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1、 采煤綜合機械化，是加速我國煤炭工業(yè)發(fā)展，大幅度提高勞動生產(chǎn)率，實現(xiàn)煤炭工業(yè)現(xiàn) 代化的一項戰(zhàn)略措施。綜合機械化不僅產(chǎn)量大，效率高，成本低，而且能減輕笨重的體 力勞動，改善作業(yè)環(huán)境，是煤炭工業(yè)技術的發(fā)展方向。液壓支架是綜合機械化采煤方法 中最重要的設備之一。 液壓支架主要由以下幾個基本部分組成：頂梁，掩護梁和四連桿機構，側護板，底 座，立柱，千斤頂。設計要遵從支護性能好、強度高、移架速度快、安全可靠等原則。 在支撐掩護式的設計過程中，前梁、主頂梁、掩護梁和立柱等結構件的設計是重點。 本論文介紹了液壓支架的結構，類型，工作原理，特點，目的及要求，對掩護式液壓支 架作了詳盡的分析

2、和介紹，講述了這種支架的方案和用途。 目錄 中文摘要 ............................................. 錯誤！未定義書簽。 錯誤！未定義書簽。 錯誤！未定義書簽。 錯誤！未定義書簽。 Abstract ............................................. 第一章引言 ......................................... 1.1前言 ......................................... 1.2緒論 .......

3、................................................... 1.2.1我國液壓支架的發(fā)展 ...................................... 1.2.2液壓支架的發(fā)展動向 ...................................... 1 2 2 1.液壓支架的組成與分類????????????????????? 第二章支架設計 ...................................... 錯誤！未定義書簽。 2.1工況分析 ........

4、............................. 錯誤！未定義書簽。 2.2液壓支架工作原理 .............................................. 2.2.1支架升降 ................................................ 2.2.2支架移動和推移輸送機 .................................... 4 4 6 2..支架結構的選擇?????????????????????????? ..6 2.3.1 2.3.2 2.3

5、.3 頂梁的選取??????????????????????? 側護板的選取??????????????????????? 底座的選取 ??????????????????????? 推移裝置的選取???????????????????? 護邦裝置的選取???????????????????? .7 .7 ..7 ...7 .8 2.3.4 2.3.5 2.3.6防倒滑裝置的選取?????????????????????? ..8 2.3.7液壓支架的主要液壓元件和泵站????????????????? 8 2.3.7.1 2.3.7.2 2.

6、3.7.3 2.3.7.4 2.3.7.5 立柱??????????????????????? 液控單向閥????????????????????? 安全閥??????????????????????? 操縱閥??????????????????????? 泵站??????????????????????? ..8 9 ..9 10 ..10 2.4支架主要尺寸的確定?????????????????????? .11 2.4.1 2.4.2 2.4.3 2.4.4 2.4.5 2.4.6 2.4.7 2.4.8 已知參數(shù)?????????????

7、??????????? 支架高度的確定????????????????????? 中心距和寬度的確定??????????????????? .11 ...11 ..12 梁端距和頂梁長度的確定????????????????? ..12 支架四連桿機構尺寸設計及計算??????????????? 底座長度的確定?????????????????????? 頂梁長度的確定????????????????????? 立柱的技術參數(shù)確定??????????????????? .12 .16 ..16

8、 ...18 ..19 ..19 19 2.4.8.1 立柱數(shù)的確定??????????????????? 支撐方式????????????????????? 立柱缸體內(nèi)徑???????????????????? 立柱間距?????????????????????? 2.4.8.2 2.4.8.3 2.4.8.4 20 2.5液壓支架的受理分析和計算????????????????????? 21 2.5.1 2.5.2 頂梁的受力分析?????????????????????? 掩護梁的受力分析?????????????????????? .21 2

9、2 2.5.3 底座受理分析??????????????????????? .25 2.6液壓支架主要部件的強度校核???????????????????? 26 2.6.1 2.6.2 2.6.3 2.6.4 頂梁強度校核?????????????????????? 掩護梁強度校核?????????????????????? 底座強度校核??????????????????????? 立柱強度校核??????????????????????? ...26 .32 .35 .38 .42 2.7液壓系統(tǒng)設計? .???????????????

10、????????? 第三章結束語?????????????????????????? 第四章參考資料????????????????????????? ...44 ...46 20世紀 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 支柱鉸接頂梁來支護頂板。 1954年英國首次研制出液壓支架，目前，以液壓支架為主體 的地下綜采設備，已逐步向程控、遙控和自動化方向發(fā)展。我國是煤炭生產(chǎn)大國，在 20 世紀 60年代也曾研制了幾種液壓支架，但未得到推廣和應用。 20世紀 70年代我國從英、 德、波蘭和前蘇聯(lián)等國家引進數(shù)十套液壓支架，經(jīng)

11、過使用、仿制和總結經(jīng)驗，到 20世紀 80年代以后我國液壓支架的研制和應用獲得了迅速的發(fā)展， 相繼研制和生產(chǎn)了 TD系列、 ZY系列和 zz系列等 20多種不同規(guī)格的液壓支架。目前，在國內(nèi)大、中型礦井中，條件 合適的煤層均采用液壓支架進行綜合機械化開采。 1980年起人們?nèi)〉昧藢Π滓剖揭簤褐? 架的研制成功并逐步改進完善，進而普遍推廣應用，使回采工作面采煤過程中的落煤、 裝煤、運煤和支護控頂?shù)裙ば蛉繉崿F(xiàn)綜合機械化，煤礦取得了較大綜合效益。到 世紀 90年代初，人們尋找到適合礦區(qū)資源條件的先進采煤方法，采用了放頂煤技術。 低位放頂煤液壓支架是一種支持雙輸送

