液壓支架設(shè)計(jì)2前言

1、 前 言經(jīng)過(guò)近幾十年的發(fā)展和努力, 我國(guó)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)也有了不斷在提高,例如本次所設(shè)計(jì)的液壓支架，與傳統(tǒng)相比較我們也在走創(chuàng)新路線(xiàn)，我們?cè)谠械慕?jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，特別是在緩傾斜中厚度煤層的液壓支架方面積累了相當(dāng)豐富的經(jīng)驗(yàn), 架型已基本趨于成熟、完善階段, 在種類(lèi)和質(zhì)量方面與國(guó)際先進(jìn)水平相比差距也越來(lái)越小。但在控制元件和控制系統(tǒng)方面, 與先進(jìn)國(guó)家的產(chǎn)品相比還有較大差距。所以, 今后除應(yīng)繼續(xù)針對(duì)我國(guó)具體國(guó)情和煤層基本條件下, 開(kāi)發(fā)一些新架型、新品種外, 在創(chuàng)新和控制技術(shù)方面有待提高，還應(yīng)在改進(jìn)支架控制系統(tǒng)和提高支架的工作可靠性方面下功夫。近幾年來(lái), 我國(guó)采煤綜合機(jī)械化的水平有所提高, 隨著綜合機(jī)械化采煤技術(shù)

2、的不斷發(fā)展和新型大功率采煤機(jī)、工作面輸送機(jī)的出現(xiàn), 要求支架與之相配套, 但若支架的控制系統(tǒng)不作相應(yīng)的改進(jìn), 是滿(mǎn)足不了這一要求的。到目前為止, 我國(guó)國(guó)產(chǎn)液壓支架的控制方式仍然停留在跟機(jī)手把單向鄰架控制或本架控制水平。這種控制方式, 雖然具有控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、制造容易、造價(jià)較低和對(duì)煤層地質(zhì)條件變化適應(yīng)性較強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn), 但它存在嚴(yán)重缺點(diǎn): 工人勞動(dòng)條件差, 安全性差; 移架速度慢, 影響采煤機(jī)效率的發(fā)揮; 通風(fēng)條件差,支架故障率高; 支架支護(hù)效能的發(fā)揮程度與操作人員的經(jīng)驗(yàn)多少和技能高低有密切關(guān)系。液壓支架實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制后, 就可有效地克服上述缺點(diǎn), 實(shí)現(xiàn)對(duì)支架的電液控制, 而且有多種控制方式可供選擇,

3、人員可在較安全的地方集中對(duì)整個(gè)工作面的支架進(jìn)行遠(yuǎn)程控制或程序控制。1、液壓支架的概述1.1液壓支架的組成和分類(lèi)1.1.1液壓支架的組成液壓支架是綜采工作面支護(hù)設(shè)備，它的主要作用是支護(hù)采場(chǎng)頂板，維護(hù)安全作業(yè)空間，推移工作面采運(yùn)設(shè)備。液壓支架的種類(lèi)很多，但其基本功能是相同的。液壓支架按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和與圍巖的作用關(guān)系“般分為三大類(lèi)，即支撐式、掩護(hù)式、支撐掩護(hù)式，根據(jù)支架各部分的功能和作用，其組成可分為四個(gè)部分：（1）承載結(jié)構(gòu)件：如頂梁、掩護(hù)梁、底座、連桿、尾梁等其主要功能是承受和傳遞頂板和跨落巖石的載荷。（2）液壓油缸：包括立柱和各類(lèi)千斤頂。其主要功能是實(shí)現(xiàn)支架的各種動(dòng)作，產(chǎn)生液壓動(dòng)力。（3）控制元部

4、件：包括液壓系統(tǒng)操縱閥、單向閥、安全閥等各類(lèi)閥，以及管路、液壓、電控元件等。其主要功能是操縱控制支架各液壓油缸動(dòng)作及保證所需的工作特性。（4）輔助裝置：如推移裝置、護(hù)幫（或挑梁）裝置、伸縮（或插板）裝置、活動(dòng)側(cè)護(hù)板、防倒防滑裝置、連接件等。這些裝置是實(shí)現(xiàn)支架的某些動(dòng)作或功能所必需的裝置。1.1.2液壓支架的分類(lèi)及特點(diǎn)按液壓支架在采煤工作面的安置位置來(lái)劃分，有端頭液壓支架和中間液壓支架。端頭液壓支架簡(jiǎn)稱(chēng)端頭支架，專(zhuān)門(mén)安裝在每個(gè)采煤工作面的兩端。中間液壓支架按其結(jié)構(gòu)形式劃分，可分為三種基本類(lèi)型，即：支撐式、掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式。1、支撐式支架支撐式支架是出現(xiàn)最早的一種架型，按其結(jié)構(gòu)和動(dòng)作方式的不同，

