毕业论文掩护式液压支架的设计说明书

1、摘 要采煤综合机械化，是加速我国煤炭工业发展，大幅度提高劳动生产率，实现煤炭工业现代化的一项战略措施。综合机械化不仅产量大，效率高，成本低，而且能减轻笨重的体力劳动，改善作业环境，是煤炭工业技术的发展方向。液压支架是综合机械化采煤方法中最重要的设备之一。本论文主要阐述了一般掩护式液压支架的设计过程。设计内容包括：选架型、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。由于该煤层厚度适中，选用掩护式液压支架。煤层厚度介于之间，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掩护式支架。支架采用正四连杆机构，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

2、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。关键词：液压支架 四连杆机构 支架选型 推溜 移架AbstractThe comprehensive mechanization of coal mining is the acceleration coal industrial development of our country, raises labor productivity substantially , realizes the modern a strategic

3、measure of coal industry. Synthesize mechanization not only output big, efficiency has low cost high and can alleviate heavy physical labor and improvement schoolwork environment, is the technology of coal industry develop direction. Hydraulic support is the one of comprehensive most important equip

4、ment in the mechanization method of coal mining. The article mainly elaborated the general shield type hydraulic pressure support design process. The design content includes: Chooses, the system design, the main spare part design, the main spare part examination and the hydraulic system design.Becau

5、se this coal bed thickness is moderate, selects the shield type hydraulic pressure support. Coal bed thickness is situated between between the 2.53.8 rice, coal bed thickness change bigger, selects adjusts the high scope big also the anti- horizontal thrust is strong also the belt protects helps the

6、 equipment the shield type support. The support uses the four link motion gear, improves the support stress condition. The top-beam, caving shield, the foundation makes the packed in a box body structure; The column uses the double expansion and contraction function hydraulic cylinder, increases the

7、 power stroke to satisfy the support to adjust the high scope the need. Passes the hoisting jack to use the portal frame construction, reduces pushes slides the strength and increases moves a strength. In order to enhance moves a speed, guarantees is prompt to the roof support, uses the mushroom val

8、ve hydraulic system.Key word: The hydraulic pressure support , four-link mechanism , support shaping push forwards the conveyer, advancing the powered support.目录摘要IAbstractII第1章液压支架概论11.1 液压支架的设计目的11.2 液压支架的使用现状11.3 国内外液压支架的差距及今后的发展趋势11.4 液压支架的应用和意义21.5 液压支架的组成和分类31.5.1 液压支架的组成31.5.2 液压支架的分类及特点41.6

9、液压支架的工作原理61.7 液压支架的支护方式8第2章液压支架整体结构设计92.1 液压支架的参数要求92.1.1 液压支架的原始数据92.1.2 液压支架的基本要求92.1.3 液压支架的基本参数102.1.4 液压支架的选型原则102.2 液压支架主要尺寸的确定112.2.1 液压支架的高度确定11支架的伸缩比确定122.2.3 支架的支护强度122.2.4 支架的间距确定132.2.5 底座长度的确定132.3 液压支架四连杆机构的确定142.3.1 四连杆机构的作用142.3.2 四连杆机构设计的要求142.3.3 附加力对液压支架受力的影响162.3.4 两点之距对支架受力的影响16

10、2.3.5 后连杆与掩护梁长度比值对支架受力的影响162.4 液压支架四连杆机构的设计18掩护梁和后连杆长度的确定182.4.2 几何作图法作图过程192.5 液压支架顶梁结构设计212.5.1 顶梁的基本概念和作用212.5.2 顶梁的结构形式222.5.3 对顶梁长度的影响242.5.4 顶梁的断面形状242.5.5 顶梁长度的计算252.5.6 顶梁宽度和底座宽度的确定272.6 液压支架掩护梁结构设计272.6.1 掩护梁的作用和用途272.6.2 掩护梁的结构型式272.6.3 掩护梁的参数确定282.7 液压支架侧护板结构设计282.7.1 侧护板的种类282.7.2 侧护板的结构

