后四连杆低位放顶煤液压支架毕业设计说明书.doc

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1、后四连杆低位放顶煤液压支架毕业设计说明书摘 要纵观世界液压支架的发展历史，从1854年英国率先研制成功了液压支架到现在，液压支架的设计研发已经基本成熟。液压支架是机械化采煤的重要设备之一，为此对它的设计研发有重大的意义。本次设计，通过任务书的要求，设计适用于煤层厚度为512米满足底板和顶板要求的的低位放顶煤液压支架。通过对现有低位放顶煤液压支架的分析，优势对比，设计出适合的结构形式，最后对立柱、顶梁、掩护梁和底座进行了强度校核计算。关键字：低位放顶煤液压支架；立柱；顶梁；掩护梁；底座；放煤机构。 Abstract Throughout the development of hydraulic

2、support world history, from 1854 developed the first successful English hydraulic support to the present, hydraulic support design and development has been basically mature. Mechanized coal mining hydraulic support is one of the important equipment, for its design and development of great significan

3、ce. The design, through the mission statement of requirements, design suitable for seam thickness of 5 to 12 meters to meet the requirements of floor and roof caving hydraulic support low.Through the existing low-level caving hydraulic support analysis, advantages compared to design a suitable struc

4、ture, the last of columns, roof beams, beam shield, the base for the strength check calculation.Keywords: Low caving hydraulic support; column; roof beams; shield beam; base; caving agency.目 录 摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 放顶煤综采法的优缺点11.2 放顶煤液压支架的发展历史11.3 放顶煤液压支架结构的基本特点21.4 放顶煤液压支架的分类21.5放顶煤液压支架使用条件和适用范围3

5、1.5.1 放顶煤液压支架使用条件31.5.2 放顶煤液压支架适用范围3第2章 支架的总体方案设计42.1设计任务42.2 支架结构方案设计42.2.1 中反四连杆放顶煤液压支架42.2.2 中正四连杆低位放顶煤液压支架52.2.3 中四连杆低位放顶煤液压支架6第3章 液压支架的整体结构尺寸设计93.1 液压支架设计的基本要求和基本参数93.1.1液压支架的设计目的93.1.2设计时对液压支架的基本要求93.2液压支架的参数确定103.2.1 支架高度103.2.2 支架的伸缩比113.2.3 支架间距的确定123.2.4 底座长度的确定123.3 顶梁长度的确定133.3.1 顶梁的长度计算

6、133.3.2 顶梁宽度143.3.3 顶梁覆盖率143.4立柱位置的确定153.4.1 支架立柱数的确定153.4.2 支撑方式163.4.3 立柱间距163.4.4 立柱柱窝位置的确定16第4章 液压支架的部件结构设计174.1 顶梁174.2 立柱174.3 掩护梁174.4 四连杆机构184.4.1 四连杆机构的作用184.4.2 四连杆机构的几何特征184.4.3 用几何作图法来设计四连杆机构194.5 底座234.6 侧护板234.7 千斤顶244.7.1 推移千斤顶244.7.2 側推千斤顶244.7.3 前梁千斤顶244.7.4护帮千斤顶244.7.5 后推移输送机千斤顶254

7、.8 放煤机构设计26第5章 液压支架受力分析275.1液压支架基本技术参数的确定275.1.1支护强度275.1.2初撑力275.1.3 移驾力和推溜力285.1.4 支柱及相关液压系统参数确定285.2 液压支架立柱强度验算315.2.1已知参数315.2.2油缸稳定性计算325.2.3活塞杆的强度计算33 5.2.4 缸体的强度验算375.2.5液压支架主要技术参数375.3 液压支架受力分析385.3.1支架整体受力分析405.3.2 前梁受力分析415.3.3 顶梁受力分析415.3.4 掩护梁受力分析435.3.5 支架底座受力分析44第6章 支架强度计算476.1强度条件476.

