后四連桿低位放頂煤液壓支架畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書

1、后四連桿低位放頂煤液壓支架畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書摘 要縱觀世界液壓支架的發(fā)展歷史，從1854年英國(guó)率先研制成功了液壓支架到現(xiàn)在，液壓支架的設(shè)計(jì)研發(fā)已經(jīng)基本成熟。液壓支架是機(jī)械化采煤的重要設(shè)備之一，為此對(duì)它的設(shè)計(jì)研發(fā)有重大的意義。本次設(shè)計(jì)，通過任務(wù)書的要求，設(shè)計(jì)適用于煤層厚度為512米滿足底板和頂板要求的的低位放頂煤液壓支架。通過對(duì)現(xiàn)有低位放頂煤液壓支架的分析，優(yōu)勢(shì)對(duì)比，設(shè)計(jì)出適合的結(jié)構(gòu)形式，最后對(duì)立柱、頂梁、掩護(hù)梁和底座進(jìn)行了強(qiáng)度校核計(jì)算。關(guān)鍵字：低位放頂煤液壓支架；立柱；頂梁；掩護(hù)梁；底座；放煤機(jī)構(gòu)。 abstract throughout the development of hydraulic

2、support world history, from 1854 developed the first successful english hydraulic support to the present, hydraulic support design and development has been basically mature. mechanized coal mining hydraulic support is one of the important equipment, for its design and development of great significan

3、ce. the design, through the mission statement of requirements, design suitable for seam thickness of 5 to 12 meters to meet the requirements of floor and roof caving hydraulic support low.through the existing low-level caving hydraulic support analysis, advantages compared to design a suitable struc

4、ture, the last of columns, roof beams, beam shield, the base for the strength check calculation.keywords: low caving hydraulic support; column; roof beams; shield beam; base; caving agency.目 錄 摘 要iabstractii第1章 緒論11.1 放頂煤綜采法的優(yōu)缺點(diǎn)11.2 放頂煤液壓支架的發(fā)展歷史11.3 放頂煤液壓支架結(jié)構(gòu)的基本特點(diǎn)21.4 放頂煤液壓支架的分類21.5放頂煤液壓支架使用條件和適用范圍3

5、1.5.1 放頂煤液壓支架使用條件31.5.2 放頂煤液壓支架適用范圍3第2章 支架的總體方案設(shè)計(jì)42.1設(shè)計(jì)任務(wù)42.2 支架結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)42.2.1 中反四連桿放頂煤液壓支架42.2.2 中正四連桿低位放頂煤液壓支架52.2.3 中四連桿低位放頂煤液壓支架6第3章 液壓支架的整體結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)93.1 液壓支架設(shè)計(jì)的基本要求和基本參數(shù)93.1.1液壓支架的設(shè)計(jì)目的93.1.2設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)液壓支架的基本要求93.2液壓支架的參數(shù)確定103.2.1 支架高度103.2.2 支架的伸縮比113.2.3 支架間距的確定123.2.4 底座長(zhǎng)度的確定123.3 頂梁長(zhǎng)度的確定133.3.1 頂梁的長(zhǎng)度計(jì)算

6、133.3.2 頂梁寬度143.3.3 頂梁覆蓋率143.4立柱位置的確定153.4.1 支架立柱數(shù)的確定153.4.2 支撐方式163.4.3 立柱間距163.4.4 立柱柱窩位置的確定16第4章 液壓支架的部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)174.1 頂梁174.2 立柱174.3 掩護(hù)梁174.4 四連桿機(jī)構(gòu)184.4.1 四連桿機(jī)構(gòu)的作用184.4.2 四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征184.4.3 用幾何作圖法來設(shè)計(jì)四連桿機(jī)構(gòu)194.5 底座234.6 側(cè)護(hù)板234.7 千斤頂244.7.1 推移千斤頂244.7.2 側(cè)推千斤頂244.7.3 前梁千斤頂244.7.4護(hù)幫千斤頂244.7.5 后推移輸送機(jī)千斤頂254

7、.8 放煤機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)26第5章 液壓支架受力分析275.1液壓支架基本技術(shù)參數(shù)的確定275.1.1支護(hù)強(qiáng)度275.1.2初撐力275.1.3 移駕力和推溜力285.1.4 支柱及相關(guān)液壓系統(tǒng)參數(shù)確定285.2 液壓支架立柱強(qiáng)度驗(yàn)算315.2.1已知參數(shù)315.2.2油缸穩(wěn)定性計(jì)算325.2.3活塞桿的強(qiáng)度計(jì)算33 5.2.4 缸體的強(qiáng)度驗(yàn)算375.2.5液壓支架主要技術(shù)參數(shù)375.3 液壓支架受力分析385.3.1支架整體受力分析405.3.2 前梁受力分析415.3.3 頂梁受力分析415.3.4 掩護(hù)梁受力分析435.3.5 支架底座受力分析44第6章 支架強(qiáng)度計(jì)算476.1強(qiáng)度條件476.