11、形式282.7.3 侧护板尺寸的确定292.8 液压支架底座结构设计292.8.1 底座的设计要求292.8.2 底座的结构形式292.8.3 底座的参数确定30第3章液压支架受力分析与计算313.1 铰接式顶梁掩护式液压支架的整体受力分析313.2 液压支架顶梁和掩护梁的受力分析与计算323.2.1 取顶梁为分离体进行受力分析323.2.2 取顶梁和掩护梁为分离体进行受力分析333.2.3 取掩护梁为分离体进行受力分析333.2.4 顶梁的载荷分布353.2.5 顶梁的支护强度363.3 液压支架底座的受力分析与计算36取底座为分离体进行受力分析363.3.2 底座接触比压计算37第4章液压

12、支架的强度校核384.1 校核的材料选择和基本要求384.2 顶梁的强度校核394.2.1 顶梁的受力情况分析394.2.2 顶梁的强度校核计算404.3 掩护梁的强度校核414.3.1 掩护梁的受力情况分析414.3.1 掩护梁的强度校核计算414.4 底座的强度校核434.4.1 底座的受力情况分析434.4.2 底座的强度校核计算434.5 前后连杆的强度校核444.5.1 前连杆的强度校核计算44后连杆的强度校核计算454.6 销轴和耳座的强度校核454.6.1 耳座的强度校核计算454.6.2 销轴的强度校核计算46第5章设计结论48参考文献49致谢50第1章液压支架概论1.1 液压

13、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（简称综采工作面）。而每个总裁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。1.2液压支架的

14、使用现状液压支架的设计、制造和使用，从1854年英国研制成功了液压支架发展到现在，已经基本成熟，已经基本成熟，它已经形成了能另适用各种不同煤矿地质条件的各类液压支架。从液压支架的形式来看，有支撑式液压支架发展到掩护式液压支架和支撑掩护式液压支架；从支架的质量来看，有轻型液压支架和重型液压支架；从支撑高度来看，有薄煤层液压支架、中厚煤层分层和厚煤层液压支架，其中厚煤层液压支架鼬分厚煤层一次采全高液压支架、厚煤层分层开采液压支架和放顶煤液压支架；从用途来看，有端头液压支架和中间液压支架。所以从液压支架的现状开看，液压支架已经发展到一个完整的液压支架体系。从液压支架的设计来看，由过去的手工设计发展到

15、全部计算机程序设计。总之，随着时代的发展的进步，液压支架设计、制造和使用，将越来越完善、安全、可靠。1.3国内外液压支架的差距及今后的发展趋势我国液压支架经过30多年的发展，尽管取得了显著成绩，在双高矿井建设中出现过日产万吨甚至班产万吨的记录，但总体水平与世界先进采煤国家仍存在一定差距。在支架架型功能上我国与国外相差无几，但有些地方特别是特厚煤层用的放顶煤支架、铺网支架、两硬煤层的强力支架、端头支架还有独到之处，但国产液压支架技术含量偏低，电液控制阀可靠性差，所以钢材的耐压能力一般为16MPa，最好的屈服极限才700MPa，液压系统压力在35MPa以下，流量在200L/min以内，供液管直径2

16、532mm，回液管直径2550mm，最快移架速度为1012s/架，工作阻力更是相对较低。我国科学工作者经过30多年的发展和努力，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的差距。所以，今后除硬继续针对我国国情的煤层具体条件，开发一些新架型、新品种外，还应在设计支架控制系统和提高支架的工作可靠性方面下功夫。今后，我国的液压支架的设计将朝技术含量大、钢板强度高、移架速度快和电液控制阀的方向发展，对有破碎带和断层的工作

17、面将加大支架的移架里，尽量采用整体可靠推杆 和抬底座机构，并减少千斤顶的数量。另外，将普遍采用额定压力为40MPa、额定流量为400L/min的高压大流量乳化泵站，以适应快速移架的需要；系统采用环形或双向供液，以保证支架有足够的压力达到初撑力，以保证支架接顶位置准确。两柱掩护式支架的比重将大大增加，缸的直径将增至360mm，端头支架、轻放多用途支架将被广泛使用。1.4 液压支架的应用和意义随着工业技术的不断发展，国民经济对煤炭需要量的日益增加，煤矿开采，特别是采煤工作面的生产技术面貌发生了巨大的变化。自1954年英国装备了世界上第一个液压支架工作面开始，采煤技术实现了综合机械化。综合机械化。就