8、2 液压支架的强度校核496.2.1前梁梁强度校核496.2.2顶梁强度校核536.2.3 底座的强度校核596.2.4掩护梁的强度校核65结 论72致 谢73参考文献74CONTENTSAbstractIIThe introduction chapter 111.1The advantages and disadvantages of the caving fully mechanized method11.2The development history of the caving hydraulic support11.3The basic characteristics of the

9、caving hydraulic support structure21.4 The classification of the caving hydraulic support21.5The caving hydraulic support use conditions and applicable scope3 1.5.1 The caving hydraulic support conditions of use3 1.5.2 The caving hydraulic support scope3Overall design of bracket of chapter 242.1 Des

10、ign task42.2 Support structure design4 2.2.1 In the four connecting rod caving hydraulic support4 2.2.2 Chiang kai-shek four-bar low caving hydraulic support5 2.2.3 In the four connecting rod caving hydraulic support low6Chapter 3, the overall structure size of the hydraulic support design993.1 The

11、basic requirement of the hydraulic support design and basic parameters9 3.1.1 The design of hydraulic support9 3.1.2 The design of hydraulic support basic requirements93.2 The parameters of the hydraulic support10 3.2.1 Bracket height10 3.2.2 Stent expansion ratio11 3.2.3 Stent spacing is determined

12、12 3.2.4The determination of base length12 3.3 Determination of top beam length13 3.3.1 The length of the top beam is calculated13 3.3.2 Top beam width14 3.3.3 Top beam coverage14 3.4 column position15 3.4.1 Stents, determine the number of columns15 3.4.2 Strut way16 3.4.3 Column spacing16 3.4.4 Col

13、umn column nest position16Chapter 4 of the hydraulic support parts structure design174.1 Top beam174.2 Column174.3 Cover beam174.4 The four bar linkage18 4.4.1The role of the four bar linkage18 4.4.2The geometrical characteristics of the four bar linkage18 4.4.3With geometric mapping method to desig

14、n a four bar linkage194.5 The base234.6 The side guard234.7 Jack24 4.7.1 Goes on jack24 4.7.2 Side pushing jack24 4.7.3 Before jack liang24 4.7.4 Protection to help jack24 4.7.5 After jack goes on conveyor254.8 Coal mechanism design26Chapter 5 hydraulic support force analysis275.1 The determination

15、of hydraulic support basic technical parameters27 5.1.1 Support strength27 5.1.2 The early support force27 5.1.3 Shift driving force and pushing force28 5.1.4 Pillar and the related parameters in the hydraulic system28 5.2 Hydraulic support pillar strength calculation31 5.2.1The known parameters315.

16、2.2Oil cylinder stability calculation32 5.2.3The strength of the piston rod is calculated33 5.2.4 The strength of the cylinder block37 5.2.5Main technical parameters of hydraulic support37 5.3 Hydraulic support force analysis38 5.3.1Support the overall stress analysis405.3.2 Before the beam force an

17、alysis41 5.3.3 Top beam force analysis41 5.3.4 Cover the beam stress analysis43 5.3.5 Support base of stress analysis44Chapter 6 stent strength calculation476.1 Strength condition476.2 Hydraulic support intensity49 6.2.1Before Liang Liang intensity49 6.2.2Top beam intensity53 6.2.3The strength of th

18、e base respectively59 6.2.4Cover beam intensity65Conclusion72Acknowledgements73Bibliography 74第1章 绪论1.1 放顶煤综采法的优缺点优点：1 生产集中化程度高，大大减少采区数目与工作面的巷道掘进量，以及相应的支护，维护等工作量与材料消耗。2 依靠矿压自动破煤，大大减少设备的动力。缺点：1煤的回收率一般较分层开采时低2 易使顶板矸石与放落的顶煤相混合，使煤的含矸率增加。3 对防火，防尘的要求高。4 受顶板和煤层特性的限制，工作面推进速度也受一定的限制。1.2 放顶煤液压支架的发展历史 放顶煤支架是综采

19、放顶煤技术的核心设备。自20世纪70年代以来，我国放顶煤支架经历了从引进国外的高位开天窗式单输送机放顶煤支架和中位开天窗式双输送机放顶煤支架，到自行研制的四柱支撑掩护式低位放顶煤支架的发展过程，每一次架型的重大改革都带来了放顶煤技术的重大进步，成为放顶煤技术发展阶段的标志。目前，在我国煤矿高位和中位放顶煤支架已被淘汰，在放顶煤工作面推广使用的主导架型有正连杆四柱支撑掩护式低位放顶煤支架、反向四连杆四柱支撑掩护式低位放顶煤支架和单摆杆四柱支撑掩护式低位放顶煤支架7。这三种型式的支架在不同的开采条件下取得良好的效果，为放顶煤技术的发展提供了装备技术的保证。 法国是最早生产和应用放顶煤液压支架的国家

