ZZ4000支撐掩護式液壓支架設(shè)計【含7張CAD圖紙、說明書】

ZZ4000支撐掩護式液壓支架設(shè)計【含7張CAD圖紙、說明書】,含7張CAD圖紙、說明書,zz4000,支撐,支持,掩護,液壓,支架,設(shè)計,cad,圖紙,說明書,仿單 翻譯部分英文原文The Design of Four-bar Linkage of Large Inclined Angle Hydraulic SupportAbstract- Four-bar linkage is one of the most importantcomponents of shield-type powered support or chock-shield-typehydraulic support. Parameterized modeling, simulation andoptimization of four-bar linkage is firstly accomplished by use ofADAMS software in designing a large inclined angle hydraulicsupport. Then based on three-dimension model of the wholehydraulic support, applying COSMOS/Works software, finiteelement analysis is made under the front torsion load of roof beam.The analysis result validates the feasibility of four-bar linkagedesign and meets the design requirements very well. This methodcan effectively shorten the design cycle and improve designefficiency of hydraulic support.Keyword-hydraulic support; four-bar linkage; optimizationdesign; ADAMS; finite element analysis1. IntroductionFour-bar linkage is one of the most importantcomponents of shield-type hydraulic support orchock-shield-type hydraulic support. Its function has twoaspects: One, as the support legs rises or lowers, the leadingedge of roof beam moves up and down nearly vertically,thus maintaining a nearly constant unsupported distancebetween the coal wall and the leading edge of roof beam.This is a feature that is widely considered most desirable forgood roof control. Second, it makes the support to becapable of bearing larger horizontal load.In designing a large inclined angle hydraulic support,optimization of the four-link design is an important work.The size of four-bar linkage directly influences theperformance and status of hydraulic support. In thetraditional four-bar linkage design, BASIC program is usedto compute 1, but the results often can not meet the designrequirements and can not obtain the optimal solution.Currently, ADAMS software is more and more applied inthe mechanical dynamics field 2. So, the paper makes useof the ADAMS software to model and simulate thefour-bar linkage in order to achieve the optimal designsolution3-4. In order to validate the feasibility of four-barlinkage design5, applying COSMOS/Works software,finite element analysis is made.2. Dimension calculation of four-bar linkageAs shown in Fig. 1, is the calculation height in themaximum position. Mathematically, the parameters offour-bar linkage is supposed that:Figure 1. Parameters of four-bar linkage2.1 The calculation of rear bar and shield beamAs shown in Fig. 2, if H1 is determined, the length ofshield beam is: （1） (1)The length of rear barA=IG （2）The distance between top link point of front bar and top linkpoint of rear bar is:B=I1G （3）The distance between top link point of front bar and top linkpoint of shield beam is:F=G-B （4）The distance between bottom link point of rear barand origin of coordinates is , as shown in Fig. 2. 1 E2.2 The Calculation of length and angle of front bar1) Coordinate of 1 point bWhen the support is in the highest position , thecoordinate of point is: X1=FCOS（P1） （5） y1=H1-FSIN(P1) （6）Figure 2. Geometrical relationship of four-bar linkage2) Coordinate of 2 point bWhen the support is in the lowest position , thecoordinate of point is: （7） （8）When the support is in the lowest position, 2530,according to the geometric requirements.Mathematically, it is supposed that . （9）3) Coordinate of 3 point bWhen it is right-angle between shield beam and rearbar, the coordinate of 3 point is: b （10） （11） （12） （13）4) Coordinate of c point is the length of front bar. So thelength of front bar can be calculated by use of the equationof circle. The coordinate of c point is: （14） （15）The length and angle of front bar can be calculated afterdetermining the coordinate of c point.2.3 The calculation of the height D of the front barbottom link point, and the projective distance E onthe base between bottom link point of front bar andbottom link point of rear barAfter calculating the coordinate of c point, the height Dand length E is: （16） （17）As to the top coal caving hydraulic support that themaximum supported