18、是工作面采煤、运输和支护三大主要生产环节都是现机械化。也就是说，采用滚筒式或刨削式等采煤机械落煤与装煤；工作面重型可弯曲运输机，以及与之适应的顺槽转载机和可伸缩皮带运输机等运煤；自移式液压支架支护和管理顶板。这几种设备相互配合，组成了综合机械化采煤设备。液压支架是以高压液体为动力，由若干液压元件（油缸和阀件）与一些金属结构件组合而成的一种支撑和控制顶板的采煤工作面设备，能实现支撑、降落移架和推移运输机等一整套工序。液压支架技术上先进，经济上合理，安全上可靠，当前世界各国都在不断地提高采煤工作面的综合机械化水平。我国于1964年开始研制液压支架，到目前已经取得可较好的效果。1974年以来，从西德

19、、英国、苏联和波兰等国引进了许多不同类型的液压支架。实践证明，液压支架具有强度高、支护性能好、移设速度快、安全可靠等优点，能使采煤工作面达到高产量、高回采率和高工效，能大大减轻劳动强度，降低成本和掘进率，实现安全生产。1.5液压支架的组成和分类1.5.1液压支架的组成液压支架是综采工作面支护设备，它的主要作用是支护采场顶板，维护安全作业空间，推移工作面采运设备。液压支架的种类很多，但其基本功能是相同的。液压支架按其结构特点和与围岩的作用关系“般分为三大类，即支撑式、掩护式(图1-2)和支撑掩护式(图1-3) 根据支架各部件的功能和作用，其组成可分为4个部分：(1) 承载结构件，如顶梁、掩护梁、

20、底座、连杆、尾梁等。其主要功能是承受和传递顶板和垮落岩石的载荷。(2) 液压油缸，包括立柱和各类千斤顶。其主要功能是实现支架的各种动作，产生液压动力。(3) 控制元部件，包括液压系统操纵阀、单向阀、安全阀等各类阀，以及管路、液压、电控元件等。其主要功能是操作控制支架各液压油缸动作及保证所需的工作特性。图1-2 掩护式液压支架结构图1-3 支撑掩护式液压支架结构 (4) 辅助装置，如推移装置、护帮(或挑梁)装置、伸缩梁(或插板)装置、活动侧护板、防倒防滑装置、连接件等。这些装置是为实现支架的某些动作或功能所必需的装置。1.5.2液压支架的分类及特点按液压支架在采煤工作面的安置位置来划分，有端头液

21、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的采煤工作面所有位置的支架。中间液压支架按其结构形式来划分，可分为三种基本类型，即：支撑式、掩护式和支撑掩护式。1 支撑式支架支撑式支架是出现最早的一种架型，按其结构和动作方式的不同，支撑式支架又分为垛式支架（图1-4 a）和节式支架（图1-4 b）两种结构型式。垛式支架每架为一整体，与输送机连接并互为支点整体前移。节式支架由个框节组成，移架时，各节之间互为支点交替前移，输送机用于支架相连的推移千斤顶推移。节式支架由于稳定性差，现已基本淘汰。支撑式支架的结构特点是：顶梁较长，其长

22、度多在左右；立柱多，一般是根，且垂直支撑；支架后部设复位装置和挡矸装置。以平衡水平推力和防止矸石窜入支架的工作空间内。支撑式支架的支护性能是：支撑力大，且作用点在支架中后部，故切顶性能好；对顶板重复支撑的次数多，容易把本来完整的顶板压碎；抗水平载荷的能力差，稳定性差；护矸能力差，矸石易窜入工作空间；支架的的工作空间和通风断面大。由上可知，支撑式支架适用于直接顶稳定、老顶有明显或强烈周期来压，且水平力小的条件。此种支架在现阶段的综采工作面的生产时都已基本不再采用。2 掩护式支架（如图1-2） 其主要由前梁、主梁、掩护梁和侧护板、底座、前后连杆、前梁千斤顶、推移千斤顶、操纵阀等组成。(a) (b)

