礦山機電畢業(yè)論文（含外文翻譯）大采高液壓支架設計

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　　（20 屆）</b></p><p><b>　　大采高液壓支架設計</b></p><p>　　GREAT MINING HEIGH HYDRAUL IC SUPPORT DESIGN</p><p

2、>　　所在學院 </p><p>　　專業(yè)班級 礦山機電 </p><p>　　學生姓名 學號 </p><p>　　指導教師 職稱 </p><p>

3、　　完成日期 年 月 </p><p>　　畢業(yè)設計（論文）共 80 頁（其中：外文文獻及譯文 9 頁）圖紙共 3 張</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文的課題是8.9米一次性采全高液壓支架的總體設計。</p><p>　　液壓支架作為采煤工

4、作面的重要支護設備，在工作過程中能否取得良好的支護效果，取決于支架的架型，結構和相關參數。聯系實際，本文將為神東設計一款支護高度達到8.9米的大采高液壓支架。設計首先通過計算，分析和比較，確定了液壓支架的頂梁、底座等基本尺寸，然后通過幾何做圖法進行四連桿機構優(yōu)化設計來確定支架的四連桿機構各桿系的長度,之后優(yōu)選各部件，畫出草圖，進行受力分析，并進行強度驗算。最后確定液壓支架的型號 確定配套裝置，繪制裝配圖及零件圖。</p>

5、<p>　　在完成設計的過程中，利用理論分析的同時，也采用了許多實際經驗，做到理論與實踐相結合。</p><p>　　關鍵詞：掩護式支架；8.9米大采高；四連桿；立柱；優(yōu)化設計；強度</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Topic of this paper is 8.9 m one-time m

6、ining overall height hydraulic supports the overall design.</p><p>　　Hydraulic support as coalface important support equipment, in the work process can achieve good supporting effect, depending on the stand

7、of the frame type, structure and related parameters. With practice, this paper will design a support Shendong height of 8.9 meters of large mining height hydraulic support. Design is first calculated, analyzed and compar

8、ed to determine the roof beams, hydraulic support base and other basic dimensions, and then optimize the four-bar linkage design do figure geo</p><p>　　In the completion of the design process, the use of the

9、oretical analysis, but also with a lot of practical experience, so that the combination of theory and practice.</p><p>　　Key words: cover timbering; 8.9 meters large mining height are broken; The four connec

10、ting rod; Pillar; Optimization design; The intensity </p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 項目立項的背景1</p><p>　　1.2 國內外概況、水平及發(fā)展趨

11、勢2</p><p>　　1.3 液壓支架的設計目的、要求和基本參數3</p><p>　　1.3.1 設計目的3</p><p>　　1.3.2 對液壓支架的基本要求4</p><p>　　1.3.3 設計液壓支架必需的基本參數4</p><p><b>　　1.4本章小結4</b>

12、</p><p>　　2 液壓支架的總體設計5</p><p>　　2.1 架型確定5</p><p>　　2.2 液壓支架基本技術參數的確定5</p><p>　　2.2.1 支護高度5</p><p>　　2.2.2 支架伸縮比6</p><p>　　2.2.3 支架中心距的確定

13、6</p><p>　　2.2.4 底座主要尺寸的確定6</p><p>　　2.3 四連桿機構的設計7</p><p>　　2.3.1 四連桿機構的作用7</p><p>　　2.3.2 掩護梁和后連桿長度的確定9</p><p>　　2.3.3 幾何作圖法作圖過程10</p><

14、p>　　2.4 頂梁主要尺寸的確定12</p><p>　　2.4.1 掩護式頂梁長度的計算12</p><p>　　2.4.2 頂梁面積13</p><p>　　2.4.3 支架的支護面積13</p><p>　　2.4.4 頂板覆蓋率13</p><p>　　2.5 立柱位置的確定14</p

15、><p>　　2.5.1 立柱布置14</p><p>　　2.5.2 立柱柱窩位置的確定14</p><p>　　2.6 本章小結17</p><p>　　3 液壓支架的部件結構設計18</p><p><b>　　3.1 頂梁18</b></p><p><

16、b>　　3.2 底座19</b></p><p><b>　　3.3 立柱20</b></p><p>　　3.4 千斤頂22</p><p>　　3.4.1 推移千斤頂22</p><p>　　3.4.2 平衡千斤頂22</p><p>　　3.5 側護板22<

17、;/p><p>　　3.5.1側護裝置作用22</p><p>　　3.5.2 頂梁和掩護梁的側護板種類選擇22</p><p>　　3.6 本章小結23</p><p>　　4 液壓支架基本技術參數24</p><p>　　4.1 液壓支架基本技術參數的確定24</p><p>　　4.

18、1.1 支護強度確定24</p><p>　　4.1.2 支架的理論支護阻力24</p><p>　　4.1.3 初撐力25</p><p>　　4.1.4 移架力和推溜力25</p><p>　　4.2 支柱及相關液壓系統參數確定25</p><p>　　4.2.1 確定立柱的技術參數25</p&g

19、t;<p>　　4.2.2 立柱的初撐力與泵站的額定工作壓力26</p><p>　　4.2.3 安全閥壓力和立柱工作阻力的確定26</p><p>　　4.3 千斤頂技術參數確定27</p><p>　　4.3.1 推移千斤頂27</p><p>　　4.3.2 平衡千斤頂27</p><p>

20、;　　4.4 支架參數確定29</p><p>　　4.5 本章小結30</p><p>　　5 液壓支架受力分析31</p><p>　　5.1 液壓支架工作狀態(tài)31</p><p>　　5.2 計算載荷的確定31</p><p>　　5.3 液壓支架的受力分析32</p><p>

21、;　　5.4 本章小結38</p><p>　　6 支架強度校核39</p><p>　　6.1 強度條件39</p><p>　　6.2 立柱及液壓缸強度校核40</p><p>　　6.2.1 油缸的穩(wěn)定性驗算40</p><p>　　6.2.2 活塞桿強度計算42</p><p&g