height is 2600mm, the supportedheight properly should be increased in order to meet thedesign requirements of hydraulic support in deeply inclinedcoal seam, the calculation height H1 is increased to 2118mm.By use of the program that sloping line is thought as theobjective function, the below result can be obtained.tan = 0.338, Q1= 75.10, Q2= 29.98,P1= 59.96, P2= 15.09, A= 988.78mm,B= 295.56mm, C= 995.82mm, D= 367.30mm,E= 421.91mm, G= 1343.45mm.3. Parameter optimization of four-bar linkage sizeAccording to Fig. 1 and the physical dimensioncalculated by program, the four-bar linkage is modeled bymeans of ADAMS/View. Because the linkage sizeparameter that calculated in computational program is notthe optimal result by analyzing the simulation result,optimally designing the linkage of should be parameterizedmodeling so as to obtain the optimal result that meet thedesign requirement.During parameterized modeling, every link point is setto variable, and the design result of every variable is gottenby analyzing the variables, as shown in Table 1.Table 1. Design results of every variableThe scope and the influence on the design of designvariables can be observed. MSC.ADAMS/View providesall kinds of drawing diagrams as the research report, whichinclude the sensitivity of design variables. As shown inTable 1, the sensitivity of DV_1, DV_2, DV_4, DV_6 isgreater. This implies that these four variables influence theoptimization results more greatly.Four greater sensitivity design points are set, the curveof every design point is changed together byADAMS/PostProcesser, then are compared and optimized.Through operating the optimization program, four designpoints are optimized. At last the optimal physical dimensionof four-bar linkage is obtained by analyzing and calculating.tan = 0.0035, Q1= 57.59, Q2= 24.90,P1= 46.40,A= 990mm, B= 260mm, C= 1125mm, D= 265mm,E= 478mm, G= 1155mm.By means of ADAMS software, modeling the four-barlinkage according to the calculated size, then analyzing thelink point through the trajectory simulation, as shown in Fig.3.Figure 3. The optimized trajectory curveThe optimal result of the four-bar linkage size fullymeet the design requirements of hydraulic support byanalysis.4. The finite element analysis of hydraulic supportAccording to the calculated dimension of four-barlinkage, assembling with the other part of hydraulic support,the three-dimensional model of hydraulic support is set up,as shown in Fig. 4. Applying the softwareCOSMOS/Works, finite element analysis of the wholehydraulic support is made under front torsion load.Figure 4. The three-dimension model of hydraulic support4.1 The finite element calculationAfter finite element pre-processing, COSMOS/Worksautomatically generates graphic solution. The graphicsolution can be defined according to the need. For example,stress, strain and dynamic change animation of strain, andformatting section graph can be obtained, as shown in Fig.5.(a) Front torsion load displacement(b) Front torsion load stress(c) Front torsion load strain(d) Front torsion load local stressFigure 5. The finite element analysis results of the whole hydraulicsupport under front torsion loadAccording to the calculation result, maximumdeformation of hydraulic is 11.63mm, maximum equivalentstress of roof beam is 562.7 a MP , and maximumequivalent strain is 3.503E-03. All pin force state can beseen in table 2.Table 2. Force acted on the hinge-jointed pin4.2 Data analysisMaximum stress and strain mainly appear in the loadpart and surrounding area of roof beam. Hydraulic legs areunequally loaded. The stress of front and rear hydraulic legwhich are at the load side is also larger than the other side.On the front part of roof beam, the effect is obvious underthe action of front part torsion load. The rear part isuniformly acted by the load. If the load is too large, thewhole support has a torsion trend. Form table 2, it can befound that the shearing resistance of left and right pinjoined roof beam with shield beam is different. The shearresistance of pins jointed front bar with shield beam, rearbar with shield beam, rear bar with substructure, front barwith