掩护式液压支架说明书

1、、八 、,前言经过近 30 年的发展和努力 , 我国液压支架的设计、制造水平在不断提高 , 特别是 在缓倾斜中厚煤层的液压支架方面积累了相当丰富的经验 , 架型已基本趋于成熟、完善 , 在品种和质量方面与国际先进水平相比差距越来越小。但在控制元件和控制系统方面 , 与 先进国家的产品相比还有较大差距。所以 , 今后除应继续针对我国国情和煤层具体条件 , 开发一些新架型、新品种外 , 还应在改进支架控制系统和提高支架的工作可靠性方面下功 夫。近年来 , 我国采煤综合机械化的水平有所提高 , 随着综合机械化采煤技术的不断发 展和新型大功率采煤机、工作面输送机的出现 , 要求支架与之相配套 , 但若

2、支架的控制系 统不作相应的改进 , 是满足不了这一要求的。到目前为止 , 我国国产液压支架的控制方式 仍然停留在跟机手把单向邻架控制或本架控制水平。这种控制方式 , 虽然具有控制系统简 单、制造容易、造价较低和对煤层地质条件变化适应性较强的优点 , 但它存在严重缺点 : 工人劳动条件差 , 安全性差; 移架速度慢 , 影响采煤机效率的发挥 ; 通风条件差 , 支架故障率高 ; 支架支护效能的发挥程度与操作人员的经验多少和技能高低有密切关 系。液压支架实现自动控制后 , 就可有效地克服上述缺点 , 实现对支架的电液控制 , 而且 有多种控制方式可供选择 , 人员可在较安全的地方集中对整个工作面的

3、支架进行远程控 制或程序控制1.液压支架的概述1.1液压支架的组成液压支架由顶梁、底座、掩护梁、立柱、推移装置、操纵控制系统等主要部分组成1.2液压支架的用途在采煤工作面的煤炭生产过程中，为了防止顶板冒落，维持一定的工作空间，保证工 作人员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，由液压元件与金属构件组成的支护和控制顶板的设备，他能实现职称、切顶、移动和 推移输送机等一套工序。实践表明液压支架具有支护性能好、强度高、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

4、人的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，是实 现采煤综合机械化和自动化不可缺少的主要设备。1.3液压支架的工作原理液压支架在工作过程中，必须具备升、降、推、移四个基本动作，这些动作时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的i压液*.T一低压液体图1-1 液压支架的工作原理Fig .1-1 HydraUIiC PreSSUre SUPPort Prin CiPle Of Work1）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，使与活塞杆相连接的顶梁紧紧接触顶板。2）降柱

5、 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的前移，都是由底座上的推移千斤顶来完成的 当需要支架前移时，先将柱卸载，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。14液压支架架型的分类按照液压支架在采煤工作面安装位置来划分有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 作面端头以外

6、的采煤工作面上所有位置的支架。目前使用的液压支架在分三类即：支撑式、掩护式和支撑掩护式支架。1.4.1 支撑式支架支撑式支架的架型有垛式支架和节式支架两种型式。如图1-2 ,前梁较长，支柱较多并呈垂直分布，支架的稳定性由支柱的复位装置来保证。因此底座坚固定，它靠支柱和顶 梁的支撑作用控制工作面的顶板，维护工作空间。顶板岩石则在顶梁后部切断垮落。这类支架具有较大的支撑能力和良好的切顶性能，适用于顶板坚硬完整，周期压力明显或强烈，底板较硬的煤层a图1-2 a 垛式b节式Fig.1-2a CordUroybdivisi Ona142掩护式支架掩护式支架有插腿式和非插腿式两种型式。如图1-3所示顶梁较

7、短，对顶板的作用力均匀；结构稳定，抵抗直接顶水平运动的能力强；防护性能好调高范围大，对煤层厚度变化适应性强；但整架工作阻力小，通风阻力大，工作空间小。这类支架适用于直接顶不稳 定或中等稳定的煤层。abC图1-3 a 插腿式支架b 立柱支在掩护梁上非插腿式支架C 立柱支在顶梁上非插腿式支架Fig.1-3 a SUPPortb Ieg PieCe On SUPPOrtc leg PieCe On SUPPOrt1.4.3支撑掩护式支架支撑掩护式支架架型主要用：四柱支在顶梁上；二柱支在顶梁；一柱或二柱支在掩护 梁上。支柱两排，每排1-2根，多呈倾斜布置，靠采空区一侧，装有掩护梁和四连杆机构 它的支撑