23、 图1-4支撑式支架结构形式垛式支架 节式支架 它的结构特点是：有一个较宽的掩护梁以挡住采空区矸石进入作业空间，其掩护梁的上端与顶梁铰接，下端通过前后连杆与底座连接。底座、前后连杆和掩护梁形成四连杆机构，以保持稳定的梁端距和承受水平推力。立柱的支撑力间接作用与顶梁或直接作用与顶梁上。掩护式支架的立柱较少，除少数掩护式支架1根立柱外，一般都是一排2根立柱。这种支架的立柱都为倾斜布置，以增加支架的调高范围，支架的两侧有活动侧护板，可以把架间密封。通常顶梁较短，一般为左右。 掩护式支架的支护性能是：支撑力较小，切顶性能差，但由于顶梁短，支撑力集中在靠近煤壁的顶板上，所以支护强度较大、且均匀，掩护性好

24、，能承受较大的水平推力，对顶板反复支撑的次数少，能带压移架。但由于顶梁短，立柱倾斜布置，故作业空间和通风断面小。由上可知，掩护式支架适用于顶板不稳定或中等稳定、老顶周期来压不明显、瓦斯含量少的破碎顶板条件。3 支撑掩护式支架（如图1-3）其主要由防片帮千斤顶、前梁、顶梁、掩护梁、底座、推移千斤顶、立柱等组成。支撑掩护式支架是在吸收了支撑式和掩护式两种支架优点的基础上发展起来的一种支架。因此，它兼有支撑式和掩护式支架的结构特点和性能，可适应各种顶底板条件。此种支架的优点是：支撑力大，切顶性能强，防护性能好，通风断面大，稳定性好，应用范围广。它的缺点是：结构复杂，成本较高。支撑掩护式支架的立柱均为

25、两排，立柱可前倾或后倾。也可倒八字形布置和交叉布置。通常，两排立柱都是直接支撑在顶梁上，个别情况下，也有后排立柱支撑在掩护梁上而前排立柱支撑在顶梁上。4 特种液压支架特种液压支架是为了满足某些特殊的要求而发展起来的液压支架，在结构形式上仍属于以上某种液压支架。包括放顶煤支架等。1.6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实现完成的。如图1-5示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，使与活塞杆相连接的顶梁接触顶板。2. 降柱当需要降柱时，高压液进

26、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。图1-5 液压支架工作原理-顶梁 -立柱 -底座 -推移千斤顶 -安全阀 -液控单向阀 、-操纵阀 -输送机 -乳化液泵 -主供液管 -主回液管3. 支架和输送机前移支架和运输机的前移，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，以输送机为支点，缸体前移，把整个支架拉向煤壁；当需要推运输机时，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，是活塞杆伸出，把运输机推向煤壁。支架的支撑力与时间曲线，称为支架的工作特性曲线，如图1-6所示：支架立

27、柱工作时，其支撑力随时间的变化过程可分为三个阶段-初撑阶段； -增阻阶段； -恒阻阶段；-初撑力；-工作阻力（1）初撑阶段支架在升柱时，高压液进入立柱下腔，立柱升起使顶梁接触顶板，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，支架的夜控单向阀关闭，立柱下腔压力达到初撑力，此阶段为初撑阶段，此时支架对顶板的支撑力为初撑力。支撑式支架的初撑力为图1-6 支架的工作特性曲线式中 -支架立柱的缸径，；-泵站的工作压力，；-支架立柱的数量。 由上式可知，支架初撑力的大小取决于泵站的工作压力，立柱缸径和立柱的数量。合理的初撑力是防止直接顶过早的因下沉而离层、减缓顶板下沉速度、增加其稳定性和保证安

28、全生产的关键。一般采用提高泵站工作压力的办法来提高初撑力，以免立柱的缸径过大。（2）承载增阻阶段支架初撑后，随顶板下沉，立柱下腔压力增加，直到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。（3）恒阻阶段随着顶板压力继续增加，使立柱下腔压力超过支架的安全阀压力调正值时，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整之后，安全阀停止溢流，这样在安全阀调整压力的限制下，压力曲线随时间呈波浪形变化，此阶段为恒阻阶段。此时支架对顶板的支撑力称为工作阻力，它是由支架安全阀的调定压力决定的。支撑式支架的工作组力为式中 -支架安全阀的调定压力 ；支

