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1、华北科技学院毕业设计（论文）掩护式液压支架设计说明书摘要由于地下煤层的地质环境比较复杂，这就要求在不同的煤层环境中使用不同的与之适应的液压支架。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。支架的形式为掩护式支架。支架除了要有效的对顶板进行有效支撑，还要实现升、降、推移四个步骤。支架采用四连杆机构，改善支架的受力状况，缩小支架的升降过程中顶梁前端前后移动的距离。立柱采用单伸缩液压缸，前端带有加长杆，以满足支架最低及最高位置时的高度要求。顶梁掩护梁、底座都做成箱体结构用钢板焊接而成。整个液压支架的设计都源于煤层厚度这一初始条件，
2、这很好的说明了不同煤层需要不同的液压支架，于是液压支架的更新换代对于提高采煤效率和增加井下安全性显得十分重要。在研制液压支架时，需要对支架进行生产试验和分析研究，确定合理的液压支架受力参数、运动参数和结构参数，以及选定液压支架最佳方案等方面综合性的科学技术问题。本设计主要从支架的工作原理这手，然后进行总体结构设计以及校核。关键词：液压支架；顶梁；底座；立柱；结构设计AbstractAs the coal underground geological environment more complex, which requires coal in different environments w
3、ith different to the hydraulic pressure support.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.The support eliminates must realize ef
4、fectively carries on the strut to the roof, but also must realize ,to fall, to push, move four steps .the support uses four link motion gears, improves the support the stress condition, reduces the support to rise and full the distance which in the process fort end the top-beam around moves. The col
5、umn uses the list expansion and contraction hydraulic cylinder, front end has legthens the pole, satisfies the support to be lowest and time the highest position high request. The top-beam, shields Liang, the foundation all makes the packed in a box body structure, becomes with the steel plate weldi
6、ng.The design of the hydraulic pressure support from all seam thickness of the initial conditions, which is very good description of the different needs of different coal hydraulic pressure support, and therefore the upgrading hydraulic pressure support for improving efficiency and increasing the un
7、derground mining safety it is extremely important.At research to presses the support, need to carry on produce to experiment and analyze the research, make sure reasonable of liquid presses the support to be subjected to the dint parameter, the sport parameter and the structure parameters, and make