8、力大，切顶性能好，防护性能好，结构稳定，但结构复杂，重量大，价贵，不便 于运输。这类支架适用于直接顶为中等稳定或稳定，老顶有明显或强烈的周期来压，瓦斯储量 较大的中厚或厚煤层中。1.5液压支架设计目的、要求和设计支架必要的基本参数1.5.1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。为了满足对煤炭日益增长的需要，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。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、煤层的物理机械性质等的 不同，对液压的要求也不用。为了有

9、效的支护和控制顶板，必须设计出不同类型和不同结 构尺寸的液压支架。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。经过近 30 年的发展和努力 , 我国液压支架的设计、制造水平在不断提高 , 特别是在 缓倾斜中厚煤层的液压支架方面积累了相当丰富的经验 , 架型已基本趋于成熟、完善 , 在 品种和质量方面与国际先进水平相比差距越来越小。但在控制元件和控制系统方面 , 与先 进国家的产品相比还有较大差距。所以 , 今后除应继续针对我国国情和煤层具体条件 , 开 发一些新架型、新品种外 , 还应在改进支

10、架控制系统和提高支架的工作可靠性方面下功夫1.5.2 对液压支架的基本要求1) 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， 以便有效地控制顶板，保证合理的下沉量。2) 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 100KN150K，N 中厚煤层一般为 150KN250K，N 厚煤层一般为 300KN400KN3) 防矸性能要好。4) 排矸性能要好。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) 为了操作和生产的需要，要有足够宽的人行道。7) 调高范

11、围要大，照明和通讯方便。8) 支架稳定性要好，底座最大比压要小于规定值。9) 要求支架有足够的刚度，能够承受一定的不均匀载荷和冲击载荷。10) 在满足强度条件下，尽可能减轻支架重量。11) 要易于拆卸，结构要简单。12) 液压元件要可靠1.5.3设计液压支架必需的基本参数1) .顶板条件根据老顶和直接顶的分类，对支架进行选型。2) .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3) .瓦斯等级根据瓦斯等级，按保安规程规定，险算通风断面。4) .底板岩性及小时涌水量根据底板岩性和小时涌水量验算底板比压。5) .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

12、。6) .煤层倾角根据煤层倾角，决定是否用防倒放滑装置。7) .井筒罐笼尺寸根据井筒罐笼尺寸，考虑支架的运输外形尺寸。8) .配套尺寸根据配套尺寸及支护方式来计算顶梁长度详细DWG图纸请加：三二1爸爸五四O六3231885406 ¾-男19 JL 7月口日(公历)巨蟹座 属虔I f b懦子拘与穿理的空间全套资料低价拾元起2 液压支架基本技术参数的确定2.1 原 始条 件掩护式液压支架，煤层厚度为 2.32.9m,老顶为2级，直接顶为1类2.2 基 本技 术 参数1 ）支架的高度H m hm S1 2900 250 3150mmH n h S2 a a 2300 150 50 50 2

13、050mm取 H m 3200mm； H n 2000mmH1 H m h1 h2 3200 100 200 2900 mmH 2 H n h1 h2 2000 100 200 1700mm式中 Hm支架最大高度；H n 支架最小高度；H1 支架最高位置时的计算高度；H2 支架最低为之时的计算高度；h1 掩护梁上铰点至顶梁顶面之距；取 10Omm h2 后连杆下铰点至底座底面之距；取 200mmhm煤层最大厚度（最大采高）；hn 煤层最小厚度（最小采高）；SI考虑伪顶、煤皮冒顶落后仍有可靠初撑力所需要的支撑高度，取250mmS2顶板最大下沉量，取150mma移架时支架的最小可靠量，一般取 50

14、mm浮矸石、浮煤厚度，一般取 50mm.2）支架伸缩比Hmm Hn320020001.63）支护强度qxqq2qH m h1q h2q h1q343441343 32 34 3kN /m式中：qx当支架最大米咼为Hm时，支架应有的支护强度；q 在架型选择表2-1中与低于Hm但与之相邻的米咼相对应的支护强度； q2 在架型选择表2-1中与高于Hm但与之相邻的米高相对应的支护强度； hir q1所对应的米咼；h2rq2所对应的米咼。=362.624）支架间距所谓支架间距，就是相邻两支架中心之间的距离。用 be表示。支架间距bc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