12、機的支架架型，支架掩護梁后部鉸接一個帶 有插板的尾梁，低位放頂煤液壓支架一般為四柱支撐掩護式支架類型，這種架型有一個 可以上下擺動的尾梁（擺動幅度 45度左右），因此在擺動中可以松動煤層，并維持一個 落煤的空間。尾梁中間有一個液壓控制的插板，可以放煤和破碎大煤塊，并且具有連續(xù) 的放煤口。低位放頂煤支架分為小插板是低位放頂煤支架和大插板式低位放頂煤液壓支 架。 20 為了改進支架的支護性能，提高它對礦山地質條件的適應性，擴大使用范圍，延長 使用壽命，目前液壓支架由下列幾方面的發(fā)展動向： 大力發(fā)展掩護式和支撐掩護式支架，對其他形式的支架應逐步減少，原因是這些支 架主要采用

13、四連桿機構 ,使兩端和媒壁之間的距離基本保持恒定 ;支柱支在頂梁上 ,提高 支架的工作阻力 ;頂梁和掩護梁鉸接 ,避免了兩者之間產(chǎn)生的三角區(qū) ;掩護梁和頂梁的主 梁部分均裝設側護板 ,提高了支架的防護能力 ;采用整體自移式 ,便于支架操作和實現(xiàn)自 動控制 . 液壓支架的進一步發(fā)展是著重解決擴大使用范圍的問題 ,同時,為擴大支架適應的高 度范圍 ,廣泛采用雙伸縮式支柱 . 采用高壓乳化液泵 ,以提高支架的初撐力 ,很多國家使用的泵站壓力以達到 300公斤 /cm2以上,為了簡化支架管路系統(tǒng)和便于安裝操作

14、 ,開始采用”多芯管”先導式鄰架控制 的操縱方式 .為加快移加速度 ,進一步改善操作條件 ,支架控制正在向自動控制方向發(fā)展 , 目前,分組程序控制已開始使用 ,全工作面的自動控制還處于研究階段 . 1.3液壓支架的組成和分類 1.3.1液壓支架的組成 液壓支架是綜采工作面支護設備，它的主要作用是支護采場頂板，維護安全作業(yè)空 間，推移工作面采運設備。 液壓支架的種類很多，但其基本功能是相同的。液壓支架按其結構特點和與圍巖的 作用關系—“般分為三大類，即支撐式、掩護式 (圖 1-2)和支撐掩護式 (圖 1-3)根據(jù)支架 各部

15、件的功能和作用，其組成可分為 4個部分： ( 1)承載結構件，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。 圖 1-2掩護式液壓支架結構 圖 1-3支撐掩護式液壓支架結構 (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、活動側護 板、防倒防滑裝置

16、、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液壓支架的分類及特點 按液壓支架在采煤工作面的安置位置來劃分，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所有位置的支架。 中間液壓支架按其結構形式來劃分，可分為三種基本類型，即：支撐式、掩護式和 支撐掩護式。 1支撐式支架 支撐式支架是出現(xiàn)最早的一種架型，按其結構和動作方式的不同，支撐式支架又分 為垛式支架（圖 1-4 a）和節(jié)式支架（圖 1-4 b）兩種結構型式。垛式支架每架為一整體，

17、 與輸送機連接并互為支點整體前移。節(jié)式支架由 2 ~ 3個框節(jié)組成，移架時，各節(jié)之間互 為支點交替前移，輸送機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。支撐式支架的結構特點是：頂梁較長，其長度多在 4m左右；立柱多，一 般是 4 ~ 6根，且垂直支撐；支架后部設復位裝置和擋矸裝置。以平衡水平推力和防止矸 石竄入支架的工作空間內(nèi)。 支撐式支架的支護性能是：支撐力大，且作用點在支架中后部，故切頂性能好；對 頂板重復支撐的次數(shù)多，容易把本來完整的頂板壓碎；抗水平載荷的能力差，穩(wěn)定性差； 護矸能力差，矸石易竄入工作空間；支架的的工作空間和通風斷面大。

18、 由上可知，支撐式支架適用于直接頂穩(wěn)定、老頂有明顯或強烈周期來壓，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)時都已基本不再采用。 2掩護式支架（如圖 1-2） 其主要由前梁、主梁、掩護梁和側護板、底座、前后連桿、前梁千斤頂、推移千斤頂、 操縱閥等組成。 (a) (b) 圖 1-4支撐式支架結構形式 a—垛式支架 b—節(jié)式支架 它的結構特點是：有一個較寬的掩護梁以擋住采空區(qū)矸石進入作業(yè)空間，其掩護梁 的上端與頂梁鉸接，下端通過前后連桿與底座連接。底座、前后連桿和掩護梁形成四連 桿機構，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

19、作用與頂梁或直接作 用與頂梁上。掩護式支架的立柱較少，除少數(shù)掩護式支架 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，以增加支架的調高范圍，支架的兩側有活動側 護板，可以把架間密封。通常頂梁較短，一般為 3.0mm左右。 掩護式支架的支護性能是：支撐力較小，切頂性能差，但由于頂梁短，支撐力集中 在靠近煤壁的頂板上，所以支護強度較大、且均勻，掩護性好，能承受較大的水平推力， 對頂板反復支撐的次數(shù)少，能帶壓移架。但由于頂梁短，立柱傾斜布置，故作業(yè)空間和 通風斷面小。 由上可知，掩護式支架適用于頂板不穩(wěn)定或中等穩(wěn)定、老頂周期來壓不明顯、瓦斯

