毕业设计（论文）ZF4800放顶煤液压支架设计.doc

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1、第一章 概 述1.1液压支架对现代煤矿生产的意义综观采煤机械化发展的历史，液压支架是现代煤矿实现采煤、运输和支护等所有工序全部机械化，即采煤综合机械化中最后一个实现技术突破的环节，这固然有其技术和经济上的原因，但也充分说明液压支架对与现代煤矿的生产具有举足轻重的意义。（1）液压支架的架型、参数和结构等都与采煤工艺、煤层赋存条件，尤其是与煤层顶底板的特性等直接相关，因而针对性强、不确定因素多，对适应性和可靠性要求高。 （2）液压支架不仅用于支护工作面顶板，同时又与采煤运输等设备紧密关联，提供空间、相互推移、协调作业等等，而且与采煤、运输设备相比，因故障而拆除更换支架十分困难，因而液压支架的性能对

2、于工作面设备的总体配套乃至实现高产高效等都至关重要。（3）液压支架为工作面人员提供安全的作业空间、行人通道，对保证工作面安全生产具有重要意义。（4）液压支架的数量多、重量大，在工作面所有设备中，无论以总购置费用还是总重量来说，一般都要占到50%60%左右，因而资金投入与回报率，以及与此相关的工作面设备的运输、搬家等方面都是必须考虑的最重要因素之一。 1.2我国液压支架的发展现状及存在问题随着工业的发展，对煤炭需求量的日益增长，要求人们改进回采工艺，提高采煤机械化程度。20世纪70年代我国先后研制出垛式、节式、掩护式和支撑掩护式支架，同时集中对支架阀类、立柱、密封件、高压胶管进行研究攻关，从无到

3、有使我国支架实现了“顶得住，走得动”的基本要求；80年代国内通过对国外支架技术的消化吸收，从设计，制造，使用等各方面对支架的架型，工作阻力，结构和控制系统进行了研究探索，自主开发了适应不同地质条件和采煤方法的各种不同的液压支架。90年代我国液压支架的CAD优化设计、手动快速移动和大流量供液系统，高可靠性支架研制成功，为高产高效提供条件。尤其放顶煤支架渐趋成熟，使我国放顶煤技术达到了国际领先的水平。高产高效综采技术的核心是工作面综采设备，多年来，工作面三大配套设备采煤机、刮板输送机和液压支架，在设计方法和结构上都有了重大发展，主要是提高设备生产能力和可靠性，改进操作性能。我国液压支架从无到有，逐

4、步完善。随着我国煤矿集约化程度的提高，工作面单产、效率和安全越来越成为煤矿生存和发展的关键，因而液压支架必将逐步向高工作阻力、高可靠性、架型和结构简单（如两柱掩护式和四柱支撑掩护式及整体顶梁）、加大中心距等方向发展。电液控制支架是液压支架发展的必然趋势，也是实现工作面自动化的必由之路。我国综采技术发展中存在的问题：（1）我国煤层赋存条件复杂，老矿井受生产系统制约，综采效率难以发挥。我国大部分矿井井型较小，生产系统不适应集中生产的要求。巷道端面小，支护质量差，掘进设备落后，进度慢，运输系统环节多，辅助运输落后。工作面长度、采煤机截深、采区长度等工作面参数都比较小。（2）职工队伍素质差，许多综采队

5、以农民轮换工为主，文化基础差，队伍不稳定。管理水平低，管理模式落后，管理层次多，扯皮现象严重。（3）煤炭企业普遍经济效益较差，负担重，技术改造任务难度大，资金投入严重不足，以致发展后劲不足，一些矿井没有设备更新能力，机械化出现倒退局面。1.3液压支架选型背景根据国内外使用液压支架的经验证明，支架架型的选择主要决定与矿山地质条件，特别是顶板的性质，它直接影响支架的架型和工作阻力。随着高产高效矿井的建设，煤炭开采工艺及装备水平不断提高，综采放顶煤技术，在全国得到迅速发展和广泛普及。集团公司针对各矿井下煤炭储量及采掘面地质条件实际情况，有的放矢的加大综采设备资金投入及设备的更新改型设计。近几年来，按