22、t;　　6.2.3 活塞桿的導向套44</p><p>　　6.2.4 缸體強度驗算44</p><p>　　6.3 掩護梁的強度校核48</p><p>　　6.4 本章小結51</p><p>　　7 液壓支架的液壓系統52</p><p>　　7.1 立柱和千斤頂52</p><p

23、>　　7.2 支架液壓閥53</p><p>　　7.2.1 液控單向閥54</p><p>　　7.2.2 安全閥54</p><p>　　7.2.3 操縱閥54</p><p>　　7.3 液壓支架液壓原理圖55</p><p>　　7.4 本章小結55</p><p>　

24、　8大采高液壓支架穩(wěn)定性分析56</p><p>　　8.1 大采高支架橫向穩(wěn)定性問題的分析56</p><p>　　8.2 大采高支架縱向穩(wěn)定性問題的分析57</p><p>　　8.3 提高支架抗沖擊能力的關鍵技術措施58</p><p>　　8.4 大采高工作面煤壁穩(wěn)定性分析58</p><p>　　8

25、.5 提高支架橫向、縱向穩(wěn)定性的技術措施59</p><p>　　8.6 本章小結60</p><p><b>　　總結61</b></p><p><b>　　參考文獻62</b></p><p><b>　　致 謝63</b></p><p&

26、gt;<b>　　附錄A64</b></p><p><b>　　附錄B68</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 項目立項的背景</p><p>　　綜合機械化采煤是煤礦開采技術現代化的重要標志，近二十多年來，世界各主要產煤國家

27、如美國、澳大利亞、南非等為了提高工作面的自動化程度、降低生產成本，都在積極發(fā)展適應各自地質條件的高產高效綜采設備，使工作面產量紀錄不斷刷新，取得了舉世矚目的成就。</p><p>　　晉城煤業(yè)集團從上世紀 80 年代開始采用綜合機械化采煤方法以來，先后采用了分層綜采和放頂煤綜采技術開采厚煤層，并取得了較好的經濟和社會效益。寺河煤礦和神東煤礦近些年來也都不斷刷新大采高紀錄。</p><p>

28、　　大采高開采對我國的煤炭生產具有重大意義。</p><p>　　1）大采高液壓支架的研制是解決工作面瓦斯和粉塵問題的需要</p><p>　　大采高采煤法采用 H 型通風方式，過風斷面大，通風阻力小，容易配風，只要加強機組內外噴霧，在提高機組噴霧的霧化程度的情況下加適當比例的降塵劑，并利用抽放鉆孔進行煤塵注水，降塵效果會更好。</p><p>　　2）　采用大采高

29、一次采全高回采工藝是建設高產高效礦井的需要</p><p>　　煤炭高效集約化生產是世界煤炭工業(yè)發(fā)展的方向。高實踐證明，幾年來，凡是建成高產高效的礦井，安全狀況都有很大的改觀，百萬噸死亡率遠遠低于全國平均水平。</p><p>　　綜采設備問世后，世界上采煤發(fā)達國家普遍推廣使用。發(fā)展高產高效礦井，最大限度地提高礦井經濟效益，已成為煤炭企業(yè)的主要發(fā)展方向，也是衡量一個國家煤炭工業(yè)發(fā)達程度的重

30、要標志。</p><p>　　3）研制開發(fā)厚煤層一次采全高液壓支架是發(fā)展民族工業(yè)的需要</p><p>　　我國是世界煤礦機械生產制造大國，已有部分產品出口國外，本項目在滿足國內煤炭生產需求的同時，還可以發(fā)揮技術和價格優(yōu)勢將高端產品打入國際市場，提高我國煤機出口商品國際競爭能力。</p><p>　　綜上所述。大力研發(fā)大采高開采技術是十分必要的，而大采高液壓支架作為

31、大采高開采必不可少的關鍵技術所在，更應大力去研究。</p><p>　　本次設計取題四盤區(qū)煤礦，四盤區(qū)煤層厚度普遍在8~9.4m，平均8.9m，且賦存穩(wěn)定，煤層硬度大、韌性高，埋深平均208.7m，屬于近淺埋深特厚煤層。針對這類煤層的回采問題，關鍵是解決采法問題。</p><p>　　根據目前采煤技術的發(fā)展趨勢結合神東礦區(qū)的經驗，可采用的采煤方法主要是大采高綜采、大采高綜放開采和分層大采高

32、開采。本次課題只研究大采高綜采。</p><p>　　1.2 國內外概況、水平及發(fā)展趨勢</p><p>　　2010年前，以長壁高效綜采為代表的煤炭井工開采技術取得前所未有的新進展。高效綜采發(fā)展主要體現在以下三方面：一是綜采工作面生產能力大幅度提高，采區(qū)范圍不斷擴大，出現了 "一礦一面" 年產數百萬噸煤炭的高產高效和集約化生產模式；二是高效綜采裝備和開采工藝不斷完善，

33、推廣使用范圍不斷擴大，中厚煤層開采,厚煤層一次采全高開采和薄煤層全自動化生產等技術并實現了綜采工作面生產過程自動化，大型綜采礦井技術經濟指標已經達到大型先進露天礦水平。鑒于我國煤炭為主的能源結構和當前煤炭需求快速增長，高效綜采也將成為能源開發(fā)技術重要的競爭領域。</p><p>　　1)　國外技術發(fā)展趨勢</p><p>　　二十世紀末期以來，高新技術不斷向傳統采礦領域滲透,美、澳、英、德

34、等國家采用了大功率可控傳動、微機工況監(jiān)測監(jiān)控、自動化控制、機電一體化設計等先進技術適應不同煤層條件的高效綜采大型設備。新型綜采設備在傳動功率、設計生產能力大幅度增加的同時，設備功能內涵發(fā)生重大突破，并實現了綜采生產過程的自動化控制。</p><p>　　美國長壁綜采工作面的產量一直處于世界領先地位。 澳大利亞近十多年來綜采技術發(fā)展很快，長壁工作面數量成倍增長，部分工作面產量達到了 300~400 萬噸。英國

