曲率中心就是前摇杆固定铰点e。（5）到此连杆机构的a、b、c、d、e等5个铰点就初步定出，下面的工作就是进一步调整e，b俩点的位置，调整的目标是控制a点运动轨迹的水平偏移量70100，其方法是把后摇杆的摆角分成若干份，做出掩护梁上b点和a点的一系列相应位置，使b点的轨迹为一圆弧时，a点的双纽线轨迹的水平偏移

31、量70100。这个作图过程要反复进行，调整好e和b点位置，其重点是e点位置，在e点位置调整时还要使，。直到e、b点位置满意为止。由作图得出的值为，符合要求。（6）检验个极限位置时，有关角度值是否满足要求。当四连杆机构设计的较好时，a点运动轨迹与m-m线的第三个交点a3，如图37，a3点应略高于、的中点,支架实际的最大高度和最小高度是否满足设计要求. 为便于找到合适的e点位置,可大胆的抬高e点和d点的位置,这样e点和d点都可在xx线的上方去找,底座设计时加一个较高的支座即可。一般e点距地面高度可取到3001200，d点距地面高度可取到3050。3.3 顶梁的确定3.3.1 配套采煤机和刮板输送机

32、型号表 3-1配套设备制造厂家m300-w 采煤机鸡西煤机公司sgd(w)-730/320 刮板输送机西北煤机厂3.3.2 支架工作方式对支架顶梁长度的影响支架工作方式对支架顶梁长度的影响很大， 图 3-6 支架工作方式比较从图3-6 可以看出，先移架后推溜方式（又称及时支护方式）要求顶梁有较大的长度；先推溜后移架方式（又称滞后支护方式）要求顶梁长度较短。这是因为采用先移架后推溜的工作方式时，支架要超前输送机一个步距，以便采煤机过后，支架能及时前移，支控新暴露的顶板，做到及时支护。因此，先移架后推溜时顶梁长度要比先推溜后移架时的顶梁长度要长一个步距，一般为600mm。3.3.3 配套尺寸对顶梁

33、长度的影响设备配套尺寸与支架顶梁长度有直接的关系。为了防止当采煤机向支架内倾斜时，采煤机滚筒不截割顶板，同时考虑到采煤机截割时，不一定把煤壁截割成一垂直平面，所以在设计时，要求顶梁前端距煤壁最小距离为400mm，这个距离叫空顶距。另外在输送机采煤板前也留有一定距离。一般为145-150mm左右，也是为了防止采煤机截割煤壁不齐，给推移输送机留有一定的距离。初此之外，所有配套设备包括采煤机和输送机，均要在顶梁掩护之下工作，以此来计算顶梁长度。3.3.4 顶梁长度计算 支撑掩护式支架顶梁长度的计算 顶梁长度【配套尺寸底座长度acos(q1)】【gcos(p1)+400+e】掩护梁与顶梁铰点至顶梁后端

34、点之距（mm） (3.7) 式中 ： 配套尺寸参考原煤炭部煤炭研究院编制的综采设备配套图册确定； 底座长度底座前端至后连杆铰点之距； e支架由高到低顶梁前端点最大变化距离； q1 、p1如图3-1 所示 ，支架最高位置时，分别为后连杆和掩护梁水平面的夹角； 代入数据就可以计算到顶梁的长度为：3.94 m3.3.5 顶梁宽度支架宽大，可以加快支架的移架的速度，提高支架的横向的稳定性，但是对顶板起伏的适应性差，且需增大立柱的工作阻力。我国规定支架的标准的中心距为1.5m；掩护式和支撑掩护式支架包括侧板在内的顶梁宽度为1.4m到1.6m左右（1.44m为支架正常工作的宽度，1.6m为调架时侧护板伸出

35、后的最大宽度）。3.4 通风断面的验算 采煤工作面的过风量有一定要求。在风量一定时，采煤工作面的通风面积不应过小。但在工作面中安装液压支架后，通风面积明显减小。因此必须验算通风断面积。一般按工作面允许风速进行验算。根据保安规程规定，工作面的风速应小于5m/s。采煤工作面风速计算按下式进行。 v= m/s (3.14)式中 v工作面风速（m/s） a支架在采煤工作面的通风断面积（m） q采采煤工作面所需风量（m/min） q采= m/min (3.15) k通风不均匀系数，一般取k=1.5 c保安规程允许的沼气含量，一般取c=1% q沼= t日产量（t） q一分钟生产一吨煤沼气涌出量，一般取q=