5、支撐式支架又分為垛式支架（圖1-1a）和節(jié)式支架（圖1-1b）兩種結(jié)構(gòu)型式。垛式支架每架為一整體，與輸送機(jī)連接并互為支點(diǎn)整體前移，輸送機(jī)用于支架相連的推移千斤頂推移。節(jié)式支架由于穩(wěn)定性差，現(xiàn)已基本淘汰。支撐式支架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：頂梁較長(zhǎng)。其長(zhǎng)度多在4m左右；立柱多，一般是46根，且垂直支撐；支架后部設(shè)復(fù)位裝置和擋矸裝置。以平衡水平推力和防止矸石竄入支架的工作空間內(nèi)。圖1-1a 垛式 圖1-1b 節(jié)式支撐式支架的支護(hù)性能是：支撐力大，且作用點(diǎn)在支架中后部，故切頂性能好；對(duì)頂板重復(fù)支撐的次數(shù)多，容易把本來(lái)完整的頂板壓碎；抗水平載荷的能力差，穩(wěn)定性差；護(hù)矸能力差，矸石易竄入工作空間；支架的工作空間和通

6、風(fēng)斷面大。由上可知，支撐式支架適用于直接頂穩(wěn)定、老頂有明顯或強(qiáng)烈周期來(lái)壓，且水平力小的條件。此種支架在現(xiàn)階段的綜采工作面的生產(chǎn)時(shí)都已基本不再采用。2、掩護(hù)式支架其主要由前梁、主梁、掩護(hù)梁和側(cè)護(hù)板、底座、前后連桿、前梁千斤頂、推移千斤頂、操縱閥等組成。它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：有一個(gè)較寬的掩護(hù)梁以擋住采空區(qū)矸石進(jìn)入作業(yè)空間，其掩護(hù)梁的上端與頂梁鉸接，下端通過(guò)前后連桿與底座連接。底座、前后連桿和掩護(hù)梁形成四連桿機(jī)構(gòu)，以保持穩(wěn)定的梁端距和承受水平推力。立柱的支撐力間接作用與頂梁或直接作用與頂梁上。掩護(hù)式支架的立柱較少，除少數(shù)掩護(hù)式支架1根立柱外，一般都是一排2根立柱。這種支架的立柱都為傾斜布置，以增加支架的調(diào)

7、高范圍，支架的兩側(cè)有活動(dòng)側(cè)護(hù)板，可以把架間密封。通常頂梁較短，一般為3.0mm左右。掩護(hù)式支架的支護(hù)性能是：支撐力較小，切頂性能差，但由于頂梁短，立柱傾斜布置，故作業(yè)空間和通風(fēng)斷面小。由上可知，掩護(hù)式支架適用于頂板不穩(wěn)定或中等穩(wěn)定、老頂周期來(lái)壓不明顯、瓦斯含量少的破碎頂板條件。3、支撐掩護(hù)式支架其主要由防片幫千斤頂、前梁、頂梁、掩護(hù)梁、底座、推移千斤頂、立柱等組成。支撐掩護(hù)式支架是在吸收了支撐式和掩護(hù)式兩種支架優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種支架。因此，它兼有支撐式和掩護(hù)式支架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能，可適應(yīng)各種頂?shù)装鍡l件。此種支架的優(yōu)點(diǎn)是：支撐力大，切頂性能強(qiáng)，防護(hù)性能好，通風(fēng)斷面大，穩(wěn)定性好，應(yīng)用范圍廣

8、。它的缺點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。支撐掩護(hù)式支架的立柱均為兩排，立柱可前傾或后傾。也可倒八字形布置和交叉布置。通常，兩排立柱都是直接支撐在頂梁上，個(gè)別情況下，也有后排立柱支撐在掩護(hù)梁上而前排立柱支撐在頂梁上。4、特種液壓支架特種液壓支架是為了滿(mǎn)足某些特殊的要求而發(fā)展起來(lái)的液壓支架，在結(jié)構(gòu)形式上仍屬于以上某種液壓支架。包括放頂煤支架等。1.2液壓支架的工作原理液壓支架在工作過(guò)程中必須具備升、降、推、移四個(gè)基本動(dòng)作，這些動(dòng)作是利用泵站供給的高壓乳化通過(guò)工作性質(zhì)不同的幾個(gè)液壓缸來(lái)實(shí)現(xiàn)完成的。（如圖1-2-1）圖1-2-1液壓支架工作原理 1輸送機(jī)；2推移千斤頂；3立柱；4安全閥；5液控單向閥；6操縱