substructure are large.The strength analysis shows that maximum stressdistribution is regional and partial. So, high strength steelsheet is commonly used in the large stress area to improvemechanical characteristic. The hydraulic support fullyreaches using standard in practice and satisfies the usingrequirement of the large inclined angle mining.5. ConclusionApplying ADAMS software not only can carry outparametric modeling, motion trajectory simulation,optimization design of a large inclined angle hydraulicsupport, but also can analyze motion state of related movingelements with motion simulation. Through making finiteelement analysis on whole hydraulic support, the feasibilityof four-bar design is verified, and the distribution regularityof support stress is found out. The designed hydraulicsupport fully reaches using standard in the coal mine, meetsthe using requirements of the large inclined angle mining.This method can effectively shorten the design cycle andimprove design efficiency of hydraulic support.翻譯中文大傾角工作面液壓支架的四桿機構(gòu)的設(shè)計摘要-四桿機構(gòu)是支撐式和支撐掩護式一個重要的組成部分。大傾角液壓支架四桿機構(gòu)的參數(shù)化建模、仿真和優(yōu)化首先在設(shè)計中使用ADAMS軟件。然后,基于三維模型的整體液壓支架,建立了支架的有限元分析模型并對其進行整架強度有限元分析，分析結(jié)果驗證了四桿機構(gòu)的可行性設(shè)計,很好的滿足了設(shè)計要求。該方法能有效縮短設(shè)計周期,提高液壓支架的設(shè)計效率。關(guān)鍵字：液壓支架：四連桿機構(gòu)：最優(yōu)化設(shè)計：ADAMS：有限元分析1. 介紹四桿機構(gòu)是支撐式和支撐掩護式一個重要的組成部分。它的功能有兩個方面:首先，作為支撐腿升高或者降低,帶動頂梁做近乎垂直的上下移動，從而維持頂梁前沿與煤壁的距離不變，這被認(rèn)為是最理想的頂板控制。其次，這樣做會讓液壓支架有較大的水平荷載的能力。在設(shè)計大傾角工作面液壓支架,四連桿機構(gòu)優(yōu)化的設(shè)計是一項重要的工作。四桿機構(gòu)的大小直接影響著對液壓支架的性能和狀態(tài)。在傳統(tǒng)的四桿機構(gòu)設(shè)計、基本程序使用計算1,但結(jié)果往往不能滿足設(shè)計要求要求并不能獲得最優(yōu)的解決方案。目前,利用ADAMS軟件被越來越多的應(yīng)用機械動力學(xué)領(lǐng)域的2。所以,本文使用ADAMS軟件的模型和模擬四桿機構(gòu)以實現(xiàn)最優(yōu)的設(shè)計解決3。為了驗證該四的可行性連桿設(shè)計5,運用 COSMOS/Works 軟件進行有限元分析。2. 四連桿機構(gòu)的尺寸計算在圖1所示,是假設(shè)四連桿機構(gòu)在最高位置時的計算方法2.1后連桿與掩護梁計算如圖2所示，如果H1是確定的，掩護梁的長度是： （1） 后連桿的長度：A=IG （2）前連桿上鉸接點與后連桿上鉸接點的距離是：B=I1G （3）前連桿上鉸接點與掩護梁上鉸接點的距離是：F=G-B （4）后連桿下鉸接點與坐標(biāo)原點的距離是E1 如圖2所示2.2 前連桿長度和角度的計算1）點b1的坐標(biāo) 當(dāng)支架在最高位置H1時，b1點的坐標(biāo)是： X1=FCOS（P1） （5） y1=H1-FSIN(P1) （6）圖2 四連桿機構(gòu)的幾何關(guān)系2） b2點坐標(biāo) 當(dāng)支架在最低位置H2時，b2點的坐標(biāo)是： （7） （8）當(dāng)支架在最低位置，Q22530。 根據(jù)幾何要求，假定Q2=25 （9）3) b3點坐標(biāo)當(dāng)掩護梁與后連桿呈直角時，b3點坐標(biāo)： （10） （11） （12） （13）4) c點坐標(biāo)所以前連桿的長度可以用方程圓計算出，c點的坐標(biāo)是： （14） （15）確定c點的坐標(biāo)就能知道前連桿的長度和角度 2.3 通過計算得到后連桿下鉸點的高度D，并且可以得到后連桿與前連桿投影到底面的距離E當(dāng)計算出c點的坐標(biāo)，D點的高度、E點的長度是： （16） （17）作為對放頂煤液壓支架最大限度的支持是2600mm高度的支持，應(yīng)在增加高度以滿足對液壓支架設(shè)計的要求,在大傾角煤層，H1高度增加到2118mm，利用該程序傾斜線為目標(biāo)函數(shù)的思想,可以得到以下的結(jié)果： tan = 0.338, Q1= 75.10, Q2= 29.98, P1= 59.96, P2= 15.09, A= 988.78mm, B= 295.56mm, C= 995.82mm, D= 367.30mm, E= 421.91mm, G= 1343.45mm.3 四桿機構(gòu)參數(shù)優(yōu)化 根據(jù)圖1和實際尺寸用程序來計算模擬四桿機構(gòu)指的是用ADAMS/View。因為連桿大小在計算程序的參數(shù)計算是不真實的，通過分析最優(yōu)結(jié)果的仿真結(jié)果,優(yōu)化設(shè)計聯(lián)動應(yīng)該參數(shù)化模型以獲得最優(yōu)結(jié)果，滿足了設(shè)計要求。在參數(shù)化建模方法,每一個環(huán)節(jié)都是可變的，每個變量的設(shè)計結(jié)果通過分析，顯示在表1。變量范圍和影響設(shè)計的變量可以觀察到。MSC.ADAMS/View提供各種各樣的繪圖，以便研究報告，包括設(shè)計變量的靈敏度。如圖所示，表1的靈敏度,DV_2 DV_4 DV_1,DV_6, 較大。這意味著這些四個變量對優(yōu)化結(jié)果更有很大的影響。選擇四個較為敏感的設(shè)計點，讓每個設(shè)計點在ADAMS/PostProcesser下彎曲，然后進行比較和優(yōu)化。通過操作優(yōu)化程序，對四個設(shè)計點進行優(yōu)化。最后最優(yōu)物理維度到的四桿機構(gòu)分析和計算。tan=0.0035, Q1=57.59, Q2=24.90,P1=46.40,A=990mm, B=260mm, C=1125mm, D=265mm,E=478mm, G=1155mm.利用ADAMS軟件，通過計算結(jié)果對四連桿機構(gòu)建模。并分析了連桿點通過軌道仿真,顯示在圖。3. 圖3,優(yōu)化軌跡曲線該研究結(jié)果的四桿機構(gòu)尺寸完全相同滿足設(shè)計要求的液壓支架分析。4. 液壓支架的有限元分析 根據(jù)計算四維度聯(lián)動、裝配時的另一部分液壓支架, 對液壓支架進行三維模型的建立, 如圖4所示，應(yīng)用軟件COSMOS/Works，有限元分析的整體液壓支架是由前負(fù)荷下扭轉(zhuǎn)。圖4，液壓支架的有限元分析4.1 有限元計算有限元預(yù)處理、COSMOS/Works、動生成圖形的解決方案。根據(jù)圖形需要可以制定解決方案。例如：應(yīng)力、應(yīng)變及動態(tài)變化的應(yīng)變，可以得截面到格式圖,如圖5。(a)前扭轉(zhuǎn)載荷位移(b)前扭轉(zhuǎn)荷載應(yīng)力(c)前扭轉(zhuǎn)荷載張力(d)前扭轉(zhuǎn)負(fù)荷局部應(yīng)力圖5，前扭轉(zhuǎn)荷載有限元分析結(jié)果根據(jù)計算結(jié)果,最大值11.63mm，頂梁最大壓力為562.7MP，最大張力為3.503E-03。所有應(yīng)力見表2表2 鉸接軸應(yīng)力4.2 數(shù)據(jù)分析最大應(yīng)力和應(yīng)變主要出現(xiàn)在負(fù)荷分和頂梁周邊。液壓支架受的是不平等載荷。液壓支架的前后連桿部分也比其他地方負(fù)荷大。頂梁的前半部載荷明顯下降。而后面不封則一直負(fù)載。從表2可以看出，左翼和加有側(cè)護板的右翼抗剪承載力是不同的。掩護梁與底座的前后鉸接點的剪切應(yīng)力也非常大。分析表明,強度最大應(yīng)力只分布在局部區(qū)域。所以，高強度鋼常用在大應(yīng)力區(qū)來改善機械的特性。使液壓支架在實踐中達到使用標(biāo)準(zhǔn)并滿足大傾角采礦的使用要求。