20、含量少的破碎頂板條件。 3支撐掩護式支架（如圖 1-3） 其主要由防片幫千斤頂、前梁、頂梁、掩護梁、底座、推移千斤頂、立柱等組成。 支撐掩護式支架是在吸收了支撐式和掩護式兩種支架優(yōu)點的基礎上發(fā)展起來的一種 支架。因此，它兼有支撐式和掩護式支架的結構特點和性能，可適應各種頂?shù)装鍡l件。 此種支架的優(yōu)點是：支撐力大，切頂性能強，防護性能好，通風斷面大，穩(wěn)定性好， 應用范圍廣。 它的缺點是：結構復雜，成本較高。 支撐掩護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，個別情況下，也有后排立柱支撐在掩護梁

21、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足某些特殊的要求而發(fā)展起來的液壓支架，在結構形式上仍屬于以上某 種液壓支架。包括放頂煤支架等。 支架設計 2.1工況分析 本次設計的液壓支架是針對神東煤礦工況條件而作。經(jīng)考察該煤礦采場圍巖的性質 具有如下情況：直接頂初次垮落步距 l為 18～28米，且主要以砂巖，石炭巖組成，節(jié)理 z 裂隙很少；分層厚度 0.33～1.0米；抗壓強度 32～99MP；綜合弱化常量 0.28～0.59，屬 于第 3類穩(wěn)定直接頂；基本頂可根據(jù)煤層開采厚度為 3米，初次來壓步距大約為 35～4

22、6 米判斷其為來壓強烈，Ⅲ級基本頂；其底板的容許比壓為 3.0～6.0MP，屬于松軟底板。 根據(jù)圍巖性質宜選擇支撐掩護式（四柱支撐掩護式）其承載能力大，切頂能力強，比壓 較均勻。 2.2液壓支架工作原理 液壓支架的主要動作繭自縛升架﹑降架﹑推移輸送機和移架。這些動作是利用乳化 液泵站提供的高壓液體，通過液壓控制系統(tǒng)控制不同功能的液壓缸來完成的。每架支架 的液壓管路都與工作面主管路并聯(lián)，形成各自獨立的液壓系統(tǒng)（見圖 向閥和安全閥設在本架內(nèi)，操縱閥可設在本架或鄰架內(nèi)，前者為本架操作，后者為鄰架 操作。 2.1），其中液控單 圖示2.1液壓支架工作原理 頂梁；2

23、-立柱；3-底座；4-推移千斤頂； 5-安全閥； 6-液控單向閥； 7，8-操縱閥； 9-輸送機； 10-乳化液泵； 2.2.1支架升降 支架的升降依靠立柱 2的伸縮來實現(xiàn)，其工作過程如下： （一）初撐 操縱閥 8處于升柱位置，由泵站輸送來的高壓液體，經(jīng)液控單向閥 6進入立柱的下 腔，同時立柱上腔排液，于是活柱和頂梁升起，支撐頂板。當頂梁接觸頂板，立柱下腔 的壓力達到泵站的壓力后操縱閥置于中位，液控單向閥 6關閉，從而立柱下腔的液體被 封閉，這就是支架的初撐階段。此時，支架對頂板產(chǎn)行的支撐力稱為初撐力。 （二）承載 支架初撐后，進入承載階段。隨著頂板的緩慢下

24、沉，頂板對支架的壓力不斷增加， 立柱下腔被封閉的液體壓力將隨之迅速升高，液壓支架受到彈性壓縮，并由于立柱缸壁 的彈性變形而使缸徑產(chǎn)生彈性擴張，這一過程就是支架的增阻過程。當下腔液體的壓力 超過安全閥 5的動作壓力時，高壓液體經(jīng)安全閥 5泄出，立柱下縮，直至立柱下腔的液 體壓力小于安全閥的動作壓時，安全閥關閉，停止泄液，從而使立柱工作阻力保持恒定， 這就是恒阻過程。此時，支架對頂板的支撐力稱為工作阻力，它是由支架安全閥的調定 壓力決定的。 （三）卸載 當操縱閥 8處于降架位置時，高壓液體進入立柱的上腔，同時打開液控單向閥 6， 立柱下腔排液，于是立柱（支架

25、）卸載下降。 由以上分析可以看出，支架工作的支撐力變化可分為三個階段（如圖 2.2）。即： 開始升柱至單向閥關閉時的初撐增阻階段 t，初撐后至安全閥開啟前的增阻階段 t，以 0 1 及安全閥出現(xiàn)脈動卸載時的恒阻階段 t，這就是液壓支架的阻力 -時間特性。它表明液壓 2 支架在低于額定工作阻力下工作時具有增阻性，以保證支架對頂板的有效支撐作用；在 達到額定工作阻力時，具有恒阻性；為使支架恒定在此最大的條件下，能隨頂板下沉而 下縮。增阻性主要取決于液控單向閥和立柱的密封性能，恒阻性與可縮性主要由安全閃 萊實現(xiàn)，困此安全閥、液控單向