15、槽相连，因此目前主要根据刮板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，我国刮板运输机溜槽每节长度通常为1.5 m ,千斤顶连接位置在刮板槽槽帮中间，所以除节式和迈步式支架外，支架间距一般为1.5米，本设计取bc=1.5 m5）底座长度所谓底座，就是将顶板压力传递到底板的稳固支架的部件。在设计支架的底座长度时，应考虑以下几个方面：支架对底板的接触比压要小；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，掩护式支架的底座长度取 3.5倍的移架步距，即2.1m左右；支撑掩护式支架 对底座长度取4倍的移架步距，即2

16、.4m左右。本次设计底座为2.240m表2-1适应不同类级顶板的架型和支护强度Tab 2-1 AdaPtiVe diffe nt GaP of roof and model holdi ng Stre ngth老顶级别IInIV直接顶类别12312312344掩 掩 支掩掩 支支支支支架护 护 撑护护 撑撑撑撑撑采咼V 2.5m时用支撑式 式 式式式 式掩掩或或式或护护支支采咼> 2.5m时用支撑型支式式撑撑掩护式撑掩掩掩护护护式式式支支12941.3 × 2941.6× 294> 2 × 294应结合护架2343 (245)1.3 ×1.6

17、× 343> 2 × 343深孔强采343(245)爆破，软度高3441(343)1.3 ×1.6× 441> 2 × 441化KN/M2m441(343)顶板等4539(441)1.3 ×1.6× 539> 2 × 539措施539(441)处理采注：（1）表中括号内数字系统掩护式支架顶梁上的支护强度。（2）1.3、1.6、2为增压系数3四连杆机构的设计3.1四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最重要部件之一。其作用概括起来主要 有两个，其一是当支架由高到低变化时，借助四连杆

18、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。下面通过四连杆机构动作过程的几何特征进一步阐述其作用。这些几何特征是四连杆 机构动作过程的必然结果。1） 支架高度在最大和最小范围内变化时，如图3-1所示，顶梁端点运动轨迹的最大 宽度e应小于或等于70mm最好在30m以下。2）支架在最高位置和最低位置时，顶梁与掩护梁的夹角P后连杆与底平面的夹角Q, 如图3-1所示,应满足如下要求：支架在最高位置时,P=520620,Q=75085°支架在最底位置时,为有利矸石下滑,防 止矸石停留在掩护

19、梁上,根据物理学摩擦理论可知,要求tgP > W如果纲和矸石的摩擦系数 W=0.3,则P=16.7°.而Q角主要考虑后连杆底部距底板要有一定距离,防止支架后部冒落岩 石卡住后连杆，使支架不能下降，一般去Q=2530°,在特殊情况下需要角度较小时，可提高后连杆下绞点的高度。3） 从图3-1可知掩护梁与顶梁绞点e'和瞬时中心O之间的连线与水平的夹角 Q。设 计时，要使Q角满足tgQ 0.35的范围，其原因是Q角直接影响支架承受附加力的数值大Fig.3-1 FoUr Iink motion gears geometry CharaCteriStiC4）顶梁前端点晕运

20、动轨迹双钮线向前凸的一段为支架最佳工作段，如图3-1所示的h段。其原因是顶板来压时，立柱让下缩，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，并且使 底座前端比压减少，防止啃底，有利移架。水平力的合力也相应减少，所以减轻了掩护梁 外负载。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e值减少。当已知掩护梁和后连杆的长度后，在设计时只要把掩护梁和后连杆简 化成曲柄滑块机构，如图3-2所示（实际上液压支架四连杆机

21、构属双摇杆机构）Fig.3-2 ShieIdS Liang Hehou the Connecting rod conStitUtion Crank SlideorganiZation3.2四连杆 机构与附 加力的影 响321附加力对液压支架受力的影响由于掩护式和支掩式液压支架有四连杆机构，所以使支架在承载过程中承受附加力， 附加力越大，对支架受力越不力。为此，在液压支架设计中对此力要有足够的认识，现在 对此作如下分析。液压支架实际受载情况很复杂，为简单计算，把支架简化成一个平面杆系结构。同时 为偏于安全，按集中载荷进行计算。图3-3顶梁分离受力分析Fig.3-3 Top-beam SePara

22、ti On StreSS an alysisb图3-4掩护梁分离受力分析Fig.3-4 ShieIdS Lia ng to SeParate the StreSS an alysis取FXoF2F1 WPa Sin I(3-1)取Fy 0F3F1Pa CoS 1(3-2)取MO 0。F3btgF2a(3-3)式中Pa -支架立柱的工作阻力，1-支架立柱的倾角，F1 -支架支护阻力，W -顶板和顶梁之间的摩擦系数，F2 -顶梁和掩护梁铰点水平力，F3 -顶梁和掩护梁铰点垂直分力。由上式有：F1Pa cos IPaSin 1tgF1Wtg(3-4)将该式变成通式为：F1Pa cos IPa Sin