8、2 液壓支架的強(qiáng)度校核496.2.1前梁梁強(qiáng)度校核496.2.2頂梁強(qiáng)度校核536.2.3 底座的強(qiáng)度校核596.2.4掩護(hù)梁的強(qiáng)度校核65結(jié) 論72致 謝73參考文獻(xiàn)74contentsabstractiithe introduction chapter 111.1the advantages and disadvantages of the caving fully mechanized method11.2the development history of the caving hydraulic support11.3the basic characteristics of the

9、caving hydraulic support structure21.4 the classification of the caving hydraulic support21.5the caving hydraulic support use conditions and applicable scope3 1.5.1 the caving hydraulic support conditions of use3 1.5.2 the caving hydraulic support scope3overall design of bracket of chapter 242.1 des

10、ign task42.2 support structure design4 2.2.1 in the four connecting rod caving hydraulic support4 2.2.2 chiang kai-shek four-bar low caving hydraulic support5 2.2.3 in the four connecting rod caving hydraulic support low6chapter 3, the overall structure size of the hydraulic support design993.1 the

11、basic requirement of the hydraulic support design and basic parameters9 3.1.1 the design of hydraulic support9 3.1.2 the design of hydraulic support basic requirements93.2 the parameters of the hydraulic support10 3.2.1 bracket height10 3.2.2 stent expansion ratio11 3.2.3 stent spacing is determined

12、12 3.2.4the determination of base length12 3.3 determination of top beam length13 3.3.1 the length of the top beam is calculated13 3.3.2 top beam width14 3.3.3 top beam coverage14 3.4 column position15 3.4.1 stents, determine the number of columns15 3.4.2 strut way16 3.4.3 column spacing16 3.4.4 col

13、umn column nest position16chapter 4 of the hydraulic support parts structure design174.1 top beam174.2 column174.3 cover beam174.4 the four bar linkage18 4.4.1the role of the four bar linkage18 4.4.2the geometrical characteristics of the four bar linkage18 4.4.3with geometric mapping method to desig

14、n a four bar linkage194.5 the base234.6 the side guard234.7 jack24 4.7.1 goes on jack24 4.7.2 side pushing jack24 4.7.3 before jack liang24 4.7.4 protection to help jack24 4.7.5 after jack goes on conveyor254.8 coal mechanism design26chapter 5 hydraulic support force analysis275.1 the determination

15、of hydraulic support basic technical parameters27 5.1.1 support strength27 5.1.2 the early support force27 5.1.3 shift driving force and pushing force28 5.1.4 pillar and the related parameters in the hydraulic system28 5.2 hydraulic support pillar strength calculation31 5.2.1the known parameters315.

16、2.2oil cylinder stability calculation32 5.2.3the strength of the piston rod is calculated33 5.2.4 the strength of the cylinder block37 5.2.5main technical parameters of hydraulic support37 5.3 hydraulic support force analysis38 5.3.1support the overall stress analysis405.3.2 before the beam force an

17、alysis41 5.3.3 top beam force analysis41 5.3.4 cover the beam stress analysis43 5.3.5 support base of stress analysis44chapter 6 stent strength calculation476.1 strength condition476.2 hydraulic support intensity49 6.2.1before liang liang intensity49 6.2.2top beam intensity53 6.2.3the strength of th

18、e base respectively59 6.2.4cover beam intensity65conclusion72acknowledgements73bibliography 74第1章 緒論1.1 放頂煤綜采法的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1 生產(chǎn)集中化程度高，大大減少采區(qū)數(shù)目與工作面的巷道掘進(jìn)量，以及相應(yīng)的支護(hù)，維護(hù)等工作量與材料消耗。2 依靠礦壓自動(dòng)破煤，大大減少設(shè)備的動(dòng)力。缺點(diǎn)：1煤的回收率一般較分層開采時(shí)低2 易使頂板矸石與放落的頂煤相混合，使煤的含矸率增加。3 對(duì)防火，防塵的要求高。4 受頂板和煤層特性的限制，工作面推進(jìn)速度也受一定的限制。1.2 放頂煤液壓支架的發(fā)展歷史 放頂煤支架是綜采

19、放頂煤技術(shù)的核心設(shè)備。自20世紀(jì)70年代以來，我國(guó)放頂煤支架經(jīng)歷了從引進(jìn)國(guó)外的高位開天窗式單輸送機(jī)放頂煤支架和中位開天窗式雙輸送機(jī)放頂煤支架，到自行研制的四柱支撐掩護(hù)式低位放頂煤支架的發(fā)展過程，每一次架型的重大改革都帶來了放頂煤技術(shù)的重大進(jìn)步，成為放頂煤技術(shù)發(fā)展階段的標(biāo)志。目前，在我國(guó)煤礦高位和中位放頂煤支架已被淘汰，在放頂煤工作面推廣使用的主導(dǎo)架型有正連桿四柱支撐掩護(hù)式低位放頂煤支架、反向四連桿四柱支撐掩護(hù)式低位放頂煤支架和單擺桿四柱支撐掩護(hù)式低位放頂煤支架7。這三種型式的支架在不同的開采條件下取得良好的效果，為放頂煤技術(shù)的發(fā)展提供了裝備技術(shù)的保證。 法國(guó)是最早生產(chǎn)和應(yīng)用放頂煤液壓支架的國(guó)家

20、，20世紀(jì)60年代法國(guó)率先研制出節(jié)式放頂煤液壓支架，開采特厚煤層并獲得成功，70年代法國(guó)、英國(guó)、匈牙利、原聯(lián)邦德國(guó)和前蘇聯(lián)等國(guó)家又先后研制出插板式、開天窗式和開后門式放頂煤液壓支架，使得特厚煤層開采工藝有了新的突破，量和效率不斷提高。我國(guó)放頂煤液壓支架的研究始于20世紀(jì)80年代初，20年來，得到了迅速發(fā)展。為適應(yīng)不同地質(zhì)和煤層條件的需要，出現(xiàn)了高、中、低放頂煤液壓支架并存的局面。低位放頂煤液壓支架的放煤口位置低，尺寸大，而且是連續(xù)的，多為插板式。無支架背煤煤炭損失，放煤在支架后方，放煤效果好，煤塵小，后輸送機(jī)外運(yùn)煤順利，一般不需要清理后放浮煤。支架尾梁還可以擺動(dòng)，提高頂煤的回收率。因此，低位放