36、14（m/min）已知： a=4.9 m t=670 t/h则有： q沼=6.51 （m/min） (3.16) q采=976.5 （m/min） (3.17) v= =4.17 (m/s) (3.18)v5m/s,合乎保安规程规定。第四章 液压支架的部件设计4.1 顶梁掩护式支架顶梁结构型式如图4-1所示。图4-1 a为平衡式顶梁。顶梁1较短，与其下部的掩护梁5铰接。因为它能在顶板凹凸变化时自取平衡，所以叫平衡顶梁。顶梁铰接点前、后段的比例近似为2：1。这种顶梁后部和掩护梁形成区，易被冒落矸石堵住，影响支护效果，为此，在顶梁后部加设挡矸板。图4-1 b为潜入式顶梁，顶梁后端为扇形结构，掩护梁

37、可潜入扇形结构内，消除了三角区。图4-1 c为铰接式顶梁，顶梁1为整体结构，顶梁后端直接与掩护梁5铰接，取消了三角区，立柱直接支撑在顶梁上。用平衡千斤顶8调节顶梁与顶板的接触面积。qy型掩护式支架就采用这种结构，所以该支架使用此种顶梁。图4-1 d为带前梁的铰接式顶梁，由前梁千斤顶7调节前梁角度，可提高前梁前端的支撑能力，改善前梁前端的支控效果。图4-1 e为带伸缩前梁的铰接式顶梁，可及时支护顶板，减少顶板的暴露时间。铰接式顶梁加伸缩和摆动前梁，为图4-1 d和e两种型式结合型，由前梁千斤顶调节前梁角度，并在前梁内加伸缩前探梁。图4-1掩护式支架顶梁结构型式4.2 掩护梁和四连杆结构4.2.1

38、 掩护梁掩护梁的结构为钢板焊接的箱式结构，在掩护梁上端与顶梁铰接，下部焊有与前、后连杆的耳座。有的支架在掩护梁上焊有立柱柱窝。活动侧护板装在掩护梁的两侧。掩护式、支撑掩护式支架掩护梁主要功能有： 将顶梁承受的部分顶板压力通过连杆或铰点传递给底座； 用以隔离采空区、阻止其冒落矸石涌入工作面；掩护梁上的活动侧护板，进一步完善了这种功能； 承受采空区冒落矸石的压力，并将它传递至顶梁、连杆和底座。从侧面看掩护梁，其形状有直线型、折线型两种。 整体式直线型 图4-2整体直线型特点与适用条件： 整体性好、强度大，加工简单，工艺性好 从侧面看、掩护梁上轮廓线形状为直线形。当支架歪斜时，架间密封性比折线形掩护

39、梁好 用于支撑掩护式支架时，立柱不支撑在掩护梁上，因而这种掩护梁的受力和结构比较简单整体折线形 图4-3整体折线型特点与适用条件： 当支架歪斜时，折线形掩护梁的架间密封性差。折线形掩护梁加工工艺性差。 用于早期的支掩式掩护梁支架以及其他某些支架，目前应用较少。zy型液压支架选择整体式直线型掩护梁。4.2.2 四连杆机构四连杆机构有两种结构型式。整体式: 图4-4整体式图4-4为前、后连杆整体式结构型式。图4-5为前连杆是单杆、后连杆是整体的结构型式。 前连杆 后连杆 图4-5前后连杆结构分体式:图4-6 分体式特点与适用条件： 由在支架宽度方向上两个（个别分为四个）独立的，尺寸与形状相同或对称