29、架的工作阻力标志着支架的最大承载能力。对于掩护式和支撑掩护式支架，其初撑力和工作阻力的计算还要考虑到立柱倾角的影响因素。支架的工作阻力是支架的一个重要参数，它表示支架支撑力的大小。但是，由于支架的顶梁长短和间距大小不同，所以并不能完全反映支架对顶板的支撑能力。因此，常用单位支护面积顶板上所受支架工作阻力值的大小，即支护强度来表示支架的支护性能。即 式中 支架的支护面积，。1.7液压支架的支护方式综采工作面的主要生产工序有采煤、移架和推溜。 3个工序的不同组合顺序，可形成液压支架的3种支护方式，从而决定工作面“三机”的不同配套关系。1 即时支护般循环方式为：割煤一移架一推溜，工作面“三机”的配套

30、关系。即时支护的特点是，顶板暴露时间短，梁端距较小。适用于各种顶板条件，是目前应用最广泛的支护方式。2 滞后支护一般循环方式为：割煤一推溜一移架。滞后支护的特点是，支护滞后时间较长，梁端距大，支架顶梁较短。可用于稳定、完整的顶板。3 复合支护般循环方式为：割煤一支架伸出伸缩梁一推溜一收伸缩梁一移架。复合支护的特点是：支护滞后时间短，但增加了反复支撑次数。可适用于各种顶板条件，但支架操作次数增加，不能适应高产高效要求，目前应用较少。第2章液压支架整体结构设计2.1 液压支架的参数要求 液压支架的原始数据基本（老）顶级别:级直接顶级别:2支撑高度:2.5m5.0m工作阻力和初撑力35003600/

31、20002500(KN)液压支架的基本要求1. 四连杆机构应进行优化设计，使支架梁端距变化小，支架受力状态最佳，结构上既满足工作空间要求，又能承受足够的纵向、横向力及扭矩。2. 前梁无论是伸缩式或是挑梁式，都应能及时支护顶板。前梁由前梁千斤顶控制，可上、下摆动。与顶板保持良好的接触，维护机道上方顶板。伸缩梁靠伸缩千斤顶和前梁作相对滑移用以及时支护新暴露的顶板。3. 顶梁。顶梁是支架主要承受顶板压力的部件，并起切顶作用。它可多次反复支撑顶煤，以利于放煤。顶梁装有侧护板，活动侧装有千斤顶和弹簧，防止架间漏煤、矸及调节支架间距。若四连杆机构与顶梁铰接，要有可靠的铰接支座。4. 掩护梁。它用于承受部分

32、煤、矸载荷，防止其窜入后输送机的工作空间，保证支架、后输送机正常运行。根据不同的支架类型，掩护梁有伸缩插板式和在下端铰接一伸缩尾梁式，它装有侧护板作用与顶梁侧护板相同。掩护梁受扭力和横向载荷力大，是十分重要的部件。5. 底座。其作用是将支架承受的顶板压力和侧向力传至底板。它既要有足够的强度和刚度，又应满足底板比压不超限。保证支架整体稳定性的关键是在底座上铰接四连杆机构，在底座中间设置有推移装置，侧面设置拉后输送机的千斤顶和推移杆。6. 推移装置。此机构关系到支架能否正常推移，由千斤顶和推移杆组成。推移杆结构有长推杆或是由两部分短推移杆组成。7. 尾梁。四连杆机构与掩护梁铰接的支架，在掩护梁下铰

33、接一可转动的伸缩插板尾梁，用以放煤、保证放煤高度及维护工作空间。对于大块煤可利用插板进行破碎。尾梁装有侧护板，作用与顶梁、掩护梁的侧护板相同。8. 液压控制系统及立柱、千斤顶。液压系统由各液压件、管路系统组成，它应保证立住、千斤顶完成支架要求的各种性能，并达到设计技术参数。液压支架的基本参数(1)顶板条件。根据基本顶和直接顶的分类，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，按煤矿安全规定弟一百零五条规定，验算通风。（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。