35、和德國是世界上綜采技術裝備最先進的國家，由于受其煤層賦存條件的限制，其高產高效工作面紀錄不如美國和澳大利亞，但世界著名的采煤機械公司主要集中在德國和英國。 </p><p>　　2)　國內技術發(fā)展情況</p><p>　　國內研制大采高支架起始于八十年代，發(fā)展于九十年代后期。先后研制的幾種支架等均在一定程度上獲得了成功。</p><p>　　隨著液壓支架技術的發(fā)展，

36、國內近幾年在大采高液壓支架的設計、加工、檢驗及控制系統等方面都有了很大的提高，為成功研制大采高支架提供了可靠的技術保障。其中結構件材料，大缸徑立柱的設計與加工，設計手段，檢驗手段，控制系統及密封圈等關鍵技術都取得了長足的進步。</p><p>　　3)　綜采工作面液壓支架與國外比較存在的主要差距</p><p>　　近幾年，國內液壓支架設計與制造技術迅速提高，但大采高液壓支架總體技術與國際

37、先進水平還有一定差距，國產液壓支架與進口支架在結構件選材、焊接工藝技術及質量控制、液壓密封元件、電液控制系統等方面存在急需解決的技術難題，見表1.1</p><p>　　表1-1　國內外大采高液壓支架技術比較</p><p>　　Table 1-1 at home and abroad with large mining height hydraulic support technolog

38、y is relatively</p><p>　　1.3 液壓支架的設計目的、要求和基本參數</p><p>　　1.3.1 設計目的</p><p>　　目前，國內已經具備了設計和生產大工作阻力、大采高液壓支架的能力。但即便如此，在目前技術水平條件下采用大采高一次采全高8.9米是不可行的。若想采用大采高綜采，只能考慮重新研究開發(fā)割煤高度超過8m甚至達到8.9m的

39、超大采高綜采技術，相關的采煤機、刮板輸送機、液壓支架等均需經過系統論證和研發(fā)。本文將設計一款支護高度滿足8.9米大采高綜采的液壓支架。</p><p>　　1.3.2 對液壓支架的基本要求</p><p>　　1．為了滿足采煤工藝及地質條件的要求，液壓支架要有足夠的初撐力和工作阻力，以便有效的控制頂板，保證合理的下沉量。</p><p>　　2．液壓支架要有足夠的推

40、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，薄煤層一般為100kN～150kN，中厚煤層一般為150kN至250kN，厚煤層一般為300kN～400kN。</p><p><b>　　3．防矸性能要好。</b></p><p><b>　　4．排矸性能要好。</b></p><p>　　5．要求液壓支架

41、能保證采煤工作面有足夠的通風斷面，從而保證人員呼吸、稀釋有害氣體等安全方面的要求。</p><p>　　6．為了操作和生產的需要，要有足夠寬的人行道。</p><p>　　7．調高范圍要大，照明和通訊方便。</p><p>　　8．支架的穩(wěn)定性要好，底座最大比壓要小于規(guī)定值。</p><p>　　9．要求支架有足夠的剛度，能夠承受一定的不均勻

42、載荷。</p><p>　　10.在滿足強度條件下，盡可能減輕支架重量。</p><p>　　11. 要易于拆卸，結構要簡單。</p><p>　　12. 液壓元件要可靠。</p><p>　　1.3.3 設計液壓支架必需的基本參數</p><p>　　根據已知采高5.35~9.86m、傾角5°、頂板Ⅲ類二級

43、，一級地板。煤層頂板巖性以砂巖為主，部分區(qū)域存在偽頂，底板以砂巖為主，部分區(qū)域存在較薄的泥巖層。設計滿足大采高一次性采全高支護高度的液壓支架。</p><p><b>　　1.4本章小結</b></p><p>　　本章交代了設計課題的背景，國內外發(fā)展現狀以及國內外相關技術的差距，并給出了設計任務的基本要求。</p><p>　　2 液壓支架的

44、總體設計</p><p><b>　　2.1 架型確定</b></p><p>　　國內外大采高綜采支架的成熟經驗，多采用兩柱掩護式支架，原因如下：</p><p>　?、賰芍谧o式支架較四柱式支架重量輕、伸縮比大，升、降、移架速度快；</p><p>　　②支撐合力距離煤壁近，能給頂板向煤壁方向的推力，頂梁合力作用點靠

45、近煤壁，有利于維護頂板的完整性；</p><p>　　③兩柱式支架支護效率要高于四柱式支架；</p><p>　　④盡管掩護式支架底板比壓要高于支撐掩護式，但提底座機構的應用擴大了掩護式支架的應用范圍。</p><p>　　綜上所述，本次設計選取二柱式掩護式液壓支架。</p><p>　　2.2 液壓支架基本技術參數的確定</p>

46、<p>　　2.2.1 支護高度</p><p>　　支架高度的確定原則，應根據所采煤層的厚度，采區(qū)范圍內的地質條件的變化等因素來確定，考慮偽頂、煤皮冒落后仍有可能初撐力所需要的支撐高度，確定其最大與最小高度為：</p><p><b>　　式中：取；</b></p><p>　　說明：支架計算高度為支架高度減去掩護梁上鉸點至頂梁

47、頂面之距和后連桿下鉸點至底座底面之距。</p><p><b>　　式中參數如下： </b></p><p>　　—— 支架最大高度；</p><p>　　—— 支架最小高度；</p><p>　　—— 支架最高位置時的計算高度；</p><p>　　—— 支架最低為之時的計算高度；</p&

48、gt;<p>　　—— 掩護梁上鉸點至頂梁頂面之距，取350mm；</p><p>　　—— 后連桿下鉸點至底座底面之距，取1500mm；</p><p>　　2.2.2 支架伸縮比</p><p>　　支架的伸縮比值最大與最小支架高度之比值即：</p><p><b>　　（2-1）</b></p&

49、gt;<p>　　由于液壓支架的使用壽命較長，并可能被安裝在不同采高的采煤工作區(qū)，所以，支架應具有較大的伸縮比。一般取值范圍為1.5～2.5，煤層較薄時應選用大值。所計算伸縮比符合要求。</p><p>　　2.2.3 支架中心距的確定</p><p>　　在支架采高一定的前提下，支架越寬，支架的穩(wěn)定性越好。大采高工作面由于采高較大，支架的穩(wěn)定性成為急需解決的難題，所以現在的