40、的杆件组成 大多为钢板焊成的箱形结构件、也可用厚钢板制成实体件或者采用铸钢件尺寸小、加工运输简单、稳定性好，因此是目前我国掩护式与支撑掩护式支架前、后连杆所采用的主要型式, zz型支撑掩护式支架选择此种结构形式。 对于高度较大支架，可在后连杆后部焊有挡矸板由上述分析以及相同类别的支架的类比，所设计的支架选择为图4-5所示前连杆是单杆、后连杆是整体的结构型式。4.3 底座底座是将顶板压力传递到底板和稳固支架的部件。因此，底座除了满足一定的刚度和强度要求外，还要对底板起伏不平的适应性要强，对底板接触比压要小，要有足够的空间能安装立柱、液压控制装置、推移装置和其他辅助装置，要便于人员操作与行走；能起

41、一定的挡矸和排矸作用；要有一定的重量，以保证支架的稳定性等。底座的结构型式如图4-7所示，通常有三种类型。 整体式整体式底座是用钢板焊接成的箱式结构，整体性强，稳定性好，强度高，不易变形，与底板接触面积大，比压小。图 4-7 a 所示的底座用于支撑式支架，箱体高度大，便于安装复位装置。图 4-7 b 所示的底座高度低，占用空间小，一般用于掩护式或支撑掩护式支架。所以选用此种底座。 对分式。如图4-7 c、d、e 所示。 底靴式如图4-7 f所示。由已经计算的数据和支架的整体性能考虑，选择图 5-7 b所示的整体式液压支架。 图 4-7底座的结构型式 4.4 立柱4.4.1 立柱立柱是支架的承压

42、构件，它长期处于高压受力状态，它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。立柱的结构型式如图4-8所示。 图4-8立柱的结构型式 单伸缩双作用立柱（如图48a）只有一级行程，伸缩比一般为1.6左右。这类立柱结构简单、调整高度方面，缺点是跳高范围小。 单伸缩机械加长段立柱（如图48b）总行程为液压行程l与机械行程l之和。这类立柱的调高范围较大，可在较大范围内适应煤层厚度的变化。但机械行程只能在地面根据煤层的最大厚度调定。这种立柱造价比双伸缩立柱低，应用广泛。 双伸缩双作用立柱（如图48c）两级行程都有液压力操纵，总

43、行程为l+l，虽然这类立柱造价高、结构复杂，但可在较大范围内适应煤层厚度的变化，而且可在井下随时调节，所以选用此种立柱。4.4.2 液压缸基本参数的确定（1）工作负载的计算立柱和前梁千斤顶的工作负载按工作阻力计算，由顶梁的受力分析获得，计算时要接它们的最大安装倾角考虑。推移千斤顶的工作负载，要考虑到溜槽、支架的自重，煤层的最大倾角（支架能工作的煤层最大倾角），顶、底板摩擦力和是否带移架来计算。其余千斤顶的工作负载，可按支架结构的受力分析值计算。（2）活塞杆直径d对于液压支架的液压缸，一般取杆径d为： d= 0.707d(mm) （4.1）式中： d缸径内径（mm）。（3）缸筒内径d对立柱和前梁

44、千斤顶的缸筒内径，一般可按下式计算： (mm) （4.2）式中： r每个液压缸所承受的最大载荷荷值，这个值可由顶梁的受力分析得到（kn）； pa安全阀的开启压力10（mpa)，它可以根据r值和现用安全阀使用情况来选取。对其他千斤顶的缸筒内径，可按下式计算： （mm） （4.3）式中: r，d,d的意义同前；pb泵站压力50（mpa）；由计算可以得出立柱的直径d为287mm,液压千斤顶的直径0.77d=221mm。（4）最大工作行程l液压缸的最大工作行程是由工作要求和结构计算的最大值来确定的。在结构计算中还可参考最大工作行程l与液压缸自身最小基长lmin之间有如下对应关系对单伸缩液压缸取：l=（

45、5080）%lmin （mm） （4.4）对双伸缩液压缸取：l=（90150）%lmin （mm） （4.5）由前面计算可知双伸缩立柱,由计算得：=1.78m, lmin=1.35m。（5）最小导向杆长度的确定当活塞杆全部外伸时，从活塞支撑面中点到缸口导向套滑动面中点的距离称为最小导向长度。若导向长度太小，将使液压缸因间隙引起的初始扰度增大，从而影响液压缸的工作稳定性。对于一般液压缸，其最小导向长度h应满足下式要求： （mm） （4.6）式中: l液压缸的最大工作行程（mm）； d缸筒内径（mm）；一般导向套滑动面的长度a，缸筒内径d80mm以后，取 a=（0.61.0）d （mm） （4.8