5. 結(jié)論應(yīng)用ADAMS軟件不但能執(zhí)行參數(shù)化建模、運動軌跡仿真，對大傾角液壓支架進行優(yōu)化設(shè)計，而且也可以分析運動狀態(tài)相關(guān)的移動，元素與運動仿真。通過制作有限元分析整體液壓支架四連桿機構(gòu)的可行性已經(jīng)被證實，支架應(yīng)力的分布規(guī)律被發(fā)現(xiàn)。全達到煤礦的使用標(biāo)準(zhǔn)，滿足大傾角采礦的使用要求。該方法可以有效地縮短設(shè)計周期和提高設(shè)計效率的液壓支架。 目 錄 1 液壓支架概述1 1.1國內(nèi)外液壓支架的現(xiàn)狀1 1.2液壓支架的發(fā)展趨勢1 1.3液壓支架的組成和用途2 1.3.1液壓支架的組成2 1.3.2液壓支架的用途2 1.4液壓支架的工作原理3 1.4.1升柱3 1.4.2降柱3 1.4.3支架和輸送機前移3 1.5液壓支架設(shè)計目的、要求和設(shè)計支架必要的基本參數(shù)4 1.5.1設(shè)計目的4 1.5.2液壓支架的基本要求4 1.5.3設(shè)計液壓支架必需的基本參數(shù)5 1.6液壓支架的選型5 1.6.1液壓支架的支撐力與承載關(guān)系5 1.6.2液壓支架架型的分類6 1.6.3液壓支架選型原則7 1.6.4液壓支架設(shè)計的原始條件8 2 液壓支架基本技術(shù)參數(shù)的確定10 2.1基本技術(shù)參數(shù)10 2.1.1設(shè)計的原始條件10 2.1.2支架的高度10 2.1.3支架伸縮比10 2.1.4架間距10 2.1.5底座的確定11 2.1.6支架強度11 2.2液壓支架配套設(shè)備的確定12 2.2.1采煤機和運輸機型號的確定12 2.2.2配套尺寸、配套圖的確定12 2.2.3液壓支架配套關(guān)系圖12 2.3頂梁型式的確定13 2.3.1頂梁的作用及用途13 2.3.2頂梁的結(jié)構(gòu)型式的確定13 2.3.3對頂梁長度的影響14 2.4頂梁主要參數(shù)的確定14 2.4.1頂梁長度Lg14 2.4.2頂梁面積A14 2.4.3支護面積15 2.4.4支架的理論支護阻力15 2.4.5頂板覆蓋率15 2.4.6前梁千斤頂16 2.4.7頂梁其他有關(guān)尺寸的確定16 2.5掩護梁的結(jié)構(gòu)及參數(shù)的確定16 2.5.1掩護梁的作用和用途16 2.5.2掩護梁的結(jié)構(gòu)型式16 2.5.3掩護梁的參數(shù)確定17 2.6立柱及主要參數(shù)的確定17 2.6.1立柱布置18 2.6.2立柱主要參數(shù)的確定19 2.6.3立柱柱窩位置的確定20 2.6.4 立柱材料的選擇20 2.7推移千斤頂?shù)募夹g(shù)參數(shù)的確定21 2.7.1框架連接方式推移千斤頂?shù)膭幼髟?1 2.7.2 框架連接方式推移千斤頂22 2.8側(cè)護裝置23 2.8.1 側(cè)護板的種類23 2.8.2側(cè)護裝置的作用23 2.8.3側(cè)護板的結(jié)構(gòu)和型式23 2.8.4側(cè)護板尺寸的確定24 2.8.5側(cè)推千斤頂?shù)目刂品绞胶臀恢玫拇_定25 2.9輔助裝置25 2.9.1護幫裝置25 2.9.2防倒、防滑裝置26 2.10支架液壓系統(tǒng)圖263 四連桿機構(gòu)的設(shè)計28 3.1四連桿機構(gòu)的作用28 3.2幾何作圖法求四連桿機構(gòu)29 3.2.1掩護梁和后連桿長度的確定29 3.2.2四連桿機構(gòu)的幾何特征30 3.2.3幾何作圖法作圖過程314 液壓支架的受力分析39 4.1液壓支架的受力分析34 4.1.1液壓支架的支護性能與外載荷34 4.1.2液壓支架的受力分析與計算35 4.2支撐掩護式液壓支架的受力分析和計算35 4.2.1頂梁受力分析和計算36 4.2.2頂梁載荷的分布42 4.2.3支護強度44 4.2.4支護效率44 4.3液壓支架受力的影響因素44 4.3.1支架高度對支架受力的影響45 4.3.2摩擦系數(shù)對支架受力的影響45 4.3.3 值支架受力的影響45 4.3.4 摩擦力方向?qū)χЪ苁芰Φ挠绊?65 液壓支架的底座設(shè)計47 5.1底座的作用及用途47 5.2底座的結(jié)構(gòu)型式及尺寸確定47 5.2.1 底座的結(jié)構(gòu)型式47 5.2.2底座主要尺寸的確定48 5.3液壓支架的底座受力分析及計算49 5.4液壓支架底座接觸比壓計算49 5.4.1底座平均接觸比壓49 5.4.2底座最大、最小接觸比壓50 5.5對底座設(shè)計的要求及減少底座前端比壓的措施52 5.5.1對底座設(shè)計的要求52 5.5.2減少底座前端比壓的措施536 主要零、部件的強度校核54 6.1液壓支架在強度設(shè)計時的強度條件54 6.2液壓支架的強度校核55 6.2.1頂梁強度的校核55 6.2.2掩護梁的最大彎矩計算61 6.2.3立柱強度的驗算64 6.2.4銷軸強度的校核677 液壓支架的使用和維護69 7.1 液壓支架操作69 7.1.1操作前的準(zhǔn)備69 7.1.2操作方式與順序69 7.1.3支架使用中的注意事項70 7.2 液壓支架操作維護要求71 7.3 液壓支架操作管理事項71 7.4 維護和管理的具體內(nèi)容72 7.5維修與管理注意事項72 7.6 支架的合理工作狀態(tài)748 液壓支架常見故障及其排除77 8.1 結(jié)構(gòu)件和連接銷軸77 8.2 液壓系統(tǒng)及液壓元件77 8.3 支架在操作和支護過程中的故障78設(shè)計總結(jié)80參考文獻81翻譯部分82英文原文82中文譯文93致 謝10341 液壓支架概述1.1國內(nèi)外液壓支架的現(xiàn)狀20世紀(jì)50年代前，在國內(nèi)外煤礦生產(chǎn)中，基本上采用木支柱、木頂梁或金屬摩擦支柱和鉸接頂梁來支護頂板。1854年英國首次研制出液壓支架，通過對液壓支架的逐步改進完善，進而推廣應(yīng)用，使采煤工作面采煤過程中的落煤、裝煤、運煤和支護等工序全部實現(xiàn)了綜合機械化。到20世紀(jì)90年代初，尋找到適合礦區(qū)資源條件的先進采煤方法，采用了放定煤技術(shù)。隨著計算機技術(shù)和自動化技術(shù)的不變應(yīng)用和提高，為煤礦生產(chǎn)自動化和高效生產(chǎn)提供了新的出路。液壓支架電液控制系統(tǒng)的應(yīng)用，大大加快了工作面的移架、推溜速度，改善了采煤工作面頂板的支護狀況，使工作面產(chǎn)量成倍增加，安全狀況明顯改善，噸煤成本大幅度下降，為煤礦生產(chǎn)的高效、安全和煤礦工人勞動環(huán)境的改變提供了條件。目前，以液壓支架為主體的綜采設(shè)備，已逐步向程控、遙控和自動化方向發(fā)展。液壓支架作為煤礦長壁綜采工作面的關(guān)鍵設(shè)備，近年來得了迅速地發(fā)展，它與綜采系統(tǒng)中的“三機”（ 刮板輸送機、轉(zhuǎn)載機、帶式輸送機）配合使用，是煤礦開采技術(shù)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。液壓支架是綜采工作面主要設(shè)備之一，近10年來主要的發(fā)展趨勢是向兩柱掩護式和四柱支撐掩護式架型發(fā)展，架型結(jié)構(gòu)進一步完善，設(shè)計方法更先進，參數(shù)向高工作阻力、大中心距(175m、2m)發(fā)展，結(jié)構(gòu)件材料越來越多地采用高強度鋼材，支架的壽命和可靠性大大提高。近10年來主要的發(fā)展趨勢是向兩柱掩護式和四柱掩護式架型發(fā)展，架型結(jié)構(gòu)進一步完善，設(shè)計方法更先進，參數(shù)向高工作阻力、大中心距發(fā)展。液壓支架另一重大突破是控制系統(tǒng)，應(yīng)用電液控制技術(shù)，采用電磁控制的先導(dǎo)閥，先進可靠的壓力和位移傳感器，靈活自由編程的微處理機技術(shù)，紅外線遙感技術(shù)等現(xiàn)代科技成果，使液壓支架的動作自動連續(xù)進行，移架速度大大提高，支架循環(huán)時間達到6-8s。我國自1973年開始大規(guī)模引進德國、英國等國家的綜采設(shè)備，經(jīng)歷了消化、吸收和改進提高的過程，到目前已形成了較完整的設(shè)計、制造和科研體系，液壓支架的制造和采煤技術(shù)已有長遠(yuǎn)發(fā)展。1.2液壓支架的發(fā)展趨勢隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新技術(shù)、新方法、新材料的不斷應(yīng)用，微電子和計算機技術(shù)的進一步普及，為液壓支架的發(fā)展提供了有利條件，發(fā)展趨勢是：1) 液壓支架的機構(gòu)形式繼續(xù)向簡化結(jié)構(gòu)、提高可靠性的方向發(fā)展。2) 支護強度和工作阻力不斷加大。3) 液壓支架的寬度已由1.5m增加到1.75m，且已有2m的架型。4) 液壓支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計更加合理，鋼材選用趨向于多用高強度鋼材。5) 液壓支架的供液系統(tǒng)，正向高壓、大流量方向發(fā)展。