21、頂煤液壓支架一出現(xiàn)，即得到了用戶的認(rèn)可。141.3 放頂煤液壓支架結(jié)構(gòu)的基本特點(diǎn)1 一般采用整體性，穩(wěn)定性及掩護(hù)性好的支撐掩護(hù)式和掩護(hù)式液壓支架。2 有較寬敞，便于控制的放煤口以及松動(dòng)，破碎煤塊的輔助裝置。3 支架受上部頂板和頂煤放落時(shí)的動(dòng)載影響較大，因此要求支架縱向和側(cè)向穩(wěn)定性較高。4 支架調(diào)高范圍要求不嚴(yán)。為使操作，行人等比較方便，支架高度一般為23m。1.4 放頂煤液壓支架的分類放頂煤液壓支架1.5放頂煤液壓支架使用條件和適用范圍1.5.1 放頂煤液壓支架使用條采用放頂煤綜采的4個(gè)重要條件是：地質(zhì)條件適應(yīng)性，液壓支架選型的正確性，采放工藝的合理性和工作面管理的嚴(yán)格性。1.5.2 放頂煤液

22、壓支架適用范圍1 煤層厚度一般為512m左右，或者厚度變化比較大。2 煤質(zhì)比較松軟，或節(jié)理發(fā)育，容易在礦壓作用下冒落的煤層。3 對(duì)于松軟和易碎裂煤層，厚度為58m左右時(shí)，可選用掩護(hù)式支架，采用天窗式結(jié)構(gòu)，如單輸送機(jī)放頂煤支架；對(duì)于煤層較大，煤質(zhì)較硬，但節(jié)理發(fā)育，易碎裂的煤層，可用支撐掩護(hù)式支架，采用插板式或天窗插板式等結(jié)構(gòu)。4 底板中等穩(wěn)定以下，可隨采隨冒。5 工作面傾角一般不大于300。第2章 支架的總體方案設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)任務(wù) 根據(jù)已知采高512m、傾角8、頂板，底板允許比壓1.96mpa的地質(zhì)條件，設(shè)計(jì)低位放頂煤液壓支架，通過尾梁的控制實(shí)現(xiàn)性能優(yōu)良的放頂煤要求。2.2 支架結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)低位

23、放頂煤液壓支架常見的支撐方式有兩柱掩護(hù)式和四柱支撐掩護(hù)式。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，本次設(shè)計(jì)的液壓支架的頂板為2類級(jí)，查支護(hù)手冊(cè)選用四柱支撐掩護(hù)式液壓支架。 通過查閱相關(guān)資料，本次設(shè)計(jì)在以支撐掩護(hù)式為設(shè)計(jì)條件下設(shè)計(jì)了三種不同形式的結(jié)構(gòu)方案。分別為中（反）四連桿放頂煤液壓支架中(正)四連桿放頂煤液壓支架、后四連桿放頂煤液壓支架。2.2.1 中反四連桿放頂煤液壓支架1采用雙前連桿和單后連桿結(jié)構(gòu)的寬形反向四連桿機(jī)構(gòu)，布置在前后立柱之間，提高了支架的抗偏載能力和整體的穩(wěn)定性。2大插板使尾梁放煤機(jī)構(gòu)，其尾梁千斤頂可雙位安裝，既可支設(shè)在頂梁上，也可只設(shè)在底座上，一般狀態(tài)是只設(shè)在頂梁上。后部放頂煤空間大，為順利放煤創(chuàng)造

24、了良好的作業(yè)環(huán)境，可充分發(fā)揮后部輸送機(jī)的運(yùn)輸能力，操作維修方便。尾梁搬動(dòng)有利于落煤，插板伸縮值大，放煤口調(diào)節(jié)靈活，對(duì)于大煤塊的破碎能力強(qiáng)，可顯著提高頂煤的采出率。 3支架為四柱支撐掩護(hù)式支架，后排立柱支撐在頂梁與四連桿機(jī)構(gòu)鉸接點(diǎn)的后端，可適應(yīng)外載之中作用變化，切頂能力強(qiáng)。 4頂梁相對(duì)較長(zhǎng)，掩護(hù)空間較大，通風(fēng)斷面大，而且對(duì)頂板的反復(fù)支撐可使較穩(wěn)定的頂煤在礦壓作用下預(yù)先斷裂破碎，利于放煤。 5反向四連桿機(jī)構(gòu)經(jīng)過總體參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)，連桿力較小，是一般正向四連桿機(jī)構(gòu)連桿力的50%70%，支架的結(jié)構(gòu)可靠性高。 6底座對(duì)底板比壓分配合理，前端比壓較小，能適應(yīng)軟底板條件，移架阻力小，有利于順利移架。14圖2-

25、1 中四連桿低位放頂煤液壓支架（反向）2.2.2 中正四連桿低位放頂煤液壓支架 從實(shí)踐及全國(guó)許多綜放工作面生產(chǎn)實(shí)踐證明，四柱正向四連桿支撐掩護(hù)式放頂煤支架在與圍巖的相互作用中，普遍存在前后排立柱受力不均衡現(xiàn)象，一般表現(xiàn)為前排立柱受力大，后排立柱受力小，甚至出現(xiàn)后排立柱受拉的現(xiàn)象，在這種工況下，支架的支護(hù)能力不能有效發(fā)揮，有效支護(hù)強(qiáng)度大幅度減小，底座前端對(duì)底板比壓增大，支架的力學(xué)特性惡化，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響工作面的正常生產(chǎn)和安全。14圖2-2 中四連桿低位放頂煤液壓支架（正向）通過比較，在放煤機(jī)構(gòu)相同的情況下，因?yàn)楣ぷ鞯装遢^軟，因此反向四連桿低位放頂煤液壓支架比正向四連桿低位放頂煤液壓支架更為適合所給