23、 1(tg ) F1Wtg(3-5)立柱向后倾时，立柱的工作阻力取+；瞬心O点在顶梁和掩护梁铰点水平线以下的tg 取+;摩擦力向后取+。反之都取一。将上通式分解如下：Py PaCoS 1FyPa Sin 1 tgFiWtg(3-6)FIPy Fy式中Py支架立柱工作阻力的垂直分力，Fy 支架承受的附加力。Fy F3。由(3-6)可见 当tg 0时，附加力与立柱倾角和摩擦力有关。(1)立柱倾角对附加力的影响图3-5立柱后倾的顶梁分离受力分析Fig.3-5 CoIUmn to after top-beam SeParati On StreSS an alysis当瞬心在下、立柱后倾时,FX 0F2

24、 P?Si nFy 0F1 PcosPSin tgPy Fy由受力分析可看出，当瞬心在下时，立柱向后倾，附加力为正，立柱前倾，附加力为 负。当瞬心在上时，结论正好相反。（2） 摩擦力对附加力的影响Fig.3-6 Frontend top-beam two NiU Iine Path如图3-6所示，当支架由高到低顶梁前端的运动轨迹由a向b点运动时，瞬心点在下, tg值为正，且由大到小，一直到 b为O ;在这一段内，当支架在承受让压过程中，顶梁 有向前运动的趋势，从而使顶板给顶梁的摩擦力方向向后，摩擦力为正，附加力为正。当支架由高到低顶梁前端运动轨迹由 a向b点运动时，瞬心点在上，tg值为负其绝

25、对值由小变大到C点为最大，再由C点向d点由大到小一直到d点为O;在这一段内，当 支架在承载让压过程中，顶梁有向后运动的趋势，从而使顶板给顶梁的摩擦力方向向前， 摩擦力为负，附加力为正。由以上分析可知： 摩擦力引起的附加力都为正， 附加力的大小与 角的正负无关， 与 角的大小有关， 角大附加力就大，反之则小。结论：通过以上立柱倾角和摩擦力对附加力影响的分析，得出如下结论：tg 值的大小对附加力影响很大， tg 值大，支架承受的附加力大， 对支架受力不利。 所以在优化四连杆机构时，尽可能使 tg 值小些。为此，可以令支架由高到低时，顶梁前 端运动轨迹近似直线为目标函数，从而可以使 角变小， tg

26、值和附加力都变小。而且顶 梁前端点运动轨迹的变化宽度也可以较小，有利支控顶板。tg 值方向与摩擦力引起的附加力无关，而与立柱倾角引起的附加力有关，在立柱前 倾时：当瞬心点在下时， tg 值为正，附加力为负;当瞬心点在上时， tg 值为负，附加 力为正。所以在优化时，为减少附加力，尽可能使支架的工作段，在 ab段。3.2.2 掩护梁上铰点至顶梁顶面之距和后连杆下铰点至底座底面之距对支架 受力的影响增加掩护梁上铰点至顶梁面之距和后连杆下铰点至底座底面之距， 都可以使 角减小， 附加力减小，反之， 角增加，附加力也增加。详细 DWG 图 纸 请 加：三 二 1 爸 爸 五四O六3231885406

27、BW1男19二7月廿日（公同證座属虎荒 El<9aQ 01郸子朝与穿JD蓮的空间全套资料低价拾元起323后连杆与掩护梁长度比值对支架受力的影响Fig.3-7 FoUr ConneCting rods SChematiC draw ings当夹角a3、a4和型的比值不变，改变或 不变延长后连杆长度等方法，来增加 辿acac的比值，可以使 角减小，附加力减小，对支架受力有利；当改变a3角使型的比值增加,ac对 角变化不大，所以适当增加ab的比值，可以减少掩护梁长度和对支架受力有利。ac在掩护式支架和支撑掩护式支架中，后连杆和掩护梁长度的比值，关系到掩护梁的长度，对支架的重量和受力有着直接的影