26、閥和立柱是保證支架性能的本個重要元件。 圖2.2液壓支架工作特性曲線 2.2.2支架的移動和推移輸送機 如圖 2.1所示，支架和輸送機的前移，由底座 3上的推移千斤頂 4來完成。 需要移架時，先降柱卸載，然后通過操縱閥使高壓液體進入推移千斤頂 腔，活塞腔回液，以輸送機為支點，缸體前移，把整個支架拉向煤壁。 4的活塞桿 需要推移輸送機時，支架支撐頂板，高壓液體進科推移千斤頂 腔回液，以支架為支點，活塞桿伸出，把輸送機推向煤壁。 4的活塞腔，活塞桿 2.3支架結構的選擇 根據(jù)液、壓支架各部件的功能和作用，其組成可分為四部分： （1）承載結構件，如頂梁、掩護梁

27、、底座、連桿、尾梁等。其主要功能是承受和傳 遞頂板及垮落巖石的載荷。 （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、以及管路、液壓、電控 元件。其主要功能是操作控制支架各液壓缸動作及保證所需的工作特性。 （4） 輔助裝置，如推移裝置、護幫裝置、伸縮梁裝置、活動側護板、 防倒防滑裝置、連接件、噴霧裝置等。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。 2.3.1頂梁的選取 支架采用整體頂梁，整體頂梁結構簡單，可靠性好；頂梁對頂板載荷的平衡能力較 強；前端支撐力較大；可設

28、置全長側護板，有種于提高頂板覆蓋率，改善接頂效果和補 償焊接變形，整體頂梁前端一般上翹 1～3。 2.3.2側護板的選取 支架側護板裝置一般由側護板、彈簧筒、側推千斤頂、導向桿和連接銷軸等組成。 本支架采用直角式單側活動側護板。直角式單側活動側護板一側為固定式，一側為 活動式。固定側護板即梁的邊筋板，可增加梁體強度，減輕支架質量。直角式單側活動 側護板適用于工作面傾角 15以下的緩傾斜煤層，具有擋矸密封性和導向性好的特點。 這正好滿足所設計的煤層工況。 2.3.3底座的選取 本支架采用整體剛性底座。整體剛性底座的整體剛度和強度好，底座接觸面積大， 有

29、利于減小對底板的比壓，正好適用于軟底板工件面。 2.3.4推移裝置的選取 推移裝置由推移桿、推移千斤頂和連接頭等主要零部件組成，其中推移桿是決定推 移裝置形式和性能的關鍵部件。推移桿采用正拉式短推移桿。這種推移桿是由鋼板焊接 而成的箱形結構件，結構簡單可靠，質量輕。 推移千斤頂與移步橫梁鉸接并緊靠在運輸機槽幫上，使結構復雜化，且不能起到原 來想象的防止支架下滑的作用。目前廣泛采用的方法是，推移千斤頂直接與運輸機鉸接。 為了提高移架力，可采用以下措施： （1 ）采用推移框架或推溜懸臂。 （2 ）在推移油路上接處交替單向閥，推溜時千斤頂成差動缸運行， 使推溜力減小。移架時活塞桿

30、腔進壓力液。 （3 ）采用浮動活塞。推溜時活塞腔進壓力油液，先將浮動活塞推到 缸口，然后活塞桿才移動而推溜。當活塞桿腔進壓力液時，先將浮動活塞推 回到活塞桿端，然后缸體移動而移架。因為活塞桿面積小于活塞環(huán)形面積， 故推溜力小于移架力。在供油壓力為 31.5兆帕時，推溜力為 181.6千牛頓， 移架力為 461.8千牛 2.3.5護幫裝置的選取 護幫板是提高液壓支架適應性的一種常用裝置，其作用是護幫、做臨時前梁等。此 處護幫裝置采用四連桿式。這種護幫板鉸接在整體頂梁，在千斤頂與護幫板間增加一個 四連桿機構，實現(xiàn)護幫和挑起支護頂板，并保證收回到預定的角度。四連桿機

31、構把千斤 頂?shù)淖饔昧τ行У貍鬟f到煤壁和頂板上。這種挑梁的挑起力矩大，但結構復雜一些。 2.3.6防倒滑裝置的選取 因所設計的液壓支架所適應的場合是煤層傾角為 15以下，故可以不設置防倒防滑 裝置。 2.3.7液壓支架的主要液壓元件和泵站 2.3.7.1立柱 立柱是支架實現(xiàn)支撐和承載的主要部件，它直接影響到支架的工作性能，同時還處 于高壓受力狀態(tài)，因此，立柱除了具有合理的工作阻力和可靠的工作特性外，還必須由 足夠的抗壓和抗彎強度，密封良好、結構簡單并能適應支架的工作要求。 立柱類型： 立柱按動作不同分為單作用立柱和雙作用立柱；按結構不同可分為活塞式和柱塞式；

32、 安身鎖不同可分為單伸縮式和雙伸縮式立柱。 單作用立柱是屬于液壓升柱、自由降柱的工作方式，應用較少，目前廣泛采用的是 雙作用活塞立柱，極靠液壓力來實現(xiàn)升柱和降柱。在伸縮方式上，大采用單伸縮，只有 當煤層厚度比較大，或為了擴大支架調高范圍時才采用雙伸縮立柱。 立柱結構： 液壓支架實際上是推力油缸作為支撐裝置，具有以下特點： 立柱一般由活塞、活塞桿、缸體三部分組成，由于支架工作時，立柱承受的載荷較 大，降柱力較小，故活塞桿直徑較大，常采用空心結構，以保證有足夠的剛度，活塞一 般采用 Y型密封圈，銅環(huán)導向，缸體底部焊接，缸體與缸蓋之間用鋼絲、螺紋或卡環(huán)連 接。 立柱的頭部結構為球