6) 液壓支架的控制系統(tǒng)，朝擴大電液控制系統(tǒng)的應(yīng)用功能和提高電業(yè)控制系統(tǒng)的可靠性以及延長電業(yè)控制系統(tǒng)使用壽命的方向發(fā)展。7) 液壓支架的設(shè)計，將綜合應(yīng)用有限元法、CAD和CAM現(xiàn)代技術(shù)，能夠在很短的時間內(nèi)提供最佳設(shè)計方案。1.3液壓支架的組成和用途1.3.1液壓支架的組成液壓支架是綜采工作面支護設(shè)備，它的主要作用是支護采場頂板，維護安全作業(yè)空間，推移工作面采運設(shè)備。其組成可分為4個部分：1) 承載結(jié)構(gòu)件，如頂梁、掩護梁、底座、連桿、尾梁等。其主要功能是承受和傳遞頂板和垮落巖石的載荷。2) 液壓油缸，包括立柱和各類千斤頂。其主要功能是實現(xiàn)支架的各種動作，產(chǎn)生液壓動力。3) 控制元部件，包括液壓系統(tǒng)操縱閥、單向閥、安全閥等各類閥，以及管路、液壓、電控元件等。其主要功能是操作控制支架各液壓油缸動作及保證所需的工作特性。4) 輔助裝置，如推移裝置、護幫(或挑梁)裝置、伸縮梁(或插板)裝置、活動側(cè)護板、防倒防滑裝置、連接件等。這些裝置是為實現(xiàn)支架的某些動作或功能所必需的裝置。1.3.2液壓支架的用途在采煤工作面的煤炭生產(chǎn)過程中，為了防止頂板冒落，維持一定的工作空間，保證工人安全和各項作業(yè)正常進行，必須對頂板進行支護。而液壓支架是以高液體作為動力，由液壓元件與金屬構(gòu)件組成的支護和控制頂板的設(shè)備，它能實現(xiàn)支撐、切頂、移架和推移輸送機等一整套工序。實踐表明液壓支架具有支護性能好、強度高，移架速度快、安全可靠等優(yōu)點。液壓支架與可彎曲輸送機和采煤機組合機械化采煤設(shè)備，它的應(yīng)用對增加采煤工作面產(chǎn)量、提高勞動生產(chǎn)率、降低成本、減輕工人的體力勞動和保證安全生產(chǎn)是不可缺少的有效措施，因此液壓支架是技術(shù)上先進、經(jīng)濟上合理，安全上可靠、是實現(xiàn)采煤綜合機械化和自動化不可缺少的主要設(shè)備。1.4液壓支架的工作原理液壓支架在工作過程中，必須具備升、降、推、移四個基本動作，這些動作是利用泵站供給的高壓乳化液通過工作性質(zhì)不同的幾個液壓缸來完成的。1.4.1升柱當(dāng)需要支架上升支護頂板時，高壓乳化液進入立柱的活塞腔，另一腔回液，推動活塞上升，使與活塞桿相連接的頂梁緊緊接觸頂板。1.4.2降柱當(dāng)需要降柱時，高壓液進入立柱的活塞桿腔，另一腔回液，迫使活塞桿下降，于是頂梁脫離頂板。1.4.3支架和輸送機前移支架和輸送機的前移，都是由底座上的推移千斤頂來完成。當(dāng)需要支架前移時，先降柱卸載，然后高壓液進入推移千斤頂對活塞桿腔，另一腔回液，以輸送機為支點，缸體前移，把整個支架拉向煤壁；當(dāng)需要推輸送機時，支架支撐頂板后，高壓液進入推移千斤頂?shù)幕钊?，另一腔回液，以支架為支點，使活塞桿伸出，把輸送機推向煤壁。支架的支撐力與時間的曲線，稱為支架的工作特性曲線，（如圖1-1）所示。 圖1-1 支架的工作特性曲線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，其支撐力隨時間的變化過程可分為三個階段。支架在升柱時，高壓液進入立柱下腔，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，泵站自動卸載，支架的液控單向閥關(guān)閉，立柱下腔壓力達到初撐力，此階段為初撐力階段t0；支架初撐力后，隨頂板下沉，立柱下腔壓力增加，直至增加到支架的安全閥調(diào)正壓力，立柱下腔壓力達到工作阻力。此階段為增阻階段t1；隨著頂板壓力繼續(xù)增加，使立柱下腔壓力超過支架的安全閥壓力調(diào)正值時，安全閥打開而溢流，立柱下縮，使頂板壓力減少，立柱下腔壓力降低，當(dāng)?shù)陀诎踩y壓力調(diào)整值后，安全閥停止溢流，這樣在安全閥調(diào)整壓力的限止下，壓力曲線隨時間呈波浪形變化，此階段為恒阻階段t2。1.5液壓支架設(shè)計目的、要求和設(shè)計支架必要的基本參數(shù)1.5.1設(shè)計目的采用綜合機械化采煤機械方法是大幅度增加煤炭產(chǎn)量、提高經(jīng)濟效益的必由之路。為了滿足對煤炭日益增長的需要，必須大量生產(chǎn)綜合機械化設(shè)備，迅速綜合機械化采煤工作面（簡稱綜合工作面）。而每個綜采工作面平均需要安裝200臺液壓支架，可見對液壓支架的需要量是很大的。由于不同采煤工作面的頂板條件、煤層厚度、煤層傾角、煤層物理機械性質(zhì)等的不同，對不同液壓支架的需求也不同。為了有效地支護和控制頂板，必須設(shè)計出不同類型和不同結(jié)構(gòu)尺寸的液壓支架。因此，液壓支架的設(shè)計工作是很重要的。由于液壓支架的類很多，因此其設(shè)計工作量也是很大的，由此可見，研制和開發(fā)新型液壓支架是必不可少的一個環(huán)節(jié)。1.5.2液壓支架的基本要求1) 為了滿足采煤工藝及地制條件的要求，液壓支架是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。推溜力一般力為100KN左右；移架力按煤層厚度而定，薄煤層一般為100KN150KN，中厚煤炭一般為150KN至250KN。厚煤層一般為300KN400KN。3) 防矸性能要好。4) 排矸性能好。5) 要求液壓支架能保證采煤工作有足夠的通風(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)的需要，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規(guī)定值。9) 要求支架有足夠的剛度，能夠承受一事實上不均勻載荷和沖擊載荷。10) 在滿足強度條件下，盡可能減輕支架重量。11) 要易于拆卸，結(jié)構(gòu)要簡單。12) 液壓元件要可靠1.5.3設(shè)計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)姆诸悾瑢χЪ苓M行選型。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，以及支架的支護強度。3) 瓦斯等級根據(jù)瓦斯等級，按保安規(guī)程規(guī)定，驗算通風(fēng)斷面。4) 底板巖性能及小時涌水量 根據(jù)底巖性和小時涌水量驗算底板比壓。5) 工作面煤壁條件根據(jù)工作面煤壁條件，決定是否用護幫裝置。6) 煤層傾角根據(jù)煤層傾角，決定是否選用防滑裝置7) 井向罐籠尺寸根據(jù)井向罐籠尺寸，考慮支架的運輸外形尺寸。8) 配套尺寸根據(jù)配套尺寸及支護方式來計算頂梁長度。1.6液壓支架的選型1.6.1液壓支架的支撐力與承載關(guān)系支撐掩護式支架是為了改善上述兩類支架的性能和對頂板的適應(yīng)性而設(shè)計的。主體部分接近垛式，支架后部有四連桿機構(gòu)和掩護梁，增強了支架的穩(wěn)定性和防護性，提高了支架的支護和承載能力。所以，此種支架介于以上兩種支架的中間狀態(tài)，提高了適用范圍，適用于頂板較堅硬，頂板壓力較大或頂板破碎的各種煤層，其受力狀況（如圖1-2）所示 圖1-2支撐掩護式支架的受力狀況1.6.2液壓支架架型的分類按照液壓支架在采煤工作面安裝位置來劃分 有端頭液壓支架和中間液壓支架。端頭液壓支架簡稱端頭支架，專門安裝在每個采煤工作面的兩端。中間液壓支架是安裝在除工作面端頭以外的采煤工作面上所有位置的支架。目前使用的液壓支架在分三類即：支撐式、掩護式和支撐掩護式支架。1) 支撐式支架：支撐式支架的架型有垛式支架和節(jié)式支架兩種型式。（如圖1-3)，前梁較長，支柱較多并呈垂直分布，支架的穩(wěn)定性由支柱的復(fù)位裝置來保證。因此底座堅固定，它靠支柱和頂梁的支撐作用控制工作面的頂板，維護工作空間。頂板巖三石則在頂梁后部切斷垮落。這類支架具有較大的支撐能力和良好的切頂性能，適用于頂板緊硬完整，周期壓力明顯或強烈，底板較硬的煤層。a b圖1-3 a垛式 b節(jié)式2) 掩護式支架：掩護式支架有插腿式和非插腿式兩種型式。（如圖1-4）所示頂梁較短，對頂板的作用力均勻；結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，抵抗直接頂水平運動的能力強；防護性能好調(diào)高范圍大，對煤層厚度變化適應(yīng)性強；但整架工作阻力小，通風(fēng)阻力大，工作空間小。這類支架適用于直接頂不穩(wěn)定或中等穩(wěn)定的煤層。a b c圖1-4 a插腿式支架 b立柱支在掩護梁上非插腿式支架 c立柱支在頂梁上非插腿式支架3) 支撐掩護式支架：支撐掩護式支架架型主要用：四柱支在頂梁上（如圖1-5a，b所示）；二柱支在頂梁（如圖1-5，c所示）一柱或二柱支在掩護梁上。支柱兩排，每排1-2根，多呈傾斜布置，靠采空區(qū)一側(cè)，裝有掩護梁和四連桿機構(gòu)。它的支撐力大，切頂性能好，防護性能好，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量大，價貴，不便于運輸。這類支架適用于直接頂為中等穩(wěn)定或穩(wěn)定，老頂有明顯或強烈的周期來壓，瓦斯儲量較大的中厚或厚煤層中。 a b c圖1-5 a四柱平行支在頂梁上支架，b四柱交叉支在頂梁兩柱在掩護梁上支架，c兩柱在頂梁兩柱在掩護梁上支架 1.6.3 液壓支架選型原則液壓支架的選型,其根本目的是使綜采設(shè)備適礦井和工作面的條件,投產(chǎn)后能做到高產(chǎn)、高效、安全，并為礦井的集中生產(chǎn)、優(yōu)化管理和最佳經(jīng)濟效益提供條件，因此必須根據(jù)礦井的煤層、地質(zhì)、技術(shù)和設(shè)備條件進行選擇。