20、，20世纪60年代法国率先研制出节式放顶煤液压支架，开采特厚煤层并获得成功，70年代法国、英国、匈牙利、原联邦德国和前苏联等国家又先后研制出插板式、开天窗式和开后门式放顶煤液压支架，使得特厚煤层开采工艺有了新的突破，量和效率不断提高。我国放顶煤液压支架的研究始于20世纪80年代初，20年来，得到了迅速发展。为适应不同地质和煤层条件的需要，出现了高、中、低放顶煤液压支架并存的局面。低位放顶煤液压支架的放煤口位置低，尺寸大，而且是连续的，多为插板式。无支架背煤煤炭损失，放煤在支架后方，放煤效果好，煤尘小，后输送机外运煤顺利，一般不需要清理后放浮煤。支架尾梁还可以摆动，提高顶煤的回收率。因此，低位放

21、顶煤液压支架一出现，即得到了用户的认可。141.3 放顶煤液压支架结构的基本特点1 一般采用整体性，稳定性及掩护性好的支撑掩护式和掩护式液压支架。2 有较宽敞，便于控制的放煤口以及松动，破碎煤块的辅助装置。3 支架受上部顶板和顶煤放落时的动载影响较大，因此要求支架纵向和侧向稳定性较高。4 支架调高范围要求不严。为使操作，行人等比较方便，支架高度一般为23m。1.4 放顶煤液压支架的分类放顶煤液压支架1.5放顶煤液压支架使用条件和适用范围1.5.1 放顶煤液压支架使用条采用放顶煤综采的4个重要条件是：地质条件适应性，液压支架选型的正确性，采放工艺的合理性和工作面管理的严格性。1.5.2 放顶煤液

22、压支架适用范围1 煤层厚度一般为512m左右，或者厚度变化比较大。2 煤质比较松软，或节理发育，容易在矿压作用下冒落的煤层。3 对于松软和易碎裂煤层，厚度为58m左右时，可选用掩护式支架，采用天窗式结构，如单输送机放顶煤支架；对于煤层较大，煤质较硬，但节理发育，易碎裂的煤层，可用支撑掩护式支架，采用插板式或天窗插板式等结构。4 底板中等稳定以下，可随采随冒。5 工作面倾角一般不大于300。第2章 支架的总体方案设计2.1设计任务 根据已知采高512m、倾角8、顶板，底板允许比压1.96MPa的地质条件，设计低位放顶煤液压支架，通过尾梁的控制实现性能优良的放顶煤要求。2.2 支架结构方案设计低位

23、放顶煤液压支架常见的支撑方式有两柱掩护式和四柱支撑掩护式。根据设计任务，本次设计的液压支架的顶板为2类级，查支护手册选用四柱支撑掩护式液压支架。 通过查阅相关资料，本次设计在以支撑掩护式为设计条件下设计了三种不同形式的结构方案。分别为中（反）四连杆放顶煤液压支架中(正)四连杆放顶煤液压支架、后四连杆放顶煤液压支架。2.2.1 中反四连杆放顶煤液压支架1采用双前连杆和单后连杆结构的宽形反向四连杆机构，布置在前后立柱之间，提高了支架的抗偏载能力和整体的稳定性。2大插板使尾梁放煤机构，其尾梁千斤顶可双位安装，既可支设在顶梁上，也可只设在底座上，一般状态是只设在顶梁上。后部放顶煤空间大，为顺利放煤创造