50、大采高兩柱掩護式支架開始向大中心距方向發(fā)展。采用2.25m的中心距后，不但可以大大提高支架的穩(wěn)定性，而且可以減少支架數量，簡化電液控制系統，降低設備投入成本，提高移架速度。</p><p>　　根據1-2號煤層的頂板條件和國內外高產高效礦井的成功經驗、發(fā)展方向，選用支架中心距為2.25m。</p><p>　　2.2.4 底座主要尺寸的確定</p><p><

51、b>　　底座長度</b></p><p>　　底座是將頂板壓力傳遞到底板和穩(wěn)定支架的作用。在設計支架底座的長度時，應考慮如下方面：支架對底板的接觸比壓要小；支架內部應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。</p><p>　　因此，通常掩護式支架的底座長度取3.5倍的移架步距（一個移架步距為0.96m）， 取

52、3360mm，考慮到本次液壓支架支護高度過高，并參考目前國內最大采高的7米液壓支架，為提高支架穩(wěn)定性，取5000mm</p><p><b>　　底座寬度</b></p><p>　　支架底座寬度一般為1.1～1.2m。為提高橫向穩(wěn)定性，減少對底板的比壓，厚煤層支架可達1.3m左右；本次設計較為特殊，由于采高底座過長，所以取2.2米底座寬度提高穩(wěn)定性。通過比較，本設計

53、取底座長度取5100mm；寬度為2100mm。</p><p>　　2.3 四連桿機構的設計</p><p>　　2.3.1 四連桿機構的作用</p><p>　　四連桿機構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，其一是當支架由高到低變化時，借助四連桿機構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

54、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。</p><p>　　下面通過四連桿機構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動作過程的必然結果。</p><p>　　1）支架高度在最大和最小范圍內變化時，如圖2-1所示，頂梁端點運動軌跡的最大寬度e應小于或等于70mm，最好在30mm以下。</p><p>　　2）支架在最高

55、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3-1所示,應滿足如下要求:</p><p>　　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,根據物理學摩擦理論可知,要求,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，一般去，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。</p><p&

56、gt;　　3）從圖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Q。設計時，要使Q角滿足tanQ的范圍，其原因是Ｑ角直接影響支架承受附加力的數值大小。 </p><p>　　圖2－1四連桿機構幾何特征</p><p>　　Fig 2-1 four-bar linkage geometric features</p><p>　　4）頂梁前端點運動軌跡

57、雙鈕線向前凸的一段為支架最佳工作段，如圖2-1所示的h段。其原因是頂板來壓時，立柱讓下縮，使頂梁有向前移的趨勢，可防止巖石向后移動，又可以使作用在頂梁上的摩擦力指向采空區(qū)。同時底板阻止底座向后移，使整個支架產生順時針轉動的趨勢，從而增加了頂梁前端的支護力，防止頂梁前端上方頂板冒落，并且使底座前端比壓減少，防止啃底，有利移架。水平力的合力也相應減少，所以減輕了掩護梁外負載。</p><p>　　從以上分析得知，為使

58、支架受力合理和工作可靠，在設計四連桿機構的運動軌跡時，應盡量使e值減少。當已知掩護梁和后連桿的長度后，在設計時只要把掩護梁和后連桿簡化成曲柄滑塊機構，如圖2-2所示：</p><p>　　圖2－2掩護梁和后連桿構成曲柄滑塊機構</p><p>　　Fig2-2 Shield Beam and slider-crank mechanism constituting the rear link

59、</p><p>　　2.3.2 掩護梁和后連桿長度的確定 </p><p>　　用解析法來確定掩護梁和后連桿的長度，如圖2－3所示。</p><p>　　圖2－3 掩護梁和后連桿計算圖</p><p>　　Fig 2-3 Shield Beam and rear link calculation map</p><p

60、><b>　　設：</b></p><p>　　G —— 掩護梁長度（mm）</p><p>　　A —— 后連桿長度（mm）</p><p>　　其中：—支架最高位置時，掩護梁與頂梁夾角(度)</p><p>　　—支架最低位置時，掩護梁與頂梁夾角(度)</p><p>　　—— 支架最高

61、位置時，后連桿與底平面夾角（度）</p><p>　　—— 支架最低位置時，后連桿與底平面夾角（度）</p><p>　　按四連桿機構的幾何特征要求：</p><p>　　1）支架在最高位置時，；。</p><p>　　2）后連桿與掩護梁的比值，掩護式支架為。</p><p>　　3) 前、后連桿上的鉸點之距與掩護梁的

62、比值為。</p><p>　　4）點的運動軌跡呈近似雙紐線，支架由高到低雙紐線運動軌跡的最大寬度，最好在30mm以下。</p><p>　　5）支架在最高位置時值應小于0.35。</p><p>　　圖2－4 四連桿機構幾何特征圖</p><p>　　Fig2-4 four-bar linkage geometric characterist

63、ics Figure</p><p>　　支架在最高位置時選定，由于支架型式不同，對于掩護式支支架,一般A/G的比值按以下范圍來?。?lt;/p><p>　　A/G=0.45～0.61,取A/G=0.47</p><p>　　支架在最高位置時有： </p><p><b>　?。?-2）</b></p>&l

64、t;p><b>　　因此掩護梁長度為：</b></p><p>　　后連桿長度為：A=0.47G= 2750mm</p><p>　　取整得：G＝5851mm，A＝2750mm。 </p><p>　　2.3.3 幾何作圖法作圖過程</p><p>　　用幾何作圖法確定四連桿機構的各部尺寸，具體作法如圖2－5所示。

65、</p><p><b>　　具體作圖步驟如下：</b></p><p>　　1) 確定后連桿下鉸點O點的位置，使它比底座面高1500mm。</p><p>　　2) 過O點作與底座面平行的水平線H—H線。</p><p>　　3) 過O點作與H—H線的夾角為Q1的斜線。</p><p>　　4)