8、selection the liquid to press the synthetic science technique problem of aspect of etc. of the best project of support. This design mainly this hand from the work principle of the support, then carry on the total structure design and school pits.Keywords: Hydraulic pressure support；Top beam；Cradle；t
9、he column-type support；structure design第1章 绪论1.1 液压支架发展概况历史地来看，大约在四五十年前回采工作面还是采用木支柱。随着刨煤机、钻削式和滚筒式采煤机等快速采煤机的使用,木支柱既不能对顶板提供足够大的阻力，其支设和回收亦难满足连续采煤的要求。于是，刚性木支柱被可压缩性摩擦和液压支柱所代替，并以支柱加铰接顶梁的结构形式支护回采工作面。1954年英国首次研制出液压支架，从此，开创了煤炭工业的新时代。50年代末，为开采煤层厚超过2m的松散和破碎顶板条件下的褐煤，前苏联开始研制掩护式液压支架，并于展出了OMKT型掩护式支架。这种支架顶梁很短，并与掩护梁
10、铰接，单根朝前倾斜液压支柱连接着掩护梁和底座。当支架在其工作高度范围内升降时，顶梁顶点相对于煤壁作圆弧运动。这样，不仅影响了支架的承载能力，而且端面距变化很大，不利于顶板的维护。但比起垛式和节式支架，掩护式支架能有效的控制顶板，防止开采过程中矸石渗入工作面，工作能力很好 。60年代末和70年代初，随着液压支架在欧洲使用经验的日益增加，支架结构也发生了巨大变化。长顶梁、二柱、四柱以及多柱四连杆机构的液压支架相继问世。并且，为适应底板不平，底座采用分离铰接式结构；对于松软底板，为减小底板比压，采用接触面积较大的底座；为防止碎矸窜入采区，采用了各种防窜矸的掩护装置。1974年，英国国家煤炭局实施的“
11、高科技采矿工程”推动了液压支架及采煤设备的进一步发展。这项工程要求在选择工作面综合采煤设备时，必须采用最先进的设备和开采工艺，以提高煤炭产量和改善作业环境。1980年起人们取得了对自移式液压支架的研制成功并逐步改进完善，进而普遍推广使用，使回采工作面采煤过程中的落煤、装煤、运煤和支护控顶等工序全部实现综合机械化，煤矿取得了较大综合效益。到20世纪90年代初，人们寻找到适合矿区资源条件的先进采煤方法，采用了放顶煤技术。今天随着计算机技术和自动化技术的普及应用和提高，为煤矿生产自动化和高效生产提供了新的出路。煤矿综采液压支架电液控制系统的应用，大大地加快了工作面的移架、推溜速度，改善了采煤工作面顶
12、板的支护状况，使工作面产量成倍增加，直接功效大幅度提高，安全状况明显改善，吨煤成本大幅度下降，为煤矿生产的高效、安全和煤矿工人劳动环境及形象的改变提供了条件。综采使煤矿实现了由手工操作向机械化的变革，电液控制系统使井下采煤实现由机械化向自动化的革命，也可称为采煤技术的第二次改朝换代的重大改革，是煤矿21世纪的高新技术。目前，以液压支架为主体的地下综采设备，已逐步向程控、遥控和自动化方向发展。1.2 国内支架的现状与国外的差距1.2.1制造技术水平落后1德国支架结构材料ST52，屈服极限500Mpa，前苏联的更高。我国基本长期使用16Mn，屈服极限350MPa左右，近年来只有少数支架构造的部分材
13、料用高强度钢板。2支架液压系统的阀类使用的是乳化油，防锈蚀的要求很高，国外一直铜合金阀壳和高强度不锈钢阀芯，我国是45钢加表面防腐处理。3国外密封材料的寿命大于5a，我国只有2a左右。4国外的支柱和千斤顶缸体内壁是复镀，我国是不镀，使立柱出现麻斑、划伤、密封漏液等现象，影响支护效果。5美国的支架耐久性实验是45000次，我国7000次。以上这样技术质量水平的支架在国内一般矿井勉强可以使用，但在国内高产、高效工作面及国际上是没有竞争力的，综采工程技术人员普遍认为目前我过支架的工艺水平尚未达到1979年引进的100套支架的技术水平，可想落后人家远不止30a。1.2.2控制系统研究落后西方主要产煤大
14、国始终把支架控制系统作为提高整个综采经济效益的重要方面来抓。20世纪60年代采用手动直接操作系统；20世纪70年代初即开始重视液压支架液压先导控制的研究；20世纪70年代中后期广泛采用液压多芯管先导控制系统；20世纪80年代西方国家开始大力着手电液先导程序控制的研究和使用。因此，现在美、德、英、日等基本上全是可编程电液控制，波兰除了电液控制以外，都是液压多芯管先导控制。20世纪90年代开始，为了提高移架速度满足工作面高产、高效发展的需求，我国在加大常规手控操纵阀的流量方面取得进展，加上综合措施，也实现了平均移架速度小于12s/架的成绩。根据以上资料不难看出，在21世纪以煤炭集约化生产为特征的新