9、閥1、升柱 當(dāng)需要支架上升支護(hù)頂板時(shí)。高壓乳化液進(jìn)入立柱的活塞腔，另一腔回液，推動(dòng)活塞上升，使與活塞桿相連接的頂梁接觸頂板。2、降柱 當(dāng)需要降柱時(shí)，高壓液進(jìn)入立柱的活塞桿強(qiáng)，另一腔回液，迫使活塞桿下降，于是頂梁脫離頂板。3、支架和輸送機(jī)前移 支架和運(yùn)輸機(jī)的前移，都是由底座上的推移千斤頂來(lái)完成的。當(dāng)需要支架前移時(shí)，先降柱卸載，然后高壓液進(jìn)入推移千斤頂?shù)幕钊麠U腔，另一腔回液，以輸送機(jī)為支點(diǎn)，缸體前移，把整個(gè)支架拉向煤壁；當(dāng)需要推運(yùn)輸機(jī)時(shí)，支架支撐頂板后，高壓液進(jìn)入推移千斤頂?shù)幕钊?，另一腔回液，以支架為支點(diǎn)，是活塞桿伸出，把運(yùn)輸機(jī)推向煤壁。支架的支撐力與時(shí)間曲線(xiàn)，稱(chēng)為支架的工作特性曲線(xiàn)，如圖1-2

10、-2所示：圖1-2-2 支架工作特性曲線(xiàn)t0-初撐階段；t1-增阻階段；t2-恒阻階段；P1-初撐力；P2-工作阻力支架立柱工作時(shí)，其支撐力隨時(shí)間的變化過(guò)程可分為三個(gè)階段t0-初撐階段；t1-增阻階段；t2-恒阻階段；P1-初撐力；P2-工作阻力（1）初撐階段支架在升柱時(shí)，高壓液進(jìn)入立柱下腔，立柱升起使頂梁接觸頂板，立柱下腔壓力增加，當(dāng)增加到泵站工作壓力時(shí)，泵站自動(dòng)卸載，支架的液控單向閥關(guān)閉，立柱下腔壓力達(dá)到初撐力，此階段為初撐階段t0,此時(shí)支架對(duì)頂板的支撐力為初撐力。支撐式支架的初撐力為Pc=(/4)D2Phn103 KN (1.1)式中 D支架立柱的缸徑，m； Ph泵站的工作壓力，MPa；

11、 n支架立柱的數(shù)量。與上式可知，支架初撐力的大小取決于泵站的工作壓力，立柱缸徑和立柱的數(shù)量。合理的初撐力是防止直接頂過(guò)早的因下沉而離層、減緩頂板下沉速度、增加其穩(wěn)定性和保證安全生產(chǎn)的關(guān)鍵。一般采用提高泵站工作壓力的辦法來(lái)提高初撐力，以免立柱的缸徑過(guò)大。（1）承載増阻階段支架初撐后，隨頂板下沉，立柱下腔壓力增加，直到增加到支架的安全閥壓力，立柱下腔壓力達(dá)到工作阻力。此階段為增阻階段t1。（2）恒阻階段隨著頂板壓力繼續(xù)增加，使立柱下腔壓力超過(guò)支架的安全閥壓力調(diào)正值時(shí)，安全閥打開(kāi)而溢流，立柱下縮，使頂板壓力減小，立柱下腔壓力降低，當(dāng)?shù)陀诎踩y壓力調(diào)正之后，安全閥停止溢流，這樣在安全閥調(diào)整壓力的限制下

12、，壓力曲線(xiàn)隨時(shí)間呈波浪形變化，此階段為恒阻階段t2。此時(shí)支架對(duì)頂板的支撐力稱(chēng)為工作阻力，它是由支架安全閥的調(diào)定壓力決定的。支撐式支架的工作阻力為P=(/4)D2Pan103 KN (1.2)式中 Pa支架安全閥的調(diào)定壓力 MPa；支架的工作阻力標(biāo)志著支架的最大承載能力。對(duì)于掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架，其初撐力和工作阻力的計(jì)算還要考慮到立柱傾角的影響因素。支架的工作阻力是支架的一個(gè)重要參數(shù)，它表示支架支撐力的大小。但是，由于支架的頂梁長(zhǎng)短和間距大小不同，所以并不能完全反應(yīng)支架對(duì)頂板的支撐能力。因此，常用單位支護(hù)面積頂板上所受支架工作阻力值的大小，即支護(hù)強(qiáng)度來(lái)表示支架的支護(hù)性能。即q=（P/F）10-

13、3 MPa (1.3)1.3液壓支架的支護(hù)方式綜采工作面的主要生產(chǎn)工序有采煤、移架和推溜。3個(gè)工序的不同組合順序，可形成液壓支架3種支護(hù)方式，從而決定工作面“三機(jī)”的不同配套關(guān)系。1、即時(shí)支護(hù)一般循環(huán)方式為：割煤移架推溜，工作面“三機(jī)”的配套關(guān)系。即時(shí)支護(hù)的特點(diǎn)是，頂板暴露時(shí)間短，梁端距較小。適用于各種頂板條件，是目前應(yīng)用最廣泛的支護(hù)方式。2、滯后支護(hù)一般循環(huán)方式為：割煤推溜移架。滯后支護(hù)的特點(diǎn)是支護(hù)滯后時(shí)間較長(zhǎng)，梁端距大，支架頂梁較短?？捎糜诜€(wěn)定、完整的頂板。3、復(fù)合支護(hù)一般循環(huán)方式為：割煤支架伸出伸縮梁推溜收伸縮梁移架。復(fù)合支護(hù)的特點(diǎn)是：支護(hù)滯后時(shí)間短，但增加了反復(fù)支撐次數(shù)。可適用于各種頂