66、 在此斜線截取線段，長度等于A,a點為支架在最高位置時后連桿與掩護梁的鉸點。</p><p>　　5) 過a點作與H—H線有交角P1的斜線，以a點為圓心，以G點為半徑作弧交些斜線一點e′此點為掩護梁與頂梁的鉸點。</p><p>　　6) 過e′點作H—H線的平行線，則HH線與F—F線的距離為H1，為液壓支架的最高位置時的計算高度。</p><p>　　7) 以a點

67、為圓心，以0.22G長度為半徑作弧，在掩護梁上交一點b,為前連桿上鉸點的位置。</p><p>　　8) 過O點作與H—H線夾角為Q2的斜線。</p><p>　　9) 在此斜線上截取線段〞. 〞的長度等于A，a〞點為支架降到最低位置時，掩護梁與后連桿的鉸點。</p><p>　　10) 過a〞點作與H—H線有交角P2的斜線，以a〞點為圓心，以G為半徑作弧交些斜線一

68、點e〞，此點為支架在最低位置時，頂梁與掩護梁的鉸點。</p><p>　　11) 以a〞為圓心以0.22G長度為半徑作弧，在掩護梁上交一點b〞，為支架在最低位置時前連桿上鉸點的位置。</p><p>　　12) 取〞線之間一點e〞為液壓支架降到此高度時掩護梁與頂梁鉸點。</p><p>　　13) 以O為圓心，為半徑圓弧。</p><p>　

69、　14) 以e〞點為圓心，掩護梁長ˊ為半徑作弧，交前圓弧上一點aˊ，以點為液壓支架降到中間某一位置時，掩護梁與后連桿的鉸點。</p><p>　　15) 以ˊ連線，并以aˊ點為圓心，ab長為半徑作弧，交〞上一點bˊ點。則b， bˊ,b〞三點為液壓支架在三個位置時 ，前連桿上鉸點。</p><p>　　16) 由b， bˊ,b〞三點確定的圓心C，為前連桿下鉸點位置。</p>&

70、lt;p>　　17) 過C點H－H線作垂線，交點d，則線段,,,,和為液壓支架四連桿機構。</p><p>　　18) 按以上初步求出的四連桿機構的幾何尺寸，再用幾何作圖法畫出液壓支架掩護梁與頂梁鉸點eˊ的運動軌跡，只要逐步變化四連桿機構的幾何尺寸，便可以畫出不同的曲線，再按四連桿機構的幾何特征進行校核，最終選出較優(yōu)的四連桿機構尺寸。</p><p>　　圖2－5 液壓支架四連桿機構

71、的幾何作圖法</p><p>　　Fig 2-5 hydraulic support linkage mechanism geometric mapping</p><p>　　按照以上作圖步驟，利用CAXA計算機繪圖軟件，作出液壓支架四桿機構位置及尺寸。</p><p>　　應用幾何作圖法得出四連桿各參數如下：</p><p><b&

72、gt;　　，</b></p><p><b>　　，</b></p><p>　　后連桿長度A=2750mm</p><p>　　掩護梁長度G=5851mm</p><p>　　前連桿長度C=3071mm</p><p>　　前后連桿下鉸點底座投影距離E=1719mm</p>

73、;<p>　　前連桿下鉸點高度D=935mm</p><p>　　2.4 頂梁主要尺寸的確定</p><p>　　2.4.1 掩護式頂梁長度的計算</p><p>　　頂梁長度＝[配套尺寸＋底座長度＋]－[]＋掩護梁與頂梁鉸點至頂梁后端點之距（mm）</p><p><b>　?。?-3） </b><

74、/p><p>　　式中：由于8.9米大采高采煤機尚未研制，神東已經開始類似項目，預計配套尺寸可能達到5M左右，故配套尺寸取5000mm。</p><p>　　底座長度 —— 底座前端至后連桿下鉸點之距取5100mm</p><p>　　e —— 支架由高到低頂梁前端點最大變化距離取45mm</p><p>　　、 —— 支架在最高位置時，分別為后

75、連桿和掩護梁與水平面的夾角</p><p>　　2.4.2 頂梁面積</p><p>　　A=× （2-4）</p><p>　　式中： —— 頂梁長度mm</p><p>　　—— 頂梁寬度mm,在本次設計中頂梁寬度為2100mm</p><p>　

76、　代入公式（2-11）得</p><p>　　A=6492×2300=≈13.63</p><p>　　2.4.3 支架的支護面積</p><p>　　(2-5) </p><p>　　式中： —— 支護面積 </p><p>　　Δ —— 移架后頂梁前

77、端點到煤壁的距離 m,取Δ=</p><p>　　—— 支架間距（支架中心距），本次設計為2.25米</p><p>　　代入公式(4-1)得：</p><p>　　= 2250×(6492＋800)=16.41</p><p>　　2.4.4 頂板覆蓋率δ</p><p>　　δ=A/×100%

78、 (2-6) </p><p>　　式中： δ —— 頂板覆蓋率</p><p>　　A —— 頂梁面積 </p><p><b>　　—— 支護面積 </b></p><p><b>　　代入2

79、-5公式得：</b></p><p>　　δ=13.33/16.40×100%=82%</p><p>　　覆蓋率應該滿足頂板性質的要求，一般，不穩(wěn)定的頂板；中等穩(wěn)定頂板；穩(wěn)定頂板為；堅硬頂板。</p><p>　　2.5 立柱位置的確定</p><p>　　2.5.1 立柱布置</p><p>

80、<b>　　掩護式支架為二柱。</b></p><p>　　支撐方式:掩護式支架為傾斜布置，這樣可克服一部分水平力，并能增大調高范圍。一般立柱軸線與頂梁的垂線夾角小于（支架在最低工作位置時,本次設計取10），由于角度較大，可使調高范圍增加。同時由于頂梁較長，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。</p><p>　　2.5.2 立柱柱窩位置的確定