34、分居工作面煤壁条件，决定是否用护帮装置。（6）煤层倾角。根据煤层倾角，决定是否选用防倒防滑装置。（7）井筒灌笼尺寸。根据井筒灌笼尺寸，考虑支架的运输外形尺寸。（8）配套尺寸。根据配套尺寸及方式来计算顶梁长度。 液压支架的选型原则1概述从液压支架架型的结构特点结构特点来看，由于架型的不同，它的支撑力分布和作用也不同；从顶板的条件来看，由于直接顶类别和基本顶级级别不同，支架所承受的载荷也不同。所以，为了在使用中合理地选择架型，要对支架的支撑力与承载的关系进行分析，使支架的支撑力能适应顶板载荷的要求。2影响架型选择的因素液压支架的架型选择，主要取决于顶板条件和地质条件，结合各类支架的不同性能和特点，

35、选择一种较为合理的架型。下面简要介绍影响架型选择的因素和如何有针对性地进架型选择。(1)煤层厚度1）当煤层厚度超过2.5m时，顶板有侧向推力和水平推力时，应选用抗扭能力强的支架，一般不宜选用支撑式支架。2)当煤层厚度达到2.52.8m以上时，需要选择有护帮装置的掩护式或支撑掩护式支架.3）煤层厚度变化大时，应选择调高范围较大、带有机械加长杆或双伸缩立柱的掩护式支架。4)假顶分层开采，应选用掩护式液压支架。（2）煤层倾角1）煤层倾角小于10°时，液压支架可以不设防倒防滑装置。倾角在15°（支撑式液压支架取下限，掩护式液压支架和支撑掩护式液压支架取上限）以上时，应选用带有防滑装

36、置的液压支架。2）倾角在18°以上时，应选用同时带有防滑防倒装置的液压支架。（3）瓦斯含量对瓦斯涌出量大的工作面，应符合煤矿安全规程要求，并优先选择通风面积大的支撑式或支撑掩护液压支架。（4）底板强度 1）验算比压，应使支架底座对底板的比压不超过底板的容许比压。 2）为了移架容易，设计时要使底座的比压不超过底板的容许比压。（3）设备成本同时允许选用几种架型时，应优先选用价格便宜的支架。支撑式液压支架最便宜，其次是掩护式液压支架，最贵为支撑掩护式液压支架。2.2 液压支架主要尺寸的确定液压支架的高度确定支架的高度确定应所采煤层的厚度，采区范围内地质条件的变化等因素来确定，其最大与最小最

37、小高度为取；式中 支架最大高度；支架最小高度；支架最高位置时的计算高度；支架最低为之时的计算高度；掩护梁上铰点至顶梁顶面之距；取200mm；后连杆下铰点至底座底面之距；取1000mm；煤层最大厚度（最大采高）；煤层最小厚度（最小采高）；考虑伪顶、煤皮冒顶落后仍有可靠初撑力所需要的支撑高度，取250mm；顶板最大下沉量，取150mm；移架时支架的最小可靠量，一般取50mm；浮矸石、浮煤厚度，一般取50mm.支架的伸缩比确定支架的伸缩比指最大支架高度与最小支架高度之比值为：由于液压支架的使用寿命较长，并可能被安装在不同采高工作面，所以支架应具有较大的伸缩比。在采用双伸缩立柱时，垛式液压支架的伸缩比

38、为1:9；支撑掩护式液压支架为2.5；掩护式液压支架可达3.0一般范围是1.52.5，煤层较薄时选较大值。但考虑尽量减轻支架重量，降低造价，可搞系列化支架，加强支架对顶底板的适应性，降低伸缩比，尽量采用单伸缩油缸或带机械加长杆来增加调高范围。 支架的支护强度 = =490式中：当支架最大采高为时，支架应有的支护强度；与低于但与之相邻的采高相对应的支护强度；与高于但与之相邻的采高相对应的支护强度；所对应的采高；所对应的采高。2.2.4支架的间距确定支架间距就是相邻两支架中心线的距离。支架间距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中部槽相连，因此目前主要根据输送机中

39、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1.5m，千斤顶连接块位置在中部槽中间位置，所以除节式和迈步式液压支架，支架间距一般为1.5m。2.2.5底座长度的确定所谓底座，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2.4m左右。表2-1适应不同类级顶板的架型和支护强度老顶级