24、了良好的作业环境，可充分发挥后部输送机的运输能力，操作维修方便。尾梁搬动有利于落煤，插板伸缩值大，放煤口调节灵活，对于大煤块的破碎能力强，可显著提高顶煤的采出率。 3支架为四柱支撑掩护式支架，后排立柱支撑在顶梁与四连杆机构铰接点的后端，可适应外载之中作用变化，切顶能力强。 4顶梁相对较长，掩护空间较大，通风断面大，而且对顶板的反复支撑可使较稳定的顶煤在矿压作用下预先断裂破碎，利于放煤。 5反向四连杆机构经过总体参数优化设计，连杆力较小，是一般正向四连杆机构连杆力的50%70%，支架的结构可靠性高。 6底座对底板比压分配合理，前端比压较小，能适应软底板条件，移架阻力小，有利于顺利移架。14图2-

25、1 中四连杆低位放顶煤液压支架（反向）2.2.2 中正四连杆低位放顶煤液压支架 从实践及全国许多综放工作面生产实践证明，四柱正向四连杆支撑掩护式放顶煤支架在与围岩的相互作用中，普遍存在前后排立柱受力不均衡现象，一般表现为前排立柱受力大，后排立柱受力小，甚至出现后排立柱受拉的现象，在这种工况下，支架的支护能力不能有效发挥，有效支护强度大幅度减小，底座前端对底板比压增大，支架的力学特性恶化，严重时会影响工作面的正常生产和安全。14图2-2 中四连杆低位放顶煤液压支架（正向）通过比较，在放煤机构相同的情况下，因为工作底板较软，因此反向四连杆低位放顶煤液压支架比正向四连杆低位放顶煤液压支架更为适合所给

26、的条件。因此这里选择反向四连杆低位放顶煤液压支架机构。2.2.3 中四连杆低位放顶煤液压支架（摆动式放煤支架） 摆动式放煤机构如下图所示，由放煤千斤顶、小插板千斤顶、放煤摆动板组成，主体是放煤摆动板。放煤摆动板内部有轨道，用以安装小插板，上端铰接在掩护梁放煤口上沿，在中、下部由两个一端固定在底座上的放煤千斤顶推拉，使放煤摆动板上、下摆动，与掩护梁形成一定的角度，用于破碎顶煤和打开整个窗口。 在放煤摆动板内装有可伸缩的小插板，小插板前端设有用于插煤的齿条，齿条下部有耳坐，与插板千斤顶联接。在插板千斤顶作用下，插板伸出或收回，用于启闭局部窗口。22图2-3 摆动式放煤机构图2-4 后四连杆低位放顶

27、煤液压支架 中四连杆低位放顶煤液压支架，它的掩护梁由铰接在顶梁的平衡千斤顶或铰接在底座上的千斤顶支撑。掩护梁下部有可伸缩插板，放煤时收回插板，利用千斤顶的伸缩调整放煤口进行放煤，放煤后伸出插板挡住矸石流入后输送机内。这种结构能够满足放煤工艺，放煤口及工作空间的要求。从支架整体设计看，其横向稳定性差，极易将千斤顶及其支座损坏。 后四连杆低位放顶煤液压支架，支架后部由掩护梁，前后连杆，底座，尾梁行成工作空间，用以放煤和布置后输送机。由尾梁及其千斤顶组成放煤机构，操纵铰接在掩护梁上的尾梁千斤顶，可使尾梁向上转动，以松动顶煤或挡矸。向下转动尾梁时收回插板进行放煤，可视情况反复多次进行放煤。这种架型稳定

28、性好，有利于放煤，放煤口大，操作方便。综合以上三种方案，本次设计选取后四连杆低位放顶煤液压支架形式进行设计。第3章 液压支架的整体结构尺寸设计3.1 液压支架设计的基本要求和基本参数3.1.1液压支架的设计目的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。为了满足对煤炭日益增长的需要，必须大量生产综合机械化 采煤设备，迅速增加综合机械化采煤工作面。而每个综采工作面平均需要安装150台液压支架，可见对液压支架的需求量是很大的。由于不同采煤工作面的顶底板条件、煤层厚度、煤层倾角、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

29、不同结构尺寸的液压支架。因此，液压支架的设计工作时很重要的。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。3.1.2设计时对液压支架的基本要求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，以便有效地控制顶板，保证合理的的下沉量。 2 液压支架要有足够的的推溜力和移架力。推溜力一般为100kN；移架力按煤层厚度而定，薄煤层一般为100150kN，中厚煤层一般为150250kN厚煤层一般为300400kN。3 放矸性能要好。4 排矸性能要好。5 要求液压支架能保证采煤工作面有足够的通风断面，从而保证人员呼吸、稀