81、</p><p>　　a、掩護式支架柱窩位置的確定:</p><p>　　掩護式液壓支架立柱上、下柱窩位置的確定，對液壓支架能否正常工作，極為重要。為此，在設計時，必須根據頂板載荷分布和底板條件，先確定支架頂梁的支撐力分布和底座對底板的比壓分布，使支架能適應工作面條件的要求，從此來確定立柱上，下柱窩的位置。</p><p>　　b、立柱上柱窩位置的確定:</p

82、><p>　　液壓支架立柱上柱窩位置的確定原則，從理論上分析，要使頂梁支撐力分布與頂梁載荷分布一致。但頂板載荷分布復雜，分布規(guī)律因支架頂梁與頂板的接觸情況而異。為了簡化計算，假定頂梁與頂板均勻接觸，載荷沿頂梁長度方向按線性規(guī)律變化，沿支架寬度方向分布。把支架的空間桿系結構簡化成平面桿系結構。同時為偏于安全，可以認為頂梁前端載荷為零，載荷沿頂梁長度方向想后越來越大呈三角形分布，并按集中載荷計算，所以，支架支撐力分布也為

83、三角形，以此計算立柱上柱窩位置。此時認為支架頂梁承受集中載荷F1在頂梁1/3初，取頂梁為分離體，受力情況如圖2-6所示：</p><p><b>　　圖2-6</b></p><p><b>　　Fig2-6</b></p><p><b>　　對A點取矩：</b></p><p&

84、gt;<b>　?。?-7）</b></p><p><b>　　（2-8）</b></p><p><b>　　式中 :</b></p><p>　　—— 立柱上柱窩至頂梁和掩護梁鉸點之距（m）</p><p>　　F1 ——支架支護阻力（KN）， （KN）</p&g

85、t;<p>　　Q ——支架最大支護強度（）</p><p>　　Fc ——支護面積（）</p><p>　　Lg ——頂梁長度（不包括頂梁與掩護梁鉸點至頂梁后端之距）（m）</p><p>　　Pt ——立柱工作阻力之和（KN）</p><p>　　——頂梁和掩護梁鉸點至頂梁頂面之距（m）</p><p&g

86、t;　　——立柱上柱窩中心至頂梁頂面之距（m）</p><p>　　——立柱在最高位置時的傾角（度）</p><p><b>　　已知：</b></p><p>　?。?；</p><p>　?。?；</p><p><b>　　； ；

87、</b></p><p>　??； </p><p><b>　　代入公式2-9得：</b></p><p><b>　　=1664mm</b></p><p>　　立柱下柱窩位置的確定:</p><p>　　立柱下窩位置得確定，要由利于

88、移架，使底座前端比壓小，同時考慮柱前行人和支架得調高范圍以及下窩柱與前連桿下鉸點的距離，一般按支架最低工作位置時，立柱最大傾角應按小于來考慮。</p><p>　　按幾何關系計算立柱下柱窩位置：</p><p><b>　　代入數據：</b></p><p>　　3215mm （2-9）</p><p

89、><b>　　式中:</b></p><p><b>　　——支架最小高度</b></p><p><b>　　G ——掩護梁長度</b></p><p><b>　　A ——后連桿長度</b></p><p>　　——支架最低位置時，后連桿與水平面

90、的夾角</p><p>　　——支架最低位置時，立柱傾角</p><p>　　——支架最低位置時，掩護梁與水平面的夾角</p><p>　　——立柱下柱窩中心至底座底面距離</p><p><b>　　2.6本章小結</b></p><p>　　本章內容為液壓支架的總體設計，首先確定所設計支架類型

91、。之后通過比較分析和計算，初步確定了底座。伸縮比，四連桿機構，頂梁等部分的尺寸，然后計算了支護面積，頂板覆蓋率，最后對立柱柱窩的位置進行了確定。3 液壓支架的部件結構設計</p><p><b>　　3.1 頂梁</b></p><p>　　頂梁是頂板直接接觸的部件，除要滿足一定的剛度和強度要求外，還要保證支護頂板的需要，如：足夠的頂板覆蓋率；同時要適應頂板的不平整性

92、，避免因局部應力而引起損壞。頂梁的結構型式。頂梁的結構型式主要有支撐式支架頂梁、掩護式支架頂梁、支撐掩護式支架頂梁，結構形式。本設計支架是掩護式支架，選用掩護式支架頂梁。掩護式支架頂梁又可分為平衡式頂梁、潛入式頂梁、鉸結式頂梁帶、帶前梁的鉸結式頂梁和帶伸縮前梁的鉸結式頂梁。</p><p>　　各頂梁特點：平衡式頂梁，能在頂板凹凸變化時自取平衡，單頂梁后部和掩護梁形成三角區(qū)，易被冒落矸石堵住，影響支護效果；潛入式

93、頂梁，頂梁后端為扇形結構，掩護梁可潛入扇形結構內，消除了三角區(qū)；鉸結式頂梁取消了三角區(qū)，用平衡千斤頂調解與頂板的接觸面積；帶前梁的鉸結式頂梁，可提高前梁的支護能力，改善前梁前端的支護效果。</p><p>　　本設計采用鉸結式頂梁。頂梁結構和斷面形狀各類頂梁都為箱式結構，一般由鋼板焊接而成。為加強結構的剛度，在上下蓋板之間焊有加強筋板，構成封閉式棋盤型。頂梁前端呈滑撬式或圓弧，以減少移架阻力。在頂梁下面焊有鑄鋼柱

94、窩，柱窩兩側有孔，用鋼絲繩或銷軸把立柱和頂梁連接起來。掩護式支架在頂梁后端有銷孔，通過銷軸與掩護梁上的銷釘相連。</p><p>　　頂梁是與頂板直接接觸的構件，除滿足一定的剛度和強度要求外，還要保證支護頂板的需要，如：有足夠的頂板覆蓋率；同時要求適應頂板的不平衡性，避免因局部應力而引起壞。</p><p>　　本支架為支頂掩護式支架，故采用剛性整體頂梁，如下圖2-3所示，各類頂梁都為箱式