1) 液壓支架架型的選擇首先要適合于頂板條件。一般情況下可根據(jù)頂板的級別直接選出架型。2) 當(dāng)煤層厚度超過2.5m時，頂板有側(cè)向推力和水平推力時，應(yīng)選用抗扭能力強支架一般不宜選用支撐式支架。3) 當(dāng)煤層厚度達到2.52.8mm以上時，需要選擇有護幫裝置的掩護式或支撐掩護式支架，煤層厚度變化大時，應(yīng)選擇調(diào)高范圍較大的掩護式雙伸縮立柱的支架。4) 應(yīng)使支架對底板的比壓不超過底板允許的抗壓強度。在底板較軟條件下，應(yīng)選用抬底裝置的支架或插腿掩護式支架。5) 煤層傾角小于10度時，支架可不設(shè)倒滑裝置；1525度時，排頭支架應(yīng)設(shè)防倒防滑裝置，工作面中部輸送機設(shè)防滑裝置，工作面中部支架設(shè)底調(diào)千斤頂，工作面中部輸送機調(diào)防滑裝置。6) 對瓦斯涌出量大的工作面，應(yīng)符合保安規(guī)程的要求，并優(yōu)先選用通風(fēng)面積大的支撐式或支撐掩護式支架。7) 當(dāng)煤層為軟煤時，支架最大采高一般2.5m；中硬煤層時，支架最大采高一般3.5m；硬煤時，支架最大采高5m8) 在同時允許選用幾種架型時，應(yīng)優(yōu)先選用價格便宜的支架。9) 煤層變化過大，頂板的允許暴露58m2,時間在20分鐘以上時，暫不宜采用綜采。10) 特殊架型的選擇可根據(jù)特殊架型中各節(jié)的適用條件進行選擇。1.6.4 液壓支架設(shè)計的原始條件1) 老頂級別 （強烈） 0.350 N0.3 Lp=25502) 直接頂類別 3（穩(wěn)定頂板）強度指數(shù) D1 7.112直接頂初次垮落步距L1(m)=1925表中按下式計算：D1=*c1*c2（Mpa）巖石單向抗壓強度（Mpa）；C1節(jié)理裂隙影響系數(shù)；C2分層厚度影響系數(shù)；C1取0.41；c2取0.32采高3m，液壓支架支護強度 1.6*441 kN/（支架工作阻力），煤層厚度（m） 1.7m-3.5m 老頂級別 直接頂類別 3表1-1適應(yīng)不同類級頂板的架型和支護強度老頂級別直接頂類別12312312344架型掩護式掩護式支撐式掩護式掩護式或支撐掩護式支撐式支撐掩護式支撐掩護式支撐或支撐掩護式支撐或支撐掩護式采高2.5m時用支撐式采高2.5m時用支撐掩護式支護強度支架采高m12941.32941.62942294應(yīng)結(jié)合深孔爆破，軟化頂板等措施處理采空區(qū)2343（245）1.3343(245)1.634323433441(343)1.3441(343)1.644124414539(441)1.3539(441)1.65392539注：（1）表中括號內(nèi)數(shù)字系統(tǒng)掩護式支架頂梁上的支護強度。（2）1.3、1.6、2為增壓系數(shù)。 2 液壓支架基本技術(shù)參數(shù)的確定2.1基本技術(shù)參數(shù) 2.1.1設(shè)計的原始條件煤層厚度：H1.7-3.5m。頂設(shè)條件老頂級、直接頂3級。底板平整，無影響支架通過的斷層。2.1.2支架的高度H （2-1） （2-2）式中：支架最大高度 支架最小高度煤層最大厚度（最大架高） 煤層最小厚度（最小架高） 考慮偽頂、煤皮冒頂落后仍有可靠初撐力所需要的支撐高度，取 250mm 頂板對大下沉量，取 150mm 移架時支架的最小可靠量，一般取 50mm 浮矸石、浮煤厚度，一般取 50mmZZ4000/17/35型液壓支架 =3500mm =1700mm2.1.3支架伸縮比2.1.4架間距所謂支架間距，就是相鄰兩支架中心之間的距離。用Bc表示。支架間距Bc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的一節(jié)溜槽相連，因此目前主要根據(jù)刮板輸送機溜槽每節(jié)長度及槽幫上千斤頂連接塊的位置來確定，我國刮板運輸機溜槽每節(jié)長度為1.5 m，千斤頂連接位置在刮板槽槽幫中間，所以除節(jié)式和邁步式支架外，支架間距一般為1.5米，本設(shè)計取Bc=1.5 m。2.1.5底座的確定所謂底座，就是將頂板壓力傳遞到底板的穩(wěn)固支架的部件。a)底座的長度在設(shè)計支架的底座長度時，應(yīng)考慮以下幾個方面：支架對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；便于人員操作和行走；保證支架的穩(wěn)定性等。通常，掩護式支架的底座長度取3.5倍的移架步距，即2.1m左右；支撐掩護式支架對底座長度取4倍的移架步距，即2.4m左右。本次設(shè)計根據(jù)已有ZZ/4000/17/35型支撐掩護式液壓支架選取底座長度為2380mm。b)底座的寬度支架底座寬度一般為1.1-1.2m。為提高橫向穩(wěn)定性和減小對底板比壓，厚煤層支架可加大到1.3m左右，放頂煤支架為1.3-1.4m。底座中間安裝推移裝置的槽子寬度與推移裝置的結(jié)構(gòu)和千斤頂缸徑有關(guān)，一般為300-380mm。根據(jù)已有ZZ4000/17/35型支撐掩護式液壓支架選擇底座寬度為1430mm。2.1.6支架強度本次設(shè)計中支撐掩護式支架的支護強度可用插入法求得，按下式計算： （2-3）式中：支架最大采高當(dāng)支架最大采高為時，支架應(yīng)有的支護強度。（KN/m2）在架型選擇表中低于但與之相鄰的采高相對應(yīng)的支護強度，見表11在架型選擇表中高于但與之相鄰的采高相對應(yīng)的支護強度，見表11對應(yīng)的采高 對應(yīng)的采高 對應(yīng)最大結(jié)構(gòu)高度時=3m =705.6KN/m2=4m =862.4KN/m2將各數(shù)據(jù)代入式（23）得采高最大時支架支護強度784 KN/m2所以本次設(shè)計ZZ4000/17/35型支撐掩護式液壓支架的支護強度為0.784MPa2.2液壓支架配套設(shè)備的確定2.2.1采煤機和運輸機型號的確定根據(jù)配套尺寸關(guān)系，在設(shè)計中選用采煤機和運輸機型號為：采煤機：MLS340型采煤機運輸機：SGZ764/264刮板輸送機2.2.2配套尺寸、配套圖的確定配套尺寸的確定，由圖（2-1）可知配套尺寸：E=650+387+764+376=2177mm （2-4）2.2.3液壓支架配套關(guān)系圖圖2-1 液壓支架配套關(guān)系圖Fig.2-1 hydraulic pressuremap2.3頂梁型式的確定頂梁是與頂板直接接觸的構(gòu)件，除滿足一定的剛度和強度要求以外，還要保證支護頂板的需要。2.3.1頂梁的作用及用途頂梁作用是支護頂板一定面積的直接承載部件，并為立柱、掩護梁、護頂裝置等提供必要的連接點。用途：a. 用于支撐維護控頂區(qū)的頂板。b.承受頂板的壓力。c.將頂板載荷通過立柱、掩護梁、前后連桿經(jīng)底座傳到底板。2.3.2頂梁的結(jié)構(gòu)型式的確定 支撐掩護式支架的頂梁較長 ，為了改善頂梁的接頂狀況，增大梁端支撐力，這類支架采用分段組合式頂梁，它有以下幾種組合型式：a)鉸接前梁的剛性頂梁 鉸接前梁的剛性頂梁，（如圖2-2a）所示，該結(jié)構(gòu)頂梁分前后梁并鉸接，在鉸接前梁設(shè)有前梁千斤頂，支撐靠近煤壁處的頂板，同時還可以調(diào)整前梁的上下擺角，以適應(yīng)頂板不平的變化。b)伸縮前探梁的剛性頂梁伸縮前探梁的剛性頂梁，（如圖2-2b）所示，該結(jié)構(gòu)前梁有伸縮千斤頂使它伸縮，因此及時伸出支護剛暴露的頂板，從而可使頂梁長度減小，也可使用前梁千斤頂和伸縮千斤頂，使前梁即可伸縮又可以上下擺動。a b圖2-2 支撐掩護式頂梁的結(jié)構(gòu)形式Fig.2-2 bracing caving shield construction1前梁 2后梁 3前梁千斤頂 4前梁伸縮千斤頂 以上二種頂梁型式比較，本設(shè)計選用鉸接前梁的剛性頂梁的結(jié)構(gòu)型式。2.3.3對頂梁長度的影響1)支架工作方式對支架頂梁長度的影響支架工作方式對支架頂梁長度的影響很大，從液壓支架的工作原理可以看出，先移架后推溜方式（又稱及時支護方式）要求頂梁有較大長度；先推溜后移架方式（又稱滯后支護方式）要求頂梁長度較短。這是因為采用先移架后推溜的工作方式，支架要超前輸送機一個步距，以便采煤機過后，支架能及時前移，支控新暴露的頂板，做到及時支護。因此，先移架后推溜時頂梁長度要比先推溜后移架時的頂梁長度要長一個步距，一般為600mm。2)配套尺寸對頂梁長度的影響設(shè)備配套尺寸與支架頂梁長度有直接關(guān)系。為了防止當(dāng)采煤機向支架內(nèi)傾斜時，采煤機滾筒不截割頂梁，同時考慮到采煤機截割時，不一定把煤壁截割成一垂直平面，所以在設(shè)計時，要求頂梁前端距煤壁最小距離為300mm，這個距離叫空頂距。另外在輸送機鏟煤板前也留有一定距離。一般為135150mm左右，也是為了防止采煤機截割煤壁不齊，給推移輸送機留有一定的距離。除此而外，所有配套設(shè)備包括采煤機和輸送機，均要在頂梁掩護之下工作，在此來計算頂梁長度。2.4頂梁主要參數(shù)的確定2.4.1頂梁長度Lg （2-5）式中：配套尺寸=2177mm 底座長度=2380mm P1=57 P2=80代入公式得： 參考已有ZZ4000/17/35型支撐掩護式液壓支架頂梁長度，取Lg=3375mm。