33、型，預定梁或底座之間的連接采用銷軸活壓塊固定，以是立柱 工作時有一定的適應性。 立柱的供液方式有外供液和內(nèi)供液兩種，一般雙伸縮立柱采用內(nèi)供液方式，單伸縮 立柱大多用外供液方式，此方法簡單，加工、維修都很方便。 為在一定范圍內(nèi)適應煤層厚度變化，立柱上端可根據(jù)需要裝設機械架長桿，以增加 支架高度，但其長度必須控制在立柱剛性所允許的范圍內(nèi)才可以。 2.3.7.2液控單向閥 液控單向閥是支架液壓系統(tǒng)中的關鍵元件之一，通常稱為“液壓鎖”。支架的工作可 靠與否，與單向閥的密閉性能有直接關系，如果單向閥鎖不住立柱下腔的工作液體，支 架就會出現(xiàn)自動慢慢下縮，使不能允許的，如果液控單向閥動作不

34、靈敏，則立柱得初撐 力就達不到設計要求，因此要求液控單向閥密封可靠、動作靈敏，并要求使用壽命長。 2.3.7.3安全閥 安全閥也稱為定壓閥，它與液控單向閥組合在一起，使液壓支架不可缺少的一種控 制閥。安全閥是使支架保持平衡工作特性和可伸縮性的重要元件，和液控單向閥一樣， 他長期處于高壓狀態(tài)。支架經(jīng)常的工作狀態(tài)取決于頂板壓力逐漸增強和頂板巖石的極其 緩慢下沉情況。若安全閥的密封性能不好，不能保證支架達到設計的工作阻力和穩(wěn)定的 工作狀態(tài)，故要求安全閥的動作靈敏，閥的開啟壓力和關閉壓力差值很銷，有一定的卸 荷開口量，密封可靠和工作穩(wěn)定，沒有震蕩現(xiàn)象，有較長的使用壽命，結構簡單，拆裝

35、 方便。 液壓支架采用安全閥均為直動式，結構簡單、工作靈敏度高，過載時，它能及時起 到溢流作用，利用液壓和彈簧力的相互作用，以實現(xiàn)閥的開啟溢流和復位定壓作用。 2.3.7.4操縱閥 操縱閥是控制各液壓缸進出油路使立柱完成各種動作的開關，故要求密閉性好，工 作可靠、操作方便。操縱閥的技能通過和位數(shù)必須滿足支架的動作要求，操縱閥的機能 一般在停止位置時，各個通路應全部回液，相當于“ Y”型機能，故操縱閥上油液高壓進 液口和一個低壓回路上。 操縱閥控制不同，可分為手控、液控、電控和電液控四種，按動作原理可分為往復 式和回轉式兩種。 往復式：往復式操縱閥的閥芯元件

36、是沿軸向做往復運動，開閉進出口油路實現(xiàn)換向 作用。它采用結構為二位三通或三位四通電磁閥構成組合機構，每個閥獨立操作可實現(xiàn) 復合化，但體積大，結構較復雜，閥的操作機構一般采用杠桿式凸輪閉輪鎖的控制裝置， 也可用電控或電液控，因此往復式操作有利于實現(xiàn)遙控和自動化。 回轉操縱閥：回轉操縱閥優(yōu)點是體積小，位數(shù)多，操作簡單方便，但只有單一動作， 難以實現(xiàn)組合操作。 2.3.7.5泵站 泵站一般有乳化液泵、乳化液箱和一套壓力控制與保護裝箱組成，裝在可沿軌道或 底板移動的平板列車上，泵站是液壓支架的動力源，一般按設在中間運輸巷內(nèi)，支架的 液壓傳動式乳化液作為傳遞能量的介質，泵站的工作壓力除

37、了硬滿足支架初撐力要求的 壓力和千斤頂?shù)淖畲髩毫ν?，還應加上管路損失。 2.4支架主要尺寸的確定 2.4.1已知參數(shù)： 1.煤層厚度： 1.6～3m 2. 3. 4. 5. 6. 頂板穩(wěn)定度：中等 支護強度： 0.7mpa 頂板尺寸： 4.252.5m 底板比壓： 3.8mpa 液壓系統(tǒng)工作壓力： 31.5mpa 2.4.2 支架高度的確定： 最大高度： Hmax＝Mmax＋S1＝3000＋200＝3200mm 最小高度： Hmin＝Mmin-S2-a-b=1600-200-50-50=1300mm 式中： Hmax－支架最大高度 Hmin－支架

38、最小高度 Mmax－煤層最大厚度 Mmin －煤層最小厚度 S1 －考慮偽頂媒皮冒落后仍有可靠初撐力所需要的 支撐高度一般取 200－300mm這里取 S1＝200mm S2 －頂板最大下沉量，一般取 100－200mm這里取 200mm a b －移架時支架的最小可縮量取 50mm －浮矸浮媒厚度取 50mm 2.4.3中心距和寬度的確定 支架中心距一般等于工作面一節(jié)溜槽長度，目前國內(nèi)外液壓支架的中心距大部分采 用 1.5m。在此我們也采用此標準，在中心距為 1.5m的標準當中要求支架的最小寬度取 1

39、400~1430mm；最大寬度一般取 1570~1600mm，在此次設計當中，我們根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗選取 寬度為 1400mm。 2.4.4梁端距和頂梁長度的確定 所謂頂端距是指移架后頂梁端部至煤壁的距離。梁端距是考慮由于工作面頂板起伏 不平造成輸送機和采煤機的傾斜，以及采煤機割煤時垂直分力使搖臂和滾筒向液壓支架 傾斜，為避免割到頂梁而留的安全距離。支架高度越大，梁端距也應越大，根據(jù)支架高 度，我們選定 300mm。 2.4.5支架四連桿機構尺寸設計及計算 （ 1）用三點法來設計四連桿機構，如圖