95、結構，一般有鋼板焊接而成。為加強結構的剛度，在上下蓋板之間焊有加強筋板，構成封閉式棋盤形。頂梁前端呈滑撬式或圓弧形，以減少移架阻力。在頂梁下面焊有鑄鋼柱窩，柱窩兩側有孔，用鋼絲繩或銷軸把立柱和頂梁連接起來。掩護式支架在頂梁后端有銷孔。</p><p><b>　?。?） 閉式頂梁</b></p><p>　　閉式頂梁為頂梁上下蓋板與筋板焊接成封閉型，如圖3－1所示。&

96、lt;/p><p>　　圖 3－1 頂梁筋板焊接圖</p><p>　　Fig 3-1 top beam welding ribs Figure</p><p>　　一種為立筋突出型，如圖3－1a所示，增加了焊接強度；另一種為立筋凹下，焊接后使頂梁平整，單焊接強度不如前一種，如圖3－1b所示。</p><p><b>　　（2）開式頂梁

97、</b></p><p>　　開式頂梁結構如圖3－2所示。</p><p>　　圖 3－2頂梁開式立筋型式</p><p>　　Fig3-2 Roof Beam open stud type</p><p>　　開式頂梁的特點，可減輕頂梁重量，增強頂梁的抗彎強度。對于掩護式支架，為便于側護板能自由伸縮，要在頂梁頂板上加焊一塊。比側

98、護板鋼板厚的鋼板，稱為頂板。，同時加強了頂梁的結構剛度。</p><p><b>　　3.2 底座</b></p><p>　　支架的結構型式通常有三種類型。</p><p><b>　?。?） 整體剛性</b></p><p>　　整體剛性底座的特點與適用條件：底座用鋼板焊接成箱形結構，底部封閉

99、，具有整體性強、強度高、穩(wěn)定性好，對底座比壓小的特點；排矸性能差，容易堵卡，損壞推移機構部件；多用于支撐掩護式、掩護式或垛式支架；適用于頂板比較松軟，采高與傾角大以及頂板</p><p><b>　?。?） 分式剛性</b></p><p>　　分式剛性底座的特點與適用條件：底座左右對稱的兩部分，上部用過橋或箱形結構固定連接；這種底座在剛性、穩(wěn)定性和強度等方面基本上

100、與整體剛性底座相同；安裝推移裝置通道的底板不封閉，排矸性能好，有利于保證推移裝置的正常工作；底座面積小，一般不宜用在底板松軟條件；適用于支撐掩護式、掩護式或垛式等各類支架。</p><p><b>　　（3） 左右分體</b></p><p>　　左右分體支架的特點與適用條件：由左右兩個獨立而對稱的箱形結構件組成，兩部分之間用鉸結過橋或連桿連接，并可在一定范圍內擺動

101、，對不平底板適應性較好；底座中部的排矸性能好；底座底面積小，底座比壓較大，不宜用在松軟底板；穩(wěn)定性差，不宜用在大高度、大傾角液壓支架；多用于掩護式或支撐掩護式支架。本設計選用了整體式剛性底座，并在底座之間下部加焊了兩塊鋼板，以增強底座的適應性。</p><p><b>　　3.3 立柱</b></p><p>　　立柱是支架的承壓構件，它長期處于高壓受力狀態(tài)，它除應具

102、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，結構要簡單，并能適應液壓支架工作要求</p><p>　　立柱按動作方式，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。</p><p>　　本支架在設計中采用了雙伸縮式立柱。該立柱結構如圖3-3：</p><p><b>　　圖3

103、-3</b></p><p><b>　　Fig 3-3</b></p><p>　　立柱的結構由缸體、活塞、缸口和活塞桿等組成。</p><p>　　缸體是立柱的承壓部件。一般用27SiMn無縫鋼管制成。缸體內表面是活塞的密封表面，所以要求很高的加工精度。</p><p>　　活塞是立柱的關鍵元件，對它的主

104、要要求是保證密封性能良好，運動表面能承受外力的沖擊。</p><p>　　活塞可以套在活柱上，或直接焊接在活柱上。用鋼制作活塞時，可在活塞上安裝導向環(huán)與缸體內徑配合。導向環(huán)多用塑料制品，也有用銅合金制成。在不承受橫向力或橫向力很小的情況下，可以用保護密封圈的尼龍擋圈兼做導向環(huán)。</p><p>　　活塞靠密封圈密封，密封圈有O型、Y型、U型、V型、鼓型、蕾型等。鼓型密封圈是兩個夾布U型橡膠

105、圈壓制而成的整體實心密封圈，它和兩個L型防擠圈一起使用，適用于工作壓力19.6～58.8MPa，在壓力小于24.5MPa時，可以不加擋圈。它可用于各種活塞上的雙向密封。</p><p>　　蕾型密封圈是一個U型夾布橡膠圈和唇內夾橡膠壓制而成的單向實心密封圈。它適用于裝入各種液壓活塞頭和導向套上，為單向密封。工作壓力小于58.8MPa時，可以不加擋圈。</p><p>　　以上兩種密封圈的使

106、用，簡化了活塞結構，裝配方便，但密封圈本身加工較復雜。</p><p>　　活塞的軸向固定方式由三種：用螺帽加防松螺釘固定；用壓盤和螺釘固定；用半圓環(huán)加彈性擋圈固定。</p><p>　　活柱和活塞桿是立柱傳遞機械力的重要零件，它要能承受壓力和彎曲等載荷作用，必須耐磨和耐腐蝕，可用27SiMn或45號鋼制成。為防止在礦井條件下表面生銹和腐蝕，表面要鍍鉻，并要注意保護，防止外部硬傷。<

107、/p><p>　　缸口用鋼絲擋圈固定，是在導向套外側裝有鋼絲擋圈，內側裝有密封圈和防塵圈。這種結構簡單，裝卸方便，但要求活塞桿外徑與缸體內徑之間有比較大的空間，這種固定方式使用較多。</p><p>　　固定鋼絲和鋼絲擋圈的連接方式，不能耐高壓。當密封液體壓力較高時，可采用半圓環(huán)結構連接方式。</p><p><b>　　立柱工作原理</b><