2.4.2頂梁面積A （2-6）式中：頂梁長度 頂梁寬度，在本次設(shè)計中頂梁寬度為1500mm代入公式得： 2.4.3支護面積 （2-7）式中：支護面積 移架后頂梁前端點到煤壁的距離，一般 支架間距,取1500代入公式得：2.4.4支架的理論支護阻力 （2-8）式中：支架的理論支護阻力 支護面積 支護強度，代入公式得：2.4.5頂板覆蓋率 （2-9）式中：頂板覆蓋率A 頂梁面積 支護面積代入公式得：2.4.6前梁千斤頂 前梁千斤頂為活塞式雙作用外供液式結(jié)構(gòu)。千斤頂?shù)母讖綖?40mm，行程為140mm，推力為98KN，工作阻力位588KN（安全閥額定工作壓力位38MPa）。該千斤頂?shù)膶?dǎo)向套與缸體之間用鋼絲擋圈連接，活塞與活塞桿之間利用壓緊帽通過螺紋連接。2.4.7頂梁其他有關(guān)尺寸的確定確定立柱上絞點，前梁千斤頂絞點、前后梁絞點、掩護梁與頂梁絞點位置（包括水平方向和垂直方向）各尺寸見四桿機構(gòu)尺寸圖（如圖3-6）2.5掩護梁的結(jié)構(gòu)及參數(shù)的確定2.5.1掩護梁的作用和用途掩護梁是支架的掩護構(gòu)件，它有承受冒落矸石的載荷和頂板通過頂梁傳遞的水平載荷引起的彎矩，掩護梁的用途，掩護梁承受頂梁部分載荷和掩護梁背部載荷并通過前后連桿傳遞給底座。掩護梁承受對支架的水平作用力及偏載扭矩。掩護梁和頂梁（包括活動側(cè)護板）一起，構(gòu)成了支架完善的支撐和掩護體，完善了支架的掩護和擋矸性能。2.5.2掩護梁的結(jié)構(gòu)型式掩護梁的結(jié)構(gòu)為鋼板焊接的箱式結(jié)構(gòu)，在掩護梁上端與頂梁鉸接，下部焊有與前、后連桿鉸接的耳座。有的支架在掩護梁上焊有立柱柱窩。活動側(cè)護板裝在掩護梁的兩側(cè)。從側(cè)面看掩護梁，其形狀有直線型、折線型。（如圖2-3）所示。圖2-3 掩護梁結(jié)構(gòu)型式Fig.2-3 caving lock piece mechanism method1頂梁；2掩護梁；3立柱；4前連桿；5后連桿；6底座；7限位千斤頂梁的結(jié)構(gòu)型式折線型相對直線型支架端面大，結(jié)構(gòu)強度高，但工藝性差。所以很少采用，從掩護梁的寬度方向來分，可分為整體式和對分式兩種。對分式結(jié)構(gòu)尺寸小，易于加工、運輸和安裝，但結(jié)構(gòu)強度差。所以本次設(shè)計采用的是整體式、直線型。2.5.3掩護梁的參數(shù)確定1）掩護梁的長度G 掩護梁就是兩鉸點的距離，由前面的四連桿機構(gòu)可得知，掩護梁長度為2060mm。2）掩護梁寬度By本設(shè)計掩護梁寬度與頂梁寬度相同，所以掩護梁寬度為1500mm。3）掩護梁上前后連桿鉸點位置通過比較，可確定前后連桿鉸點位置（水平和垂直方向）具體尺寸可以通過（圖36）中掩護梁部分所知。2.6立柱及主要參數(shù)的確定立柱是支架的承壓構(gòu)件，它長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、抗彎強度、良好的密封性能，結(jié)構(gòu)要簡單，并能適應(yīng)支架的工作要求。該支架采用帶有機械加長桿內(nèi)導(dǎo)向套式單伸縮立柱。采用外供液方式，缸口連接為鋼絲連接，活塞組件的連接固定方式為卡鍵連接固定。機械加長桿分為5段，每段長度為150mm。立柱兩端為凸起球面，分別與頂梁柱帽和底座柱窩連接。2.6.1立柱布置1)立柱數(shù)目前過內(nèi)支撐式支架立柱數(shù)為26根，常用為4根；掩護式支架為2柱；支撐掩護式支架為4柱，即。2)支撐方式支撐式支架立柱為垂直布置。掩護式支架為傾斜布置，這樣可克服一部分水平力，并能增大調(diào)高范圍。一般立柱軸線與頂梁的垂線夾角小于300（支架在最低位置時），由于角度較大，可使調(diào)高范圍增加。同時由于頂梁較短，立柱傾角加大可以使頂梁柱窩位置前移，使頂梁前端支護能力增大。支撐掩護式支架，根據(jù)結(jié)構(gòu)要求呈傾斜或直立布置，一般立柱軸線與頂梁垂線夾角小于100（支架在最高位置時），由于夾角較小，有效支撐能力較大。3)立柱間距立柱間距指支撐式和支撐掩護式支架而言即前、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。支撐式和支撐掩護式支架的立柱間距為11.5m。4)立柱類型立柱按動作方式，分為單作用和雙作用；按結(jié)構(gòu)分類，分為活塞式和活柱式；按伸縮方式分為單身縮和雙伸縮，（如圖2-4）所示a b c d e f圖2-4 立柱類型Fig.2-4 coal sortinga 單作用活塞式；b單作用柱塞式；c雙作用活塞式；d、e、f雙伸式2.6.2立柱主要參數(shù)的確定1)立柱缸體內(nèi)徑和活塞外徑a.立柱缸體內(nèi)徑的確定 （2-10）式中： 立柱缸體內(nèi)徑 mm 支架承受的理論支護阻力， 每架支架立柱數(shù)安全閥的正壓力，立柱最大傾角， 代入公式得:查標(biāo)準(zhǔn)MT/T94-1996取整為200mm。 b.活塞桿外徑的確定查標(biāo)準(zhǔn)MT/T94-1996，單伸縮立柱內(nèi)徑及活塞桿外徑匹配關(guān)系，取活塞桿外徑為185mm。2)立柱初撐力和工作阻力a.初撐力 （2-11）式中： 立柱初撐力 KN 泵站壓力, 立柱缸體內(nèi)徑，代入公式得:b.立柱工作阻力 （2-12）式中： 立柱工作阻力 KN安全閥調(diào)整壓力，取代入公式得:表2-1支架工作阻力數(shù)值圓整標(biāo)準(zhǔn)（MT169-87）（kN）Tab 2-1 Stents work resistance value rounder standard（MT169-87）（kN）12001600200024002800320036004000440048005200560064007200800090001000012000圓整取支架工作阻力為2400KN，則。2.6.3立柱柱窩位置的確定1）上柱窩位置的確定確定的原則： 根據(jù)支撐力分布與頂板載荷相一致的原則，通過受力分析計算，確定柱窩合力作用點的位置。 考慮到支撐效率，立柱的傾角不宜太大，最高位置時立柱傾角不小于5，取頂梁為分離體。 一般立柱軸線與頂梁垂線夾角不小于10（支架在最高位置時），由于夾角較小，有效支撐力較大。 根據(jù)前后立柱間行人及初撐力的均勻分布的要求，初步確定前后立柱的距離為1050mm。 作圖法得出最高位置時，后立柱與頂梁垂線夾角為6。綜上所述：取前立柱與頂梁垂線夾角為9，后立柱與頂梁垂線夾角為6。2）下柱窩位置的確定 前后立柱下柱窩之間距離為825mm。下柱窩位置具體情況（如圖3-6）所示。2.6.4 立柱材料的選擇立柱承受負(fù)荷較大，故缸體材料一般均采用高強度合金無縫鋼管，如和等?；钊麠U是立柱的主要傳力零件，應(yīng)有足夠的強度和剛度，均采用高強度合金材料。同時，為提高活塞桿表面的耐磨性與防腐性，活塞桿表面通常鍍鉻、鍍銅或鍍鋅。根據(jù)立柱的工作阻力和安全閥的動作壓力，可進行立柱的強度設(shè)計。包括確定缸徑、壁厚、活塞桿強度和穩(wěn)定性計算等，可參照液壓傳動的油缸的部分進行。而立柱的行程和結(jié)構(gòu)長度，則按支架適用的煤層厚度和立柱各部分的結(jié)構(gòu)來確定。2.7推移千斤頂?shù)募夹g(shù)參數(shù)的確定支架推移裝置是實現(xiàn)支架自身前移和輸送機前推得裝置，一般由推移千斤頂、推桿、或框架等導(dǎo)向傳力桿件以及連接頭等部件組成。其中推移千斤頂型式有普通式、差動式和浮動活塞式。普通式推移千斤頂通常是外供液普通活塞式雙作用油缸；差動式推移千斤頂則利用交替單向閥或換向閥的油路系統(tǒng)，使其減小推輸送機力；活動活塞式推移千斤頂?shù)幕钊稍诨钊麠U上滑動（保持密封），使活塞桿腔（上腔）供液時拉力與普通千斤頂相同，但在活塞腔（下腔）供液時，使壓力的作用面積僅為活塞桿斷面，從而減小了推輸送機力。框架連接方式推移千斤頂，動作原理(如圖2-5)所示, 由于掩護式和支撐掩護式支架重量較大,為了提高移架力,就要增加缸徑或提高供液壓力。如果采用直接推移方式，在提高移架力的同時，推溜力也將增加，這樣有可能把溜槽推壞，為了解決這個問題，就要設(shè)計成移架力大于推溜力的結(jié)構(gòu)形式，框架連接方式就是其中一種。2.7.1框架連接方式推移千斤頂?shù)膭幼髟?當(dāng)缸體后腔進液，前腔回液，活塞桿伸出而移架；當(dāng)缸體前腔進液，后腔回液，缸體前移通過框架而推溜，由于缸體后腔面積大，所以，框架連接可以使移架力大于推溜力。 圖2-5框架連接方式動作原理Fig.2-5 principleof bar method1推移千斤頂；2活塞桿與支架連接處；3輸送機；2.7.2 框架連接方式推移千斤頂1)框架連接方式推移千斤頂?shù)母左w內(nèi)徑按下兩式聯(lián)立求得： mm (213)mm (214)式中：推移千斤頂缸體內(nèi)徑 mm。推移千斤頂活塞桿直徑 mm。 推移千斤頂移架力 KN，一般取。 推移千斤頂推溜力 KN, 一般取。推移千斤頂處泵站來壓，取。根據(jù)已有ZZ4000/17/35型支撐掩護式液壓支架，選取，；行程為700mm。將代入2-11公式得：將代入2-10公式得：式中、取整標(biāo)準(zhǔn)值為，。