40、别直接顶类别12312312344架型 掩护式掩护式支撑式掩护式掩护式或支撑掩护式支撑式支撑掩护式支撑掩护式支撑或支撑掩护式支撑或支撑掩护式采高2.5m时用支撑式采高2.5m时用支撑掩护式支护强度KN/M支架采高m12941.3×2941.6×2942×294应结合深孔爆破，软化顶板等措施处理采空区2343（245）1.3×343(245)1.6×3432×3433441(343)1.3×441(343)1.6×4412×4414539(441)1.3×539(441)1.6×5392

41、×539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2.3 液压支架四连杆机构的确定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。 为了掌握四连杆机构的设计方法，必须正确理解四连杆机构的作用。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。这些特征是四连杆动作过程的必然结果。四连杆机构设计的要求1.支

42、架高度在最大和最小范围内变化时，顶梁端点运动轨迹的最大宽度，最好为以下；2.支架在最高位置时和最低位置时，顶梁与掩护梁的夹角和后连杆与底平面的夹角，应满足如下要求：支架在最高位置时，；支架在最低位置时，为有利于矸石下滑，防止矸石停留在掩护梁上，根据物理学摩擦理论可知，要求，如果刚和矸石的摩擦系数，则，为了安全可靠，最低工作位置应使为宜。而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。一般取,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；3.掩护梁与顶梁铰点和瞬心中心间的只限于水平线夹角,满足。原因是角直接影响支架承受附加力的数值大小。4.应取顶

43、梁前端点运动轨迹双纽线向前凸的一段为支架工作段，如图21所示的h段。图2-1四连杆机构几何特征其原因为当顶板来压时，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。同时底板防止底座向后移，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小，防止啃底，有利移架。水平力的合力也相应减小，所以减轻了掩护梁的外负荷。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

44、（实际上液压支架四连杆机构属双摇杆机构）图2-2掩护梁和后连杆构成曲柄滑块机构附加力对液压支架受力的影响值的大小对附加力影响很大，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，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。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，值为正，附加力为负；当瞬心点在上时，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。 两点之距对支架受力的

45、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。后连杆与掩护梁长度比值对支架受力的影响图2-3 四连杆示意图当夹角、和的比值不变，改变或不变延长后连杆长度等方法，来增加的比值，可以使角减小，附加力减小，对支架受力有利；当改变角使的比值增加，对角变化不大，所以适当增加的比值，可以减少掩护梁长度和对支架受力有利。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

46、与掩护梁长度比值对支架受力影响改变的比值，对角影响很大，如果这个比值适当，可使角减小，值减小，附加力减小，掩护梁和前后连杆受力也减小。的比值一般在0.220.3之间比较合适。2.4 液压支架四连杆机构的设计掩护梁和后连杆长度的确定掩护梁和后连杆距离的确定。用解析法来确定掩护梁和后连杆的长度，如图2-4所示。 图2-4 掩护梁和后连杆计算图设：G-掩护梁长度（mm）A 后连杆长度（mm）其中：P1支架最高位置时，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)Q1支架最高位置时，后连杆与底平面夹角（度）Q2支架最低位置时，后连杆与底平面夹角（度）从几何关系出发可以列出如下公式：联

47、立两式可得：按四连杆机构几何特征要求，选定P1、P2、Q1、Q2代入上式可以求得的比值，由于支架形式不同，一般的比值按以下范围来取。掩护式液压支架： =0.450.61支撑掩护式液压支架： =0.610.82支架最高位置时的计算高度为： 根据的比值和式5-7可以求得掩护梁的长度G和后连杆长度A，经过取整后计算出的角度，确定这几个参数。由已知参数计算： H1=Hm-200-230=5000-200-1000=3800mm设定：P1=60° P2=25°Q1=80° Q2=32°由式5-6可得：=0.61将H1、P1、Q1、A=0.7G 代入式5-7可得：3

48、800=Gsin60°+0.61Gsin80°G=2590mmA=0.61G=1580mm 几何作图法作图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HH线。3)过O点作与HH线的夹角为Q1的斜线。4)在此斜线截取线段，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HH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HH线的平行线，则HH线与FF线的距离为H1，为液压支架