40、 2.3 所示 圖 2.3掩護梁和后連桿長度的確定 根據(jù)四連桿幾何特征要求初選掩護梁在最高位置時與水平面夾角 b1＝60o最低位 置時 b2＝25o 后連桿在最高位置時與水平面夾角 a1＝75o最低位置時 a2＝35o 根據(jù)幾何關系式： L2cosb1－L1cosa1＝L －L2cosa2＝L （2－1）與（ 2— 2）聯(lián)合得 （2－1） （2－2） L2cosb2 L1/L2=cosb1-cosb2/cosa1-cosa2=0.73 （2－3） 因為有 Hmax＝L2sinb1＋L2sina1 （2－4）

41、 且 Hmax＝3200mm （2－3）與（ 2— 4）聯(lián)合得：掩護梁長度 L2＝2037mm 后連桿長度 L1＝1487mm （2）幾何作圖法求四連桿其他尺寸 具體作圖方法如圖 2.4所示： 圖 2.4四連桿機構的幾何作圖法 作圖步驟如下： 1）確定后連桿下鉸接點 O的位置，使其比底座略高，一般 L7 =200~250mm，取 L =250mm。 7 2）過 O點作分別作分別與底座的水平線 H— H和與 H— H線相交為 75o的斜線Ⅰ—Ⅰ。 3）以 O點為圓心， L為半徑作圓弧與線Ⅰ—Ⅰ相交得點 a，a即為后連桿與掩

42、護梁 1 的鉸接點。 L為半 4）以點 a作與 H— H線相交為 60o的斜線Ⅱ—Ⅱ，并以 a點為圓心， 徑作圓弧交Ⅱ—Ⅱ線于點 e，此點即為掩護梁與頂梁的鉸接點。 2 5）過e點作與 H— H線的平行線Ⅲ—Ⅲ，則Ⅲ—Ⅲ線與 H— H線間的距離為 Hmax。 H 為支架的最大支撐高度。 max 其中， 6）以點 a為圓心， 0.25 L 長為半徑 ,在Ⅱ—Ⅱ線上交一點 ，點即為前連 b b 2 桿與掩護梁的上鉸接點。 7）假設支架在升降過程中，頂梁端點作近似直線運動。此時，過點

43、 e作Ⅲ— Ⅲ線的垂線 m-m,并在 m-m線上作支架在最低位置時頂梁與掩護鉸接點 eˊ，取 eeˊ的 中間某點 e”作為支架降至中間位置時頂梁與掩護梁的鉸接點。 8）分別以點 O和 e”為圓心，以 Oa和 ae為半徑作圓弧，兩圓弧的交點 a’即為 支架降至中間某位置時掩護梁與后連桿的鉸接點。同理可得支架最低位置時掩護梁與后 連桿的鉸點 a”。 9）連接 e”a’，e’a”，分別以 a’和 a”為圓心， ab為半徑，作圓弧，交 e”a’ 與線 e’a”上各得 b’和 b”點，則 b，b’，b”為支架分別在最高、中間和最低

44、位置時 前連桿上鉸接點的位置。 10）連接 a’o與 a”o ，為液壓支架降到中間某點和最低位置后連桿的的位置。 11）分別作 bb’和 b’b”的垂直平分線匯于點 C，點 c即為前連桿下鉸接點的位置， bc為前連桿的長度。 12）過 c點向下作 H— H的垂線，得點 d，則 oa,ab,bc,cd,do為液壓支架的四連桿 機構。 通過作圖可得四連桿尺寸： bc ＝1500mm co＝900mm oa＝1487 mm ab＝509mm 其余數(shù)據(jù)： cd＝800mm do＝500mm 2.4.6底座長度的確定 底座是將

45、頂板壓力傳遞到底板和穩(wěn)固支架的部件，在設計液壓支架的底座長度 時，應考慮如下諸方面問題： 1、支架對底板的接觸比壓要??； 2、液壓支架內(nèi)部應用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； 3、底座設計要便于工作人員操作和行走； 4、要保證液壓支架總體的穩(wěn)定性。 通常，掩護式液壓支架的底座長度取 3.5倍的移架步距（一個移架步距為 0.6m）， 即 2.1m左右；支撐掩護式液壓支架的底座長度取 4倍的移架步距，即 2.4m左右?？紤] 到該支架的工作阻力大的特點，在此取值應偏大一點；根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，選取底座的長度 為 260

46、0mm。 2.4.7頂梁長度的確定： 如圖 2.5所示： 圖 2.5支架大體結構 頂梁長度 L＝（配套尺寸＋底座長度＋ L cosa）－（ L cosb＋300＋e）＋ 頂 1 1 2 1 掩護梁與頂梁鉸點至頂梁后端點的距離 配套尺寸＝△＋k＋d＋i 式中：式中，△—鏟煤板到煤壁間的距離，一般為 135~150mm此處取 140mm。 k—輸送機寬度，查手冊《煤礦礦井采礦設計手冊》選 SGWD-180型號的皮帶 輸送機，其輸送帶寬度為 630mm。 d—采煤機 MLS -170型為 250