26、的條件。因此這里選擇反向四連桿低位放頂煤液壓支架機(jī)構(gòu)。2.2.3 中四連桿低位放頂煤液壓支架（擺動(dòng)式放煤支架） 擺動(dòng)式放煤機(jī)構(gòu)如下圖所示，由放煤千斤頂、小插板千斤頂、放煤擺動(dòng)板組成，主體是放煤擺動(dòng)板。放煤擺動(dòng)板內(nèi)部有軌道，用以安裝小插板，上端鉸接在掩護(hù)梁放煤口上沿，在中、下部由兩個(gè)一端固定在底座上的放煤千斤頂推拉，使放煤擺動(dòng)板上、下擺動(dòng)，與掩護(hù)梁形成一定的角度，用于破碎頂煤和打開整個(gè)窗口。 在放煤擺動(dòng)板內(nèi)裝有可伸縮的小插板，小插板前端設(shè)有用于插煤的齒條，齒條下部有耳坐，與插板千斤頂聯(lián)接。在插板千斤頂作用下，插板伸出或收回，用于啟閉局部窗口。22圖2-3 擺動(dòng)式放煤機(jī)構(gòu)圖2-4 后四連桿低位放頂

27、煤液壓支架 中四連桿低位放頂煤液壓支架，它的掩護(hù)梁由鉸接在頂梁的平衡千斤頂或鉸接在底座上的千斤頂支撐。掩護(hù)梁下部有可伸縮插板，放煤時(shí)收回插板，利用千斤頂?shù)纳炜s調(diào)整放煤口進(jìn)行放煤，放煤后伸出插板擋住矸石流入后輸送機(jī)內(nèi)。這種結(jié)構(gòu)能夠滿足放煤工藝，放煤口及工作空間的要求。從支架整體設(shè)計(jì)看，其橫向穩(wěn)定性差，極易將千斤頂及其支座損壞。 后四連桿低位放頂煤液壓支架，支架后部由掩護(hù)梁，前后連桿，底座，尾梁行成工作空間，用以放煤和布置后輸送機(jī)。由尾梁及其千斤頂組成放煤機(jī)構(gòu)，操縱鉸接在掩護(hù)梁上的尾梁千斤頂，可使尾梁向上轉(zhuǎn)動(dòng)，以松動(dòng)頂煤或擋矸。向下轉(zhuǎn)動(dòng)尾梁時(shí)收回插板進(jìn)行放煤，可視情況反復(fù)多次進(jìn)行放煤。這種架型穩(wěn)定

28、性好，有利于放煤，放煤口大，操作方便。綜合以上三種方案，本次設(shè)計(jì)選取后四連桿低位放頂煤液壓支架形式進(jìn)行設(shè)計(jì)。第3章 液壓支架的整體結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)3.1 液壓支架設(shè)計(jì)的基本要求和基本參數(shù)3.1.1液壓支架的設(shè)計(jì)目的采用綜合機(jī)械化采煤方法是大幅度增加煤炭產(chǎn)量、提高經(jīng)濟(jì)效益的必由之路。為了滿足對(duì)煤炭日益增長(zhǎng)的需要，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。而每個(gè)綜采工作面平均需要安裝150臺(tái)液壓支架，可見對(duì)液壓支架的需求量是很大的。由于不同采煤工作面的頂?shù)装鍡l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。為了有效的支護(hù)和控制頂板，必須設(shè)計(jì)出不同類型和

29、不同結(jié)構(gòu)尺寸的液壓支架。因此，液壓支架的設(shè)計(jì)工作時(shí)很重要的。由于液壓支架的類型很多，因此其設(shè)計(jì)工作量也是很大的。由此可見，研制和開發(fā)新型液壓支架是必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。3.1.2設(shè)計(jì)時(shí)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，以便有效地控制頂板，保證合理的的下沉量。 2 液壓支架要有足夠的的推溜力和移架力。推溜力一般為100kn；移架力按煤層厚度而定，薄煤層一般為100150kn，中厚煤層一般為150250kn厚煤層一般為300400kn。3 放矸性能要好。4 排矸性能要好。5 要求液壓支架能保證采煤工作面有足夠的通風(fēng)斷面，從而保證人員呼吸、稀

30、釋有害氣體等安全方面的的要求。6 為了操作和生產(chǎn)的需要，要有足夠的人行道。7 調(diào)高范圍大，照明和通信方便。8 支架的穩(wěn)定性要好，底座最大比壓要小于規(guī)定值。9 要去支架有足夠的剛度，能夠承受一定的不均勻載荷和沖擊載荷。10 在滿足強(qiáng)度的條件下，盡可能減輕支架的重量。11 要易于拆卸，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。12 液壓元件要可靠。3.2液壓支架的參數(shù)確定3.2.1 支架高度支架高度的確定原則，一般應(yīng)首先確定支架適用煤層的平均采高，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，然后確定支架高度對(duì)于大采高支架，按下式確定計(jì)算高度，即： 式中 支架最大高度,mm； 支架最小高度, mm； 煤層最大厚度,