15、时代，为了满足高产、高效综采工作面的需要，必须抓紧研制和推广电液系统。1.2.3 设计理念上落后目前，国外液压支架设计，在设计手段上普遍采用了电子计算机，在设计方法上是传统设计与现代设计相结合。对于支架结构的零部件设计，普遍采用了计算机辅助设计与制图,使图纸的设计精度和设计质量都有了很大的提高。其设计的图纸和有关参数，可以提供于数控机床和光电跟踪切割机加工零件时使用，大大提高了零件的加工精度和制造质量，节省了人工放样，加工的工时，消除一手工操作所产生的误差。在结构的强度设计方面，也比较普遍地采用大型的结构静动力有限元分析软件，模拟支架在煤矿井下的实际受载工况或在实验室中支架样机强度试验有关工况
16、，通过计算分析，对整个支架各部位的结构强度进行比较准确和全面的了解。所有这些，都是由于国外发达国家计算机及计算机技术的高度普及和大型结构分析有限元软件的推广应用的结果。我国包括支架在内的众多产品设计，仍然是以传统设计为主。所谓传统设计，就是人们在设计中总是遵循着一定的设计理论，凭借着设计者本身的经验来选择设计参数，并借助一些手册、图表、经验数据来完成各种设计。这种半经验、半理论的传统设计方法常常带有一定的盲目性，使得所做的设计很难达到客观存在的最优方案。对于使用条件复杂、受载工况多变的液压支架的设计，尤其如此。优化设计理论是现代设计理论的核心内容之一。近年来促进优化设计研究和应用的主要因素有三
17、个方面：即近代科学技术与生产需要最适宜的方案、计划与信息；电子计算机技术和最优化计算方法的发展相互促进，使优化设计有了可能；现代产品设计要求高速度、高质量地完成设计任务，优化才能保证这一任务的完成。所谓的优化，就是在多种因素条件寻求使人最满意、最适应的一组参数。在传统设计中是把设计变量当作常量来看待，而在优化设计中是将设计变量当作随机变量来对待。 1.3 液压支架研究发展趋势随着科学技术的高速发展，新技术、新方法、新材料的不断应用，微机和计算机技术进一步普及，为液压支架的发展提供了有利的条件。目前，液压支架研究发展可以从以下几个方面着手：1. 液压支架的结构形式正朝着简单实用方向发展，如液压支
18、架的架型明显地向两柱掩护式支架和四柱支撑式掩护式支架发展。2在已有支架设计与应用经验的基础上，结合计算机辅助设计，研究支架的智能化设计方法、结构与参数的优化，进一步提高支架的科学性、可靠性以及结构的优化性。其中在设计中应注意以下几个方面：I 提高液压支架的设计强度，加大支架的工作阻力，加大支架的设计强度系数，还有选材等方面；II 如何提高支架的移架速度；III 改进支架个别部件结构，加大联结件强度。3改进制造工艺，保证制造质量；对支架的阀类，从材料、热处理、加工条件和密封件入手，制定更严格的质量和抗腐蚀标准。4对不稳定顶板、松软底版、地质构造较复杂等特殊条件，加大投入，研制大量的特殊支架，以适
19、用不同的开采条件。5新型元件与材质，可减轻支架重量，提高支架性能和使用寿命。6结构上寻求克服四连杆的新型架型。7快速支架电液控制系统的研制和投入，研究支架的遥控、程控控制和性能自动监控，为回采工作面的半自动化与自动化创造条件。工作面支护问题始终是围绕煤矿生产安全、质量、效率的重要问题。目前，国外高产高效综采工作面正向“设备重型化、工作面大型化”的方向发展，我国许多大型煤炭能源集团公司也正在发展超大型综采工作面，液压支架全部进口，对企业的发展极为不利。因此，我国必须加大综采液压支架的研究投入的步伐，尽快适应我国能源大开发的战略要求。1.4 掩护式液压支架的简单介绍掩护式液压支架是以单排立柱为主要
20、部件并带有掩护梁的液压支架。一般用于直接顶中等稳定以下，顶板周期来压不强烈的采煤工作面。根据立柱布置和支架结构特点，掩护式支架分为支掩掩护式支架和支顶掩护式支架两种。支掩掩护式支架立柱通过掩护梁对顶板进行间接支撑，支架的支撑效率低，顶梁短，控顶距小；多数在顶梁与掩护梁之间设有平衡千斤顶，少数支架只设机械限位装置；顶梁后部与掩护梁构成“三角带”易卡进矸石 ，影响顶梁摆动，故一般在顶梁后端挂有挡板，作业空间狭窄，通风面积小；采用整体刚性底座；支架有插底式和不插底式两种形式。插底式配专门的下部带托架的输送机，支架底座前部较长，伸入输送机下部，对地板比压小，是不稳定顶板和软地板工作面的主要架型。不插底