6、照集团公司安排部署，我厂先后开发了ZFQ2900支架、ZF3700/16/26型支架，在付村和柴里、新安三煤矿得到广泛赞誉，并创出了非常可观的经济效益，为轻型支架在我集团公司各矿的推广使用打下了基础。与此同时，针对放顶煤支架在井下的适用条件，结合付村矿某工作面煤层厚度，我厂计划在制造轻型放顶煤支架的基础上研制承载能力更大、支护强度更高的新型支架。这就是本课题的设计初衷。1.4综放开采的技术经济优势近年来综放开采之所以成为我国高产高效矿井建设的重要技术途径，是因为这种采煤方法不但符合我国国情，而且它在技术上较厚煤层分层开采和单一煤层综采有明显的技术和经济优势。（1）综放开采实现了缓倾斜特厚煤层的

7、一次采全厚开采和急倾斜特厚煤层的水平分段开采，对地质条件的适应性较分层综采和单一煤层综采更强。适应于煤层厚度变化大、顶底板起伏不平、断层构造多以及其他地质条件变化的不稳定煤层。（2）综放开采一次开采厚度大幅度增加，煤层开采强度加大，实现了垂直集中生产，而且低位放顶煤支架工作面有两个出煤点，在同样工作面长度和工作面推进速度的情况下，综放开采较分层综采和单一煤层综采工作面的单产可以成倍的增长。（3）综放开采较分层综采的巷道掘进率低，工作面寿命长，搬家次数少，吨煤设备投入费用少；工作面材料、电力等消耗少，因而工作面直接成本大大降低。据部分矿区统计，综放开采的吨煤成本可比分层综采的成本降低10元/t以

8、上，因而矿井的经济效益可以明显提高，不少矿区都是靠综放开采实现扭亏增盈的。实践证明，综放开采是一种高产、高效、安全、低耗、经济效益好的采煤方法，已成为我国高产高效矿井建设的重要技术途径。第二章 支架选型设计主要结构参数和形式的确定2.1液压支架的工作原理液压支架的主要动作有升架、降架、推移输送机和移架。这些动作是利用乳化液泵站提供的高压乳化液，通过液压控制系统控制不同的液压缸来实现的。每架支架的进、回液管路都与连接泵站的工作面主供液管路并联，全工作面的支架共用一个集中的泵站作为液压动力源。工作面的每架支架形成各自独立的液压系统，其中液压单向阀和安全阀均设在本架内；操纵阀可设在本架内，也可装在相

9、邻支架上，前者称为“本架操作”，后者为“邻架操作”。图2-1工作原理图液压支架的工作过程如图2-1所示：将操纵阀8置于上阀位（升架位置），由乳化液泵站10来的工作液体经操纵阀8和液控单向阀6进入立柱2下腔，立柱上腔回液，支架升起，并撑紧在顶底板之间。当操纵阀8置于下阀位（降架位置）时，工作液体进入立柱上腔，同时打开液控单向阀，立柱下腔回液，支架下降。支架的移动和推移输送机是靠操纵阀7控制推移千斤顶实现的。推移千斤顶的两端分别与支架的底座3和输送机9相连接。移架时，先使支架卸载，立柱下腔回液，再将操纵阀7置于下阀位（移架位置），工作液体进入推移千斤顶活塞杆腔，后腔回液，此时，支架以输送机为支点前

10、移。此后，再把支架撑紧在顶底板之间。将操纵阀7置于上阀位（推溜位置），工作液体进入推移千斤顶活塞腔，前腔回液，此时以支架为支点就将输送机推向煤壁。2.2液压支架基本参数的确定液压支架是放顶煤综采的关键设备，合理确定放顶煤液压支架的基本参数，对充分发挥综采设备的效能影响很大。2.2.1 中心距和宽度的确定支架中心距一般等于工作面一节溜槽的长度。我国液压支架中心距大部分采用1.5 m。大采高支架为了提高稳定性一般采用1.75m，轻型支架的中心距采用1.25m。为了保证支架的运输、安装、调架，支架顶梁装有活动侧护板，侧护板行程一般为170200mm。中心距在1.5m时最小宽度一般取14001430m

11、m，最大宽度一般取15701600mm。此支撑掩护式放顶煤液压支架支护宽度最小取1430mm，最大宽度取1600mm。2.2.2 高度的确定综放工作面机采高度主要由煤壁的稳定性、采煤机生产能力及顶板管理状态所决定，一般控制在2.5m左右。对于高产高效工作面，为了提高工作面的推进速度，并考虑割煤速度通常大于放顶煤速度的情况，可根据煤层的厚度、顶煤冒放性以及工作面通风和液压支架后部空间合理的要求确定综放工作面的机采高度，一般取2.83.2m。已知煤层最大采高3.3m，最小采高1.95m，取伪顶冒落的最大厚度为0.2m，顶板周期来压时的最大下沉量、移架时支架的下降量、顶梁上及底座下的浮矸厚度之和为0