28、响，所以在设计时，应尽量在满足支架工作需要情 况下，缩短掩护梁长度，减轻支架重量，减少支架受力。4、前后连杆上铰点与掩护梁长度比值对支架受力影响改变ab的比值，对 角影响很大，如果这个比值适当，可使角减小，tg值减小,ac附加力减小，掩护梁和前后连杆受力也减小ab的比值一般在0.220.3之间比较合适。ac3.3四连杆机构的几何作图法331掩护梁和后连杆长度的确定用解析法来确定掩护梁和后连杆的长度，如图3-8所示图3-8 掩护梁和后连杆计算图Fig.3-8 GaVi ng IoCk PieGe and after rod map 设：G-掩护梁长度（mm）A后连杆长度（mm）其中：P1 支架最

29、高位置时，掩护梁与顶梁夹角（度）P2支架最低位置时，掩护梁与顶梁夹角（度） Q 支架最高位置时，后连杆与底平面夹角（度） Q支架最低位置时，后连杆与底平面夹角（度）按四连杆机构的几何特征要求，选定 R 52 ,P2 79 ,由于支架型式不同，对于掩护式支 支架,一般AlG的比值按以下范围来取：AG=0.450.61,取 AG=0.58°支架在最高位置时有:因此掩护梁长度为：后连杆长度为：H1 G Si nR ASinQHiSin p1(AG).Sin Q1=2076.77mmA=G(A/G) = 1204.53mm取整得.G 2077 mm, A 1205mm3.3.2几何作图法作图

30、过程用几何作图法确定四连杆机构的各部尺寸，具体作法如图3-9所示。具体作图步骤如下：1）确定后连杆下铰点O点的位置，使它比底座面略高2002）过O点作与底座面平行的水平线 H-H线。3）过O点作与H- H线的夹角为Q的斜线。4）在此斜线截取线段Oa，Oa长度等于A,a点为支架在最高位置时后连杆与掩护梁的 铰点。5）过a点作与H- H线有交角P1的斜线，以a点为圆心，以G点为半径作弧交些斜线 一点e'此点为掩护梁与顶梁的铰点。6）过e'点作H-H线的平行线，则HH线与F-F线的距离为H ,为液压支架的最高 位置时的计算高度。7）以a点为圆心，以0.22G长度为半径作弧，在掩护梁上

31、交一点 b,为前连杆上铰点 的位置。8）过O点作与H- H线夹角为Q的斜线。9）在此斜线上截取线段Oa : Oa 的长度等于A, a点为支架降到最低位置时，掩护梁与后连杆的铰点。10）过a''点作与H H线有交角R的斜线，以a''点为圆心，以G为半径作弧交些斜 线一点e，此点为支架在最低位置时，顶梁与掩护梁的铰点。11）以a''为圆心以0.22G长度为半径作弧，在掩护梁上交一点b，为支架在最低位置时前连杆上铰点的位置。12）取ee线之间一点e为液压支架降到此高度时掩护梁与顶梁铰点。13）以0为圆心，Oa为半径圆弧。14）以e''点

32、为圆心，掩护梁长ae /为半径作弧，交前圆弧上一点 a',以点为液压 支架降到中间某一位置时，掩护梁与后连杆的铰点。15）以ea /连线，并以a点为圆心，ab长为半径作弧，交ae上一点b'点。则b， b' ,b 三点为液压支架在三个位置时 ，前连杆上铰点。16）由b，b / ,b 三点确定的圆心C,为前连杆下铰点位置。17）过C点H H线作垂线，交点d，则线段oa, ab, bc, cd,和do为液压支架四连杆 机构。18）按以上初步求出的四连杆机构的几何尺寸，再用几何作图法画出液压支架掩护梁 与顶梁铰点e'的运动轨迹，只要逐步变化四连杆机构的几何尺寸，便可以画

33、出不同的曲 线，再按四连杆机构的几何特征进行校核，最终选出较优的四连杆机构尺寸。Hd OIr图3-9 液压支架四连杆机构的几何作图法Fig .3-9 hydropost fore rod is geometry map method结论：后连杆长度 A=1205mm掩护梁长度G=2077mm前连杆长度C=1148mm前后连杆下铰点底座投影距离E=599mm前连杆下铰点高度D=533mm3.4四连杆机构的计算机设计法341、目标函数的确定根据附加力对液压支架受力影响的分析，为减少附加力，必须使U=TAN(THETA)较小值。同时，为有效地支控顶板，要求支架由高到低变化时，顶梁前端点与煤壁距离的变