21、式配通用型输送机，底座前端对底板比压大，使用较少。支顶掩护式支架立柱支撑在顶梁上。立柱经过顶梁直接对顶板进行支撑，支撑效率高，顶梁比支掩掩护式支架长，顶梁后端与掩护梁铰接，作业空间和通风端面均大于支掩掩护式支架；顶梁和掩护梁侧面都装有活动侧护板，挡矸性能好；多数支架将平衡千斤顶设在顶梁与掩护梁之间，少数支架将平衡千斤顶设在底座与掩护梁之间；支架底座前端对底板比压较大；顶梁有交接式和整体式顶梁；底座有整体式刚性，底分式刚性底座和交接分体式底座三种。掩护式支架的结构特点式：有一个较宽的掩护梁以挡住采空区的矸石进入作业空间，其掩护梁上端与顶梁交接，下端通过前后连杆与底座联接。底座，前后连杆和掩护梁形
22、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于顶梁或直接作用于顶梁上。掩护式支架的立柱较少，且为倾斜布置，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3.0mm左右。掩护式支架的支护性能：支撑力小，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，掩护性能好，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。1.5本课题的研究目的和意义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。为了满足对煤炭增长的日益需要，必须大量生产
23、综合机械化采煤设备，迅速增加综合机械化采煤工作面。由于采煤工作面的底顶板条件、煤层厚度、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。通过对液压支架的理论学习，完成液压支架的设计工作，加深对液压支架工作原理、工作性能、工作环境及其结构的认识和了解。通过对液压支架结构的分析，加深和巩固机械原理的相关内容；通过对液压支架受力的分析和强度的校核，加深对专业基础课理论力学和材料力学及专业课
24、机械设计相关内容的巩固和理解。同样通过对液压支架的设计，能够更好的认识国内外液压支架的发展趋势和发现目前煤矿液压支架主要存在的问题，从而为以后更深认的了解和设计液压支架打下良好的基础。通过自己独立地完成指定的课程设计任务，提高理论联系实际、分析问题和解决问题的能力，学会查阅参考书和工具书的方法，提高编写技术文件的能力，进一步加强设计计算和制图等基本技能的训练，为毕业后成为一名出色的机械工程师打好基础。现代社会对人才提出了更高的要求，作为一名当代大学毕业生，不仅打好坚实的专业知识，还应具备工程技术人才应有的综合素质。为了适应这一发展趋势，我们应立足变传统的、僵化的、单纯的毕业设计为培养主动学习、
25、提高创新能力、树立团结协作精神、强化计算机运用等多维兼容性毕业设计，同时通过完成毕业设计，锻炼学生解决实际工程问题的能力。在整个毕业设计的过程中，以我们的主动学习为主，教师适时指导为辅，将素质教育也毕业设计教学相融合，从根本上提高毕业设计的质量和水平。第2章 液压支架的概述2.1 液压支架的作用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，保证工作面安全和各项作业的顺利进行，必须对顶板进行支护。而液压支架是以高压液体为动力，有液压元件和金属构件组成的支护和控制顶板设备，能实现支撑、切顶、移架和推移输送机等一整套工序。实践表明，液压支架具有支护性能好，强度高，移架速度快，安
26、全可靠等优点。液压支架与可弯曲输送机组成综合机械化采煤设备，它的应用对增加采煤工作面的产量、提高劳动生产率、降低成本、减轻工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。2.2液压支架的组成和分类2.2.1液压支架的组成液压支架主要由承载结构件、动力油缸、控制元件、辅助装置和工作液体组成。详细见表2-1。表2-1 液压支架组成表序 号部 件功 能举 例1承载结构件承受并传递顶板载荷作用的结构件顶梁、掩护梁、底座、连杆2动力油缸用液体作介质可以主动产生作用力，实现各种动作的油缸立柱、各类千斤顶3控
27、制元部件操纵、控制支架各个动力油缸动作及保证所需工作特性的液压（电气）元部件操纵阀、单向阀、安全阀及管路、液压（电控）元件4辅助装置不直接承受顶板载荷，而实现支架某些动作或功能所必须的装置推移装置、护帮装置、活动侧护板、防倒、防滑装置5工作液体传递能量的工作液压介质乳化液2.2.2液压支架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的采煤工作面上所有位置的支架。目前使用的液压支架分为三类，即：支撑式、掩护式和支撑掩护式液压支架。1. 支撑式液压支架支撑是液压支架的架型有垛