46、） b=（0.61.0）d （mm） （4.9）式中: d活塞杆径（mm）； b活宽宽度（mm）。为了保证最小的导向长度而过分增大导向套长度和活塞宽度都是不适宜的，最好的办法是在导向套和活塞之间装一隔离套k，如图42，其长度c由所需要的最小导向长度决定。采用隔离套不仅能保证最小导向长度，而且可以扩大导向套及活塞的通用性。图4-2液压缸导向长度（6）缸筒壁厚和外径的计算液压缸筒壁是圆容器的应力状态，其应力状态随缸筒内径与壁厚的比值的取值范围有关。液压支架中所用的缸筒是无缝钢管制成，其=1.63.2。属于中厚壁应力状态。可近似看成两相应力状态，其缸筒壁厚可按如下经验公式计算： （mm） （4.10

47、）式中: n液压缸的最大工作压力（mpa）； 缸筒材料的强度系数，对无缝钢管取=1. 缸筒材料的许用应力（mpa）； （4.11）式中: 缸体材料的抗拉强度（mpa）； n安全系数，一般取n=5.缸筒外径按下式计算： （mm） （4.12）式中: de缸筒的外径，算出de后，按无缝钢管的标准值圆整。（7）缸底厚度液压支架所用的缸底几乎都是平底缸底，其厚度计算式为： （mm） （4.13）式中: 缸底止口最大工作压力（mpa）； p液压缸最大工作压力（mpa）； （mpa） （4.14）式中: 活塞杆的材料屈服限（mpa）； n安全系数，一般取n=1.42.04.4.3 液压缸的稳定性支架中的立

48、柱，前梁千斤顶，平衡千斤顶和推移千斤顶都要受压缩载荷，都类似于压杆。当液压缸活塞杆全部外伸时，液压缸的总长lmax与活塞杆径d之比大于10时，液压缸就存在有压杆稳定性问题。因此除了要进行强度计算外，还需要进行稳定性验算。液压缸用等截面法近似计算，即缸筒看成与活塞杆等截面，截面计算都以活塞杆为准，受离可按材料力学的公式算出，活塞杆的稳定条件是： （kn） （4.15）式中: fk活塞杆失稳的临界力（kn）； nk安全系数，一般取nk =24，对于工作条件恶劣时可取nk =6； r活塞杆上的最大推力（kn）。第五章 液压支架受力分析与计算5.1 液压支架工作状态5.1.1 顶板状态在采煤工作面中，

49、当煤被采空后，就会出现一定的空间，由于受上部岩层压力，出现裂缝，如果不及时支护，顶板就要冒落，不支护的时间越长，危险就越大。而顶板冒落是有一定的过程的，一般可分为三个阶段：开始时顶板处于无压状态，此时顶板较完整，而且没有下沉，称为无压状态；但经一定时间后，顶板就会下沉，通常称为老顶来压，此时顶板并不破裂，而且这种下沉是由一定的周期性的，所以成为老顶板来压状态；如果不及时支护，顶板就会破裂而冒落，此时叫冒落状态。5.1.2 液压支架的工作状态开始支架以初撑力支撑顶板，此时为无压状态；当周期来压时，顶板下沉，使立柱下腔压力增加，当增加到大于安全阀调整压力时，安全阀打开，使立柱下腔压力下降，称为立柱让压状态，使支架以工作阻力支护顶板；如果继续来压，就要不断让压，所以立柱要有一定的向下行程，如没有向下行程，称为压死状态，这是在设计和使用中必须注意避免的现象；当支架前移后，此时顶板处于无支护状态，顶板就要冒落，这就是液压支架在工作过程中的三种状态。5.1.3 支架受力液压支架在工作面受力是由于顶板下沉，同时又有向采空区浅载移动的趋势，使顶梁受合力和底座受底板反力，其中顶板合力的垂直分力由支架工作阻力来克服，所以我在计算支架的工作载荷时按支架的工作阻力来确定。5.2 计算载荷的确定液压支架实际受载荷情况很复杂，顶梁和底座上的载荷既非集中载荷，又非