30、释有害气体等安全方面的的要求。6 为了操作和生产的需要，要有足够的人行道。7 调高范围大，照明和通信方便。8 支架的稳定性要好，底座最大比压要小于规定值。9 要去支架有足够的刚度，能够承受一定的不均匀载荷和冲击载荷。10 在满足强度的条件下，尽可能减轻支架的重量。11 要易于拆卸，结构简单。12 液压元件要可靠。3.2液压支架的参数确定3.2.1 支架高度支架高度的确定原则，一般应首先确定支架适用煤层的平均采高，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，然后确定支架高度对于大采高支架，按下式确定计算高度，即： 式中 支架最大高度,mm； 支架最小高度, mm； 煤层最大厚度,

31、 mm； 煤层最小厚度, mm； 考虑伪顶、煤皮冒落后仍有可能初撑力所需要的支撑高度，一般取mm； 顶板最大下沉量，一般取mm； 移架时支架的最小可缩量，一般mm； 浮矸石、浮煤厚度，一般取mm。 本次设计给定支架最大高度3000mm，最小高度1600mm。3.2.2 支架的伸缩比支架的伸缩比是指支架的最大与最小高度值之比，即： 支架的最大高度与最小高度之差为支架的调高范围。调高范围越大，支架适用范围越广，但过大的调高范围给支架结构设计造成困难，可靠性降低。由于液压支架的使用寿命要求较长，并可能被安装在不同的采煤工作面，所以，支架应具有较大的伸缩比。在采用双伸缩立柱时，垛式支架的伸缩比为1.9

32、；支撑掩护式支架为 2.5；掩护式支架可达 3。一般范围是1.5 至 2.5，煤层较薄时选大值。但考虑尽量减轻重量采用单伸缩油缸或带机械加长杆来增加调高范围。一般根据单位缸长行程来确定，当范围内可采用单伸缩。由公式（3-1）得 式中 单位缸长行程； 活塞全部伸出时立柱的总长度，mm； 活塞全部缩回时立柱的总长度，mm； 活塞行程，mm。由支架的最大、最小高度，可得活塞的行程为 1500mm；而活塞全部缩回时立柱的总长，暂用支架的最小高度 1700mm。由（3-2）得：支柱应采用双伸缩立柱，但考虑其制造成本及放顶煤液压支架工作条件，选择单伸缩机械加长立柱。3.2.3 支架间距的确定支架中心距一般

33、等于工作面刮板输送机一节溜槽的长度。目前国内外液压支架中心距大部分采用1.5m和1.75m。大采高支架为提高稳定性中心距可采用1.75m，轻型支架为适应中小煤矿工作面快速搬家的要求，中心距可采用1.25m。而一般支架间距，按下式计算：式中 支架间距(支架中心距)，mm； 每架支架顶梁宽度，mm； 相邻支架(或框架)顶梁之间的间隙，mm； 每架所包含的组架的组数或框架数；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相连，因此目前主要根据输送机溜槽每节长度及槽帮上千斤顶联结块的位置来确定，我国刮板输送机溜槽每节长度为1.5m、1.75m,千斤顶联结块位置在溜槽

34、长度的中间，所以除节式和迈步式支架外，支架间距一般为1.5m或1.75m。本文取1.5m。3.2.4 底座长度的确定底座起将顶板压力传递到底板和稳定支架的作用。在设计支架底座的长度时，应考虑如下方面：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、液压控制装置、推移装置和其他辅助装置；便于人员操作和行走；保证支架保持稳定性。通常掩护式支架的底座长度取3.5倍的移架步距（一个移架步距为0.6m）， 即2.1m左右，支撑掩护式支架的底座长度取4倍的移架步距，即2.4m左右。本文设计支架为支撑掩护式，估取底座长度为2400mm。3.3 顶梁长度的确定支架顶梁的长度与配套尺寸有直接关系。