28、式支架和节式支架两种形式。 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。因此底座较坚固，它靠支柱和顶梁的支撑作用控制工作面顶板，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稳定性能，适用于顶板坚硬完整，周期压力明显或强烈，地板较硬的煤层。2. 掩护式液压支架掩护式液压支架有插腿式和非插腿式两种形式。如图2-1所示，其顶梁较短，对顶班的作用力均匀；结构稳定，抵抗直接顶水平运动能力强；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，通风阻力小，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。3. 支撑掩护式液压支架
29、支撑掩护式液压支架是在支撑式液压支架和掩护式液压支架的基础上发展起来的一种架型。它保留了支撑式支架支撑力大、切顶性能好、工作空间宽敞等优点，采用双排立柱支撑；同时又吸取掩护式支架挡矸掩护性能好，抗水平力腔结构稳定等长处。而且，采用坚实的掩护梁以及侧护板，将工作空间与采空区完全隔开；并采用前后连杆连接掩护梁和底座，组成四连杆机构，使梁端距几乎不变，防止了架前漏矸。图2-1 掩护式液压支架的类型(a) 插腿式支架 (b) 立柱在掩护梁上非插腿式支架(c) 立柱在顶梁上非插腿式支架支撑掩护式液压支架适用范围很广，可用于各种顶板条件，尤其用于中等稳定以上的顶板条件。其缺点是：结构复杂，重量大，价格较贵
30、。不同结构形式的支撑掩护式液压支架，其主要区别是立柱的布置方式不同。具体分类方法及及型式如图2-2所示图2-2支撑掩护式液压支架的类型(a) 四柱平行支在顶梁上的支架(b) 四柱交叉支在顶梁上的支架(c) 两支柱支在顶梁上，两柱支在掩护梁上的支架2.3液压支架的工作原理2.3.1支架升降和推移液压支架在工作过程，必须具备升、降、推、移四个基本动作，这些动作是利用泵站提供的高压乳化液通过工作性质不同的几个液压缸来完成的，如图2-3所示。升柱：当需要液压支架上升支护顶板时，高压乳化液进入立柱的下活塞腔，另一腔回液，推动活塞上升，是与活塞杆相连的顶梁紧紧接触顶板。降柱：当需要降柱时，高压乳化液进入立
31、柱的上活塞腔，另一腔回液，推动活塞下降，顶梁脱离接触接触顶板。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。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；当需要推移输送机时，支架支撑顶板后，高压液进入推移千斤顶下腔，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。图2-3液压支架工作原理1-顶梁；2-立柱；3-底座；4-推移千斤顶；5-安全阀；6-液控单向阀； 7、8-操纵阀；9-输送机；10-乳化液泵；11-主供液管；12-主回液管2.3.2支架的承载过程支架的承载过程是指支架与顶板
32、之间相互力学作用的过程。它包括初撑、承载增阻和恒阻三个阶段。如图2-4所示图2-4支架的工作特性曲线1. 初撑阶段在升架过程中，当支架的顶梁接触顶板，直到立柱下腔的液体压力逐渐上升到泵站工作压力时，停止供液，液控单向阀6立即关闭，这一过程为支架的初撑阶段。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全生产的关键。2. 承载增阻阶段支架初撑结束后，随着顶板的下沉，立柱下腔的液体压力逐渐升高，支架对顶板的支撑力也随之增大，呈现增阻状态，这一过程为支架的承载增阻阶段。3. 恒阻阶段随着顶板压力的进一步增加，
33、立柱下腔的液体压力越来越高。当升高到安全阀5的调定压力时，安全阀打开溢流，立柱下缩，液体压力随之降低。当降到安全阀的调定压力时，安全阀关闭。随着顶板的继续下沉，安全阀重复这一过程。由于安全阀的作用，支架的支撑力维持在某一恒定数值上，这是支架的恒阻阶段。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。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。曲线上的t0、t1、t2分别表示支架的初撑、增阻和恒阻阶段的时间。工作特性曲线表明，支架在达到额定工作阻力之前具有增阻性，以保证支架对顶板的有效支撑，当支架达到额定工作阻力以后，支架能随顶板的下
34、沉而下缩，即具有可缩性和恒阻性。2.4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