108、;/p><p>　　當高壓液進入中缸下腔，上腔回液，使中缸伸起，當中缸全部伸出后，中缸下腔壓力增大，當增加到超過底閥彈簧調整壓力值時，底閥打開，高壓液進入上柱下腔，上柱液經中缸上部小孔排出，使上柱伸起，以上為伸柱過程；當需降柱時，高壓液進入中缸上腔，下腔回液，中缸下降，當中缸下降到底時，此時一方面底閥被缸底頂開，另一方面中缸上孔正對上立柱上部進液孔，立柱上部進液孔經中缸小孔進入上腔上部，下腔液經底閥從立柱下部回液孔回

109、液，上柱下降。</p><p><b>　　3.4 千斤頂</b></p><p>　　3.4.1 推移千斤頂</p><p>　　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活塞式。</p><p>　　（1）直接連接方式推移千斤頂的特點：結構簡單，但移架力小于推移力，一般用于支撐式支架。</p>

110、;<p>　　（2）框架連接方式推移千斤頂的特點：移架力大于推溜力，用于掩護式和支撐掩護式。</p><p>　?。?）浮動活塞式推移千斤頂的特點；移架力大于推溜力；通過推桿，千斤頂分別與輸送機、支架相連；多采用浮動活塞千斤頂，減小推溜力；用推桿作導向裝置，抗彎強度高、導向性能好；推桿與千斤頂位于同一軸線，受力較好，但裝置的總長度加大。</p><p>　　按千斤頂的適用性選

111、用框架式推移千斤頂作推移千斤頂。</p><p>　　3.4.2 平衡千斤頂</p><p>　　平衡千斤頂為雙作用缸。</p><p>　　平衡千斤頂鉸結在頂梁和掩護梁之間使掩護式支架構成穩(wěn)定結構；通過它可以調節(jié)頂梁成水平狀態(tài)或所需要的角度，使相鄰支架保持良好的密封狀態(tài)，可以利用雙向控制閥，使平衡千斤頂呈推力或拉力，適應頂板載荷的變化。</p>&l

112、t;p><b>　　3.5 側護板</b></p><p>　　3.5.1側護裝置作用</p><p>　　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；</p><p>　　2)防止支架移架的傾倒；</p><p>　　3)防止支架的傾倒；</p><p><b&

113、gt;　　4)調整支架間距</b></p><p>　　3.5.2 頂梁和掩護梁的側護板種類選擇</p><p>　　1）一側固定另一側活動的側護板，由于固定側護板與梁體焊接在一起，可節(jié)省原梁體的側板，既節(jié)省材料又可加固梁體。在設計時，根據左右工作面來確定左側或右側為活動側護板。一般沿傾斜方向的上方為固定側護板，下方為活動側護板?；顒觽茸o板通過彈簧筒和側推千斤頂與梁體連接，以保

114、證活動側護板與鄰架的固定側護板靠緊。但當改換工作面開采方向時，活動側護板便位于傾斜方向的上方，對調架、防倒等帶來不便，所以很少采用。</p><p>　　2）兩側皆為活動側護板。這種側護板可以適應工作面開采方向變化的要求，有利于防倒和調架。</p><p>　　綜上所述，選擇第二種。</p><p><b>　　3.6本章小結</b></

115、p><p>　　本章以上一章計算結果為基礎，優(yōu)選了液壓支架各部分構件的種類，通過比較分析，優(yōu)化選擇，使各部分結構更能適合實際生產。4 液壓支架基本技術參數</p><p>　　4.1 液壓支架基本技術參數的確定</p><p>　　4.1.1 支護強度確定</p><p>　　采用估算法計算支架支護強度</p><p>&

116、lt;b>　?。?）估算法</b></p><p>　　這種計算方法的基礎認為工作面支架工作阻力應大于冒落帶頂板巖層的重量和基本頂失穩(wěn)時對支架的動載，計算公式為：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　Pm—

117、—工作面支架所需支護強度，MPa；</p><p>　　Kd——基本頂失穩(wěn)時的動載系數，根據大采高綜采工作面礦壓觀測結果，一般為1.26～1.83，根據12106綜采工作面實踐，取1.4；</p><p>　　q冒——冒落帶巖層自重應力，q冒=hγ，γ為頂板巖層容重，取25kN/m；h為煤層冒落帶巖層高度，按松散系數1.2進行計算，冒落帶高度按44.5m。</p><p

118、>　　上灣煤礦四盤區(qū)1-2煤層平均厚度8.9m，動載系數需要考慮較大的安全系數，Kd取1.4，則支架支護強度：</p><p>　　=1557.5kN/m2=1.56MPa</p><p>　　4.1.2 支架的理論支護阻力</p><p><b>　　（4-2）</b></p><p>　　式中: F1 —— 支

119、架的理論支護阻力（KN） </p><p>　　—— 支護面積 （） </p><p>　　—— 支護強度 （KN/）</p><p>　　支架在最高處的理論支護阻力為：</p><p>　　=16.4×1560=25584（KN）</p><p>　　根據上述計算結果，8.9m采高工作面支架工作阻力取整為2

120、6000kN。</p><p><b>　　4.1.3 初撐力</b></p><p>　　初撐力大小對支架的支護性能和成本都有很大的影響。較大的初撐力能使支架較快達到工作阻力，減緩頂板的早期下沉速度，增加頂板的穩(wěn)定性。但對乳化液和液壓元件的耐壓要求提高。一般取初撐力為0.6~0.8倍的工作阻力。</p><p>　　根據設計要求：初撐力 =

121、0.7工作阻力 =kN</p><p>　　4.1.4 移架力和推溜力</p><p>　　移架力和推溜力都是有推移千斤頂來決定的，所以要正確地選擇推移千斤頂，一般而言，移架力與支架結構、質量、煤層厚度、頂板性質有關。一般薄煤層支架的移架力為100～150 kN；中厚煤層支架為150～300 kN；厚煤層支架為300～400 kN。推溜力一般為100～150 kN。</p>