12、.25m。支架最大结构高度 （m） （2-1）（m）支架最小结构高度 （m） （2-2） （m）式中，分别为煤层最大、最小采高，m；S1为伪顶冒落的最大厚度，一般取0.20.3m；S2为顶板周期来压时的最大下沉量、移架时支架的下降量、顶梁上及底座下的浮矸厚度之和，一般取0.250.35 m。支架伸缩比反映了对煤层厚度变化的适应能力，其值越大，支架对煤层厚度变化S1为伪顶冒落的最大厚度，一般取0.20.3m；的适应能力就越大。由于大于1.6，因此需加机械加长段或采用双伸缩立柱；小于1.6时，采用单伸缩立柱。2.2.3 梁端距和顶梁长度的确定梁端距是为了避免割顶梁而留的安全距离，支架高度越大，梁端

13、距也越大。采用即时支护时，一般大采高支架梁端距应取350480mm，中厚煤层支架梁端距应取280340mm，薄煤层支架梁端距应取200300mm。根据此液压支架的高度及与其配套的综采设备尺寸，确定此支架的梁端距为260364mm。顶梁长度受支架型式、配套采煤机、刮板输送机尺寸、配套关系及立柱缸径、通道要求、底座长度、支护方式等因素的制约。如图2-1所示图2 2液压支架尺寸关系选支架采用即时支护方式，取梁端距为320mm，即时支护一般循环方式为：割煤移架推溜，它的特点是，顶板暴露时间短，适用于各种顶板条件，也是我国目前应用最为广泛的支护方式。根据公式（2-3）初步确定顶梁长度 （2-3） 258

14、3+2325-348+110（3800） 4290（mm）式中：LA：为刮板运输机与采煤机的配套尺寸；L15：为底座长度，初步设为2325mm；XE：为顶梁与掩护梁铰接点相对与后连杆下铰点的水平距离，设为348mm；L0：为顶梁与掩护梁铰接点后段的水平尺寸，设为110mm；Ln：为梁端距，设为380mm；Cd：为采煤机截深；当采用即时支护时Cd0，当采用滞后支护时Cd等于采煤机截深。2.3 液压支架技术特征参数的确定2.3.1 技术参数的确定根据液压支架的选型背景有关内容，结合矿区实际，参照液压支架技术等资料，分别算出放顶煤液压支架的各项技术参数如下：（1） 支护强度支护强度是液压支架最主要的

15、技术参数之一，它的实质是代表液压支架对顶板的支护能力。支护强度主要取决于工作面顶板条件、煤层埋藏深度和采高等因素。放顶煤支架支护强度的确定与普通支架支护强度的确定由较大的区别。实践证明，放顶煤工作面来压强度一般要低于普通综采工作面的来压强度。放顶煤液压支架支护强度的确定方法还不够成熟，在介绍的两种方法中，有一种为“参照相同条件确定放顶煤支架支护强度”，根据以往在付村矿、新安矿同一煤层中使用的ZZP4800型放顶煤液压支架的支护强度，可以取本支架的支护强度为0.75MPa 。（2） 支架工作阻力和初撑力的确定液压支架的工作阻力即为支架的合力，是支架的主要参数之一，它代表了支架的支承能力。由确定的

16、支护强度，根据配套尺寸确定支架的顶梁长度和控顶距，可算出支架的工作阻力。P=4765（N）（2-1）式中 P支架的工作阻力（N）； 支架的支护强度（MPa）； 控顶距 （m）； 顶梁长度 （m）； B支护中心距 （m）； 支架的支护效率 。为支撑效率；支撑式支架的支撑效率为100；掩护式和支撑掩护式支架，由于顶梁与掩护梁铰接，立柱有倾斜，支撑效率小于1，初选支架时可取80左右。此支架支撑效率取85。该支架立柱的总工作阻力取为4800KN。每根立柱的工作阻力为1200KN。支架支撑时主动支撑顶板的力即为支架的初撑力。初撑力的大小由立柱的缸径、数量和泵站压力所决定。放顶煤液压支架的初撑力应控制在工

17、作阻力的60%80%。对于比较硬的顶煤，初撑力可取上限，有利于顶煤的破碎放煤；对于顶板较软的工作面，不需要过高的初撑力来平衡顶煤的早期运动。初撑力过大，一方面支架在移架过程中反复支撑顶煤，容易使顶煤更加破碎，造成顶板提前没落；另一方面，过大的初撑力常大于实际顶煤对支架顶梁的压力，造成不必要的浪费。（KN）式中：为支架初撑力，N；D为立柱缸体内径，cm；Pb为泵站额定工作压力，MPa；Z为支架的立柱数。（3） 移架速度支架移架速度Vz 可按下式估算： （2-7）式中：Qb泵站流量，l/minQi为一架支架全部立柱和千斤顶同时动作所需的液体容积，LA支架中心距，mKx泄漏损失系数一般取1.11.3