35、同时为了防止当采煤机向支架内倾斜时，采煤机滚筒不截割顶梁，又考虑到采煤机截割时，不一定把煤壁截割成一个平面，所以在设计时，要求顶梁前端距煤壁最小距离为300mm，这个距离叫空顶距。另外，在输送机铲煤板前也留有一定的距离。一般为135150mm，也是为了防止采煤机截割煤壁不齐，给推移输送机留有一定距离。除此以外，所有配套设备包括采煤机和输送机，均要在顶梁掩护下工作，以此来计算顶梁长度。3.3.1 顶梁的长度计算掩护式与支撑掩护式液压支架顶梁长度计算公式：式中 配套尺寸参考原煤炭部煤炭科学研究院编制的综采设备配套图册确定； 底座长度底座前端至连杆下铰点的距离； e支架由高到低顶梁前端点最大变化距离

36、； 如图所示，支架在最高位置时，分别为后连杆和掩护梁与水平面的夹角。本次设计选用的配套采煤机为MG150/380WD图3.3 配套尺寸图配套尺寸=（630+173+1130）mm=1933mm顶梁长度=（1933+2400+1600-300-52+150）=3492mm取3600mm。3.3.2 顶梁宽度由于取中心距为1.5m，有活动侧护板顶梁宽度取值范围为1.41.6m，本次设计取支架顶梁的最小宽度为1420mm,最大宽度为1590mm,选取双侧活动侧护板，亦即顶梁侧护板侧推千斤顶的行程取170mm。顶梁宽度根据支架间距和架型来定，架间间隙为0.2m左右。其中宽面顶梁一般为1.21.5m。这

37、里取顶梁宽度为：1380mm（不包括活动侧护板）。3.3.3 顶梁覆盖率顶板覆盖率按下式计算：式中： 顶梁覆盖率； 顶梁宽度（包括侧护板伸出宽度），mm； 顶梁总长度，mm； 梁端距，mm； 相邻顶梁间间隙。对于稳定顶板覆盖率值要求为6070%，对于中等稳定顶板覆盖率值要求为7585%，对于破碎顶板，覆盖率指应达到8595%。此设计的顶梁覆盖率： 3.4立柱位置的确定3.4.1 支架立柱数的确定目前国内支撑式液压支架立柱数为26根，常用为4根；掩护式液压支架为2根；支撑掩护式液压支架为4根。本次设计考虑设计任务书给定的条件查支护手册，选定支护方式为支撑掩护式，故立柱数目为43.4.2 支撑方式

38、 本设计为支撑掩护式支架，根据结构要求呈倾斜或垂直布置，一般立柱与顶梁垂线夹角小于，由于夹角较小，有效支撑能力较大。故前排立柱取，后排立柱垂直布置。3.4.3 立柱间距立柱间距指对支撑式和支撑掩护式支架而言前、后柱的间距。立柱间距的选择原则为：有利于操作、行人和部件合理布置。支撑式支架和支撑掩护式支架的立柱间距为11.5m。本支架立柱间距选1m。3.4.4 立柱柱窝位置的确定对于支撑掩护式液压支架的柱窝位置确定，根据支撑力分布与顶板载荷相一致的原则，通过受力分析计算，确定柱窝合力作用点位置。根据前后连杆间行人的要求，对支撑掩护式液压支架还要考虑立柱倾角的要求，分配前，后柱窝位置。第4章 液压支

39、架的部件结构设计4.1 顶梁顶梁是工作面顶板直接接触的部件，除要满足一定的刚度和强度要求外，还要保证支护顶板的需要，如：足够的顶板覆盖率；同时要适应顶板的不平整性，避免因局部应力而引起损坏。支架常用顶梁形式有3种：整体顶梁、铰接顶梁和楔形结构顶梁。本次设计选用较接式顶梁，铰接式顶梁在前梁千斤顶的推拉下，前梁可以上下摆动，对不平顶板的适应性强。运输时可以将前梁放下与顶梁垂直，以减小运输尺寸。前梁千斤顶必须有足够的支撑力和连接强度，前梁上不宜设置侧护板。为顺利移架，前梁间一般要留有100150mm间隙，从而增加了破碎顶板漏矸的可能性。本次设计的液压支架为了适应复杂的顶板情况，所以采用铰接式顶梁。4