14、板條件，但支架操作次數(shù)增加，不能適應(yīng)高產(chǎn)高效要求，目前應(yīng)用較少。1.4支架選型的基本參數(shù)1.4.1對(duì)液壓支架的要求1.為了滿(mǎn)足采煤工藝及地址條件的要求，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，保證合理的下沉量。2.液壓支架要有足夠的推溜力和移架力。推溜力一般為100KN左右；移架力按煤層厚度而定薄煤層一般300KN400KN。3.防矸性能要好。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、稀釋有害氣體等安全方面的要求。6.為了操作和生產(chǎn)的需求，要有足夠?qū)挼娜诵械馈?.調(diào)高范圍要大，照明和通訊方便。8.支架的穩(wěn)定性要好，底座最大比壓要小于

15、規(guī)定值。9.要求支架要有足夠的剛度，能夠承載一定的不均勻載荷和沖擊載荷。10.滿(mǎn)足強(qiáng)度條件下，盡可能的減輕支架重量。11.要易于拆卸，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。12液壓元件要可靠。1.4.2設(shè)計(jì)液壓支架必需的基本參數(shù)1.頂板條件根據(jù)老頂和直接頂?shù)姆诸?lèi)，對(duì)支架進(jìn)行選型。給定參數(shù)：老頂I級(jí)直接頂2級(jí)2.最大和最小采高根據(jù)最大和最小采高，確定支架的最大和最小高度，以及支架的支護(hù)強(qiáng)度。給定煤層厚度：2.53.8m3.瓦斯等級(jí)根據(jù)瓦斯等級(jí)，按保護(hù)規(guī)程規(guī)定，驗(yàn)算通風(fēng)斷面給定條件：瓦斯等級(jí)1級(jí)1.底板巖性及小時(shí)涌水量根據(jù)底板巖性和小時(shí)涌水量驗(yàn)算底板比壓。2.工作面煤壁條件根據(jù)工作面煤壁條件，決定是否涌互幫裝置。3.煤層傾角

16、根據(jù)煤層傾角，決定是否選用防倒防滑裝置。給定條件：煤層傾角84.井筒罐籠尺寸根據(jù)井筒罐籠尺寸，考慮支架的運(yùn)輸外形尺寸。5.配套尺寸據(jù)配套尺寸及支護(hù)方式來(lái)計(jì)算定量長(zhǎng)度。2液壓支架的總體設(shè)計(jì)老頂級(jí)別直接頂類(lèi)型12312312344液壓支架架型掩護(hù)掩護(hù)支撐掩護(hù)掩護(hù)或支掩支撐支掩支掩支撐或支掩支撐或支掩支撐（采高小于2.5m）或支撐（采高大于2.5m）液壓支架支護(hù)強(qiáng)度KN/m2采高1m采高2m采高3m采高4m294343(245)441(343)539(441)1.32941.3343(245)1.3441(343)1.3539(441)1.62941.63431.64411.653922942343

17、24412539應(yīng)結(jié)合深孔爆破，軟化頂板等措施處理采空區(qū)單體支柱支護(hù)強(qiáng)度采高1m采高2m采高3m1472453431.31471.32451.33431.61471.62451.6343按采空區(qū)處理方法確定2.1液壓支架的選型表2-1注：（1）表中括號(hào)內(nèi)數(shù)字系掩護(hù)式支架頂梁上的支護(hù)強(qiáng)度。 （2）1.3、1.6、2為增壓系數(shù)。 （3）表中采高為最大采高。正確選擇液壓支架的架型，對(duì)于提高綜采工作面的產(chǎn)量和效率，充分發(fā)揮綜采設(shè)計(jì)的效能，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效，是一個(gè)很重要的因素。在具體選擇架型時(shí)，首先要考慮煤層的頂板條件。表2-1-1是根據(jù)國(guó)內(nèi)外液壓支架的使用經(jīng)驗(yàn)，提出了各種頂板條件下適用的架型，它是選擇支架

18、的主要依據(jù)。由于給定參數(shù)中頂?shù)装逍再|(zhì)：老頂I級(jí)、直接頂2級(jí)，底板平整，無(wú)影響支架通過(guò)的斷層，初步選擇為掩護(hù)式支架。1煤層厚度煤層厚度不但直接影響到支架的高度和工作阻力，而且還影響到支架的穩(wěn)定性。當(dāng)煤層厚度大于2.53.8m（軟煤層下限，硬煤層上限）時(shí)，應(yīng)選用抗水平推力強(qiáng)且?guī)ёo(hù)幫裝置的掩護(hù)式或支撐掩護(hù)式支架。當(dāng)煤層厚度變化較大時(shí)，應(yīng)選用調(diào)高范圍大的支架。因此本次設(shè)計(jì)應(yīng)選用抗水平推力強(qiáng)帶護(hù)幫裝置的掩護(hù)式支架。2煤層傾角煤層傾角主要影響支架的穩(wěn)定性、傾角大時(shí)易發(fā)生傾倒下滑等現(xiàn)象。當(dāng)煤層傾角大于1015時(shí)，應(yīng)設(shè)防滑和調(diào)架裝置，當(dāng)傾角超過(guò)18時(shí)，應(yīng)同時(shí)具有防滑防倒裝置，給定煤層傾角8以下，不用設(shè)置防滑和