18、，且工作面回采期间留有底煤，因此，回为保证高产高效工作面采煤机连续割煤，整个工作面的移架速度不应小于采煤机连续一刀平均割煤速度。即要求：VzKzcVc （2-8）式中：Kzc采支速度比考虑首采工作面地质、地压等方面条件，结合综放工作面采煤经验，在全面分析、计算的基础上，确定该工作面的支护强度不低于0.68MPa。由支护强度和综采设备配套尺寸，推算出支架工作阻力为4800KN，初撑力为3944KN，支护强度为0.680.75MPa,支架外形尺寸（长宽高）652614301700mm。2.3.2 低位放顶煤液压支架的特点和适应性低位放顶煤液压支架是一种双输送机运煤、轻型放顶煤支架。在掩护梁后部铰接

19、一个带有插板的尾梁，可以上下摆动45，同时松动顶煤，并维持一个落煤空间。尾梁中间有一个液压控制的插板，用以放煤和破碎大块煤，具有连续的放煤口，放煤效果好，没有脊背损失，采出率高，适应性强。在急倾斜煤层和缓倾斜中硬煤层、三软煤层放顶煤综采中都取得了成功，是目前我国广泛使用的放顶煤液压支架架型。2.3.3 液压支架主要技术指标（1）架型：四柱支撑掩护式低位放顶煤液压支架（2）最小/最大高度：1700/3500mm（3）最小/最大宽度：1430/1600mm（4）支架中心距：1500 mm（5）初撑力：3944KN（6）工作阻力：5200 KN（7）平均支护强度：0.72MPa（8）对底板比压：1.

20、7MPa（9）梁端距：310380mm（10）支架推溜步距：600mm（11）推溜力/拉架力：631/359KN（12）泵站压力：31.4MPa（13）操作方式：本架操作（14）支架质量：16516kg2.4 挑梁装置形式的选择挑梁是提高液压支架适应性的一种常用装置，挑梁贴紧煤壁，向煤壁施加一个支撑力，防止片帮，挡住片帮煤不进入人行道，防止片帮继续扩大；在支架能及时支护的情况下，采煤机过后挑起挑梁可以实现超前支护。具有保护工人安全的作用。挑梁装置有两种主要类型，一类是简单铰接式，一类是四连杆式，此支架采用四连杆式挑梁，四连杆式挑梁与顶梁铰接，在千斤顶与挑梁之间增加一个四连杆机构实现挑梁和挑起支

21、护顶板，并保证收回到预定的角度。四连杆机构能够有效地将千斤顶的作用力传递给煤壁和顶板上。四连杆式挑梁的挑起力矩大。2.5 顶梁形式的选择支架顶梁有4种形式：整体顶梁，铰接顶梁、伸缩铰接顶梁和楔形结构顶梁。2.5.1 整体顶梁整体顶梁特点：结构简单，可靠性好；顶板对顶梁载荷的平衡能力较强；前端支撑力较大；能够设置全长侧护板，有利于提高顶板覆盖率，支护效果较好，减少支架之间的漏矸现象。2.5.2 伸缩铰接式顶梁伸缩铰接式顶梁是在铰接顶梁的前梁上套上一个可伸缩的梁，其行程为采煤机的截深，这种顶梁除具有铰接顶梁的优点外，还可超前支护。2.5.3 铰接式顶梁铰接式顶梁特点：前梁可以上下摆动，对不平顶板的

22、适应性强。运输时可以将前梁放下与顶梁垂直，减小运输尺寸。前梁间有100150mm间隙，主要是增加破碎顶板漏矸的可能性。2.5.4 楔形结构梁楔形结构梁利用了构件摩擦自锁的原理，通过构件之间的摩擦作用自锁，这样的顶梁具有整体刚性顶梁前端支护力大的优点。同时还具有铰接顶梁的灵活性。缩短了运输尺寸，有利于运输和安装。根据顶梁的结构形式特点，该支架顶梁选用铰接式顶梁。2.6侧护板形式的选择支架侧护板装置一般由侧护板、弹簧筒、侧推千斤顶、导向杆和连接销轴等组成。支架的活动侧护板形式有3种：直角式单侧活动侧护板、直角式双侧可调活动侧护板和折页式单侧活动侧护板。2.6.1 直角式单侧活动侧护板 一侧是固定侧