47、mm。 3 i—底座前柱窩中心到底座前端的距離，根據(jù)設計結構取為 配套尺寸＝ 140＋630＋250＋800＝1820mm 800mm L＝（1820＋2600＋1487cos75o）－（ 2037cos60o＋300＋30）＋1000＝3956mm 頂 其中底座長度為 2600mm， 掩護梁與頂梁鉸點至頂梁后端點的距離取 1000mm e 為支架有高到底頂梁端點最大變化距離，一般不能大于 70mm這里取 30mm. 驗證頂梁的長、寬尺寸是否適用 根據(jù)頂板的覆蓋率應適合頂板的性質，一般不穩(wěn)定頂板不小于 頂板不小于 75%~85%穩(wěn)定頂

48、板不小于 60%~70%。 頂板覆蓋率定義公式： 85%~95%，中等穩(wěn)定 E＝[BL /（L＋c）（B＋k）]100％＝[3.9561.4/(3.956+0.3)(1.4+0.2) ] 頂 頂 100％＝80％ 所得覆蓋率滿足中等穩(wěn)定頂板，故其設計尺寸合理 2.4.8立柱的技術參數(shù)確定 立柱是支架的最重要的承壓部件，在支架正常工作時，一般處于高壓受力狀態(tài)，他 的工作性能直接影響整個支架的工作狀態(tài)，因此設計時，要求具有合理的工作組力和可 靠的工作性能外，還必須有足夠的抗壓、抗彎強度，良好的密封性能，并能適應支架的 要求。其中單作用又分為活塞式

49、支活柱式、雙作用分為單伸縮、單伸縮帶機械加長桿， 雙伸縮、三伸縮等。 由于雙伸縮立柱結構復雜，成本高，為了降低造價，在單伸縮立柱上部安裝機械加 長桿，滿足支撐高度的變化要求。 為需要增加支架的最大高度時，可以先拆下四根立柱中對角線上的兩根立柱上機械 加長桿的卡環(huán)，操作支架升柱，支架頂梁升起，帶動機械加長桿從立柱中拔出，當達到 所調高度時，再把這兩根機械加長桿的卡環(huán)固定，把支架降至原來高度；然后拆下另外 兩根立柱的機械及長桿卡環(huán)，用同樣的方法使這里那個跟機械加長桿達到與前兩根相同 的高度為止。 本設計采用單伸縮立柱上部安裝機械加長桿， 2.4.8.1立柱數(shù)的確定

50、 因為本次設計的液壓支架類型為支撐掩護式，故立柱的數(shù)目應為 2.4.8.2支撐方式 4根。 根據(jù)結構要求，使其呈傾斜布置，一般情況下，立柱軸線與頂梁的垂線夾角應小于 10，(支架在最高位置時，由于夾角較小，有效支撐能力較大，我們?nèi)∏爸? 柱角 5o。) 8o，后 2.4.8.3立柱缸體內(nèi)徑 40F 1 D d n P cosa d a 式中： F為支架所受的理論阻力， F＝7437kn 1

51、 1 N P a 為支架立柱數(shù) N＝4 d d a 安全閥的調正壓力根據(jù)同類支架取 31.8mpa 為立柱在最低位置時的最大傾角 取 a＝25o 得 D＝238.9mm d 根據(jù)參考資料 1表 6— 1 選定缸內(nèi)直徑為 250mm 參考資料 1表 6－3 得立柱工作阻力 P=2352 kn 1 立柱工作阻力和初撐力 P滿足一定關系：即 P =(0.35～0.7) P這里取 0.7 2 2 1 初撐力 P＝0.72352＝1646kn 2 根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，我們知道推移千斤頂?shù)母?/p>

52、徑一般為 160-180mm這里選取 d＝180mm 2.4.8.4 立柱間距 因為兩立柱下柱窩位置已確定，兩立柱傾角已確定！ 所以 可用三點幾何法確定上柱窩位置：如圖： 綜上可得： cd＝700mm ac＝1000mm 2.5液壓支架的受力分析和計算 假設梁上受一集中載荷 F ，后排工作阻力為 P ＝23522＝4704kn 2.5.1頂梁的受力分析 取頂梁為分離體，受力如圖 2.6所示： n ，水平分力為 F n W，其中 W＝0.3，前排立柱工作阻力 為 P a b ，因為前后立柱內(nèi)徑一樣忽略損失，可將其視為相等

53、 a 即 P＝P b 圖 2.6頂梁受力圖 則內(nèi)力 X b ， Y b 表達式，及 F n 作用點位置 x的表達式為： X b ＝F n W－P b sina 2 －P a sina 1 (2-1) Y b ＝F n －P b cosa 2 －P a cosa 1 (2-2) x＝F Wh＋P cosa l＋Pcosa l＋P sina（h－h(huán)）＋Psina（h－h(huán)）/F n (2-3) n 1 a 1 2 b 2 1 a 1

54、 1 2 b 2 1 2 2.5.2掩護梁的受力分析 再取掩護梁為分離體如圖 2.7所示： 圖 2.7掩護梁受力圖 前后連桿受力 F 5 , F 6 4 的表達式： F 6 ＝X b tana 3 ＋Y b /cosa tana 3 -sina 4 (2-4) F＝－F cosa－Y/ cosa 3 （2－5） 5 6 3 b 聯(lián)合（ 2－1）（2－2）（2－3）（2－4）（2— 5）得 [ P cosa P cosa ( P sin a P sin a

55、)tan ] a 1 b 2 b 2 a 1 Fn 1 W tan n F＝[4704cos8o＋4704cos5o＋（－ 4704sin5o+4704sin8o） tan18o]/1－Wtan18o ＝10470kn 式中 =18o a 3 4 ＝55 o a＝75 o －3 實際支護強度 q＝（F /（L＋c）＋b）10＝1.7mpa>0.7mpa n 頂 頂 符合要求 式中 c＝300mm梁端距 將 F＝10470k