35、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。2.5液压支架设计的基本要求和参数2.5.1液压支架设计的基本要求液压支架设计的基本要求如下：(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，以使有效地控制顶板，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100kN150kN，中厚煤层一般为150kN250kN，后煤层一般为300kN400kN。(3) 防矸性能要好。(4) 排矸性能好。(5) 要求液压支架能保证采煤工作面有足够的通风面积，从而保证人员
36、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) 调高范围要大，照明和通讯方便。(8) 支架的稳定性要好，底座最大比压要小于规定值。(9) 要求支架有足够的刚度，能承受事实上不均衡载荷和冲击载荷。(10) 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。2.5.2液压支架设计的基本参数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，按煤矿安全规程规定，验算通风断面。4底板岩性及小时涌水量根据底板岩
37、性及小时涌水量验算地板比压。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。6煤层倾角根据煤层倾角决定是否选用防滑装置。7井向罐笼尺寸根据井向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。第3章 液压支架总体结构设计3.1 液压支架的选型3.1.1设计的原始条件煤层厚度：H1.83.2米；顶设条件老顶II级、直接顶II级，底板平整，无影响支架通过的断层。工作面配套设备：采煤机MXA-300/3.5，刮板输送机SGZ730/320。煤层倾斜角小于15度，支护强度、底板抗压强度、泵站压力、安全阀调定压力40MPa。3.1.2 影响选架型的因素1. 煤层厚度煤
38、层厚度不但直接影响到支架的高度和工作阻力，而且还影响到支架的稳定性。当煤层厚度大于2.52.8m（软煤取下限，硬煤取上限）时，应选用抗水平推力强且带护帮装置的掩护式或支撑掩护式支架。当煤层厚度变化较大时，应选用调高范围大的支架。2. 煤层倾角煤层倾角主要影响支架的稳定性，倾角大时易发生倾倒、下滑象。当煤层倾角大于1015时，应设防滑和调架装置，当倾角超过18时，应同时具有防滑防倒装置。3. 底板性质底板承受支架的全部载荷，对支架的底板影响较大，底板的软硬和平整性，基本上决定了支架底座的结构和支承面积。选型时，要验算底座对底板的接触比压，其值要小于底板的允许比压(对于砂岩底板，允许比压为1.96
39、2.16MPa，软底板为0.98MPa左右)。4. 瓦斯涌出量对于瓦斯涌出量大的工作面，支架的通风断面应满足通风的要求，选型时要进行验算。5. 地质构造地质构造十分复杂，煤层厚度变化又较大，顶板允许暴露面积和时间分别在58和20min以下时，暂不宜采用液压支架。6. 设备成本在满足要求的前提下，应选用价格便宜的支架。3.1.3支架架型的确定从架型的结构特点来看，由于架型的不同，它的支撑力分布和作用也不同；从顶板条件来看，由于直接顶类别和老顶级别的不同，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、采煤高度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。根
40、据煤层厚度1.83.2米，属于中厚煤层。支架的适应高度为1.53.5米煤质条件老顶II级、直接顶II级，底板平整，无影响支架通过的断层，根据表3-1初步选定为掩护式两柱液压支架。老顶级别直接顶类别12312312344支架类型掩护式掩护式支撑式掩护式掩护或支撑掩护式支撑式支撑掩护式支撑掩护式掩护或支撑掩护式掩护或支撑掩护式支撑式采高小于2.5m时支撑掩护式采高大于2.5m时支架支护强度MPa采高m10.2941.30.2941.60.29420.249应结合深孔爆破，软化顶板等措施处理采空区20.343（0.245）1.30.343（0.245）1.60.34320.34330.441（0.3