19、調(diào)架裝置。3底板性質(zhì)底板承受支架的全部載荷，對(duì)支架的底座影響較大，底板的軟硬和平整性，基本上決定了支架的結(jié)構(gòu)和支撐面積。選型時(shí)，要驗(yàn)算底座對(duì)底板的接觸比壓，其值要小于底板允許比壓（對(duì)于砂巖底板，允許比壓為1.962.16MPa,軟底板為0.98MPa左右）4瓦斯涌出量對(duì)于瓦斯涌出量大的工作面，支架的通風(fēng)斷面應(yīng)滿(mǎn)足通風(fēng)的要求，選型時(shí)要進(jìn)行驗(yàn)算5地質(zhì)構(gòu)造地質(zhì)構(gòu)造十分復(fù)雜，煤層厚度變化又較大，頂板允許暴露面積和時(shí)間分別在58m2和20min以下時(shí)，暫不宜采用液壓支架。6設(shè)備成本在滿(mǎn)足要求的前提下，應(yīng)選用價(jià)格便宜的支架。此外，對(duì)于特定的開(kāi)采要求，應(yīng)選用特種支架。2.2液壓支架參數(shù)的確定2.2.1支護(hù)強(qiáng)

20、度和工作阻力支護(hù)強(qiáng)度取決于頂板性質(zhì)和煤層厚度，支護(hù)強(qiáng)度可根據(jù)下列公式估算：q=KHr10-5MPa （2.1）式中 K作用與支架上的頂板巖石系數(shù)，一般取58。頂板條件好、周起來(lái)壓不明顯時(shí)取下限，否則取上限；H采高，mr頂板巖石密度，一般為0.50.7MPa放頂煤支架的支護(hù)強(qiáng)度一般為0.50.7MPa，支架工作阻力P應(yīng)滿(mǎn)足頂板支護(hù)強(qiáng)度的要求，即支架工作阻力由支護(hù)強(qiáng)度和支護(hù)面積所決定。P=qF103KN （2.2）式中F支架的支護(hù)面積，m2可按下式計(jì)算F=(L+C)(B+K1)=(L+C)Am2 (2.3)式中 L支架頂梁長(zhǎng)度，m C兩端距，m B支架頂梁寬度，m K1架間距，m支架中心距，m對(duì)于

21、支撐式支架，支架立柱的總工作阻力等于支架工作阻力。對(duì)于掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架，由于受到立柱傾角的影響，支架工作阻力小于支架立柱的總工作阻力。工作阻力與支架立柱的總工作阻力的比值，稱(chēng)為支架的支撐效率，所以支架立柱的總工作阻力 P總為 P總=(P/)KN (2.4)支撐式支架=100%、支撐掩護(hù)式和掩護(hù)式支架取=80%左右。2.2.2初撐力初撐力的大小是相對(duì)與支架的工作阻力而言，與并頂板的性質(zhì)有關(guān)。較大的初撐力可以使支架較快地達(dá)到工作阻力，防止頂板過(guò)早的離層，增加頂板的穩(wěn)定性。對(duì)于不穩(wěn)定和中等穩(wěn)定頂板，為了維護(hù)機(jī)道上方的頂板，應(yīng)取較高的初撐力，約為工作阻力的80%；對(duì)于穩(wěn)定頂板，初撐力不宜過(guò)大，一

22、般不低于工作阻力的60%，對(duì)于周期來(lái)壓強(qiáng)烈的頂板，為了避免大面積的垮落對(duì)工作面的動(dòng)載威脅。應(yīng)取較高的初撐力，約為工作阻力的75%。2.2.3移架力與推溜力移架力與支架結(jié)構(gòu)、噸位、支持橫高度、頂板狀況是否帶壓移架等因素有關(guān)。一般薄煤層支架力為100150KN；中等厚度煤層支架為150300KN；后煤層為300400KN。推溜力一般為100150KN。2.2.4支架調(diào)高范圍支架最大結(jié)構(gòu)高度 Hmax=Mmax+S1=3.8+0.3=4.1m （2.5）支架最小結(jié)構(gòu)高度Hmin=Mmin-S2=2.5-0.2=2.3 (2.6)式中Mmax、Mmin煤層最大、最小采高S1為頂冒落的最大厚度，一般0.