23、护板，一侧是活动侧护板。固定侧护板是梁的边筋板，可增加梁体的强度，减轻支架的重量。它主要适用与工作面倾角较小（15）的缓倾斜煤层或水平煤层，具有较好的密封效果和导向性。如图2-3所示图2-3单侧活动侧护板 2.6.2 直角式双侧可调活动侧护板如图2-4所示，可以根据工作面倾角方向,调整一侧固定，另一侧活动，适应性强，能够用于各种支架。该支架采用直角式双侧可调活动侧护板，它不仅增加了架间的密封能力，并且便于侧护装置在支架侧向到架时有较强的调整力。2.6.3 折页式单侧活动侧护板 如图2-5所示，它的主要特点：结构简单，千斤顶能够布置在梁体的外侧，方便拆装和维修。但是密封性差，矸石容易泄漏，并且移

24、动支架时导向不好。主要用于顶板比较稳定或坚硬条件的支撑掩护式支架，同时只能安装在顶梁上，掩梁不能使用。通过以上结构形式特点的论述，该支架侧护板选用直角式双侧可调活动侧护板。图2-4双侧可调活动侧护板双图2-5折页式单侧活动侧护板2.7放煤机构的选择放煤机构是设计放顶煤液压支架的关键，它不但能自由地控制放煤，而且具有对放下的大块煤破碎的功能。放煤机构有三种型式，即摆动式放煤机构、插板式放煤机构和折页式放煤机构。2.7.1插板式放煤机构插板式放煤机构分为大插板放煤机构和小插板放煤机构，它们都是由尾梁、尾梁千斤顶、插板和插板千斤顶组成，结构相似，工作原理相同。区别在于大插板放煤机构的尾梁与顶梁铰接，

25、尾梁千斤顶一端与尾梁联接，另一端与顶梁联接，插板结构尺寸大，插板千斤顶行程大，形成的后部放煤空间大；小插板放煤机构的尾梁与掩护梁铰接，尾梁千斤顶一端与尾梁联接，另一端与掩护梁联接，插板尺寸小，插板千斤顶行程小，形成的后比放煤空间也较小。尾梁和插板都是由钢板焊接而成的箱体结构，尾梁体内设有滑道，插板安装在滑道内，操纵插板千斤顶可使插板在滑道上滑动，实行伸缩。关闭或打开放煤口，操纵尾梁千斤顶，可使尾梁上下摆动，以松动顶煤或放煤，插板的前端设有用于插煤的齿条。插板放煤机构在关闭状态时，插板伸出，挡住矸石流入后部运输机；放煤时，收回插板，利用尾梁千斤顶和插板千斤顶的伸、缩调整放煤口进行放煤。2.7.2

26、 摆动式放煤机构摆动式放煤机构，由放煤千斤顶、小插板千斤顶、放煤摆动板和小插板组成，主体是放煤摆动板。放煤摆动板内部设有轨道，用以安装小插板，上端铰接在掩护梁放煤口上沿，在中下部有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，用以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，齿条下部有耳座，与插板千斤顶联接。在插板千斤顶的作用下，插板伸出或收回，用于启闭局部窗口。摆动式放煤机构在关闭状态时，小插板伸出，搭在放煤口前沿；放煤时，由液压控制系统先收回小插板，以免损坏插板，然后摆动放煤机构。2.7.3 折页式放煤机构折页

27、式放煤机构由折页板和折页千斤顶组成。它由两扇可转动的折页门开启、关闭来控制放煤。由于受结构限制，折页门在放煤位置时很难达到垂直掩护梁位置，影响放煤口面积，而且折页板铰接处留有较大缝隙，密封性能差，这种放煤机构已基本不使用。本支架放煤机构选用小插板放煤机构。2.8底座形式的选择支架的底座常用形式有3种：整体刚性底座、底分式刚性底座和铰接分体底座。2.8.1 铰接分体式底座 铰接分体式底座分为左右两个独立的部分，从中挡处铰接，垂直方向上可以相对错动，无刚性约束。主要适用于底板不平的煤层条件，减少了底座的扭转和偏载载荷，但是支架的整体刚性有所降低。目前这种底座结构已经较少使用。2.8.2 整体钢性底