41、43）1.30.441（0.343）1.60.44120.44140.539（0.441）1.30.539（0.441）1.60.53920.539表3-1支架架型的选择 注：括号内的数字是掩护式支架的支护强度。表中所列支护强度在选用时，可根据本矿情况允许有的波动范围。表中1.3、1.6、2分别为、级老顶的分级增压系数；级老顶给出最低值2，选用时可根据本矿实际确定适宜值。3.2 液压支架基本参数的确定3.2.1初撑力初撑力的大小是相对于支架的工作阻力而言的，并与顶板的性质有关。较大的初撑力可以使支架较快地达到工作阻力，防止顶板过早的离层，增加顶板的稳定性。对于不稳定和中等稳定顶板，为了维护机道
42、上方的顶板，应取较高的初撑力，约为工作阻力的80%。3.2.2移架力和推溜力 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100kN150kN,中厚煤层一般为150kN250kN,厚煤层一般为300kN400kN。3.2.3 支架的调高范围和伸缩比 支架高度的确定原则，应根据所采煤层的厚度，采区范围内地质条件的变化等因素来确定，其最大与最小高度为： （3-1） （3-2）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160mm 后连杆下铰点至底座底面之距；取400mm
43、煤层最大采高 煤层最小采高 伪顶冒落的最大厚度，一般取0.20.3m 顶板最大下沉量，一般取100200mm 移架时支架的最小可缩量，一般取50mm 矸、浮煤厚度，一般取50mm支架的伸缩比指最大与最小支架高度之比值为： （3-3）代入数据得m=2.33。3.2.4 支架间距和宽度的确定所谓支架间距，就是相邻两支架中心线间的距离。按下式计算： （3-4）式中 支架间距（支架中心距）； 每架支架顶梁总长度； 相邻支架（或框架）顶梁之间的间隙； 每架所包含的组架的组数或框架数，整体自移式支架。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溜槽。式支架外，支架间距一般
44、为1.5m。本次设计取支架的中心距为1.5m。支架宽度是指顶梁的最小和最大宽度。宽度的确定应考虑支架的运输安装和调架要求。支架顶梁一般装有活动侧护板，侧护板行程一般为170200mm。当支架中心距为1.5m时，最小宽度一般取14001430mm，最大宽度一般取15701600mm。3.2.5 底座长度的确定 底座是将板压力传递到底板和稳固支架的部件。在设计支架的底座长度时，应考虑如下诸方面：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，液压控制控制装置、推移装置和其他辅助装置；使于人员操作相行走，保证支架的稳定性等。通常，掩护式支架的底座长度职3.5倍的移架步距(一个移架步距为
45、0.6m)，即2.1m左右；支撑掩护式支架的底座长度取4倍移架步距，即2.4m左右。本次设计取底座长2.1m。3.3 四连杆机构的设计3.3.1四连杆机构的作用与缺点1. 梁端护顶鉴于四连杆机构可使托梁铰接点呈双纽线运动，故可选定双纽线的近似直线部分作为托梁铰接点适应采高的变化范围。这样可使托梁铰接点运动时与煤壁接近于保持等距，当梁端距处于允许值范围之内时，借此可以保证梁端顶板维护良好。2. 挡矸鉴于组成四连杆机构的掩护梁既是连接件，又是承载件，为了承受采空区内破碎岩石所赋予的载荷，掩护梁一般做成整体箱形结构，具有一定强度。由于它处在隔离采空区的位置，故可以起到良好的挡矸作用。3. 抵抗水平力
46、观测表明：综采面给予支架的外载，不但有垂直于煤层顶板的分力，而且还有沿岩层层面指向采空区方向（或指向煤壁方向）的分力，这个水平推力由液压支架的四连杆机构承受，从而避免了立柱因承受水平分力而造成立柱弯曲变形。4. 提高支架稳定性鉴于四连杆机构将液压支架连成一个重量较大的整体，在支架承载阶段，其稳定程度较高。四连杆机构在具有以上诸作用的同时，也有一些缺点。首先，支架在工作过程当中，四连杆机构必须承受很大的内力，从而导致支架结构尺寸的加大和重量的增加；其次，由于四连杆机构对顶板产生一个水平力（又称水平支撑力），因此对支架的工作性能将产生不良影响。3.3.2 四连杆几何特征四连杆几何特征如下：1. 支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mm，最好为30mm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P和后连杆与底平面的夹角Q，应满足如下要求：支架在最高位置时，即0.911.08弧度；即1.311.48弧度；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，如果钢和矸石的摩擦系数，则。为了安全可靠，最低工作位置应使。3. 后连杆与掩护梁的比值，掩护式支架为I =0.450.61；支撑掩护式为I = 0.610.8