34、化 要小。而支架在某一高度时的 THETAl ,恰好是顶梁前端点的双纽线轨迹上的切线与顶梁 垂线间的夹角。所以，只要令支架由高到低变化时，顶梁前端点运动轨迹似成直线为目标 函数，这两项要求都能满足。342、四连杆机构的几何特征四连杆机构的几何特征如下图3-10所示。支架在最高位置时：P1=0.91-1.08弧度；Q1=1.31- 1.48弧度。后连杆与掩护梁的比值，掩护式支架为I=0.45- 0.61.前后连杆上铰点之距与掩护梁的比值为11=0.22-0.3.E'点的运动轨迹呈近似双纽线，支架由高到低双纽线运动的最大宽度E<70MM最好在30MM以 下。支架在最高位置时的 TAN

35、（THETA的值应小于0.35 ,在优化设计中，对掩护式支架最 好应小于0.16。图3-10四连杆机构几何特征图Fig.3-10 FoUr Iink motion gears geometry CharaCteriStiC Chart3.4.3、四连杆机构各部尺寸的计算后连杆与掩护梁长度的确定当支架在最高位置时的H1值确定后，掩护梁长度G为:G=H1（ SIN（ P1）+I*SIN （ Q1）;后连杆长度为：A=I*G;前,后连杆上铰点之距为：B=I1*G;前连杆上铰点至掩护梁之矩为:F=G-B;对各变量规定相应的步长：P1的步长为0.034弧度；Q1的步长为0.034弧度；I1的步长为0.0

36、2弧度；I的步长为0.032弧度；（2）后连杆下铰点至坐标原点之距E1=G*COS（P1）-A*COS（Q1）;（3）前连杆长度及角度的确定为使顶梁上铰点的运动轨迹最大宽度和 THETA角尽量小，我们将支架在最高和最低 以及后连杆与掩护梁成90度角时顶梁上铰点的坐标定在一条垂直的直线上。（下面B1,B2, B3分别为此3点对应的前连杆与掩护梁的铰点，C为前连杆下铰点）B1 点坐标：X1=F*CO（P1）YI=HI-F*SIN （ P1）B2 点坐标：X2=F*CO（P2）Y2=B*SIN （ P2）+A*SIN（ Q2其中，Q2=0.436P2由几何关系求出。B3 点坐标：X3=F*CO（P3

37、）Y3=B*SIN （ P3）+A*SIN（ Q3其中P3= /2 ARCTAN（A/G） ARCTAN（E1/. G2 A2 E12Q3= /2 p3C 点坐标:XC= （M*（ Y2-Y3）-N*（ Y3-Y1）/TYC=（ N*（X3-X1）-M*（X2-X3）/T其中，M=X3*X3-X1*X1+Y3*Y3-Y1*Y1N=X2*X2-X3*X3+Y2*Y2-Y3*Y3T=2（ X3-X1）（ Y2-Y3）-（Y3-Y1）（X2-X3）(4) 前连杆下铰点的高度D和前，后连杆下铰点在底座上的投影距离:D=YCE=EI-XC3.4.4、四连杆机构的优选前，后连杆的比值范围：CA=0.9-1

38、.2。前连杆的高度：D<H15bE 的长度:E<H14.5。TAN (THETA 0.16。TAN (THETA =SL其中，L=X6S=HI-Y6X6, Y6为掩护梁在顶点速度瞬心的坐标，通过几何关系可求出345、求掩护梁上铰点轨迹坐标X=-A*COS (Q4) +G*CO(P4)Y=A*SIN (Q4 +G*SIN(P4)其中，Q4为后连杆与底座夹角，P4为掩护梁与顶梁夹角.P4=ARCCOS( Z);P4=arcCOS (Z)；Z= (KR . K2R2(K2J2)(R2 J2) /(K2 J2)J=2ABsinQ 4-2BDK=2EB+2ABcosQ 4R=A 2+B&qu

39、ot;+D-C2+h+2AEcosQ2ADsinQ43.4.6、语言程序编制1)程序框图图3-11程序框图Fig.3-11 FloW Chart2）源程序#i nclude<stdio.h>#in clude<math.h>main()float h1,h2,p1,q1,i,i1,g,a,b,c,d,e,f,a1,q2,o1,l,s,xc,yc,x4,y4,x5,y5,xx,xi,ex,gg;floato,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; float p4;scanf

40、("%f,%f",&h1,&h2); /* 输入 h1,h2*/ for(p1=0.91;p1<=1.08;p1=p1+0.034)/* 设 p1,q1,i,i1*/ for(q1=1.31;q1<=1.48;q1=q1+0.034) for(i=0.45;i<=0.61;i=i+0.032)for(i1=0.22;i1<0.3;i1=i1+0.02)g=h1/(sin(p1)+i*sin(q1);/* 计算 g,a,b,f*/a=i*g;b=i1*g;f=g-b;e1=g*cos(p1)-a*cos(q1);/* 计算 b1,b2,