28、座 整体刚性底座中挡前部一般有一个箱形结构，推移千斤顶安装在箱形体之下，整体刚性底座立柱柱窝前设计一个过桥，用来提高底座的整体刚性和抗扭能力。整体刚性底座的特点：整体刚度和强度好，底座接触面积大，有利于减小底板的比压，但是中挡位置容易积存浮煤和碎矸石，给清理工作造成困难，一般用于软底板条件下工作面支架。2.8.3 底分式钢性底座底座中间的推移机构直接落在煤层的底板上，前立柱柱窝前有过桥，中挡上方为箱形结构，由于底座是底分式，所以浮煤和碎矸石可以随着推移装置从后端排到采空区，不需要人工专门清理，适应高产高效要求，由于减小了底座的接触面积，相应增加了对底板的比压。我国高产高效工作面液压支架一般均采

29、用底分式刚性底座。通过以上对底座形式的叙述，确定本支架底座选用整体刚性底座。2.9 推移装置的形式选择推移装置由连接头、推移千斤顶和推移杆等主要零部件组成。其常用形式有正拉式短推移杆和倒拉式长推移杆两种。2.9.1 长推移杆长推移杆有框架式、整体箱式和铰接式。一般框架式长推移杆由前后两端组成，前段为箱式结构，后段为双杆式结构和导向块。当推移千斤顶缸径超过140mm时，难以保证结构强度，可靠性下降。它主要适用于中型以下的支架。整体箱式长推移杆由钢板组焊而成，其结构简单、可靠性好，防止支架和输送机下滑的性能好，具备足够大的安全系数。同时整体箱式长推移杆在高效煤矿工作面使用，未发现损坏。铰接式长推移

30、杆一般由前后两段箱式结构件组成，中间通过十字连接头铰接，可以上、下、左、右摆动。它解决了整体箱式长推杆不便更换的缺点， 兼有长推移杆和短推移杆的双重特点。本支架的推移装置就选用此交接式长推移杆。2.9.1 短推移杆短推移杆主要由钢板组焊而成，是一种箱形结构件，其结构简单，重量轻，得到广泛的应用。2.10 立柱的结构形式为满足支架支护高度的要求，在支架上选用双伸缩立柱结构，确定立柱缸体直径D200mm，立柱中缸采用厚臂制造，柱内导向材料用聚甲醛，满足大行程的要求，大大提高了立柱抗偏载能力，这样立柱的可靠性提高了。综采工作面配套设备的选型直接影响综采成套设备的使用效果。为兼顾生产使用和高产高效对支

31、架的要求，采用的配套设备是：600mm截深的MG200/475-W型采煤机和SGZ764/500型刮板运输机。2.11柱间距和筋板配置柱间距和筋板配置要考虑支架的中心距、立柱直径、推移装置的宽度等因素。合理确定柱间距和筋板配置，是支架结构设计的重要任务，柱间距和筋板配置要考虑支架的中心距、立柱的缸径、推移装置的宽度等因素。柱间距与筋板配置关系如图2-5所示。据设计经验推荐5种柱间距和筋板配置方案见表1中。图2-6 柱间距与各部件筋板配置关系表1柱间距和筋板配置推荐尺寸 单位：mm参数方案1方案2方案3方案4方案5dd1CC1B1B2B3B4B5B6B7B8BcBwA85081013101350

32、400390330320340430360350350140013688207801280129036035029028030039032031035013801368770740128011903203102702602703602902803501300136872069012801110320310270260260390290280330130013687206901355111032031027026026033029028033013001368适用条件DL320Da320DL280Da180DL250Da180DL200Da160DL200Da160注：DL立柱缸径； Da推移千

33、斤顶缸径。本支架柱间距和筋板的配置尺寸选择第三方案，立柱外缸直径DL210mm，立柱活柱直径为140mm, 推移千斤顶缸径Da140mm。2.12四连杆机构作图2.12.1 四连杆机构的作用四连杆机构的液压支架问世以来，经过长期的实践考验，显示了巨大的优越性，并从根本上克服了支撑式支架稳定性和力学特性的缺陷，成为液压支架技术发展史上的一个重要里程碑。四连杆机构是现代液压支架的主要稳定机构，其主要作用是保证支架的横向和纵向稳定性；承受和传递外载；保持支架的整体刚度。因此，对液压支架的研究常常离不开对四连杆机构的研究和认识。支架升降时顶梁的运动轨迹是由四连杆机构决定的，即由顶梁与掩护梁铰点E的轨迹