31、 mm； 煤層最小厚度, mm； 考慮偽頂、煤皮冒落后仍有可能初撐力所需要的支撐高度，一般取mm； 頂板最大下沉量，一般取mm； 移架時(shí)支架的最小可縮量，一般mm； 浮矸石、浮煤厚度，一般取mm。 本次設(shè)計(jì)給定支架最大高度3000mm，最小高度1600mm。3.2.2 支架的伸縮比支架的伸縮比是指支架的最大與最小高度值之比，即： 支架的最大高度與最小高度之差為支架的調(diào)高范圍。調(diào)高范圍越大，支架適用范圍越廣，但過大的調(diào)高范圍給支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)造成困難，可靠性降低。由于液壓支架的使用壽命要求較長(zhǎng)，并可能被安裝在不同的采煤工作面，所以，支架應(yīng)具有較大的伸縮比。在采用雙伸縮立柱時(shí)，垛式支架的伸縮比為1.9

32、；支撐掩護(hù)式支架為 2.5；掩護(hù)式支架可達(dá) 3。一般范圍是1.5 至 2.5，煤層較薄時(shí)選大值。但考慮盡量減輕重量采用單伸縮油缸或帶機(jī)械加長(zhǎng)桿來增加調(diào)高范圍。一般根據(jù)單位缸長(zhǎng)行程來確定，當(dāng)范圍內(nèi)可采用單伸縮。由公式（3-1）得 式中 單位缸長(zhǎng)行程； 活塞全部伸出時(shí)立柱的總長(zhǎng)度，mm； 活塞全部縮回時(shí)立柱的總長(zhǎng)度，mm； 活塞行程，mm。由支架的最大、最小高度，可得活塞的行程為 1500mm；而活塞全部縮回時(shí)立柱的總長(zhǎng)，暫用支架的最小高度 1700mm。由（3-2）得：支柱應(yīng)采用雙伸縮立柱，但考慮其制造成本及放頂煤液壓支架工作條件，選擇單伸縮機(jī)械加長(zhǎng)立柱。3.2.3 支架間距的確定支架中心距一般

33、等于工作面刮板輸送機(jī)一節(jié)溜槽的長(zhǎng)度。目前國(guó)內(nèi)外液壓支架中心距大部分采用1.5m和1.75m。大采高支架為提高穩(wěn)定性中心距可采用1.75m，輕型支架為適應(yīng)中小煤礦工作面快速搬家的要求，中心距可采用1.25m。而一般支架間距，按下式計(jì)算：式中 支架間距(支架中心距)，mm； 每架支架頂梁寬度，mm； 相鄰支架(或框架)頂梁之間的間隙，mm； 每架所包含的組架的組數(shù)或框架數(shù)；支架間距要根據(jù)支架型式來確定，但由于每架支架的推移千斤頂都與工作面輸送機(jī)的一節(jié)溜槽相連，因此目前主要根據(jù)輸送機(jī)溜槽每節(jié)長(zhǎng)度及槽幫上千斤頂聯(lián)結(jié)塊的位置來確定，我國(guó)刮板輸送機(jī)溜槽每節(jié)長(zhǎng)度為1.5m、1.75m,千斤頂聯(lián)結(jié)塊位置在溜槽

34、長(zhǎng)度的中間，所以除節(jié)式和邁步式支架外，支架間距一般為1.5m或1.75m。本文取1.5m。3.2.4 底座長(zhǎng)度的確定底座起將頂板壓力傳遞到底板和穩(wěn)定支架的作用。在設(shè)計(jì)支架底座的長(zhǎng)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；保證支架保持穩(wěn)定性。通常掩護(hù)式支架的底座長(zhǎng)度取3.5倍的移架步距（一個(gè)移架步距為0.6m）， 即2.1m左右，支撐掩護(hù)式支架的底座長(zhǎng)度取4倍的移架步距，即2.4m左右。本文設(shè)計(jì)支架為支撐掩護(hù)式，估取底座長(zhǎng)度為2400mm。3.3 頂梁長(zhǎng)度的確定支架頂梁的長(zhǎng)度與配套尺寸有直接關(guān)系。

35、同時(shí)為了防止當(dāng)采煤機(jī)向支架內(nèi)傾斜時(shí)，采煤機(jī)滾筒不截割頂梁，又考慮到采煤機(jī)截割時(shí)，不一定把煤壁截割成一個(gè)平面，所以在設(shè)計(jì)時(shí)，要求頂梁前端距煤壁最小距離為300mm，這個(gè)距離叫空頂距。另外，在輸送機(jī)鏟煤板前也留有一定的距離。一般為135150mm，也是為了防止采煤機(jī)截割煤壁不齊，給推移輸送機(jī)留有一定距離。除此以外，所有配套設(shè)備包括采煤機(jī)和輸送機(jī)，均要在頂梁掩護(hù)下工作，以此來計(jì)算頂梁長(zhǎng)度。3.3.1 頂梁的長(zhǎng)度計(jì)算掩護(hù)式與支撐掩護(hù)式液壓支架頂梁長(zhǎng)度計(jì)算公式：式中 配套尺寸參考原煤炭部煤炭科學(xué)研究院編制的綜采設(shè)備配套圖冊(cè)確定； 底座長(zhǎng)度底座前端至連桿下鉸點(diǎn)的距離； e支架由高到低頂梁前端點(diǎn)最大變化距離