41、b3,c 点坐标 */ x1=f*cos(p1);y1=h1-f*sin(p1);q2=0.436;gg=g*g-(e1+a*cos(q2)*(e1+a*cos(q2);if(gg<0)gg=-1.0*gg;p2=atan(sqrt(gg)/(e1+a*cos(q2);x2=f*cos(p2);y2=b*sin(p2)+a*sin(q2); p3=3.14/2.0-atan(a/g)-atan(e1/sqrt(g*g+a*a-e1*e1); q3=3.14/2.0-p3;x3=f*cos(p3);y3=b*sin(p3)+a*sin(q3);m=x3*x3-x1*x1+y3*y3-y1*

42、y1;n=x2*x2-x3*x3+y2*y2-y3*y3;t=2.0*(x3-x1)*(y2-y3)-(y3-y1)*(x2-x3);xc=(m*(y2-y3)-n*(y3-y1)/t;yc=(n*(x3-x1)-m*(x2-x3)/t;c=sqrt(x1-xc)*(x1-xc)+(y1-yc)*(y1-yc);/* 计算 c,d,e*/ o=c/a;if(o<0.9|o>1.2)continue;d=yc;e=e1-xc;x4=e1+a*cos(q1);/* 计算 a1,q2,q1 点坐标 */y4=a*sin(q1);x5=e1;y5=0.0;k1=(y1-yc)/(x1-xc

43、);c1=atan(k1);k2=(y4-y5)/(x4-x5);x6=(k1*x1-y1-k2*x4+y4)/(k1-k2);y6=k1*(x6-x1)+y1;l=x6; /* 计算 l,s*/s=h1-y6;u=s/l;if(u>0.16|u<0.0|d>0.2*h1|e>h1/4.5)continue;printf("u=%f,q1=%f,a=%f,b=%f,c=%f,d=%f,e=%fn,f=%f,g=%f,p1=%f,c1=%f,s= %f,l=%fn",u,q1,a,b,c,d,e,f,g,p1,c1,s,l);xx=0;xi=3000;

44、for(q4=1.48;q4>=0.436;q4=q4-0.0348)x1=a*cos(q4);k=2.0*e*b+2.0*a*b*cos(q4);j=2.0*a*b*sin(q4)-2.0*b*d; r=a*a+b*b+d*d-c*c+e*e+2.0*a*e*cos(q4)-2.0*a*d*sin(q4);if(k*k*r*r-(k*k+j*j)*(r*r-j*j)<0.0) ex=xx-xi;printf("ex=%fn",ex);continue; z=(k*r+sqrt(k*k*r*r-(k*k+j*j)*(r*r-j*j)/(k*k+j*j);p4=a

45、cos(z);x=-a*cos(q4)+g*cos(p4);y=a*sin(q4)+g*sin(p4); if(y>=h1|y<=h2) continue;printf("x=%f,y=%f,x1=%fn",x,y,x1);if(x>xx)xx=x;if(x<xi)xi=x;3)输入值及结果2.9,1.7 u=0.154265,q1=1.378000,a=1.192811,b=0.454011,c=1.099301,d=0.558861,e=0.56 6813,f=1.609676,g=2.063687,p1=0.910000,c1=1.081463

46、,s=0.237309,l=1.538323 x=1.038504,y=2.796892,x1=0.231357x=1.044041,y=2.751062,x1=0.271930x=1.047449,y=2.703728,x1=0.312174x=1.049153,y=2.654757,x1=0.352040x=1.049518,y=2.604010,x1=0.391480x=1.048865,y=2.551340,x1=0.430445x=1.047477,y=2.496585,x1=0.468890x=1.045606,y=2.439567,x1=0.506766x=1.043485,y=

47、2.380083,x1=0.544029x=1.041326,y=2.317902,x1=0.580634x=1.039329,y=2.252752,x1=0.616535x=1.037681,y=2.184306,x1=0.651689x=1.036564,y=2.112163,x1=0.686055x=1.036154,y=2.035823,x1=0.719589x=1.036625,y=1.954639,x1=0.752252x=1.038150,y=1.867754,x1=0.784005x=1.040905,y=1.773990,x1=0.814808x=1.045064,y=1.6