34、所决定。根据运动学分析，E点的运动轨迹一般为一条双纽线。合理设计四连杆参数，可以改善支护性能，减少连杆受力。支架在最大高度和最小高度范围内运动时，E点的运动轨迹呈3种形式：双向摆动，单向向后摆动和单向向前摆动。支架工作时，受到顶板载荷的作用，有下缩趋势。当顶板运动趋势超过支架运动趋势时，顶梁与顶板间的摩擦力方向将取决于顶板的运动趋势。从顶板管理方面分析，顶梁向煤壁方向移动比顶梁向采空区方向移动有利。前者对于保持梁端距顶板处于挤压状态有利，而后者容易导致顶板产生离层和断裂，造成顶板断裂向前移或梁端冒顶。因此，合理设计四连杆机构的参数，使支架运动轨迹处于理想状态，但对于调高范围大的支架，要达到此要

35、求十分困难。然而，由于四连杆销孔间隙的作用，使E点的实际运动轨迹和理论运动轨迹不完全相同。为了保持支架梁端距的稳定，一般应控制梁端摆动幅度XE3080mm.液压支架的稳定性完全是由四连杆机构决定的，并不取决于立柱的多少。2.12.2 四连杆机构定位尺寸和极限参数的确定2.12.2.1 掩护梁上铰点到顶梁顶面的距离H0和后连杆下铰点至底座底面的距离y5。如图2-1所示，支架高度已经确定，用作图法确定四连杆机构，首先根据配套尺寸LA为1743mm，梁端距Ln为320mm初步确定了顶梁长度L13等于3230和底座长L15等于2040mm，然后再确定顶梁与掩护梁铰点相对于后连杆下铰点的水平距离XE等于

36、328mm，该铰点到顶梁顶面距离H0等于150mm和后连杆下铰点的高度y5等于250mm。H0一般根据支架工作阻力初步确定顶梁梁体高度后，根据结构的合理性确定，一般支架取H0150200mm，重型支架可取H0210260mm。y5一般根据支架最小高度确定，薄煤层支架取y5150250mm，对于中厚煤层取y5250450mm，对于大采高支架取y5450600mm。2.12.2.2 支架最大和最小高度时掩护梁与水平夹角max和min掩护梁是掩护采面工作空间密封隔离采空区的重要梁体，它不直接支撑顶板，而是重要的传力构件，把顶梁载荷传递到四连杆机构，对于保护支架-围岩力学状态的稳定有显著的作用。一般掩

37、护式支架取max58620，支撑掩护式支架取max60700。在支架最小支护高度时，掩护梁倾角应保证移架过程中 掩护梁背负的矸石能沿梁体下滑，满足tanminf,其中f为岩石与钢的摩擦因素，一般为0.150.3。若取f0.3，则min170，设计中一般可取min12180。此液压支架掩护梁与水平夹角max取620, min取13.60。2.12.2.3 掩护梁与后连杆长度比的确定6根据设计经验确定，一般应保证250，掩护梁与后连杆长度比（L3+L4）/L2，对四柱支撑掩护式支架一般取1.21.8，对两柱掩护式支架一般取1.42.1。此液压支架的掩护梁与后连杆长度比初步确定为1.45。2.12.

38、3 四连杆机构的作图利用计算机Solidworks软件绘制四连杆机构，作出四连杆机构的顺心运动轨迹。2.13四连杆机构解析设计2.13.1 掩护梁与后连杆几何关系的确定如图2-6所示首先确定了max，min和21，组成联立方程：图2 7掩护梁与后连杆的几何关系 解该方程组得有意义的解为：式中： ； ； c0； 。掩护梁上铰点E到后连杆下铰点的水平距离为： （mm）2.13.2 前连杆长度和位置掩护梁与前连杆的铰点C（x，y）的运动轨迹方程为其中 此轨迹是一椭圆弧的一部分。2.14底座对底板的比压底座对底板的比压是指支架接触面积的载荷强度，是支架的重要技术参数。常规计算中假设底板为塑性基础，底座

39、为刚性梁，则底板比压近似为线性分布。底座对底板比压计算按照图（2-7）（2-8）所示。图2-8底座对底板的压力图2-9支架受力及底座底板比压 当时，为三角形分布，计算公式为：式中： f1为顶板与顶梁间的摩擦因数；支架技术特征参数中一般应标定底座前端对底板比压和平均对底板比压，在进行比压计算时统一取f0.2。Pb1为前端比压；Pb2为后端比压；BW为底座接地宽度。当时，为倒三角形分布，计算公式为：当时，为梯形分布。当时，为倒梯形分布，计算公式为：当时，为矩形分布，计算公式为：式中为底板平均比压。 =3568（KN） =0.796 （m） 1.765（m）（m）式中Ry为顶梁外载合力的垂直分力；X