49、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，在掩护梁上交一点b,为前连杆上铰点的位置。8)过O点作与HH线夹角为Q2的斜线。9)在此斜线上截取线段.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HH线有交角P2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O为圆心，为半径圆弧。14)以e点为圆心，掩护梁长为半径作弧，交前

50、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)以连线，并以a点为圆心，ab长为半径作弧，交上一点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HH线作垂线，交点d，则线段,和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。图2-5 液压支架四连杆机构的几何作图法结论：后连杆长度A=158

51、0mm 掩护梁长度G=2590mm前连杆长度C=1600mm 前后连杆下铰点底座投影距离E=600mm 前连杆下铰点高度D=1500mm2.5 液压支架顶梁结构设计顶梁的基本概念和作用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。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。 顶梁的结构形式1支撑式液压支架的顶梁结构支撑式液压支架顶梁结构形式如图2-6所示。如图a所示为整体刚性顶梁。顶梁为一整体，刚性大，

52、承载能力较好，但对顶板适应性差。图2-6支撑式液压支架的顶梁类型1-前梁；2-后梁；3-尾梁；4-前梁千斤顶；5-前梁伸缩千斤顶2如图b，c所示为铰接式顶梁，由前梁和后梁组成，分别由前、后排立柱支撑。其中，b为全铰式，它能适应支架顶梁上方前后顶板的变化，但当顶板出现凹坑时，顶梁易成人字形，影响支撑效果和切顶性能。半饺式顶梁如图c所示，它克服了全铰式的缺点，当中部顶板出现凸起时，使前、后梁向上翘；当顶板出现凹坑时，由于铰接点下部有平整碰头阻止，支架顶梁仍保持平整位置。4如图d所示为刚性顶梁带铰接式前梁，顶梁由前、后梁铰接，在铰接前梁处安装有前梁千斤顶，用来支撑靠近煤壁处的顶板，同时还可以使前梁上

53、下摆角适应顶板起伏变化和增加顶梁前端的支撑能力。为了使冒落的顶板矸石滑向采空区，保护挡矸帘，还可以增设尾梁，如图e所示。如图f所示为不带伸缩前梁的刚性顶梁，伸缩千斤顶式顶梁伸缩，由于前梁可以及时伸出支护暴露的顶板，从而允许固定顶梁减小长度，也可以用前梁千斤顶和伸缩千斤顶配合使用，使前梁既可以伸缩，也可以上下摆动。2掩护式液压支架的顶梁结构掩护式液压支架的顶梁结构型式如图2-7所示如图a所示为平衡顶梁顶梁较短，与其下部的的掩护梁铰接。因为它能在顶板凹凸变化时自取平衡，所以叫平衡式顶梁，顶梁铰接点前、后侧面的比例接近于2：1（按载荷分布近似三角形设计）。这种顶梁后部和掩护梁形成三角区，易被冒落矸石

54、堵住，影响支护效果。为此，在顶梁后部加设挡矸板。如图b所示为潜入式顶梁，顶梁后端为扇形结构，掩护梁可潜入扇形结构内，消除三角区。如图c所示为铰接式顶梁，顶梁为整体结构，顶梁后端直接与掩护梁铰接，取消三角区，立柱直接支撑在顶梁上。平衡千斤顶调节顶梁的接触面积。图2-7 掩护式液压支架定量的类型1-顶梁；2-前梁；3-后梁；4-掩护梁；5-立柱；6限位千斤顶；7前梁千斤顶8-平衡千斤顶如图d所示为带前梁的铰接式顶梁，由前梁千斤顶调节前梁角度，可以提高前梁前端的支撑能力，改善前梁前端的支控效果。本设计采用铰接式顶梁。如图e所示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

55、伸缩和摆动前梁，为如图d、e所示两种型式的结合型，由前梁千斤顶调节前梁角度，并在前梁内加伸缩前探梁。3支撑掩护式液压支架的顶梁结构由于支撑掩护式液压支架的结构介于支撑式和掩护式液压支架之间，所以，支撑掩护式液压支架的顶梁结构可采用前述诸种型式，但应根据顶板条件来选取。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600mm。2)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。 顶梁的断面