23、20.3mS2頂板周期來(lái)壓時(shí)的最大下沉量、移架使支架的下降量和頂梁上、底座下的浮矸、煤層厚度之和，一般取0.250.35m確定支架的最低高度時(shí)還應(yīng)考慮到驚嚇的允許運(yùn)輸高度。支架的伸縮比Ks=Hmax/Hmin=4.1/2.3=1.78 (2.7)Ks值的大小反映了支架對(duì)煤層厚度變化的適應(yīng)能力，其值越大，說(shuō)明支架適應(yīng)煤層厚度變化的能力越來(lái)越強(qiáng)，采用單伸縮立柱，Ks值一般為1.6左右。若進(jìn)一步提高伸縮比，需采用機(jī)械加長(zhǎng)桿的立柱或雙伸縮立柱，其Ks值一般為2.5左右。薄煤層厚度可達(dá)3m。由于Ks=1.78又考慮到煤層厚度較高，初選雙伸縮立柱。2.2.5中心距和寬度的確定支架中心距一般等于工作面一節(jié)溜

24、槽長(zhǎng)度。目前國(guó)內(nèi)外液壓支架中心距大部分采用1.5m。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。因此設(shè)計(jì)中預(yù)取1.5m。支架寬度是指頂梁的最小和最大寬度。寬度的確定應(yīng)考慮支架的運(yùn)輸、安裝和調(diào)架要求。支架頂梁一般裝有活動(dòng)側(cè)護(hù)板，側(cè)護(hù)板行程一般為170200mm。當(dāng)支架中心距為1.5m時(shí)，最小寬度一般取14001430mm，最大寬度一般取15701600mm。當(dāng)支架中心距為1.75m時(shí)，最小寬度一般取16501680mm，最大寬度一般取18501880mm。當(dāng)支架中心距為1.25m時(shí)，如果頂梁帶有活動(dòng)側(cè)護(hù)板，則最小寬度一般取11

25、501180mm，最大寬度一般取13201350mm，如果頂梁不帶活動(dòng)側(cè)護(hù)板，則一般取11501200mm。2.2.6底座寬度底座是將頂板壓力傳遞到底板和穩(wěn)固支架的部件。在設(shè)計(jì)支架的底座長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)考慮如下諸方面：支架對(duì)底板的接觸比壓要小；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；使于人員操作和行走，保證支架的穩(wěn)定性等。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倍的移架距，即2.4m左右。2.3采煤機(jī)、液壓支架和輸送機(jī)的配套2.3.1采煤機(jī)、液壓支架和輸送機(jī)的配套綜采工作面采煤機(jī)、液壓支架和輸

26、送機(jī)之間的性能參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)、空間尺寸及相互連接方面，有著嚴(yán)格的配套要求，以保證綜采工作面的最大生產(chǎn)能力和安全生產(chǎn)是要求。（）是生產(chǎn)能力的配套采煤機(jī)是綜采工作面的主要生產(chǎn)設(shè)備，綜采工作面的生產(chǎn)能力主要取決于采煤機(jī)的落煤能力。因此，為了保證采煤機(jī)生產(chǎn)能力的發(fā)揮，工作面輸送機(jī)的生產(chǎn)能力要大于采煤機(jī)的生產(chǎn)能力，液壓支架移架的速度應(yīng)大于采煤機(jī)的牽引速度。通常與采煤機(jī)配套的工作面輸送機(jī)，液壓支架、平巷轉(zhuǎn)載機(jī)、可伸縮皮帶機(jī)等設(shè)備，其生產(chǎn)能力要按采煤機(jī)生產(chǎn)能力的120%計(jì)算。（2）性能配套綜采工作面“三機(jī)”性能配套，主要通過(guò)設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)的配套來(lái)實(shí)現(xiàn)，以解決設(shè)備性能間互相制約的問(wèn)題。如采煤機(jī)的搖臂長(zhǎng)度應(yīng)大于輸

27、送機(jī)尾的長(zhǎng)度，這樣才能保證采煤機(jī)割煤到輸送機(jī)機(jī)尾底座端部。（3）幾何關(guān)系配套尾便于司機(jī)觀(guān)察和操作，并考慮頂板下沉量的影響，適應(yīng)頂板起伏以及煤層變化、機(jī)身調(diào)斜等情況，使采煤機(jī)沿工作面順利通過(guò)，要求支架頂梁和采煤機(jī)工作面之間留有足夠的空間，該空間高度C稱(chēng)為過(guò)機(jī)高度，一般C小于150250mm。采煤機(jī)底托架應(yīng)有足夠的高度，以保證過(guò)煤高度E250400mm。從安全角度考慮，F(xiàn)應(yīng)愈小愈好，但卻受到機(jī)器結(jié)構(gòu)參數(shù)等因素的約束，由圖可知 F=B+e+G+x (2.8)式中e煤壁與輸送機(jī)鏟板之間距離。e=100200mm,以防止采煤滾筒在輸送機(jī)彎曲段切割鏟煤；x立柱傾斜時(shí)的水平增距；G輸送機(jī)寬度，由鏟煤機(jī)寬度f(wàn)