40、d为顶梁外载合力作用点至顶梁与掩护梁铰点的水平距离；XG为底板反力合力作用点至支架底座尖端的距离；LG为支架底座长度；L为支架顶梁长度；b为支架顶梁瞬心至顶梁与掩护梁铰点的水平距离；通过计算该支架底板比压为倒梯形分布，计算结果为： (MPa)第三章 液压支架的受力分析及强度计算液压支架在井下的实际工况是非常复杂的，不仅顶板压力的大小和和作用位置，而且支架的顶梁和顶板的接触情况都随机变化。此外，支架还可能承受不同大小和不同方向的水平载荷。所以，液压支架应具有适应外载变化的能力。3.1 四柱支撑掩护式放顶煤液压支架的简化平面受力分析画出四柱支撑掩护式液压支架的简化平面受力分析。如图3-1所示 图3

41、 1液压支架的简化平面受力分析取顶梁和掩护梁为分隔体，对O1点取力矩平衡方程为 （3-1）水平和垂直轴方向的力平衡方程为： （3-2） （3-3）取顶梁为分离体，对O点取力矩平衡方程为： （3-4）由方程（3-1）（3-4）解得： （3-5） （3-6） （3-7） （3-8）立柱倾角1和2，向前为“+”值，向后为“-”值。根据以上公式和已知及使用AutoCAD画图，并测得尺寸，进行计算液压支架最高时各部尺寸；=5191 （KN） =996（mm） =9949 (KN) =9390 (KN)3.2主要结构件强度核算3.2.1前梁：假设顶梁支撑，前梁前端受一集中载荷，前梁千斤顶发挥工作阻力。如图

42、3-2弯矩： 3.2.2 顶梁：假设前梁先去作用，顶梁受一集中载荷，立柱发挥工作阻力。如图3-2弯矩：图3 2 前梁、顶梁构件受力图3.2.3掩护梁：假设掩护梁上没用载荷，立柱发挥工作阻力。如图3-3弯矩：图3 3掩护梁构件受力图3.2.4底座：假设底座两端支撑，立柱发挥工作阻力。如图3-3弯矩： 第四章 液压支架立柱和千斤顶4.1 立柱型式随着液压支架的发展对立柱的长度、缸径、密封、型式等各方面提出了许多新的要求，不断促使立柱的结构更加合理。以往的标准已经不能满足实际需要，有的已经修改，制定了新的标准。立柱的主要型式有4种。4.1.1 单伸缩双作用立柱结构简单、可靠，属液压无级调高，调整高度

43、方便，但调高范围小主要用在调高范围不大的支架上，许多种放顶煤支架使用单伸缩双作用立柱。4.1.2 单伸缩双作用带机械加长杆立柱结构比较简单，调高范围较大，有液压无级和加长杆有级两种调高方式，使用中经常用液压无级调高。操作人员需根据采煤工作面煤层厚度的变化及时调整机械加长杆的高度以满足支护要求，如果有级调高调整的不及时，会出现支架被压死或顶空的问题。调整加长杆的高度费时费力。该立柱多用于煤层厚度变化较大的中厚煤层支架上。4.1.3 双伸缩双作用立柱调高范围大，属液压无级调高，操作方便灵活，但结构复杂，加工要求高，成本高。本型立柱多用于薄煤层和大采高支架上。由于本型某些缸径立柱的中缸强度裕度偏小，

44、遇到采煤工作面基本顶压力显现强烈时中缸有时会出现膨胀现象，损坏立柱。因此，在使用条件允许的情况下，大多选用单伸缩双作用带机械加长杆立柱。4.1.4 三伸缩双作用立柱一般为三级液压无级调高，有的在双伸缩立柱上加一段接长杆，主要是为了增加立柱的调高范围，以满足某些特殊结构支架对立柱增加调高的要求。国外较早使用这种立柱，其调高范围很大，但结构复杂，第三级缸内压力很高，对材料和加工都要求很高。目前中国还没有研制这种立柱。4.1.5 抗冲击立柱当工作面基本顶压力显现强烈、有冲击压力时，对支架和立柱有特殊要求。立柱应设置最大溢流量的安全阀，以便顶板冲击下沉时立柱下腔乳化液及时溢出，立柱快速下缩，使立柱和支架受到保护。大流量安全阀一般应安装在立柱活柱的顶部。活柱制成中空的，直接与大流量安全阀相同，冲积压力可使安全阀尽快开启、溢流。由于活柱制成中空的，增大了立柱工作液容量，有利于减缓压力对缸体的冲击。这种立柱使用的很少。此液压支架的立柱选择为双伸缩双作用立柱。4.2 立柱内径及活塞杆的选择根据液