40、.2 立柱立柱是支架的承压构件，它长期处于高压受力状态，它除应具有合理的工作阻力和可靠的工作特性外，还必须有足够的抗压、抗弯强度，良好的密封性能，结构要简单，并能适应支架的工作要求。立柱按动作方式，可分为单作用和双作用；按支架种类，可分为活塞式和活柱式；按伸缩方式，可分为单伸缩和双伸缩。本次设计采用单伸缩机械加长立柱。4.3掩护梁掩护梁是掩护式和支撑掩护式支架的掩护构件，除防止采空区冒落矸石涌入工作面外，并承受冒落矸石的压力和顶梁分解的水平力。掩护梁采用整体箱形钢板焊接结构，在掩护梁上端与顶梁铰接，下部焊有与前后连杆铰接的耳座。充分考虑了大采高支架复杂的三维空间受力，以及垮落顶板对梁体可能造成

41、的冲击破坏，安全系数大，强度高。配置单向活动侧护板，减少架间漏矸和防止大采高支架横向倾倒。掩护梁上端与顶梁铰接，下部与前、后连杆或直接与底座铰接。活动侧护板装在掩护梁的一侧。低位放顶煤液压支架的掩护梁还要连接支架的尾梁与插板，安装尾梁千斤顶。4.4 四连杆机构由于考虑放顶煤后铰接插板摆动千斤顶的干涉问题，本次设计前后四连杆都采用单独铰接。4.4.1 四连杆机构的作用1 通过四连杆机构，使支架顶梁端点的运动轨迹呈近似双曲线，从而使支架顶梁前端的端头离煤壁距离大大减小，提高了管理顶板的性能。2 能承受较大的水平力。4.4.2四连杆机构的几何特征1 支架从最高高度降到最低高度时，顶梁端点运动轨迹的最

42、大宽度最好为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，应满足以下要求：支架在最高位置时，；支架在最低位置时，考虑矸石便于下滑，以防矸石停留在掩护梁上，根据物理学摩擦理论可知，,如果按钢和矸石的摩擦系数为,即：,求得；为了安全可靠在最低工作位置时，应使为宜，而Q角主要考虑掩护梁底部距底板要有一定的距离，防止支架后部冒落的岩石卡住后连杆，使支架不能降下来，一般取，在特殊情况下需要角度较小时，可提高后连杆下铰点的高度。4.4.3用几何作图法来设计四连杆机构设计步骤：1.确定掩护梁上绞点与顶梁顶面之距和后连杆下铰点与底座底面之距掩护梁上绞点与顶梁顶面

43、之距根据支架最大高度确定,一般支架取150200mm，重型支架取210260mm。本文取250mm。后连杆下铰点与底座底面之距根据支架最小高度确定，薄煤层支架取150250mm，中厚煤层支架取250450mm，大采高支架取450600mm。本文取450mm。2.掩护梁和后连杆长度确定首先用解析法确定掩护梁和后连杆的长度，如图4-1所示。图中： 掩护梁长度； 后连杆长度； 过E1点的垂直线到后连杆下铰点之距； 支架最高位置时的计算高度；mm 支架最低位置时的计算高度；mm从几何关系可以列出: (4-1) (4-2)Y由（4-1）、（4-2）联立解得： (4-3)按四连杆机构的几何特征所要求的角度

44、，选定：图4-1 掩护梁和后连杆计算示意图将数据代入（4-3）得： 支架在最高位置时的值为：因此掩护梁的长度为：取：L=1600 mm后连杆长度为：一般， 故取：mm根据掩护梁长度和后连杆长度重新计算出：图4-2 液压支架四连杆机构几何关系图3.几何作图法作图过程作图步骤如下： (1) 确定后连杆下铰点O点的位置，使它大体比底座略高，一般为200250mm，考虑太低安装销子困难，太高底座又笨重。根据支架结构取450mm。 (2) 过O点作水平线HH线与底座相平行。 (3) 过O点作一条直线与水平线HH线相交其交角为。 (4) 以O点为圆心，以L1为半径作圆，与该直线相交于A点，即为后连杆与掩护梁的上铰点。 (5) 过A点作一条直线与水平线HH线相交其交角为。 (6) 以A点为圆心，以L为半径作圆，与该直线相交于E1点，即为掩护梁、与顶梁的铰点。