56、n代入（ 2－3）的 n 10470*0.3*500 4704*cos8*1700 4704*cos5*700 4704*sin8*(500 300) 4704*sin 5*(500 300) x 10470 =1216mm 式中： l =700mm l =1700mm 1 2 h 1 2 = 500mm h =300mm 同理： X＝F W－Psina－P sina＝2076kn b n b

57、 2 a 1 Y＝F－Pcosa－P cosa＝1126kn b n b 2 a 1 F＝Xtana＋Y/cosa tana -sina＝－6818kn 6 b 3 b 4 3 4 F＝－F 5 6 cosa＋―Y/ cosa＝－5885kn 3 b 3 負號表示連桿實際受力方向和圖示方向相反！ 2.5.3底座受力分析 取

58、底座為分離體，如圖 2.8所示： 圖 2.8底座受力分析圖 1 1 1 a 1 b F＝ P cosa＋ P cosa +F sina－ F sina＝ 4704cos8+4704cos5－ 5885sina55＋ 1 2 5 3 6 4 6818sin75＝11043kn 1x＝P 1 a 1cosa （h－h(huán) 1 （l 4 ＋l 5 ）＋P b 1l 1sina 1sina 5

59、 2 5 3 3 a 1 2 1 b 2 2 cosa－F l sina－P （h－h(huán)）－P （h－ F 1 1 1 1 Wh h 1 ）－F 5 cosa 3 2 1 ）－F 1 1 1 分別代入數(shù)據(jù)得 F x＝12207114kn*mm 則 1 x＝1100mm 求底座寬度： 根據(jù)

60、 q＝(F /b *l )*10 -3 1 0 1 d d 1 1 -3 -3 得 b＝F *10 / q l＝1104310 /3.82.6＝1.2m d 0 d 式中 l d 為底座長度 q 0 為底板比壓 3.8mpa 2.6液壓支架主要部件強度校核 2.6.1頂梁強度校核 （ 1）畫出頂梁結構簡圖，受力圖，剪力圖和彎矩圖如圖 2.9 所示： Fn F (a) py p p x px xa (b) (c) (d

61、) 圖 2.9 （2）計算剪力和彎矩。如圖（ c）所示為剪力圖。從右向左取矩，向上的力為負， 向下的力為正。對各點的剪力計算如下： A 點： Q A左＝－y＝－1126kn a B 點： Q B右＝－y＝－1126kn a Q B左＝－y－p＝－1126－4686＝－5812kn a y C點： Q c右＝Q＝－5812kn B左 Q c左＝Q＋F＝－5812＋10470＝4658kn c右 n D點： Q D右＝Qc左

62、＝4658kn Q D左＝Q－p＝4658－4658＝0 D右 y 如圖（ d）所示為彎矩圖： 從 A點向 C點取矩： A點： M M A左＝－x h＝－2076500＝－1038000kn*mm a 3 B點： C點： b右＝MA左＋y a l 3 ＝－1038000＋1126700＝－249800kn*mm ＝－1038000＋286986＝－390786 kn*mm M M b左＝MA左＋p x l 3 l 2 C右＝M＋pl /2+p h +y ( +l )=3622251kn*

63、mm=3622kn*m A左 y 2 x 1 a 3 2 M C左 = M C右＝3622kn*m D點： M D左＝p y l 1 ＝108468kn*mm ＝196401 kn*mm M D右＝ MD左＋p1 x （3）按彎曲應力進行強度校核。由計算得知，按彎壓聯(lián)合作用計算，不如按 最大彎曲應力計算應力大。為安全起見，采用最大應力時進行校核。 如圖 2.10所示： 圖 2.10頂梁結構圖 其中經(jīng)過尺寸類比取

64、 l＝1400mm；l＝800mm 2 1 h＝400mm； h＝280mm 2 1 ∫＝40mm l＝100mm； l＝200mm； l＝560mm 3 4 5 計算截面積 F及截面形心至 a— a面的距離 y。 首先對每塊鋼板編號，把位置狀態(tài)相同和截面積相同的鋼板編成同一號！ 再計算截面積最后計算截面形心距。即： 2 F F 1 ＝L 1 ∫＝32000mm；y 1 ＝∫/2=20mm 2 ∫=5

65、6000 mm; 2 = L 2 y 2 ＝2∫＝80mm 2 F＝h∫6＝67200 mm； y 3＝2∫＋h /2=220mm 1 3 1 2 4 5 =L∫＝22400 mm； F y 4 1 ＝2∫＋h＋∫/2=380mm F =L∫2＝16000 mm2 y y 5＝y(tǒng)＝380mm 4 5 4 F 6 ＝L 3 ∫2＝8000 mm2 6 4 ＝y(tǒng)＝380mm n F y i

66、i F y F y F y F y F y F y6 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 形心距 : i 1 y 186mm Fi F F 2 F F F F 6 1 3 4 5 每個零件中心到截面形心的距離 a為： i a 1＝y(tǒng)－y＝166mm 1 a 2 2 ＝y(tǒng)－y＝－106mm a 3 ＝y(tǒng)－y 3 ＝－34mm a 4 4 ＝y(tǒng)－y＝－194mm a 5 5 ＝y(tǒng)－y＝－194mm a 6＝y(tǒng)－y＝－194mm 6 計算截面中心慣性矩 j zi 每個零件的對截面形心的慣性矩 j zi ：