48、71653,x1=0.844624ex=0.013364ex=0.013364ex=0.013364ex=0.013364结论:U=0.154tg值（掩护梁与顶梁铰点至瞬心和底座平面夹角为)Q11.378支架在最咼位置时，后连杆与底座平面夹角A=1.193后连杆长度B=0.4540前、后连杆上铰点之距C=0.5588前连杆长度E=0.5668前、后连杆上铰点至掩护梁上铰点之距F=1.6096前连杆上铰点至掩护梁上铰点之距G=2.0637掩护梁长度P1 0.91支架在最高位置时，顶梁与掩护梁夹角C=1.0815支架在最咼位置时，前连杆与底座平面夹角EX=0.0134顶梁前端运动轨迹的最大宽度前面

49、所用的两种方法求出的四连杆机构的数值相近，由于计算机算法的精确度较高,故所选数据，均用计算机算法中所得的4 掩护式液压支架部件设计4.1顶梁顶梁是与顶板直接接触的构件，除满足一定的刚度和强度要求以外，还要保证支护顶 板的需要。4.1.1顶梁的作用及用途顶梁作用是支护顶板一定面积的直接承载部件，并为立柱、掩护梁、护顶装置等提供 必要的连接点。用途：a.用于支撑维护控顶区的顶板。b. 承受顶板的压力。c. 将顶板载荷通过立柱、掩护梁、前后连杆经底座传到底板。4.1.2顶梁的结构型式的确定1图4-1铰接式顶梁Fig.4-1 Hinge type top-beam选择铰接式顶梁，顶梁1为整体结构，顶梁

50、后端直接与掩护梁4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。OY型掩护式支架 就采用此种结构。4.1.3对顶梁长度的影响1）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，从液压支架的工作原理可以看出，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，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60Omm2

51、）配套尺寸对顶梁长度的影响设备配套尺寸与支架顶梁长度有直接关系。为了防止当采煤机向支架内倾斜时，采煤 机滚筒不截割顶梁，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300mm这个距离叫空顶距。另外在输送机铲煤板前也留有一定距离。一般为 135150mm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。除此而外，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，在此来计算顶梁长度。4.1.4顶梁断面形状顶梁都为箱式结构，一般由钢板焊接而成。为加强结构的刚度，在上下盖板之间焊有 加强筋板，构成封闭式棋盘型。顶梁前端呈滑

52、撬式或圆弧形，以减少移架阻力。在顶梁下 面焊有铸钢柱窝，柱窝两侧有孔，用钢丝绳或销轴把立柱和顶梁连接起来，支撑掩护式支 架在顶梁后端有销孔，通过销轴与掩护梁上的销孔相连。对于支撑掩护式支架，为了便于侧护板能自由伸缩，要在顶梁顶面上加焊一块比侧护板稍厚的钢板，称为顶板，如图 4-2所示，同时增强了顶梁的结构强度I图4-2顶梁断面4.1.5 顶梁主要尺寸的确定1) 顶梁长度 Lg顶梁长度=配套尺寸+底座长度+ AcosQi - GcosR 300 点至顶梁后端点之距( mm)1972 2240 1193 cos1.378 2063.7 cos0.91 3002961mm2) 梁面积 AA=Lg&#

53、215;B式中： Lg 顶梁长度 mm,B-顶梁宽度mm在本次设计中顶梁宽度为1500mm,代入公式( 2-11 )得A=2961×1500=44441500mm2=4.4m23) 支护面积 Fc2Fc = Bc(Lg +)m2式中：Fc支护面积 m2,移架后顶梁前端点到煤壁的距离m,一般 =0.3Bc支架间距(支架中心距)，一般为1.5m代入公式 (4-1) 得：Fc = 1500(2961+30)=4486500mm2 =4.49m24) 支架的理论支护阻力 F1 2F1=Fc×q x式中: F 1支架的理论支护阻力， KNFc支护面积m2qx 支护强度 KN/M2支架在最高处的理论支护阻力为：F=4.49 ×62.6=1628.07( KN)e +掩护梁与顶梁铰13 100(4-1)5) 顶板覆盖率S =AlFC × 100%式中：顶板覆盖率A顶梁面积m2Fc支护面积m代入式中得=4.4l4.49 × 100%=98.00%4.2 侧 护板4.2.1 、侧护板的选择顶梁和掩护梁的侧护板有两种：1 ）一侧固定另一侧活动的侧护板，由于固定侧护板与梁体焊接在一起，可节省原梁 体的侧板，既节省材料又可加固梁体。在设计时，根据左右工作面来确定左侧或右侧为活 动侧护板。一般沿倾斜方向的上方为固定