28、,輸送機(jī)中部溜槽寬度S、電纜槽和導(dǎo)向槽寬度a及前柱與電纜槽之間的距離b組成；其他符號(hào)的意義同前為避免由于輸送機(jī)偏斜時(shí)采煤機(jī)截割頂梁、支架梁端與煤壁間應(yīng)留有200400mm。從前柱到梁端的距離L為 L=F-B-D-x (2.9)支架工作時(shí)的最小支撐高度H為 H=A+C+t (2.10)其中t頂梁厚度采煤機(jī)機(jī)面高度，為采煤機(jī)機(jī)身高度、輸送機(jī)高度和底托架高度。2.3.2其他附屬設(shè)備的配套煤層傾角大于10時(shí)，采用鏈牽引的采煤機(jī)應(yīng)設(shè)置防滑裝置；當(dāng)傾角大于16時(shí)應(yīng)安裝防滑絞車(chē)，輸送機(jī)應(yīng)設(shè)置防滑錨固裝置，支架也應(yīng)有防倒防滑和調(diào)架裝置,而對(duì)于大采高工作面設(shè)備，煤層傾角大于10時(shí)，即應(yīng)設(shè)防滑裝置。落煤塊度過(guò)大時(shí)

29、，工作面轉(zhuǎn)載機(jī)上應(yīng)設(shè)置破碎裝置。本設(shè)計(jì)采用配套 液壓支架 YY4410/23/42 北京煤機(jī)廠(chǎng) 采煤機(jī) 2MG2200 刮板運(yùn)輸機(jī) SGZ764/264配套圖如下圖（2-1）圖2-12.4 四連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)2.4.1 四連桿機(jī)構(gòu)的作用四連桿機(jī)構(gòu)是掩護(hù)式支架和支撐掩護(hù)式支架的最重要部件之一。其作用概括起來(lái)主要有兩個(gè)：其一是當(dāng)支架由高到低變化時(shí)，借助四連桿機(jī)構(gòu)使支架頂梁前端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡呈近似雙紐線(xiàn)，從而使支架頂梁前端點(diǎn)與煤壁間距離的變化大大減小，提高了管理頂板的性能；其二是使支架能承受較大的水平力。 為了掌握四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，必須正確理解四連桿機(jī)構(gòu)的作用。下面通過(guò)四連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)作過(guò)程的幾何特征進(jìn)一

30、步闡述其作用。這些特征是四連桿動(dòng)作過(guò)程的必然結(jié)果。1支架高度在最大和最小范圍內(nèi)變化時(shí)，頂梁端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的最大寬度e70mm，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(mǎn)足如下要求：支架在最高位置時(shí)，P5262，Q7585；支架在最低位置時(shí)，為有利于矸石下滑，防止矸石停留在掩護(hù)梁上，根據(jù)物理學(xué)摩擦理論可知，要求tgPW，如果剛和矸石的摩擦系數(shù)W=0.3，則P=16.7，為了安全可靠，最低工作位置應(yīng)使P25為宜；而Q角主要考慮后連桿底部距底板要有一定距離，防止支架后部冒落巖石卡住后連桿，使支架不能下降，一般取Q2535,在特殊情況下需要角度

31、較小時(shí),可提高后連桿下鉸點(diǎn)的高度。3掩護(hù)梁與頂梁鉸點(diǎn)和瞬心中心間的只限于水平線(xiàn)夾角,滿(mǎn)足tg0.35。原因是角直接影響支架承受附加力的數(shù)值大小。4應(yīng)取頂梁前端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡雙紐線(xiàn)向前凸的一段為支架工作段，如圖2-2所示的h段。圖22所示其原因?yàn)楫?dāng)頂板來(lái)壓時(shí)，立柱讓壓下縮，使頂梁有向前移的趨勢(shì)，可防止巖石向后移動(dòng)，又可以使作用在頂梁上的摩擦力指向采空區(qū)。同時(shí)底板防止底座向后移，使整個(gè)支架產(chǎn)生順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)，從而增加了頂梁前端的支護(hù)力，防止頂梁前端上方頂板冒落，并且使底座前端比壓減小，防止啃底，有利移架。水平力的合力也相應(yīng)減小，所以減輕了掩護(hù)梁的外負(fù)荷。2.5頂梁長(zhǎng)度的確定為防止當(dāng)采煤機(jī)向支架內(nèi)傾斜

32、時(shí)，采煤機(jī)滾筒不切割頂梁在設(shè)計(jì)時(shí)要求頂梁前端距煤壁最小距離為30mm。參照三機(jī)配套 液壓支架YY4410/23/42 北京煤機(jī)廠(chǎng) 采煤機(jī)2MG2200 刮板運(yùn)輸機(jī)SGZ-764/264由于選擇掩護(hù)式支架，b的長(zhǎng)度按下式計(jì)算b=+K+d-0.3Htg-C （2.11）式中 人行道寬度不小于0.6m立柱傾角支架高度頂梁全長(zhǎng)L=b+L1式中L1柱窩到鉸接軸的距離，通常取L1(1/2)b圖2-3經(jīng)上式計(jì)算，頂梁長(zhǎng)度預(yù)取2100mm此外應(yīng)注意采用及時(shí)支護(hù)方式，即先移架后推溜，因此要求頂梁有較大長(zhǎng)度2.6立柱及柱窩位置的確定1. 立柱數(shù) 2根 2. 支護(hù)方式支護(hù)時(shí)立柱均前傾立柱在最低位置時(shí)與頂梁垂線(xiàn)的夾角