36、； 如圖所示，支架在最高位置時(shí)，分別為后連桿和掩護(hù)梁與水平面的夾角。本次設(shè)計(jì)選用的配套采煤機(jī)為mg150/380wd圖3.3 配套尺寸圖配套尺寸=（630+173+1130）mm=1933mm頂梁長(zhǎng)度=（1933+2400+1600-300-52+150）=3492mm取3600mm。3.3.2 頂梁寬度由于取中心距為1.5m，有活動(dòng)側(cè)護(hù)板頂梁寬度取值范圍為1.41.6m，本次設(shè)計(jì)取支架頂梁的最小寬度為1420mm,最大寬度為1590mm,選取雙側(cè)活動(dòng)側(cè)護(hù)板，亦即頂梁側(cè)護(hù)板側(cè)推千斤頂?shù)男谐倘?70mm。頂梁寬度根據(jù)支架間距和架型來定，架間間隙為0.2m左右。其中寬面頂梁一般為1.21.5m。這

37、里取頂梁寬度為：1380mm（不包括活動(dòng)側(cè)護(hù)板）。3.3.3 頂梁覆蓋率頂板覆蓋率按下式計(jì)算：式中： 頂梁覆蓋率； 頂梁寬度（包括側(cè)護(hù)板伸出寬度），mm； 頂梁總長(zhǎng)度，mm； 梁端距，mm； 相鄰頂梁間間隙。對(duì)于穩(wěn)定頂板覆蓋率值要求為6070%，對(duì)于中等穩(wěn)定頂板覆蓋率值要求為7585%，對(duì)于破碎頂板，覆蓋率指應(yīng)達(dá)到8595%。此設(shè)計(jì)的頂梁覆蓋率： 3.4立柱位置的確定3.4.1 支架立柱數(shù)的確定目前國(guó)內(nèi)支撐式液壓支架立柱數(shù)為26根，常用為4根；掩護(hù)式液壓支架為2根；支撐掩護(hù)式液壓支架為4根。本次設(shè)計(jì)考慮設(shè)計(jì)任務(wù)書給定的條件查支護(hù)手冊(cè)，選定支護(hù)方式為支撐掩護(hù)式，故立柱數(shù)目為43.4.2 支撐方式

38、 本設(shè)計(jì)為支撐掩護(hù)式支架，根據(jù)結(jié)構(gòu)要求呈傾斜或垂直布置，一般立柱與頂梁垂線夾角小于，由于夾角較小，有效支撐能力較大。故前排立柱取，后排立柱垂直布置。3.4.3 立柱間距立柱間距指對(duì)支撐式和支撐掩護(hù)式支架而言前、后柱的間距。立柱間距的選擇原則為：有利于操作、行人和部件合理布置。支撐式支架和支撐掩護(hù)式支架的立柱間距為11.5m。本支架立柱間距選1m。3.4.4 立柱柱窩位置的確定對(duì)于支撐掩護(hù)式液壓支架的柱窩位置確定，根據(jù)支撐力分布與頂板載荷相一致的原則，通過受力分析計(jì)算，確定柱窩合力作用點(diǎn)位置。根據(jù)前后連桿間行人的要求，對(duì)支撐掩護(hù)式液壓支架還要考慮立柱傾角的要求，分配前，后柱窩位置。第4章 液壓支

39、架的部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1 頂梁頂梁是工作面頂板直接接觸的部件，除要滿足一定的剛度和強(qiáng)度要求外，還要保證支護(hù)頂板的需要，如：足夠的頂板覆蓋率；同時(shí)要適應(yīng)頂板的不平整性，避免因局部應(yīng)力而引起損壞。支架常用頂梁形式有3種：整體頂梁、鉸接頂梁和楔形結(jié)構(gòu)頂梁。本次設(shè)計(jì)選用較接式頂梁，鉸接式頂梁在前梁千斤頂?shù)耐评?，前梁可以上下擺動(dòng)，對(duì)不平頂板的適應(yīng)性強(qiáng)。運(yùn)輸時(shí)可以將前梁放下與頂梁垂直，以減小運(yùn)輸尺寸。前梁千斤頂必須有足夠的支撐力和連接強(qiáng)度，前梁上不宜設(shè)置側(cè)護(hù)板。為順利移架，前梁間一般要留有100150mm間隙，從而增加了破碎頂板漏矸的可能性。本次設(shè)計(jì)的液壓支架為了適應(yīng)復(fù)雜的頂板情況，所以采用鉸接式頂梁。4

40、.2 立柱立柱是支架的承壓構(gòu)件，它長(zhǎng)期處于高壓受力狀態(tài)，它除應(yīng)具有合理的工作阻力和可靠的工作特性外，還必須有足夠的抗壓、抗彎強(qiáng)度，良好的密封性能，結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單，并能適應(yīng)支架的工作要求。立柱按動(dòng)作方式，可分為單作用和雙作用；按支架種類，可分為活塞式和活柱式；按伸縮方式，可分為單伸縮和雙伸縮。本次設(shè)計(jì)采用單伸縮機(jī)械加長(zhǎng)立柱。4.3掩護(hù)梁掩護(hù)梁是掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架的掩護(hù)構(gòu)件，除防止采空區(qū)冒落矸石涌入工作面外，并承受冒落矸石的壓力和頂梁分解的水平力。掩護(hù)梁采用整體箱形鋼板焊接結(jié)構(gòu)，在掩護(hù)梁上端與頂梁鉸接，下部焊有與前后連桿鉸接的耳座。充分考慮了大采高支架復(fù)雜的三維空間受力，以及垮落頂板對(duì)梁體可能造成

41、的沖擊破壞，安全系數(shù)大，強(qiáng)度高。配置單向活動(dòng)側(cè)護(hù)板，減少架間漏矸和防止大采高支架橫向傾倒。掩護(hù)梁上端與頂梁鉸接，下部與前、后連桿或直接與底座鉸接?；顒?dòng)側(cè)護(hù)板裝在掩護(hù)梁的一側(cè)。低位放頂煤液壓支架的掩護(hù)梁還要連接支架的尾梁與插板，安裝尾梁千斤頂。4.4 四連桿機(jī)構(gòu)由于考慮放頂煤后鉸接插板擺動(dòng)千斤頂?shù)母缮鎲栴}，本次設(shè)計(jì)前后四連桿都采用單獨(dú)鉸接。4.4.1 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。2 能承受較大的水平力。4.4.2四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征1 支架從最高高度降到最低高度時(shí)，頂梁端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的最