2)推移千斤頂?shù)耐屏锪鸵萍芰)推溜力 b)移架力2.8側(cè)護裝置2.8.1 側(cè)護板的種類 頂梁和掩護梁的側(cè)護板有兩種一種是一側(cè)固定另一側(cè)活動的側(cè)護板。由于固定側(cè)護板與梁體焊接在一起，可節(jié)省原梁體的側(cè)板，既節(jié)省材料又可加固梁體。在設(shè)計時，根據(jù)左右工作面來確定左側(cè)或右側(cè)為或活動側(cè)護板。一般沿傾斜方向的上方為固定側(cè)護板，下方為活動側(cè)護板?；顒觽?cè)護板通過彈簧筒和側(cè)推千斤頂與梁體連接，以保證活動側(cè)護板與鄰架的固定側(cè)護板靠緊。但當(dāng)改換工作面開采方向時，活動側(cè)護板便位于傾斜方向的上方，對調(diào)架、防倒等帶來不便，所以很少采用。另一種是兩側(cè)皆為活動側(cè)護板。這種側(cè)護板可以適應(yīng)工作面開采方向變化的要求，有利于防倒和調(diào)架。2.8.2側(cè)護裝置的作用1)消除相鄰支架掩護梁和頂梁間的間間隙，防止冒落矸石進入支護空間；2)作為支架移架的傾倒；3)防止支架的傾倒；4)調(diào)整支架間距。2.8.3側(cè)護板的結(jié)構(gòu)和型式活動側(cè)護板的基本形式有直角式和折頁式。直角式活動側(cè)護板的類型（如圖2-6）所示。上伏式活動側(cè)護板的蓋板直接平置于頂梁（或掩護梁）上方，直接承受頂板或冒落矸石的壓力，受載大，結(jié)構(gòu)簡單。嵌入式活動側(cè)護板的蓋板雖然也在梁面上方，但一般低于梁面，因而承載小。下嵌式活動側(cè)護板的蓋板位于頂梁上梁面下方，下嵌入頂梁體內(nèi)，不承受頂板壓力，側(cè)護板容易伸縮，有利于防倒與調(diào)架，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。圖2-6 側(cè)護板結(jié)構(gòu)的形式Fig.2-6 mining sorting mechanismmethod a-上伏式 b-嵌入式 c-下嵌式2.8.4側(cè)護板尺寸的確定1)頂梁側(cè)護板側(cè)向?qū)挾软斄簻y護板的側(cè)向?qū)挾纫裕粗Ъ苌蹈叨群屯埔撇骄鄟泶_定。即：考慮到當(dāng)前一架升起，另一架降柱時，要保證相鄰兩架間側(cè)護板不能脫離接觸，同時考慮到支架降柱后要前移，為防止頂梁后部側(cè)護板脫離接觸，頂梁側(cè)護板后部要加寬，加寬長度一般為從頂梁后部起大于一個移架步距。2)掩護梁側(cè)護板側(cè)向?qū)挾妊谧o梁側(cè)護板的側(cè)面寬度，主要考慮移架步距，一般比一個步距大100mm，當(dāng)一個架固定，另一架前移時，兩架之間能封閉，同時又考慮到降架前移時，原不動的掩護梁側(cè)護板下部不至脫開，所掩護梁下部要加寬。3)頂梁與掩護梁的側(cè)護板上部寬度與活動側(cè)護板的行程有關(guān)，由兩臺相鄰支架的間距離確定。本次設(shè)計取頂梁和掩護梁測擴板的上部寬度為200mm。4)頂梁和掩護梁的連接部位及側(cè)護板在此處的連接部位考慮可靠性的情況下，盡量減小間隙，加強密封性。5)本次設(shè)計側(cè)護板活動方式為兩側(cè)活動。2.8.5側(cè)推千斤頂?shù)目刂品绞胶臀恢玫拇_定側(cè)推千斤頂伸出時，使活動側(cè)護板外移，可密閉架間間隙，起到防矸、導(dǎo)向、防倒和調(diào)架等作用；側(cè)推千斤頂縮回時，使活動側(cè)護板縮回，可減小移架阻力。1) 側(cè)推千斤頂控制方式（1） 無鎖緊回路且不操作時，側(cè)推千斤頂處于浮動狀態(tài)，靠彈簧筒的彈簧力控制活動側(cè)護板與鄰架的間隙。其優(yōu)點是防止頂板巖石從架間冒落，移架時摩擦阻力小。側(cè)推千斤頂為活塞式雙作用外供液結(jié)構(gòu)，側(cè)推千斤頂?shù)母讖綖?0mm，柱徑為45mm，推力為74mm，拉力為50KN。（2） 有鎖緊回路時，用液控單向閥鎖緊。優(yōu)點為防矸、防倒效果好。缺點在于移架時要操縱前景頂，使移架操作復(fù)雜化，而且架間易掉矸。2）側(cè)推千斤頂位置布置由于頂梁在頂板載荷作用下，要求側(cè)推千斤頂?shù)耐评Υ螅拍莒`活操作頂梁側(cè)護板，因此在頂梁上一般布置兩個側(cè)推千斤頂、兩個彈簧筒。在掩護梁上一般僅在中間布置一個側(cè)推千斤頂，梁端各對稱布置一個彈簧筒。由于在頂梁和掩護梁上焊有橫筋板，則側(cè)推千斤頂?shù)陌惭b位置要與橫筋板相適應(yīng)。一般為對稱布置，這樣可以使側(cè)護板受力平衡。具體布置方式有如下3種：二孔式采用兩個側(cè)推千斤頂，在側(cè)推千斤頂處同時布置彈簧筒，靠彈簧力實現(xiàn)架間密封。三孔式中間孔安裝側(cè)推千斤頂，兩側(cè)對稱安裝彈簧筒。四孔式中間兩孔安裝側(cè)推千斤頂，側(cè)面兩孔布置彈簧筒。本設(shè)計頂梁和掩護梁均布置兩個側(cè)推千斤頂、兩個彈簧筒。且使用二孔式。2.9輔助裝置2.9.1護幫裝置一般情況下，當(dāng)采高大于2.5m時，支架都應(yīng)配互幫裝置?；脱b置設(shè)在頂梁前端或伸縮梁前部，使用時將護幫板推出，支托在煤壁上，起到互幫作用，防止片幫現(xiàn)象發(fā)生。互幫裝置的基本形式有下垂式和普通翻轉(zhuǎn)式，如圖2-13所示。（1）下垂式互幫裝置（如圖2-7、b）所示。由互幫板、千斤頂、限位擋塊等主要部件組成，結(jié)構(gòu)簡單。但互幫板由垂直位置起向煤壁的擺動值一般較小，因此適應(yīng)性差，一般用于采高為2.53.5m，片幫不十分嚴(yán)重的工作面。（2）普通翻轉(zhuǎn)式互幫機構(gòu)（如圖2-7c）所示。除具有下垂式特點外，其擺動值大，可回轉(zhuǎn)180，因此對梁端距變化與煤壁片幫程度的適應(yīng)性腔，適用于頂板比較穩(wěn)定的采煤工作面，使用較多。圖2-7 護幫裝置的基本形式Fig.2-7 Protection wall equipmentbasic methoda，b下垂式c普通翻轉(zhuǎn)式本次設(shè)計采用下垂式護幫裝置，它設(shè)置在前梁前端，根據(jù)工作需要，護幫機構(gòu)可擺動90與煤壁緊貼，也可擺回到前梁下面，讓采煤機通過2.9.2防倒、防滑裝置當(dāng)工作面傾斜角大于15時，液壓支架必須采取防倒、防滑措施。其辦法是利用裝設(shè)在支架上的防倒、防滑千斤頂在調(diào)架時產(chǎn)生的一定的推力，以防支架下滑、傾倒，并進行架間調(diào)整。ZZ4000/17/35型支撐掩護式液壓支架在傾斜工作面中的防滑措施采用排頭導(dǎo)向梁的方法，它的一端與輸送機連接，另一端用單體支柱固定，并支撐住頂板，從而保證首架不下滑。推溜前，首先撤去單體支柱，使排頭導(dǎo)向梁隨著輸送機推移而前移，并與輸送機保持垂直的位置。推溜結(jié)束后，再用單體支柱支撐住排頭導(dǎo)向梁。移架時，首架支架就能沿著排頭導(dǎo)向梁前移而防止下滑。2.10支架液壓系統(tǒng)圖ZZ4000/17/35型支撐掩護式支架的液壓系統(tǒng)圖（如圖2-8）所示，采用下列的操作控制方式：（1）前后兩排立柱的升降動作各用一片操縱閥操作，所以根據(jù)需要，前后排立柱既可以同時升降，也可以單獨升降。（2）為了使前梁能及時支護新暴露出的頂板，并迅速達到工作阻力，在前梁千斤頂（短柱）活塞腔的回路內(nèi)裝有大流量安全閥，升架時前梁千斤頂先推出，前梁端部先接觸頂板，在支架繼續(xù)升起直到頂梁撐緊頂板的過程中，前梁千斤頂被迫收縮，活塞腔壓力陡增，大流量安全閥溢流。大流量安全閥調(diào)定壓力比立柱安全閥調(diào)定壓力略低，并大于泵站工作壓力，且流量大（約40L/min），可以有效防止工作面前部頂板過早離層。（3）為了防止煤壁片幫，支架上設(shè)有互幫機構(gòu)，并用一只SSF型雙向鎖對互幫千斤頂中的活塞腔與活塞桿腔分別進行互相連鎖。（4）在推移千斤頂?shù)幕钊麠U腔中接入閉鎖回路，防止在移架時輸送機往后退縮。圖2-8.ZZ4000/17/35型支撐掩護式支架液壓系統(tǒng)3 四連桿機構(gòu)的設(shè)計3.1四連桿機構(gòu)的作用四連桿機構(gòu)是掩護式支架和支撐掩護式支架的最重要部件之一。其作用概括起來主要有兩個，其一是當(dāng)支架由高到低變化時，借助四連桿機構(gòu)使支架頂梁前端點的運動軌跡呈近似雙紐線，從而使支架頂梁前端點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。下面通過四連桿機構(gòu)動作過程的幾何特征進一步闡述其作用。這些幾何特征是四連桿機構(gòu)動作過程的必然結(jié)果。1）支架高度在最大和最小范圍內(nèi)變化時，(如圖3-1)所示，頂梁端點運動軌跡的最大寬度e應(yīng)小于或等于70mm，最好在30mm以下。2）支架在最高位置和最低位置時,頂梁與掩護梁的夾角P后連桿與底平面的夾角Q，（如圖5-1）所示,應(yīng)滿足如下要求:支架在最高位置時,；支架在最底位置時,為有利矸石下滑,防止矸石停留在掩護梁上,根據(jù)物理學(xué)摩擦理論可知,要求,如果鋼和矸石的摩擦系數(shù),則,設(shè)計中一般可取。而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，暫取。在特殊情況下需要角度較小時，可提高后連桿下絞點的高度。3）(如圖3-1)可知掩護梁與頂梁絞點和瞬時中心O之間的連線與水平的夾角。設(shè)計時，要使角滿足，其原因是角直接影響支架承受附加力的數(shù)值大小,對支撐掩護式支架最好取。