33、最大18。3. 立柱間距立柱間距的選取原則為：有利于操作，行人和部件的和理布置。前后兩排立柱間距一般取11.5m。4. 立柱的設(shè)計(jì)（1）支護(hù)面積支架的支護(hù)面積按下式計(jì)算：FC=bc(Lg+) (2.12)式中： FC支護(hù)面積(m2) bc頂梁寬度，取1.5mLg頂梁長(zhǎng)度移架后頂梁前端點(diǎn)到煤壁的距離，取0.3m故：FC =1.5(3.56+0.32)=3.63m2 （2）支護(hù)強(qiáng)度支護(hù)強(qiáng)度的計(jì)算可借助于查表。首先按表根據(jù)老頂級(jí)別和直接頂類(lèi)別確定支架架型，再根據(jù)各頂級(jí)別和采高確定支護(hù)強(qiáng)度，由于實(shí)際最大采高不定正好和表中所列采高相同，所以要用插值法重新計(jì)算。qx=q1+(q2-q1)(Hm-h2y)/

34、(h2y-h1y)KN/m2 (2.13)式中：qx當(dāng)支架最大采高為Hm時(shí)，支架應(yīng)有的支護(hù)強(qiáng)度(KN/m2)；q1在架型選擇表中低于Hm但與之相鄰的采高相對(duì)應(yīng)的支護(hù)強(qiáng)度(KN/m2)；q2在架型選擇表中高于Hm但與之相鄰的采高相對(duì)應(yīng)的支護(hù)強(qiáng)度(KN/m2)；h1yq1所對(duì)應(yīng)的采高(m)；h2yq2所對(duì)應(yīng)的采高(m)代入數(shù)據(jù)得：qx=1.3343+(1.3 441-1.3343)(2.4-2)/(3-2) =496.86KN/ m2立柱參數(shù)的確定：假設(shè)立柱的傾角小于15，現(xiàn)取傾角為6則 (2.14)式中： 立柱內(nèi)徑（）理論支護(hù)阻力（）每跟立柱數(shù)立柱最大傾角（）安全閥的調(diào)整壓力，取型按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)選

35、取比計(jì)算直大的標(biāo)準(zhǔn)值作為內(nèi)徑，選取立柱的基本參數(shù)為：缸體內(nèi)徑： 活柱外徑： 工作阻力： 額定工作壓力： 推薦選用鋼材： 鋼材規(guī)格： 由支架的 由國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)選取立柱行程。5. 立柱的初撐力和泵站的額定工作壓力立柱的初撐力 (2.15)取作為泵站的額定工作壓力，考慮到從泵站到支架的壓力損失，根究一般的經(jīng)驗(yàn)的泵站乳化液到支架的壓力一般為。但對(duì)于只考慮支架的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)一般都把泵站壓力做為計(jì)算初撐力的壓力。 安全閥的調(diào)整壓力和立柱的實(shí)際工作壓力安全閥的調(diào)整壓力 (2.16)式中： 由用安全閥的調(diào)整壓力為，則立柱的工作阻力:6. 立柱柱窩位置的確定（1）上柱窩位置的確定確定的原則： = 1 * GB3 根據(jù)支

36、撐力分布與頂板載荷相一直的原則，通過(guò)受力分析計(jì)算，確定柱窩合力作用點(diǎn)的位置。 = 2 * GB3 根據(jù)前后立柱間行人及初撐力的均勻分布的要求，初步確定前后立柱間的距離為 = 3 * GB3 考慮到支撐效率，立柱的傾角不宜太大，最高位置時(shí)立柱傾角不小于。取頂梁為分離體，受力情況如圖：圖2-4對(duì)A點(diǎn)有 其中 則有 取 則由立柱的傾角和兩立柱間的距離可以確定各個(gè)柱窩的位置。支架整體尺寸結(jié)構(gòu)圖如下所示：圖2-52.7平衡千斤頂位置的確定掩護(hù)式支架中平衡千斤頂?shù)耐屏屠τ?jì)算，平衡千斤頂位置應(yīng)按如下方法計(jì)算確定：2.7.1 平衡千斤頂安裝位置的確定原則為了保證支架工作的可靠性，支架的支撐力分布（包括立柱的支撐力和平衡力千斤頂?shù)耐屏屠Φ龋仨氝m應(yīng)頂板載荷分布。當(dāng)立柱的上、下柱窩位置確定后，就可以根據(jù)頂板載荷分布來(lái)確定平衡千斤頂?shù)奈恢?，現(xiàn)按兩種情況進(jìn)行分析。 當(dāng)頂梁前端出現(xiàn)空頂時(shí)，頂梁后端載荷加大，頂