42、大寬度最好為30mm以下。2 支架在最高位置時(shí)和最低位置時(shí)，頂梁與掩護(hù)梁的夾角p和后連桿與底平面的夾角q，應(yīng)滿足以下要求：支架在最高位置時(shí)，；支架在最低位置時(shí)，考慮矸石便于下滑，以防矸石停留在掩護(hù)梁上，根據(jù)物理學(xué)摩擦理論可知，,如果按鋼和矸石的摩擦系數(shù)為,即：,求得；為了安全可靠在最低工作位置時(shí)，應(yīng)使為宜，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，在特殊情況下需要角度較小時(shí)，可提高后連桿下鉸點(diǎn)的高度。4.4.3用幾何作圖法來設(shè)計(jì)四連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟：1.確定掩護(hù)梁上絞點(diǎn)與頂梁頂面之距和后連桿下鉸點(diǎn)與底座底面之距掩護(hù)梁上絞點(diǎn)與頂梁頂面

43、之距根據(jù)支架最大高度確定,一般支架取150200mm，重型支架取210260mm。本文取250mm。后連桿下鉸點(diǎn)與底座底面之距根據(jù)支架最小高度確定，薄煤層支架取150250mm，中厚煤層支架取250450mm，大采高支架取450600mm。本文取450mm。2.掩護(hù)梁和后連桿長(zhǎng)度確定首先用解析法確定掩護(hù)梁和后連桿的長(zhǎng)度，如圖4-1所示。圖中： 掩護(hù)梁長(zhǎng)度； 后連桿長(zhǎng)度； 過e1點(diǎn)的垂直線到后連桿下鉸點(diǎn)之距； 支架最高位置時(shí)的計(jì)算高度；mm 支架最低位置時(shí)的計(jì)算高度；mm從幾何關(guān)系可以列出: (4-1) (4-2)y由（4-1）、（4-2）聯(lián)立解得： (4-3)按四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征所要求的角度

44、，選定：圖4-1 掩護(hù)梁和后連桿計(jì)算示意圖將數(shù)據(jù)代入（4-3）得： 支架在最高位置時(shí)的值為：因此掩護(hù)梁的長(zhǎng)度為：取：l=1600 mm后連桿長(zhǎng)度為：一般， 故取：mm根據(jù)掩護(hù)梁長(zhǎng)度和后連桿長(zhǎng)度重新計(jì)算出：圖4-2 液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)幾何關(guān)系圖3.幾何作圖法作圖過程作圖步驟如下： (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200250mm，考慮太低安裝銷子困難，太高底座又笨重。根據(jù)支架結(jié)構(gòu)取450mm。 (2) 過o點(diǎn)作水平線hh線與底座相平行。 (3) 過o點(diǎn)作一條直線與水平線hh線相交其交角為。 (4) 以o點(diǎn)為圓心，以l1為半徑作圓，與該直線相交于a點(diǎn)，即為后連桿與掩護(hù)

45、梁的上鉸點(diǎn)。 (5) 過a點(diǎn)作一條直線與水平線hh線相交其交角為。 (6) 以a點(diǎn)為圓心，以l為半徑作圓，與該直線相交于e1點(diǎn)，即為掩護(hù)梁、與頂梁的鉸點(diǎn)。 (7) 過e1點(diǎn)作一條直線與水平線hh平行的ff直線，則hh線與ff線的距離為h1，即為液壓支架最高位置的計(jì)算高度。 (8) 以a點(diǎn)為圓心，以0.25倍的l為半徑作圓，即為前連桿的上鉸點(diǎn)。 (9) 過e1點(diǎn)作ff線的垂線。假設(shè)在液壓支架升降過程中，e1點(diǎn)近似在此直線上滑動(dòng)。 (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e3。 (11) 取e1e3中點(diǎn)為e2點(diǎn)，為液壓支架在降到中間位置時(shí)，掩護(hù)梁與頂梁的鉸點(diǎn)。 (12) 以o

46、點(diǎn)為圓心，以為半徑作圓弧。 (13) 以e2點(diǎn)為圓心，以掩護(hù)梁長(zhǎng)l為半徑作圓，與圓弧相交于a1點(diǎn)，此點(diǎn)為液壓支架在降到中間位置時(shí)，掩護(hù)梁與后連桿的鉸點(diǎn)。 (14) 以e3點(diǎn)為圓心，以掩護(hù)梁長(zhǎng)l為半徑作圓，與圓弧相交于a2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)。 (15) 以a1點(diǎn)為圓心，以0.25倍的l為半徑作圓，與e2a1相交于b1點(diǎn)。以a2點(diǎn)為圓心，以0.25倍的l為半徑作圓，與e3a2相交于b2點(diǎn)。即b、b1、b2三個(gè)點(diǎn)為液壓支架在三個(gè)位置時(shí)的前連桿的上鉸點(diǎn)。 (16) 連接a1o、a2o，為液壓支架降到中間位置和最低位置時(shí)，后連桿的位置。 (17) 分別作b b1和b1

47、b2的垂直平分線交于c點(diǎn)，即為前連桿的下鉸點(diǎn)，bc為前連桿的長(zhǎng)度。 (18) 過點(diǎn)c向hh線作垂線，交于d點(diǎn)。則ao、ab、bc、cd為液支架的的四連桿機(jī)構(gòu)。最終確定四連桿機(jī)構(gòu)的各項(xiàng)尺寸為：ao = 1500 mm ab = 400 mmbc = 2300 mm cd = 342 mm4.5 底座液壓支架的底座常用形勢(shì)有3種，即整體式剛性底座、低分式剛性底座和鉸接式分體底座。通過比較和對(duì)本次設(shè)計(jì)任務(wù)的環(huán)境適應(yīng)性分析，最終決定本次設(shè)計(jì)采用整體式剛性底座，它的整體性剛度和強(qiáng)度好，底座接觸面積大，有利于減小對(duì)底板的比壓。4.6側(cè)護(hù)板頂梁側(cè)護(hù)板裝置一般由側(cè)護(hù)板、彈簧套筒、側(cè)護(hù)板千斤頂、導(dǎo)向套和連接銷軸

48、等組成。支架常用的活動(dòng)側(cè)護(hù)板形式有3種，即直角式單側(cè)活動(dòng)側(cè)護(hù)板、直角式雙側(cè)活動(dòng)側(cè)護(hù)板和折頁式單側(cè)活動(dòng)側(cè)護(hù)板。結(jié)合本次設(shè)計(jì)的需求，選擇直角式雙側(cè)活動(dòng)側(cè)護(hù)板。4.7 千斤頂4.7.1 推移千斤頂推移千斤頂按連接方式分有直接連接方式、框架連接方式和浮動(dòng)活塞式。本次設(shè)計(jì)要求拉架力大于推溜力，且為支撐掩護(hù)式液壓支架，因此選擇框架連接方式。4.7.2 側(cè)推千斤頂作用：側(cè)推千斤頂伸出時(shí)，使活動(dòng)側(cè)護(hù)板外移，可密閉架間間隙，起到防矸、導(dǎo)向、防倒和調(diào)架的作用；側(cè)推千斤頂縮回時(shí)，使活動(dòng)側(cè)護(hù)板縮回，可以減少移駕阻力。根據(jù)安裝位置的不同，側(cè)推千斤頂?shù)脑O(shè)計(jì)也會(huì)有所不同，詳細(xì)參數(shù)見表4-1。4.7.3 前梁千斤頂前梁千斤頂

49、的缸體用圓柱銷固定在主梁下的耳座上，活塞桿與前梁相連。前梁有伸縮梁和挑梁兩種，本次采用跳梁設(shè)計(jì)。挑梁可以使前梁上下擺動(dòng)，加大前梁端部的支撐力。4.7.4護(hù)幫千斤頂當(dāng)采高大于2.5米的時(shí)候，液壓支架需要有護(hù)幫裝置，以防止片幫的發(fā)生。護(hù)幫千斤頂?shù)母左w用銷軸固定在前梁上，活塞桿固定在護(hù)幫板上。當(dāng)千斤頂伸出時(shí)，護(hù)幫板支撐在煤壁上。在千斤頂活塞腔油路上加液控單向閥鎖緊，并加安全閥進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)千斤頂縮回時(shí)，因千斤頂活塞桿腔無液控單向閥鎖緊，所以在前梁上加設(shè)一個(gè)彈簧的機(jī)械鎖。4.7.5 后推移輸送機(jī)千斤頂后推移千斤頂主要用于放頂煤開采后輸送機(jī)的調(diào)整，跟推移千斤頂類似，只是不需要較大的拉架力。表4-1 各千斤

50、頂參數(shù)表 推移千斤頂型式反拉框架式-缸徑/柱徑mm125/70-推力/拉力kn386/265-行程mm700- 側(cè)推千斤頂型式雙側(cè)直角式活動(dòng)側(cè)護(hù)板-缸徑/柱徑mm63/45-推力/拉力kn98/48-行程mm170- 護(hù)幫千斤頂型式雙作用單伸縮-缸徑/柱徑mm80/45-推力/拉力kn158/108-行程mm400-尾梁擺動(dòng)千斤頂型式雙作用單伸縮-缸徑/柱徑mm100/60-推力/拉力kn245/158-行程mm400- 插板千斤頂型式雙作用單伸縮-缸徑/柱徑mm80/45- 推力/拉力kn158/108-續(xù)表行程mm300-拉后溜千斤頂型式雙作用單伸縮-缸徑/柱徑mm125/70-推力/拉力

51、kn386/265-行程mm800- 前梁千斤頂型式雙作用單伸縮-缸徑/柱徑mm125/70-推力/拉力kn386/265-行程mm140-4.8 放煤機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 現(xiàn)有低位放頂煤液壓支架的放煤機(jī)構(gòu)主要是以插板的形式放煤，其中有兩種比較普遍，一種是以整個(gè)掩護(hù)梁為為插板形式，另一種是一種是在掩護(hù)梁上鉸接一個(gè)插板的形式。由于這兩種放煤機(jī)夠都有自己配套的支架結(jié)構(gòu)形式，本次設(shè)計(jì)采用了支撐掩護(hù)式液壓支架的結(jié)構(gòu)，因此這里設(shè)計(jì)成在掩護(hù)梁后鉸接一個(gè)插板的放煤結(jié)構(gòu)。插板由插板千斤頂與掩護(hù)梁梁相連，與掩護(hù)梁鉸接，是實(shí)現(xiàn)放頂煤的直接部件，其主要作用有： 1收回插板實(shí)現(xiàn)放頂煤；2伸出插板阻擋矸石進(jìn)入后部運(yùn)輸機(jī)；3當(dāng)有大塊煤